水环境保护(第二章_水体污染与自净)

水环境保护 第二章水体污染与自净 第一节水质与水体污染第二节水体污染的特征与要素第三节水体污染的自净及转归 第一节水质与水污染 水的质量 是指水与其所含杂质共同表现出来的物理 化学和生物学的综合特性 一 水质的概念 一 水体的物理指标 水温 地面水温随日照与气温的变化而变化 地下水的温度与地温有关 水的比热很大 水温不易发生剧烈变动 如果改变超过正常的变动范围 表明有污染的可能 在采水样进行水质检验时 必须记录水温 色度 清洁水水层浅时无色 深时呈浅兰色 二 水质指标 水体呈现异色时必须分析原因 含腐殖质时呈棕色或棕黄色 大量藻类繁殖时呈绿色或黄绿色 深层地下水含大量低铁 汲出地面后氧化成高铁而呈现黄褐色 3 浑浊度 清洁的水应是透明的 浑浊度是表示水中所含悬浮物多少的指标 以1L蒸馏水中含有1mg二氧化硅为1个浑浊度单位 浑浊度可影响水的感官性状和净化消毒效果 生活饮用水卫生标准 规定浑浊度不超过5度 4 臭 清洁的水没有异臭 有大量的藻类或原生动物时 可有水草臭或腥臭 生活污水可有不同程度的臭气 5 味 清洁的水应适口而无味 水中溶解的各种盐类和杂质达到一定浓度时 可使水产生异味 氯化物有咸味 硫酸钠或硫酸镁有苦味 铁盐有涩味 含大量腐殖质时有沼泽味 二 水体化学性状指标 1 PH值 天然水的PH值一般在7 2 8 5之间 2 总固体 水样在一定温度下蒸发至干后的残留物总量 是水中溶解性固体与悬浮性固体的总称 水样经过滤后 再将滤液蒸干所得 水中不能通过滤器的固体物干重 卫生学意义 总固体 有机物 无机物 各种生物体总固体越少 水越清洁 当水被污染时 总固体增高 二 化学性状指标 3 硬度 指溶于水的钙 镁等盐类的总量 以CaCO3 mg L 表示 分类 钙 镁的重碳酸盐和碳酸盐 钙 镁的硫酸盐 氯化物等 水经煮沸可去除的硬度 水经煮沸不能去除的硬度 4 含氮化合物 二 化学性状指标 排除自然原因引起地空气氮 雷雨 植物氮 水流经沼泽地 污染后 水中氮含量的增加主要是受到人 畜粪便中的蛋白氮污染 其分解产物为氨氮 且在环境中能进一步无机化分解 产生亚硝酸盐氮和硝酸盐氮 此过程可用于分析水体受到人畜粪便污染的现况及预后 二 化学性状指标 5 溶解氧 DissolvedOxygen DO 溶解于水中的分子氧 水中DO与空气氧分压和水的温度有关 空气中氧分压越高 水温越低 水中DO含量就越高 卫生学意义 二 化学性状指标 5 溶解氧 DissolvedOxygen DO 饱和率 90 或7 5 饱和率 6mg L 饱和率 5mg L 饱和率 3mg L 饱和率 2mg L 二 化学性状指标 6 化学耗氧量 ChemicalOxygenDemand COD 指在一定条件下 如测定温度等 强氧化剂 如高锰酸钾 重铬酸钾等 氧化水中有机物所消耗的氧量 单位 mg L 卫生学意义 代表水中可被氧化的有机物和还原性无机物的总量 可间接反映水体中有机物的含量 有机物越多 COD越高 二 化学性状指标 1 代表水中可被氧化的有机物和还原性无机物的总量 2 有的有机物降解主要靠生物降解作用 不能反映水中有机物在水中降解的实际情况 二 化学性状指标 地表水环境质量标准 GB3838 2002 类水 15mg L 类水 15mg L 类水 20mg L 类水 30mg L 类水 40mg L 7 生化需氧量 BiologicalOxygenDemand BOD 水中需氧性微生物分解有机物时所消耗的溶解氧量 能准确反应水体受到有机物污染的程度 单位mg L 二 化学性状指标 卫生学意义 水中有机物越多 生化需氧量越高 二 化学性状指标 生化需氧量与温度 时间有关 故常用BOD520表示 BOD520 一定水样在20 培养5天后 1L水中减少的溶解氧量 称五日生化需氧量 类水 3mg L 类水 3mg L 类水 4mg L 类水 6mg L 类水 10mg L 需氧污染物分解与溶解氧平衡 一条假定的被污染河流中生化需氧量和溶解氧的变化曲线溶解氧耗氧复氧BOD清洁区水质恶化区恢复区清洁区 39 19 0 19 39 58 77 97 横坐标从左至右表示河流的流向和距离 流经的距离以公里计 流经的时间以日计 纵坐标表示溶解氧和生化需氧量的浓度 单位是ppm 将污水排入河流处定为基点O 向上游去的距离取负值 向下游去的距离取正值 污水源于四万人口的小城市的下水道 假定河流的流量是100m3 s 流进河中的污水立即与河水混合 水温是25 由BOD曲线可以看出 在上游未受污染的区域 BOD很低 在0点有污水注入后 BOD急剧上升 由此向下 随着分解作用的进行 BOD逐渐降低 慢慢恢复到污水注入前的水平 由溶解氧曲线可以看出 溶解氧与BOD有非常密切的关系 在污水未注入前 河水中溶解氧很高 污水注入后因分解作用耗氧 溶解氧从0点开始向下游逐渐降低 从0点流下2 5日 降至最低点 以后又回升 最后恢复到近于污水注入前的状态 在污染河流中溶解氧曲线呈下垂状 称为溶解氧下垂曲线 根据BOD和DO曲线 可以把该河划分为污水注入前的清洁水区 注入后的水质恶化区 恢复区和恢复后的清洁水区 在污染河段两组作用影响着水中溶解氧的含量 一组作用使水中溶解氧含量降低 即有机污染物分解作用耗氧和有机体呼吸作用耗氧 这一组作用简称耗氧作用 另一组作用使水中富集氧 如空气中的氧溶于水 水生植物的光合作用放出氧等 空气氧溶于水的作用简称为曝气作用 复氧作用 二 化学性状指标 8 氯化物 天然水中均含氯化物 各地水中含量不同 同一区域水体中氯化物含量相对稳定 水中氯化物含量突然增高 表明可能受到人畜粪便 生活污水或工业废水的污染 9 硫酸盐 天然水中均含硫酸盐 含量主要受地质条件的影响 水中硫酸盐含量突然增加 表明水可能受到生活污水 工业废水或硫酸铵等化肥等的污染 由于目前生化需氧量测定时间较长 不能迅速反映水体被需氧有机物污染的程度 因此 TOC和TOD的检测可能代替生化需氧量测定 二 化学性状指标 是指水中全部有机物的含碳量 相对表示水中有机物的含量 单位mg L 是评价水体有机需氧污染程度的综合性指标之一 不能说明有机污染的性质 指一升水中还原性物质 有机物和无机物 在一定条件下氧化时所消耗的氧的毫克数 是评定水体污染程度的一个重要指标 数值越大 污染越严重 二 化学性状指标 11 有害物质 主要指水体中重金属和难分解的有机物 如汞 镉 砷 铬 酚 氰化物 有机氯和多氯联苯等 来源除少量如汞 砷等可能与地层有关外 主要受工业废水的污染 三 微生物学性状指标 1 细菌总数 指1ml水在营养琼脂培养基中经37 24小时培养后所生长的细菌菌落总数 卫生学意义 水体受污染越严重 水的细菌总数越多 卫生标准 限值为100CFU ml 1 在实验条件下 人工培养基上生长的细菌菌落 只能说明在该实验条件下适宜生长的细菌数 不能表示水中所有的细菌数 2 不能指示出有无病原菌的存在 只能作为水被微生物污染的参考指标 三 微生物学性状指标 2 总大肠菌群 是一群存在于人和动物肠道内的需氧及兼性厌氧的 在37 24小时内能使乳糖发酵 产酸产气的G 无芽孢杆菌 卫生标准 限值为每100ml水样中不得检出 卫生学意义 可作为粪便污染的指示菌 目前最好的指示菌是大肠菌群 粪链球菌 产气荚膜杆菌 选择水的指示菌的条件 1 人类粪便中普遍存在 且数量较多的细菌 2 在水中存活的时间比致病菌的稍长或差不多 3 在粪便污染的水中可均匀分布且稳定 4 适合在各种水体中生存 5 对氯或其它因素的抵抗力比病原菌强过与其相当 6 生物学特性稳定 检验方法简单易行 三 微生物学性状指标 3 粪大肠菌群 培养于44 5 0 2 的温水浴内能生长繁殖使乳糖发酵而产酸产气的大肠菌群细菌 来自人及温血动物粪便的大肠菌群主要是粪大肠菌群 而自然环境中存活的大肠菌群在44 5 下培养时 不能生长 是水质粪便污染的重要指示菌 检出表明饮水已被粪便污染 有可能存在肠道致病菌和寄生虫等病原体的危险 卫生标准 限值为每100ml水样中不得检出 四 植物营养物促使水中植物生长 加速水体富营养化的各种物质 主指氮 磷 1 水体富营养化的概念 2 水体富营养化的表现 云南滇池 九寨沟的水 五花池 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水源地一级保护区 珍贵鱼类保护区 鱼虾产卵场等 类 主要适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区 一般鱼类保护区及游泳区 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 主要适用于农业用水区及一般景观要求水域 1 地表水环境质量标准 GB3838 2002 三 主要的水质标准 第二节水体污染的特征与要素 一 水体及种类 地球表面水覆盖地段的自然综合体 包括水 水中溶解物 悬浮物 水生动物 植物 微生物及底泥 地球蕴水总量约14亿Km3 地球表面约有70 以上被水覆盖 所以 地球素有水的行星之称 3 5 海水 96 5 海水 淡水 淡水 水体种类 降水 precipitation 由地表蒸发至大气的水汽随着气流传播各处 在特定条件下 遇冷凝结成高度分散的液态和固态的凝结物 并以雨 雪 雹等形式降落下来 统称为降水 地面水 surfacewater 降水在地面径流和汇集后形成的水体 地下水 undergroundwater 降水经土壤 地层渗透形成的水体 地层 不透水层 透水层 由颗粒细小 致密的黏土及岩石构成 由颗粒较大的沙 砾石组成 能渗水与存水 地下水 潜藏在地表与第一个不透水层之间的水 位于第一个不透水层以下的水 浅层地下水 深层地下水 由地表裂隙自行涌出的地下水 泉水 二 各类水体的特征 常作为城镇或企业的集中式供水水源 泉水卫生学特征 与相应层的地下水相似 三 水体污染 指人类活动排放的污染物进入水体 其数量超过了水体的自净能力 使水和水体底质的理化特性和水环境中的生物特性 组成等发生改变 从而影响水的使用价值 造成水质恶化 乃至危害人体健康或破坏生态环境的现象 物理污染 热污染 thermalpollution 冷却水是水体热污染的主要来源 水体水温增加 2 放射性污染 radioactivepollution 天然放射性物质 一部分是在地球形成时结合在地球中的放射性元素及其衰变产物 另一部分来自宇宙射线的作用 它们主要有40K 14C 238U 232Th等 这些物质可通过降雨 岩石风化 采矿和选矿等过程进入水体 人工放射性物质 主要来源于各种核试验 核战争 核舰艇 核燃料再生及各种含放射性的药剂 可通过降雨 地面水的径流 废水排放等方式进入水体 危害 化学污染 1 无机污染 inorganicpollution 主要来源于工矿业的废水和生活污水 1 汞和甲基汞 公害事件 水俣病事件 水俣病 甲基汞能引起慢性汞中毒 最典型的实例是发生在日本九州岛水俣地区因长期食用受甲基汞污染的鱼贝类而引起的慢性甲基汞中毒 即水俣病 发病经过 地点 日本熊本县水俣湾附近首先 动物出现异常现象随后 病例出现 病因学研究 1956年开始 至1968年日本政府才断定水俣病是甲基汞所致 发病机理 我国汞污染情况 自60年代以来 松花江受上游吉林化工厂所排的含汞废水的影响 其水质 底泥和江中鱼贝类均受到了甲基汞的污染 松花江上游肇源江段水中甲基汞为本底值的30 70倍 鱼汞值如用WHO的标准0 4mg kg评价 第二松花江则有53 6 松花江 黑龙江省境内 有24 的鱼汞值 1977年 超过上述标准 渔民及沿岸居民体内也出现汞蓄积 2 痛痛病 补充 发生在日本富山县神通川流域的一种含镉废水污染农田而引起的公害病 患者全身疼痛 日夜呼叫 故名痛痛病 发病主要机制 肾脏肾小管上皮细胞镉中毒后 其重吸收功能受损 钙离子等经尿液排泄过多 造成血钙低下 反馈性引起骨钙释放过多 导致骨质疏松 引发骨骼持续性 针刺样疼痛 概念 2 有机性污染 organicpollution 1 酚 指芳香烃中苯环上的氢原子被羟基取代所生成的化合物 天然水体中含有一定量的酚 水中的酚主要来自工业废水的污染 污染来源 炼焦 炼油 制取煤气 造纸 印染等部门 以及纤维 塑料 橡胶 炸药 农药的生产等 工业废水的含酚量可达500 5000mg L 体内代谢 1 吸收可通过皮肤和胃肠道吸收 2 分布肝 血 肾 肺 3 代谢大部分在肝脏氧化成苯二酚 苯三酚 并同葡萄糖醛酸结合而失去毒性 然后随尿液排出 吸收后的酚在24小时内可排泄完毕 不在体内蓄积 因此 酚类化合物的中毒多发生于各种事故中 酚污染事件 1 美国威斯康星州南部农村地区 1974年7月曾因装有37900L酚的一节车厢脱轨溢出 渗漏到周围水井中 以致造成酚污染中毒事件 2 1980年12月湖北省鄂城县梁子湖 因捕鱼投入五氯酚钠 造成水源污染 引起1223人中毒 3 1984年5月苏州市沙州县一水井 因受附近化工厂苯酚的污染 导致该水井的饮用者全部中毒 PCBs在水中极为稳定 而且易附着在颗粒物上沉积于底泥中 或通过水生物摄取进入食物链系统 发生生物富集作用 2 多氯联苯 PCBs 又称氯化联苯 是由一些氯置换联苯分子的氢原子而形成的化合物 污染来源 生产润滑油 切削油 农药等 在油漆 复印纸 粘胶剂及封闭剂的生产过程中作为添加剂 PCBs危害 对肝微粒体酶有诱导作用 因而对集体的甾族化合物 脂肪酸和脂溶性维生素等重要物质的氧化代谢有促进作用 其他 雌激素样作用可明显干扰机体的内分泌状态 其他 3 氰化物 污染来源 理化性质 毒作用机制 危害 急性中毒分为四期 4 硝酸盐 污染来源 除来自土层 主要来源于生活污水和工业废水 施肥后的径流和渗透 大气中的硝酸盐沉降及土壤中有机物的生物降解等 毒作用机制与危害 3 生物污染 生物性污染的危害 引起介水传染病的暴发流行 对人体健康造成危害 最常见的疾病 介水传染病流行特点 人为污染源 1 点源污染 长期连续性集中排放污染物质 并对水体环境构成严重危害 生活污水 含纤维素 淀粉 糖类 脂肪 蛋白质等有机物质 其含量可用BOD或COD表示 还含有氮 磷 硫等无机盐类 洗涤水污染物质构成表现为悬浮固体 SS BOD5 氨氮 磷 氯 细菌和病毒含量高 重金属含量低 四 污染源 工业废水 主要来自工业冷却水 工艺废水 清洁用水等 量大 面广 成分复杂 毒性大等 主要物质构成 有机或无机有毒有害物质 悬浮物 酸度或碱度 放射性物质或低沸点易挥发有机溶剂 石油类等 固体废物 主要包括生活垃圾 工业垃圾及污水河渠和污水处理厂的污泥等 生活垃圾 含有较多的硫酸盐 氯化物 氨 BOD5 总有机碳 TOC 细菌混杂物和腐败有机质 经生物降解和雨水淋滤后 可产生Cl SO42 NH4 BOD5 TOC 和SS含量高的淋滤液 还可生产CO2和CH4气 浓度峰值在排放开始的一两年内 此后相当长时间内 其浓度无规律地降低 在潮湿热带地区 其降解期为 10年 在干旱地区 降解期可能更长 固体废物 工业垃圾 来源复杂 种类繁多 冶金工业产生含氰化物的垃圾 造纸工业产生含亚硫酸的垃圾 电子工业产生含汞的垃圾 石油化学工业产生含多氯联苯 PCBs 农药废物和含酚焦油的垃圾 还产生含矿物油 碳氢化合物溶剂及酚的垃圾 粉煤热电厂产生粉尘 粉尘滤液含砷 铬 硒和氯 固体废物 矿床开采 在矿床开采过程中 大量的劣质地下水排如河道 造成严重的河道污染 例如煤矿 其主要污染源是含煤地层中的黄铁矿 被氧化并经淋滤后 是地下水的Fe离子和SO42 浓度升高 pH降低 此外 采煤过程中由于地层中分离出沉积水 也可使地下水的Cl 浓度升高 开采金属矿时 其主要污染来源是尾矿石及加工矿石的污水 有可能使地下水中有关的金属离子浓度升高 2 面源污染 受外界气象 水文条件控制的不连续性 分散排放污染物质 多为人类在土地上活动所产生的水体污染源 包括农业 矿业 石油生产 施工等 分布广泛 物质构成与污染途径十分复杂 如地面雨水径流 农村生活污水与分散畜牧业废物 农村种植业固废 农药化肥流 水土流失等 地面径流 降水淋洗和冲刷地表面各种污染物而形成的一种面状污染 是地表水体或地下水体的主要污染源 城市的暴雨径流污染 农村地区径流污染是湖泊富营养化的主因 趋势 长期悬浮的细微颗粒物 50微米 农业生产 杀虫剂 杀菌剂 除草剂及花费或农家肥等使用进入地表径流 污水灌溉 面源污染 内源污染地面水体内部存在的污染源 长期的污水排放或地面径流所携带的泥沙 种植业和养殖业固体废物 悬浮的胶体物质 以及其他有机的 无机的 固态或可溶态的物质进入目标水体后 由于重力沉积或化学的沉淀作用 在较短时间内沉积在地面水体底部 在较为适宜的物理 化学 水文 生物作用下 受浓度梯度的控制 长期缓慢地向目标水体释放污染物 造成水体污染 内源污染 后果 不仅导致水体浑浊 恶臭 而且传递营养物质 有毒有害化学物质 病源菌的重要媒介 据调查 在美国的河流和湖泊污染物中 内源污染占比例分别为47 和22 在我国的河流 湖泊中 内源污染对于水体污染物的 贡献 十分显著 造成水质恢复缓慢 治理周期增加 治理投入增大 2 天然污染源天然污染源主要是海水及含盐量高的水质差的地下水 地下水的开采活动可能导致这些天然污染源进入开采含水层 沿海地区如果过量开采地下水 可能会导致海水与地下淡水界面向内陆方向的推移 从而导致地下淡水的水质恶化 湖泊 水库污染的主要现象是水体富营氧化 第三节水体污染的自净和转归 1 各种水体污染的特点 1 河流 污染程度取决于河流的径污比 径流量与排入河流中污水量的比值 河流的径污比大 稀释能力强 河流受污染的可能性和污染程度较小 2 湖泊 水库 水面广阔 流速缓慢 沉淀作用较强 稀释混合能力差 是水交换较缓慢的水体 进入湖中的污染物 常因流速慢 流量小而长期停留湖中 发生量的累积和质的变化 水体富营氧化 eutrofication 水华 赤潮 相对静止的水体接纳过多含氮 磷元素的废水后 水中藻类等浮游生物大量繁殖 可形成水体富营氧化 由于占优势的浮游生物颜色不同 水面呈现红 绿 蓝 棕 乳白色等 浮游生物异常增长 死亡 分解的过程中 大量消耗溶解氧 使水中溶解氧耗竭 水体受无氧酵解产物影响而水质极度恶化的现象 出现在湖泊时称为 发生在海湾时称为 一旦发生 再截断外界含氮磷元素的废水 也不能阻止其进程 湖泊水和水库水的富营养化原因 滇池富营养化 1 各种水体污染的特点 3 地下水 污染多发生在工业发达且人口密集的城市及其郊区 污染后不易查清污染来源和途径 水体自净作用较差 污染难以治理 4 海洋 持续性长 危害性也较大 另一特点是污染范围大 水体污染的自净及机制 1 水体自净 self purification 是指水体受污染后 污染物在水体的物理 化学和生物学作用下 使污染成分不断稀释 扩散 分解破坏或沉入水底 水中污染物浓度逐渐降低 水质最终又恢复到污染前的状况 影响因素 有机物的自净过程分三阶段 水体自净过程的特征 水体自净的机制 生物净化作用 在河流 湖泊 水库等水体中生存的细菌 真菌 藻类 水草 原生动物 贝类 昆虫幼虫 鱼类等生物 通过它们的代谢作用分解水中污染物 使其数量减少 直至消失 称之 a 生物净化作用 b 水体复氧过程 微生物分解有机物 消耗溶解氧的同时 空气中的氧可通过水面不断溶解补充到水中 水生植物的光合作用释放的氧也补充到水体 这一过程称之 在水体有机物污染过程中 溶解氧变化可用氧垂曲线表示 有机物进行生物净化的过程中 复氧与耗氧同时进行 水中