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1、第四节 水环境污染控制及管理1一。水体污染的防治和管理1。制定水环境质量标准：水质标准：水环境中污染物的允许含量，污染源排放污染物的数量和浓度等的技术规范。2l按照水体类型：地面水水质标准，海水水质标准，地下水水质标准。l按水的用途：生活饮用水水质标准，渔业用水水质标准，农业灌溉水质标准，娱乐用水水质标准，工业用水水质标准。3l工业废水排放标准：标准中将排放的污染物按其性质分为两类：1。第一类污染物是指能在动植物体内蓄积，对人体健康产生长远不良影响的。2。第二类污染物指其长远影响小于第一类污染物质。两类污染物的允许排放浓度见附表11（1），11（2）4l水环境污染防治对策：l1。减少耗水量l2
2、。建立城市污水处理系统l3。调整工业布局l4。加强水资源的规划管理为了有效控制水污染，在管理上应冲浓度管理逐步向总量控制管理过渡。5二。废水处理方法二。废水处理方法废水处理目的：对废水中的污染物以某种方式分离出来，或者将其分解转化为无害稳定物质，从而使污水得到净化。废水处理方法选择：废水水质和水量，废水处理后的用途等；取决于废水中污染物的性质，组成，状态及对水质的要求。分类：物理法，化学法及生物法6l物理法：利用物理作用处理，分离和回收废水中污染物。沉淀法，浮选法，过滤法，蒸发法。l化学法：利用化学反应或物理化学作用处理回收可溶性废物或胶状物质。中和法，萃取法，氧化还原法。l生物法：利用微生物
3、的生化作用处理废水中的有机污染物。生物过滤法，活性污泥法。7l城市污水处理步骤划分为：一级，二级和三级处理。一级处理：筛滤，重力沉淀和浮选，处理后的污水达不到排放标准。二级处理：生物法和絮凝法。有机物，无机悬浮物和胶体颗粒物极低浓度有机物。三级处理：曝气，吸附，化学凝聚，电渗析等。控制富营养化或达到使废水能够重新回用。81 1。生物处理生物处理的基本概念的基本概念 2 2。生物处理法在废水处理中的地位。生物处理法在废水处理中的地位 3 3。生物处理法的分类。生物处理法的分类91生物处理的基本概念生物处理的基本概念1.1生物处理的目的和重要性生物处理的目的和重要性一、废水生物处理的目的：一、废水
4、生物处理的目的：l絮凝和去除废水中不可自然沉淀的胶体状固体物絮凝和去除废水中不可自然沉淀的胶体状固体物l稳定和去除废水中的有机物稳定和去除废水中的有机物l去除营养元素氮和磷去除营养元素氮和磷101生物处理的基本概念生物处理的基本概念二、废水生物处理的重要性：二、废水生物处理的重要性：l城市污水中约有城市污水中约有60%以上的有机物只有用生物法去除以上的有机物只有用生物法去除才最经济；才最经济；l废水中氮的去除一般来说只有依靠生物法；废水中氮的去除一般来说只有依靠生物法；l目前世界上已建成的城市污水处理厂有目前世界上已建成的城市污水处理厂有90%以上是生以上是生物处理法；物处理法；l大多数工业废
5、水处理厂也是以生物法为主体的。大多数工业废水处理厂也是以生物法为主体的。111.2微生物在废水生物处理中的作用微生物在废水生物处理中的作用l去除有机物（以去除有机物（以COD或或BOD5表示）表示），去，去除其它无机营养元素如除其它无机营养元素如N、P等等l絮凝沉淀和降解胶体状固体物絮凝沉淀和降解胶体状固体物l稳定有机物稳定有机物121.3 废水生物处理中的重要微生物废水生物处理中的重要微生物微生物微生物非细胞形态的微生物非细胞形态的微生物细胞形态的微生物细胞形态的微生物病毒、噬菌体病毒、噬菌体真核生物真核生物酵母菌酵母菌原生动物原生动物后生动物后生动物原核生物原核生物细菌细菌放线菌放线菌蓝藻
6、（蓝细菌）蓝藻（蓝细菌）真菌真菌霉菌霉菌藻类藻类131.3生物处理中的重要微生物生物处理中的重要微生物细菌：细菌：是废水生物处理工程中最主要的微生物是废水生物处理工程中最主要的微生物l真细菌真细菌(eubacteria)、古细菌、古细菌(archaebacteria)l根据需氧情况不同：根据需氧情况不同：好氧好氧细菌、细菌、兼性兼性细菌、细菌、厌氧厌氧细菌；细菌；l根据能源碳源利用情况的不同：根据能源碳源利用情况的不同：光合细菌光合细菌光能自养菌、光能异养菌；光能自养菌、光能异养菌；非光合细菌非光合细菌化能自养菌化能自养菌、化能异养菌化能异养菌l根据生长温度的不同：根据生长温度的不同：低温菌低
7、温菌( 1015C)、中温菌中温菌(1545C)、高温菌高温菌(45C)14真菌：真菌：l特点：特点：1)能在低温和低能在低温和低pH值的条件生长值的条件生长2)在生长过程中对氮的要求较低（在生长过程中对氮的要求较低（1/2）3)能降解纤维素。能降解纤维素。l应用：应用：1)处理某些特殊工业废水处理某些特殊工业废水2)固体废弃物的堆肥处理固体废弃物的堆肥处理15原生动物：原生动物：原生动物主要以细菌作为食物；原生动物主要以细菌作为食物；种属与数量的变化，与出水水质相关，可作为种属与数量的变化，与出水水质相关，可作为指示生物指示生物。后生动物：后生动物：后生动物以原生动物和细菌作为食物；后生动物
8、以原生动物和细菌作为食物；也可作为也可作为指示生物指示生物。162生物处理法在废水处理中的地位生物处理法在废水处理中的地位2.1有机物在废水中的存在形式及其主要去除方法有机物在废水中的存在形式及其主要去除方法l颗粒状有机物颗粒状有机物(1 m)：可采用机械沉淀法去除可采用机械沉淀法去除l胶体状有机物胶体状有机物(1nm100nm)：不能用机械沉淀法去除不能用机械沉淀法去除l溶解性有机物溶解性有机物(1nm)：以分散的分子状态存在于水中以分散的分子状态存在于水中172.2 2.2 废水处理程度的分级废水处理程度的分级 一级处理一级处理预处理或前处理；预处理或前处理； 二级处理二级处理生物处理；生
9、物处理； 三级处理三级处理深度处理深度处理18城市污水处理厂的典型流程城市污水处理厂的典型流程北京市酒仙桥污水处理厂北京市酒仙桥污水处理厂一级处理一级处理二级处理二级处理19城市污水处理厂的典型流程城市污水处理厂的典型流程污泥回流原废水粗细格栅进水泵房沉砂池初沉池曝气池二沉池接触池出水泥饼外运集泥井污泥回流泵房污泥浓缩池一级消化池二级消化池污泥脱水机房空气CL2或其它消毒剂絮凝剂上清液回流二级处理二级处理一级处理一级处理三级处理三级处理202.2 2.2 废水处理程度的分级废水处理程度的分级一级处理：一级处理：去除效果：去除效果：EBOD 30功能：功能：1）去除大颗粒状有机物，以减轻后续生物
10、处理的负担；）去除大颗粒状有机物，以减轻后续生物处理的负担；2）调节水量、水质、水温等，有利于后续的生物处理。）调节水量、水质、水温等，有利于后续的生物处理。主要方法：主要方法：物化法，物化法，沉砂、沉淀、气浮、除油、中和、调节、加热或冷却等沉砂、沉淀、气浮、除油、中和、调节、加热或冷却等212.2 2.2 废水处理程度的分级废水处理程度的分级二级处理：二级处理：去除效果：去除效果：EBOD 8590%功能：功能：大量去除胶体状和溶解状有机物，保证出水大量去除胶体状和溶解状有机物，保证出水达标排放达标排放方法：方法：各种形式的生物处理工艺各种形式的生物处理工艺222.2废水处理程度的分级废水处
11、理程度的分级三级处理：三级处理：l目的目的：去除二级处理出水中残存的去除二级处理出水中残存的SS、有机物，、有机物，或脱色、杀菌，或脱色、杀菌，或脱氮、除磷或脱氮、除磷防止水体富营养化防止水体富营养化l方法方法：物化法物化法超滤、混凝、活性炭吸附、臭氧氧化、加氯消毒等；超滤、混凝、活性炭吸附、臭氧氧化、加氯消毒等；生物法生物法生物脱氮除磷、生物陶粒、生物活性炭、曝气生物滤生物脱氮除磷、生物陶粒、生物活性炭、曝气生物滤池等池等232.3我国水环境中有机物污染现状我国水环境中有机物污染现状l废水排放量巨大废水排放量巨大总总废废水水量量达达400亿亿m3(1.1 108m3/d)，其其中中工工业业废
12、废水水和和城城市市生生活活污污水水近近各各50%，处理率低，处理率低l主要污染物是有机物和氮磷营养盐主要污染物是有机物和氮磷营养盐24我国城市污水处理概况我国城市污水处理概况年份年份污水厂污水厂处理能力处理能力处理率处理率1921上海北区污水厂上海北区污水厂4 104m3/d1926上海东、西区污水厂上海东、西区污水厂到到1980全全国国238个个城城市市,仅仅有有16个建有个建有39个污水厂个污水厂85 104m3/d1.7%其中二级处理厂其中二级处理厂19.3万万m3/d0.39%到到1985年底年底33个城市，个城市，63个污水厂个污水厂220 104m3/d2.2%其中一级处理厂其中一
13、级处理厂20个个73 104m3/d0.66%二级处理厂二级处理厂43个个147 104m3/d1.54%到到1996年底年底全全国国640多多个个城城市市,共共建建有有160多个污水厂多个污水厂812 104m3/d6.7%目前，在全国范围内已经建成很多城市废水处理厂，估目前，在全国范围内已经建成很多城市废水处理厂，估计目前我国的计目前我国的城市废水处理率城市废水处理率已经达到已经达到近近20%20%。25我国已有的大型污水处理厂年份年份污水厂污水厂处理能力处理能力1985天津纪庄子污水厂天津纪庄子污水厂26 104m3/d1990北京高碑店污水厂北京高碑店污水厂50 104m3/d(一期，
14、一期，9093)100 104m3/d(二期，二期，9599)1994天津东郊污水厂天津东郊污水厂34 104m3/d其它其它西安大白杨污水厂西安大白杨污水厂32 104m3/d南京污水厂南京污水厂26 104m3/d上海天山污水厂上海天山污水厂10.5 104m3/d杭州四堡污水厂杭州四堡污水厂20 104m3/d郑州污水厂郑州污水厂12 104m3/d26污染物的主要来源：污染物的主要来源：l生活污水：生活污水：COD =400500mg/l,BOD5=200300mg/ll工业废水：工业废水：轻工、食品、石油化工等轻工、食品、石油化工等啤酒废水：啤酒废水：820m3废水废水/m3酒酒,C
15、OD=20003500mg/l酒精废水：酒精废水：1215m3废水废水/m3酒酒,COD=36万万mg/l味精废水：味精废水：2535m3废水废水/吨味精吨味精,COD=610万万mg/l 造纸黑液：造纸黑液：120600m3废水废水/吨纸浆吨纸浆,COD=1015万万mg/l273生物处理法的分类生物处理法的分类生物处理法生物处理法天然生物处理天然生物处理人工生物处理人工生物处理生物稳定塘生物稳定塘土地处理系统土地处理系统好氧好氧生物处理生物处理厌氧厌氧生物处理生物处理活性污泥法活性污泥法生物膜法生物膜法传统厌氧消化传统厌氧消化现代高速厌氧反应器现代高速厌氧反应器28例例1 1：生活污水或城
16、市污水的处理：生活污水或城市污水的处理进水水质进水水质：COD 400mg/lBOD 200mg/l出水水质出水水质：COD 40mg/lBOD 15mg/l排放标准排放标准：COD 100mg/lBOD 30mg/l29例例1 1：生活污水或城市污水的处理：生活污水或城市污水的处理高碑店污水处理厂的工艺流程图高碑店污水处理厂的工艺流程图污泥的厌氧消化活性污泥系统30高碑店污水处理厂的工艺流程图高碑店污水处理厂的工艺流程图初沉池曝气池二沉池一期二期污泥处理31曝气池曝气池活性污泥活性污泥好氧微生物好氧微生物32曝气池曝气池0.1mm钟虫钟虫小口钟虫草履虫盖纤虫肾形虫变形虫活性污泥中的后生动物轮
17、虫线虫33第三章复习l1。水体环境概述l2。污染物在水体中的扩散l3。污染物在水体中的转化l4。水环境污染控制及管理34l目前世界各国每年消耗的淡水为目前世界各国每年消耗的淡水为2088km2088km3 3/a,/a,连同可连同可循环用水，总量为循环用水，总量为3300km3300km3 3/a/a，约占全球全年总径流，约占全球全年总径流量的量的9090，其余，其余1010流入海洋，总体看来水量丰富。流入海洋，总体看来水量丰富。l世界人口增加和工农业生产发展，水量需求增加；世界人口增加和工农业生产发展，水量需求增加；淡水资源分布不均，水源和人口分布不成比例；水淡水资源分布不均，水源和人口分布
18、不成比例；水污染加剧，污染加剧，水资源供应不足称为世界各国面临的严水资源供应不足称为世界各国面临的严重问题。重问题。35l天然水化学组成天然水中几乎包括化学元素周期表中所有化学元素溶解气体：主要气体O2,N2等 ， 微量气体：CH4，H2等 主要离子：阴离子：Cl-,SO42-等, 阳离子：K+,Na+等微量元素：I，F等胶体：无机胶体，有机胶体固体悬浮物质：砂砾，粘土等36水体概念及水体污染l水体：l水体是地表水圈的重要组成部分，指的是以相对稳定的陆地为边界的天然水域，包括一定流速的河渠，江河和相对静止的塘堰，水库，湖泊，沼泽，以及受潮汐影响的三角洲与海洋。包括：水中悬浮物质，溶解物质，底泥
19、和水生生物等37l水体分类： 按类型分： 海洋水体 陆地水体：地表水体，地下水体 区域：某一具体的被水覆盖的地段，如太湖，洞庭湖等。38概念判别：水质：水相的质量，通过水体的物理，化学和生物特征及组成状况，反映了水体环境自然演化过程和人类活动影响的程度。水体：包括除水相以外的其他固相物质，内容广泛。39水体污染及污染源水体污染及污染源水污染指标水污染指标: : 悬浮物悬浮物 生物化学需氧量生物化学需氧量(BOD)(BOD) 化学需氧量化学需氧量(COD)(COD) 总有机碳总有机碳(TOC)(TOC) pHpH值值 大肠菌群数大肠菌群数 有毒物质有毒物质40在在人工控制人工控制的条件下，使水样
20、中的有机物在微生物作的条件下，使水样中的有机物在微生物作用下进行生物氧化，在用下进行生物氧化，在一定时间内一定时间内所消耗的溶解氧的所消耗的溶解氧的数量，可以间接反映出有机物的含量，以每升水（所数量，可以间接反映出有机物的含量，以每升水（所含的污染物）所消耗的氧的毫克数来表示含的污染物）所消耗的氧的毫克数来表示(mg/L)(mg/L)，简，简称称生化需氧量生化需氧量(BOD)(BOD)。BODBOD越高，表示水中需氧有机物质越多。越高，表示水中需氧有机物质越多。 2020条件下培养条件下培养5 5天天BODBOD5 541用化学氧化剂氧化水中有机污染物时所需的用化学氧化剂氧化水中有机污染物时所
21、需的氧量，以每升水所消耗的氧的毫克数来表示氧量，以每升水所消耗的氧的毫克数来表示(mg/L)，简称简称化学耗氧量化学耗氧量(COD)(COD)。COD越高，表示水中有机污染物污染越重。越高，表示水中有机污染物污染越重。常用的氧化剂常用的氧化剂: :高锰酸钾高锰酸钾(KMnO(KMnO4 4) ) 高锰酸盐指数高锰酸盐指数重铬酸钾重铬酸钾(K(K2 2CrCr2 2O O7 7) COD) COD42水体污染源水体污染源工业污染源工业污染源生活污染源生活污染源农村污水和灌溉水农村污水和灌溉水船舶废水船舶废水点源点源非点源非点源43水体污染物水体污染物造成水体的水质、底质、生物质等质量恶化或造成水
22、体的水质、底质、生物质等质量恶化或形成水体污染的各种物质或能量均可能成为形成水体污染的各种物质或能量均可能成为水水体污染物体污染物。 无机无毒物无机无毒物无机有毒物无机有毒物有机无毒物有机无毒物有机有毒物有机有毒物放射性污染物放射性污染物热污染热污染物物病原体污染病原体污染物物44水体的自净水体的自净所谓水体的自净作用，是指受污染的各种水体在物理、所谓水体的自净作用，是指受污染的各种水体在物理、化学和生物等作用下，水中污染物浓度自然降低的过化学和生物等作用下，水中污染物浓度自然降低的过程。水体自净作用往往需要一定的时间，一定范围的程。水体自净作用往往需要一定的时间，一定范围的水域以及适当的水文
23、条件，另外还决定于污染物的性水域以及适当的水文条件，另外还决定于污染物的性质、浓度以及排放方式等。质、浓度以及排放方式等。包括包括:(1)物理自净物理自净(2)化学自净化学自净(3)生物自净生物自净45污染物在水体中的运动特征污染物在水体中的运动特征污染物在水体的运动形式有三种：l推移迁移；l扩散；l衰减。三种运动的作用使污染物浓度降低，称水体“自净作用”。46l综上所述可知： 推移作用：总量不变，分布状态也不变； 推移+分散：总量不变，分布状态发生变化； 推移+分散+衰减：总量变化，分布状态变化。471、一维稳态模型 Dx 2c/ x2ux c/ xKc=0 (1) 其特征方程为：Dx2 u
24、x k=0 特征根为： 1,2=ux/2Dx(1+m) 式中：m= 48当x=0， c=c0 时， 上式的解为（ 取负值） C=c0expuxx/2Dx1(1+4kDx/ux2)1/2 弥散项忽略，则一维稳态模型解为：c=c0exp(-Kxx/ux) 式中c0=(Qc1+qc2)/(Q+q) Q为河流流量；c1为河流中污染物的本底浓度；q为排入河流的污水的流量；c2为无水中的某污染物浓度；c为污染物的浓度；Dx纵向弥散系数；ux断面平均流速；K污染物的衰减速度常数492、二维稳态模型： Dx 2c/ x2+Dy 2c/ y2ux c/ xuy c/ ykc=0 (2)在均匀流场中其解析解为：
25、C(x,y)=Q/4 h(x/ux)2(Dx Dy)*exp(y-uyx/ux)2/4Dyx/ux) *exp(-kx/ux) (2-1)忽略Dx,ux:C(x,y)=Q/(ux*h(4Dxx/ux)*exp(-uxy2/4Dyx)*exp(-kx/ux ) (2-2) 50在河流有边界条件下：才用镜像法：C(x,y)=2*Q/(ux*h(4Dxx/ux)*exp(-uxy2/4Dyx) +exp(-ux(2nB-y)2/4Dyx + exp(-ux(2nB+y)2/4Dyx*exp(-kx/ux) (2-3) h水深；B河宽；其它符号同前。 51河流中的水质问题一、污染物与河水的混合 污染物
26、排入河流后，从污水排放口到污染物在河流横断面上达到均匀分布，通常需经历竖向混合竖向混合和横向混合横向混合两个阶段。52竖向混合污染物进入河流后，在较短距离内即达到竖向的均匀分布横向混合污染物达到竖向均匀分布到污染物在整个断面上达到均匀分布的过程 注： 直道中，主要动力为横向弥散作用; 弯道中，横向环流大大加速了横向扩散53二、生物化学分解1. 河流中的有机物经过生物降解所产生的浓度变化，可由一级反应式表示： L=L0 e -Kc*t Lt时刻有机物的剩余生物化学需氧量 L0初始时刻有机物的总生物化学需氧量 Kc 含碳有机物的降解速度常数，为温度的函数 实验室测定Kc值：通过实验室中测定生化需氧
27、量（BOD）和时间的关系 2. 1961年，托马斯（HThomas）提出了河流中BOD衰减的另一个原因沉淀，沉淀，如果反映生化作用和沉淀作用的BOD衰减速度常数分别为Kd和Ks，则 Kc Kd + Ks 543. 1966年， KBosko研究了河流中生化作用的BOD衰减速度常数Kd和实验室的数值Kc之间的关系： 为河床活度常数，综合反映河流对有机物生化降解作用的影响。4. 稳态河流中BOD的变化规律满足下式：5. 含氮有机物排入河流后，同样发生生物化学氧化过程：KdKc+ uxHLc=L0exp（-Kcxux）LN=LN0exp（-KNxux）55三、大气复氧 水中溶解氧的主要来源是大气。氧
28、气由大气进入水中的质量传递速度： C-河流水中溶解氧的浓度Cs-河流水中饱和溶解氧的浓度KL-质量传递系数A-气体扩散的表面积V-水的体积 dtdC=KLAV(Cs-C)56 欧康奈尔 （ D.OConner ）和多宾斯（WDobbins）在1958年提出根据河流的流速、水深计算大气复氧速度常数的方法： 饱和溶解氧浓度Cs是温度、盐度和大气压力的函数。在760mmHg压力下，淡水中的饱和溶解氧浓度为 lT为0cKL= CuxnHmCs=46831.6+T57四、光合作用水生植物的光合作用是河流溶解氧的另一个重要来源。 欧康奈尔假定光合作用的速度随着光照强度的变化而变化。中午光照强度最大时，产氧
29、速度最快，夜晚没有光照时，产氧速度为零。五、藻类的呼吸作用 藻类的呼吸作用要消耗河水中的溶解氧，通常把藻类呼吸耗氧速度看作是常数.六、底栖动物和沉淀物的耗氧 底泥耗氧的主要原因是由于底泥中的耗氧物返回到水中和底泥顶层耗氧物质的氧化分解.58 单一河段水质模型定义：在所研究的河段内只有一个排放口时称该河段为单一河段坐标：在研究单一河段时，一般把排放口置于河段的起点，即定义排放口处的纵向坐标x0.S-P模型描述河流水质的第一个模型，由斯特里特（H Streeter）和菲而普斯（E Phelps）在1925年建立。基本假设：河流中的BOD的衰减和溶解氧的复氧都是一级反应，反应速度为常数；河流中的耗氧
30、是由BOD衰减引起的，而河流中的溶解氧来源则是大气复氧。59l生物降解反应的类别l微生物参与的生物化学反应，属于生物降解反应的主要有这样一些基本反应：氧化、水解、脱水、脱氢、脱氨基、脱羧基等. 水体中耗氧有机物的降解60l含氮有机物的降解含氮有机物的降解有机氮化合物降解的最终产物是氨，所以这个过程也被称作氨化作用（或无机化作用）。在自然环境中，这类作用大多属于有微生物介入的生物降解过程。61含氮有机物:蛋白质、氨基酸、尿素、胺类、硝基化合物等等。它们的元素组成，除氮外还含有碳、氢、氧、硫、磷等。 含氮有机物生物降解较不含氮有机物更难，其产物污染性强；同时，它的降解产物与不含氮有机物的降解产物会
31、发生相互作用，影响整个降解过程。 62l硝化作用硝化作用 由固氮作用生成的氨或由蛋白质等高分子含氮化合物经降解作用后产生的氨，都可能在有氧条件下，经细菌作用而硝化 硝化作用对土壤中的植物有特殊意义:1.一般植物容易吸收NO3-形态的氮，不易吸收NH3或NH4+形态的氮。2.硝酸盐有极大可溶性，不易为土壤所阻留，这又是对植物不利的。 63l反硝化作用反硝化作用又称脱氮作用。在土壤中以及在水体的底泥或中间水层环境介质中都可能发生这种作用。反硝化过程可简单地表示如下： 其中N2和N2O 是反硝化作用的主要产物，但一般情况下，在生成过量N2O条件下才能产生N2。642.水体中富营养污染物水体中富营养污
32、染物水体富营养化问题水体富营养化问题l湖泊、水库、河口、港湾等水流较缓的区域，最容易发生富营养化问题。这是一种由磷和氮的化合物过多排入水体后引起的二次污染现象。主要表现为水体中藻类大量繁殖，严重影响了水质。65l在适宜的光照、温度、pH 值和具备充分营养物质的条件下，天然水体中藻类进行光合作用，合成本身的原生质，其总反应式可写为: 藻类繁殖所需要各成分,控制性因素是磷和氮，藻类繁殖的程度主要决定于水体中这两种成分的含量，并且已经知道能为藻类吸收的是无机形态的含磷、氮的营养物。66l湖水的营养化程度湖水的营养化程度 在湖泊水体中，凡生产者、还原者、消费者达到生态平衡者是属调和型的湖泊. 依据湖水
33、营养化程度:贫营养化湖、低营养化湖、中营养化湖和富营养化湖。67l调和型湖泊的营养化程度可用总磷含量、总氮含量、叶绿素a 含量和透明度等指标来度量。具体数值见表1。表表1湖水的营养化程度湖水的营养化程度68表2 水体富营养化防治的各种方法69水体富营养化营养物质负荷模型湖泊富营养化相关模型：P作为自变量，湖泊营养状况作为因变量70湖泊、水库完全混合箱式水质模型：沃伦威德尔，70年代初研究北美大湖。模型从宏观上研究湖泊、水库中营养物质平衡的输入产出关系的模型。71模型建立了输入湖泊的某一水质组份的总量，湖泊中该水质组份的浓度与湖泊的自然特征，如：平均水深，水流停留时间等的关系。模型不描述发生在湖
34、泊内的物理，化学和生物学过程，同时也不考虑湖泊和水库的热分层。721.沃伦威德尔模型l停留时间很长，水质基本处于稳定状态的湖泊和水库，可作为一个均匀混合的水体进行研究。l沃伦威德尔假设：湖泊中某中营养物的浓度随时间的变化率，是输入，输出和在湖泊内沉积的该种营养物质的量的函数。73V-湖泊水库的容积（m3)；c某中营养物质的浓度(g/m3)；Ic某中营养物质的总负荷(g/a);S营养物在湖泊或水库中的沉积速度常数(l/a)；Q湖泊出流的流量(m3/a)742.吉柯奈尔迪龙模型l针对上一模型中营养物质在水库中的沉积速度常数S难于确定而建立。l吉柯奈尔迪龙：1975年，引入滞留系数Rc营养物在湖泊和
35、水库中的滞留分数。75式中：Rc营养物在湖泊和水库中的滞留分数。t=0,c=c0,方程解析解为:76J出湖泊输出的总P量J入湖泊输入的总P量迪龙通过多次回归分析，得出：Rc与面积水负荷qs相关。（Q输出水量，A湖泊表面积）77l由迪龙模型绘制总P负荷图。h(g)Lp(1-RP)/r(g/m2)允许界限危险界限过渡区富营养区贫营养区78重金属在水体中的迁移转化重金属在水体中的迁移转化一。重金属元素在水环境中的污染特征1。在自然界中的分布:分布广,含量低,危害明显2。属于过渡性元素:化学性质由电子层结构决定,价态 变化较多,配位络合能力强3。在水环境中的迁移转化:机械迁移,物理化学迁移,生物迁移4
36、。毒性效应:易与蛋白质和酶高分子化物质结合,产生不可逆变性,使生理或代谢过程障碍,或与脱氧核糖核酸等相互作用而致突变79l二.重金属在水体中的迁移转化1.重金属化合物的沉淀-溶解作用重金属化合物在水中的溶解度可以直观地表示其在水体中的迁移能力，溶解度大者迁移能力大，溶解度小者迁移能力小。水作为一种溶剂对许多物质都有很强的溶解能力。802.重金属的氧化还原转化重金属的迁移转化趋势和污染效应均与此有密切关系 天然水具有相应的P，故有可能使水中重金属元素进行氧化还原转化，产生价态的变化。 一般说来，重金属元素在高P水中，将从低价态氧化成高价态或较高价态。而在低P的水中将被还原成低价态，或与其中硫化氢
37、反应形成难溶硫化物。813.重金属元素络合作用 在水环境中存在着多种多样的天然和人工合成的配位体，它们能与重金属离子形成稳定度不同的络合物或螯合物，对重金属元素在水环境中的迁移在很大影响。 82l4.重金属的胶体化学吸附迁移转化在水体中的悬浮颗粒物和底泥中含有丰富的胶体，能够强烈地吸附各种分子和离子，对重金属离子在水环境中的迁移有明显影响，胶体的吸附作用是使重金属从不饱和的溶液中转入固相的主要途径。在天然水体中，重金属发生的许多现象和污染过程在固、液、气三相界面上进行，而与胶体吸附作用关系密切。83l（1）水环境中胶体的吸附机制：胶体微粒吸附重金属离子的机制主要有三种；A、离子交换吸附：粘土矿
38、物微粒通过层状结构边缘的羟基氢和OM基中M+离子以及层状结构之间的M+离子，交换水中重金属离子而将其吸附。B、溶液中水解，而后吸附。C、吸附、并在表面上水解。D、腐殖质微粒对重金属离子的吸附。84l总之，各种吸附机制基本上可分为物理吸附和化学吸附两大类。化学吸附具有选择性，而物理吸附则无选择性。化学键又显著大于分子间作用力，化学吸附热效应就比物理吸附大得多。物理吸附的活化能小、因而物理吸附速度较快容易达到平衡。化学吸附的活化能则较大，所以化学吸附在常温下速度较慢不容易达到平衡。85l（2）水体中胶体微粒的凝聚：天然水体中有机和无机胶体微粒带有负电荷，外电层吸附阳离子。溶液中存在大量某些其他阳离
39、子时，会引起胶体发生凝聚作用。l重金属化合物被吸附在有机胶体、无胶体和矿物微粒上以后，就随它们在水体中运动。如果这些胶体微粒能够相互聚集到一起，形成比较粗大的絮状物，就可能在水流中沉降下来，沉积在水体底部，最终成为沉积物。86l5.某些重金属的甲基化作用：汞的环境污染问题所以特别为人们所重视，不仅是因为无机汞的毒性，而且还因为无机汞在水环境中，由于在微生物的作用下，可转化为毒性更强的甲基汞。甲基汞脂溶性强，可以通过食物链在生物体内逐渐浓集，最后进入人体。所以无机汞的甲基化问题研究者们广泛注意。 1。在淡水水体淤泥中的厌氧细菌能够使无机汞甲基化，形成甲基汞和二甲基汞 2。在天然水溶液中，在非生物
40、的作用下，只要存在甲基给予体，汞也可被甲基化。 87l作业：名词解释： 水体，水质， COD，BOD，水体的自净，水体富营养化问题简答题：简述污染物在水体的运动形式有哪三种形式，其运动有何特点简述河流水质模型S-P模型基本假设是什么？简述水体富营养化负荷模型中吉柯奈尔迪龙模型对沃伦威德尔模型做了什么改进？简述湖水富营养化判定的指标有哪些？水体富营养化的主要防治方法有哪些？简述废水处理方法有哪三类，分别有哪些代表性的处理方法？88其他：水体中污染物的主要来源？水污染指标有哪些？水体中耗氧有机物的生物降解反应的有哪些类别？水体富营养化时水体中主要的营养物质是什么，依据湖水的营养化状况可将湖水分为哪几种营养级？水质标准有哪些分类？重金属在水体中的迁移转化主要表现在哪些方面？89
