环境管理_水体环境基础知识

第三章水体环境 水是宝贵的自然资源 第一节水与环境 一 自然界的水1 地球上的总水量为13 6亿立方千米 其中海水约占97 淡水占3 而淡水中的大部分储存在极地的冰雪中 仅有不到1 的淡水为人类所利用 估算约为300万立方千米 我国淡水资源的总量为2 8亿立方米 居世界第六位 但人均占有量较低 以13亿人口计 人均占有量仅有2154立方米 只相当于世界人均水资源占有量10000立方米的1 4左右 2 自然界的水按其存在部位可分为大气水 地表水和地下水 3 天然水的化学组成由于水是一种很好的溶剂 因此在循环过程中于其它物质接触时 或多或少地溶解它们 所以天然水中几乎包含了周期表中的所有元素 各地天然水的组成也不尽相同 4 水的循环 1 水的自然循环指地球上各种形态的水在太阳辐射和重力作用下 通过蒸发 水汽输送 凝结降水 下渗 径流等环节 不断发生相态转换的周而复始的运动过程 2 水的社会循环 三峡大坝水资源污染 生灵涂炭 5 水的作用 1 可调节地球气候 2 可改变地球表面形态 3 具有物质运输功能 4 是一切生物必不可少的物质 5 是人类赖以生存的物质基础 6 水的特殊物理性质 1 沸点高 2 蒸发热大 3 热容高 4 反常膨胀 5 良好的溶剂 二 水资源危机 1 全球的水资源短缺据联合国最近几年的统计显示 全世界淡水消耗自20世纪初以来增加了6 7倍 比人口增长速度高2倍 目前世界上有80个国家约15亿人严重的淡水不足 其中26个国家3亿多人口完全生活在缺水状态之中 据专家们估计到2025年 将会有大约50个国家的占全世界30 即23亿人 的人口面临水危机 在淡水消费增长的同时 淡水资源污染也日益严重 2 中国的水资源短缺 根据世界水资源研究所提出的标准 中国人均水资源量处于缺水上下限 1000 5000m3 人 的中低值 总体缺水 而且中国的水资源分布也极不均匀 北方地区人均水资源量仅988m3 低于1000m3的重度缺水标准 黄河 淮河 海河流域及内陆河流域共有11个省 市 区的人均水资源拥有量低于1750m3的缺水紧张线 其中山东为380m3 河北为330m3 北京不足300m3 天津仅为150m3 成为世界上最缺水的地区之一 联合国已将中国列为全球13个最缺水的国家之一 中国缺水现状 中国水资源总量为2 8亿m3 居世界第6位 我国人均占有水资源量 按1995年的人口计算为2238 6m3 相当于世界人均数的1 4 也是美国的1 5 前苏联的1 7 为世界第109位 人均水量少于2000m3的 国际社会称之为严重缺水边缘 中国有9个省 市 区 的人均占有水量为500m3 中国600个城市中缺水的近400个 严重缺水的为108个 3 水资源消耗原因 水资源消耗增长过快 主要是因为三方面用水量的增加 公共用水 包括饮用水和卫生用水 工业用水农业用水 4 水危机产生的原因 1 自然条件影响2 城市与工业区集中发展3 水体的污染4 用水浪费和盲目开采 5 我国水资源的主要问题 1 我国水资源人均和亩均水量少2 水资源在地区分布上很不均匀3 水量年内及年际变化大 水旱灾害频繁4 水土流失严重 许多河流含沙量大5 我国水资源开发利用各地很不平衡 6 水资源的利用和保护 1 提高水的利用效率 开辟第二水源A 降低工业用水量 提高水的重复利用率B 减少农业用水 实行科学灌溉C 回收利用城市污水 开辟第二水源 2 调节水源流量 增加可靠供水A 建造水库B 跨流域调水C 地下蓄水D 海水淡化E 拖移冰山F 恢复河 湖水质G 合理利用地下水 3 加强水资源管理4 增加下水道建设 发展城市污水处理厂 三 天然水的组成与水体自净 1 天然水的物质组成 1 溶解气体溶质粒径小子10 9m 以分子状态存在于水中 根据气体在水中含量的多少 进一步划分为主要气体和微量气体 2 溶解性物质溶质粒径小于10 9m 主要以离子形态存在于水中 根据含量和生成原因 又再细分为主要离子 生物生成物 微量元素 3 胶体物质溶质粒径为10 9m 10 7m时 属于胶体溶液 根据胶体的性质又分为无机胶体和有机胶体 4 悬浮物质溶质点粒径 10 7m 为悬浊液或悬浮液 根据物质性质分为细菌 藻类及原生动物 泥沙 粘土和其他不溶物质 2 水体的自净 水体是指河流 湖泊 池塘 水库 沼泽 海洋以及地下水等水的聚集体 是由水本身 水中的悬浮物 溶解物 胶体物质 底泥和水生生物等 水体的自净作用是指水体中的污染物的浓度因物理 化学或生物作用而降低的现象 第二节水体污染有关概念 一 水体污染当进入水体的污染物质的量超过了水体的自净能力 使水质受到损害 以至于对水的用途产生不利和不合理影响的现象 叫水体污染 二 水体污染物引起水体污染的物质叫水体污染物 从化学的角度来分 水体污染物有以下几类 1 无机无毒物2 无机有毒物3 有机无毒物4 有机有毒物5 病原微生物 三 水体污染源 一 自然污染源 二 人为污染源1 工业污染2 农业退水3 生活污水 四 水污染的危害 一 水污染的危害 1 水体污染对人体键康的危害 2 对工业生产的影响 3 对农业 渔业生产的影响 五 我国水污染的特征 一 污染不断加剧 水质恶化日趋严重据2000年水质监测资料 对全国河流 湖泊 水库的水质状况进行了评价 主要结果如下 河流水质在11 4万公里评价河长中 类水河长占4 9 类水河长占24 0 类水河长占29 8 类水河长占16 1 类水河长占8 1 劣 类水河长占17 1 全国符合和优于 类水的河长占评价河长的58 7 比上年减少了3 7个百分点 被洗涤剂污染的河流 二 各流域水体自南向北水质逐渐变差 微山湖被污染 渔民无可奈何 三 湖泊水库水体富营养化不容轻视 中国水污染严重 水利部近日公布了最新一次调查的结果表明 全国水污染状况相当严重 在水利部门对全国评价的近十万公里长的河流中 被污染河长已经占半数 其中有4万公里不符合渔业水质标准 2400公里河长鱼虾绝迹 一些大中城市的中小河流已变成排污河 90 以上城市水域污染严重 主要湖泊的26 已达到富营养化 严重威胁供水安全和渔业生产 第三节典型水体污染及其防治 一 病原微生物污染及其防治病原微生物包括病菌 病毒和寄生虫等 主要来源于生活污水 医院污水 家禽饲养场和屠宰 制革工业废水 水体受病原微生物污染后会传播各种各样的疾病如痢疾 肝炎 伤寒 霍乱 血吸虫等 治理这类污染物主要采用沉淀 过滤 消毒 妥善处理污泥 尽量不使这类这类污水与人体直接接触 二 需氧污染物 一 需氧污染物的概念生活污水和工业废水中所含的碳氢化合物 脂肪 蛋白质 木质素等有机化合物 可在微生物作用下分解生成简单的无机物CO2 H2O等 这些有机物在分解的过程中需消耗大量的溶解氧 因而称为需氧污染物 1 生化需氧量 BOD BiochemicalOxygenDemand 1 生化需氧量表示水中有机物经微生物分解时所消耗的溶解氧的数量 以mg L作单位 2 有机物经微生物分解的过程通常为两个阶段 第一阶段有机物 CO2 H2O NH3等第二阶段NH3 NO2 NO3 第二阶段对环境卫生的影响较小 废水的BOD通常只指第一阶段有机物生物氧化所需溶解氧的数量 由于微生物的活动与温度有关 所以测定BOD时一般以200C作为测定的标准温度 在200C时 一般生活污水中预计无需20天左右才能基本完成第一阶段的分解过程 这给实际测定工作带来困难 而试验表明一般有机物五日生化需氧量约占第一阶段生化需氧量的75 所以目前都以五日生化需氧量作为测定生化需氧量的标准时间 称为五日生化需氧量 用BOD5表示 2 化学需氧量 COD ChemicalOxygenDemand化学需氧量是指用化学氧化剂氧化水中有机物时 所需氧化剂的数量 用O2mg L表示 常用的化学氧化剂有高锰酸钾和重铬酸钾 前者测定值通常低于后者 COD不受水质条件的影响 测定费时少 但因不能完全氧化有机物以及不能正确反应生物氧化时的耗氧量 因此不如BOD确切 3 总有机碳 TOC TotalOrganicCarbon总有机碳表示水体中所有有机污染物的含碳量 也是评价水体中有机污染物的一个综合指标 4 总需氧量 TOD TotalOxygenDemandTOD表示水体有机物中C H N S全部被氧化时即生成CO2 H2O SO2和NO时所需氧气的量 二 水体中需氧污染物的来源天然水体中在1 2mg L之间焦化厂1400 2000mg L皮革厂220 2300mg L未经处理的生活污水 300 500mg L农场牲畜污水中一般比生活污水高五倍 三 需氧污染物对水体的危害 四 防治方法减少排污量 对污水进行处理 在水体内进行人工曝气 合理组织污水排放 三 植物营养物质 一 水体富营养化1 水体富营养化的概念水体富营养化是一种氮 磷等植物营养物质含量过多所引起的水质污染现象 2 水体富营养化与氮 磷的关系总磷超过20mg m3 或无机氮超过300mg m3 即可认为水体外于富营养化状态 二 水体中植物营养物质的来源1 农业退水2 城市生活污水3 工业废水 三 水体富营养化的危害1 导致水质恶化 水体老化 2 对鱼类的生存产生影响 四 防治水体受植物营养物质污染的途径合理使用肥料 防止流失 降低工业废水中氮磷的排放量 粪便等有机物可先经沼气池处理后再作有机肥使用 生活污水可进行污灌或污水养殖水生生物后再排放 城镇污水经处理达标后再排放 四 毒物污染 一 重金属污染环境污染研究中所说的重金属主要是指Hg Cd Pb Cr和As 1 来源水体中重金属主要来自于工矿企业排出的废水 不同生产企业排放的污水中所含的重金属及其存在形态不一样 2 水体中重金属污染的特点 1 微生物不能降解重金属 相反 某些重金属在微生物的作用下会转化成毒性更大的金属化合物 2 天然水中只要含有微量的重金属即可产生毒性效应 3 某些重金属离子易被生物富集 通过食物链逐渐积累 再通过食物进入人体 再人体的某些器官中积蓄起来 造成慢性中毒 3 重金属在水体中的迁移转化 1 沉淀作用 2 吸附作用 3 络合与螯合作用 4 氧化还原作用 4 重金属污染的防治改革生产工艺 不用或少用毒性较大的重金属 严格排放标准 控制排放量 废水应在处理达标的情况下才能排放到环境中 二 氰化物污染氰化物是一种剧毒物质 水体中氰化物主要来源于电镀废水 焦炉和高炉的煤气洗涤冷却水 某些化工厂的含氰废水及有色金属选矿废水等 对一般人来说 只需0 1g左右NaCN或KCN就可致死 对敏感的人仅需0 06g 氰化物对水体中鱼类等危害很大 致死浓度为0 3 0 5mg L 我国饮用水标准规定 氰化物含量不得超过0 05mg L 治理改进生产工艺 减少含氰废水的排放 对含氰量高的废水可用酸化嚗气 碱液吸收法等回收 对含氰量低的废水可通过生化处理 三 酚类污染物1 来源酚类化合物广泛存在于自然界 它主要来源于焦化厂 炼油厂 煤气厂 石油化工等工矿企业排放的废水 另外 粪便和含氮有机物在分解过程中也产生少量酚类化合物 2 酚类化合物的危害酚类化合物是一种原生质毒物 可使蛋白质凝固 饮用水中即使含有微量的酚 也会产生一种特殊的难闻气味 水体受酚类化合物污染后 会严重影响水产品的产量和质量 导致鱼肉有异味 不能食用 当水体受污染 浓度在0 1 0 2mg L时 影响鱼类产卵 浓度在1mg L 导致鱼类大量死亡 5 10mg L 3 防治方法改革生产工艺 回收酚 生化处理 五 其它水体污染物 一 酸 碱和无机盐污染 二 热污染 三 海上石油污染 我国地面水水质标准 类水体 为源头水及自然保护区 类水体 为集中生活饮用水水源地一级保护区 珍贵鱼类保护区 鱼虾产卵场等 类水体 为集中饮用水水源地二级保护区 类水体 为工业用水区 人体不直接接触的娱乐用水区 类水体 为农业用水区 一般景观要求水域 第四节水体污染控制 一 控制水体污染的基本途径1 减少污染物的排放量改革生产工艺 减少甚至不排废水 或者降低有毒废水的毒性 重复利用废水 尽量采用重复用水或循环用水系统 使废水排放量减少或生产废水经适当处理后再循环使用 回收有用物质 2 处理好城市垃圾和工业废渣3 建立城市污水处理系统4 调整工业布局二 废水处理技术简介 一 废水处理基本方法1 物理法利用物理作用处理 分离和回收废水中的污染物 在处理过程中不改变其化学性质 常采用的有沉淀法 过滤法 离心法 蒸发法 2 化学法利用化学反应或物理化学作用处理 回收废水中的污染物 常用的方法有化学沉淀法 混凝法 中和法 萃取法 吸附法 离心交换法 电渗析法等 3 生物法利用微生物的生化作用处理废水中的有机污染物 常用的方法有活性污泥法 生物膜法 厌氧生物处理法等 需氧生物处理法 利用需氧微生物在有氧条件下将废水中复杂的有机物分解的方法 厌氧生物处理法 在厌氧细菌或兼性细菌的作用下将污泥中的有机物分解 最后产生甲烷和二氧化碳等气体 活性污泥法 活性污泥法 氧化池 工业废水处理的典型工艺流程 肉类食品加工废水处理工艺流程 典型的城市污水处理厂工艺流程 二 城市污水处理城市污水中BOD较高 固体物质仅占0 03 0 06 根据对污水的不同净化要求 废水处理可分为一级处理 二级处理和三级处理 1 一级处理 初级处理 一级处理的任务是去除废水中的达颗粒物质 粒径100um以上 可由筛滤 重力沉淀 浮选等物理方法串联而成 废水经一级处理后通常达不到排放标准 主要是悬浮物的去除 去除率达70 80 而对废水中的胶体和溶解性污染物的去除作用不大 2 二级处理 二级处理的主要任务是大幅度地去除废水中呈胶体和溶解状态的有机物 常用的方法是生物法和絮凝法 1 生物法利用微生物将污水中的有机物分解为无机物 从而达到净化的目的 而微生物又以有机物合成自身并不断繁殖 使净化得以进行 2 絮凝法通过加入絮凝剂 破坏胶体的稳定性 使胶体发生凝聚 产生絮凝物 并发生吸附作用 将废水中的污染物吸附在一起 然后沉降而与水分离 常用的凝聚剂有硫酸铝 明矾 铁盐 硫酸铁 硫酸亚铁 氯化铁等 以及高分子凝聚剂 经过二级处理的水80 90 的有机物被除去 BOD较低 一般可达到农灌标准和废水排放标准 数量不多时可排入自净能力较强的河流中 但水中还存留一定的悬浮物 生物不能降解的有机物 溶解性无机盐和N P等 并含有病毒和细菌 因此不能作为饮用水 工业用水和地下水的补给用水 3 三级处理 三级处理又称为高级处理或深度处理 其任务是进一步去除二级处理未能去除的污染物 它根据废水中的不同成份分别采取物理 化学等方法进行处理 经三级处理的废水能达到城市用水 工业用水和饮用水标准 但三级处理的处理费用很高 第五节海洋污染 一 海洋与人类的关系二 海洋污染的定义由于人类的活动改变了海洋的原来状态 使人类和生物在海洋中的各种活动受到不利的影响 海洋的状态一般可由物理 化学和生物三方面组成 物理状态指海水的温度 含盐量和透明度 化学状态