第三章 水體環(huán)境

第三章水體環(huán)境地球上的水水圈：海洋、陸地、大氣中固態(tài)水、液態(tài)水、氣態(tài)水構(gòu)成的一個大體連續(xù)、相互作用又相互不斷交換的圈層。第一節(jié)

水體環(huán)境概述水的分布水的循環(huán)1.水的自然循環(huán)2.水的社會循環(huán)抽提處理河流、湖泊生產(chǎn)、生活給水系統(tǒng)排水系統(tǒng)人與水的關(guān)系－水的用途1、生活用水2、生產(chǎn)用水3、生態(tài)用水農(nóng)業(yè)用水工業(yè)用水維持人的生命活動及衛(wèi)生需求。分為城鎮(zhèn)生活用水和農(nóng)村生活用水兩類。維系生態(tài)系統(tǒng)平衡與發(fā)展所需消耗的水量 天然水的化學(xué)組成是多種多樣的,它沒有統(tǒng)一的化學(xué)組成.不同水體及不同的環(huán)境條件下形成的天然水其化學(xué)組成和含量的差別是很大的。

①溶解氣體：進(jìn)一步劃分為主要?dú)怏w和微量氣體 ②溶解性物質(zhì)：再細(xì)分為主要離子/微量元素/生源物質(zhì) ③膠體物質(zhì)：又分為無機(jī)膠體和有機(jī)膠體 ④懸浮物質(zhì)：根據(jù)物質(zhì)性質(zhì)分細(xì)菌/藻類及原生動物/泥沙/粘土和其他不溶物質(zhì).水的化學(xué)組成１.大氣降水雜質(zhì)較少礦化度很低的軟水.各種類型天然水水質(zhì)各種類型天然水水質(zhì)2、河水（1）河水的礦化度普遍低（一般小于1g/L）（2）河水中各種離子的含量差異很大 八大離子含量順序： HCO3-＞SO42-＞Cl-＞NO3-；Ca2+＞Na+＞Mg2+＞K+（3）河水化學(xué)組成的空間分布有差異性（4）河水化學(xué)組成的時間變化明顯3、湖水

(1)湖水的礦化度差異大

(2)湖中生物作用強(qiáng)烈

(3)湖水交替緩慢，深水湖心分層性4、地下水的化學(xué)性質(zhì)（1）地殼中所有元素，地下水中都有（2）水的礦化度變化程度大，從淡水直到鹽水。（3）地下水的化學(xué)成分的時間變化極為緩慢，常需以地質(zhì)年代衡量。水質(zhì)指標(biāo)物理性水質(zhì)指標(biāo)感官物理性狀指標(biāo)：溫度、色度、嗅和味、混濁度、透明度等其他物理性狀指標(biāo)：總固體、懸浮固體、溶解固體、電導(dǎo)率等化學(xué)性水質(zhì)指標(biāo)一般的化學(xué)性水質(zhì)指標(biāo)：pH、硬度、各種陰陽離子、總含鹽量等有毒的化學(xué)性水質(zhì)指標(biāo)：重金屬、氰化物、多環(huán)芳烴、各種農(nóng)藥等。有關(guān)氧平衡的水質(zhì)指標(biāo)：DO、BOD、COD、TOC等生物性水質(zhì)指標(biāo)：細(xì)菌總數(shù)、總大腸菌群數(shù)、各種病原細(xì)菌、病毒等。水體污染的概念.主要是人類生產(chǎn)和生活活動造成的。水體自凈：水體有消納一定量污染物質(zhì)，使自身質(zhì)量保持潔凈的能力。 水體自凈過程十分復(fù)雜，包括物理過程，如稀釋、擴(kuò)散、揮發(fā)沉淀等；化學(xué)和物理化學(xué)過程，如氧化、還原、吸附、凝聚、中和等；生物和生物化學(xué)過程，如微生物對有機(jī)物分解代謝，不同生物群體相互作用等。水體污染和水體自凈水環(huán)境容量：一定水體的所能容納污染物的最大負(fù)荷?？捎孟卤硎荆?/p>

W=V(cs-cb)+c

上式中，W--水環(huán)境容量；V--水體體積，m3；cs--水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，mg.L-1；cb--背景值，mg.L-1；c--水體對該污染物的自凈能力，g。 概念:

1.水體一般是指河流、湖泊、沼澤、水庫、地下水、冰川、海洋等地表貯水體中的水本身及水體中的懸浮物、溶解物質(zhì)、底泥,甚至還包括水生生物等

2.在環(huán)境污染的研究中,將水與水環(huán)境(水體)加以區(qū)別是十分重要的。

3.水體污染：

水體概念及水體污染2000年3月上旬，數(shù)千條死魚漂在巴西里約熱內(nèi)盧的一個湖面上。一只因超負(fù)荷而破裂的污水管中流淌出來的污水是殺死魚兒的元兇。水體污染源與污染物（一）水體污染物的來源

自然污染源：

人為污染源：工業(yè)廢水；生活污水； 農(nóng)業(yè)退水

廢水中污染物濃度大廢水成分復(fù)雜且不易凈化帶有顏色或異味廢水水量和水質(zhì)變化大工業(yè)廢水生活污水

主要來自家庭、商業(yè)、學(xué)校、旅游服務(wù)業(yè)及其他城市公用設(shè)施，包括廁所沖洗水、廚房洗滌水、洗衣機(jī)排水、沐浴排水及其他排水等。生活污水中99.9%是水，固體物不到0.1%大量合成洗滌劑農(nóng)業(yè)退水主要指農(nóng)作物栽培、牲畜飼養(yǎng)、食品加工等過程中排出的污水和液態(tài)廢物。過量施加化肥和農(nóng)藥是水體污染的主要方面。(二)水體中的主要污染物及其影響無機(jī)無毒物:酸、堿及一般無機(jī)鹽無機(jī)有毒物:重金屬和氰化物、氟化物有機(jī)無毒物:碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)等；有機(jī)有毒物:苯酚、多環(huán)芳香烴生物污染物：細(xì)菌、病毒、原生生物、寄生蠕蟲放射性物質(zhì)：（１）酸堿及一般無機(jī)鹽類改變水體的PH值植物營養(yǎng)物引起水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象水體富營養(yǎng)化是由于水體中氮、磷等植物營養(yǎng)物質(zhì)的富集，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧量下降，使魚類或其他生物大量死亡、水質(zhì)惡化的現(xiàn)象。富營養(yǎng)化顯著的危害：一是促使湖泊老化；二是破壞水產(chǎn)資源；三是危害水源，硝酸鹽、亞硝酸鹽對人、畜有害。水體出現(xiàn)富營養(yǎng)化時，大量繁殖的浮游生物往往會使水面呈現(xiàn)紅色、棕色、藍(lán)色等各種顏色，這種現(xiàn)象發(fā)生在海域稱為“赤潮”，發(fā)生在江河湖泊中則叫“水華”。（2）無機(jī)有毒物質(zhì)重金屬一般認(rèn)為金屬的比重大于5者為重金屬。重金屬在環(huán)境中的特征：①重金屬是構(gòu)成地殼的元素，在自然界具有非常廣泛的分布。②重金屬作為有色金屬，在人類的生產(chǎn)和生活中有著廣泛的應(yīng)用，各種各樣的重金屬污染源由此而存在于環(huán)境中。重金屬污染③重金屬大多屬于過渡性元素，在自然環(huán)境中具有不同的價態(tài)、活性和毒性效應(yīng)。④重金屬的危害特點(diǎn)：第一，毒性效應(yīng)。第二，生物不能降解，卻能將某些重金屬轉(zhuǎn)化為毒性更強(qiáng)的金屬有機(jī)化合物。第三，食物鏈的生物富集放大作用；第四，通過各種途徑進(jìn)入人體，并積蓄在某些器官中，造成慢性中毒。氰化物污染(1)水體中氰化物的來源主要源于工業(yè)企業(yè)排放的含氰廢水，焦?fàn)t和高爐的煤氣洗滌水中碳與氨或甲烷與氨化合物生成氰化物(2)氰化物污染的危害 劇毒物質(zhì)，大多數(shù)氰的衍生物毒性更強(qiáng)，在體內(nèi)產(chǎn)生氰化氫,使細(xì)胞呼吸受到麻痹引起窒息死亡。天然水中的含氰廢水，對魚類的生存威脅較大.許多國家規(guī)定飲用水標(biāo)準(zhǔn)是0.01mg/L，世界衛(wèi)生組織訂出魚的中毒限量為游離氰0.03mg/L。（３）耗氧有機(jī)物①概念:②有機(jī)物質(zhì)好氧(氣)性分解反應(yīng)方程式一般形式可記為:有機(jī)物質(zhì)+細(xì)菌+O2→CO2+H2O+新的細(xì)菌細(xì)胞③危害：大量消耗水中的溶解氧溶解氧（DO）溶于水中自由狀態(tài)氧分子的量。

水體中溶解氧減少有三個方面：一是耗氧有機(jī)污染物在降解時，耗氧；二是生物呼吸過程吸收氧。

氧補(bǔ)給=消耗：水體中溶解氧處于平衡，屬正常狀態(tài)。氧補(bǔ)給>消耗：水體中溶解氧呈飽和狀態(tài)。氧補(bǔ)給<消耗：水體缺氧，水質(zhì)處于惡化狀態(tài)。水質(zhì)變化表現(xiàn)為:水體能見度下降水體發(fā)黑、發(fā)臭有氣體從水中冒出水體表面有浮渣④常用的有機(jī)物污染指標(biāo)

a.化學(xué)需氧量(簡稱COD) 是指用化學(xué)氧化劑氧化水中有機(jī)污染物時所需的氧量。 測量方法：重鉻酸鉀作為氧化劑和高錳酸鉀作為氧化劑 b.生化需氧量(簡稱BOD) 表示水中有機(jī)污染物全部經(jīng)微生物分解所需的氧量。（以毫克/升為單位） c.總有機(jī)碳(簡稱TOC)包括水體中所有有機(jī)污染物的含碳量.將水樣在高溫下燃燒,有機(jī)碳即氧化成CO2,測量所產(chǎn)生的CO2的量,便可求得水樣的總有機(jī)碳,單位以碳的mg/l表示.

d.總需氧量(簡稱TOD) 有機(jī)物中除含有碳外，還含有氫、氮、硫等元素當(dāng)有機(jī)物全部被氧化時，碳被氧化為二氧化碳，氫、氮及硫則被氧化為水、一氧化氮、二氧化硫等，此時需氧量稱為總需氧量。

一條假定的被污染河流中生化需氧量和溶解氧的變化曲線

溶解氧耗氧復(fù)氧BOD

清潔區(qū)水質(zhì)惡化區(qū)恢復(fù)區(qū)清潔區(qū)

-39-1901939587797ppm2610141821012345678910（日）116135154174（公里）橫坐標(biāo)從左至右表示河流的流向和距離（流經(jīng)的距離以公里計(jì)，流經(jīng)的時間以日計(jì)）?？v坐標(biāo)表示溶解氧和生化需氧量的濃度，單位是ppm。將污水排入河流處定為基點(diǎn)O，向上游去的距離取負(fù)值，向下游去的距離取正值。污水源于四萬人口的小城市的下水道。由BOD曲線可以看出：在上游未受污染的區(qū)域，BOD很低，在0點(diǎn)有污水注入后，BOD急劇上升。由此向下，隨著分解作用的進(jìn)行，BOD逐漸降低，慢慢恢復(fù)到污水注入前的水平。

由溶解氧曲線可以看出：溶解氧與BOD有非常密切的關(guān)系。在污水未注入前，河水中溶解氧很高，污水注入后因分解作用耗氧，溶解氧從0點(diǎn)開始向下游逐漸降低，從0點(diǎn)流下2.5日，降至最低點(diǎn)。以后又回升，最后恢復(fù)到近于污水注入前的狀態(tài)。在污染河流中溶解氧曲線呈下垂?fàn)睿Q為溶解氧下垂曲線。根據(jù)BOD和DO曲線，可以把該河劃分為污水注入前的清潔水區(qū)，注入后的水質(zhì)惡化區(qū)、恢復(fù)區(qū)和恢復(fù)后的清潔水區(qū)。在污染河段兩組作用影響著水中溶解氧的含量:一組作用使水中溶解氧含量降低，即有機(jī)污染物分解作用耗氧和有機(jī)體呼吸作用耗氧，這一組作用簡稱耗氧作用；

另一組作用使水中富集氧，如空氣中的氧溶于水，水生植物的光合作用放出氧等。空氣氧溶于水的作用簡稱為曝氣作用（復(fù)氧作用）。油類物質(zhì)及危害油類物質(zhì)及危害(1)水體中油類污染物的來源 a船舶造成的油污染 b工業(yè)造成的油污染 c海上石油開采造成的油污染 d大氣石油烴的沉降(2)油污染的危害2002年11月16日，“威望”號油輪泄漏的燃油漂浮在西班牙西北方的海面，西班牙加利西亞地區(qū)在世界上享有盛名的度假海灘遭受著威脅。載有7.7萬噸燃油的“威望”號油輪發(fā)生的泄漏事故成為當(dāng)年最重大的環(huán)境災(zāi)難。

2002年11月18日，一只滿身油污的海鷗在西班牙北部拉科魯尼亞接受全身清理。①油膜覆蓋海面阻礙海水的蒸發(fā)，影響大氣和海洋的熱交換，改變海面的反射率和減少進(jìn)入海洋表層的日光輻射，對局部地區(qū)的水文氣象條件將產(chǎn)生一定的影響。②大面積油膜的長期存在，將減少進(jìn)入海水的氧的數(shù)量，從而降低海洋的自凈能力。③海洋石油污染的最大危害是對海洋生物的影響。（４）有機(jī)有毒物質(zhì)

酚類污染物及危害(1)水體中酚的來源主要來源于工業(yè)企業(yè)排放的含酚廢水，由于各行業(yè)生產(chǎn)的原料、工藝、產(chǎn)品等不同，其含酚廢水的水量、成分、性質(zhì)以及污染程度都有較大差別。(2)酚污染的危害①水體遭受酚污染后嚴(yán)重影響水產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量。②酚的毒性可大大抑制水微生物的自然生長速度，有時甚至使其停止生長。 當(dāng)濃度為0.1~0.2mg/L時，魚肉有酚味，濃度高時引起魚類的大量死亡甚至絕跡。含酚溶液或廢水對魚的致死濃度臭味感覺濃度含酚溶液或廢水對魚的致死濃度臭味感覺濃度酚甲酚苯二甲酚鄰苯二酚間苯二酚對苯二酚a-萘酚5~2010~155~105~15350.22~415~25101~520000.5酚(在污水中)氯苯酚焦油與煤氣混合含酚水焦油廢水煤氣廢水酚(在污染河流中)3~510~203~550.05~5.00.078~0.250.10.10.02~0.10.1__水體中酚及其衍生物濃度對魚的毒害(mg/L)污染類型化學(xué)性污染酸堿污染重金屬污染需氧性有機(jī)物污染營養(yǎng)物質(zhì)污染有機(jī)毒物污染物理性污染懸浮物污染熱污染放射性污染生物性污染：主要指致病及病毒的污染。生活污水，特別是醫(yī)院污水，往往帶有一些病原微生物，如傷寒、霍亂、細(xì)菌性痢疾的病原菌等。這些污水流入水體后，將對人類健康及生命安全造成極大威脅。第二節(jié)污染物在水體中的擴(kuò)散一.污染物在水體中的運(yùn)動特征（一）推流遷移:

只是位置發(fā)生改變，并不降低濃度.（二)分散作用

向周圍擴(kuò)散而降低濃度（三）污染物的衰減和轉(zhuǎn)化 保守物質(zhì)：重金屬.很多高分子有機(jī)化合物，不會降解.應(yīng)嚴(yán)格控制排放 非保守物質(zhì)：可降解而加速濃度的下降.二.河流水體中污染物擴(kuò)散的穩(wěn)態(tài)解（一）一維模型（二）二維模型三．河流水質(zhì)模型水質(zhì)模型（waterqualitymodel）根據(jù)物質(zhì)守恒原理用數(shù)學(xué)的語言和方法描述參加水循環(huán)的水體中水質(zhì)組分所發(fā)生的物理、化學(xué)、生物化學(xué)和生態(tài)學(xué)諸方面的變化、內(nèi)在規(guī)律和相互關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。

研究水質(zhì)模型的目的主要是為了描述環(huán)境污染物在水中的運(yùn)動和遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，為水資源保護(hù)服務(wù)。它可用于實(shí)現(xiàn)水質(zhì)模擬和評價，進(jìn)行水質(zhì)預(yù)報(bào)和預(yù)測，制訂污染物排放標(biāo)準(zhǔn)和水質(zhì)規(guī)劃以及進(jìn)行水域的水質(zhì)管理等，是實(shí)現(xiàn)水污染控制的有力工具。

最早的水質(zhì)模型是于1925年在美國俄亥俄河上開發(fā)的斯特里特－菲爾普斯模型。它是一個DO－BOD模型。第三節(jié)污染物在水環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化 通過降解作用實(shí)現(xiàn)有機(jī)碳由低價向高價的轉(zhuǎn)變，使有機(jī)物的構(gòu)造趨于簡單，分子量逐漸降低。 各種有機(jī)物都能被氧化，但被氧化的難易程度卻有很大差別，這是由有機(jī)物本身的特性決定的。 有機(jī)物的氧化還原反應(yīng)的判斷： 對有機(jī)物凡加氧去氫的反應(yīng)稱為氧化，而加氫去氧的反應(yīng)稱為還原。耗氧有機(jī)物的生物化學(xué)分解有機(jī)物生物化學(xué)分解基本反應(yīng)可分為兩大類。（1）水解反應(yīng)：（2）氧化反應(yīng)：①脫氫作用又可分兩種。一種是從—CHOH—基團(tuán)脫氫，一種是從—CH2CH2—基團(tuán)脫氫②脫羧作用:這是生物氧化中產(chǎn)生CO2的主要過程 總之碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)等有機(jī)物降解的共同規(guī)律都是首先在細(xì)胞體外發(fā)生水解,然后在細(xì)胞內(nèi)部繼續(xù)水解和氧化。降解的后期產(chǎn)物為各種有機(jī)酸,在有氧條件下,其最終產(chǎn)物是CO2、H2O和NO3-、SO42-等,在缺氧條件下進(jìn)行反硝化、反硫化、甲烷發(fā)酵、酸性發(fā)酵等,其最終產(chǎn)物除CO2和H2O外,還有NH3、H2S、CH4、有機(jī)酸、醇等。制定水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)水環(huán)境污染防治對策減少耗水量建立城市污水處理系統(tǒng)調(diào)整工業(yè)布局加強(qiáng)水資源的規(guī)劃管理第四節(jié)水環(huán)境污染控制及管理

廢水的再利用凈化后的廢水可再利用于：農(nóng)業(yè)灌溉，能充分利用水中養(yǎng)分，但要嚴(yán)格控制水質(zhì)，以免造成地下水污染及對植物造成危害工業(yè)冷卻水、鍋爐用水，注意水的硬度市政設(shè)施用水地面回灌，補(bǔ)充地下水，防地面沉降。注意要嚴(yán)格控制水質(zhì)廢水處理方法去除物質(zhì)——不溶性的、呈懸浮狀態(tài)的污染物。主要工藝——篩濾截留、重力分離、離心分離等。處理設(shè)備——格柵和篩網(wǎng)、沉砂池和沉淀池、氣浮裝置、離心機(jī)、旋流分離器等?！鑫锢硖幚矸ㄖ亓Ψ蛛x法：利用污水中呈懸浮狀的污染物和水比重不同的原理，借重力沉降（或上?。┳饔?，使其水中懸浮物分離出來。氣浮法：將空氣通入污水中，并以微小氣泡形式從水中析出成為載體，污水中相對密度接近于水的微小顆粒狀的污染物質(zhì)粘附在氣泡上，并隨氣泡上升至水面，形成泡沫--氣、水、懸浮顆粒（油）三相混合體，從而使污水中的污染物質(zhì)得以從污水中分離出來.離心分離法：含有懸浮污染物質(zhì)的污水在高速旋轉(zhuǎn)時，由于懸浮顆粒和污水的質(zhì)量不同，因此旋轉(zhuǎn)時受到的離心力大小不同，質(zhì)量大的被甩到外圍，質(zhì)量小的則留在內(nèi)圈，通過不同的出口分別引導(dǎo)出來，從而回收污水中的有用物質(zhì)），并凈化污水。污水集中處理去除物質(zhì)——呈溶解、膠體狀態(tài)的污染物。主要工藝——中和、混凝、化學(xué)沉淀、氧化還原等?！龌瘜W(xué)處理法廢水處理方法中和法：用于處理酸性廢水和堿性廢水。向酸性廢水中投加堿性物質(zhì)如石灰、氫氧化納、石灰石等，使廢水變?yōu)橹行?。萃取法（?液）法：將不溶于水的溶劑投入污水之中，使污水中的溶質(zhì)溶于溶劑中，然后利用溶劑與水的比重差，將溶劑分離出來。再利用溶劑與溶質(zhì)的沸點(diǎn)差，將溶質(zhì)蒸餾回收，再生后的溶劑可循環(huán)使用。化學(xué)沉淀法：向污水中投加某種化學(xué)物質(zhì)，使它與污水中的溶解性物質(zhì)發(fā)生互換反應(yīng)，生成難溶于水的沉淀物，以降低污水中溶解物質(zhì)的方法。絮凝法：水中呈膠體狀態(tài)的污染物質(zhì)，通常都帶有負(fù)電荷，膠體顆粒之間互相排斥形成穩(wěn)定的混合液，若向水中投加帶有相反電荷的電解質(zhì)，可使污水中的膠體顆粒改變?yōu)槌孰娭行?，失去穩(wěn)定性，并在分子引力作用下，凝聚成大顆粒而下沉。氧化還原法：廢水中呈溶解狀態(tài)的有機(jī)或無機(jī)污染物，在投加氧化劑或還原劑后，由于電子的遷移，而發(fā)生氧化或還原作用，使其轉(zhuǎn)化為無害的物質(zhì)。常用氧化劑：O2、O3、漂白粉、次氯酸鈉、三氯化鐵等常用還原劑：FeSO4、XSO3、FeCl2、鐵屑、鋅粉、SO2等例：還原法利用FeSO4－石灰法處理含鉻廢水：Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++7H2OCr3++3OH-=Cr(OH)3微生物作用分為：好氧生物處理、厭氧生物處理多種處理方法、多個處理單元有機(jī)組合■生物處理法廢水處理方法生物法好氧生物處理法：在有氧的條件下，借助于好氧微生物（主要是好氧菌）的作用來進(jìn)行的。又分為（1）活性污泥法（2）生物膜法厭氧生物處理法：在無氧的條件下，利用厭氧微生物的作用來進(jìn)行的。

活性污泥法活性污泥：將空氣連續(xù)鼓入曝氣池的廢水中，經(jīng)過一段時間后，水中就形成大量好氣性微生物的絮凝體，這絮凝體就是“活性污泥”。

主要設(shè)備是曝氣池和兩次沉淀池。

活性污泥法基本流程圖曝氣池二次沉淀池空氣進(jìn)水回流污泥剩余污泥出水生物膜法原理：生化降解利用此方法進(jìn)行生物處理的設(shè)備有：生物慮池、生物接觸氧化池、生物轉(zhuǎn)盤等。有機(jī)物、O2生物膜SO