第四章 环境科学概论.ppt

1、第二章第二章 水体环境水体环境第一节第一节 水环境概论水环境概论第二节第二节 水体与水体污染水体与水体污染第三节第三节 水体主要污染物及其危害水体主要污染物及其危害第四节第四节 水体污染与自净水体污染与自净第五节第五节 水环境污染控制及其管理水环境污染控制及其管理第一节第一节 水环境概论水环境概论一一 水资源分布水资源分布二二 水循环水循环三三 我国水资源特征与利用的问题我国水资源特征与利用的问题第一节第一节 水环境概论水环境概论w 全球总贮水量估计为全球总贮水量估计为13.9亿立方千米亿立方千米w 其中淡水总量仅为其中淡水总量仅为0.36亿立方干米亿立方干米w 除冰川和冰帽外，可利用的淡水总

2、量不足世界总贮水量的除冰川和冰帽外，可利用的淡水总量不足世界总贮水量的1%海洋海洋97.41%2.59%冰帽和冰帽和冰河冰河1.984%地下水地下水0.592%生物体生物体0.0001%冰流冰流0.0001%大气中的水蒸大气中的水蒸气气0.001%土壤含水土壤含水0.005%一一 水资源分布水资源分布二二 水循环水循环第一节第一节 水环境概论水环境概论二二 水循环水循环地球表面的水在太阳辐射能和地心引力的相互作用下，水地球表面的水在太阳辐射能和地心引力的相互作用下，水分通过蒸发、降水、渗透及径流，水分不断循环往复。分通过蒸发、降水、渗透及径流，水分不断循环往复。作用：作用：热量输送、调节气候热

3、量输送、调节气候第一节第一节 水环境概论水环境概论三三 我国水资源特征与利用的问题我国水资源特征与利用的问题1.水资源：水资源：w广义：地球上各种形态的水广义：地球上各种形态的水w狭义：可供人们经常取用的水量，在大陆上由大气降狭义：可供人们经常取用的水量，在大陆上由大气降水补给的各种地表水，浅层地下水的储量和动态水量水补给的各种地表水，浅层地下水的储量和动态水量组成。组成。第一节第一节 水环境概论水环境概论三三 我国水资源特征与利用的问题我国水资源特征与利用的问题2.主要问题主要问题w人均、亩均水量低于世界水平人均、亩均水量低于世界水平w分布不均：地区、时间分布不均：地区、时间w水量变化大、可

4、利用水少水量变化大、可利用水少w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w水资源开发中存在问题：水资源开发中存在问题：水利对水文的影响、用水浪费、水利对水文的影响、用水浪费、水污染水污染第二节第二节 水体与水体污染水体与水体污染一一 水体水体二二 水质水质三三 污染源污染源第二节第二节 水体与水体污染水体与水体污染一一 水体：水体：1.两种含义：两种含义：w 一是指以相对稳定的陆地为边界的天然水域，包括有一定一是指以相对稳定的陆地为边界的天然水域，包括有一定流速的沟渠、河流和相对静止的塘堰、湖泊、沼泽、水库、流速的沟渠、河流和相对静止的塘堰、湖泊、沼泽、水库、地下水、海洋地

5、下水、海洋w 环境学领域中则把环境学领域中则把水体当作包括水中的悬浮物、溶解物质、水体当作包括水中的悬浮物、溶解物质、底泥相、水生生物等完整单元的生态系统或完整的综合自底泥相、水生生物等完整单元的生态系统或完整的综合自然体然体第二节第二节 水体与水体污染水体与水体污染一一 水体：水体：2.水体污染水体污染指水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、生物或者指水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、生物或者放射性等方面特性的改变，从而影响水的有效利用、危害放射性等方面特性的改变，从而影响水的有效利用、危害人体健康、破坏生态环境，造成水质恶化的现象人体健康、破坏生态环境，造成水质恶化的现象第二节

6、第二节 水体与水体污染水体与水体污染二二 水质水质1.天然水天然水悬浮物质：悬浮物质：细菌、藻类、原生动物、泥沙、粘土细菌、藻类、原生动物、泥沙、粘土胶体物质：胶体物质：溶胶、高分子化合物、其他不溶性物质溶胶、高分子化合物、其他不溶性物质盐类：盐类：Ca、Mg、Na、Fe、Mn气体：气体：O2、CO2、H2S、N2、其他、其他第二节第二节 水体与水体污染水体与水体污染二二 水质水质2.水质指标水质指标 物理指标：物理指标：温度、色度、臭味、浑浊度、透明度、总残渣、温度、色度、臭味、浑浊度、透明度、总残渣、过滤性残渣、非过滤性残渣、电导率等过滤性残渣、非过滤性残渣、电导率等 化学指标：化学指标：

7、pH值、矿化度、总硬度、金属离子、酸根离子值、矿化度、总硬度、金属离子、酸根离子 生物指标：生物指标：细菌总数、大肠杆菌细菌总数、大肠杆菌天然水天然水第二节第二节 水体与水体污染水体与水体污染二二 水质水质2.水质指标水质指标污染水体：还有污染水体：还有BOD、DO、COD、TOD、TOC 第二节第二节 水体与水体污染水体与水体污染三三 污染源污染源来来 源源工业废水工业废水生活污水生活污水农业退水农业退水形形 状状点点 源：源：面面 源源三三 污染源污染源1.工业废水：工业废水：各种企业在生产过程中排出的废水，各种企业在生产过程中排出的废水，包括工艺过程用水、冷却水、烟气洗涤水、设备、包括工

8、艺过程用水、冷却水、烟气洗涤水、设备、场地清洗水以及生产废液等场地清洗水以及生产废液等特点：特点：成分复杂、含量变化大、毒性强、净化处理成分复杂、含量变化大、毒性强、净化处理困难困难三三 污染源污染源2.生活污水：生活污水：日常生活中产生的各种污水混合液，日常生活中产生的各种污水混合液，包括厨房、洗涤室、浴室、集体单位公用事业排出包括厨房、洗涤室、浴室、集体单位公用事业排出的污水的污水城市污水：城市污水：指排出城市管网的各种污水的总和指排出城市管网的各种污水的总和特点：特点：含氮、磷、硫高，成分主要为纤维素、淀粉、含氮、磷、硫高，成分主要为纤维素、淀粉、糖、蛋白、脂肪、尿素糖、蛋白、脂肪、尿素

9、三三 污染源污染源3.农业退水：农业退水：农作物栽培、牲畜饲养、食品加工过农作物栽培、牲畜饲养、食品加工过程中排出的污水和液态废物程中排出的污水和液态废物特点：特点：含氮、磷高，成分主要为微生物、化肥、农药、含氮、磷高，成分主要为微生物、化肥、农药、不溶解固体和盐分不溶解固体和盐分第三节第三节 水体主要污染物及其危害水体主要污染物及其危害一一 物理污染物理污染二二 化学污染化学污染三三 生物污染生物污染第三节第三节 水体主要污染物及其危害水体主要污染物及其危害一一 物理污染物理污染w 颜色：颜色：说明污染物的含量说明污染物的含量w 浊度：浊度：胶体或细小悬浮物胶体或细小悬浮物w 温度：温度：地

10、表水一年地表水一年0-35，地下水稳定，地下水稳定w 悬浮物：悬浮物：影响水的透明度影响水的透明度光合作用光合作用w 放射性：放射性：蓄积在人体内造成长期危害蓄积在人体内造成长期危害一一 物理污染物理污染热污染的危害：热污染的危害：来源冷却水来源冷却水w 水中溶解性气体发生显著变化水中溶解性气体发生显著变化w 水中化学生化反应速率上升水中化学生化反应速率上升w 生物种群、群落变化：生物种群、群落变化：20硅藻；硅藻；30绿藻；绿藻；35蓝藻蓝藻第三节第三节 水体主要污染物及其危害水体主要污染物及其危害二二 化学污染化学污染w 无机无毒无机无毒w 无机有毒无机有毒w 有机无毒有机无毒w 有机有毒

11、有机有毒二二 化学污染化学污染1.无机无毒：酸、碱、无机盐类。无机无毒：酸、碱、无机盐类。危害：危害：w 使淡水的矿化度增高，影响用水水质使淡水的矿化度增高，影响用水水质w 富营养化富营养化二二 化学污染化学污染2.无机有毒：无机有毒：1）重金属：）重金属：汞、铬、镉、铅、砷汞、铬、镉、铅、砷 危害：富集、危害：富集、致癌致癌2）氰化物：）氰化物：含含CN-的物质，急性中毒死亡的物质，急性中毒死亡3）氟化物：）氟化物：氟骨症、损害肾脏氟骨症、损害肾脏二二 化学污染化学污染3.有机无毒：有机无毒：主要是需氧有机物主要是需氧有机物w 耗氧有机物耗氧有机物是水体中最普遍的一种污染物。是水体中最普遍的

12、一种污染物。生活污水和某些工业废水中所含的碳水化合物、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、木质素等有机物，可在微生物蛋白质、脂肪、木质素等有机物，可在微生物的作用下最终分解为简单的无机化合物。这些的作用下最终分解为简单的无机化合物。这些化合物在分解过程中化合物在分解过程中需要消耗大量的氧气需要消耗大量的氧气。v 表示耗氧有机物指标表示耗氧有机物指标w 生物化学需氧量生物化学需氧量w 化学需氧量化学需氧量w 总有机碳总有机碳w 总需氧量总需氧量w 溶解氧溶解氧1）生物化学需氧量，）生物化学需氧量，简称生化需氧量（简称生化需氧量（BOD）：）：Biochemical oxyge

13、n demand，表示在好气条件下，水中的有机污染，表示在好气条件下，水中的有机污染物经微生物分解所需的氧量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毫克单位体积的污水所消耗的氧量毫克升）升）v 表示耗氧有机物指标表示耗氧有机物指标有机物的生物化学作用分为两个阶段完成：有机物的生物化学作用分为两个阶段完成：有机物转化为无机物的二氧化碳、水和氨有机物转化为无机物的二氧化碳、水和氨氨被转化为亚硝酸盐与硝酸盐氨被转化为亚硝酸盐与硝酸盐将所能分解的有机物全部分解往往需要将所能分解的有机物全部分解往往需要20天以上，并与环境天以上，并与环境温度有关。温度有关。目前水质标准采用在目前水质标准采用

14、在20下分解下分解5天天(t5)所需耗用的氧量，所需耗用的氧量，以以BOD5表示，它通常是表示，它通常是BOD总总的的70%左右左右v 表示耗氧有机物指标表示耗氧有机物指标2.化学需氧量化学需氧量（COD）：）：Chemical oxygen demand，在规定条件下，使水样中能被氧化的物质氧化所需耗用在规定条件下，使水样中能被氧化的物质氧化所需耗用化学氧化剂的量。目前常用的氧化剂主要是化学氧化剂的量。目前常用的氧化剂主要是重铬酸钾重铬酸钾或或高锰酸钾高锰酸钾。以高锰酸钾作氧化剂时，测得的值也称耗氧。以高锰酸钾作氧化剂时，测得的值也称耗氧量。量。w 与与BOD5比较比较v 表示耗氧有机物指标

15、表示耗氧有机物指标3.总有机碳总有机碳（TOC）：）：Total organic carbon，水中，水中溶解性和悬浮性有机物中存在的全部碳量。溶解性和悬浮性有机物中存在的全部碳量。4.总需氧量总需氧量（TOD）：）：Total oxygen demand，水中，水中有机物除含有机碳外，尚含有氢、氮、硫等元素。当这有机物除含有机碳外，尚含有氢、氮、硫等元素。当这些元素全部被氧化时所需的氧量。些元素全部被氧化时所需的氧量。5.溶解氧溶解氧（DO）：）：水质重要参数之一水质重要参数之一v 表示耗氧有机物指标表示耗氧有机物指标二二 化学污染化学污染4.有机有毒：有机有毒：主要是需氧有机物主要是需氧有

16、机物w 酚类化合物：酚类化合物：煤气、焦化、石油化工、制药、油漆煤气、焦化、石油化工、制药、油漆w 有机农药：有机农药：有机磷、有机氯有机磷、有机氯w 多环芳烃：多环芳烃：由石油、煤、可燃气等不完全燃烧或高温处理条件下产由石油、煤、可燃气等不完全燃烧或高温处理条件下产生生w 多氯联苯：多氯联苯：电器绝缘和塑料增塑剂电器绝缘和塑料增塑剂w 洗涤剂：洗涤剂：泡沫、富含磷、表面活性剂泡沫、富含磷、表面活性剂三三 生物污染生物污染生物污染是指城市生活污水、医院污水或污水处生物污染是指城市生活污水、医院污水或污水处理厂排水排入地表后，引起病源微生物污染理厂排水排入地表后，引起病源微生物污染病原微生物：条

17、件允许会大量增殖病原微生物：条件允许会大量增殖四四 富营养化富营养化w 存在天然和人为两种类型存在天然和人为两种类型w 共性：水体中共性：水体中N、P营养物质富集，引起藻营养物质富集，引起藻类及其它浮游生物的迅速繁殖，水体溶解氧下类及其它浮游生物的迅速繁殖，水体溶解氧下降，使鱼类或其他生物大量死亡、水质恶化的降，使鱼类或其他生物大量死亡、水质恶化的现象现象 富营养化作用引起的湖泊生态系统的变化富营养化作用引起的湖泊生态系统的变化水体富营养化水体富营养化四四 富营养化富营养化w 危害危害w 因优势浮游生物的颜色不同水面往往呈现兰色、因优势浮游生物的颜色不同水面往往呈现兰色、红色、棕色、乳白色等，

18、主要类型有水华、赤红色、棕色、乳白色等，主要类型有水华、赤潮潮w 限制因素：氮、磷限制因素：氮、磷w 富营养化关键：源源不断流入水体中的营养物富营养化关键：源源不断流入水体中的营养物质质N、P的负荷量的负荷量w 关键因素：溶解氧、温度、水体的形态关键因素：溶解氧、温度、水体的形态第四节第四节 水体污染与自净水体污染与自净废水进入水体后，立即产生两过程？废水进入水体后，立即产生两过程？水体污染过程水体污染过程水体自净过程水体自净过程但在某一水域或一定时间内，总但在某一水域或一定时间内，总是存在相对主要过程是存在相对主要过程决定了水体污染的总特征决定了水体污染的总特征第四节第四节 水体污染与自净水

19、体污染与自净一一 水体污染水体污染w 水体污染特征水体污染特征w 水污染机制水污染机制二二 水体自净水体自净w 水体自净过程水体自净过程w 水体自净机制水体自净机制一一 水体污染水体污染1.水体污染特征水体污染特征w 水体物理因素恶化水体物理因素恶化w 污染物富集或转化为毒性更大的物质污染物富集或转化为毒性更大的物质w 群落结构脆弱，可能会出现单一生物区系群落结构脆弱，可能会出现单一生物区系一一 水体污染水体污染2.水体污染机制水体污染机制w 物理作用：物理作用：改变物理性状、空间位置改变物理性状、空间位置w 化学、物理化学作用：化学、物理化学作用：成分间及发生化学性质、价态变化，成分间及发生

20、化学性质、价态变化，但未参与生物作用但未参与生物作用w 生物作用：生物作用：生物的生理生化作用及及食物链的传递作生物的生理生化作用及及食物链的传递作用、转化作用和富集作用用、转化作用和富集作用生物作用生物作用w 生物富集作用：生物富集作用：bioconcengtration,又称生物浓缩，生物或又称生物浓缩，生物或处于同一营养级的生物种群，从周围环境中蓄积某种元素或处于同一营养级的生物种群，从周围环境中蓄积某种元素或难分解化合物，使生物体内该物质的浓度难分解化合物，使生物体内该物质的浓度超过环境中浓度超过环境中浓度的的现象现象w 生物积累：生物积累：bioaccumulation，生物从周围环

21、境中蓄积某些，生物从周围环境中蓄积某些元素或难分解的化合物，以致元素或难分解的化合物，以致随着生长发育随着生长发育，浓缩系数不断，浓缩系数不断增大的现象增大的现象w 生物放大：生物放大：biomagnification，指生态系统中，某中元素或，指生态系统中，某中元素或难分解化合物在生物机体中的浓度难分解化合物在生物机体中的浓度随营养级随营养级的提高而逐步增的提高而逐步增大的现象大的现象第四节第四节 水体污染与自净水体污染与自净二二 水体自净水体自净 受污染水体经过水中物理、化学与生物作受污染水体经过水中物理、化学与生物作用，使污染物浓度降低，并逐步恢复到污用，使污染物浓度降低，并逐步恢复到污

22、染前的水平染前的水平 什么时间开始？什么时间开始？废水一旦进入就开始，由弱到强直至稳定废水一旦进入就开始，由弱到强直至稳定二二 水体自净水体自净1.特征：特征：w污染物浓度逐渐下降污染物浓度逐渐下降w污染物毒性降低污染物毒性降低w重金属：溶解态重金属：溶解态被吸附被吸附不溶性化合物不溶性化合物底泥底泥w复杂有机物复杂有机物简单有机物简单有机物w不稳化合物不稳化合物稳定化合物稳定化合物w溶解氧经急剧下降溶解氧经急剧下降 最低点最低点缓缓上升缓缓上升w生物种群趋于正常分布生物种群趋于正常分布二二 水体自净水体自净2.水体自净机制：水体自净机制：1)稀释扩散：稀释扩散：河流：河流：湖泊：湖泊：2）耗

23、氧与复氧作用）耗氧与复氧作用3）重金属的转化）重金属的转化流量与废水量之比流量与废水量之比 水文条件水文条件水流方向、风向、风力、水温水流方向、风向、风力、水温溶解氧溶解氧（DO）：）：水水质重要参数之一质重要参数之一影响因素：影响因素：w 再充气过程再充气过程w 光合作用光合作用w 呼吸呼吸w 有机废弃物的氧化作用有机废弃物的氧化作用2 2）耗氧与复氧作用）耗氧与复氧作用耗耗 氧氧 与与 复复 氧氧 作作 用用耗耗 氧氧 与与 复复 氧氧 作作 用用氧垂曲线氧垂曲线2）耗氧与复氧作用）耗氧与复氧作用三阶段：三阶段：w易氧化有机物被化学氧化分解易氧化有机物被化学氧化分解w生化氧化分解生化氧化分

24、解w含氮有机物的硝化过程含氮有机物的硝化过程2）耗氧与复氧作用）耗氧与复氧作用关键需要找到什么？关键需要找到什么？溶解氧浓度的最低点，即氧亏值最大点溶解氧浓度的最低点，即氧亏值最大点临界点临界点规定值？规定值？未超过河段的净化能力未超过河段的净化能力2.水体自净机制水体自净机制重金属的转化重金属的转化w重金属化合物的沉淀重金属化合物的沉淀-溶解作用：溶解作用：与迁移能力有关与迁移能力有关w重金属的还原氧化作用重金属的还原氧化作用w重金属的络合作用：重金属的络合作用：羟基的络合过程羟基的络合过程w胶体化学吸附转化：胶体化学吸附转化：是将重金属转为固相的主要途径是将重金属转为固相的主要途径第五节第

25、五节 水环境污染控制及管理水环境污染控制及管理一一 水环境污染防治对策水环境污染防治对策二二 废水处理方法废水处理方法一一 水环境污染防治对策水环境污染防治对策1.控制污染物排放量及减少污染源排放工业废水控制污染物排放量及减少污染源排放工业废水量量1）控制水环境质量标准）控制水环境质量标准2）减少耗水量）减少耗水量水质标准水质标准工业废水排放标准工业废水排放标准1）控制水环境质量标准）控制水环境质量标准w水质标准：水质标准：为了保障人体健康、维护生态平衡、保护水资为了保障人体健康、维护生态平衡、保护水资源、控制水污染，在综合水体自然环境特征、控制水环境污染源、控制水污染，在综合水体自然环境特征

26、、控制水环境污染的技术及经济条件的基础上，所规定的水环境中污染物的允许的技术及经济条件的基础上，所规定的水环境中污染物的允许含量、污染源排放污染物的数量和浓度的技术规范。含量、污染源排放污染物的数量和浓度的技术规范。w工业废水排放标准有两类工业废水排放标准有两类能在环境中或体内蓄积，对健康不良：能在环境中或体内蓄积，对健康不良：不分排放方式、不分排放方式、不分收纳水体，在车间排口采样不分收纳水体，在车间排口采样长远影响小于以上，长远影响小于以上，在排污单位口采样在排污单位口采样一一 水环境污染防治对策水环境污染防治对策1.控制污染物排放量及减少污染源排放工业废水量：控制污染物排放量及减少污染源

27、排放工业废水量：技术改造，采取先进工艺；制定用水定额；提高水的重复利用率；水技术改造，采取先进工艺；制定用水定额；提高水的重复利用率；水的综合利用的综合利用2.建立城市污水处理系统：建立城市污水处理系统：注意有毒有害废水注意有毒有害废水3.调整工业布局：调整工业布局：充分利用水体自净作用充分利用水体自净作用4.加强水资源规划管理：加强水资源规划管理：查清水资源总量查清水资源总量二二 废水处理方法废水处理方法1.目的目的2.技术分类技术分类3.城市污水处理城市污水处理4.城市污水处理技术举例城市污水处理技术举例二二 废水处理方法废水处理方法1.目的目的将污染物分离出来将污染物分离出来转化为无害稳

28、定物质转化为无害稳定物质防止毒害与防止毒害与病菌的传染病菌的传染二二 废水处理方法废水处理方法2.技术分类技术分类w物理方法：物理方法：沉淀法、浮选法、蒸发法沉淀法、浮选法、蒸发法w化学方法：化学方法：中和、萃取、氧化还原中和、萃取、氧化还原w生物方法：生物方法：利用自然界微生物将有机物分解和转化利用自然界微生物将有机物分解和转化2.技术分类技术分类处理方法的特点处理方法的特点废水水质、水量废水水质、水量排放水质要求排放水质要求废水回收价值废水回收价值调查研究调查研究科学实验科学实验废水排放指标废水排放指标地区情况地区情况技术可行性技术可行性方法方法二二 废水处理方法废水处理方法3.城市污水处

29、理城市污水处理一级处理：一级处理：机械处理机械处理二级处理：二级处理：主体工艺为生化处理主体工艺为生化处理三级处理：三级处理：控制富营养化和重新回用控制富营养化和重新回用4.城市污水处理技术举例城市污水处理技术举例活性污泥法：活性污泥法：活性污泥：活性污泥：将空气连续鼓入曝气池的废水中，经过一段时间后，水中就将空气连续鼓入曝气池的废水中，经过一段时间后，水中就会形成大量好气性微生物的絮凝体会形成大量好气性微生物的絮凝体向曝气池的活性污泥和废水混合液连续鼓入空气，微生物将水向曝气池的活性污泥和废水混合液连续鼓入空气，微生物将水中有机物氧化分解，同时不断生长繁殖。停止曝气后，活中有机物氧化分解，同时不断生长繁殖。停止曝气后，活性污泥沉降与水分离而使废水得以净化性污泥沉降与水分离而使废水得以净化活性污泥法活性污泥法初次沉初次沉淀池淀池再生池再生池二次沉二次沉淀池淀池曝气池曝气池空气空气进水进水回流污泥回流污泥剩余污泥剩余污泥污泥污泥出水出水复习题复习题w 水体及其水体污染水体及其水体污染w 水体主要污染物及其指标水体主要污染物及其指标w 水体污染的生物作用水体污染的生物作用w 水体自净及其机制水体自净及其机制w 城市污水处理城市污水处理