环境科学概论第三章水环境黄荣华

1、武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 第一节第一节 水体环境概述水体环境概述第二节第二节 水污染水污染第三节第三节 污染物在水中的转化污染物在水中的转化第四节第四节 水环境污染的控制与管理水环境污染的控制与管理水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 第一节 水体概述地球上水的分布n 全球总贮水量估计为13.9亿立方千米n 其中淡水总量仅为0.36亿立方千米n 除冰川和冰帽外，可利用的淡水总量不足世界总贮水量的1% 一、地球水资源一、地球水资源 所谓水体是指河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、冰川和海岸所谓水体是指河流、湖泊、

2、沼泽、水库、地下水、冰川和海岸等等“储水体储水体”的总称（狭义）。的总称（狭义）。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 地球上河水和湖水的数量很少，只有地球上河水和湖水的数量很少，只有101700km3，但，但是由于它们直接供人类生产生活需要，与人类的关系密是由于它们直接供人类生产生活需要，与人类的关系密切，因此是水资源中最为重要的组成部分切，因此是水资源中最为重要的组成部分.水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 n 中国是世界水资源大国，河流、湖泊和水库的总水面中国是世界水资源大国，河流、湖泊和水库的总水面

3、积约积约1.67108m2，水资源总量，水资源总量2.81012m3，占全球径，占全球径流总量的流总量的6%左右，居世界第六位。左右，居世界第六位。n 我国人均水资源量很少，人均占有水资源我国人均水资源量很少，人均占有水资源2545m3,只相只相当于当于世界平均水平的四分之一世界平均水平的四分之一、世界排名第、世界排名第110位，被位，被列为全球列为全球13个人均水资源贫乏的国家之一。个人均水资源贫乏的国家之一。n 中国属于季风气候，水资源中国属于季风气候，水资源时空分布不均匀时空分布不均匀，南北自，南北自然环境差异很大，南方水较多而北方的然环境差异很大，南方水较多而北方的9个省区人均水个省区

4、人均水资源还不到资源还不到500 m3 ，实属少水地区。，实属少水地区。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 n 中国的水资源短缺中国的水资源短缺华北平原、西北、云贵高原、东南沿海普遍缺水。与华北平原、西北、云贵高原、东南沿海普遍缺水。与此同时，江河湖海许多水域普遍受到不同程度污染，此同时，江河湖海许多水域普遍受到不同程度污染，78%的城市河段已不适宜做饮用水源，的城市河段已不适宜做饮用水源，50%的城市地下的城市地下水受到污染，地下水因过量开采导致地面下沉和水质恶水受到污染，地下水因过量开采导致地面下沉和水质恶化；东海、渤海、黄海和南海四大海域的近岸海域污染化；东海、渤海、黄

5、海和南海四大海域的近岸海域污染加重。加重。在全国在全国600多个大中城市中约有一半缺水多个大中城市中约有一半缺水，其中，其中严重严重缺水的有缺水的有108个个，主要是北方的一些城市，京、津地区和，主要是北方的一些城市，京、津地区和石家庄、西安、兰州等城市的供水尤为紧张。首都石家庄、西安、兰州等城市的供水尤为紧张。首都北京北京是全国是全国10大缺水城市之一大缺水城市之一，人均水量在世界，人均水量在世界120多个国家多个国家的首都中名列百位之后。的首都中名列百位之后。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 二、生命与水现代科学证明，人的体重的现代科学证明，人的体重的60%都是水，血液

6、都是水，血液中的中的90%亦是水，每人每天至少要摄入亦是水，每人每天至少要摄入2000ml的水才能维持生命，断水的水才能维持生命，断水710天就会导致死亡，天就会导致死亡，失水失水15%20%就要产生脱水症状。就要产生脱水症状。n 水能溶解各种各样的电解质，使生命中的生物水能溶解各种各样的电解质，使生命中的生物化学反应得以正常进行。化学反应得以正常进行。n 水是大部分有机物质的溶剂。水是大部分有机物质的溶剂。n 水可向全身供给营养物质。水可向全身供给营养物质。n 把体内多余热散发出去，以防体温上升。把体内多余热散发出去，以防体温上升。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 n 1

7、、 水的分子结构水的分子结构n 水的分子结构特异性水的分子结构特异性 氢键引起的分子间缔合氢键引起的分子间缔合水的特异性水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 n 2 水的性质特异性水的性质特异性n 2.1 熔点和沸点熔点和沸点水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 n 2.2 体积随温度变化异常，体积随温度变化异常，4时密度最高时密度最高水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 2.3 热容量最大热容量最大n 生成热（生成热（285.83kjmo

8、l），汽化热（），汽化热（40.67kjmol），熔化），熔化热（热（6.02kjmol），摩尔热容（），摩尔热容（20时为时为75j/molk ）均很大）均很大n 在在2000k的高温下仪解离的高温下仪解离0.588。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 n 2.4 溶解和反应能力溶解和反应能力n 被称做被称做“万用溶剂万用溶剂”。n 能不同程度地溶解各种物质，当然其中也包括大量的污染物质。能不同程度地溶解各种物质，当然其中也包括大量的污染物质。n 离子型化合物溶于水时，均以离子状态存在。离子型化合物溶于水时，均以离子状态存在。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体

9、环境 n 2.5 具有很大的表面张力具有很大的表面张力n 水的表面张力（水的表面张力（7275 x 10-3nm）仅次干汞）仅次干汞n 表面张力是垂直地通过液体表面任一单位长度并沿着与液面相旬表面张力是垂直地通过液体表面任一单位长度并沿着与液面相旬的方向的收缩裴面的力。的方向的收缩裴面的力。n 因此水有明显的毛细、润湿和吸附等作用，使水能在土壤微粒间因此水有明显的毛细、润湿和吸附等作用，使水能在土壤微粒间的小空隙中长期存留（也与大的蒸发热有关），土壤靠此作用可的小空隙中长期存留（也与大的蒸发热有关），土壤靠此作用可以保持水分、通过根细胞壁输送大量水分和营养隶。以保持水分、通过根细胞壁输送大量水

10、分和营养隶。n 为进行光合作用。提供运输介质。不会使植物因吸收大阳能而将为进行光合作用。提供运输介质。不会使植物因吸收大阳能而将液体蒸发殆尽。液体蒸发殆尽。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 3 有机物和生命物质中有机物和生命物质中h的来源的来源n 一切有机化合物都是以碳、氢、氧、氮等元素为基础，而这些元一切有机化合物都是以碳、氢、氧、氮等元素为基础，而这些元素的主要来源就是素的主要来源就是co2和水。和水。n 在自然环境中，水对地球的绿色植物是至关重要的，绿色值物利在自然环境中，水对地球的绿色植物是至关重要的，绿色值物利

11、用光能分解用光能分解h2o，放出，放出o2并将并将 co2还原为有机物。还原为有机物。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 三、水的循环1.水的自然循环水的自然循环过程，是指地球上各种形态的水在太阳水的自然循环过程，是指地球上各种形态的水在太阳辐射、地心引力等作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结辐射、地心引力等作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗和径流等环节，不断地发生相态转换和周而降水、下渗和径流等环节，不断地发生相态转换和周而复始运动的过程。复始运动的过程。n太阳辐射太阳辐射和和重力重力作用是水循环的作用是水循环的基本

12、动力基本动力。这种动力。这种动力不消失，水循环便永恒存在。不消失，水循环便永恒存在。n 水循环水循环路径并不是单一路径并不是单一的，而是通过无数条路线实现的，而是通过无数条路线实现循环和相变的。循环和相变的。n 由于水循环的存在，使地球上的水不断地得到补充和由于水循环的存在，使地球上的水不断地得到补充和更新，成为一种更新，成为一种可再生资源可再生资源。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 水的自然循环过程示意图水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 2.水的社会循环水的社会循环人类社会为了生产和生活需要，从居住区附人类社会为了生产和生活需要，从居住区附近的天然河流

13、、湖泊等水体取水，供人们用于工近的天然河流、湖泊等水体取水，供人们用于工业、农业和日常生活，用过的水又排回天然水体。业、农业和日常生活，用过的水又排回天然水体。由于在这一过程中人类所用的水取之于附近水体由于在这一过程中人类所用的水取之于附近水体还之于附近水体，因此形成一种受人类社会活动还之于附近水体，因此形成一种受人类社会活动作用的水循环，这即是作用的水循环，这即是水的社会循环水的社会循环。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 水的社会循环水的社会循环水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 四、天然水的水质四、天然水的水质.天然水的物质组成在自然界并不存在化学概念

14、上的纯水。天然在自然界并不存在化学概念上的纯水。天然水，是在特定自然条件下形成的、含有许多溶解水，是在特定自然条件下形成的、含有许多溶解性物质和非溶解性物质、组成成分极其复杂的综性物质和非溶解性物质、组成成分极其复杂的综合体。目前，在各种水体里已发现合体。目前，在各种水体里已发现80多种元素多种元素。天然水中各种物质按性质通常可分为三大类：天然水中各种物质按性质通常可分为三大类：悬浮物质悬浮物质、胶体物质胶体物质和和溶解物质溶解物质水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 n 悬浮物质悬浮物质：粒径大于粒径大于100nm(10-9m)的物质颗粒在水中呈悬浮状态，的物质颗粒在水中呈悬

15、浮状态，如泥沙、粘土、藻类、细菌等不溶物质。悬浮物的存在如泥沙、粘土、藻类、细菌等不溶物质。悬浮物的存在使天然水有颜色、变浑浊或产生异味。使天然水有颜色、变浑浊或产生异味。n 胶体物质胶体物质：粒径为粒径为1001nm的多分子聚合体，为水中的胶体物质。的多分子聚合体，为水中的胶体物质。其中，无机胶体主要是次生粘土矿物和各种含水氧化物；其中，无机胶体主要是次生粘土矿物和各种含水氧化物；有机胶体主要是腐殖酸。有机胶体主要是腐殖酸。n 溶解物质溶解物质：粒径小于粒径小于1nm的物质，在水中呈分子或离子溶解状态，的物质，在水中呈分子或离子溶解状态，包括各种盐类、气体和某些有机化合物。包括各种盐类、气体

16、和某些有机化合物。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 2.天然水的化学性质地壳中含有地壳中含有87种化学元素，目前在天然水中基本都已种化学元素，目前在天然水中基本都已经被发现。这些元素在天然水中的含量与岩石圈的平均经被发现。这些元素在天然水中的含量与岩石圈的平均组成相差很大。多种化合物均溶于水，又随着水循环一组成相差很大。多种化合物均溶于水，又随着水循环一起迁移经历不同环境，其数量、组成和存在形态均处于起迁移经历不同环境，其数量、组成和存在形态均处于不断变化之中。这一过程受到两方面因素制约：不断变化之中。这一过程受到两方面因素制约：一是元素和化合物的物理化学性质；一是元素和化

17、合物的物理化学性质；二是各种环境因素，如天然水的酸碱性质、氧化还原二是各种环境因素，如天然水的酸碱性质、氧化还原状况、有机质的数量和组成以及各种自然环境条件等。状况、有机质的数量和组成以及各种自然环境条件等。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 水质、水质指标和水质标准1.水质的概念 水的品质，是指水和其中所含杂质共同表现出的物理学、化学和生物学的综合特性。2.水质指标水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 n 4.2水质指标水质指标n 4.2.1 水温水温n 4.2.2 臭阈值臭阈值臭阈值是相对的臭阈值的平均数：水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环

18、境 4.2.3 颜色和色度：颜色和色度：n 表色：包括悬浮杂质、胶体、溶解物在内的表色：包括悬浮杂质、胶体、溶解物在内的3所构成的水色。所构成的水色。n 真色：除去悬浮杂质后的水，由胶体及溶解杂真色：除去悬浮杂质后的水，由胶体及溶解杂质所造成的颜色。质所造成的颜色。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 n 色度的测定：较清洁水样，如天然水和饮用水，色度的测定：较清洁水样，如天然水和饮用水，可用铂钴标准比色法和铬钴比色法。水样较浑可用铂钴标准比色法和铬钴比色法。水样较浑浊，可事先静置澄清或离心分离除去浑浊印质浊，可事先静置澄清或离心分离除去浑浊印质后，进行测定，但不得用滤纸过滤。

19、水的颜色后，进行测定，但不得用滤纸过滤。水的颜色往往随往往随ph值的改变而不同，因此测定时必须值的改变而不同，因此测定时必须注明注明ph值。值。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 n 铬钴比色法：是以重铬酸钾和硫酸钴铬钴比色法：是以重铬酸钾和硫酸钴(配制标配制标推比色系列采用目视比色法测定水样的色度。推比色系列采用目视比色法测定水样的色度。该法所用重铬酸钾便宜易得，但标准色列不易该法所用重铬酸钾便宜易得，但标准色列不易长久保存。长久保存。n 铂钴比色法：是以氯铂酸钾和氯化钴铂钴比色法：是以氯铂酸钾和氯化钴(配制标配制标推比色系列采用目视比色法测定水样的色度。推比色系列采用目视

20、比色法测定水样的色度。该法标准色列可长久保存，但较贵。该法标准色列可长久保存，但较贵。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 n 4.2.4 浊度浊度n 表示水中含有悬浮及肢体状态的杂质，引起水表示水中含有悬浮及肢体状态的杂质，引起水的浑浊程度。的浑浊程度。n 一般标准浊度单位，规定一般标准浊度单位，规定im/l漂白土所产生的漂白土所产生的浊度为浊度为1度；度；n 近年来，多采用硫酸肼与六次甲基四胺形成的近年来，多采用硫酸肼与六次甲基四胺形成的白色高分子聚合物标准溶液为浊度单位。白色高分子聚合物标准溶液为浊度单位。n 并规定并规定125mg/l硫酸肼硫酸肼l和和125mg/l六六

21、次甲基四胺溶于水中形成的聚合物所产生的浊次甲基四胺溶于水中形成的聚合物所产生的浊度为度为1度，称为度，称为ftu。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 n 4.2.5 残渣：总残渣、总过滤残渣、总不可过残渣：总残渣、总过滤残渣、总不可过滤残渣滤残渣n 总残渣：将水样混合均匀后，在己称至恒重的总残渣：将水样混合均匀后，在己称至恒重的蒸发皿中于水浴或蒸气浴上蒸干，然后在蒸发皿中于水浴或蒸气浴上蒸干，然后在103105烘箱中烘至恒里，增加的重量为总烘箱中烘至恒里，增加的重量为总残渣。残渣。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 n 总可滤残渣总可滤残渣n 总可滤残渣又称

22、可溶性固体或可溶性蒸发残渣总可滤残渣又称可溶性固体或可溶性蒸发残渣分为分为103105烘干和烘干和180烘干两种。烘干两种。n 将混合均匀的水样，通过标准玻璃纤维滤膜将混合均匀的水样，通过标准玻璃纤维滤膜(o45pm)的滤液，于蒸发皿中蒸发并在设定的滤液，于蒸发皿中蒸发并在设定温度下烘干后称至恒重的物质为总可滤残渣。温度下烘干后称至恒重的物质为总可滤残渣。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 n 总不可过滤残渣总不可过滤残渣n 将充分混均水样过滤后，截留在标准玻璃纤维将充分混均水样过滤后，截留在标准玻璃纤维滤膜滤膜(0.45m）上的物质，在上的物质，在103105烘干烘干至恒重

23、。如果悬浮物堵塞滤膜并难于过滤，总至恒重。如果悬浮物堵塞滤膜并难于过滤，总不可滤残渣可由总残渣与总可滤残渣之差计算。不可滤残渣可由总残渣与总可滤残渣之差计算。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 n 挥发性残渣又称总残渣灼烧减重。该指标可粗挥发性残渣又称总残渣灼烧减重。该指标可粗略地代表水中有机物含量和铵盐及碳酸盐等部略地代表水中有机物含量和铵盐及碳酸盐等部分含量。分含量。n 测定方法：水样测定总残渣后，于测定方法：水样测定总残渣后，于600下灼下灼烧烧30min，冷却后用，冷却后用2ml蒸馏水湿润残渣，在蒸馏水湿润残渣，在10 3105烘干至恒重，所减少的重量即为烘干至恒重，

24、所减少的重量即为挥发性残渣。挥发性残渣。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 n 可沉降物可沉降物n 用体积法或重量法测定。用于地面水、咸水及用体积法或重量法测定。用于地面水、咸水及生活污水和工业废水中的可沉降物的测定。生活污水和工业废水中的可沉降物的测定。n 体积法：水样在特制锥形筒内静置体积法：水样在特制锥形筒内静置1h后所沉后所沉下的总污物数量单位下的总污物数量单位ml/l。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 n 重量法：由总不可滤残渣与上层液中不可沉降重量法：由总不可滤残渣与上层液中不可沉降物浓度之差求得，单位物浓度之差求得，单位mg/l。n 其中上层

25、被中不可沉降物浓度测定：将充分混其中上层被中不可沉降物浓度测定：将充分混匀水祥例人玻璃容器中静置匀水祥例人玻璃容器中静置1h后，虹吸沉降后，虹吸沉降面与液面一半处上层液面与液面一半处上层液103105烘干的总烘干的总不不可滤残渣程序求得。不不可滤残渣程序求得。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 n 4.2.6电导率电导率n 又称比电导又称比电导, 表示水溶液传导电流的能力表示水溶液传导电流的能力,可间可间接表示水中可滤残渣接表示水中可滤残渣(即溶解性固体即溶解性固体)的相对含的相对含量。量。n 电导率的标准单位是西门子米电导率的标准单位是西门子米(sm)，多数，多数水样的电导

26、率很低，所以，一般实际使用单伦水样的电导率很低，所以，一般实际使用单伦为毫西门子米为毫西门子米(msm).n 电导率用电导率仪测定。电导率用电导率仪测定。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 n 4.2.7紫外吸光度值紫外吸光度值n 由于生活沼水、工业废水尤其石油废水的排由于生活沼水、工业废水尤其石油废水的排放，天然水中含有许多有机污染物，这些污染放，天然水中含有许多有机污染物，这些污染物，尤其含有芳香烃和双键或碳基的共扼体系，物，尤其含有芳香烃和双键或碳基的共扼体系，在紫外光区都有强烈吸收。在紫外光区都有强烈吸收。n 对特定水系来说，其所含物质组成一般变化不对特定水系来说，其

27、所含物质组成一般变化不大，所以，利用紫外吸光度作为新的评价水质大，所以，利用紫外吸光度作为新的评价水质有机物污染综合指标，将有普遍意义。有机物污染综合指标，将有普遍意义。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 4.2.8 氧化还原电位氧化还原电位(orp，mv)n 氧化还原电位氧化还原电位(0rp)是水体中多种氧化性物质是水体中多种氧化性物质与还原性物质进行氧化还原反应的综合指标。与还原性物质进行氧化还原反应的综合指标。n 在水处理尤其废水生物处理中越来越受到重视，在水处理尤其废水生物处理中越来越受到重视，是厌氧治化过程中一个较为理想的过程控制参是厌氧治化过程中一个较为理想的过程

28、控制参数。数。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 n 80年代之后，人们发现年代之后，人们发现orp在脱氮在脱氮(n)除磷除磷(p)过程中起到重要的指示作用。过程中起到重要的指示作用。n 近年来，在好氧活性污泥法降解含碳有机物过近年来，在好氧活性污泥法降解含碳有机物过程中，其数值或变化率作为反应时间的计算机程中，其数值或变化率作为反应时间的计算机控制参数的研究。控制参数的研究。n 氧化还原电位氧化还原电位(0rp)用毫伏计或用毫伏计或ph计测量。指计测量。指示电极用铂电极，参比电极用饱和甘汞电极或示电极用铂电极，参比电极用饱和甘汞电极或银一氯化银电极。银一氯化银电极。水质与环

29、境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 n 4.2.9 细菌总数细菌总数(bacterul totalcount)n 指指lml水样在营养琼脂培养基中，于水样在营养琼脂培养基中，于37培养培养24h后，所生长细菌菌落的总数。后，所生长细菌菌落的总数。n 水中细菌总数用来判断饮用水、水源水、地面水中细菌总数用来判断饮用水、水源水、地面水等污染程度的标志。水等污染程度的标志。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 n 4.2.10肠菌群肠菌群n 大肠菌群可采用多管发酵法、滤膜法和延迟培大肠菌群可采用多管发酵法、滤膜法和延迟培养法测定。养法测定。水质与环境科学概论水质与环境科学概

30、论水体环境水体环境 n 4.2.11 游离性余氯游离性余氯n 饮用水氯消毒之后剩余的游离性有效氮为游离饮用水氯消毒之后剩余的游离性有效氮为游离性余氯。性余氯。n 采用碘量法、采用碘量法、n，n一二乙基对苯二胺一硫酸一二乙基对苯二胺一硫酸亚铁胺滴定法和亚铁胺滴定法和n，n一二乙基对苯二胺光度一二乙基对苯二胺光度法测定。法测定。n 国家饮用水规定：集中式给水出厂水游离性余国家饮用水规定：集中式给水出厂水游离性余氧不低于氧不低于0.3mg/l，管网末稍水不应低于，管网末稍水不应低于o05mg/l。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 n 4.2.12 ph值值n 对水中化学过程具有重

31、要影响对水中化学过程具有重要影响n 用用ph计测量。计测量。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 n 4.2.13 酸度和碱度酸度和碱度n 水的酸度是水中给出质子物质的总量。水的酸度是水中给出质子物质的总量。n 水的碱度是水中接受质子物质的总量。水的碱度是水中接受质子物质的总量。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 4.2.14 4.2.14 有机化合物有机化合物 化学需氧量化学需氧量是指水样在一定条件下，氧化是指水样在一定条件下，氧化1l1l水样中还原水样中还原性物质所消耗的氧化剂的量，以氧的性物质所消耗的氧化剂的量，以氧的mg/lmg/l表示。表示。 化学需

32、氧量的测量方法有重铬酸钾法和库仑滴定法。化学需氧量的测量方法有重铬酸钾法和库仑滴定法。化学需氧量（化学需氧量（codcod） 水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 重铬酸钾法（重铬酸钾法（codcod） 反应式：反应式： crcr2 2o o7 72-2-+6e+14h+6e+14h+ +2cr2cr3+3+7h+7h2 2o o cr cr2 2o o7 72-2-+6fe+6fe2+2+14h+14h+ +2cr2cr3+3+6fe+6fe3+3+7h+7h2 2o ofefe2+2+ +试亚铁灵试亚铁灵红褐色红褐色 计算公式：计算公式： codcodcrcr(o(o2 2

33、，mg/l)=mg/l)=（v v0 0-v-v1 1）c c8 81000/v1000/v水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 高锰酸盐指数的测定高锰酸盐指数的测定 高锰酸盐指数，是指在一定条件下，以高锰酸钾为氧化剂，高锰酸盐指数，是指在一定条件下，以高锰酸钾为氧化剂，氧化水样中的还原性物质，所消耗的量以氧的氧化水样中的还原性物质，所消耗的量以氧的mg/lmg/l来表示。来表示。 测定过程：测定过程： 取水样取水样100ml(100ml(原样或经稀释原样或经稀释) )于锥形瓶中于锥形瓶中 (1(1十十3)h3)h2 2soso4 45ml 5ml 混匀混匀 0.0l mol/

34、l0.0l mol/l高锰酸钾标液高锰酸钾标液(1/5kmn0(1/5kmn04 4)10.0ml )10.0ml 沸水浴沸水浴30min 30min 0.0l mol/l 0.0l mol/l草酸钠标液（草酸钠标液（1/2na1/2na2 2c c2 2o o4 4）l0.00mll0.00ml 退色退色 0.01 mol/l 0.01 mol/l 高锰酸钾标液回滴高锰酸钾标液回滴 终点微红色终点微红色水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 生化需氧量（生化需氧量（bodbod）的测定）的测定 生化需氧量生化需氧量是指在有溶解氧的条件下，好氧微生物在分解是指在有溶解氧的条件下，

35、好氧微生物在分解水中有机物的生物化学氧化过程中所消耗的溶解氧量。水中有机物的生物化学氧化过程中所消耗的溶解氧量。 1.1.五天培养法五天培养法（1 1）方法原理）方法原理 水样经稀释后，在水样经稀释后，在(20(201)1)条件下培养条件下培养5 5天，求出培养前天，求出培养前后水样中溶解氧含量，二者的差值为后水样中溶解氧含量，二者的差值为bodbod5 5。 如果水样五日生化需氧量未超过如果水样五日生化需氧量未超过7mg/l7mg/l，则不必进行稀释，则不必进行稀释，可直接测定。很多较清洁的河水就属于这一类水。可直接测定。很多较清洁的河水就属于这一类水。 水质与环境科学概论水质与环境科学概论

36、水体环境水体环境 （2 2）测定结果计算）测定结果计算 a a对不经稀释直接培养的水样：对不经稀释直接培养的水样：bodbod5 5（mg/lmg/l）=d=d1 1-d-d2 2 式中式中 d d1 1水样在培养前溶解氧浓度；水样在培养前溶解氧浓度； d d2 2水样培养后剩余溶解氧浓度。水样培养后剩余溶解氧浓度。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 b b对稀释后培养的水样：对稀释后培养的水样： bodbod5 5（mg/lmg/l）= =(d(d1 1-d-d2 2)-(b)-(b1 1-b-b2 2) )f f1 1/f/f2 2其中：其中： f f1 1=v=v1 1

37、/(v/(v1 1+v+v2 2) ) f f2 2=v=v2 2/(v/(v1 1+v+v2 2) )式中式中:b:b1 1、b b2 2稀释水在培养前后的溶解氧浓度，稀释水在培养前后的溶解氧浓度，mg/l;mg/l; v v1 1、v v2 2分别为稀释水和水样的体积，分别为稀释水和水样的体积，ml;ml; f f1 1、f f2 2分别为稀释水和水样在培养液中所占比例。分别为稀释水和水样在培养液中所占比例。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 总有机碳（总有机碳（toctoc）的测定）的测定 总有机碳总有机碳是以碳的含量表示水体中有机物质总量的综合是以碳的含量表示水体中有

38、机物质总量的综合指标。由于指标。由于toctoc的测定采用燃烧法，因此，能将有机物全部的测定采用燃烧法，因此，能将有机物全部氧化，它比氧化，它比bodbod或或codcod更能反映有机物的总量。更能反映有机物的总量。 测定原理是：测定原理是： 将一定量水样注入高温炉内的石英管，在将一定量水样注入高温炉内的石英管，在900-950900-950温温度下，以铂和三氧化钴或三氧化二铬为催化剂，使有机物燃度下，以铂和三氧化钴或三氧化二铬为催化剂，使有机物燃烧裂解转化为二氧化碳，然后用红外线气体分析仪测定烧裂解转化为二氧化碳，然后用红外线气体分析仪测定coco2 2含量，从而确定水样中碳的含量。因为在高

39、温下，水样中的含量，从而确定水样中碳的含量。因为在高温下，水样中的碳酸盐也分解产生二氧化碳，故上面测得的为水样中的总碳碳酸盐也分解产生二氧化碳，故上面测得的为水样中的总碳 (tc)(tc)。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 两种方法：两种方法： (1)(1)一是将水样预先酸化，通入氮气曝气，驱除各种碳酸盐分解生一是将水样预先酸化，通入氮气曝气，驱除各种碳酸盐分解生成的二氧化碳后再注入仪器测定。成的二氧化碳后再注入仪器测定。 (2)(2)另一种方法是使用高温炉和低温炉皆有的另一种方法是使用高温炉和低温炉皆有的toctoc测定仪。将同一测定仪。将同一等量水样分别注入高温炉等量水

40、样分别注入高温炉(900)(900)和低温炉和低温炉(150)(150)，则水样中的有机，则水样中的有机碳和无机碳均转化为碳和无机碳均转化为coco2 2，而低温炉的石英管中装有磷酸浸渍的玻璃，而低温炉的石英管中装有磷酸浸渍的玻璃棉，使无机碳酸盐在棉，使无机碳酸盐在150150分解为分解为coco2 2，有机物却不能被分解氧化。将，有机物却不能被分解氧化。将高、低温炉中生成的高、低温炉中生成的coco2 2依次导入非色散红外气体分析仪，分别测得依次导入非色散红外气体分析仪，分别测得总碳总碳(tc)(tc)和无机碳和无机碳(ic)(ic)，二者之差即为总有机碳，二者之差即为总有机碳(toc)(t

41、oc)。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 总需氧量（总需氧量（todtod）的测定）的测定 总需氧量总需氧量是指水中能被氧化的物质，主要是有机物质是指水中能被氧化的物质，主要是有机物质在燃烧中变成稳定的氧化物时所需要的氧量，结果以在燃烧中变成稳定的氧化物时所需要的氧量，结果以o o2 2的的mg/lmg/l表示。表示。 用用todtod测定仪测定测定仪测定todtod的原理是将一定量水样注入装有的原理是将一定量水样注入装有铂催化剂的石英燃烧管，通入含已知氧浓度的载气（氮气）铂催化剂的石英燃烧管，通入含已知氧浓度的载气（氮气）作为原料气，则水样中的还原性物质在作为原料气，则水

42、样中的还原性物质在900900下被瞬间燃下被瞬间燃烧氧化。测定燃烧前后原料气中氧浓度的减少量，便可求烧氧化。测定燃烧前后原料气中氧浓度的减少量，便可求得水样的总需氧量值。得水样的总需氧量值。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 五、水质标准 （1）生活饮用水水质标准gb5749-85 生活饮用水标准制定原则主要体现以下三个方面：感官性状和化学组成对人体无害，即要求水中某些物质浓度对人体健康不应产生毒害或不良影响，在毒理学、心理学上都应有益无害，对人体的感官无不良刺激。卫生上安全可靠，饮用水中不应含有各种病原微生物和寄生虫卵，以防止水生传染病的传播。使用时不致造成其他影响。水质与

43、环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 （2）地表水环境质量标准 gb3838-2002 水域功能分类，该标准依据地面水水域使用目的和保护目标将其划分为5类：i类：源头水、国家自然保护区；ii类：集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍贵鱼类保护区、鱼虾产卵区、仔稚幼鱼的索饵区；iii类：集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区；iv类：一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区；v类：农业用水区及一般景观要求水域。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 （3）污水综合排放标准gb 89

44、78-1996 该标准是对gb 8978-88污水综合排放标准的修订。修订的内容主要是提出年限制标准，用年限制代替原标准。 它把污染物分为两大类，第一类污染物是指能在环境或动植物体内积蓄，对人类健康产生长远的不良影响，规定的取样口一律在车间或者车间处理设施的排放口，有13种，只有一个标准。第二类物质的长远影响小于第一类，规定的取样地点是排污单位的排出口，其最高允许排放浓度要按地面水使用功能的要求和污水排放去向，分别执行一、二、三级标准。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 其他标准： 污水排入城市下水道水质标准gj 18-86。 农田灌溉水质标准 gb 5084-92. 渔业水

45、质标准 gb116071989。 城市污水处理厂污水污泥排放标准 gj 302593。 生活杂用水水质标准 gj 25.1-89。城市污水再生后回用作生活杂用水。 水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 第二节第二节 水污染水污染一、水体自净及水体污染一、水体自净及水体污染二、主要水污染物二、主要水污染物三、水体污染的特征三、水体污染的特征水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 一、水体自净及水体污染一、水体自净及水体污染1.水体的两种含义n 一是指以相对稳定的陆地为边界的一是指以相对稳定的陆地为边界的天然水域天然水域，包括有一定流速的沟渠、河流和相对静止的塘包括有

46、一定流速的沟渠、河流和相对静止的塘堰、湖泊、沼泽、水库、地下水、海洋堰、湖泊、沼泽、水库、地下水、海洋n 在环境学领域中，把水体当作包括水中的悬浮在环境学领域中，把水体当作包括水中的悬浮物、溶解物质、底泥相、水生生物等完整单元物、溶解物质、底泥相、水生生物等完整单元的生态系统或完整的的生态系统或完整的综合自然体。综合自然体。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 （二）（二） 水体污染源水体污染源 是指造成水体污染的污染物的发生源。通常是指向水体是指造成水体污染的污染物的发生源。通常是指向水体排入污染物或对水体产生有害影响的场所、设备和装置排入污染物或对水体产生有害影响的场所、设

47、备和装置 。 2 水体污染水体污染（一）（一） 水体污染定义：水体污染定义： 排入水体的污染物在数量上超过了该物质在水体的本底含排入水体的污染物在数量上超过了该物质在水体的本底含量和环境容量，而导致其物理、化学、生物或者放射性等方面量和环境容量，而导致其物理、化学、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，危害人体健康或破坏生特性的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或破坏生态环境，造成水质恶化的现象。态环境，造成水质恶化的现象。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 污染源的类型按污染物的产生的原因可分为天然污染源和人为污染源按污染物产生的类型分工业污染源、生活

48、污染源和农业污染源按排放污染物空间分布方式，可分为点源 和非点源（面源）。 点源是指以点状形式排放而使水体造成污染的发生源； 非点源也称面源，是以面积形式分布和排放污染物而造成水体污染的发生源。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 污染源的特点污染源的特点 工业污染源：工业污染源： 悬浮物质含量高，可达悬浮物质含量高，可达30000mg/l左右左右 需氧量高，有机物一般难于降解，对微生物有毒害作用需氧量高，有机物一般难于降解，对微生物有毒害作用 cod可达可达40010000mg/l，bod可达可达200 5000mg/l ph值变化大，值变化大，ph在在213之间之间 温度高

49、，排入水体可造成热污染温度高，排入水体可造成热污染 易燃，含低沸点的挥发性液体，易酿成水面火灾易燃，含低沸点的挥发性液体，易酿成水面火灾 含多种多样有毒有害成分：酚、氰、农药、多环芳烃、重金属含多种多样有毒有害成分：酚、氰、农药、多环芳烃、重金属和放射性物质等和放射性物质等 水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 农业污染源：农业污染源： 污水面广、分散、难收集、难治理。污水面广、分散、难收集、难治理。 有机质、植物营养素、病原微生物、悬浮物及杂质含量高有机质、植物营养素、病原微生物、悬浮物及杂质含量高 含较高的化肥、农药含较高的化肥、农药生活污染源： 含有大量合成洗涤剂 水质成

50、分有日变化规律，含n、p、s、纤维素、淀粉、糖类、脂肪和蛋白质等，在厌气细菌作用下易 产生恶臭。 含有多种微生物。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 （三）水体污染物（三）水体污染物化学污染物：化学污染物：无机无毒物质：颗粒物、无机无毒物质：颗粒物、 矿渣、粉尘；酸碱盐类物质；氮磷等矿渣、粉尘；酸碱盐类物质；氮磷等营养物质营养物质1 酸碱盐类酸碱盐类 （1）酸碱的来源）酸碱的来源 酸性废水主要来自三个方面：酸性废水主要来自三个方面：矿山排水是酸性废水主要来源之一，矿山排出水中的酸是由硫矿山排水是酸性废水主要来源之一，矿山排出水中的酸是由硫化矿物的氧化作用产生的，反应式：化矿物

51、的氧化作用产生的，反应式： 4fes2+15o2+14h2o=8h2so4+4fe(oh)3冶金和金属加工酸洗废水。冶金和金属加工酸洗废水。雨水淋洗含雨水淋洗含so2烟气后形成酸雨，流入水体。烟气后形成酸雨，流入水体。其他如化肥、农药、酸法造纸等工业废水其他如化肥、农药、酸法造纸等工业废水水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 碱性废水主要来自碱法造纸、人造纤维、制碱、制等工业废水。（2）酸、碱污染的危害 酸、碱污染水体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，还可腐蚀船舶。 酸、碱污染物不仅能改变水体的ph值，而且可以大大增加水中的一般无机

52、盐类，水中无机盐类的存在能增加水的渗透压，对淡水生物和植物生长有不良影响。 酸、碱、盐造成水的硬度增加，在某些地区非常显著，对地下水的影响尤为显著。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 植物营养物 所谓植物营养物主要是指n、p、k、s及其化合物。（1）水体中植物营养物质的来源 第一，也是主要方面，来自化肥，施入农田的化肥只有一部分为农作物所吸收，未被吸收的则被农田排水和地表径流携带至地下水与地表水中； 第二，来自生活污水的粪便（n的主要来源）和含p洗涤剂； 第三，由于雨、雪对大气的淋洗和对磷灰石、硝石、鸟粪层的冲刷，使一定量的植物营养物质汇入水体。水质与环境科学概论水质与环境科

53、学概论水体环境水体环境 （2）植物营养物质的危害-水体富营养化 水体富营养化：水体中植物营养物质含量的增加，将导致水生生物，主要是各种藻类大量繁殖，藻类过度旺盛的生长繁殖将造成水体溶解氧急剧变化，使水体处于严重缺氧，而造成鱼类大量死亡。这种现象称为水体富营养化 一般来说，水体中p超过20mg/m3，或无机氮超过300mg/m3，即可认为水体处于富营养化状态。可见，对发生富营养化作用来说，p的作用大于n。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 藻类属于低等浮游水生生物，原生质的组分为c106h263o110n16p，除了c、h、o元素之外，藻类生长需求最多的营养元素是n和p。其形成

54、可用下式表示： 水体中少量的no-3+(7.2克)和磷(hpo2-4)就能产生大量的藻类（115克）。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 （3）水体富营养化的特征和主要危害 特 征： 浮游生物大量繁殖，水中溶解氧含量降低。 水体中藻类的种类减少，个体迅速增加; 因占优势的浮游藻类颜色不同，水面往往呈现蓝、红、棕、乳白等颜色，海水中出现叫“赤潮”、淡水中称“水华”。 危害： 藻类大量繁殖，耗去水中溶解氧，造成水中鱼类窒息而无法生存，水产资源遭破坏； 水中含氮化合物的增加，对人畜健康带来很大危害，硝酸盐超过一定量时有毒性，亚硝

55、酸盐又能在人体内与仲胺合成亚硝胺，可使人得癌症，生畸胎并影响遗传。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 赤潮赤潮:是水体中某些微小的浮游植物、原生动物或细菌，在一定是水体中某些微小的浮游植物、原生动物或细菌，在一定的环境条件下突发性地增殖和聚集，引起一定范围内一段时间中水的环境条件下突发性地增殖和聚集，引起一定范围内一段时间中水体变色现象。通常水体颜色因赤潮生物的数量、种类而呈红、黄、体变色现象。通常水体颜色因赤潮生物的数量、种类而呈红、黄、绿和褐色等。绿和褐色等。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 “水华水华”（water blooms）是淡水中的一种生态现

56、象，是由是淡水中的一种生态现象，是由藻类引起的，如蓝藻（严格意义上应称为蓝细菌）、绿藻、硅藻类引起的，如蓝藻（严格意义上应称为蓝细菌）、绿藻、硅藻等，也就是水的富营养化。藻等，也就是水的富营养化。“水华水华”发生时，水一股呈蓝色发生时，水一股呈蓝色或绿色。或绿色。 水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 （4）富营养化的防治n 富营养化的防治的困难表现在：污染源的复杂性，导致水体富营养化的n、p来源既有天然源，又有人为源，既有外源性污染源又有内源性污染源。营养物质去除的高难度。n 富营养化的主要治理技术措施工程性措施：挖掘底泥沉积物；深层曝气；注水冲稀。化学方法：凝聚沉降方法；用

57、杀藻剂杀死藻类生物性措施：利用水生生物吸收；投放鲢鱼以控制蓝绿藻的生长。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 无机有毒物质：氰氟硫的化合物；hg、cd、cr、pb、as等;1 氰化物污染 水体中氰化物主要来自化学、电镀、煤气、炼焦等工业排放的含氰废水。氰化物是剧毒物质。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。我国饮用水标准规定，氰化物含量不得超过0.05mg/l。 水体对氰化物有较强的净化能力，天然水体中净化过程，主要有二个途径： （1）挥发去除： cn- + co2 + h2o = hcn + hco3-（这一过程的净化量可以占到水体

58、对氰化物自净的90%左右）。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 （2）氧化分解 2cn- + o2 2cno- cno- + 2h2o nh4+ + co32- 在一般天然水条件下，微生物氧化过程所造成氰化物的自净量只占水体对氰化物总自净量的10%左右，在夏季，微生物氧化过程的自净量可以达到30%左右。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 重金属污染 在环境污染方面所说的重金属实际上主要是指汞、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的，也指具有一定毒性的一般金属如zn、cu、co、ni、sn等。 目前最引人注意的是hg、cd、cr、pb、as等，也有人称之为“五

59、毒”。 重金属污染物的最主要的特征是：在水体中不能被微生物所降解，而只能发生各种形态间的相互转化，以及分散和富集的过程，这些过程称为金属迁移。 重金属污染物的危害最主要的是生物毒性。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 n 重金属污染的特点：在天然水体中，只要微量浓度即可产生毒性效应，一般重金属产生毒性的范围大致在1-10mg/l，毒性较强的金属如hg、cd产生毒性的浓度范围在0.01-0.001mg/l。通过食物链的生物放大作用，重金属可以在较高级生物体内成千成万倍地富集,然后通过食物进入人体，在人体某些器官中积累造成慢性中毒。水体中的某些重金属可在微生物的作用下，转化为毒性

60、更强的金属化合物，如甲基化（甲基汞）。水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 有机无毒物质： 需氧有机物：蛋白质、氨基酸、糖类、脂肪等 特点： 无毒，在水体中可为微生物分解为简单的无机物，并在生物氧化过程中消耗水中的溶解氧。 危害： 过多进入水体会导致溶解氧严重不足或耗尽，从而恶化水质，影响和危害水中生物的生存。 常用指标：化学需氧量（cod）、生化需氧量（bod）、总有机碳（toc）水质与环境科学概论水质与环境科学概论水体环境水体环境 有机有毒物质：易分解：酚、苯、醛、有机磷；难分解：有机氯、多环芳烃、多氯联苯；致臭物、致色物等1 酚类化合物 （1）水体中酚的来源 （2）酚类化