水环境保护复习.doc

第一章 绪论1.水环境保护的主要任务与内容： （1）水环境的监测、调查与试验，已获得水环境分析计算和研究的基础资料； （2）对排入研究水体（称受纳水体）的污染源的排污情况进行预测，称污染负荷预测，包括对未来水平年的工业废水、生活污水、流域径流污染负荷的预测； （3）建立水环境模拟预测数学模型，根据预测的污染负荷，预测不同水平年研究水体可能产生的污染时空变化情况； （4）水环境质量评价，以全面认识环境污染的历史变化、现状和未来的情况，了解水环境质量的优劣，为环境保护规划与管理提供依据； （5）进行水环境保护规划，根据最优化原理与方法，提出满足水环境保护目标要求的水污染防治最佳方案； （6）环境保护的最优化管理，运用现有的各种措施，最大限度的减少污染。 2.污染物： 水中存在的各种物质（包括能量），其含量变化过程中，凡有可能引起水的功能降低而危害生态健康，尤其人类的生存与健康时，则称他们造成了水体污染，于是他们被称为污染物。 水体污染：水中存在的各种物质，其含量变化过程中，凡有可能引起水的功能降低而危害生态健康，尤其人类的生存与健康时，则称造成了水体污染。 3.水体污染物的分类： （1）按污染物的属性分类：物理性的、化学性的和生物性的。 （2）按进入水体的污染来源分布情况分类：点源的和非点源的。 点源污染：指工业废水和城镇生活污水，他们有固定的排放口； 非点源污染：指来自流域广大面积上的降雨径流污染，如泥沙、农药、化肥等污染，常称面源污染； 线源污染：如航行的船舶的污染。 4.水污染危害耗氧有机物污染、可溶性盐类和酸碱物质污染、重金属污染（比重大于4）、有毒化学品污染、水中悬浮固体、油类污染、热污染、放射性污染、病原微生物污染、5.水体污染原因自然污染：特殊的地质构造或者其他自然条件是一个地区的化学元素富集，或天然植物在腐烂过程中产生某些有毒物质。人为污染：由于人类活动造成的污染，如工业污水不加处理排放，农药化肥随径流进入水体等。纳污：污染物在水文循环中不断进入水体的现象。 自净：污染物随水体的运动不停地发生变化，自然地减少、消失或无害化。 6.水体自净过程： （1）物理净化过程：指污染物在水体中混合、稀释、沉淀、吸附、凝聚、向大气挥发和病菌死亡等物理作用下使水体污染浓度降低的现象； （2）化学净化过程：指污染物在水中由于分解与化合、氧化与还原、酸碱反应等化学作用下，致使污染浓度降低或毒性丧失的现象； （3）生物净化过程：是水体内的庞大的微生物群，在他们分泌的各种酶的作用下，使污染物不断发生分解和转化为无害物质的现象。 7.水的自净能力：水的污染物浓度自然降低而恢复到较清洁的能力。 环境容量：在满足规定的环境质量标准下，允许有一个年最大纳污量，即环境容量。 8.水环境保护生态工程措施：流域（区域）合作综合整治、清洁生产、水土保持、生态农业、水利工程、人工湿地技术和污水处理厂技术。 9.清洁生产：指既可满足人们的需要，又可合理的使用自然资源和能源，并保护环境的实用生产方法和措施，其实质是一种物料和能耗最少的人类生产活动的规划和管理，将废物减量化、资源化和无害化，或消灭于生产过程之中。 10. 自净能力：水的污染物浓度自然降低而恢复到较清洁的能力。11.污水处理：预处理、一级、二级、三级处理（p15）12.水质指标：单一性因素指标：铜、铬、溶解氧、挥发菌多因素综合性水质指标：BOD、COD、TN、TP、PH（1） 溶解氧DO（2） 生化需氧量BOD（3） 化学需氧量COD（4） 总氮TN（5） 总磷TP（6） 酸碱强度PH13.水质划分为五类类主要适用于源头水、国家自然保护区类主要适用于集中式生活饮用水区地表水水源地一级保护区、珍惜水生生物栖息地、鱼虾产卵场类主要适用于集中式生活饮用水区地表水水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、泅游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区类主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区类主要是适用于农业用水区及一般景观要求水域第二章1.水环境监测：通过适当的方法对影响环境质量的因素的代表值进行鉴定，从而确定水环境质量及其变化趋势。2.监测对象：受纳水体的水质监测（包括地表水，如江、河、湖、库、大海等）和水的污染源监测（包括工业废水、生活污水）；监测目的：为水环境研究、模拟、预测、评价、规划、管理和制定环境政策、标准等提供基础资料和依据。 3.水环境监测程序：对监测区域有关水环境情况调查分析监测断面、采样点优化布设采样点的水样采集与保存水样的环境指标测定测定数据的整编与刊布 4.水质监测指标的测试分析方法选择原则：方法成熟、准确，操作简便，抗干扰能力好，成果可靠。 5.监测分析方法体系：国家标准分析方法统一分析方法等效方法。 6.地表水水样的采集：（表层水样）：用桶、瓶直接采样，一般将其沉至水面下0.3-0.5m处采集；（深层水样）：用带有重锤的采样器沉入水中指定的位置采集；（溶解气体的水样）：用双瓶采样器采样。 水样的保存常用的容器材质：硼硅玻璃、聚乙烯、石英、聚四氟乙烯。 保存水样的措施：选择材质性能稳定的容器控制水样的PH值加入适宜的化学试剂冷藏或冷冻第三章 水污染负荷预测1.水污染负荷：是反映对某水体输入污染物质强度的度量。某一水域某一时段内的输入污染物数量称污染负荷量，其变化过程称污染负荷过程。 2.污染负荷预测的目的：为了运用水环境数学模型，根据预测的污染负荷进一步计算受纳水体在设计条件下，BOD、COD、DO、TN、TP、温度、藻类等环境要素随时间、空间的变化，为优化水资源利用、水环境规划和管理方案提供依据。 3.点源污染分为：生活污水和工业废水。4.影响点源污染负荷的主要因素：人口增长、工业产值、万元产值废水排放量、人均生活污水排放量、各种污染物浓度等。 5.污染负荷预测模型：6.工业废水污染负荷包括工业生产过程中排放的废水量和各种污染物量。其预测程序是：先根据一个地区的社会经济发展计划预计不同设计水平年的工业总产值及万元产值废水排放量，由此得到预测的工业废水排放量，将其乘以废水的污染物浓度，即得预测的污染物多少。 P507.工业废水排放量预测：一个地区工业废水的排放量，是由工业中的各个行业的废水排放量组成的，因此将设计水平年各个行业的废水排放量扣除相应的重复用水后相加，即得预测的该地区工业废水排放量。 8.面源污染：是流域面积范围上高度离散排放污染物的污染源所形成的污染。 9.降雨径流污染负荷形成的过程： （1）降雨径流过程，这既是淋溶、冲刷污染物的动力，又是水污染物质的载体； （2）产沙输沙过程，流失的泥沙除本身就是一种很重要的污染物外，同时还对其它污染物有强烈的吸附作用，使之随泥沙迁移； （3）污染物随水流运动中德迁移转化过程。 10.面源污染负荷预测的一般步骤： （1）将研究区域按地形、地貌、土壤和土地利用情况划分为若干类型的单元区； （2）对每种类型选择代表小区，开展一定时间（至少一个水文年）的降雨径流污染试验；（3）根据试验资料建立代表小区的降雨径流污染负荷计算模型； （4）将建立的各代表小区的计算模型应用于相应类型的单元区，计算研究区域的面源污染负荷。 11.面源负荷模型：经验公式法、单位线法和以物理成因分析为基础的数学模型法 一是预测降雨产生的污染物负荷量，称产污量（类似净雨量） 二是负荷过程（类似流量过程）例题P58第四章 水环境演化原理1.污染物在水中的物理迁移过程：污染物随水流的输移与混合，受泥沙颗粒和底岸的吸附与解吸、沉淀与再悬浮，底泥中污染物的运输等。 2. 移流作用的输移 河水移流运动（对流运动）：以时均流速为代表的水体质点的迁移运动 3. 分子扩散作用的输移 扩散：由于物理量在空间上存在梯度使之在空间上趋于均化的物质迁移现象。分子扩散：水中污染物由于分子的物规则运动，从高浓度区向低浓度去的运动过程。4. 紊动扩散作用的输移 紊动扩散：紊流中涡旋的不规则运动引起的。 5. 离散（弥散）作用的输移 流速在断面上的分布往往很不均匀的，岸边和底部较小，表面和中泓较大。5.离散作用：由于流速在断面上分布不均匀而导致的污染物浓度在断面纵向有显著差异的现象。 6.由于移流和扩离散作用的存在，使废水排入河流后，在河流中一般出现三种不同混合状态的区段： （1）垂向混合河段。指从排污口到下游污染物沿垂直方向达到混合均匀的断面所经历的区段。天然河流水深一般较浅，故该区段的长度相对很短。该段的污染浓度沿垂向、横向和纵向都有明显变化，需要建立三位水质模型进行模拟预测。 （2）横向混合河段。指从垂向均匀混合断面到下游污染物在整个过水断面上均匀混合的区段。该河段，水的污染浓度沿横向和纵向有明显变化，水深方向则基本均匀，可作为平面二维水质问题处理。 （3）纵向混合河段。指横向混合河段之后的河段。该河段中，水质浓度在过水断面上基本均匀，仅在纵向产生比较明显的变化，可作为纵向一维水质问题分析计算。 7.吸附：水中溶解的污染物或胶状物，当与悬浮于水中的泥沙等固相物质接触或与河岸、河床接触时，将程度不同地被吸附在他们的表面，使水体中的污染浓度降低的现象。 8.解吸：被吸附的污染物，当水体条件（如流速、浓度、PH值、温度等）改变时，也可能又溶于水中，使水体的污染浓度增加的现象。9.沉淀与再悬浮：水中悬浮的泥沙既是一种污染物，也是可溶性污染物吸附剂 10.降解：有机污染物在水中迁移扩散的同时，还在微生物的生物化学作用下分解和转化为其它物质，从而使水体中有机污染浓度降低的现象。 11.好氧降解：在有溶解氧的条件下，水中有机污染物由于好氧微生物的作用被氧化分解而无机化，从而使有机污染得以净化的过程。 12.厌氧降解：水中缺乏溶解氧O2的情况下，有机污染物在兼性厌氧菌和专性厌氧菌的作用下氧化分解和转化，最终达到无机化的过程。 （P73）这种情况下微生物浓度相对已经较高，养料较少，增长速率小微生物量基本稳定，近似看作是一级反应动力学问题dSdt=-K1S，K1=mXy0Ks，基质比降解系数13.水体耗氧过程分为以下几个方面： （1）水中有机物BOD在被氧化过程中变为无机物，其耗氧量为CBOD，这是废水排入水体初期的主要耗氧过程； （2）水中氨氮继续硝化，转化为亚硝酸盐、硝酸盐过程中的耗氧，其耗氧量为NBOD； （3）河床底泥中德有机物在厌氧条件下发酵，分解为有机酸、甲烷、二氧化碳、氨、硫化氢等还原性气体，当他们逸出底泥迁移到水体后，有些被氧化，从而消耗水中的溶解氧。另外，底泥有机物在流速较大时发生再悬浮，将像水中的有机物一样耗氧； （4）水生生物，尤其藻类，由于呼吸作用而耗氧； （5）水中其它还原性物质引起的耗氧； （6）流出本水体的水流，将挟带一定的溶解氧输送到下游。 14.水体溶解氧的补充来源： （1）水体与大气接触过程中，大气中的氧会源源不断地向水体扩散和溶解，称水体的大气复氧，是水体溶解氧的主要来源； （2）水中生长的光合型水生生物，主要是藻类，白天通过光合作用吸收二氧化碳，在合成含碳化合物的过程中放出氧，病溶于水中； （3）流入本水体的水流水中挟带的溶解氧，随水流带入本水体。 15.氧垂曲线：溶解氧DO随流程x表现出的从下降到上升的变化过程线，它是耗氧与供氧动态平衡的综合结果。 16.氧垂曲线的最低点称临界点，这时的溶解氧浓度达到最小值，称为临界溶解氧浓度Oc；氧亏D达到最大值称为临界氧亏Dc（=Os-Oc）；起始断面到这里的距离，称为临界距离Xc。 饱和溶解氧浓度：OS=46831.6+T，T以摄氏度C计大气复氧方程：dOdt=K2（Os-O）17.影响耗氧系数K1的因素： （1）污水特性 （2）pH值 （3）水温 （4）水力特征 18.K1=(u/x)ln(LA-LB) 式中，K1是耗氧系数，u是河段平均流速，x为距上断面的距离，LA为上游A断面处河水的BOD浓度，LB为距上游A断面x处河水的BOD浓度。 19.书上P86，例4-3 20.水质迁移转化基本方程：反映水体污染物在水中运动、变化基本规律的方程。 21.一条中小河流的较长河段，其横向和竖向的污染浓度基本均匀，可作为纵向一维来处理； 混合基本均匀的小型浅水湖泊，可视作零维结构对待。 22.对于河流来说，其深度和宽度相对于它的长度是非常小的，排入河流的污水，经过一段距排污口很短的距离，便可在断面上混合均匀。因此，绝大多数的河流水质计算常常简化为一维水质问题，即假定污染浓度在断面上均匀一致，只沿流程方向变化。 23.二维水质问题可分为水平二维和竖向二维。 水平二维：指水体的流速和污染浓度仅在水平面的纵向、横向变化，在竖向均匀混合； 竖向二维：指水体的流速和污染浓度仅在纵向和水深方向变化，在横向保持不变，如河道型水库。 24.三维水质方程适合于竖向、横向、纵向都没有均匀混合的水域，是描述污染浓度随时间空间变化最完整的水质方程。 25.C0=W0/Q，式中，C0是W0形成的起始断面的水体污染浓度，W0是x=0处的排污强度，Q为流量。 C=C0exp(-K1x/u)，式中，C是水体的污染浓度，K1是降解系数，x是距起始断面的距离，u是断面平均流速。 26.书上P94 例子4-4 27.思考题4-1，4-19，4-21，4-30 第五章 水环境数学模型及预测1、水体热量平衡与水温变化1、水体与大气的热交换包括：辐射、蒸发和传导。 2、随水量迁移的热交换3、同河床的热交换4、内部产生的热：势能转换为摩擦热，化学能转化热能5、人类活动热排放2、水库、湖泊温度分层判别： 湖泊水库温度垂向分层按由强到弱依次划分为分层型、过渡型、混合型三类。（1）在表面较浅的深度内，温度较高，且基本均匀，称为表面同温层； （2）在下部较深的范围内，水温低，稳定少变，也基本均匀，称为下部同温层，也称底温层或滞温层； （3）从上部同温层到下部同温层，中间有一个较短距离的水温由高到低的过渡层，温度沿垂向变化很大，称为温跃层或斜温层。 3、水环境数学模型：是在水质迁移转化基本方程的基础上，针对模拟预测的水环境要素的变化规律建立的一整套数学计算程序和方法。 4、斯特里特菲尔普斯模型（SP模型）的假定： （1）对于BOD，方程中的源漏项（Si的和）可只考虑好氧微生物参与的降解作用，并认为该反映符合一级反应动力学，即Si的和=-K1L； （2）对于DO，认为引起水体中溶解氧减少的原因，只是由于BOD降解所引起的，其减少速率与BOD降解速率相同；水体中的复氧速率与氧亏成正比，其源漏项可表达为Si的和=-K1L+K2(Os-O)。 水质模型需要率定，即利用观测到的输入和输出数据，对模型的参数和模型的结构进行调整、修改和定型，使应用模型和实际观测的输入资料模拟计算的相应的输出过程与实测的输出过程之间的误差小于允许值；二是对模型进行检验，即利用另外一组预留的在率定模型时没有应用的数据，检验已率定的模型，验证模型的预测结果与实测数据相比是否符合要求。5、富营养化：是某些营养物质在湖泊、水库水体中积累过多，导致生物，特别是浮游生物（主要是藻类）异常繁殖，使水环境严重恶化的过程。 6、富营养化最显著的特征：水面藻类（主要是蓝藻、绿藻）异常增殖，成片成团的覆盖在表面层。其中出现在湖面上的称为“水华”或“湖绽”，出现在海湾水面上的称为“赤潮”。 7、富营养化的危害：富营养化程度严重的湖泊、水库，由于浮游植物和低级水生物的大量繁殖，既恶化水体的感官性状，增加水利用的处理成本，又会引起水体短时间内缺氧，造成鱼类窒息死亡。此外，鱼类的排泄物及浮游植物的残骸等，与入湖你啥不断堆积于湖底，易使湖泊变浅，日积月累，将转化为沼泽，从而加速湖泊衰亡过程。所以说，湖泊的富营养化将影响湖泊资源的合理利用，尤其威胁到湖泊的寿命。 8、富营养化的治理措施： （1）从源头削减氮、磷负荷，例如加强农田管理，做好水土保持，鼓励生产和使用无磷洗涤剂，城镇生活污水和工业废水达标排放，实施截污工程； （2）从水体内部加速氮、磷的转化和资源化，例如促进水生生物繁殖增长并利用，通过食物链系统加速渔业发展，从而净化水体； （3）引江灌湖，稀释氮、磷浓度，加速污染物的排除，抑制藻类生长等。 第六章1、水环境是由水体、底质和水生生物三部分组成。 2、环境质量评价可划分为回顾评价、现状评价和预断评价。 3、环境质量回顾评价：是指对区域过去一定历史时期的环境质量，根据历史资料进行回顾性的评价。可以揭示出区域环境污染与环境质量的发展变化过程。 4、环境质量现状评价：是根据近三五年的环境监测资料进行的。通过这种形式的评价，可以阐明环境污染与环境质量的现状，为进行区域环境污染综合防治与管理等提供科学依据。 5、环境质量预测评价：指对区域的开发活动对环境质量带来的影响惊醒评价。 6、水环境质量评价的程序： （1）水环境背景值调查。指在未受到人为污染影响状况下，确定水体在自然过程中原有的化学组成的调查 （2）确定水质监测及评价项目。通过污染源调查与评价，可确定水体的主要污染源、污染物质，从而确定水质监测及评价项目。 （3）水质监测。根据前两项工作的结论，结合水质评价目的、评价水环境的特点和影响水质的重要污染物，制定监测方案并进行监测 （4）确定评价标准。据水体功能要求，选定合适的环境质量评价标准 （5）分析与评价。应用数学模型将水质监测与预测结果与评价标准进行对照分析和水质评价 （6）评价结论。根据评价结果进行水质优劣分级，并提出结论 7、水域环境功能：依据地表水水域环境功能和保护目标，按功能高低可划分为五类。 8、污染源：对环境产生污染影响的污染物来源，或污染物的发生源。 9、污染源评价：在查明污染物排放地点、形式、数量和规律的基础上，综合考虑污染物毒性、危害和环境功能等因素，以潜在污染能力来表达区域内主要环境污染问题的方法。 10、确定重点污染源（p160）：以污染源为单位，计算每个污染源各种污染物的等标污染负荷之和，该和就是每个污染源的等标污染负荷。然后再计算每个污染源的等标污染负荷占总等标污染负荷的百分比，即为每个污染源的等标污染负荷比。该比值越大的污染源其影响越大，将调查区域内污染源的等标污染负荷比由大到小排队。再由大到小累计污染负荷比，一般累计比等于80%左右所包含的污染源，可定为该区域重点污染源。 11、确定主要污染物：打破污染源界限，在区域范围内以每种污染物为单位，计算每种污染物的等标污染负荷的和，该和即为区域范围内这种污染物的等标污染负荷。然后再计算每种污染物的等标污染负荷占总等标污染负荷的百分比，即为每种污染物的等标污染负荷比。按照调查区域内污染物的等标污染负荷比由大到小排队，再由大到小累计污染负荷比，一般累计比等于80%左右所包含的污染物，可定为该区域重点污染物。 12、水环境影响评价的目的：定量预测未来的开发活动或建设项目向受纳水体排放的污染物的量，确定建设前水环境背景的状况，分析建设项目投产后水环境质量的变化；解释污染物质在水体中的输送和降解规律；提出建设项目和区域环境污染源的控制和防治对策。 13、地面水环境影响评价等级的划分主要根据建设项目的污水排放量、污水水质的复杂程度、各种受纳污水水域的规模及对水质的要求来划分。分3个等级 14、水环境影响评价工作分三个阶段：准备阶段、正式工作阶段、报告书编制阶段 15、预测时期：分丰水期、平水期和枯水期。枯水期河水自净能力最小，平水期居中，丰水期最大。对一、二级评价项目应预测自净能力最小和一般的两个时期环境影响。三级评价或评价时间较短的二级评价可只预测自净能力最小时期的环境影响。 16、预测阶段：分建设过程、生产运行和服务期满后三个阶段。所有建设项目均应预测生产运行阶段对地表水体的影响，并按正常排污和非正常排污两种情况进行预测。 17、预测方法的选择： 定性分析法：（1）专业判断法。根据专家经验推断建设项目对水环境的影响。 （2）类比调查法。参照现有相似工程对水体的影响，来预测拟建项目对水环境的影响。本法要求拟建项目和现有污染物来源、性质相似，并在数量上有比例关系。 定性分析法主要用于三级及部分二级的评价项目和对水体影响较小的水质参数，或解决目前尚无法取得必须的数据而难以应用数学模型预测等情况。定量预测法：（1）数学模型法。水质数学模型是最常用的方法。利用表征水体净化机制的数学方程预测建设项目引起的水体水质变化，给出定量的预测结果。一般情况下此法较为简便，应首先考虑。 （2）物理模型法。利用相似原理，按一定比例缩小后得到的模型，用来进行水质模拟实验。花费较高，且只能模拟少数几种情况。评价级别高、预测结果严时选用此法。 第七章1、水环境系统：是由污染物发生系统、污染物承纳系统和污染物控制系统组成的综合系统。 2、水污染发生系统是造成水环境污染的来源系统。 3、污染物承纳系统一般是指天然的或人工的水体，如河流、湖泊等。 4、水环境保护系统规划的分类：不同层次的规划类型： (1)、流域规划：流域规划的任务是在一个流域范围内确定水污染控制的战略目标、包括环境质量目标和经济目标。流域规划的主要内容是在流域范围内协调各个重要污染源（城市或区域）之间的关系，以保证流域范围内的各个河段和支流满足水质要求。 (2)、区域规划：是指流域范围内具有复杂的污染源的城市或工业区的水污染控制规划。区域规划是在流域规划的指导下进行的，其目的是将流域规划的结果排放总量分配给各个污染源，并为此制定具体的方案，作为环境管理部门可以执行的方案。 (3)、设施规划：设施规划的目的是按区域规划的结果，来选择合理的污水处理设施，所选的污水处理设施既要满足污水处理效率的要求，又要使污水处理的费用最低。 5、不同解决途径的规划类型：1、排放口处理最优规划：排放口处理最优规划以每个小区的污水排放口为基础，在水体水质条件的约束下，求解各排放口的污水处理效率的最佳组合，目标是各排放口的污水处理费用之和最低。2、均匀处理最优规划：它的目的是在区域范围内寻求最佳的污水处理厂的位置与规模的组合，在相同的污水处理效率的条件下，追求全区域的污水处理费用最低。均匀处理最优规划又称为污水处理的厂群规划问题。3、区域处理最优规划：它是排放口处理最优规划和均匀处理最优规划的综合。在区域处理最优规划中，既要寻求最佳的污水处理厂的位置和容量，又要寻求每座污水处理厂的最佳处理效率组合。 6、水环境系统的控制包括水量控制和水质控制。 7、P191人为活动的收益和费用影响因素包括如下几个方面，根据图表分析：（2）这就是说处理相同的水量，集中处理的费用小于分散处理的费用。（3）、由此可见去除同样的污染物量，采用低级处理要比高级处理经济。 8、“全部处理或全不处理”的策略：由于污水处理规模经济效应的存在，一个小区的污水不可能被“分裂”成两部分或多部分进行处理，对一个小区来说，它本身的污水加上由其他小区转输来的污水，只存在两种可能的选择：全部就地处理或者全部转输到其他小区去处理。这就是“全部处理或全不处理”的策略。 9、试探法：试探法的基础是“全部处理或全不处理”的策略。根据这个策略，可以把任一小区的污水作为决策变量，或者就地处理，或者被送到相邻小区去进行共同处理，通过比较系统的总费用，选出当前的最优解，并作为下一次试探的初始目标。 10、1、开放节点试探：开放节点是指那些建有污水处理厂的小区，