《养殖水环境化学》第六章天然水体中的有机物课件.ppt
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- 养殖水环境化学 养殖 水环境 化学 第六 天然 水体 中的 有机物 课件
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1、养殖水环境化学6-16-1概述概述6-26-2天然水中的耗氧有机物天然水中的耗氧有机物 6-36-3天然天然水中的持久性有机污染物水中的持久性有机污染物 第六章第六章 天然水体中的有机物天然水体中的有机物各种水体中普遍存在化学性质和组成复杂的有机物人为活动导致大量有机物排入水体,如工业废水和生活污水等。水中有机物通过直接或间接方式,影响水体物理、化学、生物性质:水中有机物从产生、存在和迁移转化过程与水生生物(包括微生物、浮游生物、鱼类)组成和生命活动(繁殖、生长、死亡)过程都存在十分密切的关系 水中有机物参与和调节水中氧化还原、沉淀溶解、配合解离、吸附解吸等一系列物理化学过程,从而影响许多无机
2、成分(特别是重金属元素)的形态分布、迁移转化和生物活性,影响碳酸盐平衡和水体许多物理化学性质(水色、透明度、表面活性等)水中广泛存在多种持久性有毒有机污染物,它们可被水生生物富集,进而通过食物链危害人类健康。对水中有机物的深入研究对于水产养殖、水生生物学、水质保护具有重要的理论和实践意义。6-1 6-1 概述概述6.1.1 水中有机物的种类和数量6.1.2 反映有机物含量的参数6.1.1 6.1.1 天然水中有机物的种类和含量天然水中有机物的种类和含量 除了碳的氧化物、碳酸及其盐类以外,一切含除了碳的氧化物、碳酸及其盐类以外,一切含碳的化合物都统称为有机物。碳的化合物都统称为有机物。1 1、来
3、源、来源(1)水循环过程中所溶解和携带的有机成分(2)水生生物生命活动过程中所产生的各种有机物2 2、种类、种类(1)按其在水中的分散度的大小 颗粒状有机物和溶解性有机物 (2)按对水环境质量的影响和污染危害方式 耗氧有机物与有毒有机污染物(3)按结构复杂程度和产生方式 腐殖质类和非腐殖质类有机物(1 1)按分散状态分类)按分散状态分类 在水质分析中,一般将平均颗粒直径大于0.45m的悬浮物称为颗粒物。以颗粒状存在的有机物称为颗粒状有机物,以符号POM表示;而小于0.45m的部分称为溶解性有机物,以符号DOM表示。真真空空泵泵滤器滤器混合醋酸纤维滤膜混合醋酸纤维滤膜颗粒状有机物颗粒状有机物(P
4、OM):现已鉴定出的化学成分包括脂肪酸、叶绿素、类胡萝卜素、维生素B12、单糖(葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖和木糖)、氨基酸(谷氨酸、天门冬氨酸、精氨酸、丝氨酸、脯氨酸、丙氨酸和甘氨酸等)以及多核苷酸和腺三磷(ATP)等。溶解溶解性的性的有机物有机物(DOM):成分成分很复杂,比较重要的有碳水化合物、蛋白质很复杂,比较重要的有碳水化合物、蛋白质及其及其衍生物、类脂化合物、维生素和腐殖质等。衍生物、类脂化合物、维生素和腐殖质等。海水中溶解有机氮含量海水中溶解有机氮含量 (mg/L)位置位置东北太平洋东北太平洋黑海黑海地中海西部地中海西部氧化方法氧化方法紫外线照射紫外线照射凯氏消解凯氏消解紫外线照射紫
5、外线照射深度深度(m):0(m):01001000.084(0.0700.084(0.0700.110)0.110)0.110(0.0840.110(0.0840.110)0.110)0.073(0.0490.073(0.0490.084)0.084)1001003003000.070(0.0560.070(0.0560.084)0.084)0.098(0.0910.098(0.0910.110)0.110)0.046(0.0280.046(0.0280.063)0.063)300300100010000.049(0.0280.049(0.0280.070)0.070)0.084(0.0770
6、.084(0.0770.094)0.094)0.046(0.0360.046(0.0360.064)0.064)10001000200020000.049(0.0280.049(0.0280.056)0.056)0.0700.0700.067(0.0200.067(0.0200.094)0.094)20002000以上以上0.0600.060作者作者Holm-HansenHolm-Hansen等等SkopintsevSkopintsev等等BanoubBanoub等等海水中某些有机物(平均)浓度海水中某些有机物(平均)浓度 有有 机机 物物浓度浓度(mol/L)(mol/L)有有 机机 物物浓
7、度浓度(mol/L)(mol/L)醋醋 酸酸2.002.001010-4-4羟基脯氨酸羟基脯氨酸3.053.051010-7-7-氨基丙酸氨基丙酸1.121.121010-6-6乳乳 酸酸1.111.111010-7-7精氨酸精氨酸1.151.151010-7-7白氨酸白氨酸7.637.631010-9-9天冬氨酸天冬氨酸1.201.201010-6-6赖氨酸赖氨酸6.856.851010-7-7柠檬酸柠檬酸1.041.041010-5-5苹果酸苹果酸1.491.491010-5-5半胱氨酸半胱氨酸1.651.651010-7-7脯氨酸脯氨酸1.741.741010-7-7谷氨酸谷氨酸1.09
8、1.091010-6-6丝氨酸丝氨酸1.901.901010-6-6甘氨酸甘氨酸4.004.001010-6-6苏氨酸苏氨酸8.408.401010-7-7乙醇酸乙醇酸7.897.891010-6-6色氨酸色氨酸9.809.801010-5-5组胺酸组胺酸2.582.581010-7-7酪氨酸酪氨酸5.245.241010-7-7对对-羟基苯甲酸羟基苯甲酸4.354.351010-7-7颉氨酸颉氨酸5.135.131010-7-7引自陈静生,水环境化学(引自陈静生,水环境化学(19871987),第),第119119页页。各类水体中有机碳的含量各类水体中有机碳的含量(mg/L)形形 态态河河
9、水水河口水河口水近岸海水近岸海水大洋表层水大洋表层水大洋深层水大洋深层水生活污水生活污水溶解态溶解态1020(50)15(20)15(20)11.50.50.8100颗粒态颗粒态5100.550.11.00.011.00.0030.1 200总总 量量1530(60)110(25)16(21)12.50.50.8300注:陈静生,括号内的数字为极值注:陈静生,括号内的数字为极值(2)按对水质影响和污染危害方式 耗氧有机物耗氧有机物定义定义:主要是指水体中能被溶解氧所氧化的各种有机物,主要包括动、植物残体和生活污水及某些工业废水中的碳水化合物、脂肪、蛋白质等易分解的有机物。这类有机物在微生物作用
10、下氧化分解需要消耗水中的溶解氧,使水质恶化。因此,统称为耗氧有机物。耗氧有机物。CH2O+O2 微生物CO2+H2O2121 2121 对水环境的影响对水环境的影响:a.在水中氧供给充分的条件下,容易被氧化降解,最终产物是CO2、H2O等简单无机化合物,对水体水质不会产生危害;b.当氧化降解过程中消耗的氧不能及时得到补充时,将导致水中的溶解氧迅速降低,同时这些有机物将进行厌氧分解,产生有机酸、醇、醛类物质及其它还原性产物如H2S、CH4等,使水体缺氧、变黑发臭,水质恶化,导致鱼类及水生生物缺氧窒息或中毒死亡,水的可利用性大大降低。有毒有机污染物有毒有机污染物 定义:指本身具有生物毒性的各种有机
11、化合物。主要包括:农药、多氯联苯(PCBs)、卤代脂肪烃、醚类、单环芳香 族化合物、多环芳香烃类(PAHs)、酚类、酞酸酯类、亚硝胺类和其它各种人工合成的具累积性生物毒性的有机化 合物,石油污染物亦可属此类。危害:直接危害水生生物,并通过食物链的传递和积累危害 动物和人类健康。气相色谱、液相色谱、离子色谱、质谱、红外光谱气相色谱、液相色谱、离子色谱、质谱、红外光谱、核磁共振、核磁共振波谱波谱二、反映有机物含量的水质参数二、反映有机物含量的水质参数1.1.生化需氧量(生化需氧量(BOD)2.2.化学需氧量化学需氧量 (COD)3.3.总需氧量总需氧量 (TOD)4.4.总有机碳总有机碳 (TOC
12、)1.1.生化需氧量(生化需氧量(BOD)定义:指好氧条件下,单位体积水中需氧物质生化定义:指好氧条件下,单位体积水中需氧物质生化 分解过程中所消耗的溶解氧的量分解过程中所消耗的溶解氧的量 BOD测定实际上是对可降解有机物含量的间接测量测定实际上是对可降解有机物含量的间接测量 微生物对有机物的耗氧分解是一个缓慢的过程:如在20培养时,有机物完全氧化常需要20-100天以上的时间。BOD5:在20时,水中有机物在微生物作用下氧化分解,五天内所消耗的溶解氧量,称为五日生化需氧量,记为BOD5(以氧的mg/L表示)。BOD5占总占总BOD的的7080%2.2.化学需氧量化学需氧量(COD)在一定条件
13、下,用强氧化剂氧化水中有机物时所消耗在一定条件下,用强氧化剂氧化水中有机物时所消耗的氧化剂的量,以氧的的氧化剂的量,以氧的mg/L为单位表示。为单位表示。所用的氧化剂主要有重铬酸钾和高锰酸钾所用的氧化剂主要有重铬酸钾和高锰酸钾 高锰酸钾氧化法获得的化学需氧量在环境保护领域又称为高高锰酸钾氧化法获得的化学需氧量在环境保护领域又称为高锰酸盐指数,以锰酸盐指数,以CODMn表示,可在酸性或碱性条件下进行表示,可在酸性或碱性条件下进行酸式法氧化能力强,酸式法氧化能力强,水中水中Cl-含量超过含量超过300mg/L的水不适用,的水不适用,因为此时因为此时Cl-干扰测定;干扰测定;在碱性介质中,在碱性介质
14、中,高锰酸钾法的氧化能高锰酸钾法的氧化能力减弱,碱性高锰酸钾法测得的化学需氧量约为酸法的力减弱,碱性高锰酸钾法测得的化学需氧量约为酸法的2/3。重铬酸钾氧化法只在强酸性条件下使用重铬酸钾氧化法只在强酸性条件下使用,以,以CODCr表示。表示。海水海水:国家标准规定采用碱性高锰酸钾法淡水:淡水:重铬酸钾氧化法;酸性高锰酸钾法 由于氧化剂在氧化有机物的同时,也使水中的其他还原性物质如亚硝酸盐、亚铁盐和硫化物等发生氧化,因此COD值中包含了这些还原性物质成分,反映了水中还原性物质的污染程度。3.3.总需氧量总需氧量(TOD)-指水中有机和无机物质燃烧变成稳定的氧化物所需要的氧量,包括难以分解的有机物
15、含量,同时也包括一些无机硫、磷等元素全部氧化所需的氧量。总需氧量的测定采用仪器分析方法总需氧量的测定采用仪器分析方法:其基本原理是以含有微量氧的氮气为载气,连续通过燃烧反应室,当一定量水样注入反应室时,在高温(900)和铂催化剂的作用下,水中的还原性物质立即被完全氧化,消耗了载气中的氧气,导致载气中氧气浓度降低,其氧浓度的变化由氧化锆氧浓度检测器测定,通过与已知总需氧量的标准物质进行比较,即可求得样品的总需氧量。4.4.总有机碳总有机碳(TOC)以碳的含量表示水中有机物总量的综合指标 TOC分析仪分析仪:燃烧氧化非分散红外吸收法在TOC分析仪中广泛应用。这种方法是将水样酸化去除水中的无机碳酸盐
16、后,注入燃烧管中在高温(900)和铂催化剂的作用下燃烧,通过红外吸收气体分析仪测定燃烧过程中产生的CO2而对水中的有机碳进行定量。用这种方法测定TOC快捷方便,进样后仅需几分钟就可出结果。总总有有机机碳碳分分析析仪仪 COD常用于反映养殖水体的有机污染常用于反映养殖水体的有机污染 TOC常用于环境保护领域反映水体的有机污染常用于环境保护领域反映水体的有机污染耗氧有机物的种类及来源耗氧有机物的种类及来源6.2.2 6.2.2 耗氧有机物与水生生物的关系耗氧有机物与水生生物的关系6.2.3 6.2.3 水体有机负荷过大所采取的措施水体有机负荷过大所采取的措施6-2 6-2 天然水中的耗氧有机物天然
17、水中的耗氧有机物6.2.1 6.2.1 耗氧有机物的种类及来源耗氧有机物的种类及来源1、耗氧有机物的种类 耗氧有机物主要包括碳水化合物、脂肪类物质、蛋白质类物质等可生物降解的有机物。2、耗氧有机物的来源 天然有机物及其分解产物 生物活动产物 人类生活废物和各种工业废物等按水体中有机物的产生方式可分为内源和外源按水体中有机物的产生方式可分为内源和外源 :内源内源:指水体中水生植物和藻类光合作用所产生的有机物。指水体中水生植物和藻类光合作用所产生的有机物。外源:外源:指来源于水体之外,以各种途径和方式进入水体的指来源于水体之外,以各种途径和方式进入水体的所有有机物。所有有机物。外源既有人为源又有天
18、然源,外源既有人为源又有天然源,人为源人为源是通过人类活动直接是通过人类活动直接或间接排入水体的各类污染物质;或间接排入水体的各类污染物质;天然源天然源指地球水分自然指地球水分自然循环过程中,从水体外迁移进入水体的各种物质。循环过程中,从水体外迁移进入水体的各种物质。(1 1)人为污染源)人为污染源工业废水工业废水 轻工业几乎均以农副产品为原料进行加工,废水中含有轻工业几乎均以农副产品为原料进行加工,废水中含有大量的易降解有机物,此外还含有颜料、色素等。大量的易降解有机物,此外还含有颜料、色素等。重工业以及石油化工等也需要大量用水,排放废水中除重工业以及石油化工等也需要大量用水,排放废水中除含
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