第二章-水体污染与污染源之水体自净

主要问题回顾
（1）水体自净的概念 （2）水体自净原理 （3）自净过程中溶解氧的变化规律 （4）水体自净过程的特征 （5）衡量水体自净的指标有哪些 （6）不同水体自净的特点 （7）提高水体自净能力的措施
➢ 根据指示生物的不同，污化系统中的污化带分为 多污带、-中污带、-中污带和寡污带。
多污带
• 靠近排污点下游，河水深暗、浑浊，含大量有机 物，BOD高，呈缺氧或厌氧状态，污染严重。有 机物分解产生H2S、NH3，使河水有异味。
• 水生生物种类极少，以厌氧和兼性厌氧微生物为 主，无鱼类、显花植物等。
河流污染和自净过程图
污
水
自净
污化系统及其指示生物
➢ 污化系统 (也称有机污染系统)是根据水体有机物 污染程度的不同，对水体的一种分类法。当有机 污染物排入河流，在其下游河段的自净过程中， 形成一系列污化带。
➢ 因各种水生生物需要不同的生存条件，故在各个 带中可找到不同的代表性指示生物，这些指示生 物包括细菌、真菌、藻类、原生动物等微生物， 以及轮虫、浮游甲壳动物、鱼类及底栖动物等。
有机物氧化分解好氧过程
化学自净（化学、物理化学和生物化 学）
• 酸碱反应：（1）某些元素在酸性环境中 形成易溶化合物，随水流动迁移而稀释； （2）有些在中性和碱性环境中形成难容 的氢氧化物而沉降。
生物自净
• 水中微生物在溶解氧充分的情况下，将 一部分有机污染物当作食饵消耗，同时 将另一部分有机污染物氧化分解成无害 的简单无机物。
• 代表性生物：藻类的水花束丝藻、变异直链硅 藻、短棘盘星藻、舟形藻、梭裸藻 ；原生动 物的草履虫、聚缩虫；微型后生动物的腔轮虫、 水蚤。
盘星藻
舟形藻
草履虫
大型蚤
寡污带
• 河流自净作用完成，有机物完全分解为无机物， BOD 极低，溶解氧恢复正常，基本不含H2S，CO2 含量较低，氮元素全部氧化为NO3-。
• BIP =（无叶绿素的微生物数量）÷ （全部微生物数量）≈H/（P+H）×100%
溶解氧
溶解于水中的分子态氧称为溶解氧，它是 水生生物主要的生存条件之一。天然水中溶解 氧的含量与大气压力、空气中氧的分压和水温 等因素密切相关。大气压力减小，溶解氧量也 减小。温度升高，溶解氧量也显著下降。水中 含盐量增加，也会使溶解氧量降低。表1列出在 101.3Kp的大气压力下，空气中氧含量20.9%时， 氧在水中的溶解度。
表1 不同温度下氧在水中的溶解度
温度℃
溶解氧mg/L
0
14.6
5
12.8
10
11.3
15
10.2
20
9.2
25
8.4
30
7.6
溶解氧可以用溶解氧测定仪随时测定并迅速地 得出结果。
2.6.5 不同水体的自净特点
• 河流水体的自净特点： （1）流动的河水有利于污染物的稀释、迁移 （2）河水流动使水中的溶解氧含量较高 （3）河水的沉淀作用较差 （4）河流的汇合口附近不利于污染物的排泄 （5）河流的自净作用受人类活动的干扰和自然
• 代表性的指示生物是细菌，且种类多、数量大， 每ml水中可达几亿个，例如硫酸盐还原菌与产甲 烷菌等，此外还有颤蚯蚓、蚊蝇幼虫。
α-中污带
• 在多污带下游，有机物量略减少，BOD下 降，河水依然灰暗，溶解氧低，水面上可 有浮沫和浮泥。生物种类增加，细菌数减 少，但每毫升仍有几千万个。
• 代表性的指示生物举例如下：天蓝喇叭虫、 椎尾水轮虫、栉虾、独缩虫、颤藻、小球 藻等。
• 水生动植物将一些有毒物质累积代谢， 转化成低毒污染物
生物自净
• 影响生物自净作用的关键是：溶解氧的 含量和有机物的性质、浓度及水生生物 （尤其是微生物）的种类、数量等。
2.6.2 水体自净的分类
• 按照发生场所分为：水中的自净作用； 水与大气间的自净作用；水与水底间的 自净作用；底质中的自净作用
天蓝喇叭虫 椎尾水轮虫
栉虾 螅状独缩虫
颤藻
小球藻
-中污带
• 光合微生物和绿色浮游生物大量出现，水中溶 解氧升高，有机质含量少，BOD很低，悬浮物 进一步减少，有机氮已转变为NH4+、NO2-和NO3，CO2与H2S含量减少。
-中污带
• 细菌数量减少，藻类大量繁殖，轮虫、甲壳动 物和昆虫增加，生根的植物、鱼类出现。
（1）稀释、扩散与混合 （2）吸附、沉淀和挥发等
化学自净（化学、物理化学和生物化 学）
• 氧化还原反应是化学净化的重要作用,溶
解氧与水中的污染物将发生氧化反应，
生成难溶物而沉降析出。如Fe盐氧化。
Fe+ O2 Fe3+
Fe(OH)3
• 还原作用: 如Cr6+ 还原为Cr3+
化学自净（化学、物理化学和生物化 学）
以及土壤颗粒表面的吸附作用 （2）生物方面：土壤表层微生物的分解作用 （3）化学方面：化学反应的沉淀作用和土壤颗
粒表面的例子交换作用
2.6.5 不同水体的自净特点
• 河口水的自净特点： 双向流动、絮凝吸附、离子交换作用强
2.6.6 影响水体自净的主要因素
（1）污染物质的种类、性质与浓度 （2）水体的水情要素 （3）水生生物 （4）周围环境
污染前 污染 净化开始 持续 结束
• 外观:无色 暗灰色 灰色 继续变清 无色
• 澄清透明 很混浊、臭 混浊 浊度下降 澄清透明
•
水面有泡沫 泡沫减少
P/H指数
• P:光能自养型生物数量 • H:代表异养型微生物数量 • P/H指数就是两者的比值， • P/H指数反映水体污染和自净程度
BIP指数
条件的变化影响较大
2.6.5 不同水体的自净特点
• 湖泊、水库水体的自净特点： （1）沉淀自净作用强 （2）随季节性变化的水温分层影响自净 （3）水中溶解氧随水深变化明显 （4）湖泊、水库水体污染后难以恢复
2.6.5 不同水体的自净特点
• 地下水的自净特点： （1）物理方面：土壤和岩石空隙的过滤作用，
征
⑦有毒的污染物，可使水中生物种群和数量大为减少，随着自净过程，生物种群和数量逐渐回升，趋于正常。
2.6.4 衡量水体污染与自净的指标
提问：用什么指标可 以衡量河段水体污染
•
水体外观、化学指 标、溶解氧等
与自净所处的阶段?
山东小清河
水体外观
• 外观特征：混浊程度、颜色及气味等 • 原因：水中细菌种类数量、悬浮物种类数量
2.6.7 提高水体自净能力的主要措施
（1）养殖有净化能力和抗污能力的水生动植物 （2）修建曝气设施，进行人工增氧，提高水体的自
净能力 （3）调水进行稀释，提高水体自净能力和改善水质 （4）利用当地野生物种，恢复河岸、湖岸的水生植被 （5）采用石料与透水混凝土联锁块作为河湖护岸 （6）提升整个水体流动动力，加快水体交换
2.6.3 水体的自净过程
a.污水排入河流的混合过程 b.持久污染物的物理自净 c.非持久污染物物理、化学自净 d.非持久性污染物的生物自净
污水排入河流的混合过程
(1)竖向混合阶段 污染物排入河流后因分子扩散、湍流扩散和弥散作用逐步向 河水中分散，从排放口到深度上达到浓度分布均匀。 (2)横向混合阶段 当深度上达到浓度分布均匀后，在横向上还存在混合过程。 经过一定距离后污染物在整个横断面达到浓度分布均匀。 (3)断面充分混合后阶段 在横向混合阶段后，污染物浓度在横断面上处处相等。河水 向下游流动的过程中，持久性污染物浓度将不再变化，非持 久性污染物浓度将不断减、 玫瑰旋轮虫及其它藻类，钟虫、旋轮虫、水生 植物与鱼类等。
①浓度逐渐降低；
水
②毒性降低；
体
自 ③重金属可沉淀至底泥或进入食物链；
净
过 ④复杂有机物分解为二氧化碳和水；
程
⑤不稳定的转变为稳定的化合物；
的
特 ⑥初期，水中溶解氧含量急剧降低，到达最低点后又缓慢上升，并逐渐恢复正常；
第二章 水体污染与污染源之
水体自净
水体自净的概念
水体自净是指污染物进入天然水体后， 通过一系列物理、化学和生物因素的共同 作用，污染物质的总量减少或浓度降低， 使曾受污染的天然水体部分或完全的恢复 原状。
2.6.1 水体自净的原理
（1）物理自净 （2）化学、物化和生化自净 （3）生物自净
物理自净