延大《环境学》讲义第2章 水环境.docx

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1、第二章水环境第一节水资源与水环境一、天然水在环境中的循环1、地球上水资源的分布全球总贮水量估计为13.9亿立方千米，淡水总量仅为0.36亿立 方干米除冰川外，可利用淡水总量不足世界总贮水量1%。2、水的自然循环和社会循环地球表面的水在太阳辐射和地心引力的相互作用下，水分通过蒸 发、降水、渗透及径流，水分不断循环往复作用：热量输送、调节气 候。3、天然水的物质组成与水体接触的物质的成分和溶解度，两相相互作用的条件在天然 水体中进行的化学和物理化学作用。固体物质的溶解和沉淀；酸碱反应；水化学平衡体系中离 子成分与气相间的平衡；氧化-还原作用固体物质与水中离子 成分之间的交换作用；有机物的矿化作用；

2、生物化学作用天然水的化学组成：主要离子：K+、Na Ca2 Mg2+ HCO3 CO32- SO42 Cl ； 微量元素：I、Br、Fe、Cu、Ni、Ti、Pb、Zn、Mn ；溶解气体：N2。2、CO2 H2S CH4 氏、He；营养元素：N、P胶体：无机胶体、有机胶体二、水灾害水过多、过少所形成的对人类生存发展的不利影响。水过多：洪 灾、涝灾、潮灾；水过少：旱灾。第二节水污染一、水体概念以相对稳定的陆地为边界的天然水域。二、水体污染指一定量的污水、废水、各种废弃物等污染物质进入水域，超出 了水体的自净和纳污能力，从而导致水体及其底泥的物理、化学性质 和生物群落组成发生不良变化，破坏了水中固有

3、的生态系统和水体的 功能，从而降低水体使用价值的现象。三、水体污染源和污染物水体污染源：指向水体排放污染物的场所、设备和装置等（一）水体污染物质的来源工业废水、生活污水、农业退水；水体污染的主要污染物：1、物理性污染 颜色：透明度； 热污染：DOb生物耗氧T、生物繁殖受到影 响； 悬浮物：固体颗粒和胶体物质-透明度一影响光和作用，影 响观赏价值； 放射性污染：238U、226Ra 10-610-7|iC/L 。2、化学性污染无机无毒物质：酸、碱及无机盐一提高矿化度生活污水及部分工 业废水； 无机有毒物质重金属：铅、汞、镉、铭、碑、银、铺“舍 猪舍牛，不舍鸡头”，“十年鸡头赛砒霜”。有机耗氧物质

4、：有机物 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 CO2和水，在分解过程中需要消耗水中的溶解氧，故称这类有机物为 有机耗氧物质种类繁多，实际逐项测定存在困难通常利用一系列指标 来表征有机耗氧物质含量的高低。主要有：BOD：生化需氧量 Biochemical Oxygen DemandCOD：化学需氧量 Chemical Oxygen DemandTOC：总有机碳 Total organic carbonTOD：总需氧量 Total oxygen DemandBOD：生化需氧 Biochemical Oxygen Demand水中有机物由于微生物的生化作用进行氧化分解，使之无

5、机化或 气体化时所消耗水中溶解氧的总数量单位：ppm (毫克/升)，其值越 高说明水中有机污染物质越多，污染也就越严重。若这类污染物质排 入水体过多，将造成水中溶解氧缺乏，同时.，有机物又通过水中厌氧 菌的分解引起腐败现象，产生甲烷、硫化氢、硫醇和氨等恶臭气体， 使水体变质发臭。主要指标：BOD5计算：BOD5 (mg/L)=(D1-D2) /PD1水样之初始DO；D2水样经20 恒温培养箱培养5天之DO。COD(Chemical Oxygen Demand):是在一定的条件下，采用一定的强 氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量。它是表示水中还原性物质多 少的一个指标水中的还原性物质有各种有机物

6、、亚硝酸盐、硫化物、 亚铁盐等，但主要的是有机物因此COD又往往作为衡量水中有机物 质含量多少的指标COD越大，说明水体受有机物的污染越严重COD 的测定，随着测定方法的不同，其测定值也有不同。目前应用最普遍 的是酸性高钵酸钾氧化法与重倍酸钾氧化法。COD的测定方法：重 铭酸钾标准法原理:在水样中加如一定量的重倍酸钾和催化剂硫酸银 在强酸性介质中加热回流一定时间，部分重貉酸钾被水样中可氧化 物质还原用硫酸亚铁钱滴定剩余的重铭酸钾，根据消耗重铭酸钾的量 计算COD的值。TOC：总有机碳otal organic carbon,水中的有机物质的含量，以有机 物中的主要元素碳的量来表示，称为总有机碳。

7、TOC的测定， 将水样酸化后曝气，使各种碳酸盐分解生成二氧化碳而驱除后，在 950的高温下，使水样中的有机物气化燃烧，生成CO2,通过红外 线分析仪，测定其生成的CO2之量，即可知总有机碳量。TOD：总需氧量Total oxygen Demand, TOD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 02的mg/L表示。用TOD测定仪测定，将一定量水样注入装有伯催 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900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，便可求得水样的总需氧量值。 有机有毒物质。酚类

8、化合物；有机农药；多环芳煌（PAH）；多氯 联苯（PCBs）；洗涤剂。3、生物性污染城市生活污水、医院污水和污水处理厂排水常含有细菌、病毒、 原生动物和寄生蠕虫等。病菌：霍乱、伤寒和痢疾；蠕虫：线虫、绦 虫、蛔虫。第三节污染物在水体中的转化一、水体中耗氧有机物降解（一）有机物生物化学分解耗氧有机物的生物化学分解首先发生在细胞外，复杂的化合物分 解为简单的化合物，然后再透入细胞内部进一步发生分解有机物。生 物化学分解基本反应分为2类：水解反应：复杂的有机物在水解酶参与下，加以水分子分解为较简单 化合物的反应；氧化反应：脱氢作用和脱竣作用。脱氢作用：CH3CHOHCOO-CH3coeOO + 2H

9、+ + 2e脱竣作用：RCOCOOH- RC0H + CO2（二）代表性耗氧有机物的生物降解1、碳水化合物的降解2、脂肪和油类的降解3、含氮有机物降解所有上述有机物在降解过程中（包括水解反应和氧化反应）都消 耗水体中的溶解氧（尤其在氧化反应脱氢和脱竣），使水质恶化。 二、水体富营养化过程（Eutrophication）（一）水体富营养化的发生主要是由于水体中氮、磷等营养元素的增多所引起的。从现象看, 富营养化现象的发生与水体中藻类的多寡密切相关在适宜的光照、温 度、pH和具备充分营养物质的条件下，天然水体中藻类进行光合 作用，因而水体中的氮、磷含量的高低与水体富营养化程度有密切关 系水体中氮、

10、磷营养物质的最主要来源：雨水：雨水中的硝酸盐氮含量在0.161.06mg/L间，氨氮含 量在0.041.70mg/L间；磷含量在0.10mg/L至不可检测的范围 间。农业排水：由于天然固氮作用和农用氮、磷肥的作用，使在土壤 中累积了相当数量营养物质，它们可随农田排水流入邻近的水体。生活污水：生活污水含有丰富的氮、磷等营养物质生活污水中的 营养物浓度与生活水平有关，发达国家每人每天排入生活污水的磷、 氮量分别为L35.0g和1214g ；我国目前城市居民该数值 约为0.5g和10g左右。其他来源：包括城镇和乡村的径流、工业废水、地下水等。（二）湖水的营养化程度判断标准湖泊可依据湖水营养化程度大小

11、分贫营养化湖、低营养化湖、中 营养化湖和富营养化湖。一般地，总磷和无机氮分别超过20mg/m3 和300 mg/m3就认为水体处于富营养化状态。水体富营养化评价方 法：Carlson 指数（TSIM）。三、重金属在水体中的迁移转化（一）重金属元素在水环境中的污染特征比重5的金属（一般指密度 4.5g/cm3）1、重金属元素在自然界的分布：0.1%；2、重金属属于过渡性元素；3、重金属在水体环境中的迁移转化；4、重金属的毒性效应。（二）重金属在水体中的迁移转化1、重金属化合物的沉淀-溶解作用溶解度大小；2、重金属的氧化-还原转化：价态-毒性大小；3、重金属元素络合作用；4、重金属的胶体化学吸附；

12、5、某些重金属的甲基化作用。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）水环境质量标准GB 3838-2002 代替 GB 3838-88, GHZB 1-1999,于 2002-06-01 开始实施。（二）水环境污染防治对策1、减少耗水量2、建立城市污水处理系统3、调整工业布局4、加强水资源的规划管理合理开发+节约使用+防治污染。二、废水处理方法（一）废水处理基本方法1、物理法。利用物理作用沉淀法悬浮颗粒物浮选法油状物 过滤法颗粒；蒸发法不可挥发物质。2、化学法。利用化学反应反应酸或碱萃取法酚类、重金属等；氧化还原法一还原性或氧化性污染物、病原菌等。3生物法。利用微生物的生化作用

13、去除有机污染物；生物滤膜法、活 性污泥法。（二）城市污水的处理城市污水99.9%是水，固体物质仅占0.030.06%。一级处理：筛滤、重力沉淀和浮选去除大颗粒物质粒径在100 |im 一般还达不到排放标准。二级处理：絮凝法去除一级处理后废水中的无机悬浮物和胶体颗粒物； 通过加凝聚剂，使胶体粒子发生凝聚，产生絮凝物，并发生吸附作用, 将废水中污染物吸附在一起，然后经沉降（或上浮）与水体分离；常 用的絮凝剂有有机高分子絮凝剂、微生物絮凝剂、无机絮凝剂、硫酸 钻、硫酸亚铁FeC13、聚合氯化铝等；生物法利用微生物处理废水，利用微生物将废水中可生化的 有机物降解为无机物，以达到净化水质的目的。好养生物法厌氧生物 法；主要有：生物滤膜法：过滤材料表面有发达的微生物膜；活性污 泥法：微生物存在于活性污泥表面：处理时，废水中有机物先被吸附 到生物膜或活性污泥上，然后通过微生物的代谢把有机物氧化分解和 同化为微生物细胞质，微生物细胞质可以自身氧化分解，从而被去除 掉，最后通过将沉淀与脱落的生物膜或活性污泥分离，得到净水。