环境学概论第三章课件

环境学概论,广东石油化工学院理学院地理系陈修文,5/11/2020,2,第三章水体环境,本章提要()第一节水体环境概述第二节污染物在水体中的扩散第三节污染物在水体中的转化第四节水环境污染控制及管理,本章主要介绍水体污染源、污染物，主要污染物在水体中的扩散和迁移转化，水环境污染控制及管理。,返回,5/11/2020,3,一、天然水在环境中的循环二、天然水的水质三、水体概念及水体污染四、水体污染源和污染物,第一节水体环境概述,下一节,5/11/2020,4,一、天然水在环境中的循环（一）地球上天然水资源的分布（二）天然水在环境中的循环,第一节水体环境概述,地球淡水中77.2是以冰帽和冰川形式存在极地和高山上；22.4为地下水和土壤水，人类易于利用的淡水约占全部淡水的20左右，而直接能取用的河、湖淡水仅占全部淡水的0.3。见：F65,表3-1,局部的海洋水分循环；局部的内陆水分循环；全球水分循环,返回,5/11/2020,5,二、天然水的水质（一）天然水化学成分的形成（二）天然水的化学组成（三）各种类型天然水水质,第一节水体环境概述,天然水是一种溶液，氧占水中溶解物总量34、氮占61。,天然水的化学成分决定于它的形成环境。一方面决定与水接触的物质的成分和溶解度；另一方面决定于这一作用进行的条件。,Tobecontinued,5/11/2020,6,（二）天然水的化学组成,第一节水体环境概述,天然水中几乎包括化学元素周期表中所有的化学元素。,Tobecontinued,5/11/2020,7,（三）各种类型天然水水质1.大气降水：2.河水：3.湖泊：4.地下水：,第一节水体环境概述,大气降水是杂质较少而矿化度很低的软水，雨水的含盐量一般从每升数毫克到3050毫克。,河水的溶解氧在一般情况下是呈饱和状态的，含盐量一般在100200mgL左右。,流入和排出的水量、水质，日照和蒸发的强度等因素也强烈地影响着湖泊水质，因而可能形成淡水湖泊或咸水湖。,地下水水质的基本特征是：悬浮杂质少，水清澈透明，有机物和细菌的合量极少，受地面的污染不那样直接，溶解盐类含量增加，硬度和矿化度较大。,返回,5/11/2020,8,三、水体概念及水体污染（一）水体的概念（二）水体污染（三）水体自净作用,第一节水体环境概述,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。（68）,当污染物进入河流、湖泊、海洋或地下水等水体后，其含量超过了水体的自然净化能力，使水体的水质和水体底质的物理、化学性质或生物群落组成发生变化，从而降低了水体的使用价值和使用功能的现象，被称作为水体污染。（69）,返回,5/11/2020,9,（三）水体自净作用：河流的自净作用：水体的自净作用的类型：河流自净作用的主要表现：影响水体自净的主要因素：,第一节水体环境概述,返回,污染物质进入天然水体后，通过一系列物理、化学和生物因素的共同作用，使水中污染物质的浓度降低，这种现象称为水体的自净。,指河水中的污染物质浓度在河水向下游流动中的自然降低现象。,1）物理净化：污染物因稀释、扩散、沉淀等作用而使浓度降低的过程。其中稀释作用是一项重要的物理净化过程。2）化学净化：污染物因氧化、还原、分解等作用而使浓度降低的过程。3）生物净化：由于水中生物活动，尤其是水中微生物对有机物的氧化分解作用而引起的污染物质浓度降低的过程。,1）河水与大气间的自净作用这种作用的表现，如河水中的CO2、H2S等气体的释放。2）河水中的自净作用污染物质在河水中的稀释、扩散、氧化、还原，或由于水中微生物作用而使污染物质发生生物化学分解，以及放射性污染物质的蜕变等等。3）河水与底质间的自净作用这种作用表现为河水中悬浮物质的沉淀，污染物质被河底淤泥吸附等等。4）河流底质中的自净作用由于底质中微生物的作用使底质中的有机污染物质发生分解等。,1）水情要素：如水温、流速、流量、含沙量等。2）污染物的性质和浓度。3）水生生物的种类和数量。4）环境介质条件。,返回,5/11/2020,10,四、水体污染源和污染物（视频）（一）水体污染物质的来源（二）水体污染的主要污染物,第一节水体环境概述,水体污染源指：向水体排放污染物的场所、设备和装置等。通常也包括污染物进入水体的途径。（P69）,5/11/2020,11,视频：,第一节水体环境概述,5/11/2020,12,（一）水体污染物质的来源（P6972）1.工业废水：成分极其复杂，污染物含量变化也很大。2.生活污水：生活污水中杂质很多，但其总量只占0.11，其余都是水分。杂质的浓度与用水量多少有关。pH约为7.27.8。3.农业退水：农作物栽培、牲畜饲养、食品加工等过程中排出的污水和液态废物称为农业退水。,第一节水体环境概述,（1）含无机物的废水，包括冶金、建材、化工无机酸碱生产的废水等；（2）含有机物的废水，包括食品工业、石油化工、炼油、焦化、煤气、农药、塑料、染料等工厂排水。（3）含有有毒物质的废水。,5/11/2020,13,BACK,5/11/2020,14,第一节水体环境概述,水体污染物种类：（二）水体污染的主要污染物：（P7276）水体常用的有机物污染指标：,1.物理方面：（1）颜色（2）浊度（3）温度（4）悬浮固体（5）放射性2.化学方面（1）无机无毒物质：酸、碱及一般的无机盐类。增加水体矿化度。（2）无机有毒物质：重金属（约有20多种金属可致癌）、氰化物（剧毒物质）、氟化物（浓度超过1mgL氟斑牙、氟骨症、损害肾脏）。（3）耗氧有机物：碳水化合物、蛋白质、油脂、木质素、纤维素等。（4）有机有毒物质：酚类化合物：、有机农药、多环芳烃（PAH）、多氯联苯（PCB）、洗涤剂。,化学耗氧量（COD）：生化需氧量（BOD）：总有机碳量（TOC）：总需氧量（TOD）：,BACK,5/11/2020,15,第一节水体环境概述,水体污染物主要污染物的来源和危害酸、碱污染物的来源及其危害重金属污染物的来源及其危害需氧污染物的来源及其对鱼类的危害植物营养物来源及其危害油类污染物的来源及其危害酚类污染物的来源及其危害,BACK,5/11/2020,16,第一节水体环境概述,（二）水体污染的主要污染物（P7276）2.化学方面（1）无机无毒物质：酸、碱及一般的无机盐类。增加水体矿化度。水体污染物主要污染物的来源和危害酸、碱污染物的来源及其危害,5/11/2020,17,酸、碱污染物的来源及其危害：酸碱来源酸、碱污染的危害,第一节水体环境概述,污染水体中的酸主要来自矿山排水及许多工业废水（酸洗废水、粘胶纤维和酸性造纸废水等）。主要由硫化矿物的氧化作用和二氧化硫的酸化形成。水体中的碱主要来源于碱法造纸、化学纤维、制碱、制革以及炼油等工业废水。酸性废水与碱性废水中和可产生各种一般盐类，酸性废水、碱性废水与地表物质相互反应也生成一般无机盐类，所以酸和碱的污染也必然伴随着无机盐类的污染。,1）pH值发生变化，破坏其自然缓冲作用，消灭或抑制细菌及微生物的生长，妨碍水体自净，腐蚀船舶。世界卫生组织规定的国际饮水标准中pH值的合适范围是7.08.5，极限范围是6.59.2。在渔业水体中的pH值一般认为不应低于6.0或高于9.2，因为pH值为5.5时鲑鱼就不能生存，pH值为5时就会使某些鱼繁殖率下降，有些鱼类就要死亡。农业用水的允许pH值在4.59.0之间。2）增加水中的一般无机盐类和水的硬度,返回,5/11/2020,18,第一节水体环境概述,（二）水体污染的主要污染物（P7276）2.化学方面（2）无机有毒物质：重金属（约有20多种金属可致癌）、氰化物（剧毒物质）、氟化物（浓度超过1mgL氟斑牙、氟骨症、损害肾脏）。水体污染物主要污染物的来源和危害重金属污染物的来源及其危害,5/11/2020,19,重金属污染物的来源及其危害：重金属的概念水体中重金属的来源重金属污染水体的危害,第一节水体环境概述,1）金属的比重大于5者（也有人认为大于4者）为重金属。比重大于5的金属有45种左右，大于4的约可举出60种。2）周期表中原子序数大于钙（20）者，即从抗（21）起为重金属。3）重金属为有毒金属。主要指汞、镉、铅、铬，以及类金属砷等生物毒性显著的重元素，也指具有一定毒性的一般重金属如锌、铜、钴、镍、锡等，目前最引起人们注意的是汞、镉、铬等.(不严格，因为轻金属中的锂和铍也有毒性，而重金属中的某些元素并没有毒性。),重金属是构成地壳的物质，在自然界分布非常广泛。重金属在自然环境的各部分均存在着本底含量，在正常的天然水中金属含量均很低，汞的含量介于0.0n0.00n毫克升之间，铬含量小于0.00n毫克升，在河流和淡水湖中铜的含量平均为0.02毫克升，钴为0.0043毫克升，镍为0.001毫克升。化石燃料的燃烧；采矿和冶炼；通过工业企业的废水、废气、废渣。,1）在天然水中只要有微量重金属即可产生毒性效应，一般重金属产生毒性的范围大约在110毫克升之间，毒性较强的金属如汞、镉等产生毒性的浓度范围在0.010.001毫克升以上；2）水体中的某些重金属可在微生物作用下转化为毒性更强的金属化合物。如汞的甲基化作用，1965年发生在新俣县的水俣病系由60公里以外的阿贺野川上游昭和电气公司排出的含汞废水污染所致。3）生物从环境中摄取重金属可以经过食物链的生物放大作用，逐级在较高级的生物体内成千万倍地富集起来，然后通过食物进入人体，在人体的某些器官中积蓄起来造成慢性中毒，影响人体正常生活。,返回,5/11/2020,20,第一节水体环境概述,（二）水体污染的主要污染物（P7276）2.化学方面（2）无机有毒物质氰化物（剧毒物质）氟化物（浓度超过1mgL氟斑牙、氟骨症、损害肾脏）。（3）耗氧有机物需氧污染物的来源及其对鱼类的危害,5/11/2020,21,需氧污染物的来源及其对鱼类的危害：,第一节水体环境概述,返回,在污染水体中的需氧污染物主要来自生活污水、牲畜污水及食品、造纸、制革、印染、焦化、石油化工等工业废水。从排水的量上看：生活污水是需氧污染物质的最主要来源。目前国外不少城市的生活污水已达600升天人。天然水的生化需氧量绝大部分在12毫克升之间。未经处理的生活污水的生化需氧量约为300500毫克升。农场牲畜污水的生化需氧量一般比生活污水大5倍。焦化厂的污水的生化需氧量达14002000毫克升。皮革厂的污水生化需氧量达2202300毫克升。,1、在被需氧有机物严重污染的水体中，溶解氧急剧下降，甚至产生无氧层。当溶解氧不能满足鱼类要求时，它们便力图逃离那个地区，当溶解氧降低到1毫克升时，大部分鱼类就要发生窒息死亡。（在鱼类中只有少数种类，如乌鳢、鳝鱼、泥鳅等除必要时可利用空气中的氧。某些鱼类对溶解氧要求特别严格，如河鳟要求溶解氧的含量为812毫克升，鲤鱼要求溶解氧的含量为68毫克升。我国特有的优良饲养鱼种；如青鱼、草鱼、链鱼、鳙鱼等，要求水中溶解氧保持在5毫克升以上。）2、当水中溶解氧消失时，水中嫌气细菌就发展，有些有机物可能分解放出甲烷和硫化氢等有毒气体，更不适于鱼类生存。,返回,5/11/2020,22,水体污染物（P6976）（二）水体污染的主要污染物质：2.化学方面（3）耗氧有机物.水体常用的有机物污染指标：,第一节水体环境概述,化学耗氧量（COD）：生化需氧量（BOD）：总有机碳量（TOC）：总需氧量（TOD）：,本节结束,下一节,返回,5/11/2020,23,化学耗氧量（COD）：又称化学需氧量。在规定条件下，使水样中能被氧化的物质氧化所需耗用氧化剂的量，以每升水消耗氧的毫克数表示。1）用重铬酸钾:酸性条件下，将有机物氧化为水和二氧化碳时测定的耗氧量。优点:精确、测量需时短、不受水质限制。但其还能氧化一部分还原性物质，故值有一定误差。2）用高锰酸钾：测出的耗氧量数值较低。,第一节水体环境概述,返回,5/11/2020,24,生化需氧量（BOD）：在20的好气条件下，微生物分解水体中有机物质的生物化学过程中所需溶解氧的量。BOD5：20的好气条件下，培养5天，微生物分解水体中有机物的需要氧。有机污染物的生物化学氧化作用分为两个阶段：生物氧化不如化学氧化进行得彻底。,第一节水体环境概述,返回,Tobecontinued,5/11/2020,25,生化需氧量（BOD）：有机污染物的生物化学氧化作用分为两个阶段：,第一节水体环境概述,返回,第一阶段：主要是有机物转化为无机物的二氧化碳、水和氨等，反应式：RCH（NH2）COOH+O2=RCOOH+CO2+NH3第二阶段：主要是氨被转化为亚硝酸盐与硝酸盐，反应式：2NH3+3O2=2HNO3+2H2O2HNO2+O2=2HNO3因氨已是无机物，它的进一步氧化对水体污染的影响较小，所以废水的生化需氧量通常只指第一阶段有机物生物化学氧化所需的氧量。,5/11/2020,26,总有机碳量（TOC）：水中溶解性和悬浮性有机物中存在的全部碳量。是评价水体需氧有机物的一个综合指标。,第一节水体环境概述,返回,5/11/2020,27,总需氧量（TOD）：水中有机物中除含有机碳外，尚含有氢、氮、硫等元素。当有机物全部被氧化时，碳被氧化为二氧化碳，而氢、氮、硫则被氧化为水、一氧化氮和二氧化硫等。此时氧化所需的氧量称为总需氧量。,第一节水体环境概述,Tobentinued,.耗氧有机物的存在有机合成原料有机酸碱油脂类高分子化合物表面活性剂生活污水,5/11/2020,28,第一节水体环境概述,（二）水体污染的主要污染物（P7276）2.化学方面（4）有机有毒物质酚类污染物的来源及其危害有机农药多环芳烃（PAH）多氯联苯（PCB）洗涤剂,5/11/2020,29,酚类污染物的来源及其危害：水体中酚的来源酚类化合物在地表水体中的分解净化过程酚污染的危害,第一节水体环境概述,返回,主要来源于工业企业排放的含酚废水。由于各行各业生产的原料、工艺、产品不同，各种含酚废水的水量、成分、性质以及污染程度都有较大差别。粪便和含氮有机物在分解过程中也产生少量酚类化合物。城市中排出的大量粪便污水也是水体中酚污染物的重要来源。,酚的生物化学氧化酚的化学氧化酚的挥发作用底泥对水体酚微生物分解作用,水体遭受酚污染后严重影响水产品的产量和质量。如某水产资源丰富的海湾遭受酚污染后，原来盛产的贝壳类产量减少，海带腐烂，养殖的牡蛎、砂贝等逐渐死亡。水体中的酚浓度低时能影响鱼类的回游繁殖，酚浓度为0.10.2毫克升时鱼肉有酚味，浓度高时引起鱼类大量死亡，甚至绝迹。,返回,5/11/2020,30,油类污染物的来源及其危害：,第一节水体环境概述,返回,1）船舶造成的油污染目前石油总产量的60经由海上运输，尽管各国对石油船的洗舱水、压舱水和其他含油废水进行浓缩回收，但仍有可观的油量由船舶带入海中。油船因触礁、碰撞、搁浅等意外事件对水体造成的污染则更为严重。以石油为动力的船只。2）工业造成的油污染沿河和沿海地区工业企业。3）海底石油开采造成的油污染海底石油生产。海底油田的开发，特别是油井井喷把大量石油喷入海洋，造成十分严重的海洋污染。如1969年1月美国加利福尼亚的圣巴巴腊海底油田（距岸10海里），因原油喷出压力过大造成地层断裂，每天约有100吨原油喷入海中，直至第二年每天仍有2吨左右原油流入海中。4）大气石油烃的沉降工厂、船舶、车辆所排入大气的石油烃经沉降又回到地面，其中一部分进入各类水体。,油膜覆盖海面阻碍海水的蒸发，影响大气和海洋的热交换，改变海面的反射率和减少进入海洋表层的日光辐射，对局部地区的水文气象条件可能产生一定的影响。大面积油膜的长期存在，将减少进入海水的氧的数量，从而降低海洋的自净能力。海洋石油污染的最大危害是对海洋生物的影响。石油污染对幼鱼和鱼卵的危害很大。油膜和油块能粘住大量鱼卵和幼鱼。在成鱼的体表、嘴和鳃有粘性防油薄膜可以导致窒息死亡。海洋石油污染还能使鱼虾类产生石油臭味，降低食用价值。浮油会粘住海兽（鲸、海豚除外）体表（体表均有毛）而丧失其防水及保温能力，如海獭、麝香鼠等就是如此。即使对鲸、海豚等体表无毛的海兽，油块仍可堵塞其呼吸器官，妨碍其呼吸，严重者甚至窒息而死。底栖动物对石油也很敏感。软体动物也可能遭到严重损害。,返回,5/11/2020,31,第一节水体环境概述,3.生物方面（P75）生物污染物：城市生活污水、医院污水或污水处理厂排水排入地表水后，引起病源微生物污染。排放的污水中常包含有细菌、病毒、原生动物、寄生蠕虫等。植物营养物来源及其危害,5/11/2020,32,3.植物营养物来源及其危害：,第一节水体环境概述,天然水中过量的植物营养物质主要来自农田施肥、农业废弃物、城市生活污水与某些工业废水。其中：农业废弃物（植物秸杆、牲畜粪便等）是水体中氮化合物重要来源。,植物营养物过量产生水体富营养化现象。,返回,4.放射性物质（1）天然放射性物质（2）人工放射性物质,5/11/2020,33,水体污染物几种水体污染物对人的危害,1、汞：口齿不清、视野缩小、听觉失灵，神经错乱，疯狂、颤动、痉挛、惊厥，全身弓弯。孕妇中毒，婴儿痴呆2、镉：肾、骨骼病变。身体缩短、骨骼严重畸形，全身疼痛（称“痛痛病”、“骨痛病”），以致死亡3、砷：人体新陈代谢失调，皮肤角质化，引起皮肤癌。导致严重残废，中毒死亡4、铅：贫血、神经错乱，儿童智力下降5、铬：皮肤溃疡，致癌死亡6、氰化物：眼花、头晕，心跳变慢、血压下降，中毒死亡7、硫化物、磷化物：呕吐、腹痛、腹泻，头痛、头晕，中毒死亡8、病菌、病毒：世界上有80%的疾病与水体被寄生虫、病毒、病菌污染有关。伤寒、霍乱、肠胃炎、痢疾和传染性肝炎等9、恶臭：影响呼吸功能，精神烦躁、食欲不振，损坏中枢神经和大脑皮层的功能,Tobecontinued,5/11/2020,34,第二节污染物在水体中的扩散,一、污染物在水体中的运动特征二、河流水体中污染物扩散的稳态解三、河流水质模型,下一节,返回,5/11/2020,35,第二节污染物在水体中的扩散,一、污染物在水体中的运动特征水体恶化过程，主要特征：水体污染的净化过程：,返回,1.耗氧、DO下降过程2.水生生态平衡下降3.低毒变高毒过程4.低浓度向高浓度转化过程,1.污染物自我衰减过程，如放射性2.污染物被水体同化过程3.从复杂的有机物分解成简单的有机物、无机物4.从溶解物到不溶物的过程5.从不稳定的污染物到稳定的污染物的过程6.高毒害转化为低毒害、无毒害的过程7.复氧的过程,5/11/2020,36,第二节污染物在水体中的扩散,污染物进入水体后，同时发生的两个相互关联的过程（一）推流迁移：只改变水流中污染物的位置，并不能降低污染物的浓度。（二）分散作用：分子扩散、湍流扩散和弥散。不降低污染物的浓度。（三）污染物的衰减和转化：变换污染物空间位置，降低其初始浓度。,返回,5/11/2020,37,第二节污染物在水体中的扩散,二、河流水体中污染物扩散的稳态解（一）一维模型：污染物只在x方向上存在污染物的浓度梯度。二维模型：均匀流场中某一点污染物的浓度。,稳态：在河流水体处于稳定流动状态、污染源连续稳定排放的条件下，水中的污染物分布状况也是稳定的，在某一空间位置的浓度不随时间变化。这种不随时间变化的状态称为稳态。稳态条件下，排入河流水体中的污染物能够与水介质互相溶合，具有相同的流体力学性质。,返回,Tobentinued,5/11/2020,38,第二节污染物在水体中的扩散,（一）河流水体中污染物扩散的一维模型（）：考虑到河流中污染物的推流迁移、分散作用、衰减和转化等运动特征在稳态条件下，忽略弥散作用书中例题说明，在稳态条件下，忽略纵向弥散系数的结果与考虑纵向弥散系数时某一点污染物的浓度十分接近。,Tobentinued,5/11/2020,39,第二节污染物在水体中的扩散,二、河流水体中污染物扩散的稳态解（一）一维模型：污染物只在x方向上存在污染物的浓度梯度。（二）二维模型：均匀流场中某一点污染物浓度c(x,y)。,返回,5/11/2020,40,第二节污染物在水体中的扩散,三、河流水质模型污染物进入河水主要有2种过程：（一）污染物和河水的混合：污染物从污水排放口到污染物在河流横断面上达到均匀分布，通常要经过竖向混合与横向混合两个阶段，使污染物在整个断面上达到均匀分布。（二）生物化学分解：有机物被生物降解。耗氧作用：有机污染物分解作用耗氧和有机体呼吸作用耗氧。（三）曝气作用（或复氧作用）：空气氧溶于水的作用。河流中饱和溶解氧浓度是温度、盐度和大气压力的函数。氧垂曲线：溶解氧沿河流流程变化曲线称为氧垂曲线。简单河段水质模型（SP模型）,Tobentinued,5/11/2020,41,第二节污染物在水体中的扩散,（四）简单河段水质模型（SP模型）：简单河段指的是只有一个排放口时的单一河段，排放口置于河段的起点（x=0）。SP模型描述一维稳态河流中BODDO变化规律的耦和模型。SP模型可以计算最大允许排污量。基本假设：,河流中的BOD的衰减和溶解氧的复氧都是一级反应，反应速度是定常的；河流中的耗氧是由BOD衰减引起的，而河流中的溶解氧来源则是大气复氧。,Tobentinued,5/11/2020,42,第二节污染物在水体中的扩散,氧垂曲线：溶解氧（DO）沿河流流程变化曲线称为氧垂曲线。,本节结束,下一节,返回,5/11/2020,43,第二节污染物在水体中的扩散,被污染河流中BOD和DO的变化曲线,Tobecontinued,横坐标表示河流的流向和距离（流经距离以英里计，流经时间以日计）纵坐标表示溶解氧和生化需氧量的浓度，单位是ppm。,5/11/2020,44,第二节污染物在水体中的扩散,被污染河流中BOD和DO的变化曲线,Tobecontinued,将污水排入河流处定为基点0，向上游去的距离取负值，向下游去的距离取正值。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点开始向下游逐渐减低，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。,5/11/2020,45,第二节污染物在水体中的扩散,河流被需氧污染物污染后水质的区段划分,根据BOD与溶解氧曲线，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。,本节结束,下一节,返回,5/11/2020,46,一、水体中耗氧有机物降解二、水体富营养化过程三、重金属在水体中迁移转化,返回,下一节,第三节污染物在水体中的转化,污染物进入水体后发生各种反应，根据污染物的不同性质可产生不同的污染过程。有机物在水体中经微生物的生物化学作用可逐步降解无机化，从而消耗水中的溶解氧，一些难降解的人工合成有机物则形成水体特殊污染问题；一些重金属污染物在水体中可发生形态或状态的迁移转化。,5/11/2020,47,一、水体中耗氧有机物降解,水体中耗氧有机物主要指动、植物残体和生活污水及某些工业废水中的碳水化合物、脂肪、蛋白质等易分解的有机物，它们在分解过程中要消耗水中的溶解氧，使水质恶化。,在有O2时总是进行有氧氧化；在无氧时，依次发生反硝化、甲烷发酵、酸性发酵等。,返回,第三节污染物在水体中的转化,Tobecontinued,5/11/2020,48,二、水体富营养化过程（一）水体富营养化类型（二）植物营养物氮、磷在水体中的转化（三）氮、磷污染与水体富营养化（四）水体富营养化状态判断标准（五）水体富营养化营养物质负荷模型,“营养化”（Eutropbication）是一种氮、磷等植物营养物质含量过多导致藻类等水生生物的大量繁殖，使鱼类生活的空间愈来愈少，是水体衰老的一种表现。,返回,下一节,第三节污染物在水体中的转化,5/11/2020,49,（一）水体富营养化类型,“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。现代湖沼学也把这一现象当作湖泊演化过程中逐渐衰亡的一种标志。,由于水体中氮、磷营养物质的富集，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。天然富营养化是湖泊水体生长、发育、老化、消亡整个生命史中必经的天然过程，这个过程极其漫长，常常需要以地质年代或世纪来描述其进程。,第三节污染物在水体中的转化,水体出现富营养化现象时主要表现为浮游生物大量繁殖，因占优势的浮游生物的颜色不同水面往往呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等。这种现象在江河湖泊中称为“水华”；在海洋则称为“赤潮”。,Tobecontinued,5/11/2020,50,（二）植物营养物氮、磷在水体中的转化,植物营养的组成，各种营养成分之间的含量比例，单位时间的负荷量以及营养元素的限制性是决定湖泊水体营养贫富程度的基本因素。由于水体富营养化的过程是水体自养型生物（主要是浮游植物）在水体中形成优势的过程。所以目前的研究也着重于和这些生物生长需求有关的营养成分如磷、氮、二氧化碳、硅、钾、钠、铁等，这里某些营养成分在水体中含量甚微，但又为浮游植物生长所必需，在水体中含量过低时，对生物的生长产生抑制作用。这种营养成分被称为富营养化过程的限制性因素。其中磷和氮在水体富营养化的限制因素中起了重要作用。,返回,第三节污染物在水体中的转化,5/11/2020,51,（三）氮、磷污染与水体富营养化,植物生长取决于外界供给它所需要的养料中数量最少的那一种。在藻类分子量中所占的重要百分比中磷最小，氮次之。藻类的生产量主要取决于水体中磷的供应量。当水体中的磷供应充足时，藻类可以得到充分增殖；如果磷供应量受到限制，那么，藻类的生产量就将随着受到限制。水体氮、磷浓度的比值与藻类增殖有着密切的关系。武汉东湖湖水中氮与磷浓度比值范围为11.81-15.51，平均值为121。杭州西湖湖水中氮与磷浓度比值平均为121。,第三节污染物在水体中的转化,Tobecontinued,5/11/2020,52,水体富营养化的后果及湖泊的衰亡富营养化使水体中有机物大量生长的结果，会引起水质污染、藻类、植物及水生物、鱼类衰亡甚至绝迹。促进细菌等异养生物繁殖，耗氧；藻类只是在水体表层排出氧气，在深层的水中耗氧；藻类的死亡残体分解使深层变为厌氧分解；无机氮的富集，开始是使硝化细菌繁殖，大量消耗溶解氧，在缺氧状态下又会转为反硝化过程。富营养化加速湖泊等水域的衰亡过程。赤潮,返回,第三节污染物在水体中的转化,5/11/2020,53,富营养化加速湖泊等水域的衰亡过程,第三节污染物在水体中的转化,返回,5/11/2020,54,富营养化加速湖泊等水域的衰亡过程,第三节污染物在水体中的转化,返回,5/11/2020,55,（四）水体富营养化状态判断标准根据湖水营养物质浓度、藻类所含叶绿素a的量、湖水透明度以及溶解氧等项指标来划分水质营养状态，也常常以此作为判断水质营养状态的标准。,返回,第三节污染物在水体中的转化,5/11/2020,56,（五）水体富营养化营养物质负荷模型将磷作为湖泊的主要自变量，湖泊营养状态作为该水体的因变量，在获得湖泊水体一系列必要的数据的基础上，建立起磷与湖泊富营养化的相关模型。沃伦威德尔模型：吉柯奈尔-迪龙（KirchnerDillon）模型式：,第三节污染物在水体中的转化,把输入湖泊的某一水质组分的总量、湖泊中该水质组分的浓度与湖泊的自然特征，如平均水深、水流停留时间等建立关系，求取营养物质的平衡浓度cP：,Tobecontinued,5/11/2020,57,三、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重金属在水体中的迁移转化美国海虾海龟案,重金属元素是无机有毒物质，主要是指汞、镉、铅、铬以及类金属砷等毒性显著的元素。,返回,第三节污染物在水体中的转化,5/11/2020,58,（一）重金属元素在水环境中的污染特征重金属元素在自然界的含量均低于0.1。重金属属于过渡性元素，价态变化较多，配位络合能力强。重金属在水环境中的迁移转化分为机械迁移、物理化学迁移和生物迁移三种基本类型。决定了重金属在水环境中的存在形式、富集状况和潜在危害程度。重金属对生命体具有毒性效应。,第三节污染物在水体中的转化,5/11/2020,59,（二）重金属元素在水体中的迁移转化重金属化合物的沉淀-溶解作用；重金属的氧化还原转化；重金属元素络合作用；重金属的胶体化学吸附迁移转化；某些重金属的甲基化作用：汞的环境污染问题所以特别为人们所重视，不仅是因为无机汞的毒性，而且还因为无机汞在水环境中，由于在微生物的作用下，可转化为毒性更强的甲基汞。甲基汞脂溶性强，可以通过食物链在生物体内逐渐浓集，最后进入人体。,第三节污染物在水体中的转化,本节结束,下一节,返回,5/11/2020,60,第四节水环境污染控制及管理,一、水体污染的防治和管理（一）制定水环境质量标准（二）水环境污染防治对策,1水质标准：2工业废水排放标准：,减少耗水量建立城市污水处理系统调整工业布局加强水资源的规划管理,5/11/2020,61,1、水环境质量标准地面水环境质量标准（GB38382002）（P119）地面水的五大类型海水质量标准（GB307982）渔业水质标准（GB1160789）景观娱乐用水水质标准（GB1294191）农田灌溉水质标准（GB508492）地下水质量标准（GB/T1484893）2、污水综合排放标准：分综合性排放标准和行业性排放标准两类。污水综合排放标准（GB897896）船舶污染物排放标准（GB355283）造纸工业水污染物排放标准（GB354492）钢铁工业水污染物排放标准（GB1345692）3、生活饮用水水质标准（P123）4、有关基础标准水质词汇（GB681686）（GB1191589）环境保护图形标志排放口（源）（GB15562.195）,5/11/2020,62,第四节水环境污染控制及管理,地面水环境质量类别与功能,5/11/2020,63,第四节水环境污染控制及管理,制定生活饮用水水质标准的主要原则,卫生上安全可靠化学成分应对人体无害使用时不致造成其他不良影响,5/11/2020,64,第四节水环境污染控制及管理,加强水质管理，控制污染，节约用水等，是防治水体污染的重要措施。控制水体污染的基本途径废水处理技术概述污泥处理简介对城市污水的再利用,下一章,返回,5/11/2020,65,第四节水环境污染控制及管理,控制水体污染的基本途径要控制和进一步消除水的污染，必须从控制废水的排放入手，将“防”、“治”、“管”三者结合起来。1减少污染源排放的工业废水量1）改革生产工艺尽量不用水或少用水，尽量不用或少用易产生污染的原料、设备及生产工艺。2）重复利用废水尽量采用重复用水及循环用水系统，使废水排放量减至最少。3）回收有用产品2妥善处理城市及工业废水3加强对水体及其污染源的监测和管理,返回,5/11/2020,66,第四节水环境污染控制及管理,二、废水处理技术概述废水处理技术的类型常用的废水生物处理方法废水处理流程污泥处理简介城市污水及城市污水各级处理流程的优缺点对城市污水的再利用,返回,废水处理：就是用各种方法将废水中所合的污染物质分离出来，或将其转化为无害物质，从而使废水得到净化。,5/11/2020,67,第四节水环境污染控制及管理,（一）废水处理技术的类型1.物理法2.化学法3.生物法,返回,利用物理作用使悬浮状态的污染物质与废水分离，在处理过程中污染物质的性质不发生变化。主要的物理法处理技术有：截留法、沉淀法、过滤法、气浮法、离心分离法以及膜分离法等。,利用某种化学反应使废水中污染物质的性质或形态发生改变，而从水中除去的方法，其主要处理对象是水中溶解性污染物质或胶体物质。主要的化学法处理技术有：混凝法、中和法、氧化还原法、电解法、萃取法、吸附法以及离子交换法等。,利用微生物的作用，使废水中溶解状及胶体状有机物质得到氧化分解的方法，即为生物处理法。生物处理法具有投资少、效果好、运行费用低等优点，在城市污水和工业废水的处理中得到了最广泛的应用。,污水处理,5/11/2020,68,第四节水环境污染控制及管理,3.常用的废水生物处理方法活性污泥法：活性污泥是由大量繁殖的悬浮状的微生物絮凝体组成的。生物膜法：微生物附着生长于某种载体的表面，形成一定厚度的生物膜并利用生物膜处理废水的方法，即为生物膜法。生物膜主要由细菌、真菌和原生动物组成。生物（氧化）塘法：,返回,活性污泥法净化废水的过程，一般包括吸附、氧化和絮凝沉淀三个阶段。将空气连续鼓入曝气池的废水中，经过一段时间，水中能繁殖大量好气性微生物的活性污泥，它能吸附和分解废水中的有机物，并以有机物为养料使微生物获得能量并不断增殖。离开曝气池的废水与活性污泥的混合液，在沉淀池中沉淀，活性污泥分离后的水即为得到净化的水。,净化过程：将废水连续通过固体填料，在填料上繁殖的大量微生物形成生物膜。生物膜能吸附及分解废水中的有机物。从填料上脱落下来老死的生物膜随废水流入沉淀池中沉淀，使沉淀池的出水得到净化。例如有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池等。,废水在池塘中长时间停留（210天）会被水中微生物逐渐分解而得到处理。,5/11/2020,69,武汉市汤汛湖污水处理厂-氧化沟工艺,5/11/2020,70,佛山东鄱污水处理厂-UNITANK工艺,5/11/2020,71,武汉市龙王嘴污水处理厂-中控室,5/11/2020,72,武汉市二郎庙污水处理厂污泥浓缩池,5/11/2020,73,武汉