课件-(6水环境演化原理)
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教案第4章水环境演化原理
水中有机物降解与转化
厌氧降解转化
是指在无分子氧但有化合态氧的情况下（如NO3-, NO2-, SO42-, S2O32-, CO2 ），依赖兼性厌氧菌和专性厌氧菌的生 物化学作用，对有机物进行生物降解的过程，最终达到无 机化。如反硝化作用：
C6H12O6 + 6H2O —— 6 CO2 + 24 H 24 H + 4 NO3- —— 2N2 + 12 H2O
好氧生物处理是利用微生物的新陈代谢功能，把1/3有机物 分解为无机物，把2/3有机物合成为微生物自身。当活性污泥 进入二沉池时，作为剩余污泥排放，达到了有机物的稳定化和 无害化。
基本概念
分解代谢是微生物在利用底物的过程中，一部 分底物在酶的催化作用下降解并同时释放出能量 的过程。 合成代谢是微生物利用另一部分底物或分解代 谢过程中产生的中间产物，在合成酶的作用下合 成微生物细胞的过程。 内源呼吸是微生物利用自身内部储存的能源物 质进行呼吸。
污染物在水中的迁移过程
----离散（弥散）作用输移
弥散输移：为了补偿由于采用状态的空间平均值 描述实际的空间分布不均所产生的输移。
C 3 C 3 C I D , I D , I D x y y z z x y z
3 x
式中， I表示 x ， y ， z 方向上由湍流扩散引起 的污染物扩散通量； D 为离散系数； C 为环境介 质中的污染物的时间平均浓度。
dS m X dt y0
当基质浓度很高时，Ks相对于S 甚小，可以不计，上式可得： 当基质浓度较低时，S与Ks相比甚 小，可以忽略不计，上式可得：
dS m X S dt y0 Ks
近似为一级反应动力学：
水环境规划培训教材ppt(63张)
水污染控制系统规划 ——流域水污染控制规划目的
➢ 确定水质标准 ➢ 确定流域内应控制的主要污染物和污染源 ➢ 确定各段水体的环境容量和各排污口的排放总量指标 ➢ 制定污染物控制和削减计划，制定水污染控制方案 ➢ 对方案进行社会、经济、技术费用效益分析、优化 ➢ 形成可供决策执行的推荐方案（可以是多个）
水污染控制系统规划 ——流域水污染控制规划内容
➢ 确定各水体用途和水质标准 ➢ 污染因子、污染源筛选，确定流域内应控制的主要污
染物、污染源和主要污染水域 ➢ 确定各段水体主要污染物的水环境容量 ➢ 分配各排污口的排放量指标（现状和趋势，安全系数） ➢ 制定污染物控制和削减计划，制定水污染控制方案 ➢ 对方案进行社会、经济、技术费用效益分析、优化 ➢ 形成可供决策执行的推荐方案（可以是多个）
➢ 关于设施建设的可行性研究报告 ➢ 说明拟建设施与现有其它设施的关系 ➢ 工程初步设计、分阶段，费用估计、进度表等 ➢ 推荐方案及可替代备选方案费用-效益分析 ➢ 推荐方案的环境影响评价 ➢ 项目所在地有关部门、专家和公众的评议 ➢ 经过地方主管机构的批准
水 环 境 规 划 培训教 材(PPT 63页)
——水质目标：源头水、水源地一级保护区及珍贵水产资 源保护区、水源地二级保护区及一般鱼类保护区、一般工 业用水及娱乐用水、农业用水及一般景观用水
——污染物特征：特定污染物、排放方式、时空密度
ห้องสมุดไป่ตู้水 环 境 规 划 培训教 材(PPT 63页)
水 环 境 规 划 培训教 材(PPT 63页)
水环境容量
——分类
水 环 境 规 划 培训教 材(PPT 63页)
2.
水环境规划基础
水环境容量 水环境功能区划分 水污染控制单元 水污染控制规划模型
《水环境演变》课件
目前抚仙湖营养状态任然属于贫营养型湖泊的行列，但其 营养状态指数呈现持续上升的趋势，近年来的营养状态指 数约为20世纪80年代的三倍。
2002年5月底，抚仙湖南部湖湾水域约3平方千米，受星云 湖泄水影响而首次暴发了铜绿微囊藻为优势种。按此发展， 复习哪壶富营养化速度将大大加快。
资料卡片
水体富营养化是指天然水体中由于过量的植物营养物质排 入，引起葛总水生生物、植物异常繁殖和生长，水体溶解 氧含量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡，从而
破坏水体生态平衡和污染现象。
生物多样性遭到严重破坏
外来物种入侵致使土著鱼类资源逐渐衰退，外来鱼种已经 逐渐取代土著鱼类成为生活于敞水区和沿岸区底层水城的 优势种群，对抚仙湖的生物多样性造成严重的破坏。
水体富营养化水平分为贫营养化、中营养化、富营养化三 个水平。
自然条件下，湖泊由贫营养湖向富营养湖转化的速度十分
水环境演变
பைடு நூலகம் 水环境演变
抚仙湖水质整体呈快速下降趋势
湖泊富营养状态逐步上升 生物多样性遭到严重破坏
抚仙湖水质整体呈快速下降趋势
近20年来，抚仙湖水质虽然整体仍
保持Ⅰ类，但总体上呈下降趋势。
北部和南部的近岸区域以及东西两岸的水体已经出现Ⅱ类 水质，并呈自北向南、由沿岸向湖心推进的趋势。
湖泊富营养状态逐步上升
缓慢，需要数千年乃至数百万年时间。但在人类活动作用
下，往往只需要几十年时间。
(地理)水污染及其成因PPT课件
2、影响水体自净能力的因素源自1流动速度2
更新周期
3
溶解氧
快
短
多
自净能力强
综合来看，河流的自净能力比湖泊强，湖泊的自 净能力比地下水强。充分利用不同水体的自净规 律，就可以用最经济的方法控制和治理水污染。
4
5
◆河道中水的净化作用示意图
6
水污染
1、定义： 指污染物的排放超过水体自净能力，从而导致
水体和底泥理化性质，水中生物群落组成改变； 导致水质恶化，水体利用价值下降甚至丧失的现 象。
23
提问与解答环节
Questions And Answers
24
谢谢聆听
·学习就是为了达到一定目的而努力去干, 是为一个目标去 战胜各种困难的过程,这个过程会充满压力、痛苦和挫折
Learning Is To Achieve A Certain Goal And Work Hard, Is A Process To Overcome Various Difficulties For A Goal
18
水污染的防治
处理水污染的三大原则：
1 预防：通过控制，减少污染源排放污染物质。 具体措施如实施清洁生产。
2 治理：采取措施，确保污水在排入自然水体前 达到国家或地方规定的排放标准。 具体如建立污水处理厂、改进生产技术等。
3 管理：对污染源、水体及处理设施进行管理， 以管代治，加大执法力度。
19
20
11．根据下列材料回答问题。
三峡工程蓄水后，峡江急流变为“平静湖水”(下图)。随着大坝的建成运行，库 区环境问题备受社会各界关注。据国家环保局通报，目前库区水质较好。但库 区上游及其沿岸支流城镇的废水、固体废弃物非达标排放现象仍然严重，每年 有大量生活垃圾随流水进入库区，某县曾在4天内捞起的漂浮物就达100多吨。
水生态系统演化及其驱动机制
水生态系统演化及其驱动机制第一章：水生态系统演化的概述水生态系统是指地球上的水体、湿地、河流、湖泊和海洋等各种水生生物组成的一个复杂的生态系统。
其演化过程是由自然和人类活动共同作用的结果。
水生态系统演化的历史悠久，随着时间的推移，各个时期的水生态系统发生了不同程度的演化，形成了今天我们所熟知的各类水生态系统。
其中，最早的水生态系统可以追溯到约38亿年前的原始海洋，经历了漫长的时间和变迁，逐渐演化出了现代海洋。
第二章：水生态系统演化的驱动机制水生态系统演化的驱动机制包括自然驱动和人类活动两种。
自然驱动是指自然因素对水生态系统的影响，如天气、水文、气候、地质等因素。
这些因素对水生态系统的影响是长期的、累积的、不可逆转的。
人类活动是指人类对水生态系统的利用和影响，主要包括水资源开发利用、污染物排放、水生物资源开采和河流治理等。
这些因素对水生态系统的影响是短期的、直接的、可逆转的。
第三章：水生态系统演化过程中的控制因素水生态系统的演化过程受到多种因素的影响，其中控制因素主要包括气候变化、地质结构和水动力学等。
气候变化是影响水生态系统演化的重要因素之一。
气候变化可以改变水资源的分布、水文循环以及水温、 pH值等水质环境。
地质结构是水生态系统演化的基础。
地质结构的改变不仅直接影响水生态系统的分布和演化，同时也会影响水生态系统内部的生物结构和生物多样性等。
水动力学是影响水生态系统演化的另一个重要因素。
水动力学过程是水生态系统中水体流动的过程，它可以通过调节水深、水流速度和水体输运等控制因素，对水生态系统的演化产生重要影响。
第四章：水生态系统演化过程中的生物多样性水生态系统中具有丰富的生物多样性，包括水生动植物、微生物和浮游生物等。
它们通过相互交流和依存，构成了一个复杂而稳定的生态系统。
因此，保护水生态系统的生物多样性是维护生态系统稳定和可持续发展的重要手段。
水生态系统演化过程中，生物多样性的改变主要是由于自然因素和人类活动共同作用的结果。
《环境化学原理》PPT课件
5、源污染
（1）点源污染（Point source pollution)
（2）面源污染 面源污染在很多场合称为 “非点源污染”（Non-point source pollution)或 称为“散源污染”(Diffuse source pollution)。
通常，对于面源污染，除了从源头控制污染 物外，还有污染物“汇”的防治方法（即末端治 理）：湿地去除、水生植物去除、生物技术防治 等。
t (min)
图4-1-2 北京某公园水华期间水样藻毒素的 反相HPLC谱图
3、电感耦合等离子体质谱(ICPMS)
主要分析环境中金属元素及有机 金属化合物（Hg、Sn及其有机金属 化合物）。
ICPMS分析技术简介
ICPMS离子发生源：ICP
ICPMS检测器：
四极杆质谱：质量分析器（即检测器）为 通电的4根金属棒；
4、汇（Sink）
sink是英语中有“下水道”的含意，是一 种污水坑，但在环境化学中sink是污染物的 长期储库，尽管这个库并不是永久性的，但 它在一段时间是长期存在的。
例如，大理石建筑可能是大气酸雨的一 个汇：
H2SO4+CaCO3→CaSO4+H2O+CO2↑ 通过这个反应，大理石就把硫酸固定为 墙的组成成分；河流、湖泊都可能是某种污 染物的汇，对应于“源”—“source”。
环境分析化学主要技术的突破：
1、样品采集和前处理技术
这是环境分析化学的瓶颈。现在， 样品的采集和前处理可同时完成。
如用固相萃取(Solid Phase Extraction， SPE)就能够代替固体的破碎、碾磨、取 样和传统的液液萃取的技术，一次性完 成取样和提取，提高了测定的回收率， 大大缩短了分析时间。
水环境修复原理与技术PPT课件
地表水污染的修复
例：在太湖水环境修复中，利用风力、湖流在水源
区域建造富集藻类的专门设施来收集藻类，避免了 “水华”阻塞取水口而引起的水质恶化，取得良好 的效果。
滇池、太湖、巢湖等设立藻水分离站
地表水污染的修复
3.1.4 底泥疏浚
可降低水体的 内源污染 负荷量和底泥污 染物重新 释放的风险。对于沉积物中的重金属 和持久性有毒有机污染物而言，只能通过环境 疏浚方法从湖泊中去除。
采用各种化学除藻剂进行除藻，效果最显著，但 也最具有危险性。 例如：单一除藻剂有碘伏、水溶性甲壳素碘等
复配除藻剂有碘伏-新洁尔灭、碘伏-异噻 唑啉酮等
地表水污染的修复
3.2.4 酸碱中和法
向水体中添加石灰进行酸碱中和，调整水体 酸碱度，以适应水生态系统的物种生长、繁殖的 需要。
地表水污染的修复
3.3 生物修复原理及生物修复技术
? 狭义的生物修复通常是指在自然或人工控制的条件下，利用 特定的微生物降解、清除环境中污染物的技术。
? 生物修复的基本指导思想
自然条件下
由于三方 面的原因
DO不足 营养盐缺乏
高效菌生长缓慢
净化速度缓慢
生物修复技术系统中 供氧
添加氮、磷等营养盐 接种、驯化高效菌
快速去除污染物
?生物修复技术的特点
?优点：投资费用省，对环境影响小，能有效降低污 染物浓度，适用于在其他技术难以应用的场地，而 且能同时处理受污染的土壤和地下水。
共代谢又称为共氧化（co-oxidation）或联合氧化（combined oxidation），辅助代谢（assistant metabolism).因此，微生物不能 依靠某种有机物生长并不一定意味着这种污染物能够抵抗微生物的攻 击, 当存在其他底物时，这种污染物就会通过共代谢作用而生物降解 。
例：在太湖水环境修复中，利用风力、湖流在水源
区域建造富集藻类的专门设施来收集藻类，避免了 “水华”阻塞取水口而引起的水质恶化，取得良好 的效果。
滇池、太湖、巢湖等设立藻水分离站
地表水污染的修复
3.1.4 底泥疏浚
可降低水体的 内源污染 负荷量和底泥污 染物重新 释放的风险。对于沉积物中的重金属 和持久性有毒有机污染物而言，只能通过环境 疏浚方法从湖泊中去除。
采用各种化学除藻剂进行除藻，效果最显著，但 也最具有危险性。 例如：单一除藻剂有碘伏、水溶性甲壳素碘等
复配除藻剂有碘伏-新洁尔灭、碘伏-异噻 唑啉酮等
地表水污染的修复
3.2.4 酸碱中和法
向水体中添加石灰进行酸碱中和，调整水体 酸碱度，以适应水生态系统的物种生长、繁殖的 需要。
地表水污染的修复
3.3 生物修复原理及生物修复技术
? 狭义的生物修复通常是指在自然或人工控制的条件下，利用 特定的微生物降解、清除环境中污染物的技术。
? 生物修复的基本指导思想
自然条件下
由于三方 面的原因
DO不足 营养盐缺乏
高效菌生长缓慢
净化速度缓慢
生物修复技术系统中 供氧
添加氮、磷等营养盐 接种、驯化高效菌
快速去除污染物
?生物修复技术的特点
?优点：投资费用省，对环境影响小，能有效降低污 染物浓度，适用于在其他技术难以应用的场地，而 且能同时处理受污染的土壤和地下水。
共代谢又称为共氧化（co-oxidation）或联合氧化（combined oxidation），辅助代谢（assistant metabolism).因此，微生物不能 依靠某种有机物生长并不一定意味着这种污染物能够抵抗微生物的攻 击, 当存在其他底物时，这种污染物就会通过共代谢作用而生物降解 。
第二章 水环境基本理论 ppt课件
36
组 总硬度（0.1mmol/L） 类 型 含盐量（0.1g/L）
37
课堂分析
38
课后习题
• 黄河中游 • 长江 • 密西西比河 • 科罗拉多河 • 尼罗河 • 安大略湖 • 巢湖
P363 水质类型
39
第三节 天然水环境主要物理性质
一、天然水的光学特性 二、天然水的电导率 三、天然水的依数性 四、天然水的分层特点
13
二、海水常量成分恒定性原理
1819年Marcet在分析了北冰洋、大西洋、地中海、黑 海、波罗的海、中国海和白海等多处海水水样后，提出 了“全世界一切海水水样，都含有同样种类的成分，这 些成分之间只有盐含量总值不同的区别”。
Dittmar 从“H．M．S．Challenger”号调查船在环 球航行所采集的77个水样分析中也证实了Marcet结论的 正确性。
P0' W
PW 0(10.0005S3) 7
kP 6 a .5 S 9 5 0 .2 t 5 0 C S 4
45
四、天然水的分层特点
天然水最大密度时的温度与冰点温度
t=-1.35℃ S=24.9
t fo C 0 . 0 1 0 . 03 S 5 7 . 2 7 1 1 2 5 9 S 2 0 5 9
【11种常用人工海水配方】
21
天然水的许多物理化学性质，如电
主 要 离
导率、依数性、无机物的溶解度以 及它们对水生生物生命活动的影响 等等都与实际的溶存形式有关。
子
存
自由离子
在
形
离子对
式
络合离子
22
23
P29-P31
活
离子氛
度
与
离子强度
组 总硬度（0.1mmol/L） 类 型 含盐量（0.1g/L）
37
课堂分析
38
课后习题
• 黄河中游 • 长江 • 密西西比河 • 科罗拉多河 • 尼罗河 • 安大略湖 • 巢湖
P363 水质类型
39
第三节 天然水环境主要物理性质
一、天然水的光学特性 二、天然水的电导率 三、天然水的依数性 四、天然水的分层特点
13
二、海水常量成分恒定性原理
1819年Marcet在分析了北冰洋、大西洋、地中海、黑 海、波罗的海、中国海和白海等多处海水水样后，提出 了“全世界一切海水水样，都含有同样种类的成分，这 些成分之间只有盐含量总值不同的区别”。
Dittmar 从“H．M．S．Challenger”号调查船在环 球航行所采集的77个水样分析中也证实了Marcet结论的 正确性。
P0' W
PW 0(10.0005S3) 7
kP 6 a .5 S 9 5 0 .2 t 5 0 C S 4
45
四、天然水的分层特点
天然水最大密度时的温度与冰点温度
t=-1.35℃ S=24.9
t fo C 0 . 0 1 0 . 03 S 5 7 . 2 7 1 1 2 5 9 S 2 0 5 9
【11种常用人工海水配方】
21
天然水的许多物理化学性质，如电
主 要 离
导率、依数性、无机物的溶解度以 及它们对水生生物生命活动的影响 等等都与实际的溶存形式有关。
子
存
自由离子
在
形
离子对
式
络合离子
22
23
P29-P31
活
离子氛
度
与
离子强度
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耗氧和复氧的共同作用，使水中的溶解氧在距离排污口
下游的一段距离内，因耗氧超过复氧而沿程逐渐下降，
直至最低点，而后随着复氧作用逐渐大于耗氧，溶解氧
沿程不断增加，并逐渐趋于溶解氧的饱和浓度，这个过
程称氧垂曲线。
15
3. 水体的耗氧过程
▪ 1、水体的有机物耗氧：首先是CBOD氧化分解过 程yC(t)，如线(1)；然后是NBOD氧化分解过程 yN(t)，如线(2)。
水环境规划与管理
2012.03
1
第四章 水环境演化原理
▪ 1 污染物在水中的迁移转化 ▪ 2 水体的耗氧过程和复氧过程 ▪ 3 水质迁移转化基本方程及其解
2
1. 污染物在水中的迁移转化
▪ 1、污染物的水中迁移过程：污染物在水中 的物理迁移过程，主要包括污染物随水流 的输移与混合，受泥沙颗粒和底岸的吸附 与解吸、沉淀与再悬浮，底泥中污染物的 输运等。
M
mx
E
C x
▪ 式中：Mmx某点在x方向由于分子扩散作用污染物 于单位时间通过单位面积的质量，称为分子扩散
通量，mg/(m2.s)；C为该点的污染物浓度，mg/m3；
Em为分子扩散系数，一般在10-9~10-8m2/s之间。
6
1. 污染物在水中动扩散是由于紊流中 涡旋的不规则运动一起的。紊动扩散通量，可用 类似分子扩散通量的Fick定律表达
▪ 水环境数学模型：根据排入水体的污染物， 即污染负荷，模拟预测受纳水体未来水质 状况的一种数学手段和工具。
3
1. 污染物在水中的迁移转化
▪ (1)移流作用的输移：河水移流运动，是指以时均 流速为带便的水体质点的迁移运动，也称对流运 动。对于某点污染物沿流向x的输移通量为
Fx uC
▪ 式中：Fx为过水断面上某点沿x方向的污染物输移 通量，mg/(m2.s)；u为该点沿x方向的时均流速， m/s；C为该点污染物的时均浓度，mg/m3
2.横向紊动扩散系数Ety
Ety Hu*
式中： 为经验性系数。灌溉渠道0.24~0.25；弯曲河道 0.4~0.8，若二次环流强烈，1~3；其他情况0.1~0.2
3.纵向紊动扩散系数Etx 由于纵向离散系数Ed远比纵向紊动扩散系数大（几十
至上百倍），所以并入纵向离散系数中考虑
P70断面流速资料推求Ed
8
1. 污染物在水中的迁移转化
▪ 由于移流和扩离散作用的存在，使废水排 入河流后，在河流中一般出现三种不同混 合状态的区段。
1.垂向混合河段 从排污口到下游污染物沿垂直（水深）方向达到混
合均匀的断面所经历的区段。 2.横向混合河段
从垂向均匀混合断面到下游污染物在整个过水断面 上均匀混合的区段 3.纵向混合河段
4
1. 污染物在水中的迁移转化
▪ 污染物的输送率：
FA uCA QC
▪ 式中：FA为断面A上的污染物输送率，mg/s；u为
断面平均流速，m/s；C 为断面平均浓度，mg/m3； A为过水断面面积，m2；Q为流量，m3/s.
5
1. 污染物在水中的迁移转化
▪ (2)分子扩散作用的输移：扩散是由于物理量在空 间上存在梯度使之在空间上趋于均化的物质迁移 现象。水中污染物由于分子的无规则运动，从高 浓度区向低浓度去的运动过程，称为分子扩散。
13
3. 水体的耗氧与复氧过程
▪ 1、水体的氧平衡：水中溶解氧的变化是一 个不断消耗又不断补充的动态平衡过程。 在随水流向下游迁移扩散的同时，由于有 机物的氧化分解、藻类呼吸作用等使水中 的溶解氧不断消耗；另一方面，由于复氧 作用和光合作用，使水在流动中的溶解氧 不断得到补充。
14
3. 水体的耗氧与复氧过程
一般吸附能力远大于解吸能力，因此总的趋势是使水体
污染浓度减少
10
1. 污染物在水中的迁移转化
▪ 3、沉淀与再悬浮：水中悬浮的泥沙既是一 种污染物，也是可溶性污染物吸附剂，水 质计算中经常需要考虑。
dC dt
kcC
式中：kc为沉浮系数，沉淀取正号，，悬浮时取负号； C为水中污染物在t时的浓度
11
2. 天然水流的扩离散系数
横向混合河段之后的河段
9
1. 污染物在水中的迁移转化
▪ 2、吸附与解吸：污染物或胶状物吸附在河
岸、河床，降低水体的污染浓度；当水体
条件改变时，再溶解于水中的过程称为解
吸。
1
Se k Cen
式中：Se为吸附达到平衡时水中泥沙的吸附浓度，常以 ug/g计；Ce为吸附平衡时水体的污染物浓度，常以ug/L计； k、n为经验常数
▪ 1、分子扩散系数Em：主要与温度、溶质、 压力有关，与水的流动特性无关，即表现 为各项同性（10-8-10-9）。
▪ 2、紊动扩散系数Et：主要与水流的紊动特 性有关，各向异性。
1.垂向紊动扩散系数Etz
Etz 0.068 Hu*
式中：H为水深；u* gHJ 为摩阻流速。
12
2. 天然水流的扩离散系数
生物降解具有酶的催化性质，受到pH值的影响 3.水温的影响
yN LN 0 1 eKN ttC
LN0为t=tC时刻水中的NBOD， KN为NBOD降解的耗氧系 数，tC为硝化过程比碳化过程滞后的时间
17
3. 水体的耗氧过程
▪ 影响K1的主要因素与处理方法。
1.污水特性的影响 来源不同，碳水化合物、脂肪、蛋白质不同，降解速
率不同，一般去原水试验测定。 2.pH值的影响
M tx
Etx
C x
▪ 式中：Mtx为沿x方向污染物的紊动扩散通量， mg/(m2.s)；Etx为x方向的紊动扩散系数，m2/s
7
1. 污染物在水中的迁移转化
▪ (4)离散（弥散）作用的输移：由于断面流速不均 匀导致的污染物沿纵向的离散现象。
M dx
Edx
C x
▪ 式中：Mdx为污染物沿x方向的离散输送通量， mg/(m2.s)；C为断面平均污染浓度，mg/m3；Edx 为纵向离散系数，m2/s。
前者称碳化阶段的降解耗氧过程，后者称硝化阶段的降解耗氧 过程。后者一般滞后前者10d左右。
16
3. 水体的耗氧与复氧过程
1.BOD耗氧过程
y L0 1 eK1t
L0为起始时刻剩余BOD，K1为BOD降解的耗氧系数
2.CBOD耗氧过程
yC LC0 1 eKCt
LC0为起始时刻水中的CBOD， KC为CBOD降解的耗氧系 数 3.NBOD耗氧过程