《水体环境》PPT课件.ppt

第三章 水体环境,第一节 水环境概论 第二节 水体与水体污染 第三节 水体主要污染物及其危害 第四节 水体污染与自净 第五节 水环境污染控制及其管理,下列关于水污染的危害错误的说法是（） A、水污染对人体健康的损害可能是急性的，也可能是长期累积的 B、水污染可能造成整体生态环境系统的平衡 C、农业灌溉用水被污染会造成农产品质量下降，但不影响粮食的食用用途 D、水污染使本来就相对短缺的淡水资源更显不足,第一节 水环境概论,一 、水资源分布 二 、水循环 三 、我国水资源特征与利用的问题,第一节 水环境概论,全球总贮水量估计为13.9亿立方千米 其中淡水总量仅为0.36亿立方干米 除冰川和冰帽外，可利用的淡水总量不足世界总贮水量的1%,一、 水资源分布,第一节 水环境概论,二 、水循环 地球表面的水在太阳辐射能和地心引力的相互作用下，水分通过蒸发、降水、渗透及径流，水分不断循环往复。 作用： 热量输送、调节气候,第一节 水环境概论,三 我国水资源特征与利用的问题 水资源： 广义：地球上各种形态的水 狭义：可供人们经常取用的水量，在大陆上由大气降水补给的各种地表水，浅层地下水的储量和动态水量组成。,第一节 水环境概论,三 、我国水资源特征与利用的问题 2.主要问题 人均、亩均水量低于世界水平 分布不均：地区、时间 水量变化大、可利用水少 水土流失严重，许多河流含沙量大 水资源开发中存在问题：水利对水文的影响、用水浪费、水污染,第二节 水体与水体污染,一 、水体 二 、水质 三 、污染源,第二节 水体与水体污染,一 水体： 1. 两种含义： 一是指以相对稳定的陆地为边界的天然水域，包括有一定流速的沟渠、河流和相对静止的塘堰、湖泊、沼泽、水库、地下水、海洋 环境学领域中则把水体当作包括水中的悬浮物、溶解物质、底泥相、水生生物等完整单元的生态系统或完整的综合自然体,第二节 水体与水体污染,一 水体： 2. 水体污染 指水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、生物或者放射性等方面特性的改变，从而影响水的有效利用、危害人体健康、破坏生态环境，造成水质恶化的现象。,第二节 水体与水体污染,二、 水质 1. 天然水,第二节 水体与水体污染,二 、水质 2. 水质指标 物理指标：温度、色度、臭味、浑浊度、透明度、总残渣、过滤性残渣、非过滤性残渣、电导率等 化学指标：pH值、矿化度、总硬度、金属离子、酸根离子 生物指标：细菌总数、大肠杆菌,天然水,第二节 水体与水体污染,二 水质 2. 水质指标 污染水体：还有BOD、DO、COD、TOD 、 TOC,第二节 水体与水体污染,三 、污染源,三、 污染源,1. 工业废水：各种企业在生产过程中排出的废水，包括工艺过程用水、冷却水、烟气洗涤水、设备、场地清洗水以及生产废液等 特点：成分复杂、含量变化大、毒性强、净化处理困难,三、 污染源,2. 生活污水：日常生活中产生的各种污水混合液，包括厨房、洗涤室、浴室、集体单位公用事业排出的污水 城市污水：指排出城市管网的各种污水的总和 特点：含氮、磷、硫高，成分主要为纤维素、淀粉、糖、蛋白、脂肪、尿素,三 、污染源,3.农业退水：农作物栽培、牲畜饲养、食品加工过程中排出的污水和液态废物 特点：含氮、磷高，成分主要为微生物、化肥、农药、不溶解固体和盐分,第三节 水体主要污染物及其危害,一 、物理污染 二 、化学污染 三 、生物污染,第三节 水体主要污染物及其危害,一 、物理污染 颜色：说明污染物的含量 浊度：胶体或细小悬浮物 温度：地表水一年0-35，地下水稳定 悬浮物：影响水的透明度光合作用 放射性：蓄积在人体内造成长期危害,一、 物理污染,热污染的危害：来源冷却水 水中溶解性气体发生显著变化 水中化学生化反应速率上升 生物种群、群落变化：20硅藻；30绿藻；35蓝藻,第三节 水体主要污染物及其危害,二、 化学污染 无机无毒 无机有毒 有机无毒 有机有毒,二、化学污染,1. 无机无毒：酸、碱、无机盐类。 危害： 使淡水的矿化度增高，影响用水水质 富营养化,二、化学污染,2. 无机有毒： 1）重金属：汞、铬、镉、铅、砷 危害：富集、 致癌 2）氰化物：含CN-的物质，急性中毒死亡 3）氟化物：氟骨症、损害肾脏,二、化学污染,3. 有机无毒：主要是需氧有机物 耗氧有机物是水体中最普遍的一种污染物。生活污水和某些工业废水中所含的碳水化合物、蛋白质、脂肪、木质素等有机物，可在微生物的作用下最终分解为简单的无机化合物。这些化合物在分解过程中需要消耗大量的氧气。,表示耗氧有机物指标,生物化学需氧量 化学需氧量 总有机碳 总需氧量 溶解氧,1）生物化学需氧量，简称生化需氧量（BOD）：Biochemical oxygen demand，表示在好气条件下，水中的有机污染物经微生物分解所需的氧量(单位体积的污水所消耗的氧量毫克升）,表示耗氧有机物指标,有机物的生物化学作用分为两个阶段完成： 有机物转化为无机物的二氧化碳、水和氨 氨被转化为亚硝酸盐与硝酸盐 将所能分解的有机物全部分解往往需要20天以上，并与环境温度有关。,目前水质标准采用在20下分解5天(t5)所需耗用的氧量，以BOD5表示，它通常是BOD总的70%左右,表示耗氧有机物指标,2. 化学需氧量（COD）：Chemical oxygen demand，在规定条件下，使水样中能被氧化的物质氧化所需耗用化学氧化剂的量。目前常用的氧化剂主要是重铬酸钾或高锰酸钾。以高锰酸钾作氧化剂时，测得的值也称耗氧量。 与BOD5比较,表示耗氧有机物指标,3. 总有机碳（TOC）：Total organic carbon，水中溶解性和悬浮性有机物中存在的全部碳量。 4. 总需氧量（TOD）：Total oxygen demand，水中有机物除含有机碳外，尚含有氢、氮、硫等元素。当这些元素全部被氧化时所需的氧量。 5. 溶解氧（DO）：水质重要参数之一,表示耗氧有机物指标,二、化学污染,4. 有机有毒：主要是需氧有机物 酚类化合物：煤气、焦化、石油化工、制药、油漆 有机农药：有机磷、有机氯 多环芳烃：由石油、煤、可燃气等不完全燃烧或高温处理条件下产生 多氯联苯：电器绝缘和塑料增塑剂 洗涤剂：泡沫、富含磷、表面活性剂,三、生物污染,生物污染是指城市生活污水、医院污水或污水处理厂排水排入地表后，引起病源微生物污染,病原微生物：条件允许会大量增殖,四、富营养化,存在天然和人为两种类型 共性：水体中N、P营养物质富集，引起藻类及其它浮游生物的迅速繁殖，水体溶解氧下降，使鱼类或其他生物大量死亡、水质恶化的现象,富营养化作用引起的湖泊生态系统的变化,水体富营养化,项目 BOD(mg/L) 细菌(个ml) 磷(mg/L) 氮(mg/L) 恶臭 着色 死鱼,贫营养 1 100 0.001 0.1,前期中营养 13 1001万 0.0010.005 0.10.2 + + +,后期中营养 310 110万 0.0050.01 0.20.3 + + + + + +,富营养 10 10万 0.01 0.3 + + + + + + + + +,水体富营养化作用及影响,四、富营养化,危害 因优势浮游生物的颜色不同水面往往呈现兰色、红色、棕色、乳白色等，主要类型有水华、赤潮 限制因素：氮、磷 富营养化关键：源源不断流入水体中的营养物质N、P的负荷量 关键因素：溶解氧、温度、水体的形态,第四节 水体污染与自净,废水进入水体后，立即产生两过程？,水体污染过程 水体自净过程,第四节 水体污染与自净,一、水体污染 水体污染特征 水污染机制 二、水体自净 水体自净过程 水体自净机制,一、水体污染,1. 水体污染特征 水体物理因素恶化 污染物富集或转化为毒性更大的物质 群落结构脆弱，可能会出现单一生物区系,一、水体污染,2. 水体污染机制 物理作用：改变物理性状、空间位置 化学、物理化学作用：成分间及发生化学性质、价态变化，但未参与生物作用 生物作用：生物的生理生化作用及及食物链的传递作用、转化作用和富集作用,生物作用,生物富集作用：bioconcengtration,又称生物浓缩，生物或处于同一营养级的生物种群，从周围环境中蓄积某种元素或难分解化合物，使生物体内该物质的浓度超过环境中浓度的现象 生物积累：bioaccumulation，生物从周围环境中蓄积某些元素或难分解的化合物，以致随着生长发育，浓缩系数不断增大的现象 生物放大：biomagnification，指生态系统中，某中元素或难分解化合物在生物机体中的浓度随营养级的提高而逐步增大的现象,第四节 水体污染与自净,二、水体自净 受污染水体经过水中物理、化学与生物作用，使污染物浓度降低，并逐步恢复到污染前的水平。 什么时间开始？,废水一旦进入就开始，由弱到强直至稳定,二、水体自净,特征： 污染物浓度逐渐下降 污染物毒性降低 重金属：溶解态被吸附不溶性化合物底泥 复杂有机物简单有机物 不稳化合物稳定化合物 溶解氧经急剧下降 最低点缓缓上升 生物种群趋于正常分布,二、水体自净,2. 水体自净机制： 稀释扩散： 河流： 湖泊： 2）耗氧与复氧作用 3）重金属的转化,流量与废水量之比 水文条件,水流方向、风向、风力、水温,溶解氧（DO）：水质重要参数之一 影响因素： 再充气过程 光合作用 呼吸 有机废弃物的氧化作用,2）耗氧与复氧作用,有机污染物排入河流后，主要引起两方面的影响：一是生态学效应；二是溶解氧效应 生态学效应：有机污染导致生物种类和数量的变化 自养型 P 异养型R 溶解氧效应：分子态氧含量变化,耗 氧 与 复 氧 作 用,耗 氧 与 复 氧 作 用,2）耗氧与复氧作用,三阶段： 易氧化有机物被化学氧化分解 生化氧化分解 含氮有机物的硝化过程,2）耗氧与复氧作用,关键需要找到什么？,溶解氧浓度的最低点，即氧亏值最大点,临界点规定值？,未超过河段的净化能力,二、氮、磷营养物的来源,水体中氮、磷营养物质的主要来源有： 1. 雨水 2. 农业排水 含氮、磷肥料及饲养家蓄所产生的废物。 3. 城市生活污水 磷合成洗涤剂和废便 氮粪便和食品污物 4其他来源 包括城镇和乡村的径流、工业废水、地下水等。 对水体中藻类来说，营养物质指的是那些促进其生长或修复其组织的能源性物质，按原生质的合成反应式可见，关键性的营养物质是磷和,三、水体中氮磷营养的转化,1. 含氮化合物的转化 （1）硝化及亚硝化 Vc被证明能使NO2-还原为NO，从而降低其浓度以阻断亚硝胺的生成。因此多吃新鲜蔬菜、水果，增加Vc摄入量，对防止亚硝胺的形成有一定的作用。 （2）反硝化及脱氮作用 （3）化学脱氮,2. 含磷化合物的转化 在微生物作用下，无机磷被转化为ATP和ADP进入生物体，它是生物体中生物化学反应的能源。 HPO42-为植物的基本营养物质。 水中无机及有机态的磷主要以悬浮态存在，在一定的水体条件下沉积析出。磷在水和沉积物之间存在着交换作用。 磷对水体的富营养化作用大于氮。但P、N、C要同时含量不是太低时，才足以造成富营养化，这是生物诸营养要素之间的相互制约关系。,四、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于调和型的湖泊，而所谓非调和性的湖泊中，不存在能生产有机物的生产者。,湖泊,调和型,非调和型,贫营养化 低营养化 中营养化 富营养化,腐殖质营养湖：湖水呈弱酸型， 水 质褐色透明，含大量难分解腐殖质。,酸性湖：由于火山活动及酸雨等影响， 使湖水呈较强酸性，因而导致水中大 部分生物死亡或外逃。,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。具体数值见下表：,程度 总磷 总氮 叶绿素a 透明度 （mg/m3 ） （mg/m3） （mg/m3） （m） 贫 4.0 低 15-25 400-600 3-7 2.5-4.0 中 25-100 600-1500 7-40 1.0-2.5 富 100 1500 40 1.0,总磷含量：指的是水体中正磷酸盐、聚合磷酸盐、可水解磷酸盐及有机磷的总浓度。 其数值可用标准分析法予以测定，即用氧化剂和热消解水样后，再用钼盐比色法测其含量。 总氮含量：指的是水体中氨氮，亚硝酸盐氮、硝酸盐氮及有机氮的总和。 它们的数值可用各自的标准分析法予以测定，然后相加即为其总和。,叶绿素a含量：实际上就是水体中绿色物质含量，可将经过滤后的水样残留物，用丙酮萃取其中绿色色素，然后在665nm波长处测定吸光度的方法定量之。 透明度指标：是用白瓷盘测得的，那是将一定大小白色瓷盘（d=30cm）沉入水下在水面上人目恰不能看到时的浓度。,Nitrogen (nitrate?) Leaching, Eutrophication,Eutrophication is characterized by rapid increase in plant life. An example is the algae bloom shown here. -Algae blooms block sunlight so plants below die. -Decomposition of dead plants consumes oxygen. -Low oxygen conditions may kill fish etc.,High nutrient concentrations can cause Eutrophication of water bodies,Eutrophication,Surface water,Reduced dissolved O2 Fish kills Reduced sunlight Sea grasses that shelter aquatic animals die “Dead zones” Gulf of Mexico Chesapeake Bay,Eutrophication,At 20oC, the typical oxygen concentration of surface water under natural conditions is 9 mg/L. Fish may die if concentration is less than 5 mg/L. (depends on type of fish).,Eutrophication can reduce oxygen concentration (algae blooms).,总结： 磷和氮是造成水体中养分过多并达到有害程度的主要因素。从藻类原生质的组成C106H263O110N16P可以看出，在自然环境中，每生产1kg这种藻类，需要碳358g，氢74g，氧496g，氮63g, 磷9g。可见，磷和氮最容易超过限量，一般当水体种磷的浓度超过0.01-0.02mg/L，氮超过0.2-0.3mg/l时，就会导致水体的富营养化。,随着经济、人口的增长，资源和环境压力越来越大，当前全国湖库区域经济快速增长、水资源需求量增大，而湖库来水减少、交换缓慢，水环境纳污能力下降而排污量增加，湖库富营养化问题普遍突出。湖库治理总体力度不够大，进展不理想，目前全国湖库水环境问题十分严峻。,2、重金属在水体中的迁移转化,重金属迁移:重金属在水中不能被微生物降解，只能发生形态间的转化及位移和生物富集作用， 重金属化合物的沉淀-溶解作用：与迁移能力有关 重金属的还原氧化作用 重金属的络合作用：羟基的络合过程 胶体化学吸附转化：是将重金属转为固相的主要途径,一、Hg的环境化学特性,1. 特性 （1）氧化还原电位较高（即强氧化性），易呈金属状态。 在酸性溶液中汞的电位图如下：,E,(V) Hg2+,Hg,Hg,+0.851,Hg2+ + Hg Hg2+ Hg2+ Sn2+ 2Hg + Sn4+ 2Hg2+ Sn2+ Hg2 + + Sn4+ 用金属汞或其他还原剂（其E值在0.905V与0.851V之间），可将Hg()还原为Hg()，反应平衡常数较大(k70)，平衡强烈偏向于生成Hg一方； Hg2Cl2 + NH3 NH2-Hg-Cl + NH4Cl + Hg,2分类 按其生态毒性分类,汞,无机汞,有机汞（毒性最大）,HgS HgO Hg2Cl2 HgCl2,金属汞,烷基汞 乙烯基汞 乙酸苯基汞,甲基汞 乙基汞 丙基汞 丁基汞,进入环境中无机汞的三种形态：Hg、Hg()、Hg() 3水体中Hg污染物的来源 开采、冶炼、生产、应用、工业排放、农药、燃料燃烧 4汞在水体中的形态 水相、悬浮物质、底泥、可溶性盐类、水生生物 水中可溶性物质 甲基汞的形成 ：给甲基分子 + Hg2+ 5Hg及其化合物的毒性 Hg Hg2Cl2 HgCl2 有机汞 无毒 基本无毒 有毒 高有毒 含0.01-0.1mg/l的水有毒性，累积性，进入人体不易排出。 原因：亲含s化合物 人体中含2-3ppm，显示毒性。,甲基汞毒性最大。甲基汞在人体肠道内极易吸收并分布到全身各器官，尤其是肝和肾，其中只有15%到脑组织。但首先受甲基汞损害的是脑组织的大脑皮层和小脑，故有向心性视眼缩小，运动失调、肢体感觉障碍等临床表现。 1953年发生在日本熊本县水俣湾附近渔村的水俣病，其病因是由于含甲基汞废液排入水系，有通过食物链浓集于鱼体内，最后富集到人体内，它侵害神经形态运动神经和感觉神经受损，引起疾病、死亡。,汞主要蓄积于鱼体脂肪中，鱼是汞的天然浓缩器，鱼龄越大，体内富集的汞就越多。一般来说，食肉鱼体内汞含量大于食草鱼，吃鱼的鸟在体内蓄积的汞更多。所以选择鱼的消费时也应当多选食草鱼、淡水鱼。 尽管江水中汞的含量较低，但通过食物链的生物放大作用，鲶鱼等食肉鱼中汞的含量也会大大增加，使得食品的不安全性扩大。消费者更不能把那些吃鱼的鸟类当作野味来消费。,二、镉的环境化学行为,Zn、性质接近 配合物 NH3、Cl-、CN- 含S、N有机物 脂溶性、毒性仅次于Hg 水中有0.001mg/l，8小时鱼即死亡。30mg/l，人死亡。 进入水体中的镉一般为Cd2+，主要存在于水中底物和悬浮物中（吸附作用这是控制水体中镉含量的主要物理化学过程），镉一般从消化道吸入镉，蓄积在肝脏和肾脏中，导致镉中毒，过量吸入镉，他进入骨质取代钙，引起骨骼软化，引起骨痛病（痛痛病），另外还致癌、致畸作用。,铅锌矿排放含镉的废水流进河水中，河水用于灌溉稻田，转移到稻米中；人长期食用含镉高达1毫克/公斤的稻米，便在肾脏和骨骼中积累.达到一定浓度时，就会破坏骨骼中钙的正常补给，最后造成上述的严重后果。我国的镉污染涉及11个省市，上海、沈阳污灌区附近部分农田的含镉量较高，这一状况值得引起高度注意。,镉是通过水生生物的养殖进入食品链的。海产品中镉的含量是海水的4500倍。作物的根系也可吸收土壤中的镉，镉污染地区的蔬菜、粮食中的镉含量远高于无污染地区。 不同作物对镉的富集程度不同，比如蔬菜中镉含量顺序由多到少排列为：芹菜叶、菠菜、莴笋、大白菜、油菜、小白菜、芹菜茎、韭菜、茄子、圆白菜、黄瓜、菜花。,五、砷,砷的毒性与铬相似，但比铬强，三价砷的毒性远大于五价砷，而工业生产中的砷多为三价砷化合物。（砒霜）是剧毒品，对人体致死剂量为0.01-0.025g。 来源：砷和含砷金属的开采、冶炼、用砷或砷化合物作原料的玻璃、颜料、药物。纸张的生产以及煤的燃烧过程中，都可产生含砷废水、废气和废渣。,砷是非金属元素，化合物多为白色粉末或结晶，均有毒。有机砷的毒性小，无机砷的毒性大。含砷的肥料、农药（包括除草剂、杀菌剂、杀虫剂、抑制剂等）以及含砷废水灌溉等，都是砷的污染源。当土壤砷含量为60毫克/公斤时，水稻和小麦中的砷含量有较高的蓄积性。 生活饮用水砷最高不得超过0.04mg/l，废水排放标准最高为0.5mg/l,2. 砷的甲基化反应 砷化合物在厌氧细菌作用下被还原，然后与甲基作用，生成毒性很大的易挥发的二甲基砷和三甲基砷：,第五节 水环境污染控制及管理,一、水环境污染防治对策 二、废水处理方法,一、水环境污染防治对策,1. 控制污染物排放量及减少污染源排放工业废水量 1）控制水环境质量标准 2）减少耗水量,1）控制水环境质量标准,水质标准：为了保障人体健康、维护生态平衡、保护水资源、控制水污染，在综合水体自然环境特征、控制水环境污染的技术及经济条件的基础上，所规定的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的