水体环境ppt课件.pptx

第3章水体环境,1,水体环境,3.1水体环境概述3.2污染物在水中的扩散3.3污染物在水体中的化学转化3.4水环境污染控制及管理3.5水污染控制技术,2,水体环境概述,水循环水循环是指地球上不同的地方上的水，通过吸收太阳的能量，改变状态到地球上另外一个地方。例如地面的水分被太阳蒸发成为空气中的水蒸气。而水在地球的状态包括固态、液态和气态。而地球中的水多数存在于大气层、地面、地底、湖泊、河流及海洋中。,3,水循环类型与意义,大循环发生在全球海洋与陆地间的水交换过程。小循环海洋与大气之间，或陆地与大气之间的水交换过程。意义1.水循环不仅将地球上的各种水体组合成连续，统一的水圈，而且在循环过程中渗入大气圈岩石圈与生物圈，将地球上的四大圈层联系在一起，形成相互联系相互制约的统一整体。2.地球上的水循环是巨大的物质和能量流动，是具有全球意义的能量传输过程。3.水循环是海陆间的主要纽带。4.水循环不断塑造地表形态。5.由于存在水循环，水才能周而复始的被重新利用，成为可再生资源。,4,天然水的组成,（一）主要离子组成K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、NO3-、Cl-和SO42-为天然水中常见的八大离子，占天然水中离子总量的95%-99%。（二）溶解性气体水中溶解的主要气体有：N2、O2、CO2、H2S；微量气体有：CH4、H2、He等。（三）微量元素I、Br、Fe、Cu、Ni、Ti、Pb、Zn、Mn等。（四）生源物质NH4+、NO2-、NO3-、HPO42-、PO43-。（五）胶体SiO2nH2O、Fe(OH)2nH2O、Al2O3nH2O以及腐殖质等。（六）悬浮物质铝硅酸盐颗粒、砂粒、粘土、细菌、藻类及原生动物等。,5,天然水的性质,（一）碳酸平衡CO2在水中形成酸，可与岩石中的碱性物质发生反应，并可通过沉淀反应变为沉积物而从水中除去。在水和生物体之间的生物化学交换中，CO2占有独特的地位，溶解的碳酸盐化合态与岩石圈、大气圈进行均相、多相的酸碱反应和交换反应，对于调节天然水的pH和组成起着重要作用。（二）天然水中的碱度和酸度碱度（Alka-linity）是指水中能与强酸发生中和作用的全部物质，亦即能接受质子H+的物质总量。组成水中碱度的物质可以归纳为三类：强碱，如NaOH、Ca(OH)2等，在溶液中全部电离生成OH-离子；弱碱，如NH3、C6H5等，在水中部分发生反应生成OH-离子；强碱弱酸盐，如各种碳酸盐、重碳酸盐、硅酸盐、磷酸盐、硫化物和腐殖酸盐等，它们水解时生成OH-或者直接接受质子H+。弱碱及强碱弱酸盐在中和过程中不断继续产生OH-离子，直到全部中和完毕。酸度（Acidity）是指水中能与强碱发生中和作用的全部物质，亦即放出H+或经过水解能产生H+的物质的总量。组成水中酸度的物质也可归纳为三类：强酸，如HCl、H2SO4、HNO3等；弱酸，如CO2、H2CO3、H2S、蛋白质以及各种有机酸类；强酸弱碱盐，如FeCl3、Al2(SO4)3等。（三）天然水体的缓冲能力天然水体的pH值一般在6-9之间，而且对某一水体，其pH几乎保持不变，这表明天然水体具有一定的缓冲能力，是一个缓冲体系。一般认为，各种碳酸化合物是控制水体pH值的主要因素，并使水体具有缓冲作用。但最近研究表明，水体与周围环境之间发生的多种物理、化学和生物化学反应，对水体的pH值也有着重要的作用。但无论如何，碳酸化合物仍是水体缓冲作用的重要因素。因而，人们时常根据它的存在情况来估算水体的缓冲能力。,6,主要的水环境问题,1水资源短缺2水污染3用水的浪费4地下水过量开采,7,水体概念及水体污染,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，包括有一定流速的沟渠、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。把水体当作完整的生态系统或综合自然体来看待，其中包括水中的悬浮物质、溶解物质、底泥和水生生物等。水污染是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，危害人体健康或者破坏生态环境，造成水质恶化的现象。,8,水质指标,1.悬浮物2.“三氧”（化学需氧量、物化学需氧量、总有机碳和总需氧量）3.溶解氧4.ph值5.污水的细菌污染指标6.有毒物质指标p75页,9,水体污染源和污染物,1.点源：污染物由排水沟，渠，管道进入水体，主要指工业废水和生活污水，其变化规律服从工业生产废水和城镇生活污水的排放规律。2.非点源：主要是面源。污染物无固定出口，是以较大范围形式通过降水，地面径流的途径进入水体。,10,主要水体污染物种类,1.化学性污染：酸碱污染：是指酸性或碱性物质进入环境，使环境pH值过高或过低，从而影响生物的生长与发展或腐蚀建筑物的现象。环境酸碱度直接影响细胞酶活性，水体pH9时大部分水生生物不能生存。重金属污染：指比重大于5的金属（密度大于4.5克每立方厘米的金属），包括金、银、铜、铁、铅等。目前中国由于在重金属的开采、冶炼、加工过程中，造成不少重金属如铅、汞、镉、钴等进入大气、水、土壤引起严重的环境污染。非金属毒污染物：这类物质包括毒性很强且危险性巨大的氰化物，As，有机氯农药，酚类化合物，多环芳烃等。需氧性有机物污染：大量需氧有机物排入水体，会引起微生物繁殖和溶解氧的消耗。营养物质污染：植物营养素主要指N,P，等物质，他们是植物生长发育所需的养料。营养物质过量流入湖泊，河流等造成水体富营养化。,11,物理性污染,悬浮物污染1.影响水体外观和透明度，降低水中藻类的光合作用，对水生生物生长不利。吸附凝聚有毒物质重金属2.提高水的浊度，增加了给水净化工艺的复杂性。3.堵塞鱼鳃，导致鱼的死亡。4.沉于河底形成污泥，危害底栖生物繁殖，影响渔业生产。5.成为各种污染物的载体，扩大污染区域。热污染：引起水体温度升高，溶解氧含量下降，微生物活动增强，有毒物质毒性增强。放射性污染：附着在生物体表面，也可以进入生物体内蓄积起来。,12,生物性污染,致病微生物、寄生虫和某些昆虫等生物进入水体，或某些藻类大量繁殖，使水质恶化，直接或间接危害人类健康或影响渔业生产。沙门氏菌属水产养殖场受污染后,在水产品中也可检出沙门氏菌在污染水体中经常可检出的沙门氏菌有鼠伤寒沙门氏菌(S.typhi-murium)、肠炎沙门氏菌(S.enteritidis)、乙型副伤寒沙门氏菌(S.paratphiB)、伤寒沙门氏菌(S.tynhi)、猪霍乱沙门氏菌(S.choleraesuis)、婴儿沙门氏菌(S.infantis)、德比沙门氏菌(S.derb)、都柏林沙门氏菌(S.dublin)等。在临床上除伤寒和副伤寒分别由伤寒沙门氏菌和副伤寒沙门氏菌引起外，急性胃肠炎、腹泻与腹痛等病症也是由其他一些沙门氏菌引起的。细菌性食物中毒通常也是由沙门氏菌属细菌引起的。,13,污染物在水中的扩散,污染物在水中的运动特征1.推流迁移：污染物在水流作用下产生的迁移作用，只改变污染物的位置不改变污染物的浓度。2.分散作用：分子扩散，湍流扩散，弥散3.污染物的衰减和转化：进入水环境中的污染物可以分为两大类：保守物质和非保守物质，此过程中污染物质总量与浓度均发生变化,14,河流水体中污染物扩散的稳态解,稳态：污染物在水体某一空间位置的浓度不随时间变化的状态条件：河流水体处于稳定流动状态、污染源连续稳定排放。稳态一维模型稳态二维模型,15,河流水质模型,水质模型：描述不同水体水质变化规律的数学模型意义：预测、预报水体的污染趋向，研究水体污染的特征及水体环境的自净能力。污染物与河水的混合生物化学分解大气复氧简单河段水质模型SP模型是关于BOD和DO的耦和模型，可以写作,16,式中：L河水中BOD值；D河水中的氧亏值；Kd河水中BOD衰减（耗氧）速度常数；Ka河水中复氧速度常数；t河段内河水的流行时间。上式的解析解为：式中：L0河流起始点的BOD值D0河流起始点的氧亏值。该式表示河流水中的氧亏变化规律。如果以河流的溶解氧来表示，则：式中：O河水中的溶解氧值；Os饱和溶解氧值。该式称为SP氧垂公式,17,根据该式可绘制溶解氧沿程变化曲线即氧垂曲线,临界氧亏点（DC）：溶解氧浓度最低的点,式中：Dc临界氧亏值；tc由起始点到达临界点的流行时间。,18,污染物在水体中的化学转化,一.水体中耗氧有机物降解1.有机物生物化学分解基本反应包括水解反应：指复杂的有机物分子与水电离出的H或OH结合生成较简单化合物的反应。氧化反应：包括脱氢作用和脱羧作用两类2.耗氧有机物的生物降解代表性有机物：碳水化合物；脂肪和油类；蛋白质(1)碳水化合物,19,(2)脂肪和油类,(3）含氮有机物,20,水体富营养化过程,1.水体富营养化概述(1)定义营养化(Eutropbication)是一种氮、磷等植物营养物质含量过多所引起的水质污染现象。水体富营养化：由于水体中氮、磷等营养物质的富集，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，使鱼类或其他生物大量死亡，水质恶化的现象。河流-“水华”海洋-“赤潮”(2)类型：天然富营养化湖泊的自然消亡；历时漫长人为富营养化时间短；营养物质主要来自城市,21,水体富营养化的危害(1)使水质有毒性(2)使鱼类死亡A藻类大量繁殖，占据大量空间，鱼类生活空间缩小；B蓝藻有胶质膜，且有些蓝藻有毒，影响鱼类生存；C水体严重缺氧，鱼类呼吸障碍水体富营养化的控制(1)控制磷的流入量；(2)石灰处理；(3)疏浚底泥，去除水草和藻类；(4)引入低营养水稀释或人工曝气；,22,重金属在水体中的迁移转化,.重金属元素在水环境中的污染特征(1)重金属的定义：一般认为比重大于4或5的金属为重金属(2)重金属的污染特征：分布广泛，虽含量低，污染危害明显；是有色金属，被广泛使用，污染源多；大多是过渡元素，价态变化较多，毒性效应明显；在水环境中的迁移转化，扩大了污染范围；对生物体和人体的毒性效应显著。对生物体和人体的毒性效应显著A毒性大B生物的食物链富集可使重金属达到相当高的浓度；C生物不能降解，却可在生物体内转化为毒性更强的有机化合物D通过多种途径进入人体，在某些器官中不断蓄积造成金属中毒，甚至死亡。,23,重金属在水体中的迁移转化,(1)沉淀溶解作用A溶解度大者迁移能力大，有利于水体的自净；B重金属沉淀物通常大量沉积于排污口附近的底泥里，易形成二次污染；C沉淀作用限制了重金属的扩散速度和范围(2)氧化-还原作用可使重金属在不同条件的水体中以不同的价态存在，而价态不同，其活性与毒性也不同。(3)络合作用重金属络合物或螯合物的生成，可使重金属在水中的溶解度增大，迁移能力增强；但却促使沉积物中重金属的重新释放，形成二次污染（4）吸附作用胶体的吸附作用可使重金属的存在形态、环境行为发生明显变化；是重金属从液相转入固相的最主要途径。(5)甲基化作用无机汞的甲基化使其毒性更强，并可通过食物链在人体内积累。,24,水环境污染控制及管理,一、水体污染的防治和管理实行“防、治、管”三结合1.“防”，污染源控制，减少污染物的排放(1)调整工业布局，推行清洁生产清洁生产：是一种新的创造性的思想，该思想将整体预防的环境战略持续应用于生产过程、产品和服务中，以增加生态效率和减少人类及环境的风险。(2)提高民众节水意识，降低用水量，推广节水用具，以减少生活污水的排放。(3)有效控制“面污染源”，发展节水型农业，合理利用农药和化肥，以减少农田径流中含氮、磷和农药的量。,25,2“治”，废水无害化(1)工业废水就地处理(2)促进工业废水与城市生活污水的集中处理(3)集中处理与分散处理相结合的原则(4)大力开发低耗高效废水处理与回用技术，将城市水污染防治与废水资源化相结合3“管”，管理控制对策(1)实行污染物排放总量控制制度及排污许可证制度总量控制制度：是指国家对污染物的排放实施总量控制的法律制度。排污许可证制度：是指凡是需要向环境排放各种污染物的单位或个人，都必须事先向环境保护部门办理申领排污许可证手续，经环境保护部门批准后获得排污许可证后方能向环境排放污染物的制度。(2)进一步完善废水排放标准和相关的水污染控制法规和条例，加大执法力度，严格限制废水超标排放。(3)健全环境监测网络，在不同层次进行水质监测，并增强事故排放的预测与预防能力。,26,水环境污染防治对策,1.减少耗水量2.建立城市污水处理系统3.调整工业布局4.加强水资源的规划管理,27,水污染控制技术,污水的处理方法分类按处理原理分类1.物理处理法：重力分离(沉淀；浮选)法；离心分离法等2.化学处理法：絮凝法；离子交换和膜分离法等。3.生物处理法：好氧生物处理(活性污泥法和生物膜法)；厌氧生物处理4.物理化学处理法：吸附法，膜分离法，离子交换法，汽提法，萃取法等,28,按处理程度分类,29,(1)一级处理常由筛滤，重力沉淀和浮选等方法组成。主要去除废水中大部分粒径在100m以上的大颗粒物质，经过一级处理的废水，一般达不到排放标准。(2)二级处理:常用生物法和絮凝法。主要去除废水中大部分有机物，经过二级处理的废水，一般可以达到农灌标准和废水排放标准。(3)三级处理综合使用物理，化学生物处理法。主要是去除废水中的营养物质，使废水能够重新回用。,30,常用的物理处理方法简介,1.截留法利用留有孔眼的装置或由某种介质组成的滤层截留废水中的悬浮固体的方法。使用设备有：格栅，用以截阻大块固体污染物；筛网，用以截阻、去除废水中的纤维、纸浆等较细小的悬浮物；布滤设备，用以截阻、去除废水中的细小悬浮物；砂滤设备，用以过滤截留更为微细的悬浮物。2.重力分离（沉淀）法利用重力作用原理使废水中的悬浮物与水分离，去除悬浮物质而使废水净化的方法。可分为沉降法和上浮法。悬浮物比重大于废水者沉降，小于废水者上浮。影响沉淀或上浮速度的主要因素有：颗粒密度、粒径大小、液体温度、液体密度和绝对粘滞度等。此种物理处理法是最常用、最基本的废水处理法，应用历史较久。,31,常用的化学处理方法简介,1.混凝沉淀法在混凝剂的作用下，使废水中的胶体和细微悬浮物凝聚成絮凝体，然后予以分离除去的水处理法。混凝法的基本原理是在废水中投入混凝剂，因混凝剂为电解质，在废水里形成胶团，与废水中的胶体物质发生电中和，形成绒粒沉降。混凝沉淀不但可以去除废水中的粒径为10-310-6mm的细小悬浮颗粒，而且还能够去除色度、油分、微生物、氮和磷等富营养物质、重金属以及有机物等。化学沉淀法向废水中投加某些化学物质，使它和废水中欲去除的污染物发生直接的化学反应，生成难溶于水的沉淀物而使污染物分离除去的方法。但由于化学法普遍要加入大量的化学药剂，并成为沉淀物的形式沉淀出来。这就决定了化学法处理后会存在大量的二次污染，如大量废渣的产生，而这些废渣的处理目前尚无较好的处理处置方法，所以对其在工程上的应用和以后的可持续发展都存在巨大的负面作用。,32,3.中和法利用中和作用处理废水，使之净化的方法。其基本原理是，使酸性废水中的H+与外加OH-，或使碱性废水中的OH-与外加的H+相互作用，生成弱解离的水分子，同时生成可溶解或难溶解的其他盐类，从而消除它们的有害作用。4.氧化还原法化还原法是使废水中的污染物在氧化还原的过程中，改变污染物的形态，将它们变成无毒或微毒的新物质，或转变成与水容易分离的形态，从而使废水得到净化。用氧化还原法处理废水中的有机污染物COD、BOD以及色、臭、味等，以及还原性无机污染物如CN-、S2-、Fe2+、Mn2+等。通过化学氧化，氧化分解废水中的污染物，使有毒物质无害化。而废水中许多金属离子，如汞、铜、镉、银、金、六