MARINEENVIRONMENTALCHEMISTRY

1、MARINE ENVIRONMENTAL CHEMISTRYChap.2 marine oxygen-demanded organic pollutionnconeceptconecept： 有机物质直接进入水体后，通过微生物的生有机物质直接进入水体后，通过微生物的生物化学作用而分解为简单的无机物质二氧化碳和物化学作用而分解为简单的无机物质二氧化碳和水，同时在分解过程中需要消耗水中的溶解氧；水，同时在分解过程中需要消耗水中的溶解氧；在缺氧条件下，该类污染物就发生腐败分解，恶在缺氧条件下，该类污染物就发生腐败分解，恶化水质，所以称之为化水质，所以称之为需氧有机污染物需氧有机污染物。n水中需氧有机

2、物越多，耗氧也越多，水质也越差，水中需氧有机物越多，耗氧也越多，水质也越差，表明水体污染越严重。表明水体污染越严重。 2.1 source and character 2.2 the index of oxygen-demanded organic pollution 2.3 consume and absorb of oxygen 2.4 analysis of examplesChap.2 marine oxygen-demanded organic pollution2.1 2.1 来源与污染特点来源与污染特点1.1.海洋中有机物的组成海洋中有机物的组成2.2.海洋中有机物质分类海洋中有

3、机物质分类3.3.海洋需氧有机污染物的来源海洋需氧有机污染物的来源一、来源一、来源表2.1.1 海水中有机物浓度化合物浓度(gC/l)化合物浓度(gC/l)游离氨基酸20维生素0.006结合氨基酸50酮类10游离糖20醛类5脂肪酸10烃类5酚2尿素20甾醇0.2糖醛类18大约总量3401. 1. 海洋中有机物的组成海洋中有机物的组成2.1 2.1 来源与污染特点来源与污染特点1. 1. 海洋中有机物的组成海洋中有机物的组成n海洋中大量存在无生命的有机质，溶于海水中仅是其中一小部分；n海水中约含有不到0.01%总盐量的溶解有机质，而大部分沉积于海洋沉积物中。n海水中有机质浓度一般为nnx100微

4、克碳升，虽然浓度甚微，但其总量很大。 2. 2. 海洋中有机物质分类海洋中有机物质分类n天然有机物质天然有机物质n人为污染的有机物质人为污染的有机物质2.1 2.1 来源与污染特点来源与污染特点天然有机物质天然有机物质n天然有机物质为浮游植物、浮游动物的分泌、排泄等代射产物和死亡生物分解碎屑降解、氧化、溶解产物，这些有机物质称为生源有机物生源有机物。 2.1 2.1 来源与污染特点来源与污染特点人为污染的有机物质人为污染的有机物质n随着工业的迅速发展，沿海城市的逐步扩大，人口的高度集中，生活水平的不断提高，各种污水排放量猛增。n因此，通过各种途径，直接和间接排入海洋中的有机物质成倍增加，造成港

5、湾、河口和近岸海域有机物质污染的十分严重。2.1 2.1 来源与污染特点来源与污染特点 n生活污水生活污水n工业废水工业废水 (如食品工业废水、造纸工业的废水如食品工业废水、造纸工业的废水)n农业污水农业污水3. 3. 海洋需氧有机污染物的来源海洋需氧有机污染物的来源2.1 2.1 来源与污染特点来源与污染特点n 生活污水和某些工业废水中所含的碳水化合物、蛋白质、脂肪和木质素等有机物质进入海洋后，其中一小部分可直接被摄取，大部分可在细菌和微生物作用下，在水中有氧下，需氧分解生成CO2，H2O和NO32-、PO43-等。二二. . 污染特点污染特点2.1 2.1 来源与污染特点来源与污染特点n当

6、排入水体的需氧有机物质数量有限时，也就是说没有超过水体的自净化作用的能力时，水中溶解氧交换补充及时，水体又可恢复到原有状态，有氧条件下有机物质分解产物不会造成水质进一步恶化。n因此，一般认为需氧有机物没有毒性，但氧化分解将消耗水中的溶解氧。 需氧有机物污染的主要危害：n耗氧；n影响水体的自净能力；n在厌氧微生物厌氧微生物作用下，有机物分解产生H2S、CH4、硫醇和氨等气体，使水质变臭；n影响海洋生物甚至生态系统的正常活动。 降解方程式：降解方程式： 2.1 2.1 来源与污染特点来源与污染特点水中有机物质氧化降解，可用以下反应式表示：1. 水中有机物质氧化降解反应式：CH2O+ O2-CO2

7、+ H2O (CH2O代表有机物质)2. 厌氧条件下： 2CH2O+SO42-+H+ 2CO2+HS-+2H2O淀粉氧化降解： 微生物 C6H10O5 + 6O2 6CO2 + 5H2O 2.1 source and character 2.2 the index of oxygen-demanded organic pollution 2.3 consume and absorb of oxygen 2.4 analysis of examplesChap.2 marine oxygen-demanded organic pollution2.2 the index of marine ox

8、ygen-demanded pollution1.BioChemical Oxygen Demand(BOD)2.Chemical Oxygen Demand(COD)3.Ultimate Oxygen Demand(UOD)4.Theoretical Oxygen Demand(TOD)Biochemical oxygen demand (BOD)nBOD test: the most commonest and most versatile measure of broad effect.2.2 the index of marine oxygen-demanded pollutionBi

9、oChemical Oxygen Demand(BOD)ndefinitiondefinition： BioChemical Oxygen Demand(BOD)(BOD)，表示水中有机物质由微生，表示水中有机物质由微生物分解所需溶解氧的量。单位为物分解所需溶解氧的量。单位为mg-Omg-O2 2l l。n含义：含义： 表示可氧化分解水体中所溶存的含碳有机物，也包表示可氧化分解水体中所溶存的含碳有机物，也包括化学氧化法难以氧化的含括化学氧化法难以氧化的含N N和和P P的有机物质。它在一定的有机物质。它在一定程度上可以反映水体中有机物质含量。程度上可以反映水体中有机物质含量。2.2 the i

10、ndex of marine oxygen-demanded pollutionnIf an organic compound gives the same oxygen demand for TOD, COD and BOD, it is readily oxidized and metalolized. 2.2 the index of marine oxygen-demanded pollutionnChemical oxygen demand (COD) : The amount of oxygen taken up when hot acid dichromate is used.n

11、COD: often used because it is rapidly and can be used in short-term quality control.nFor more resistant compounds, COD will be a fraction of TOD, and this depends on the efficiency of this method of oxidation.2.2 the index of marine oxygen-demanded pollutionnBOD depends on the following condition:1.

12、The particular blend of nutrients and other assessory factors in the basal medium.2.The presence of natural inhibitors.3.The condition and composition of microbial population present.2.2 the index of marine oxygen-demanded pollutionCalculation of BODnThe biochemical oxidation is belong to the first

13、dynamic reaction,which can be shown as following equation:n dL/dt = k1 Ln 积分得 Lt = L e k1tn L ：总的BOD(mgl)；n Lt：t时刻的BOD(mgl)； n t ：时间(d)；n k1 : 耗氧常数(d-1) 2.2 the index of marine oxygen-demanded pollutionn经过t时后，被微生物氧化分解的有机物量(Y)： Y = LY = L - L- Lt t = L - L = L - L e e k1 k1 t t Y = L (1 Y = L (1 e e

14、k1 k1t t) ) BODBOD5 5 = BOD = BODT T (1- e(1- e-K -K t t) )2.2 the index of marine oxygen-demanded pollutionL L、L Lt t、Y Y的关系的关系L=Lt+YLt:t时刻剩余的B O DY：t 时 刻已被微生物氧化B O D2.2 the index of marine oxygen-demanded pollution As an important index for assessment of water quality, normally 5 days at 20 is use

15、d; BOD520。 This is the usual duration at a more suitable incubation temperature.2.2 the index of marine oxygen-demanded pollutionL L、L Lt t、Y Y的关系的关系L=Lt+YLt:t时刻剩余的B O DY：t 时 刻已被微生物氧化B O D2.2 the index of marine oxygen-demanded pollutionn单位为单位为mg/l；n（BOD520）中上标为温度）中上标为温度()，下标为氧化，下标为氧化分解的时间分解的时间(d)。n

16、在应用中，在应用中，BOD520常简写为常简写为BOD5或或BOD。n BOD5是海水水质的重要指标。水体中是海水水质的重要指标。水体中BOD5高，表征水体中需氧有机物浓度高。高，表征水体中需氧有机物浓度高。BODBOD5 5 = BOD = BODT T (1- e(1- e- K1- K1t t) )说明：说明：2.2 the index of marine oxygen-demanded pollutionnSometimes, We can use BOD measured in a time less than 5 days： BOD520=1.171BOD230 （海洋监测规范）2

17、.2 the index of marine oxygen-demanded pollution The influence of temperaturen耗氧常数k除与有机物质种类、细菌微生物种类数量有关外，还与温度有关。 K(T)= K(20)1.047(T-20) K(T)、K(20) ：分别代表T和20时耗氧常数。n此外，总的BOD与温度有关： LT = L201+0.02(T-20) LT 、L20：分别代表T和20总的BOD.2.2 the index of marine oxygen-demanded pollutionThe quality standard of seawat

18、er (GB 3097-1997)项目项目第一类水第一类水第二类水第二类水第三类水第三类水第四类水第四类水BOD5(mg/l)1345COD(mg/l)23452.2 the index of marine oxygen-demanded pollutionn解： BOD5 = BODT (1- e-K1t) = 208(1 - e-0.155) = 110 mg/l答：该生活污水BOD5值为110 mg/l 。 例题例题1 1：某排污口污水水样，在：某排污口污水水样，在2020下测得下测得BODBOD为为208 208 mg/lmg/l，若，若K K为为0.1d0.1d-1-1, ,求求BO

19、DBOD5 5值。值。2.2 the index of marine oxygen-demanded pollution2. 实验室测得某工业废水实验室测得某工业废水BOD为为750毫克升，毫克升，20时净化常数时净化常数K1为为0.20天，计算天，计算BOD205，若若K1降为降为0.10天，求天，求BOD205。 解：BOD5 = BODT (1- e-K1t) K1=0.2时，BOD5 = 750(1- e-0.25) = 474 mg/l K1=0.1时，BOD5 = 750(1- e-0.15) = 295 mg/l 答：当K1值分别为0.2和0.1d时，水样BODT分别为474和2

20、95 mg/l。 生化耗氧量（BOD）的优缺点n优点：在一定程度上可以反映水体中有机物质含量。n缺点缺点：实验耗时长，不利于较快掌握水质污染情况；测定局限在实验室内进行，与天然水的差别较大。2.2 the index of marine oxygen-demanded pollution2.2 the index of marine oxygen-demanded pollution1.BioChemical Oxygen Demand(BOD)2.Chemical Oxygen Demand(COD)3.Ultimate Oxygen Demand(UOD)4.Theoretical Oxy

21、gen Demand(TOD)2. 2. Chemical Oxygen Demand）n 定义：化学耗氧量（定义：化学耗氧量（mg/l），也称化学需氧量，），也称化学需氧量，化学耗氧量是用化学氧化剂（如重铬酸化学耗氧量是用化学氧化剂（如重铬酸钾钾(CODcr)、高锰酸钾、高锰酸钾(CODMn)）在一定条件下氧）在一定条件下氧化水中有机污染物质所耗的氧量。化水中有机污染物质所耗的氧量。nCODCr ：污水和河水的重要监测指标；：污水和河水的重要监测指标； CODMn ：海水的监测指标。：海水的监测指标。2.2 the index of marine oxygen-demanded pollut

22、ionThe quality standard of seawater (GB 3097-1997)项目项目第一类水第一类水第二类水第二类水第三类水第三类水第四类水第四类水BOD5(mg/l)1345COD(mg/l)23452.2 the index of marine oxygen-demanded pollutionnThe method of BOD was often criticized but nevertheless it is still used widely by pollution chemist,why?nBecause it gives a measure of b

23、iodegradability not only for substance that we have known, but also of complex waste we still de not know.2.2 the index of marine oxygen-demanded pollutionnNo chemical oxidation gives a degree of oxygen demand for the range of components involved which even approximately equal that attained in biolo

24、gical systems.2.2 the index of marine oxygen-demanded pollutionn由于复杂有机物或含氮有机物较难用化学由于复杂有机物或含氮有机物较难用化学方法氧化，所以当水体的方法氧化，所以当水体的COD和和BOD5的关的关系未确定之前，仍不好用系未确定之前，仍不好用COD直接代替直接代替BOD5。2.2 the index of marine oxygen-demanded pollution2.2 the index of marine oxygen-demanded pollution1.BioChemical Oxygen Demand(B

25、OD)2.Chemical Oxygen Demand(COD)3.Ultimate Oxygen Demand(UOD)4.Theoretical Oxygen Demand(TOD)3. Ultimate Oxygen Demandn定义：定义：水中有机物质（包括含水中有机物质（包括含C和含和含N有有机质）氧化的理论需氧量，即称之为机质）氧化的理论需氧量，即称之为极限极限需氧量需氧量（UOD），或长期需氧量。此时，），或长期需氧量。此时，水体中所有有机物质均被完全氧化生成水体中所有有机物质均被完全氧化生成CO2、H2O和和NO3-。nEquation for calculation of

26、UOD： UOD = 2.67org.-C + 4.57（org.-N +NH3-N）+1.14NO2-N2.2 the index of marine oxygen-demanded pollution2.2 the index of marine oxygen-demanded pollution1.BioChemical Oxygen Demand(BOD)2.Chemical Oxygen Demand(COD)3.Ultimate Oxygen Demand(UOD)4.Theoretical Oxygen Demand(TOD)4. Theoretical Oxygen Deman

27、dnTOD: the theoretical oxygen demand is the chemical value for oxygen required for the theoretical conversion of all the component atoms of organic residues to carbon dioxides to their normal oxides. It is of no account which route for oxidation are possible or can be envisaged; the final product sh

28、ould be defined. 2.2 the index of marine oxygen-demanded pollution4. Theoretical Theoretical Oxygen Demandn 测定方法：化学燃烧氧化法。测定方法：化学燃烧氧化法。n单位：单位：mg-O2/l。n目前用燃烧法测定，目前用燃烧法测定，TOD的结果相当于理的结果相当于理论值的论值的90100%。2.2 the index of marine oxygen-demanded pollutionnTOD: the theoretical oxygen demand is the chemical v

29、alue for oxygen required for the theoretical conversion of all the component atoms of organic residues to carbon dioxides to their normal oxides. It is of no account which route for oxidation are possible or can be envisaged; the final product should be defined. 2.2 the index of marine oxygen-demand

30、ed pollutionHomework1:n习题1、3、5、6、7、10、11。2.2 the index of marine oxygen-demanded pollutionThank you for your attention!第二章第二章 海洋需氧有机物污染海洋需氧有机物污染 2.1 2.1 来源与污染特点来源与污染特点2.2 2.2 需氧有机污染的指标需氧有机污染的指标2.3 2.3 溶解氧的收支平衡溶解氧的收支平衡2.4 2.4 案例分析案例分析2.3 2.3 溶解氧的收支平衡溶解氧的收支平衡一、海水中溶解氧的表示方法一、海水中溶解氧的表示方法二、耗氧过程二、耗氧过程三、复氧过

31、程三、复氧过程四、溶解氧的收支平衡四、溶解氧的收支平衡n调查目的调查目的：DO 的分布特征；的分布特征；n研究海域研究海域：珠江口伶仃洋水珠江口伶仃洋水域域；n观测站位观测站位：8个；个；n航次航次：19871987年年6 6、8 8、1111月及月及次年次年2 2月共月共4 4航次航次；n观测项目观测项目：DO、S n出处出处：热带海洋热带海洋，1994研究事例研究事例1-1-2.3 2.3 氧的消耗和吸收氧的消耗和吸收珠江口伶仃洋水域溶解氧珠江口伶仃洋水域溶解氧 的分布特征的分布特征1. DO的单位及其含义？的单位及其含义？2. AOU的含义？的含义？3. 从图中可获得什么信从图中可获得什

32、么信息？息？4. 季节变化？季节变化？5. 垂直分布？垂直分布？6. 海水中海水中DO来源？来源？7. 海水中海水中DO消耗？消耗？8. 海水中海水中DO的影响因素？的影响因素？2.3 2.3 氧的消耗和吸收氧的消耗和吸收一、海水中溶解氧的表示方法一、海水中溶解氧的表示方法n溶解氧的含量（溶解氧的含量（ ml/l or mg/l ）nDO的饱和度（的饱和度（%）n表观耗氧量（或饱和差）（表观耗氧量（或饱和差）（D）2.3 2.3 氧的消耗和吸收氧的消耗和吸收定义定义：海水中氧的实际溶存量与氧在该现：海水中氧的实际溶存量与氧在该现场条件下饱和量的百分比。场条件下饱和量的百分比。n计算公式计算公式

33、：nO2 % =C/CS100%nO2 %：海水中：海水中DO的饱和度；的饱和度；nC ：海水中：海水中DO的现场观测的现场观测值值(ml/l or mg/l；1 ml/l=1.43 mg/l)nCS ：在现场海水温度和盐度下：在现场海水温度和盐度下DO的饱和含量的饱和含量(ml/l or mg/l)。back2.3 2.3 氧的消耗和吸收氧的消耗和吸收nDO的饱和度（的饱和度（%）AOUAOU： (Apparent Oxygen Utilization)，也称为也称为氧的氧的饱和饱和差差( (O O2 2或或D)D)，表示溶解氧的变化情况，表示溶解氧的变化情况：nO2：氧的饱和差：氧的饱和差

34、 (ml/l or mg/l)；nC ：海水中：海水中DO的现场观测值的现场观测值(ml/l or mg/l；1 ml/l=1.43 mg/l)nCS ：在现场海水温度和盐度下：在现场海水温度和盐度下DO的饱和含量的饱和含量(ml/l or mg/l)。可从。可从国际海洋学常用表国际海洋学常用表中查到。中查到。 back Back2.3 2.3 氧的消耗和吸收氧的消耗和吸收n表观耗氧量（表观耗氧量（AOU）nD= CS -C1.淡水时，水温淡水时，水温为为t时，水体中溶解氧的饱和浓时，水体中溶解氧的饱和浓度度Cs为：为： Cs= 468/（31.6 + t）2.咸水时，咸水时， 1）根据盐度和

35、温度查表）根据盐度和温度查表得得Cs（ ml/l O2 ）。）。 2） Ci =CsP分分1.43（ mg/l O2 ） (其中其中P分分为空气为空气中中O2的分压比（的分压比（0.21），），1.43为为1ml/l O2与与1mg/l O2的换算系数的换算系数) 海水中溶解氧的主要来源：海水中溶解氧的主要来源：1.海海气界面大气中氧的溶解；气界面大气中氧的溶解；2.海洋浮游植物的光合作用。海洋浮游植物的光合作用。 海水中溶解氧主要的清除机制海水中溶解氧主要的清除机制1.有机物质的氧化（沉积物耗氧和异样菌的有机物质的氧化（沉积物耗氧和异样菌的作用）；作用）；2.海洋生物的呼吸作用。海洋生物的呼

36、吸作用。back1. DO与与S的关系如何？的关系如何？1）淡水）淡水DO高，而海水高，而海水 DO低；低；2）DOS成较好的负相成较好的负相 关关系；关关系；2. 如何解释该现象？如何解释该现象？2.3 2.3 氧的消耗和吸收氧的消耗和吸收二、耗氧二、耗氧n水体耗氧速率，符合一级反应式，即n dL/dt = k1LnLt = Le k1 tn上式中， L，Lt分别表示起始和t时的BOD（mg/l）；k1表示耗氧常数（d-1），t表示时间(d)。2.3 2.3 氧的消耗和吸收氧的消耗和吸收三、复氧三、复氧n来源来源：海海气交换气交换；植物光合作用植物光合作用；n氧吸收速率（氧吸收速率（dD/d

37、t）的计算：氧的吸收速率）的计算：氧的吸收速率和它在水体中的饱和差成正比，即：和它在水体中的饱和差成正比，即： dD/dt = k2 D；ndD/dt：氧在t时刻的饱和差变化率或吸收率吸收率； k2 ：复氧常数（ d-1 ）； D ：氧的饱和差（mg/l）；2.3 2.3 氧的消耗和吸收氧的消耗和吸收例题例题：河口海水：河口海水Cl=12，温度为，温度为24，水体受有，水体受有机质污染机质污染DO=2.5毫克升，水体复氧常数毫克升，水体复氧常数20 K2 为为0.85天，求水体经过多少时间复氧作用天，求水体经过多少时间复氧作用DO才才能达能达5.0毫克升。毫克升。（查表可知，当氯度为（查表可知

38、，当氯度为12%，温度，温度为为24时，溶解氧的饱和度（时，溶解氧的饱和度（Cs）为）为24.8 ml/l ）8 8，河口海水，河口海水ClCl=12=12，温度为，温度为2424，水体受有机质污，水体受有机质污染染DO=2.5DO=2.5毫克升，水体复氧常数毫克升，水体复氧常数20K20K2 2=0.85=0.85天，天，求水体经过多少时间复氧作用求水体经过多少时间复氧作用DODO才能达才能达5.05.0毫克升。毫克升。解：查表知，当氯度为解：查表知，当氯度为12%，温度为，温度为24时，溶解氧的饱和度为：时，溶解氧的饱和度为：Cs = 24.8 ml/l；1）Ci =CsP分分1.43 = 24.80.211.43 = 7.45 mg/l2）K2（24） = K2（20）e0.018（t-20）=0.85e0.018（24-20）= 0.91 l/d3）Do = 7.45 2.5= 4.95 mg/l ；Dt = 7.45