第四章 水环境地球化学

3.1.3水体污染物与来源
水体污染分类
无机物质污染 无机有毒物质污染 有机有毒物质污染 化学性污染 需氧物质污染 植物营养 物质污染 油类污染 悬浮物质污染 物理性污染 热污染 放射性污染
生物性污染
3.2 污水的水质污染指标与水质标准 3.2.1 污水的水质污染指标
• 1. 物理性水质指标 • 温度、色度、嗅和味、浑浊度、透明度、总固 体、悬浮固体、溶解固体、可沉固体、电导率 • 2. 化学性水质指标 • 有毒化学性水质指标 • 氧平衡指标：DO、COD、BOD、TOD • 3. 生物学水质指标 • 细菌总数、总大肠菌群数、病原细菌、病毒
7、植物营养物
• 主要是指氮磷钾硫及其化合物。从农业角度看，植物营养物是宝
• 测定指标为TN、TP、NH4+、NO2－、NO3－、H2PO4－、HPO42－
贵的物质，但过多的营养物进入天然水体，将会产生很大的危害。
8、重金属
• 汞、铅、镉、镍、硒、砷、铬、铊、铋、钒、金、铂、银等。
• 对人、畜有直接的生理毒性。
3、溶解氧DO
• 溶解氧溶解于水中的游离氧称为溶解氧 (dissolved oxygen)即DO，以O2 mg/L表示。
• DO 是水质的重要参数之一，也是鱼类等水 生动物生存的必要条件。 DO 完全消失或其 含量低于某一限值时，就会影响到这一生态 系统的平衡。水中 DO 耗尽后，有机物将进 行厌氧分解，产生H2S、NH3 和一些有难闻 气味的有机物，使水质进一步恶化。
例题：
• 某废水20 ℃时的BOD5是150mg/L。 已知此时的耗氧速率常数k1 = 0.10d-1， 求该废水15℃时的BOD5。
4、pH值
• pH值表示水中氢离子浓度的负对数值。
• 污水中的 pH 值对污染物的迁移转化、污水 处理厂的污水处理、水中生物的生长繁殖 等均有较大的影响，因此是重要的污水指 标之一。
3.1水体污染及其控制 3.1.1天然水的组成
天然水中所含的各种物质，根据溶质 粒径的大小和形态分为四大类：
（1）溶解气体 溶质粒径小于10-9m，以分子状 态存在于水中。根据气体在水中含量的多少，进 一步划分为主要气体和微量气体。 （2）溶解性物质 溶质粒径小于10-9m，主要以 离子形态存在于水中，根据含量和生成原因，又 再细分为主体离子、生物生成物、微量元素。
《地表水环境质量标准》 （GB3838-2002）
依据地表水水域环境功能和保护目标， 按功能高低依次划分为五类：
I类 主要适用于源头水、国家自然保护区； Ⅱ类 主要适用于集中式生活饮用水地表水源地 一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾 类产卵场、仔稚幼鱼的索饵场等；
《地表水环境质量标准》 （GB3838-2002）
• 化学需氧量，的用COD表示（Chemical oxygen demand）， 在一定条件下，采用强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化 剂量。它表示水中还原性物质多少，作为衡量水中有机物 含量的指标。
• 总需氧量，即TOD (Total oxygen demand)在特殊燃烧器 中，以铂作为催化剂，使水样气化，有机物燃烧，然后测 定载体中氧的减少量，作为有机物氧化所需的氧量。 • 总有机碳，用TOD表示（Total organic carbon）。
第四章 水环境地球化学
4.1 水体污染及其控制 4.2 污水的水质污染指标 4.3 水体的污染源
4.4 水质监测
4.5 天然水的化学平衡
我国水污染的特征
（一）污染不断加剧，水质恶化日趋严重
据2000年水质监测资料，对全国河流、湖 泊、水库的水质状况进行了评价，主要结果如 下：在11.4万公里评价河流中，水质为Ⅰ类水 河长占4.9％，Ⅱ类水河长占24.0％，Ⅲ类水河 长占29.8％，Ⅳ类水河长占16.1％，Ⅴ类水河 长占8.1％，劣Ⅴ类水河长占17.1％。全国符合 和优于Ⅲ类水的河长占评价河长的58.7％，比 上年减少了3.7个百分点。
• 用含有重金属的水来灌溉庄稼，会使作物受到重金属污染，致使 农产品有毒性。 • 沉积到水体底部，通过水生植物或微生物进入食物链，经鱼类等 水产品进入人体。
9、放射性污染
10、难降解有机污染物
11、无机盐、致癌物质 12、热污染 13、水的表现 14、恶臭
3.2.2水质标准
GB3097-1997 海水水质标准 GB/T14848-93 地下水质量标准 CJ3020-93 生活饮用水水源水质标准 GB5084-92 农田灌溉水质标准 GB12941-91 景观娱乐用水水质标准 GB11607-89 渔业水质标准 GB5749-85 生活饮用水卫生标准 GB3838-2002 地表水环境质量标准
3.1.2水体的自净
水体：指河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、海洋 , 它包括水 中的悬浮物、溶解物质、水生生物和底泥等完整的生态统。
水体污染(Water Pollution)：排入水体的污染物在水体中的含
量超过了水体的本底含量和水体的自净能力，使水和底泥的物 理、化学性质或生物群落组成发生变化，从而破坏了水体原有 的用途。 在环境污染的研究中，区分“水”和“水体”两个概念十分重
我国水污染的特征
（三）湖泊水库水体富营养化不容轻视
水库水质在评价的139座主要水库中，有 118座水库水质良好，达到Ⅱ、Ⅲ类水质标准。 在未达到地面水Ⅲ类的水库中，水污染极为严 重的劣于Ⅴ类水质水库有8座，分别是山西册田 和关河水库，山东墙夼、雪野、黄前、尼山和 田庄水库以及新疆柳沟水库。对93座水库进行 了营养化程度评价，处于贫营养状态的水库14 座，处于中营养状态的水库65座，处于富营养 状态的水库14座。
要。例如，重金属污染物易于从水中转移到底泥里，水中的重
金属含量一般都不高，若着眼于水，似乎水污染并不严重，但 是从整个水体看，污染就可能很严重。可见，水体污染不仅仅 是水污染，还包括底泥污染和水生生物污染。
水体自净
正常情况下，当水体接纳了一定量的有机污 染物后，在无人干预条件下，借助于水体自身的 调节能力使污染物浓度不断降低，最后水质恢复 到污染前的水平和状态，我们把水体的这种自我 净化作用叫作水体自净。
我国水污染的特征
（二）各流域水体自南向北水质逐渐变差
各流域片的水质状况是：内陆河片、西南 诸河片、东南诸河片、长江片和珠江片水质良 好或尚可，符合和优于Ⅲ类的河长分别占90.7 ％、83.2％、74.1％、74.0％、63.1％；黄河 片、海河片、松辽河片、淮河片水质较差，符 合和优于Ⅲ类的河长分别占46.7％、34.9％、 33.7％、26.2％。与上年相比，符合和优于Ⅲ 类水河长占评价河长百分数上升5个百分点以 上的是淮河片，下降明显的是珠江片。
我国水污染的特征
（三）湖泊水库水体富营养化不容轻视
湖泊水质在评价的24个湖泊中，9个湖泊 水质符合或优于Ⅲ类水，4个湖泊部分水体受到 污染，11个湖泊水污染严重。国家重点治理的 “三湖”情况为：太湖Ⅱ、Ⅲ类水质断面占12％， Ⅳ类水质断面占64％，Ⅴ类水质断面占12％，劣 于Ⅴ类水质断面占12％；中营养水平的水域占太 湖总面积的16.5％，富营养水平的占83.5％，富 营养程度比上年略有加重。
Ⅲ类 二 产 主要适用于集中式生活饮用水地表水源地
级保护区、鱼虾类越冬场、泅游通道、水
养殖区等渔业水域及游泳区； 主要适用于一般工业用水区及人体非直接 触的娱乐用水区； V类 域 主要适用于农业用水区及一般景观要求水
IV类 接
《污水综合排放标准》
（GB8978-1996）
按排放污染物的性质分为两类污染物: (1)第一类污染物指能在环境或动植物体内积累， 对人体健康产生长远不良影响。（要求一律在 车间或车间处理设施排出口采样，最高允许排 放浓度必须符合表3－5,不得用稀释法处理） (2)第二类污染物指长远影响小于第一类污染物 质。（要求在排污单位排放口采样，最高允许 排放浓度必须符合表3－6，可用稀释法处理）
5、酸碱 6、细菌污染
• 细菌总数 水中所含细菌的总数，以个/mL表示。
• 大肠杆菌数水中水中所含大肠杆菌的总数，以ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
个/L表示。
• 游离氯水中所含游离氯离子的含量，以 mg/L表示。 • 污水中大部分细菌寄生在死亡机体上，这些细菌 是无害的；另一部分细菌，如霍乱、伤寒、痢疾 等则寄生在活的有机体上，对人、畜是有害的。
水体自净和水体环境容量
自净能力决定着水体的环境容量（洁净水体所能 承载的最大污染物量）。 水解酶 生活污水（淀粉、蛋白质、脂肪等） 好氧菌 氨基酸、脂肪酸、甘油、低分子糖
CO2、H2O、无机盐
水体的自净作用分为三类：
（根据净化机制）
(1)物理净化：天然水体的稀释、扩散、沉淀和 挥发等作用，使污染物质的浓度降低。 (2)化学净化：天然水体的氧化还原、酸碱反应、 分解、凝聚等作用，使污染物质的存在形态发 生变化和浓度降低。 (3)生物净化：天然水体中的生物活动过程，使 污染物质的浓度降低。特别重要的是水中微生 物对有机物的氧化分解作用。
• 固体物会淤塞排水道，窒息水底栖生物，破坏鱼类 的产卵地。 • 悬浮小颗粒物会堵塞鱼类的腮，使之呼吸困难，导 致死亡。
• 颗粒物含量高时会使水中植物因见不到阳光而难以 生长或死亡。
• 悬浮固体物会降低水质, 增加净化水的难度和成本。
• 现代生活垃圾中的难降解固体成分（如塑料包装） 进入水体之后, 会使水生动物误食后死亡。
表3-5 第一类污染物最高允许排放浓度
表3-6 第二类污染物最高允许排放浓度
《污水综合排放标准》
（GB8978-1996）
执行标准等级的确定：
(1)特殊保护水域，指国家《地表水环境质量标 准》（GB3838-2002）中的Ⅰ、Ⅱ类水域，不 得新建排污口，现有的排污单位由地方环保 部门从严控制，以保证受纳水体水质符合规 定用途的水质标准。 (2)重点保护水域，指国家《地表水环境质量标 准》（GB3838-2002）中的Ⅲ类水域和《海水 水质标准》 Ⅱ类水域，对排入该区水域的污 水执行一级标准。
1、悬浮物SS • 固体含量分为总固体c悬浮性固体（SS）和溶解性 固体三种。总固体是指在一定温度下蒸发干燥后 所残余的固体物质总量；悬浮性固体（SS）是指 水样过滤后，截留物蒸干后的残余固体量，即悬 浮物含量；溶解性固体是指水样过滤后，滤出液 蒸干的残余固体量。溶解性固体若除去有机物部 分可称为含盐量和矿化度。 • SS是水体污染的基本指标之一。
2、有机物浓度
• 生 物 化 学 需 氧 量 ， 用 BOD 表 示 （ Biochemical oxygen demand ），是指在有氧的条件下，由于微生物的作用， 水中能分解的有机物质完全氧化分解时所消耗的量。目前 规定在 20℃下，培养 5 天作为测定标准，这时候测得的生 化需氧量称为5日生化需氧量，以BOD5表示。
耗 氧 有 机 物 分 解 途 径
La ——第一阶段生化需氧量（碳化生化需氧量）
LN ——第二阶段生化需氧量（硝化生化需氧量）
Xt —— t时日内降低的有机物浓度 K1 —— 耗氧速率常数 K1(T) —— T℃时的耗氧速率常数 K1(20) —— 20℃时的耗氧速率常数 La(T) —— T℃时的第一阶段生化需氧量 La(20) —— 20℃时的第一阶段生化需氧量
《污水综合排放标准》
（GB8978-1996）
(3)一般保护水域，指国家《地表水环境质量标 准》（GB3838-2002）中的Ⅳ 、Ⅴ类水域和《 海水水质标准》 Ⅲ类水域，对排入该区水域 的污水执行二级标准。 (4)对排入城镇下水道并进入二能污水处理厂进 行生物处理的污水执行三级排放标准。
（3）胶体物质 溶质粒径为10-9m～10-7m时， 属于胶体溶液，根据胶体的性质又分为无机胶 体和有机胶体。 （4）悬浮物质 溶质粒径＞10-7m，为悬浊液 或悬浮液，根据物质性质分为细菌、藻类及原 生动物、泥沙、粘土和其他不溶物质。
天然水中溶解的化学物质可分为可溶性气体、主 要离子、生物成因物质、微量成分、有机质五大类。 (1) 可溶性气体 (2) 主要离子: • 氯离子; 硫酸根离子; 碳酸根离子；碳酸氢钙根离子 •钙、镁离子; 钾、钠离子 (3) 生物成因物质 (4) 微量成分 (5) 有机物