第一章 水质与水体自净 2教案

第一篇水质净化与水污染控制工程

引言

目前，水污染是环境污染问题中最为迫在眉睫的严重事件，直接威胁到工农业生产甚至人类的生存。因此，水环境工程学的发展最为各国重视，技术发展也最为迅速，可以说，它带动了其他各项技术的迅猛发展，使各学科发展成为一个科学整体。在我国，环境专业的高等教育中，水质净化与水污染治理是最为重要的教学内容。

问题的引入

●水质如何净化，借助何种力量？

●净化到何种程度？

●水污染治理的技术是否有针对性？可有万能的水处理技术？

●水处理技术有哪几种？

第1篇教学内容：

水的物理化学处理方法★

水的生物化学处理方法★

水的深度处理与回用

第1章水质与水体自净（2学时）

本章教学内容：

水循环与水污染，水质指标，废水的成分与性质，水体自净，水处理的基本方法本章教学要求：

(1)了解地球水资源状况，了解常用的水质标准，掌握常用的水质指标；

(2)掌握水体自净的原理，了解水环境容量；掌握水和废水处理的基本原则和基本方法。本章教学重点：

水污染的分类、水质指标、水体自净、水处理的基本原则与方法

本章习题:P611, 19, 20, 22

1.1水环境

1.1.1 地球的水循环

我们生活的地球表面积的大约3/4都是水域，陆地面积仅占1/4左右，分布在欧亚大陆、非洲、北美洲、南美洲、澳洲等主要陆地和无数岛屿上。因此，水环境是我们生存环境中最重要的组成部分，研究水环境的意义也就不言而喻了。

地球上水的总量为1.386 x 109 km3，这一庞大的数字说明，水是地球及其丰富的自然资源。水能够以气态、固态和液态这三种基本形态存在于自然界之中，形成了地球水圈（Global hydrosphere），其储量分布情况如表1.1所示。

表1.1 地球水圈中的水储量分布 水体

水储量 咸水 淡水 103 km 3 % 103 km 3 % 103 km 3 % 海洋

1,338,000.0 96.5379 1,338,000.0 96.5379 冰川与永久积雪

24,064.1 1.7362 24,064.1 1.7362 地下水 23,400.0 1.6883 12,870.0 0.9286 10,530 0.7597 水冻层中冰 300.0 0.0216 300 0.0216 湖泊水 176.4 0.0127 85.4 0.0062 91 0.0066 土壤水 16.5 0.0012 16.5 0.0012 大气水 12.9 0.0009 12.9 0.0009 沼泽水 11.5 0.0008 11.5 0.0008 河流水 2.12 0.0002 2.12 0.0002 生物水 1.12 0.0001 1.12 0.0001 总计 1,385,984.6 100 1,350,955.4 97.4726 35,029.24 2.5274

由此可见，地球上水储量的约97.5％是咸水，淡水储量仅占2.53％，其中相当大的一部分，如冰川与永久积雪、埋藏过深的地下水、沼泽水等很难作为淡水资源供人们取用。这样，我们可能从地球水圈中得到的水资源实际上不足总水储量的0.3％。

地球水圈中的水并不是静止不变的，而是处于不断的运动之中，存在着明显的水文循环（Hydrological cycle ）现象。图1.1为水文循环过程的示意图。在太阳能的作用下，水分从水体（海洋、河流等）水面蒸发（Evaporation ），同时从土地和植被表面也会发生蒸腾（Transpiration ），成为空气中的水分。湿空气在高空冷却凝结后，又以雨、雪的形式降落下来，一部分被土壤和植被吸收，一部分在地表形成径流，最终汇入水体。降落到地表的水（包括土壤吸收的水和汇入水体的水）同时又通过渗透对地下水进行补充，在地下含水层中形成地下水流。这样就形成了以蒸发→降水→径流→蒸发为主的水文循环过程。在这个过程中参与循环的水分都是淡水，海水和其他水体中的盐分不参与循环而滞留于水体中。

太阳能 热湿气流 降雨

蒸发 海面

降雨

蒸腾 蒸腾 河流 蒸腾

干冷气流 降雨

降雪 冰雪 土壤水 地下水土壤水

地下水分界面 图 1.1 地球范围的水文循环

在上述水文循环过程中，主要涉及到的水体包括大气水、陆地水、海水这三大类。

(1) 大气水

大气中的水量通常通过单位面积气柱中所含水蒸气的量来计算。

蒸发 大气圈 降水

蒸发(

内部水

蒸气)

地表面

气流运动 (外部水蒸气流入) 气流运动 (水蒸气流出)

图3-2 水蒸气的收支平衡概念图

(2) 陆地水

陆地水包括河流、湖泊、地下水等，通常为与人类生活密切相关的淡水资源，它的循环往往受一个流域内的降雨情况、汇水面积、地形和地貌等自然条件的制约，图1.3为某一流域内水循环情况的示意图。

降 水

地面分水岭 地面分水岭 地下水

分水岭 地下水 分水岭

地 表 径 流

低洼地 河道 地下含水层 图1.3 流域内的水循环

(3) 海水

地球上总水量的将近97％是海水，考虑地球半径为6,371.22 km 的话，海水沿地球表面的平均水深为3.79 km 。循环周期长达120年之久，深海区的循环周期则长达3000年。海水的平均含盐量为35 000 mg/L 左右，因而很难作为常规水源加以利用。

1.1.2 人类聚居区域的水环境代谢

自古以来人类聚居地都选择在水资源相对丰富的流域内。上一节中我们讲了流域内的水循环，这主要是指流域内自然水循环（Natural water cycle ）的过程。然而，在人类聚居的流域内，除了上述的自然水循环，还存在一个与人类生活和生产活动有关的人为水循环（Human related water cycle ）过程，这两种循环过程密切相关，可统称为人类聚居区域的水环境代谢（Water metabolism ）。图2.4是这种水代谢过程的示意图。图中的水体（Water body ）泛指流域内可供取用的水源，包括地表水（河流、湖泊、水库）和地下水。

图1.4 人类聚居区域水环境代谢示意图

图1-2水蒸气的收支平衡概念图