環(huán)境概論之水資源與水污染防治

第八章

水資源與水污染防治8.1水資源與水循環(huán)8.2水體污染8.3水體污染的防治當前第1頁\共有48頁\編于星期五\6點8.1水資源和水循環(huán)一、地球水資源——世界淡水資源

地球上97.5％的水是咸水，只有2.5％是淡水。而在淡水中，將近70％凍結在南極和格陵蘭的冰蓋中，其余的大部分是土壤中的水分或是深層地下水，難以開采供人類使用。江河、湖泊、水庫及淺層地下水等來源的水較易于開采供人類直接使用，但其數量不足世界淡水的1％，約占地球上全部水的0.007％。全球每年降落在大陸上的降水量約為110萬億立方米，扣除大氣蒸發(fā)和被植物吸收的水量，世界上江河徑流量約為42.7萬億立方米，按1995年的世界人口計算，每人每年可獲得的平均水量為7300立方米。由于世界人口不斷增加，這一平均數已較1970年下降了37％。

當前第2頁\共有48頁\編于星期五\6點

一、地球水資源——各國水資源排隊

世界各國和地區(qū)由于地理環(huán)境不同，擁有水資源的數量差別很大。按水資源量大小排隊，前幾名依次是：巴西、俄羅斯、加拿大、中國、美國、印度尼西亞、孟加拉國、印度。若按人口平均，就是另一種結果了。中國人均水資源量只相當于世界人均量的1/4。當前第3頁\共有48頁\編于星期五\6點

一、地球水資源——嚴重缺水的國家

世界淡水資源的65％集中在10個國家里，而占人口40％的80個國家卻嚴重缺水。如果一個國家年人均水量在2000立方米以下，就是缺水的國家。人均水量在1000立方米以下的，是嚴重缺水國，共有15個：埃及、阿聯酋、阿曼、佛得角、布隆迪、阿爾及利亞、也門、約旦、沙特阿拉伯、巴巴多斯、新加坡、巴林、利比亞、科威特、卡塔爾、馬耳他（年人均水量僅82立方米）。中國人均水量不富，是缺水國家之一。

當前第4頁\共有48頁\編于星期五\6點一、地球水資源——水資源的未來

人類對水的需求量與日俱增。全世界1975年用水量為3萬億立方米，1994年為4.3萬億立方米，2000年為7萬億立方米。有人分析，2030年以后，世界水資源將供不應求；2050年，虧水2300億立方米；2070年，虧水4100億立方米。我國專家分析，中國2050年總需水量為8000億立方米，比現在增加2400億立方米。其中，城市生活用水800億立方米，工業(yè)用水3000億立方米，農業(yè)用水4200億立方米。當前第5頁\共有48頁\編于星期五\6點二、水循環(huán)——自然循環(huán)當前第6頁\共有48頁\編于星期五\6點二、水循環(huán)——社會循環(huán)當前第7頁\共有48頁\編于星期五\6點8.2、水體污染

一、水體、天然水質和水體污染1、水體污染污染物進入水體，其含量超過了水體自身的自然凈化能力，使水體的水質和底質的物理、化學組成和生物群落發(fā)生變化，從而降低水體的使用價值和使用功能的現象。當前第8頁\共有48頁\編于星期五\6點2、水體：指有相對穩(wěn)定的陸地為邊界的天然水域。水體是一個完整的生態(tài)系統(tǒng)，或綜合自然體（包括水中的懸浮物質，溶解物資，底泥和水生生物等）水體分海洋水體和陸地水體。3、水質水體中水相的質量，主要有：——物理性質：色度，懸浮物的含量——化學性質：有機物和無機物的含量和性質——生物性質：細菌，微生物，浮游、底棲生物的性質，是天然水的物質組成當前第9頁\共有48頁\編于星期五\6點

溶解氣體

主要氣體：N2，O2，CO2；

微量氣體：H2，CH4，H2S

主要離子：Cl-，SO42-，HCO3-，CO32-

Na+，K+；

溶解物質生物生成物：NH4+，NO3-，NO2-，HPO42-天然H2PO4-，PO4，Fe+2，Fe+3水中微量元素：Br-,I-，F-，Ni,Ti,V,Au,Ba,Rn物質

膠體物質

無機膠體：SiO2，Fe(OH)3，Al(OH)3(1-100nm)有機膠體：腐殖質膠體

細菌；藻類及原生動物

懸浮物質

泥土、黏土

其他不溶解物質當前第10頁\共有48頁\編于星期五\6點4、水體的自凈——污染物質進入水體后，由于一系列物理、化學及生化的共同作用，會使污染物在水中的濃度降低（1）物理作用——擴散、稀釋、沉淀和揮發(fā)（2）化學作用——分解、氧化還原、凝聚、吸附、酸堿反應（3）生物作用——微生物消耗當前第11頁\共有48頁\編于星期五\6點二、水體的污染物⑴

無機無毒物①

顆粒狀無機物：泥沙，塵土，渣；②

酸、堿、無機鹽：pH在6-9；③

植物營養(yǎng)物：N，P當前第12頁\共有48頁\編于星期五\6點⑵

無機物毒物

①

非金屬有毒物，主要有CN-，As，Se，F，S

②

重金屬毒性物※

如Hg，Cd，Cr，Pb等，在離子狀態(tài)時毒性最大，人服0.1-10mg即死；mg時嚴重中毒；※

不能被微生物降解；※

易被生物聚集，通過食物鏈進入人體；※

易在水體在中遷移，在土中積累，故含重金屬的水不能灌溉；當前第13頁\共有48頁\編于星期五\6點⑶

有機無毒物（碳水化合物脂肪，蛋白質)

有機成分極多，但都有降解時耗氧的共性，導致水生生物缺氧致死，故用耗氧量表示它們對水體的污染：①

化學需氧量，COD

以氧化劑如高錳酸鉀來氧化水中有機污染物時的耗氧量，mg/l。②

生物化學需氧量,BOD

在人工控制的條件下，水樣中的有機物在微生物的作用下分解，在一定的時間內消耗溶解氧的數量，mg/l；當前第14頁\共有48頁\編于星期五\6點⑷有機有毒物

①

酚類（苯環(huán)帶一個羥基）：

溶解于水，毒性大，能使蛋白質變質和沉淀，當水中的濃度達0.1和0.2mg/l時，水中魚的肉有酚味。②

有機農藥(殺蟲劑、除草劑、殺菌劑)目前大部分為有機磷，有機硫農藥；這些農藥水溶性底，脂溶性高，易在人體內聚集，③

多氯聯苯同類有73種劇毒物，最毒為二惡英④

多環(huán)芳烴（多環(huán)結構的C-H化合物）有20多種，其中7-8種有致癌作用。當前第15頁\共有48頁\編于星期五\6點⑸

其他污染物①

放射性廢物

②

生物污染物

城市生活廢水、醫(yī)院污水、食品廠廢水排人水體，引起病源微生物污染，如各種細菌，病毒；③

感官污染物色、嗅、味、泡沫、惡臭當前第16頁\共有48頁\編于星期五\6點

三、污染物在水中的遷移和轉化⑴

類型推流遷移：污染物在水流的作用下的遷移作用，但僅僅是改變了污染物的位置；分子的隨機運動引起的分散作用

分子擴散湍流擴散

彌散作用

橫斷面上的流速不均引起的衰減和轉化

當前第17頁\共有48頁\編于星期五\6點⑵

污染物在水中的轉化①

需氧有機物的轉化

碳水化合物（各種植物性食物，如糧食、地瓜、土豆）

脂肪蛋白質經微生物的降解作用，變成簡單的無機物（二氧化碳和水）和能量，由此消除了污染。

當前第18頁\共有48頁\編于星期五\6點附：需氧有機物的降解與溶解氧平衡當前第19頁\共有48頁\編于星期五\6點②

植物營養(yǎng)物的轉化

（N，P等）來源：施肥、農業(yè)生產廢棄物，禽、畜飼養(yǎng)的廢水，生活污水和工業(yè)廢水等。※

含N有機物的轉化含N有機物的元素有N，P，S，C，H，O；其中包括蛋白質，氨基酸，尿素，胺類

等；無機氮有NH3-N，NO2—N，NO3—N等，一個10萬只雞的養(yǎng)雞場，日產生雞糞5噸；一個400頭牛的養(yǎng)牛場，日產14噸固體肥料，4.5噸液體肥料；這些都是N，P類污染物。當前第20頁\共有48頁\編于星期五\6點

含氮、磷的蛋白質由多種氨基酸構成，*含氮的蛋白質降解后生成CO2、H2O和

醛、醇、酮；*含磷的化合物：無機磷—磷酸鹽有機磷—葡萄糖-6-磷酸2-磷酸-甘油

能溶解于水中的磷和Ca、Fe、Al的離子生成難溶性的沉淀物進入水中的底泥。當前第21頁\共有48頁\編于星期五\6點③N、P對水體富營養(yǎng)化的影響

當N、P增加且N/P達到12-13時，藻類瘋長，有機物的蓄積量大大增加，細菌類微生物繁殖迅猛，水體中的含氧量急劇降低。水體污染腐化。此則富營養(yǎng)化也。

富營養(yǎng)化時水中氧的飽和度為小于10%；貧營養(yǎng)化時大于80%。富營養(yǎng)化的標志：湖底為泥；魚類為鯉魚，鰱魚，草魚；水濁溫高。貧營養(yǎng)化的標志：湖底為石頭；魚類為鮭魚；水清溫低。當前第22頁\共有48頁\編于星期五\6點④

石油類污染物的遷移轉化組成：90%是各種烴的復雜化合物，其元素為C，H，O，S，N；其中C為

84-86%；H為12-14%；S、O、N

占1-3%。遷移轉化過程當前第23頁\共有48頁\編于星期五\6點⑤

重金屬的遷移轉化凡密度大于5000kg/m3、原子序數大于20的元素叫重金屬；污染環(huán)境的重金屬主要是Hg，Cr,，Cd，Pb,，As；而另一些為微量元素，如Cu，Zn，Co，Ni，Fe，Mn，V在人體中不允許超量。

當前第24頁\共有48頁\編于星期五\6點A、重金屬在水體中的污染特征※在水體中整體平均含量低（＜0.1%），但在局部地方含量很高；※毒性明顯、效應大，與人體中蛋白質的酶等高分子結合，產生不可逆反應，導致生理代謝功能障礙※在生物體內有聚集作用，并通過生物鏈進入人體。當前第25頁\共有48頁\編于星期五\6點

B、重金屬在水體中的遷移轉化（1）※

水解、絡合、沉淀※

機械遷移※

氧化還原作用

水上部是強烈的氧化環(huán)境；底部是還原環(huán)境；使重金屬產生氧化-還原反應。當前第26頁\共有48頁\編于星期五\6點

B、重金屬在水體中的遷移轉化（2）※

膠體化學效應

無機膠體吸附：石英、黏土微粒，鐵、錳氫氧化物的懸浮物和底泥能產生對重金屬的吸附。

有機膠體吸附：腐殖質的聱合作用和離子交換作用，無機和有機粒子的聚合體的吸附作用使重金屬轉移到懸浮物和底泥中。

當前第27頁\共有48頁\編于星期五\6點

8.3、水體的污染及防治1、水體污染源

巖石的風化和水解

火山噴發(fā)

⑴

天然污染源

水流沖蝕地表

大氣的降塵和降水的淋洗

生物在地球化學循環(huán)中釋放的物質⑵

人為污染源

點源—工業(yè)廢水、生活污水

面源—農田灌溉水等當前第28頁\共有48頁\編于星期五\6點

2、污水的處理技術

2001年11月世界最大的污水處理廠商、法國老板預測中國廢水處理的商機，4000億元/年

⑴

物理法

（對象為懸浮液）

①

篩濾法

格篩，表面過濾，深層過濾

②

重力沉降法

沉淀池，隔油池，濃縮池

③

離心法當前第29頁\共有48頁\編于星期五\6點篩濾法

——去除廢水中較大的懸浮物、漂浮物，纖維物質和固體顆粒物質1）格柵當前第30頁\共有48頁\編于星期五\6點當前第31頁\共有48頁\編于星期五\6點當前第32頁\共有48頁\編于星期五\6點2）旋轉篩過濾機當前第33頁\共有48頁\編于星期五\6點附：格柵的設計當前第34頁\共有48頁\編于星期五\6點重力沉降法

——利用密度差去除水中的懸浮顆粒1）沉砂池當前第35頁\共有48頁\編于星期五\6點2）曝氣沉砂池當前第36頁\共有48頁\編于星期五\6點3）沉淀池當前第37頁\共有48頁\編于星期五\6點當前第38頁\共有48頁\編于星期五\6點離心法

——利用慣性力當前第39頁\共有48頁\編于星期五\6點⑵

化學法

①

中和法（除去酸、堿物質）標準值為

pH為6-9；

②

化學沉淀法多用于去除廢水中的Hg，Ni，Cr，Pb，Zn

等,有硫化物沉淀法；氫氧化物沉淀法；碳酸鹽沉淀法

③氧化還原法氧化劑有空氣、漂白粉、液氯、氯氣等

還原劑有鐵屑、硫酸亞鐵

等

④

電解法⑤

混凝法當前第40頁\共有48頁\編于星期五\6點

⑶

物理化學法

①

氣浮法②

吸附法（如活性炭吸附）③

離子交換法④

萃取法⑤

膜分離法當前第41頁\共有48頁\編于星期五\6點氣浮裝置當前第42頁\共有48頁\編于星期五\6點電滲析當前第43頁\共有48頁\編于星期五\6點

⑷

生物化學法原理：微生物以水中的有機物為營養(yǎng)原料，分解有機物產生的能量中