环境学概论第三章水体环境课件.ppt
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- 环境学 概论 第三 水体 环境 课件
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1、2022-8-14环境学概论第三章水体环境环境学概论第三章水体环境学概论第三章水体环境环境环境学概论第三章水体环境主要内容主要内容-第一节第一节 水体环境概述水体环境概述-第二节第二节 污染物在水体中的扩散污染物在水体中的扩散-第三节第三节 污染物在水体中的转化污染物在水体中的转化-第四节第四节 水环境污染控制及管理水环境污染控制及管理-补充:海洋油污染补充:海洋油污染 环境学概论第三章水体环境第一节第一节 水体环境概述水体环境概述-水体污染源和污染物水体污染源和污染物环境学概论第三章水体环境第一节水体环境概述第一节水体环境概述1.1.水循环的环境意义水循环的环境意义净化作用净化作用冲刷、侵蚀
2、冲刷、侵蚀-水土流失水土流失酸雨酸雨-腐蚀地面、污染水体、土壤腐蚀地面、污染水体、土壤径流径流-地面净地面净化化降水降水-大气净大气净化化负面作用负面作用环境学概论第三章水体环境3.3.水资源的特性(与其它自然资源相比)水资源的特性(与其它自然资源相比)A A资源的循环性资源的循环性B B储量的有限性储量的有限性C C分布的不均衡性分布的不均衡性E E利害的两重性利害的两重性(图图)D D利用的多用性利用的多用性2.2.水资源水资源(water resources)的定义的定义 :水资源:水资源:是指地球表层中是指地球表层中可供人类利用可供人类利用并并逐年得到更新逐年得到更新的那的那部分水量。
3、部分水量。水资源:可以利用或有可能被利用的水源,具有足够的水资源:可以利用或有可能被利用的水源,具有足够的数量数量和和可用的可用的质量质量,并能在某一点为满足某种用途而,并能在某一点为满足某种用途而可用可用。水资源评价活动水资源评价活动-国家评价手册国家评价手册 环境学概论第三章水体环境4.4.地球上局部存在水荒的原因地球上局部存在水荒的原因B B城市、工业区高度集中,耗水量大。城市、工业区高度集中,耗水量大。C C水污染严重,水污染严重,突出。突出。(图图A)(A)(图图B)B)1.1.天然水化学成份的形成天然水化学成份的形成3.3.各种类型的天然水质各种类型的天然水质2.2.天然水的化学组
4、成天然水的化学组成4.4.天然水体的自净作用天然水体的自净作用A A淡水在地球上的分布极不平衡淡水在地球上的分布极不平衡A A物理净化物理净化B B化学及物理化学净化化学及物理化学净化C C生物化学净化生物化学净化环境学概论第三章水体环境2.2.水体分类水体分类3.3.水体与水质的区别水体与水质的区别按区域分:某一具体的被水覆盖的地段按区域分:某一具体的被水覆盖的地段水质水质(water quality):指水相的质量指水相的质量1.1.水体:指以相对稳定的陆地为边界的天然水域水体:指以相对稳定的陆地为边界的天然水域水体水体:在环境学中是一体系。不仅包括在环境学中是一体系。不仅包括水,也包括水
5、中的悬浮物、溶解物、水生生物和底泥。水,也包括水中的悬浮物、溶解物、水生生物和底泥。即为即为液相和固相液相和固相的混合体。的混合体。地下水体地下水体按类型分按类型分海洋水体海洋水体陆地水体陆地水体地表水地表水体体环境学概论第三章水体环境4.4.水体污染水体污染(Pollution of water bodies):是指排入水体的是指排入水体的,水水体的体的发生不良变化,从而发生不良变化,从而水的有效利水的有效利用、用、人体健康、人体健康、生态环境,生态环境,水质恶化的现象。水质恶化的现象。(图图)5.5.水体污染的特水体污染的特征征(1)(1)地表水污染特征地表水污染特征 河流污染河流污染(图
6、图)A A 污染程度随径流量变化污染程度随径流量变化 B B 污染扩散快污染扩散快 C C 污染影响大污染影响大 湖泊污染湖泊污染(图图)A A 污染来源广、途径多、种类复杂污染来源广、途径多、种类复杂 B B 污染稀释和搬运能力弱污染稀释和搬运能力弱 C C 生物降解和累积能力强生物降解和累积能力强 环境学概论第三章水体环境(2)(2)地下水污染特征地下水污染特征(图图)A A 污染来源广泛污染来源广泛(图图)B B 污染难于治理污染难于治理C C 污染危害严重污染危害严重(图)(图)(3)(3)海洋污染特征海洋污染特征(图图)A A 污染源多而复杂污染源多而复杂 B B 污染持续性强污染持
7、续性强 C C 污染扩散范围污染扩散范围大大 环境学概论第三章水体环境四、水体污染源和污染物四、水体污染源和污染物1.1.水体污染源水体污染源(根据不同的方法有不同的分类根据不同的方法有不同的分类)u 按照按照 水水 污污 染源的染源的 分分 布布 特特 征:征:点污染源点污染源面污染源面污染源扩散污染源扩散污染源u按按 受受 污污 染染 的的 水水 体体:地面水污染源地面水污染源地下水污染源地下水污染源海洋污染源海洋污染源u按污染源释放的有害按污染源释放的有害物质种类物质种类:物理性污染源物理性污染源化学性污染源化学性污染源生物性污染源生物性污染源环境学概论第三章水体环境工业废水工业废水(I
8、ndustrial wastewater)A A来源:工业企业在生产过程中排出的废水(表来源:工业企业在生产过程中排出的废水(表)B B特点:量大、面广;特点:量大、面广;成份复杂、毒性大;成份复杂、毒性大;不易净化、难处理不易净化、难处理u按造成水体污按造成水体污染的原因染的原因自然污染源自然污染源人为污染源人为污染源工业废水工业废水 (点源点源)生活污水生活污水 (点源点源)农业退水农业退水 (面源面源)C C污染效应(耗氧、有毒)污染效应(耗氧、有毒)环境学概论第三章水体环境生活污水生活污水(Domestic wastewater)A A来源:生活中各种洗涤水来源:生活中各种洗涤水B B
9、特点:主要是城市生活污水;特点:主要是城市生活污水;杂质很多,以杂质很多,以N N、P P、S S为主;为主;一般呈弱碱性一般呈弱碱性,PH值约值约7.2-7.8C C污染效应:污染效应:引起水体富营养化引起水体富营养化农业退水农业退水(Agricultural wastewater)A A来源:牲畜粪便、农药、化肥来源:牲畜粪便、农药、化肥B B特点:农药、化肥、有机质含量高特点:农药、化肥、有机质含量高C C污染效应:水体富营养化;农药污染污染效应:水体富营养化;农药污染环境学概论第三章水体环境2.2.主要污染物主要污染物按释放的污染种类可分为物理、按释放的污染种类可分为物理、化学化学、生
10、物等几方面、生物等几方面(表)(表)*物理类物理类(1)颜色:)颜色:可以说明水中污染物的含量;纺织、印染、染料、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。造纸等废水排入水体后,可使水色变得极为复杂。(2)浊度:)浊度:由胶体或细小的悬浮物引起;生活污水中铁和锰的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。氢氧化物引起的浊度十分有害。(3)温度:)温度:因工业废水的排放引起天然水体温度上升,严重因工业废水的排放引起天然水体温度上升,严重的可形成的可形成热污染热污染(thermal pollution)。(4)悬浮固体:)
11、悬浮固体:指水体中胶体或细小的悬浮固体;可降低水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,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。减缓水底活性,导致水体底部缺氧,使水体同化能力降低。环境学概论第三章水体环境*化学类化学类(1)(1)无机无毒物质无机无毒物质 uA A 酸、碱及一般无机盐类酸、碱及一般无机盐类uB B 氮、磷等植物营养物质氮、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:引起危害:引起 水体富
12、营养化水体富营养化来源:酸来自矿山排水,工业废水及酸雨;碱来自碱法造纸,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制碱,制革及炼油等工业废水;酸碱废水相互中和并与与 地表物质反应会产生各种无机盐类污染。地表物质反应会产生各种无机盐类污染。危害:水体危害:水体PH值发生变化;值发生变化;增加水中无机盐类的浓度和水的硬度增加水中无机盐类的浓度和水的硬度环境学概论第三章水体环境(2)(2)无机有毒物质无机有毒物质 uA A 重金属毒性物质重金属毒性物质 (汞、镉、铅、铬、铜、砷(汞、镉、铅、铬、铜、砷 )uB B 非重金属的无机毒性物质非重金
13、属的无机毒性物质 (氰化物(氰化物 、氟化物)、氟化物)来源:化石燃料的燃烧、采矿和冶炼来源:化石燃料的燃烧、采矿和冶炼 来源:氰化物来源:氰化物电镀废水、焦炉和高炉的煤气洗涤水电镀废水、焦炉和高炉的煤气洗涤水,含氰废水,金银选矿废水;氟化物含氰废水,金银选矿废水;氟化物电镀加工含氟电镀加工含氟 废水和含氟废气洗涤水。废水和含氟废气洗涤水。危害:使各种酶失去活性;危害:使各种酶失去活性;不能被微生物降解,易富集。不能被微生物降解,易富集。危害:氰化物可抑制细胞呼吸;氟化物可引起氟斑牙,危害:氰化物可抑制细胞呼吸;氟化物可引起氟斑牙,氟骨症,损害肾脏等氟骨症,损害肾脏等 环境学概论第三章水体环境
14、(3)(3)有机无毒物(需氧有机物):有机无毒物(需氧有机物):碳水化合物、蛋白质、脂肪等碳水化合物、蛋白质、脂肪等来源:生活污水、食品加工和造纸等工业废水来源:生活污水、食品加工和造纸等工业废水 耗氧有机物:耗氧有机物:有机物的共同特点是,直接进入水体后,通过微有机物的共同特点是,直接进入水体后,通过微生生 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,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生 腐败分解、恶化水质,故称其为。腐败分解、恶化水质,故称其为。常用的有机物污染指
15、标:常用的有机物污染指标:危害:耗氧,使水质恶化危害:耗氧,使水质恶化 COD:又称化学需氧量。指在规定条件下,使水样中能被又称化学需氧量。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氧化的物质氧化所需耗用氧化剂(酸性重铬酸钾酸性重铬酸钾)的量,以每的量,以每升水消耗氧的毫克数表示。升水消耗氧的毫克数表示。环境学概论第三章水体环境CODCOD和高锰酸盐指数的区别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,新环境水质标准称高锰酸钾溶液为氧化剂测得的化学耗氧量,新环境水质
16、标准称为高锰酸盐指数为高锰酸盐指数CODCODMnMn,而仅将酸性重铬酸钾法测得的值称为,而仅将酸性重铬酸钾法测得的值称为CODCOD,通常记为,通常记为CODCODCrCr 目前国内外都以目前国内外都以5 5天作为测定天作为测定BODBOD的标准时间,简称的标准时间,简称5 5日日生化需氧量,记作生化需氧量,记作BODBOD5 5 ,BODBOD5 5约等于约等于BODBOD2020的的70%70%。BOD:指在好气条件下,微生物分解水体中有机物质的生物指在好气条件下,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。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:微生物
17、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碳化阶段:有机物被转化为无机物CO2,H2O和和NH3等;等;硝化阶段:硝化阶段:NH3进一步被转化为进一步被转化为HNO2和和HNO3 环境学概论第三章水体环境 TOC:水中溶解性和悬浮性有机物中存在的全部碳量,是水中溶解性和悬浮性有机物中存在的全部碳量,是评评 价水体需氧有机物的一个综合指标。其测定结果以价水体需氧有机物的一个综合指标。其测定结果以C含含 量表示,单位为量表示,单位为mg/L。TOD:水中的有机物完全被氧化时的需氧量。水中的有机物完全被氧化时的需氧量。(4)(4)有机有毒物质有机有毒物质(酚类,农药,酚类,农药,PA
18、H,PCB,洗涤剂,石油等,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中 排放的污水排放的污水 危害:比较稳定,不易被微生物分解危害: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。都有害于人类健康,但危害程度和作用方式不同。危害最大的有两类:有机氯化合物和多环有机化合物危害最大的有两类:有机氯化合物和多环有机化合物 环境学概论第三章水体环境*生物类生物类(细菌、病毒、原生动物、寄生蠕虫等)(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来源:城市生活污水、医院污
19、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。条件适合,就会引起人体疾病。*放射性放射性类类来源:核武器试验;原子能工业排放或泄漏来源:核武器试验;原子能工业排放或泄漏。危害:主要通过危害:主要通过、等射线损害人体组织,并可在人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。症,严重的可导致生命危险。环境学概论第三章水体环境第二节污染物在水体中的扩散第二节污染物在水体中的扩散一一.污染物在水体中的运动特征污染
20、物在水体中的运动特征1.1.推流迁移:推流迁移:指污染物在水流作用下产生的迁移作用指污染物在水流作用下产生的迁移作用 此过程中污染物质此过程中污染物质总量不变,浓度也不变总量不变,浓度也不变 2.2.分散作用:分散作用:包含分子扩散、湍流扩散和弥散三个方面。包含分子扩散、湍流扩散和弥散三个方面。此过程中污染物质此过程中污染物质总量不变,但浓度减小总量不变,但浓度减小 3.3.污染物的衰减和转化污染物的衰减和转化 此过程中污染物质此过程中污染物质总量与浓度均发生变化总量与浓度均发生变化 进入水环境中的污染物可以分为两大类: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保守物质和非保守物
21、质 环境学概论第三章水体环境二二.河流水体中污染物扩散的稳态解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态 条件:河流水体处于稳定流动状态、污染源连续稳定排放。条件:河流水体处于稳定流动状态、污染源连续稳定排放。环境学概论第三章水体环境三三.河流水质模型(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
22、境的自净能力。染的特征及水体环境的自净能力。两种类型:两种类型:简单的一级衰变模型,如简单的一级衰变模型,如BOD的衰变;的衰变;衰变和恢复相结合的水质模型,如衰变和恢复相结合的水质模型,如DO在水体在水体中中的平衡过程的平衡过程SP模型:模型:描述一维稳态河流中的描述一维稳态河流中的BODDO的变化规律。的变化规律。基本假设:基本假设:河流中的河流中的BOD的衰减和溶解氧的复氧都是一级反的衰减和溶解氧的复氧都是一级反应,反应速度是定常的;河流中的耗氧是由应,反应速度是定常的;河流中的耗氧是由BOD衰减引衰减引起的,而河流中的溶解氧来源则是大气复氧。起的,而河流中的溶解氧来源则是大气复氧。环境
23、学概论第三章水体环境SP模型是关于模型是关于BOD和和DO的耦和模型,可以写作:的耦和模型,可以写作:式中:式中:L河水中河水中BOD值;值;D河水中的氧亏值;河水中的氧亏值;Kd河水中河水中BOD衰减(耗氧)速度常数;衰减(耗氧)速度常数;Ka河水中复氧速度常数;河水中复氧速度常数;t河段内河水的流行时间。河段内河水的流行时间。上式的解析解为:上式的解析解为:式中:式中:L0河流起始点的河流起始点的BOD值;值;D0河流起始点的氧亏值。河流起始点的氧亏值。该式表示河流水中的氧亏变化规律。如果以河流的溶该式表示河流水中的氧亏变化规律。如果以河流的溶解氧来表示,则:解氧来表示,则:环境学概论第三
24、章水体环境式中:式中:O河水中的溶解氧值;河水中的溶解氧值;Os饱和溶解氧值。饱和溶解氧值。该式称为该式称为SP 氧垂公式氧垂公式 根据该式可绘制溶解氧沿根据该式可绘制溶解氧沿程变化曲线即程变化曲线即氧垂曲线氧垂曲线临界氧亏点(临界氧亏点(DC):):溶溶解氧浓度最低的点解氧浓度最低的点式中:式中:Dc临界氧亏值;临界氧亏值;tc由起始点到达临由起始点到达临界点的流行时间。界点的流行时间。环境学概论第三章水体环境第三节污染物在水体中的转化第三节污染物在水体中的转化一一.水体中耗氧有机物降解水体中耗氧有机物降解1.1.有机物生物化学分解有机物生物化学分解 代表性有机物:碳水化合物;脂肪和油类;蛋
25、白代表性有机物:碳水化合物;脂肪和油类;蛋白质质(1)碳水化合物碳水化合物 2.2.耗氧有机物的生物降解耗氧有机物的生物降解 基本反应包括基本反应包括水解反应:指复杂的有机物分子与水电离出的水解反应:指复杂的有机物分子与水电离出的H或或OH 结合生成较简单化合物的反应。结合生成较简单化合物的反应。氧化反应:包括脱氢作用和脱羧作用两类氧化反应:包括脱氢作用和脱羧作用两类 环境学概论第三章水体环境(2)脂肪和油类脂肪和油类(3)蛋白质蛋白质 环境学概论第三章水体环境 需氧有机物降解的共同规律是:首先在细胞体外发生水解,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
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