第三章水环境化学

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受蓝藻污染的太湖水
工作人员在打捞蓝藻
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第三章水环境化学
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云南滇池的蓝藻污染
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云南滇池的蓝藻污染
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赤潮
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2000 年舟山群岛赤潮
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珊瑚的坟场
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6.5 富营养化的防治
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6.1 引起富营养化的物质
▪ 营养盐类
C：水中溶解的 CO2，含量稳定。 N：NO3-，NO2-，NH3，NH4+，尿素等。 P：无机态或有机态。
水体富营养化： 无机态氮> 300 mg/m3 总磷 > 20 mg/m3
▪ 微量元素 Fe，Zn，Mn，Cu，B，Mo，Co，I，V 等。 ▪ 维生素，有机物。
洗衣粉中大多含有 17％左右的三聚磷酸钠，成为造 成富营养化污染的磷的主要来源。
目前世界很多国家已经实行了禁磷措施。 对生活废水进行三级处理是消减水体磷负荷的最有效 途径。
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▪ 增加给水处理成本
▪ 还原态氮会因硝化作用消耗大量的溶解氧。
▪ 化合态氮对生物和人体具有毒性。
水中氨氮含量超过 1 mg/L 时，会使水生生物血液结 合氧量降低，超过 3 mg/L 时，可于 24～96 小时内使金 鱼、鳊鱼等死亡。饮用氨氮含量超过 10 mg/L 的水，可 以引起高铁血红蛋白症。有机氮亦可经微生物作用转化 为硝酸盐和亚硝酸盐。
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优点：能正确反映水中有机物氧化分解时消耗的氧量。 缺点：测量时间长，反映环境问题不及时，受水中有毒
物质影响。
BOD
< 1mg/L： 清洁 > 3~4 mg/L：受到有机物污染
城市生活污水：BOD < 100 mg/L 工业污水： BOD 常大于1000 mg/L
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在适当的温度、光照和环境酸度下，天然水体中的藻 类进行光合作用，合成本身的藻类原生质。
106 CO2 + 16 NO3- + HPO42- + 122 H2O + 18 H+ + 能量 + 微量元素
C106H263O116N16P (藻类原生质) + 138 O2
藻类的繁殖中成为控制性因素的是无机态的氮 和磷营养物。
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第七节 有机污染物的水环境化学
7.1 有机物污染程度的指标
▪ 溶解氧 DO (dissolved oxygen) 水中溶解的氧的量。
耗氧作用：使 DO 下降，如耗氧有机物分解，生物 呼吸等。
复氧作用：使 DO 增加，如空气中氧的溶解，水生 植物的光合作用。
有机物的氧化分解需要消耗大量的氧，若有机物过多， 会造成水中 DO 量不断减少，可导致有机物缺氧分解而产生 腐败现象。
DO 正常值：5 ～ 10 mg/L，海水可达 14 mg/L。
当 DO＜4 mg/L时，鱼类将死亡。
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▪ 生化需氧量 BOD ( biochemical oxygen demand)
水体中微生物分解有机物过程消耗水中溶解氧的 量，单位为 mg/L。
氨基酸的分解：
I: RCH(NH2)COOH + O2
▪ 其它：工业废水，水产养殖，地下水，底泥等。
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6.3 湖水的富营养化程度
▪ 总磷含量：水中的正磷酸盐、聚合磷酸盐、可水解磷酸 盐及有机磷总浓度(可用标准分析法测定)。
▪ 总氮含量：氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐、有机氮的总和 ( 可以各自测定后加和)。
▪ 叶绿素a 含量：水中绿色物质含量。 (丙酮萃取后，测 665nm 处吸光度)。
▪ 透明度
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6.4 N、P 污染的危害性
▪ 水体富营养化
水体富营养化引起藻类恶性繁殖，产生毒素。藻类 死亡后分解消耗大量溶解氧，严重影响鱼类生存。大量 藻类导致水流变缓。近海发生赤潮、棕潮、绿潮等。
磷污染对水体富营养化的影响更大。藻类的过度繁殖 与磷酸盐的含量之间存在某些平行关系。
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▪ 化学需氧量 COD (chemical oxygen demand)
水中能被氧化的物质在规定条件下进行化学氧化 所消耗氧化剂的量，以 O2 计，单位为 mg/L。
KMnO4 法(CODMn)：测定较清洁水样。 K2Cr2O7 法(CODCr)：测定严重污染水样或工业废水。
优点：测量快，不受水质条件限制。 缺点：不能正确反应微生物氧化所需消耗的氧量。
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第六节 水体的氮、磷污染和富营养化
水体营养物增加导致水生植物(主要是浮游植 物和各种藻类)大量繁殖，水体溶解氧下降，水质 恶化，鱼类及其它生物大量死亡的现象。
在湖泊、水库、河口、港湾等水流缓慢的地 区最容易发生，是由氮、磷等化合物过多排入水 体所引发的二次污染现象。
不能把水中有机物全部氧化。
KMnO4 法： 约 60％。 K2Cr2O7 法：80～90％。
水质相对稳定时：
CODCr > BOD20 第>三B章O水D环境5 化>学CODMn
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▪ 总有机碳 TOC (total organic carbon) 与总需氧量 TOD (total oxygen demand)
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6.2 N、P 的主要来源
▪ 雨水
NO3-：
0.16 mg/L ～ 1.06 mg/L
NH3、NH4+： 0.04 mg/L ～ 1.70 mg/L
P:
0.01 mg/L
▪ 农业排水：化肥的应用引入氮磷。
▪ 城市污水：排泄物，食品污物， 合成洗涤剂 ( 50~70% 的总磷)等。
RCOOH + CO2 + NH3
II: 2NH3 + 3O2 2HNO2 + O2
2HNO2 + 2H2O 2HNO3
一般指将有机物分解为 CO2，NH3，H2O 的过程 (I)。
BOD20：一般可认为分解在 20 天内完成，用 BOD20 表示。 BOD5： 20oC，5天内可完成 70～80％，称为五日生化需氧 量。
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▪ 生物脱氮技术： 利用微生物将含氮化合物最终转化为 N2。
亚硝化细菌
NH4+
NO2-
硝化细菌
反硝化细菌
NO3-
N2
O2
O2
▪ 沉淀法除磷：加入沉淀剂生成难溶物而去除水中的磷。
利用消石灰在 pH=11 时，可以除去 90％的磷，生 成 Ca5(OH)(PO4)3 沉淀。