最新《环境科学导论》课件11-水资源及其利用与保护.ppt

1、主讲：张晋华主讲：张晋华11.1 关于水资源的一些基本概念11.2 世界水资源的利用情况11.3 我国水资源的特点11.4 水资源的利用与保护 思考题与习题11.1 关于水资源的一些基本概念 1 水是宝贵的自然资源2 水圈与水资源海洋97.41%2.59%冰帽和冰河1.984%地下水地下水 0.592%0.014%湖泊0.007%生物体0.0001%冰流0.0001%大气中水蒸汽0.001%土壤含水0.005%地球上水的分布最好的估计 已发表的估计数量范围 滞留时间 海洋1.351091.321.371092500a 大气1300010500155008d陆地 河流17001020212016

2、d 湖泊1000003000017700017a 内海10500085400125000土壤含水量 70000165001500001a 地下水8.210673301061400a冰川和冰帽 27.510616.548.02106山地冰川1600a极地冰帽9700a 生物水110060050000几小时表111 地球上各种水的储量 地球上水循环量地球上水循环量总径流总径流蒸发量蒸发量8047450450海洋降水海洋降水陆地降水陆地降水127单位：万亿米单位：万亿米3/年年497海洋蒸发海洋蒸发4 水资源的特性1）资源的循环性2）储量的有限性3）时空分布的不均匀性4）利用的多样性 5.水对人类和

3、社会经济发展的重要作用1）水是生命之源2）水是农业的命脉3）水是工业的血液4）水是城市发展繁荣的基本条件5）水对调节自然环境有特殊作用11.2 世界水资源的利用情况1 世界水资源的供给与利用195019601970197519852000城市60/1180/14120/20150/25250/38440/65工业190/9310/15510/20630/251100/451900/70农业860/6301500/11501900/15002100/16002400/19003400/2600总量1110/6501890/11792530/15402880/16503750/19835740/2

4、735年增长率/35.64.04.053表表11113 3 世界耗水量世界耗水量/不能恢复耗水量的变化不能恢复耗水量的变化2 世界水资源面临的问题1）水量短缺严重，供需矛盾尖锐2）水源污染严重，“水质型缺水”突出1）自然条件影响2）城市与工业区集中发展3）水体的污染 水体有二个含义：一般是指河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、海洋的总称；在环境学领域中则把水体当作包括水中的悬浮物、溶解物质、底泥和水生生物等完整的生态系统或完整的综合自然体来看。水体还可按类型和区域划分。按类型可划分如下：（1）海洋水体（2）陆地水体 地表水体河流、湖泊等 地下水体水危机产生的原因水危机产生的原因偏离正常百分比图11

5、3 世界年降雨可得量物理性物理性水质指标水质指标化学性化学性水质指标水质指标生物学生物学水质指标水质指标水质指标水质指标感官指标感官指标总固体总固体悬浮固体悬浮固体溶解固体溶解固体可沉固体可沉固体电导率电导率一般化学性指标一般化学性指标各种离子各种离子总含盐量总含盐量有毒化学性指标有毒化学性指标化学需氧量（化学需氧量（CODCOD）生化需氧量（生化需氧量（BODBOD）总需氧量（总需氧量（TODTOD）细菌总数细菌总数总大肠菌群数总大肠菌群数各种病原细菌各种病原细菌病毒病毒四、水质指标四、水质指标浑浊度浑浊度色度色度温度温度嗅嗅感官指标感官指标碱度碱度pH值值硬度硬度各种阳各种阳离子离子一般化

6、学性一般化学性指标指标各种阴各种阴离子离子总含盐量总含盐量一般有机一般有机物质物质多环芳烃多环芳烃重金属重金属各种农药各种农药有毒化学指标有毒化学指标 污水水质指标主要有下列几项：（1）悬浮物：是指污水中呈固体状的不溶解物质，它是水体污染）悬浮物：是指污水中呈固体状的不溶解物质，它是水体污染基本指标之一。基本指标之一。（2）废水中有机物浓度也是一个重要的水质指标。由于有机物的）废水中有机物浓度也是一个重要的水质指标。由于有机物的组成比较复杂，要想分别测定各种有机物的含量比较困难，一般组成比较复杂，要想分别测定各种有机物的含量比较困难，一般采用下面几个指标来表示有机物的浓度：采用下面几个指标来表

7、示有机物的浓度：浑浊度浑浊度一般有机一般有机物质物质 生物化学需氧量，简称生化需氧量，用BOD（biochemical oxygen demand）表示，BOD表示水中的有机污染物经微生物分解所需的氧量（单位体积的污水所消耗的氧量，mg/L）。生化需氧量越高，表示水中需氧有机物质越多。化学需氧量（chemical oxygen demand，COD），即用化学氧化剂氧化水中有机污染物时所需的氧量。COD越高，表示有机物质越多。目前常用的氧化剂主要是重铬酸钾或高锰酸钾。以高锰酸钾作氧化剂时，测得的值也称耗氧量。总有机碳（total organic carbon，TOC），表示污水中有机污染物的总

8、含碳量。总需氧量（total oxygen demand，TOD），有机物主要是由碳（C）、氢（H）、氮（N）、硫（S）等元素组成的，当有机物被完全氧化时，C、H、N、S分别被氧化为CO2、H2O、NO2和SO2，此时的需氧量称为总需氧量。污水有机物指标之间的关系有机碳量有机碳量需氧量需氧量TOCTODCODcrBODLBOD5CODMn（3）pH值。（4）污水的细菌污染指标。在水处理工程中，用两种指标表示水体被细菌污染的程度：1mL水中细菌(杂茵)总数。水中大肠菌的多少。（5）污水中有毒物质指标。污染源：向水体排放污染物的场所、设备和装置。2）水体污染源（一）点源（一）点源1.1.工业废水工

9、业废水 (1)(1)悬浮物质含量高悬浮物质含量高 (2)(2)需氧量高需氧量高 (3)pH(3)pH值变化幅度大值变化幅度大 (4)(4)温度较高温度较高 (5)(5)易燃易燃 (6)(6)多种多样的有害成分多种多样的有害成分 (1)(1)悬浮物质较低悬浮物质较低 (2)(2)属于低浓度有机废水属于低浓度有机废水 (3)(3)呈弱碱性呈弱碱性 (4)(4)含氮、磷等营养物质较多含氮、磷等营养物质较多 (5)(5)含有多种微生物含有多种微生物 2.2.生活污水生活污水l生活污水是指居民在日常生活活动中所产生的废水生活污水是指居民在日常生活活动中所产生的废水二、非点源二、非点源 以较大范围形式排放

10、污染物而造成水体以较大范围形式排放污染物而造成水体污染的发生源。污染的发生源。面源污染主要指农田径流排水，具有面面源污染主要指农田径流排水，具有面广、分散、难于收集、难于治理的特点。广、分散、难于收集、难于治理的特点。农业灌溉用水量约占全球总用水量的农业灌溉用水量约占全球总用水量的70%70%左右，农田径流左右，农田径流排水已成为天然水体的主要污染来源之一。排水已成为天然水体的主要污染来源之一。3）水体中的主要污染物（1）需氧污染物 生活污水和某些工业废水中所含的碳水化合物、蛋白质、脂肪和木质素等有机化合物可在微生物作用下最终分解为简单的无机物质，这些有机物在分解过程个需要消耗大量的氧气，故被

11、称之为需氧污染物。溶解氧呼吸作用（全日进行，使DO减少）氧在水中的溶解度增加溶解度减少溶解度 12 子夜 6 早晨 12 中午 6 傍晚 12 子夜溶解氧含量图114 水中DO随呼吸、光合和再充气作用而变化的情况光合作用（白昼进行，使DO增加）再充气作用（使DO增加，但午后不久因超过了溶解度而发生逆转，又使水中DO下降）有机废物的氧化作用（全日进行，使DO减少）溶解氧剩余溶解氧耗氧量有机废物含量污水排放口下游（低污染度水体）下游污水排放口溶解氧耗氧量有机废物含量溶解氧不足（高污染度水体）图115 水体中有机废物与溶解氧含的关系溶解氧剩余 生化需氧量BOD BOD应用时有两种形式，一是BOD用，

12、表示经过时间t所耗用的氧量；一是BOD余表示该时刻水中所残余的生化需氧量。BOD总BOD余t/dBOD5BOD总051015t/d图116 BOD余和BOD用随时间t而变化的情况)e(1BODBODkt总用kteBODBOD总余L/mg300e1200e1BODBOD22.05kt5总 氧垂曲线（Oxygen Sag Curve）废物加入点下游的距废物加入点离溶解氧图117 氧垂曲线水体中营养物的来源：在地表水中，氮化合物（NH4+、NO2-、NO3-）的总量一般 不超过百分之几至十分之几mg/L，磷化合（H2PO4-1、HPO4-2等）的数值也大致在这个范围内。（2）植物营养物 所谓植物营养

13、物主要是指氮、磷、钾、硫及其化合物。化肥生活污水的粪便含磷洗涤剂淋洗和冲刷三个途径天然水中过量的植物营养物质主要来自：水体富营养化见图 。一般讲，总磷超过20mg/m3，或无机氮超过300mg/m3，即可认为水体处于富营养化状态（见表 ）。富营养化对鱼类和人体健康的主要危害如下：藻类繁殖引起死鱼。硝酸盐超过一定量时有毒性，亚硝酸盐又能在人体内与肿胺合成亚硝胺，有使人得癌症、生畸胎和影响遗传得危险。贫营养贫中中富富营养总磷/mg/m3100无机氮/mg/m31500BOD/mg/L10细菌/个/mL10万叶绿素a/g/L10水道阻塞 恶臭 着色 锰危害 鱼种 死鱼 表117 水体富营养化的分级、

14、作用及其影响N、P贫营养湖（因加入N、P后，水生生物、藻类大量繁殖）富营养湖植物营养素沉积湖底（动植物枯死、腐烂）藻类沼泽干地图118 富营养化作用引起得湖泊生态系统得变化云南滇池富营养化现象严重人们打捞由于水体富营养化导致的过量生长的水葫芦造成感官污染造成感官污染2.2.引起水质恶化引起水质恶化3.3.减少鱼类活动的空间减少鱼类活动的空间4.4.藻类分解的有害物质伤害水生生物藻类分解的有害物质伤害水生生物5.5.消耗水中的溶解氧，严重影响鱼类生存消耗水中的溶解氧，严重影响鱼类生存6.6.破坏水生生态系统平衡破坏水生生态系统平衡7.7.引起水体老化引起水体老化（二）富营养化的危（二）富营养化的

15、危害害防止方法防止方法治理方法治理方法对废水作深度处理去除对废水作深度处理去除N N、P P使用化学药剂使用化学药剂排水改道引流排水改道引流打捞藻类打捞藻类改变水体的水文参数（流速、改变水体的水文参数（流速、含水量、温度等）含水量、温度等）引水（不含营养物）引水（不含营养物）进行稀释进行稀释不用含磷洗涤剂不用含磷洗涤剂疏浚底泥疏浚底泥人工曝气人工曝气重金属污染物最主要的特性是：在水体中不能被微生物降解，而只能发生各种形态之间的相互转化，以及分散和富集的过程。这些过程统称为金属迁移。重金属在水体中的迁移主要是下列物理化学作用。沉淀作用。吸附作用 此外还有氧化还原作用(如三价铬被氧化为六价铬，六价

16、铬毒性远大于三价铬)、络合作用等。(3)重金属水中汞、镉、铅、铬以及类金属砷等水中汞、镉、铅、铬以及类金属砷等 从毒性和对生物体、人体的危害方面看，重金 属的污染有三个特点：在天然水体中只要有微量浓度即可产生毒性效应，一般重金属产生毒性的范围大致在l10mg/L，毒性较强的金属如汞、镉产生毒性的浓度范围在0.010.001mg/L。通过食物链的生物放大作用，重金属可以在较高级生物体内成千、成万倍地富集，然后通过食物进入人体，在人体某些器官中积累造成慢性中毒。水体中的某些重金属可在微生物的作用下转化为毒性更强的金属化合物，如汞的甲基化(无机汞在水环境或鱼体内由微生物的作用转化为毒性更强的有机汞，

17、又叫甲基汞)。（4）农药（5）石油（6）酚类化合物 水体中酚的来源主要是冶金、煤气、炼焦、石油化工、塑料等工业徘放的含酚废水。根据酚在水中对人的感官影响，一般规定饮用水挥发酚浓度为0.001ng/L，水源水中的最大容许浓度可以是0.002mg/L，地面水最高容许浓度为0.01mg/L。（7）氰化物 水体中氰化物主要来自化学、电镀、煤气、炼焦等工业排放的含氰废水。水体对氰化物有较强的自净作用，天然水体中氰化物的净化过程主要有两个途径。一个是挥发排出，即通过下述反应转变为可挥发的氰酸：CN-CO2+H2O=HCN+HCO3-这一过程的净化量可以占到水体对氰化物总自净量的90左右。另一过程是氧化分解

18、(即生物化学氧化)：2CN-O2 2CNO-CNO-2H2O NH4+CO32-微生物进一步氧化为亚硝酸（8）酸碱及一般无机盐类 酸性废水主要来自矿山排水、冶金和金属加工酸洗废水。碱性废水主要来自碱法造纸、人造纤维、制碱、制革等工业废水。（9）放射性物质 大多数水体在自然状态下都有极微量的放射性。第二次世界大战后，由于原子能工业，特别是核电站的发展，水体的放射性日益增高。放射性物质主要来源有三个途径：核电站的迅速增多，必然会带来放射性污染问题。核武器的试验，主要是大气中放射性尘埃的降落和地面径流。放射性同位素在化学、冶金、医学、农业等部门的广泛应用，随污水排入水体。放射性物质可由大气进入海洋，

19、现在世界任何海区均可测出锶90和铯137，北半球高于南半球。污染水体的最危险放射性物质有锶90、铯137等。这些物质半衰期长，可引起遗传变异或癌症。有时放射性物质在水环境中虽然不多但能经水生食物链而富集。放射性污染物质的危害：（10）病原微生物和致癌物 水体中病原微生物主要来自生活污水和医院废水，制革、屠宰、洗毛等工业废水、以及牧畜污水。病原微生物有三类：病菌可以引起疾病的细菌。病毒一般没有细胞结构，但有遗传、变异、共生、干扰等生命现象的微生物。寄生虫动物寄生物的总称。（一）城市污水处理的分级（一）城市污水处理的分级一级处理二级处理三级处理去除沉淀性去除沉淀性物质及油脂等物质及油脂等 SSSS

20、 40%40%BOD5BOD5 30%30%去除有机物去除有机物 SSSS 90%90%BOD5BOD5 90%90%去除氮和磷及去除氮和磷及其他溶解性物质、其他溶解性物质、杀菌消毒杀菌消毒三、污水处理的基本方法三、污水处理的基本方法一级处理一级处理二级处理二级处理中和中和化学沉淀化学沉淀氧化还原氧化还原消毒消毒电解电解沉淀沉淀筛滤过滤筛滤过滤气浮气浮离心分离离心分离膜分离膜分离萃取萃取好氧法好氧法厌氧法厌氧法自然生物处理自然生物处理活活性性污污泥泥法法生生物物膜膜法法悬悬浮浮生生长长生生物物法法生生物物膜膜法法稳稳定定塘塘法法土土地地处处理理系系统统（二）污水处理技术概述（二）污水处理技术概

21、述物理法物理法化学法化学法生物法生物法通过物理作用，来分离、回收污水中不溶通过物理作用，来分离、回收污水中不溶解的、呈悬浮状的污染物质，在处理过程解的、呈悬浮状的污染物质，在处理过程中不改变其化学性质。中不改变其化学性质。向污水中投加化学试剂，利用化学反应来分向污水中投加化学试剂，利用化学反应来分离、回收污水中的污染物质，或将污染物转离、回收污水中的污染物质，或将污染物转化为无害的物质。化为无害的物质。利用微生物的新陈代谢功能，使污水中呈溶利用微生物的新陈代谢功能，使污水中呈溶解和胶体状态的有机污染物转化为无害物质，解和胶体状态的有机污染物转化为无害物质，使污水得以净化。使污水得以净化。物理法

22、物理法重力分离法重力分离法（沉淀、上浮）（沉淀、上浮）过过 滤滤气气 浮浮离心分离离心分离反渗透反渗透筛筛 滤滤 辐流式沉淀池辐流式沉淀池化学法化学法化学沉淀化学沉淀中中 和和氧化还原氧化还原吸吸 附附电渗析电渗析混混 凝凝离子交换离子交换向污水中投加某种化学物质，使它与污向污水中投加某种化学物质，使它与污水中溶解性物质发生互换反应，生成难水中溶解性物质发生互换反应，生成难溶于水的沉淀物，以降低污水中溶解性溶于水的沉淀物，以降低污水中溶解性物质的方法。物质的方法。常用于含重金属、氟化物的废水的处理常用于含重金属、氟化物的废水的处理含锌废水：含锌废水：ZnZn2+2+CaO+H+CaO+H2 2

23、OZnOZn（OHOH）2 2 （pH9-11pH9-11）含汞废水：含汞废水：HgHg2+2+Na+Na2 2S HgS +2NaS HgS +2Na+含铬废水：含铬废水：CrOCrO4 42-2-+Ba+Ba2+2+BaCrO BaCrO4 4 化学沉淀化学沉淀格栅沉砂池初沉池初沉池曝气池曝气池二沉池二沉池消毒池原污水排放浓缩池消化池消化池脱水机房投配池沼气利用污水流程污泥流程消化气管线城市污水处理流程示意图一级处理二级处理泵站污泥利用（三）污水处理流程（三）污水处理流程污水污水回流污水回流污水出水出水回流污泥回流污泥剩余污泥剩余污泥厌氧、缺氧、好氧脱氮除磷工艺厌氧、缺氧、好氧脱氮除磷工艺

24、厌氧池厌氧池缺氧池缺氧池好氧池好氧池二沉池二沉池进一步降低进一步降低BODBOD5 5、CODCOD、SSSS等指标等指标脱氮、除磷脱氮、除磷消毒杀菌消毒杀菌深度处理的对象深度处理的对象深度处理水的用途深度处理水的用途补充地面水源农田灌溉、市政杂用小区中水工业用水回灌地下（四）污泥处理、处置与利用（四）污泥处理、处置与利用一座二级污水处理厂，产生的污泥量约占处理污水的一座二级污水处理厂，产生的污泥量约占处理污水的0.3-0.3-0.5%0.5%（含水率以（含水率以97%97%计）。计）。含有：含有：有毒物质：病原微生物、寄生虫卵、重金属离子等，有毒物质：病原微生物、寄生虫卵、重金属离子等，营养

25、物质：氮、磷、钾、有机物等。营养物质：氮、磷、钾、有机物等。若不加妥善处理会造成二次污染若不加妥善处理会造成二次污染一般污泥处理费用约占全污水处理厂运行费用的一般污泥处理费用约占全污水处理厂运行费用的20-50%11.3 我国水资源的特点及存在的主要问题 （1）水资源总量较丰富，但人均和地均拥有量少）水资源总量较丰富，但人均和地均拥有量少 人均占有河川人均占有河川径流量为世界径流量为世界人均的人均的1/4耕地亩均占有耕地亩均占有河川径流量为河川径流量为世界亩均的世界亩均的3/4河川径流量居河川径流量居世界第六位世界第六位（2 2）水资源时空分布不均匀，水土资源配置不平衡）水资源时空分布不均匀，

26、水土资源配置不平衡水资源南多北少水资源南多北少,相差悬殊相差悬殊：长江、珠江、闽浙、西南四个流域平均年径流深长江、珠江、闽浙、西南四个流域平均年径流深:500mm黄河、海河、辽河、黑龙江四个流域黄河、海河、辽河、黑龙江四个流域:100mm内陆诸河内陆诸河:32mm水资源的地区分布与人口、土地资源的配置不合理：水资源的地区分布与人口、土地资源的配置不合理：长江、珠江、闽浙、长江、珠江、闽浙、西南四个流域西南四个流域:黄河、海河、辽河、黄河、海河、辽河、黑龙江四个流域黑龙江四个流域:耕地占全国的耕地占全国的%人口占人口占%水资源量占水资源量占%36%54.4%81%45.2%38.4%9.6%（3

27、 3）水资源年际、年内变化大，水旱灾害频繁）水资源年际、年内变化大，水旱灾害频繁最大年降水量最大年降水量/最小年降水量最小年降水量最大年径流量最大年径流量/最小年径流量最小年径流量南方南方北方北方比值比值2-4倍倍比值比值3-6倍倍比值比值2-4倍倍比值比值3-8倍倍汛期水量汛期水量占年水量占年水量60-70%80%以上以上我国水资源量的年际差别悬殊和年内变化剧烈，是我国农我国水资源量的年际差别悬殊和年内变化剧烈，是我国农业生产不稳定、水旱灾害频繁的根本原因。业生产不稳定、水旱灾害频繁的根本原因。（4 4）雨热同期是我国水资源的优点）雨热同期是我国水资源的优点雨热同期：水资源和热量的年内变化具

28、有同步性。雨热同期：水资源和热量的年内变化具有同步性。每年每年3-53-5月后，气温持续上升，雨季也大体上在这个时候来月后，气温持续上升，雨季也大体上在这个时候来临，水分、热量条件的同期有利于农作物的生长临，水分、热量条件的同期有利于农作物的生长。我国以占世界我国以占世界7.2%7.2%的耕地和的耕地和6.4%6.4%的淡水资源，养的淡水资源，养活着约占世界活着约占世界22%22%人口。人口。（5 5）水土流失严重，许多河流含沙量大水土流失严重，许多河流含沙量大在中国黄河中游及支流出现每立方米数百千克至1000千克以上的高含沙水流，（6 6）我国水资源开发利用各地很不平衡）我国水资源开发利用各

29、地很不平衡11.4 水资源的利用与保护1 提高水的利用效率，开辟第二水源1）降低工业用水量，提高水的重复利用率 （80-90%）2）减少农业用水，实行科学灌溉3）回收利用城市污水，开辟第二水源 2 调节水源流量，增加可靠供水 1）建造水库 2）跨流域调水 3）地下蓄水 4）海水淡化 5）托移冰山 6）恢复河、湖水质 7）合理利用地下水 在开发利用地下水资源时，应采取以下保护措施：（1）加强地下水源勘察工作，掌握水文地质资料，以便对资源作出正确的评价和合理使用计划，避免过量开采和滥用水源；（2）全面规划，合理布局，统一考虑地表水和地下水的综合利用；（3）采取人工补给的方法，但必须注意防止地下水的

30、污染；（4）设立监测网，随时了解地下水的动态和水质变化情况，以便及时采取防治措施。3 加强水资源管理4 增加下水道建设，发展城市污水处理厂思考题与习题1）什么叫水资源?它由哪几部分水组成?世界和我国的水资源数量多少?2）利用寒暑假调查你所在城市和地区的水资源的消耗与供应情况，并绘成图表，并提出合理利用与保护的设想。3）试分析世界和我国水资源的利用情况。4）试述如何合理利用和保护水资源。5）水体的含义是什么?什么叫水体污染?什么叫水体 自净？6）用哪些指标表示污水的水质?7）水体的主要污染源和主要污染物是哪些?8）什么叫水体的富营养化?水体富营养化有何危害?9）什么叫赤潮?发生赤湖的基本条件是什么?10）我国赤潮危害的状况如何?11）生活污水中主要有哪些污染物？