《环境工程概论4》全册配套完整教学课件.pptx

1、环境工程概论环境工程概论4全册全册配套完整教学课件配套完整教学课件环境工程概论第一讲 绪论一、环境问题与环境学科的发展二、环境污染与环境工程学三、环境净化与污染控制技术概述四、环境净化与污染控制技术原理五、环境工程学的主要研究内容和方法 六、环境工程学课程的主要内容和目的 本章主要内容环境学有关概念环境学有关概念 17世纪，法国帕斯卡世纪，法国帕斯卡 mulieu 包围中央物体的包围中央物体的流动物；流动物； 19世纪，生物学，有机（生物体）的存在所必世纪，生物学，有机（生物体）的存在所必需的外界条件需的外界条件 人类主体人类主体 四周外界周囲事物.特、人間生物取巻、相互作用及合外界.自然的環

2、境社会的環境分. （広辞苑国語辞典） 环境环境 以人为主体，其它的生命体或非生命物质的总和以人为主体，其它的生命体或非生命物质的总和 自然环境自然环境 不因人的因素而停止，会因人的因素而改变不因人的因素而停止，会因人的因素而改变 社会环境社会环境 人类为提高物质和文化生活而创造出来人类为提高物质和文化生活而创造出来 12 环境要素1. 水圈 hydrosphere 水组成的水体总和2. 大气圈 atmosphere 大气组成的大气层的总和3. 土壤岩石圈 lithosphere 土壤、岩石组成的农田、草地、山脉等的总和4. 生物圈 biosphere 生物组成的各种生物群落的总和以上4个圈体（

3、环境要素）在太阳能的作用下相互演化并进行物质交换和循环，从而使各种环境要素有机地组成一个统一的环境整体。 整体效应 环境的整体性，大于诸要素的个体之和。 统一性和制约性 各个环境要素相互作用、相互联系，又相互制约。13 环境工程学基本概念131 污染物 pollutant （与contaminant的差异）环境中由于人类活动造成的浓度高于天然值的有害物质132 环境污染 environmental pollution 由于人类活动引起的环境质量下降并导致对人类由于人类活动引起的环境质量下降并导致对人类 健康和生物生存有不良影响的现象健康和生物生存有不良影响的现象 按要素分类：大气、水、土壤按要

4、素分类：大气、水、土壤 按性质分类：化学、生物、物理、放射性按性质分类：化学、生物、物理、放射性 按形态分类：废水、废气、固废、噪声、热按形态分类：废水、废气、固废、噪声、热 按原因分类：生活、工业、农业、交通按原因分类：生活、工业、农业、交通133 环境背景值 environmental background value未受污染的情况下，各种环境要素中的化学元素或化学物质的基线含量。新提法：环境本底值与地理、地质有关134 环境容量 environmental capacity一个特定的环境或一个环境单元所容纳某污染物的最大负荷量 Wc = Ws B须考虑生物净化的因素135 浓缩系数 co

5、ncentration factor 生物体中某物质的平衡浓度 环境中该物质的浓度重金属和难生化降解有机物的生物浓缩系数高136 生物效应（健康效应） biological effect （health effect）对生物引起危害的宏量和微量元素之效应宏量元素和微量元素137 生物半衰期 biological half life 污染物在生物体内的量减少到原有量的一半所需的时间t1/2半衰期越长，毒物消除反应速度越小，稳定性越大，危害性越大一、环境问题与环境学科的发展 v环境问题的产生产业革命后，人类的生产力飞速发展、技术水平迅速提高、人口迅猛增长，人类活动的强度和范围逐渐增强和扩展，人类与

6、环境的矛盾以及由此带来的环境问题也日趋突出。v人类面临的环境问题生态破坏和环境污染是目前人类面临的两大类环境问题，已经成为影响社会可持续发展、人类可持续生存的重大问题。 v环境学科的诞生“环境学科”是随着环境问题的日趋突出而产生的一门新兴的综合性边缘学科。经历了20世纪60年代的酝酿阶段，到20世纪70年代初期从零星的环境保护的研究工作与实践逐渐发展成为一门独立的新兴学科。v环境学科的任务环境学科是研究人类活动与环境质量关系的科学，其主要任务是研究人类与环境的对立统一关系，认识两者之间的作用与反作用，掌握其发展规律，从而保护环境并使其向有利于人类的方向演变。 一、环境问题与环境学科的发展 v环

7、境学科的体系“环境学科”是一门正在蓬勃发展的科学，其研究范围和内涵不断扩展，所涉及的学科非常广泛，而且各个学科间又互相交叉和渗透，因此具有丰富的学科内涵。环境+X学环境X学绿色+X学绿色X学一、环境问题与环境学科的发展 环境学科是本世纪推动科学发展的核心学科，是改造传统学科的生长点。 一、环境问题与环境学科的发展 环境学科体系 环境学科体系环境科学环境工程学环境生态学环境规划与管理二、环境污染与环境工程学 v“环境工程学”的任务利用环境学科与工程学的方法，研究环境污染控制理论、技术、措施和政策，以改善环境质量，保证人类的身体健康、舒适的生存和社会的可持续发展。v“环境工程学”的研究对象水质净化

8、与水污染控制技术、大气（包括室内空气）污染控制技术、固体废物处理处置与管理和资源化技术、物理性污染（热污染、辐射污染、噪声、振动）防治技术、自然资源的合理利用与保护、环境监测与环境质量评价等传统的内容，还包括生态修复与构建理论与技术、清洁生产理论与技术以及环境规划、管理与环境系统工程等。 环境工程学环境净化与污染防治技术及原理生态修复与构建技术及原理清洁生产理论及技术原理环境规划管理与环境系统工程环境监测与环境质量评价水质净化与水污染控制工程空气净化与大气污染控制工程固体废物处理处置与管理物理性污染防治工程土壤净化与污染防治技术废物资源化技术二、环境污染与环境工程学 环境工程学的学科体系 （一

9、）水质净化与水污染控制技术1. 水中的主要污染物及其危害 无机污染物有机污染物按化学性质分可生物降解性污染物难生物降解性污染物悬浮固体(SS粒径0.10.45微米以上)胶体性物质(粒径0.10.001微米)溶解性物质按物理形态分三、环境净化与污染控制技术概述悬浮固体（粒径0.10.45m）胶体物质（粒径0.0010.1m）水的物理处理法处理方法处理方法利用的主要原理利用的主要原理主要去除对象主要去除对象沉淀离心分离气浮过滤(砂滤等)过滤(筛网过滤)反渗透膜分离蒸发浓缩重力沉降作用离心沉降作用浮力作用物理阻截作用物理阻截作用渗透压物理阻截等水与污染物的蒸发性差异相对密度大于1的颗粒相对密度大于1

10、的颗粒相对密度小于1的颗粒悬浮物粗大颗粒、悬浮物无机盐等较大分子污染物非挥发性污染物2. 水质净化与水污染控制技术 三、环境净化与污染控制技术概述 处理方法处理方法 利用的主要原理利用的主要原理 主要去除对象主要去除对象 中和法 化学沉淀法 氧化法 还原法 电解法 超临界分解法 汽提法 吹脱法 萃取法 吸附法 离子交换法 电渗析法 混凝法 酸碱反应 沉淀反应、固液分离 氧化反应 还原反应 电解反应 热分解、氧化还原反应、游离基反应等 污染物在不同相间的分配 污染物在不同相间的分配 污染物在不同相间的分配 界面吸附 离子交换 离子迁移 电中和、吸附架桥作用 酸性、碱性污染物 无机污染物 还原性污

11、染物、 有害微生物 （消毒） 氧化性污染物 氧化、还原性污染物 几乎所有的有机污染物 有机污染物 有机污染物 有机污染物 可吸附性污染物 离子性污染物 无机盐 胶体性污染物、大分子污染物 水的化学处理法 三、环境净化与污染控制技术概述水的生物处理法 三、环境净化与污染控制技术概述处处理理方方法法 主主要要原原理理 主主要要去去除除对对象象 好氧处理法 活性污泥法 生物膜法 流化床法 生物吸附、生物降解 生物吸附、生物降解 生物吸附、生物降解 可生物降解性有机污染物、还原性无机污染物（NH4+等） 生态技术 氧化塘 土地渗滤 湿地系统 生物吸附、生物降解 生物降解、土壤吸附 生物降解、土壤吸附、

12、植物吸附 有机污染物、氮、磷、重金属 厌氧处理法 厌氧消化池 厌氧接触法 厌氧生物滤池 高效厌氧反应器（UASB 等） 生物吸附、生物降解 可生物降解性有机污染物、 氧化态无机污染物（NO3-，SO42-） 厌氧-好氧联合工艺 生物吸附、生物降解、硝化-反硝化、生物摄取与排出 有机污染物、氮（硝化-反硝化） 、磷 利用的利用的UASB：Upflow Anaerobic Sludge Blanket（升流式厌氧污泥床反应器） （二）空气净化与大气污染控制技术1. 空气中的污染物及其危害 粉尘烟飞灰黑烟雾硫化物(SO2，H2S)碳的氧化物(CO ，CO2)氮化物(NO，NH3)卤素化合物(HCl，

13、HF)无机物有机物（挥发性有机物VOCs）空气中的污染物颗粒/气溶胶状态污染物气态污染物三、环境净化与污染控制技术概述2. 空气净化与大气污染控制技术 处处理理技技术术 利利用用的的主主要要原原理理 主主要要去去除除对对象象 机械除尘 过滤除尘 静电除尘 湿式除尘 物理吸收法 化学吸收法 吸附法 催化氧化法 生物法 燃烧法 稀释法 重力沉降作用、 离心沉降作用 物理截流作用 静电沉降作用 惯性碰撞作用、洗涤作用 物理吸收 化学吸收 界面吸附作用 氧化还原反应 生物降解作用 燃烧反应 扩散 颗粒/气溶胶状态污染物 颗粒/气溶胶状态污染物 颗粒/气溶胶状态污染物 颗粒/气溶胶状态污染物 气态污染物

14、 气态污染物 气态污染物 气态污染物 可降解性有机污染物、还原态无机污染物 有机污染物 所有污染物 三、环境净化与污染控制技术概述（三）土壤净化与污染控制技术 1. 土壤污染物及其危害 土壤中的污染物：重金属、挥发性有机物、原油等。土壤污染的危害：(1)通过雨水淋溶作用,可能导致地下水和周围地表水体的污染; (2)污染土壤通过土壤颗粒物等形式能直接或间接地为人或动物所吸入; (3) 通过植物吸收而进入食物链,对食物链上的生物产生毒害作用等。 三、环境净化与污染控制技术概述处处理理技技术术 利利用用的的主主要要原原理理 主主要要去去除除对对象象 客土法 隔离法 清洗法（萃取法） 吹脱法（通气法）

15、 热处理法 电化学法 焚烧法 微生物净化法 植物净化法 稀释作用 物理隔离（防止扩散） 溶解作用 挥发作用 热分解作用、挥发作用 电场作用（移动） 燃烧反应 生物降解作用 植物转化、植物挥发、植物吸收/固定 所有污染物 所有污染物 溶解性污染物 挥发性有机物 有机污染物 离子或极性污染物 有机污染物 可降解性有机污染物 重金属、有机污染物 土壤污染净化技术 2. 污染土壤净化技术 三、环境净化与污染控制技术概述（四）固体废物处理处置与管理1. 固体废物的种类及其危害 固体废物的定义：固体废物的定义： 人类活动过程中产生的、且对所有者已经不再具有使用价值而被废弃的固态或半固态物质。 “工业固体废

16、物(废渣)” 、“城市垃圾”固体废物对环境的危害：固体废物对环境的危害：(1)通过雨水的淋溶和地表径流的渗滤，污染土壤、地下水和地表水，从而危害人体健康；(2)通过飞尘、微生物作用产生的恶臭以及化学反应产生的有害气体等污染空气；(3) 固体废物的存放和最终填埋处理占据大面积的土地等。 三、环境净化与污染控制技术概述2. 固体废物处理处置技术 处处理理技技术术 利利用用的的主主要要原原理理 主主要要去去除除对对象象 压实 破碎 分选 脱水/干燥 中和法 氧化还原法 压强（挤压）作用 冲击、剪切、挤压破碎 重力作用、磁力作用 过滤作用、干燥 中和反应 氧化还原反应 高孔隙率固体废弃物 大型固体废弃

17、物 所有固体废弃物 含水量高的固体废弃物 酸性、碱性废渣 氧化还原性废渣 （如铬渣） 固化法 固化与隔离作用 有毒有害固体废弃物 堆肥 焚烧 填埋处理 生物降解作用 燃烧反应 隔离作用 有机垃圾 有机固体废弃物 无机等稳定性固体废弃物 三、环境净化与污染控制技术概述（五）物理性污染控制技术物理性污染的种类：噪声、电磁辐射、振动、热污染等。物理性污染控制技术：隔离、屏蔽、吸收、消减技术等。 三、环境净化与污染控制技术概述（六）废物资源化技术 废物的资源化途径：物质的再生利用、能源转化资资 源源 化化 技技 术术 主主 要要 原原 理理 应应 用用 对对 象象 焚 烧 堆 肥 离 子 交 换 溶

18、剂 萃 取 电 解 沉 淀 蒸 发 浓 缩 沼 气 发 酵 燃 烧 反 应 生 物 降 解 作 用 离 子 交 换 萃 取 电 化 学 反 应 沉 淀 挥 发 生 物 降 解 作 用 有 机 固 体 废 弃 物 的 能 源 化 城 市 垃 圾 还 田 工 业 废 水 、 废 液 中 金 属 的 回 收 ； 废 酸 的 再 生 利 用 工 业 废 水 、 废 液 中 金 属 的 回 收 ； 废 酸 的 再 生 利 用 工 业 废 水 、 废 液 中 金 属 的 回 收 ； 废 酸 的 再 生 利 用 工 业 废 水 、 废 液 中 金 属 的 回 收 废 酸 的 再 生 利 用 高 浓 度 有

19、机 废 水 /废 液 利 用 三、环境净化与污染控制技术概述环境污染问题的特点及其对环境工程专业人才的要求污染控制技术的多样性和复杂性污染地区的社会、经济条件的多样性 综合性、复杂性污染物的种类、浓度与组合地域特征时间特征环境污染的复杂性环境领域专业技术人才的知识结构？（系统的专业理论基础、良好的素质和综合能力）四、环境净化与污染控制技术原理 环境净化与污染控制技术原理隔离（扩散控制）分离（不同介质间的迁移）转化（化学反应、生物反应）1.环境净化与污染控制技术原理稀释四、环境净化与污染控制技术原理 污染物处理工程的核心：利用隔离、分离、转化等技术原理，通过工程手段，实现污染物的高效、快速去除。

20、隔离/分离/转化方式的优选与组合污染物的高效（去除效率、能耗）、快速去除装置的优化设计操作方式和操作条件的优化介质的混合状态和流体流态的优化迁移（物质、能量）和反应速率的强化例子：如何实现水中氨氮的高效、快速去除？如何实现？五、环境工程学的主要研究内容和方法 2.环境工程学的研究对象和内容 环境净化与污染控制工程的基本理论和技术原理（主要包括污染物分离与转化的宏观机理、微观过程）及其工程设计计算的基本理论。宏观机理分离（沉降、过滤，吸附、吸收、膜分离）转化（化学转化、生物转化）微观过程：宏观现象（机理）的产生机制与微观步骤设计计算基本理论：污染物净化装置的设计计算理论五、环境工程学的主要研究内

21、容和方法 3.环境工程学的目的 为提高环境净化与污染控制工程（污染物净化装置）的效率提供理论支持。（从理论上指导环境净化与污染控制技术的选择，阐述提高污染物去除效率的思路、手段和方法）五、环境工程学的主要研究内容和方法 4.环境工程学的基本研究方法 物料与能量衡算（质量守恒与能量守恒原理） 微观过程解析（物质与能量的迁移过程、转化过程） 变化速率的数学表达（为工程设计计算提供依据）（1）“量”与“变化速率”的数学计算五、环境工程学的主要研究内容和方法 （2）分析问题的基本思路宏观机理简单现象微观过程分析（看本质）简单过程的复杂化数学表达（定量解析）复杂化过程的简单化污染净化装置的设计计算和操作

22、优化五、环境工程学的主要研究内容和方法 微观过程分析（简单过程的复杂化） 剖析组成宏观过程的基本要素（过程）微观过程分析的意义？有针对性地采取科学、合理的手段，提高污染物的去除效率 一个宏观过程往往是一系列微观过程的串联 宏观过程的速率往往由某个关键的微观过程速率所决定。该过程称为“控制步骤”或“控速过程”五、环境工程学的主要研究内容和方法 固体催化剂微孔内表面固相催化反应过程分析设某气-固相催化反应（AP）主要发生在多孔催化剂的内表面反应物的外扩散；反应物的内扩散；反应物的外扩散；反应物的内扩散；反应物的吸附；反应物的吸附；表面反应；产物的脱附；表面反应；产物的脱附；产物的内扩散；产物的外扩

23、散产物的内扩散；产物的外扩散A气体主体边界层1 1A2 2A3 3A4 4P P5 5P P6 6P P7 7P P扩散过程动力学过程(表面过程)五、环境工程学的主要研究内容和方法 数学表达（复杂过程的简单化） 数学表达的目的： 过程的定量计算(工程设计计算的基础) 简单化的目的： 科学、合理的简化可大大简化计算过程，提高设计计算效率五、环境工程学的主要研究内容和方法 5.环境工程原理与其它学科的关系 环境工程原理化工原理传递过程原理原理流体力学工程学环境工程原理化工原理传递过程原理反应工程流体力学生物工程工程学五、环境工程学的主要研究内容和方法 六、 环境工程学课程的主要内容和目的 （1）环

24、境工程学基础：重点阐述工程学的基本概念和基本理论，主要内容有物料与能量守恒原理以及热量与质量传递过程的基本理论等。（2）分离过程原理：主要阐述沉淀、过滤、吸收、吸附、离子交换、膜分离等基本分离过程的机理和基本设计计算理论。（3）反应工程原理：主要阐述化学与生物反应计量学及动力学、各类化学与生物反应器的解析与设计理论等。6. 本课程的主要内容六、 环境工程学课程的主要内容和目的 7. 课程学习的目的 初步系统地学习环境净化与污染控制工程的基本技术原理、工程设计计算的基本理论以及分析问题和解决问题的方法，为后续的专业研究和解决实际问题打基础。第一章 绪论(1) “环境工程学”的主要研究对象是什么？

25、(2) 去除水中的溶解性有机污染物有哪些可能的方法？各种方法的技术原理是什么？(3) 简述土壤污染治理的技术体系。 (4) 简述废物资源化的技术体系。本章思考题第一章 绪论(5) 阐述环境净化与污染控制技术原理体系。(6) 一般情况下，污染物处理工程的核心任务是：利用隔离、分离和（或）转化技术原理，通过工程手段（利用各类装置），实现污染物的高效、快速去除。试根据环境净化与污染防治技术的基本原理，阐述实现污染物高效、快速去除的基本技术路线。 本章思考题本 节 内 容 完 下一讲 水环境基础概要绪论绪论 2 2学时学时水环境标准与监测水环境标准与监测 4 4学时学时水的物理化学处理方法水的物理化学

26、处理方法 1010学时学时课堂集中作业课堂集中作业 2 2学时学时水的生物化学处理方法水的生物化学处理方法 1616学时学时大气污染控制工程大气污染控制工程 8 8学时学时演示教学演示教学 2 2学时学时期末考试期末考试 2 2学时学时本课程教学安排本课程成绩评定依据本课程成绩评定依据 平时考勤与讨论 30% 期中课堂作业（开卷答题2学时） 10% 1 = 10% 平时作业 10% 期末考试（闭卷） 50% 1 = 50%本课程平时考勤评分依据本课程平时考勤评分依据 平时考勤与讨论 30% 注明：全部出勤（含因病/故获批的请假）70分（基本考勤分） 迟到1次扣2分，2次5分，3次8分 旷课1次

27、扣10分，2次20分，超过1/3旷课取消最后考核资格 积极提问（课下思考题，邮件交流）1次加3分，每多一次加2分累计（奖励分）环境工程学概论第二讲 水环境监测指标 与水质标准一、水环境概况二、水的分类三、水的特性及其意义四、水循环五、水污染 六、水质监测指标 本章主要内容第二章 水环境概况 地球表面地球表面70.9%的是海洋，的是海洋，还有湖泊、河流和冰川，还有湖泊、河流和冰川，以及一定数量的以及一定数量的“地下地下水水”，构成一个连续的水，构成一个连续的水圈。圈。水圈水圈行星地球的最重要的特色之一行星地球的最重要的特色之一是有水，素称是有水，素称“水星水星”。中国东部植被水平分布的纬向变化中

28、国东部植被水平分布的纬向变化2-1 2-1 水的分类水的分类2-1-1 2-1-1 根据含盐量分类根据含盐量分类a. a. 淡水淡水 盐盐1.0g/Kg1.0g/Kgb. b. 咸水咸水 盐盐1-25g/Kg50g/Kg50g/Kg2-1-2 2-1-2 根据地理学分类根据地理学分类a. a. 海水海水b. b. 河口水河口水c. c. 地表水地表水d. d. 地下水地下水213 根据物理状态分类a. a. 液态水液态水b. b. 固态水固态水c. c. 气态水气态水2-1-4 根据人类活动影响分类a.a.天然水天然水海水海水雨雪水雨雪水地表水地表水地下水地下水b.b.污水污水-人类活动造成的

29、污染改变了天然水水质人类活动造成的污染改变了天然水水质 生活污水生活污水产业污水产业污水22 水的特性及其意义1. 1. 优良溶剂，一般为液态优良溶剂，一般为液态 生命过程营养物质和废弃排泄物的主要生命过程营养物质和废弃排泄物的主要 运输媒介运输媒介2. 2. 高表面张力高表面张力 生理学上的控制因素，控制水的滴落和生理学上的控制因素，控制水的滴落和 表面现象（毛细、湿润、乳化），如水表面现象（毛细、湿润、乳化），如水 蜘蛛能以水表面为生境。蜘蛛能以水表面为生境。22 水的特性及其意义3.3.介电常数高于任何纯液体介电常数高于任何纯液体 高度溶解离子化合物并使其电离4.4.透光性透光性 能透过

30、可见光和紫外光的长波部分， 在水体的相当深度发生光合作用。22 水的特性及其意义5.45.4时密度最大时密度最大 水体的冰冻始于表面，控制水体中的温度水体的冰冻始于表面，控制水体中的温度 分布，保护水生生物。分布，保护水生生物。6.6.蒸发热高蒸发热高 影响水体与大气之间热量与水蒸气分子的影响水体与大气之间热量与水蒸气分子的 转移，稳定水体温度和周围地区的气温。转移，稳定水体温度和周围地区的气温。22 水的特性及其意义7.7.热容量高热容量高 大量的热才能改变水的温度，稳定周围地 区的气温，同时保护水体中水生生物免受 温度急剧变化造成的伤害。23 水循环环境中水的循环是大、小循环交织在一起的

31、太阳能地表热能 遇冷江河湖海 水蒸汽 雨雪雹 重力作用 江河湖海 水污染原因水污染原因 自然污染自然污染：自然原因造成的污染 人为污染人为污染：人类生活和生产活动中产生的废物对水的污染水污染的分类 化学性污染：无机污染物质；无机有毒物质；有机有毒物质； 需氧污染物质；植物营养物质；油类污染物质 物理性污染：悬浮物质污染；热污染；放射性污染 生物性污染工业用水水质要求 工业企业中水的用途： 饮用水 生产技术用水 锅炉用水 冷却用水废水的成分与性质 生活污水 居民在日常生活活动中所产生的废水，主要是生活废料和人的排泄物，其中包括厨房洗涤、沐浴、洗衣等的废水以及冲厕所等的污水。 工业废水 工业生产过

32、程中排放出来的废水，是造成水体污染的主要污染源。 农业废水 农业生产过程中排放出来的废水。 水体自净过程： 1. 物理过程：包括稀释、扩散、挥发、沉淀等过程； 2. 化学和物理化学过程：包括氧化、还原、吸附、凝聚、中和等反应； 3. 生物学和生物化学过程：进入水体中的污染物质， 特别是有机物质，由于水中微生物的代谢活动而被分解氧化并转化为无机物的过程。 水环境容量： 一定水体在规定的环境目标下所能容纳污染物质的最大负荷量就称为水环境容量。 水环境容量既反映了满足特定功能条件下水体对污染物的承受能力，也反映了污染物在水环境中的迁移、转化、降解、消亡规律。 当水质目标确定之后，水环境容量的大小就取

33、决于水体对污染物的自净能力。影响水循环的因素气象条件：大气环流、风向、风速、 温度、湿度地理条件：地形、地质、土壤、植被、 纬度和太阳辐射强度人为因素：构筑水库、开凿运河、 渠道、开发利用地下水、 破坏森林、植被、大气污染 水的循环带动物质循环和能量交换水的循环带动物质循环和能量交换e.g. 陆地水把可溶性物质带入海洋， 大气中SO2 等随酸雨进入水循环。 人类活动影响着水的循环，并进而影响大气圈、土壤岩石圈和生物圈生活、工业用水剧增断流、缺水蒸发减少影响微气候例1人类活动影响着水的循环，并进而影响大气圈、土壤岩石圈和生物圈例2森林、草地减少 植物蒸发减少地表径流增加，水土流失加剧水体淤泥积累

34、、营养物质增多水体的化学、生物特性变化 24 水质标准 水污染及其监测方法简介水质指标与水质标准 水质指标 物理性水质指标：温度、色度、臭和味、浑浊度、总固体、悬浮固体、电导率等 化学性水质指标：pH、碱度、硬度、重金属、氰化物、农药、DO等 生物学水质指标：细菌总数、总大肠菌群数、病毒等2 24 41 1 物性指标物性指标a. 温度b. 嗅和味c. 色度 1个色度单位 1升水中 1mg Pt + 0.5mg Co 的颜色d. 浊度 11mg白陶土/L 所产生的混浊度e.悬浮物 坩埚抽滤恒重法f.电导率 1/ 单位：微西/厘米（s/cm）g. pH 天然水 pH 7.2-8.0 一般来说低 p

35、H 使污染物毒性增加2 24 41 1 物性指标物性指标h. Eh水体氧化还原电位 Eh = Eobs-ErefEobs:由 Pt-SCE 电极测得的电位值，mvEref: SCE 的电极电位Eh:Pt电极标准氢电极的电位， 为电子交换的指标2 24 41 1 物性指标物性指标2 24 42 2 化性指标化性指标a、酸碱度：单位：毫克当量/L（1）酸度： 水中能与强碱起中和反应的物质总量 组成强酸弱酸强酸弱碱盐 碳酸盐系统中对酸度有贡献的物质有 H+、 H2CO3*和HCO3 - OH- + H+ H2O OH- + H2CO3* HCO3- + H2O OH- + HCO3- CO32- +

36、 H2O2 24 42 2 化性指标化性指标(a) 矿物酸度（甲基橙酸度） 仅有H+被中和。滴定终点pH约为3.7（4.3）。(b) 游离二氧化碳酸度（酚酞酸度） H+和H2CO3* 被中和，滴定终点pH约为8.3。(c) 总酸度 所有对酸度有贡献的物质全部被中和。(1)(1)酸度酸度碳酸盐系统：碳酸盐系统：CO2 (g) CO2 (aq) +H2O H2CO3 H+ + HCO3- H+ + CO32- CaCO3(s) MgCO3(s) 碳酸盐系统与水的酸度、碱度密切相关；是天然水优良的缓冲系统，避免pH值急剧变化；与水处理有关，与水生生物的光合作用、呼吸作用等有关。2 24 42 2 化

37、性指标化性指标2 24 42 2 化性指标化性指标（2）碱度 水中能与强酸起中和反应的物质总量 总量强碱弱碱强碱弱酸盐 碱度的划分：OH- + H+H2O CO32- + H+ HCO3-HCO3- + H+H2CO3*(a)总碱度（甲基橙碱度）：以甲基橙为指示剂，加酸至OH-被完全中和、水中CO32-和HCO3-全部转化为CO2时的碱度，溶液终点pH约为4.3。2 24 42 2 化性指标化性指标(b)碳酸盐碱度（酚酞碱度）：以酚酞为指示剂，加酸滴定至OH-被中和、 CO32-被转化为HCO3-时的碱度，溶液终点pH为8.3。(c)苛性碱度：所有OH-被中和时的碱度。由于缓冲作用，滴定终点不

38、易确定，常用计算方法确定。测定法：酸碱指示剂滴定、电位滴定法2 24 42 2 化性指标化性指标（3）酸碱度的意义）酸碱度的意义 (a) 封闭系统中，结合碳酸化合态分布图和相应的平衡常数，计算碳酸盐系统中酸度、碱度以及各相关物种的存在浓度。 (b) 水的酸碱度对水处理具有重要意义。 废水，尤其是工业废水，常具有一定的酸碱性，必须处理至符合一定的标准（pH通常在6-9之间）才能排放。2 24 42 2 化性指标化性指标酸性废水常用石灰、苛性钠、碳酸钠等中和。碱性废水常采用加酸中和（通常使用工业硫酸或盐酸），也可以采用酸碱废水互相中和的方法节省处理成本。水处理中，铝盐作为絮凝剂除去水中悬浮物的同时

39、也降低了水中的碱度，为保持处理效率，水要维持一定的碱度。 Al3+ + 3OH- Al(OH)3（s） 2 24 42 2 化性指标化性指标b、硬度：主要指 Ca、Mg浓度暂时硬度 Ha：Ca、Mg的碳酸盐类总和永久硬度 Hb：Ca、Mg的强酸盐类总和总硬度 Ht = Ha + Hb 2 24 42 2 化性指标化性指标c、重金属Cu, Pb, Zn, Cd, Hg, Fe等，浓度、存在形态不同，效应不同伏安法，极谱法分光光度法、原子吸收光谱法2 24 42 2 化性指标化性指标d、三氧和总氧（1）溶解氧 DO dissolved oxygen 溶解于水中的分子态氧，mg/L 天然水中的溶解氧

40、浓度主要取决于水体与大气中氧的平衡及水生生物光合作用与呼吸作用间的平衡，受空气中氧的分压、大气压力、水温、水中含盐量等因素的影响。 DO过饱和：藻类生长 DO降低：水体受污染2 24 42 2 化性指标化性指标氧的消耗：氧的消耗： 鱼类、水生动物的呼吸、晚间藻类自身 的新陈代谢、水中有机物质的分解氧的补充（复氧作用）：氧的补充（复氧作用）： 水生植物的光合作用、氧气的溶解测定方法：测定方法：碘量法、膜电极法碘量法、膜电极法2 24 42 2 化性指标化性指标（2）化学需氧量 COD chemical oxygen demand 对有机物进行氧化所需的化学氧化剂量，mg/L。表征水样中有机物（也

41、包括部分还原性无机物）含量的综合性水质指标之一，是借助化学氧化剂的作用氧化水中有机物，测得此过程所消耗的氧化剂的量，折算为O2的量后作为化学需氧量的值。2 24 42 2 化性指标化性指标测定方法：重铬酸钾法CODcr K2Cr2O7为氧化剂，为氧化剂，Ag2SO4为为催化剂，回流法催化剂，回流法对长链有机物部分氧化，对芳香物不能氧化，氧化部分氧化含氮的有机物的碳素部分，但不能氧化吡啶环，不能提供氧化速率的任何数据。 （3）生化需氧量 BOD biochemical oxygen demand 好气条件下，水中有机物被微生物氧化， 在一定期间内所消耗的溶解氧量（mg/L）， 通过测定样品培养前

42、后的DO后计算得出， 借助微生物作用来表征水样中有机物（也包括部分还原性无机物）含量。2 24 42 2 化性指标化性指标2 24 42 2 化性指标化性指标常用常用BOD5为指标为指标：20 、五日生化培养、稀释水样测定法、五日生化培养、稀释水样测定法大约相当于水样中7085BODT，20天时，达到99%的氧化率。COD值常比BOD值高 2 24 42 2 化性指标化性指标（4）总需氧量 TOD 水体中有机物完全氧化所需要的氧 燃烧测定法： C CO2 H H2O N NOx S SO22 24 42 2 化性指标化性指标e. e. 无机碳和有机碳无机碳和有机碳（1）二氧化碳 游离CO2：

43、水中溶解态的CO2及与水结合态的H2CO3地表水中的CO2主要来源于有机物的分解、水生生物的呼吸作用等，该值可间接显示水体受有机物污染的程度。 酚酞指示剂滴定法、电位滴定法酚酞指示剂滴定法、电位滴定法2 24 42 2 化性指标化性指标侵蚀性CO2：水中能溶解碳酸盐的那部分二氧化碳侵蚀水下建筑物与氧共存时，强烈腐蚀金属甲基橙指示剂滴定法、电位滴定法甲基橙指示剂滴定法、电位滴定法2 24 42 2 化性指标化性指标（2）总有机碳 TOC total organic carbon天然水体中存在着种类繁多、相当数量的含碳有机残体，加上各种工业废水、生活污水排入水体，使水体中的含碳有机物的种类不可胜数

44、。总有机碳即是这些物质中含碳量的总和，其值是表征环境水体被有机物污染程度的一个重要水质参数。2 24 42 2 化性指标化性指标以能否通过0.45 m的滤膜而将总有机碳分为溶解性有机碳和颗粒有机碳两个部分。总有机碳总碳无机碳测量方法：燃烧氧化非分散红外吸收法（TOC测定仪）总碳：900高温氧化，全部 C 转化为CO2无机碳：150，仅无机碳分解为二氧化碳污水有机物指标之间的关系有机碳量需氧量TOCTODCODcrBODLBOD5CODMnf. f. 氮含量氮含量 有机氮：主要指蛋白质和尿素。 总氮（TN）：一切含氮化合物以N计量的总称。 凯氏氮（TKN）： TN中的有机氮和氨氮，不包括亚硝酸盐

45、氮、硝酸盐氮。 氨氮：有机氮化合物的分解，或直接来自含氮工业废水。 NOx-N：亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。242 化性指标f. f. 三氮三氮（1）氨氮 NH3N水中的NH3和NH4+，比例取决于pH含氮有机物受微生物作用的分解产物纳氏比色法242 化性指标f. f. 三氮三氮（2）亚硝酸盐 NO2-N氮循环中的不稳定中间产物破坏血红蛋白，致癌物重氮偶联反应法、离子色谱法 242 化性指标f. f. 三氮三氮（3）硝酸盐氮NO3-N Cd柱还原法，离子色谱法 242 化性指标g. g. 磷酸盐磷酸盐抗坏血酸还原-磷钼蓝分光光度法 242 化性指标242 化性指标h. h. 其它有机污染物其它有机污

46、染物（1）挥发性酚沸点230以下的酚类，多为一元酚原生质毒，高毒物质4氨基安替比林光度法 242 化性指标h. h. 其它有机污染物其它有机污染物（2）农药残留 六六六、滴滴涕、有机磷农药、 除虫剂、除草剂 气相色谱法 242 化性指标h. h. 其它有机污染物其它有机污染物（3）阴离子洗涤剂 直链烷基苯磺酸钠（LAS）， 烷基苯磺酸钠（ABS） 亚甲兰分光光度法，液相色谱法 242 化性指标h. h. 其它有机污染物其它有机污染物（4）油污染 石油、煤油、润滑油、汽油、柴油海洋上主要是石油污染荧光光度法、紫外光度法、非分散红外法 242 化性指标h. h. 其它有机污染物其它有机污染物（5）

47、PAH，PCBpolycyclic aromatic hydrocarbons（PAHs）多环芳烃荧光光度法、气相色谱法 polychlorinated biphenyls （PCBs） 多氯联苯 气相色谱法243 生物指标水中总大肠菌群能在35，48h内发酵乳糖、产酸产气的、需氧的及兼性厌氧的革兰氏阴性的无芽胞杆菌。多管发酵法、滤膜法 2 25 51 1 氧化还原基本概念氧化还原基本概念氧化还原反应：改变反应物价态的反应氧化还原反应：改变反应物价态的反应氧化氧化- -还原半反应还原半反应Ox + ne- RedOx + ne- Red得电子得电子e e- -: : 被还原，原电池阴极（正极）

48、被还原，原电池阴极（正极）失电子失电子e e- -：被氧化，原电池阳极（负极）：被氧化，原电池阳极（负极） 氧化还原：改变反应物价态的反应氧化还原：改变反应物价态的反应 自然界存在着基本的氧化自然界存在着基本的氧化- -还原循环还原循环 2-5-2 水环境中氧化还原反应的意义a、水环境中的氧化-还原是由许多无机物、有机物氧化-还原单一体系参与的复杂过程。 天然水体中常见氧化剂有：天然水体中常见氧化剂有：O O2 2、 NONO3 3- - 、FeFe3+3+、 SOSO4 42-2- 、S S等等还原剂有：还原剂有：有机物、有机物、H H2 2S S、S S、FeSFeS、 NHNH4 4+

49、+ 、NONO2 2- -等等 b b、水体中氧化还原的类型、速率和平衡，在、水体中氧化还原的类型、速率和平衡，在很大程度上决定了水中重要溶质的存在形态和很大程度上决定了水中重要溶质的存在形态和性质。性质。如：厌氧性湖泊底层的元素都将以还原形态存如：厌氧性湖泊底层的元素都将以还原形态存在：在：CCHCCH4 4、N NHN NH4 4+ + 、S HS H2 2S S、Fe Fe 可可溶性的溶性的FeFe2+2+；而表层水被大气中的氧饱和，成；而表层水被大气中的氧饱和，成为相对氧化性介质，达到热力学平衡时，上述为相对氧化性介质，达到热力学平衡时，上述元素将以氧化态存在：元素将以氧化态存在： C

50、COCCO2 2、N NON NO3 3- -、S S SOSO4 42-2-、Fe Fe(OH)Fe Fe(OH)3 3 沉淀。这种变化显然沉淀。这种变化显然会影响水生生物和水质。会影响水生生物和水质。c c、许多重大的氧化还原反应都是在微生物的、许多重大的氧化还原反应都是在微生物的作用下进行的，细菌等微生物能使分子氧与作用下进行的，细菌等微生物能使分子氧与有机物质反应，有机物质反应，FeFe3+3+还原为还原为FeFe2+2+以及以及NHNH4 4+ +氧化氧化为为NONO3 3- -，这是对污水进行生物处理的基础。，这是对污水进行生物处理的基础。d、水质分析和金属的腐蚀也与氧化还原过程有