环境学概论 第三章水体环境

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二. 河流水体中污染物扩散的稳态解(P78)
稳态:污染物在水体某一空间位置的浓度不随时间变化的状态
条件:河流水体处于稳定流动状态、污染源连续稳定排放。
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三. 河流水质模型(Water Quality Model)
水质模型:描述不同水体水质变化规律的数学模型 意 义:预测、预报水体的污染趋向,研究水体污染 的特征及水体环境的自净能力。
来源:生活污水、食品加工和造纸等工业废水 危害:耗氧,使水质恶化 耗氧有机物:有机物的共同特点是,直接进入水体后,通过微生
物的生物化学作用而分解为简单的无机物质二氧化碳和水,
在分解过程中需要消耗水中的溶解氧,在缺氧条件下就发生 腐败分解、恶化水质,故称其为~。 常用的有机物污染指标: A 化学耗氧量(COD: Chemical Oxygen Demand) COD:又称化学需氧量。指在规定条件下,使水样中能被 氧化的物质氧化所需耗用氧化剂(酸性重铬酸钾)的量,以每 16 升水消耗氧的毫克数表示。
式中:O——河水中的溶解氧值; Os——饱和溶解氧值。 该式称为S—P 氧垂公式 根据该式可绘制溶解氧沿 程变化曲线即氧垂曲线 临界氧亏点(DC):溶解 氧浓度最低的点
式中:Dc——临界氧亏值; tc——由起始点到达临 界点的流行时间。
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第三节
污染物在水体中的转化
基本反应包括
一. 水体中耗氧有机物降解
3.水资源的特性(与其它自然资源相比)
A B C D 资源的循环性 储量的有限性 分布的不均衡性 利用的多用性
E
利害的两重性(图)
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4.地球上局部存在水荒的原因
A B C 淡水在地球上的分布极不平衡 城市、工业区高度集中,耗水量大。 水污染严重,“水质型缺水” 突出。(图A) (图B)
二.天然水的水质 1.天然水化学成份的形成 2.天然水的化学组成 3.各种类型的天然水质 4.天然水体的自净作用
第三章 水体环境
主要内容

第一节
水体环境概述


第二节
第三节
污染物在水体中的扩散
污染物在水体中的转化


第四节
水环境污染控制及管理
补充:海洋油污染
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第一节
水体环境概述
一. 天然水在环境中的循环 二. 天然水的水质 三. 水体的概念和水体污染 四. 水体污染源和污染物
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第一节 水体环境概述
一. 天然水在环境中的循环
1.有机物生物化学分解 ①水解反应:指复杂的有机物分子与水电离出的H+或OH-
结合生成较简单化合物的反应。
②氧化反应:包括脱氢作用和脱羧作用两类 2.耗氧有机物的生物降解
代表性有机物:碳水化合物;脂肪和油类;蛋白质 (1)碳水化合物
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(2)脂肪和油类
(3)蛋白质
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需氧有机物降解的共同规律是:首先在细胞体外发生水解, 然后在细胞内部继续水解和氧化。降解的后期产物都是生成各 种有机酸,在有氧条件下,可以继续分解,其最终产物是CO2、 H2O及NO3-等;在缺氧条件下则进行反硝化、酸性发酵等过程, 其最终产物除CO2、H2O外,还有NH3、有机酸、醇等。 2.耗氧有机物降解与溶解氧的平衡 在污染河流中耗氧作用和复氧作用影响着水中溶解氧的含量 耗氧作用:指有机物分解和有机体呼吸时耗氧,使水中溶解
C 总有机碳量(TOC: Total Organic Carbon): TOC:水中溶解性和悬浮性有机物中存在的全部碳量,是评 价水体需氧有机物的一个综合指标。其测定结果以C含
量表示,单位为mg/L。
D 总需氧量(TOD: Total Oxygen Demand) TOD:水中的有机物完全被氧化时的需氧量。 (4) 有机有毒物质(酚类,农药,PAH,PCB,洗涤剂,石油等) 来源:石油化学工业的合成生产过程及其产品的使用过程中
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2.主要污染物
按释放的污染种类可分为物理、化学、生物等几方面(表)
*物理类
(1)颜色:可以说明水中污染物的含量;纺织、印染、染料、 造纸等废水排入水体后,可使水色变得极为复杂。 (2)浊度:由胶体或细小的悬浮物引起;生活污水中铁和锰的 氢氧化物引起的浊度十分有害。 (3)温度:因工业废水的排放引起天然水体温度上升,严重
COD和高锰酸盐指数的区别:
二者均为常用的描述废水中化学耗氧量的指标。其中,以 高锰酸钾溶液为氧化剂测得的化学耗氧量,新环境水质标准称 为高锰酸盐指数 CODMn ,而仅将酸性重铬酸钾法测得的值称为 COD,通常记为CODCr
B 生化需氧量(BOD: Biochemical Oxygen Demand)
A B C 物理净化 化学及物理化学净化 生物化学净化
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三、水体的概念和水体污染 1.水体:指以相对稳定的陆地为边界的天然水域 2.水体分类 按类型分
海洋水体
陆地水体 地表水体
地下水体
按区域分:某一具体的被水覆盖的地段 3.水体与水质的区别 水质(water quality):指水相的质量
水体(water bodies) :在环境学中是一体系。不仅包括 水,也包括水中的悬浮物、溶解物、水生生物和底泥。 7 即为液相和固相的混合体。
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二.水体富营养化过程
1.水体富营养化概述 (1)定义 营养化(Eutropbication)是一种氮、磷等植物营养物质 含量过多所引起的水质污染现象。 水体富营养化:由于水体中氮、磷等营养物质的富集,引 起藻类及其他浮游生物迅速繁殖,水体溶解氧量下降,使鱼类 或其他生物大量死亡,水质恶化的现象。(图)(表3-8)
排放的污水
危害:比较稳定,不易被微生物分解 ;
都有害于人类健康,但危害程度和作用方式不同。
危害最大的有源自文库类:有机氯化合物和多环有机化合物
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*生物类(细菌、病毒、原生动物、寄生蠕虫等)
来源:城市生活污水、医院污水或污水处理厂排水 危害:通过多种途径进入人体,并在体内生存,一旦 条件适合,就会引起人体疾病。
A来源:生活中各种洗涤水 B特点: 主要是城市生活污水;
杂质很多,以N、P、S为主;
一般呈弱碱性,PH值约7.2-7.8 C污染效应: 引起水体富营养化
③农业退水(Agricultural wastewater)
A来源:牲畜粪便、农药、化肥
B特点:农药、化肥、有机质含量高
C污染效应:水体富营养化;农药污染
增加水中无机盐类的浓度和水的硬度
B 氮、磷等植物营养物质 来源:生活污水;工业废水;施用磷肥、氮肥的农田排水 危害:引起 水体富营养化
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(2) 无机有毒物质 A 重金属毒性物质 (汞、镉、铅、铬、铜、砷 ) 来源:化石燃料的燃烧、采矿和冶炼 危害:使各种酶失去活性;
不能被微生物降解,易富集。
(2)含磷化合物在水体中的转化(底质循环—动态的稳定体系) 多以难溶沉积物的形式沉积于底泥中 3.氮、磷污染与水体富营养化 P92 斯塔姆(Stumm) 得出:水体富营养化的形成,主要取决于
BOD:指在好气条件下,微生物分解水体中有机物质的生物 化学过程中所需溶解氧的量。 微生物降解有机物通常分为两个阶段: 碳化阶段:有机物被转化为无机物CO2,H2O和NH3等; 硝化阶段:NH3进一步被转化为HNO2和HNO3 目前国内外都以5天作为测定BOD的标准时间,简称5日生 化需氧量,记作BOD5 ,BOD5约等于BOD20的70%。 17
B 非重金属的无机毒性物质 (氰化物 、氟化物) 来源:氰化物—电镀废水、焦炉和高炉的煤气洗涤水 , 含氰废水,金银选矿废水;氟化物—电镀加工含氟 废水和含氟废气洗涤水。 危害:氰化物可抑制细胞呼吸;氟化物可引起氟斑牙, 氟骨症,损害肾脏等
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(3)有机无毒物(需氧有机物):碳水化合物、蛋白质、脂肪等
A 污染程度随径流量变化
B 污染扩散快
② 湖泊污染(图)
A 污染来源广、途径多、种类复杂
B 污染稀释和搬运能力弱
C 污染影响大
C 生物降解和累积能力强
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(2)地下水污染特征(图)
A 污染来源广泛(图) B 污染难于治理 C 污染危害严重(图)
(3)海洋污染特征 (图)
A 污染源多而复杂
B 污染持续性强 C 污染扩散范围大
两种类型:①简单的一级衰变模型,如BOD的衰变;
②衰变和恢复相结合的水质模型,如DO在水体中
的平衡过程
S—P模型:描述一维稳态河流中的BOD—DO的变化规律。
基本假设:河流中的BOD的衰减和溶解氧的复氧都是一级反
应,反应速度是定常的;河流中的耗氧是由BOD衰减引
起的,而河流中的溶解氧来源则是大气复氧。
的可形成热污染(thermal pollution )。
(4)悬浮固体:指水体中胶体或细小的悬浮固体;可降低水体 的透明度和藻类的光合作用,限制水生生物的正常运动, 减缓水底活性,导致水体底部缺氧,使水体同化能力降低。
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*化学类
(1) 无机无毒物质 A 酸、碱及一般无机盐类 来源:酸来自矿山排水,工业废水及酸雨;碱来自碱法造纸, 制碱,制革及炼油等工业废水;酸碱废水相互中和并与 地表物质反应会产生各种无机盐类污染。 危害:水体PH值发生变化;
河流-“水华”
(2)类型:
海洋-“赤潮”
天然富营养化——湖泊的自然消亡;历时漫长 人为富营养化——时间短;营养物质主要来自城市
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2.植物营养物氮、磷在水体中的转化 (1)含氮化合物在水体中的转化 (完全循环)
有机氮转化:氨化过程+硝化过程;反硝化过程(缺氧) NH3
NO3NO2N2
N2 O
氧降低;
复氧作用:也称再曝气作用,指空气中的氧溶于水和水生植 物的光合作用放出氧,使水中溶解氧增加。
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被生活污水污染的河流中BOD和DO相互关系模式图
说明:受到有机物污染的水体,其DO含量变化过程 由有机污染物的降解过程所控制 28
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3.耗氧有机物对水体的危害 主要是对渔业水产资源的破坏 ①导致水体缺氧,局部水域水质恶化; ②含氮有机物可能导致水体富营养化。
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S—P模型是关于BOD和DO的耦和模型,可以写作:
式中:L——河水中BOD值; D——河水中的氧亏值; Kd——河水中BOD衰减(耗氧)速度常数; Ka——河水中复氧速度常数; t——河段内河水的流行时间。
上式的解析解为:
式中:L0——河流起始点的BOD值; D0——河流起始点的氧亏值。
该式表示河流水中的氧亏变化规律。如果以河流的溶 23 解氧来表示,则:
1.水循环的环境意义
降水-------大气净化 径流------地面净化
净化作用
负面作用
酸雨------腐蚀地面、污染水体、土壤
冲刷、侵蚀------水土流失
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2.水资源(water resources)的定义 :
水资源:可以利用或有可能被利用的水源,具有足够的数量和
可用的质量,并能在某一点为满足某种用途而可用。 ——《水资源评价活动----国家评价手册》 水资源:是指地球表层中可供人类利用并逐年得到更新的那 部分水量。
4.水体污染(Pollution of water bodies):
是指排入水体的污染物含量超过了水体的自净能力,导致水 体的物理、化学和生物特征发生不良变化,从而影响水的有效利 用、危害人体健康、破坏生态环境,造成水质恶化的现象。(图)
5.水体污染的特征 (1)地表水污染特征
① 河流污染(图)
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四、水体污染源和污染物
1.水体污染源(根据不同的方法有不同的分类)
点污染源 按照 水 污 染源的 分 布 特 征: 面污染源 扩散污染源 地面水污染源 按 受 污 染 的 水 体: 地下水污染源 海洋污染源 物理性污染源 按污染源释放的有害 物质种类: 化学性污染源
生物性污染源
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按造成水体污 染的原因
自然污染源 人为污染源 工业废水 (点源) 生活污水 (点源) 农业退水 (面源)
①工业废水(Industrial wastewater)
A B 来源:工业企业在生产过程中排出的废水(表) 特点:量大、面广;
成份复杂、毒性大;
不易净化、难处理 C 污染效应(耗氧、有毒)
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②生活污水(Domestic wastewater)
*放射性类
来源:核武器试验;原子能工业排放或泄漏 。 危害:主要通过α、β、γ等射线损害人体组织,并可在人
体内蓄积,促成贫血、白血球增生、恶性肿瘤等病
症,严重的可导致生命危险。
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第二节
污染物在水体中的扩散
一. 污染物在水体中的运动特征
1.推流迁移:指污染物在水流作用下产生的迁移作用 此过程中污染物质总量不变,浓度也不变 2.分散作用:包含分子扩散、湍流扩散和弥散三个方面。 此过程中污染物质总量不变,但浓度减小 3.污染物的衰减和转化 进入水环境中的污染物可以分为两大类: 保守物质和非保守物质 此过程中污染物质总量与浓度均发生变化
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