水体地球化学环境污染与防治.ppt

第六章 水体地球化学环境污染,水体污染物与水体污染源 水体中污染物的迁移和转化 水体污染的危害 水体污染的预防与治理,一、水体污染物与水体污染源 1、水体污染物种类 (1)耗氧污染物 某些有机化合物在被微生物分解的过程中需要消耗大量的氧，故又称为需氧污染物。如 C6H12O6+6O26CO2+6H2O,来源：生活污水、牲畜污水以及食品、造纸、制革、石化等工业废水 指标 溶解氧(DO) 生化需氧量（BOD）：在好气条件下，微生物分解水体中有机物的生物化学过程所需DO的量。,化学需氧量（COD）：用化学氧化剂氧化水中有机污染物时所需的氧量。目前常用的氧化剂主要是：重铬酸钾和高锰酸钾。,(2)植物营养物 主要是指N、P、K、S及其化合物 来源 化肥 工业废水和生活污水 雨、雪对大气的淋洗和对磷灰石、硝石、鸟粪层的冲刷 植物营养物质的危害-水体富营养化,水体富营养化：水体中植物营养物质含量的增加，将导致水生生物，主要是各种藻类大量繁殖，藻类过度旺盛的生长繁殖将造成水体溶解氧急剧变化，使水体处于严重缺氧，而造成鱼类大量死亡。这种现象称为水体富营养化 一般来说，水体中P超过20mg/m3，或无机氮超过300mg/m3，即可认为水体处于富营养化状态。可见，对发生富营养化作用来说，P的作用大于N。,水体富营养化的主要危害 藻类大量繁殖，耗去水中溶解氧，造成水中鱼类窒息而无法生存，水产资源遭破坏 水中含氮化合物的增加，对人畜健康带来很大危害，硝酸盐超过一定量时有毒性，亚硝酸盐又能在人体内与仲胺合成亚硝胺，可使人得癌症，生畸胎并影响遗传,(3)重金属 在环境污染方面所说的重金属实际上主要是指汞、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的，也指具有一定毒性的一般金属如Zn、Cu、Co、Ni、Sn等。 目前最引人注意的是Hg、Cd、Cr、Pb、As等，也有人称之为“五毒”。,重金属污染物的特性：在水体中不能分解，只发生形态间的转化，及分散和富集的过程。重金属污染物的危害最主要的是生物毒性。,(4)酚和氰类化合物 酚 来源：工业排放的含酚废水及城市污水的排放 危害：引起人类慢性中毒及海鲜肉质异,氰类化合物 来源：工业排放的含氰废水 危害：毒性超强，引起水生动物死亡,水体对氰化物有较强的净化能力，天然水体中净化过程，主要有二个途径： 挥发排除： CN-+CO2+H2O=HCN+HCO3- 氧化过程（即生物化学氧化） 2CN-+O22CNO- CNO-+2H2ONH4+CO32-,(5)石油 来源：工业排放，清洗石油运输船只的船舱、机件及发生意外事故，海上采油等,危害 可以直接毒死海洋生物 石油形成的油膜覆盖海面，减少大气复氧和光照，导致水生生物饿死或者缺氧致死 石油具有强烈黏性，对动物产生毒害 石油中含有难降解有机有毒物质、重金属等，可长期存留并富集，危害渔业安全和人的健康，飘到海边陆地的污染污染土壤,(6)农药 来源：除受农药厂废水污染外，主要是施用于农业的农药，经由大气、地下水及地表迳流迁移而进入水体中 危害：大多农药脂溶性强，容易在生物体内的脂肪累积，通过食物链对人体造成危害,(7)酸碱及无机盐类 酸性废水主要来自三个方面 矿山排水是酸性废水主要来源之一 4FeS2+15O2+14H2O=8H2SO4+4Fe（OH）3 冶金和金属加工酸洗废水 雨水淋洗含SO2烟气后形成酸雨，流入水体 碱性废水主要来自碱法造纸、人造纤维、制碱、制革等工业废水,危害 破坏水体的自然缓冲作用 消灭或抑制细菌及微生物的生长，妨碍水体自净 腐蚀船舶，改变水体的PH值 大大增加水中的一般无机盐类和水的硬度 酸碱废水排入土壤会使土壤酸化或盐碱化,(8)放射性物质 来源：核动力工厂排出的冷却水，向海洋投弃的放射性废物，核爆炸降落到水体的散落物，核动力船舶事故泄漏的核燃料；开采、提炼和使用放射性物质时，如果处理不当，也会造成放射性污染,危害 进入人体积累，引起贫血、白血球增生、遗传性变异、癌症等放射性疾病 影响水生生物，用污水灌溉的作物，最终通过食物链进入人体,(9)病原微生物 来源：生活污水、畜禽饲养场污水以及制革、洗毛、屠宰业和医院等排出的废水 特点：数量大；分布广；存活时间较长；繁殖速度快；易产生抗药性，很难绝灭；传统的二级生化污水处理及加氯消毒后，某些病原微生物、病毒仍能大量存活,(10)热污染 来源：工矿企业的高温废水和热电厂等的冷却水 危害：水中溶解氧减少，还会使水中某些毒物的毒性升高，鱼类的种群改变与死亡,2、水体污染源 (1)工业污染源 悬浮物含量高 需氧量高 PH值变化幅度大 温度较高 易燃 多种多样的有害成分,上虞精细化工园区内的化工企业偷排的污水正向杭州湾入海口涌入,(2)农业污染源 有机质、植物营养物及病原微生物含量高 化肥和农药含量高,(3)城市生活污染源 含氮、磷、硫高 含有机物质多 含有大量合成洗涤剂 含有多种微生物,自然污染源 在特殊的地质条件下，某些化学元素大量富集，产生毒性，污染水体 火山喷发和风蚀作用产生的大量灰尘落入水体，造成水污染 在沿海地区，海水侵入污染河流、湖泊和地下水 水生生物的遗体腐败拍引起水体有机污染富营养化,二、水体中污染物的迁移和转化 1、水体的自净作用 指当水体中排入污染物后，通过一系列的物理、化学和生物变化，使污染物浓度逐渐降低，恢复到污染前水平的过程。,(1)物理自净 (2)化学自净 (3)生物自净,2、天然有机物的降解 水体污染物中所含的碳水化合物、蛋白质、脂肪和木质素等有机物杂起微生物作用下最终分解为简单的无机物质：二氧化碳和水等。,(1)碳水化合物在水中的降解,碳氢化合物分为多糖(C6H10O5)n，如淀粉 、双糖C12H22O11，如蔗糖 、单糖C6H12O6，如葡萄糖 淀粉首先在细胞外水解成为蔗糖，然后在细胞内（外）再水解为葡萄糖，葡萄糖通过糖解作用转变为丙酮酸 丙酮酸在有氧条件下氧化成水和和二氧化碳，在无氧条件小生成有机酸、醇、酮等,(2)脂肪和油类的降解,脂肪首先在细胞外水解，生成甘油和脂肪酸 甘油再水解生成丙酮酸；脂肪酸再水解生成醋酸（细胞内外） 丙酮酸和醋酸在有氧条件下完全氧化成二氧化碳和水；无氧条件下，发酵成各种有机酸,(3)蛋白质的降解,首先是在水解作用下脱掉氨和羟基，形成氨基酸 氨基酸进一步分解脱氨基，生成氨。通过硝化作用生成亚硝酸,3、碳氢化合物的降解,2002年12月25日，西班牙士兵在加利西亚地区的一处海滩清理“威望”号油轮泄漏的燃油,2010年5月2日晚上6时10分许，东营向黄岛方向输送原油的主管道胶州市九龙镇工业园段管道破裂,受污染的松花江,事件起因及经过示意图,(1)主要污染物质,苯（最高超标108倍） 硝基苯（最高超标29.1倍） 苯胺，二甲苯等其他苯系有机污染物,事故区域排出的污水主要通过吉化公司东10号线进入松花江。根据专家测算，有100吨左右的苯类污染物进入松花江水体。松花江入境到哈尔滨市共布设了五个水质监测断面，主要断面的监测频次为每小时一次,污染,美丽的松花江,主要污染物质：硝基苯,主要污染物质：苯,苯的理化性质 分子量： 78.11 熔 点： 5.51 沸 点： 80.1 20时，苯能溶解0.06%的水，而水能溶解0.07%的苯。,苯是挥发性强不易溶于水但易溶于有机溶剂的具有特殊芳香味的液体，其密度比水轻，但蒸汽密度比空气大。,在通风不良的环境中工作，短时间内吸入高浓度苯蒸气可引起以中枢神 经系统抑制作用为主的急性苯中毒。苯已经被专家确认为严重致癌物质。轻度中毒会造成嗜睡、头痛、头晕、恶心、呕吐、胸部紧束感等，并可有轻度粘膜刺激症 状。重度中毒可出现视线模糊、震颤、呼吸浅而快、心率不齐、抽搐和昏迷。,苯的毒性,天然水中存在着大量具有很大表面能并带电荷的胶体微粒，可吸附有机物，并经沉积作用保留在水体底质中，从而减少了污染物在水体中的浓度。 活性炭是一种多孔的含碳物质。净化水采用颗粒活性炭，微小空隙能捕捉到各种有害物质，可有效吸附硝基苯。,(2)迁移转化 吸附作用,实施措施,哈尔滨市用1400吨活性炭治理污染，确保自来水来源。,硝基苯在水中具有极高的稳定性。由于其密度大于水，进入水体的硝基苯会沉入水底，长时间保持不变。 又由于其在水中有一定的溶解度，所以造成的水体污染会持续相当长的时间。,沉积沉淀作用：污染物被吸附沉积于水体底部，或从底部沉积物中解吸，均可改变污染物浓度。,挥发作用：污染物从溶解态转入气相的一种重要迁移过程 硝基苯易挥发 江水属湍流,导致污染带流过时有少量硝基苯由水体逸出至空气中，使空气具有毒性,稀释作用：污染物在水体中不断和水相混合，使污染物浓度不断降低的过程称为稀释。 光解 光解是简单芳香烃的最主要的降解途径，也是污染物质真正的降解途径。,微生物降解水体自净的主要原因 有机物排入水体后，在有溶解氧的条件下，由于好氧微生物的呼吸作用，被降解为CO2，H2O与NH3，同时合成新的细胞，消耗掉水体的溶解氧。,而水体由于与大气接触，故可从中获得分子氧，补充水中消耗的溶解氧。,自然因素 在没有人为污染的情况下，水体中的重金属的含量取决于水与土壤、岩石的相互作用，其值一般很低，不会对人体健康造成危害。但，导致水体受到重金属污染。,人为因素 工矿业废水、生活污水等未经适当处理即向外排放，污染了土壤，废弃物堆放场受流水作用以及富含重金属的大气沉降物输入，都使水体重金属含量急剧升高。,水体中的重金属来源,1,2,4、重金属的迁移转化,工人正在处理位于福建上杭紫金山铜矿湿法厂污水池中的含铜酸水。据悉，有9100立方米的含铜酸水外渗引发汀江流域污染,7月13日，福建上杭县政府以一斤6元的价格回收死鱼。 中新社王东明/CFP,7月13日，福建上杭，大量受污染死亡的鱼浮满河面。 渔民/CFP,福建省永定县洪山乡养殖户在棉花滩水库查看因紫金矿业污染事故致死的网箱鱼 新华社 姜克红摄,(1)重金属在水体中的转化方式 水解、配合和沉淀反应 胶体化学反应 天然水体中存在着大量黏土矿物、水合氧化物等无机高分子化合物和腐殖质等有机高分子化合物，它们是天然水体中存在的主要胶体物质,低分解有机土 腐殖质层,(2)几种主要重金属在水体中的迁移转化 汞 镉 铅 铬 砷,5、水体富营养化作用 (1)水体富营养化的产生 水体中的植物营养物质含量增加，导致水生生物的大量繁殖，主要是各种藻类的大量繁殖，一方面使鱼类生存空间减小，另一方面使水体通气不良，溶解氧下降，引起水质恶化，鱼类死亡 藻类的种数也在减少，个体数量在增加（转为蓝藻） （湖泊称为“水华”，海洋中称为“赤潮”）,(2)植物营养物质在水体中的转化 “富营养化”的核心问题是营养物质（N、P）的增加致使藻类大量繁殖 为什么是N、P元素？,藻类等浮游植物和水生植物的繁殖，需要大约2530元素，除大量的C、N、H和P外，还需要许多微量元素，如：Ca、Mg、B、Zn、Fe、Cu、Mo、Mn等。 其中以C、N、P的需要量大，C在自然界中存在量充足而且容易获得。因此，N和P常常成为限制水体中植物生长繁殖的制约因子。 据实验研究表明，可被生物吸收的P浓度5mg/L时，P可能为水体富营养化的限制因子，可被生物吸收的N浓度2微克/升时，N可能成为限制因子，有时虽然N、P浓度超过上述标准，但它们的相对量不符合比率，其限制因子就由N/P决定。,含N化合物在水体中的转化,含N化合物如蛋白质、多肽、氨基酸和尿素等有机氮转化为无机氮中的氨氮 氨氮的亚硝化和硝化，使无机氮进一步转化,从污染物的转化过程来看，有机氮NH3NO2NO3可作为需氧物污染物的自净过程的判断标志。 但从另一方面考虑，这一过程又是耗氧有机物向营养污染物的转化过程，在水中它们提供了藻类繁殖所需的N元素。,N、P化合物在水体中的转化,含P化合物在水体中的转化,磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷 P在水体中的转化只能进行固、液之间的循环。水体中的可溶性磷很容易与Ca2+、Fe3+、Al3+等离子生成难溶性沉淀物而沉积于水体底泥中 沉积物中的P，通过湍流扩散再度释放到上层水体中去。或者当沉积物可溶性P大大超过水中P的浓度时，则可能再次释放到水层中去。这些P又会被各种水生生物加以利用。在湖泊水体中P的含量超出0.05mg/L时，就会出现藻类迅速增殖现象 若要防止湖泊水体发生富营养化，水中P的含量应控制在0.02mg/L以下，无机氮含量应控制在0.3mg/L以下,(3)富营养化的危害,水体外观呈色、变浊、影响景观 内陆湖：水华 海洋：赤潮 水体散发不良气味：土腥素、硫醇、吲哚、胺类、酮类等 溶解氧下降：分解有机物及藻类残体造成细菌的大量繁殖，消耗掉水中的氧气 水生生物大量死亡 有些产生毒素：甲藻产生石房毒素、进入食物链,人们打捞由于水体富营养化导致的过量生长的水葫芦,“滇池蓝藻水华污染控制技术研究”基地的重力斜筛自动脱水设备在对