1、2.1.1 2.1.1 水体概念水体概念2.1.1.1 2.1.1.1 水体（水环境）的水体（水环境）的概念概念一般指海洋，河流，湖泊，水库，沼泽及地下水一般指海洋，河流，湖泊，水库，沼泽及地下水等贮水体（载体）的总称。等贮水体（载体）的总称。 从环境学概念，水体不仅包括水从环境学概念，水体不仅包括水( (H H2 2O O) )，还包括水，还包括水中悬浮物、溶解物质，底泥及水生生物等。故称水体是中悬浮物、溶解物质，底泥及水生生物等。故称水体是一完整的生态系统，或称为是一个完整的自然综合体。一完整的生态系统，或称为是一个完整的自然综合体。 天然水的特点：天然水的特点：天然水是成份十分复杂的溶液
2、，含有三大类物质：天然水是成份十分复杂的溶液，含有三大类物质：（10-7-10-3m, ummm） 1 1）无机悬浮物质：）无机悬浮物质： 主要来自地表，由于降雨径流的冲刷与搬运带入水体主要来自地表，由于降雨径流的冲刷与搬运带入水体中中, ,为非溶性矿物微粒。为非溶性矿物微粒。 2 2）有机悬浮物质：）有机悬浮物质： 指水中浮游生物（包括浮游植物和浮游动物）及微生指水中浮游生物（包括浮游植物和浮游动物）及微生物（指水中细菌，真菌等）。物（指水中细菌，真菌等）。悬浮性物质悬浮性物质 透光性透光性 光合作用光合作用 水中溶解氧水中溶解氧 （d =10-910-7m, um nm）1 1）无机胶体）
3、无机胶体: : 硅酸盐、水合氧化物（氧化铁、氧化硅酸盐、水合氧化物（氧化铁、氧化铝等）、粘粒矿物（蒙脱土、伊利土等）；铝等）、粘粒矿物（蒙脱土、伊利土等）；2 2）有机胶体）有机胶体: : 有机腐殖质，主要由有机腐殖质，主要由C、H、O 组成组成（达（达98.5%），及少量的），及少量的N、P、K、Ca 等等3 3）有机无机复合胶体）有机无机复合胶体（d 5mg/L，若若DO1mg/L，则会造成鱼类的死亡。，则会造成鱼类的死亡。如水体缺少如水体缺少DO，则水中厌气性细菌会繁殖并活跃起，则水中厌气性细菌会繁殖并活跃起来，会使有机物发生腐败分解，同时产生甲烷（来，会使有机物发生腐败分解，同时产生甲
4、烷（CH4）、）、硫化氢（硫化氢（H2S）等恶臭气体，并使水体发臭变黑。）等恶臭气体，并使水体发臭变黑。水体中水体中DO含量含量较多的情况下，较多的情况下，DO可促使好氧性细菌可促使好氧性细菌对有机污染物的降解。对有机污染物的降解。 可见，水体中可见，水体中DO含量是反映水体水质好坏的一个含量是反映水体水质好坏的一个重要参数重要参数, ,地表水环境质量标准规定：地表水环境质量标准规定：I类水类水: : 7.5mg/L; ; II类水类水: : 6mg/L; ; III类水类水: : 5mg/L; ; IV类水类水: : 3mg/L; ; V类水类水: : 2mg/L天然水体中的二氧化碳天然水体
5、中的二氧化碳CO2水体中水体中CO2的来源：的来源：有机物分解时产生的有机物分解时产生的CO2：OHCOO222 微生物微生物有机物有机物水生生物的呼吸作用而释放出来的水生生物的呼吸作用而释放出来的CO2；来自大气中来自大气中CO2在水中的溶解；在水中的溶解；特殊的地质条件使水体中特殊的地质条件使水体中CO2含量增加。含量增加。水体中水体中CO2的影响：的影响：是水生植物光合作用不可缺少的原料；是水生植物光合作用不可缺少的原料；水体中水体中CO2过多，会造成对水生生物的麻醉作用和毒过多，会造成对水生生物的麻醉作用和毒害作用；害作用；水中水中CO2又称为又称为 ，会对水下混凝土及金属，会对水下混
6、凝土及金属产生腐蚀。产生腐蚀。水体中水生生物的特征：水体中水生生物的特征： 由于水生生物的空间分布和生活方式不同，一般由于水生生物的空间分布和生活方式不同，一般可以将水生生物分为以下几个的生态类群：可以将水生生物分为以下几个的生态类群：( (Micro-Organism) )： 水中微型生物的总称。主要指水中的细菌，真菌水中微型生物的总称。主要指水中的细菌，真菌（霉菌和酵母菌）等。其结构简单、形体微小（以微米（霉菌和酵母菌）等。其结构简单、形体微小（以微米计），但繁殖快分布广，对水质有极大的影响。计），但繁殖快分布广，对水质有极大的影响。( (Plankton) )： 指在整个水层中能浮游生活
7、的植物和动物的统称。指在整个水层中能浮游生活的植物和动物的统称。它们的个体都比较小，一般无运动能力，只能在水中随波它们的个体都比较小，一般无运动能力，只能在水中随波逐流，其包括：逐流，其包括： A A）浮游植物：）浮游植物： 指各种浮游性的藻类，如绿藻，兰藻，硅藻等，构成万指各种浮游性的藻类，如绿藻，兰藻，硅藻等，构成万紫千红的水中植物世界。紫千红的水中植物世界。B B）浮游动物：）浮游动物：有四大类：有四大类： 原生动物：原生动物： 是动物界最原始是动物界最原始最低等的单细胞动物。最低等的单细胞动物。 轮虫：轮虫： 多细胞低等无脊多细胞低等无脊椎动物，身体多为圆椎动物，身体多为圆筒形或纵长状
8、。筒形或纵长状。 技角类：技角类： 是小型甲壳动物，是小型甲壳动物，统称水蚤，体短，分统称水蚤，体短，分节不明显。节不明显。 桡足类：桡足类： 亦为小型浮游甲壳动物，亦为小型浮游甲壳动物，身体纵长，可明显地分为头胸部身体纵长，可明显地分为头胸部和腹部，以藻类为食物。和腹部，以藻类为食物。 轮虫 技角类 桡足类 浮游动物浮游动物 是指生活在水体底部的各种动植物总称。根据是指生活在水体底部的各种动植物总称。根据生存的场所和生活方式的差别，又细分为：生存的场所和生活方式的差别，又细分为： A A）固着生物：）固着生物： 指以根或胶质柄固着在水底底泥或各种附着物指以根或胶质柄固着在水底底泥或各种附着物
9、上生活的水草和藻类；还有某些原生动物亦可在水上生活的水草和藻类；还有某些原生动物亦可在水底固着生活。底固着生活。B B）底栖生物）底栖生物 指栖息在水底底泥上或埋在底泥中稍能活动的各种指栖息在水底底泥上或埋在底泥中稍能活动的各种动物，如蠕虫动物（水蚯蚓）水生昆虫（摇蚊幼虫、浮动物，如蠕虫动物（水蚯蚓）水生昆虫（摇蚊幼虫、浮游稚虫等）游稚虫等）几种水蚯蚓摇蚊幼虫 这是一类有发达运动器官和很强运动能力的水这是一类有发达运动器官和很强运动能力的水生生物，如各种鱼类。生生物，如各种鱼类。水体底泥是水体的组成部分水体底泥是水体的组成部分: :未受到人为污染的水体底泥其组成情况与邻未受到人为污染的水体底泥
10、其组成情况与邻近的陆地基本相同。近的陆地基本相同。底泥来自底泥来自各种外来物，如地面径流的冲刷，各种外来物，如地面径流的冲刷，污水排放，废弃物的倾倒，起初主要以悬浮形式污水排放，废弃物的倾倒，起初主要以悬浮形式存在于水中，由于流速的降低及吸附聚沉等作用存在于水中，由于流速的降低及吸附聚沉等作用而沉积水底形成了底泥的组成部分。而沉积水底形成了底泥的组成部分。悬浮物质的沉降包括悬浮物质的沉降包括: : 固体粒子的沉降固体粒子的沉降其与粒径、比重等有关；其与粒径、比重等有关； 溶解物质的沉降溶解物质的沉降 其途径有：其途径有： 被被固体粒子的吸附后沉入水底；固体粒子的吸附后沉入水底； 水生生物的吸收
11、聚集于体内，最终随残体沉水生生物的吸收聚集于体内，最终随残体沉淀淀 于底泥；于底泥； 通过化学反应生成不溶的物质而沉淀。通过化学反应生成不溶的物质而沉淀。 污染物可被底泥固定或被消除，成为消纳污染物场所，污染物可被底泥固定或被消除，成为消纳污染物场所，可使水本身得到自净；但另一方面，在一定条件下底泥可使水本身得到自净；但另一方面，在一定条件下底泥中的污染物也可以重返到水中，造成水的二次污染；中的污染物也可以重返到水中，造成水的二次污染； 水体底泥是水生底栖生物的良好生活环境；水体底泥是水生底栖生物的良好生活环境； 底泥各层的情况可以反映水体污染的状况（历史的底泥各层的情况可以反映水体污染的状况
12、（历史的和现在的）。和现在的）。 2.1.2 2.1.2 水生态系统水生态系统 在生态系统中，生物有着巨大的多样性，在生态系在生态系统中，生物有着巨大的多样性，在生态系统中物质循环和能量流动中各自起到独特的作用，根据统中物质循环和能量流动中各自起到独特的作用，根据它们取得营养方式不同，可将各种生物归为三大类（以它们取得营养方式不同，可将各种生物归为三大类（以水生态系统为例进行说明）：水生态系统为例进行说明）：生态系统：生态系统： 自然界一定空间里生物和生物之间，生物与非生物自然界一定空间里生物和生物之间，生物与非生物环境（理化环境）之间相互制约，相互作用，通过物质环境（理化环境）之间相互制约，
13、相互作用，通过物质循环和能量单向流动循环和能量单向流动 ，构成一个具有一定结构与功能，构成一个具有一定结构与功能的相对稳定的统一体。在水域中的生态环境则称为的相对稳定的统一体。在水域中的生态环境则称为水生水生态系统态系统。能量流动：能量流动： 太阳辐射能被绿色植物吸收后，通过光合作用，太阳辐射能被绿色植物吸收后，通过光合作用，转变成化学能固定在有机物中，然后转移到草食性动转变成化学能固定在有机物中，然后转移到草食性动物，再向更高级的消费者流动，这些有机物质，最后物，再向更高级的消费者流动，这些有机物质，最后由细菌所分解，将植物光合作用所固定的能量散逸到由细菌所分解，将植物光合作用所固定的能量散
14、逸到环境中。此外，各种生物在新陈代谢作用中，自身也环境中。此外，各种生物在新陈代谢作用中，自身也会消耗掉一部分有机物，并以热的形式散逸到环境中。会消耗掉一部分有机物，并以热的形式散逸到环境中。能量的这种通过生物系统流动的现象仅是单向的，故能量的这种通过生物系统流动的现象仅是单向的，故称为能量单向流动。称为能量单向流动。1）生产者）生产者/亦称自养者亦称自养者（Producer/Autotrophs ) 是指水体中的绿色植物。它们可以依靠体内叶绿素是指水体中的绿色植物。它们可以依靠体内叶绿素的特殊功能的特殊功能光合作用，利用太阳能，将水中简单无机光合作用，利用太阳能，将水中简单无机物（物（COC
15、O2 2,H,H2 2O O）化合成有机物质（碳水化合物），同时释）化合成有机物质（碳水化合物），同时释放出氧气。放出氧气。2222OOCHOHCO)(叶叶绿绿素素光光合合作作用用其中，其中，( (CH2O) )代表合成的以代表合成的以碳水化合物为主的有机物。碳水化合物为主的有机物。 2）消费者）消费者 /亦称异养者亦称异养者（Consumer / Heterotrophs） 是指本身不能制造有机物，在水体中靠吞食其他生物来是指本身不能制造有机物，在水体中靠吞食其他生物来维持生命活动的各种生物。维持生命活动的各种生物。 消费者按其食性及取得食物先后次序分为若干等级：消费者按其食性及取得食物先后
16、次序分为若干等级：初初/ /第一等级消费者：草食动物；第一等级消费者：草食动物； 次次/ /第二等级消费者：第一级肉食动物；第二等级消费者：第一级肉食动物； 第三级消费者：第二级肉食动物；第三级消费者：第二级肉食动物； 以此类推：以此类推：（一般不超过（一般不超过45级）。级）。各种细菌的形态3）分解者）分解者（Decomposor） ： 指水体中微生物（真菌，细菌等），其功能专门是将指水体中微生物（真菌，细菌等），其功能专门是将有机物分解为无机物。有机物分解为无机物。按类型划分，在地球上分为二类：按类型划分，在地球上分为二类： 1.1.海洋水体：海洋水体： 2. 2.陆地水体：陆地水体： A
17、. A.地表水体；地表水体； B. B.地下水体。地下水体。2.1.3 2.1.3 水体类型水体类型按流动特征划分：按流动特征划分： 1.1.流动水体；流动水体； 2. 2.静水水体。静水水体。1. 1. 河流水环境条件（属动水水体）河流水环境条件（属动水水体）动水条件，污染物可随水流动，易于迁移；动水条件，污染物可随水流动，易于迁移；动水面与大气交界面可以相互混渗，氧气易于进入动水面与大气交界面可以相互混渗，氧气易于进入水中，即复氧条件好，有利于有机污染物的降解，水中，即复氧条件好，有利于有机污染物的降解，水生生物的生长，使水质向好的方向转化。水生生物的生长，使水质向好的方向转化。河底不同底
18、泥对水生生物（植物与动物）影响较大河底不同底泥对水生生物（植物与动物）影响较大。2. 2. 湖泊水环境条件（属静水水体）湖泊水环境条件（属静水水体）夏季：夏季：典型的深水湖泊有明显的垂直分层现象。其典型的深水湖泊有明显的垂直分层现象。其原因是太阳辐射随水深而减弱，可分为：原因是太阳辐射随水深而减弱，可分为：2.1.4 2.1.4 水体环境条件水体环境条件( (河流河流, ,湖泊水库湖泊水库) ) 等温层等温层( (Isothermal lager) 亦称作暖水层，位于湖泊的上层亦称作暖水层，位于湖泊的上层, ,水温一致。水温一致。 温跃层温跃层(Thermocline) 亦称温度突变层，位于等
19、温层以下，温度迅速下亦称温度突变层，位于等温层以下，温度迅速下降，通常水深每增加一米，温度至少下降降，通常水深每增加一米，温度至少下降1。 冷水层冷水层 构成湖水下层，构成湖水下层，是一个接近于是一个接近于 4 （39 ）的冷水层。的冷水层。冬季：冬季：呈上层温度低，呈上层温度低，下层温度稍高。下层温度稍高。温度温度（）深深度度(m)湖中水温分布湖中水温分布温水层温跃层冷水层夏夏冬冬4由于夏冬水温分布不同，溶解氧含量随水深变化亦不同：由于夏冬水温分布不同，溶解氧含量随水深变化亦不同： 湖中湖中DO的分布的分布DO(ppm）水水深深(m)温水层温跃层冷水层夏冬夏季：夏季：溶解氧上层最多，底层最少
20、；溶解氧上层最多，底层最少；冬季：冬季：沿水深溶解氧浓度都较高，变化不大。沿水深溶解氧浓度都较高，变化不大。从生物学观点，湖沿水深分为从生物学观点，湖沿水深分为2个带：个带： 补偿深度补偿深度：当光照强度等于水面日光辐射的当光照强度等于水面日光辐射的1%1%的相应深度。的相应深度。这个深度上的光能正好足以使光合作用产生的氧与自养这个深度上的光能正好足以使光合作用产生的氧与自养生物的呼吸作用需要的氧相平衡。生物的呼吸作用需要的氧相平衡。深暗带光亮带补偿深度补偿深度1%水面日光照辐射水面日光照辐射补偿深度将湖水分为两个带：补偿深度将湖水分为两个带：1光亮带（层）光亮带（层）：在补偿深度以上，自养生
21、物占优势；在补偿深度以上，自养生物占优势；2 22 2 深暗带（层）深暗带（层）：因该带光线弱，异养生物占优势。因该带光线弱，异养生物占优势。3.3.水库水环境条件水库水环境条件 其环境条件介于湖泊与河其环境条件介于湖泊与河流之间。流之间。 2.2.1 2.2.1 水体污染定义与水体自净的定义水体污染定义与水体自净的定义 主要是由于人类活动排放的污水进入河流、湖主要是由于人类活动排放的污水进入河流、湖泊、海洋或地下水等水体，使水和水体底泥的物理、泊、海洋或地下水等水体，使水和水体底泥的物理、化学性质或生物群落组成发生变化，从而降低了水化学性质或生物群落组成发生变化，从而降低了水体的使用价值，这
22、种现象称为水体污染。体的使用价值，这种现象称为水体污染。 引自中国大百科全书环境科学分册引自中国大百科全书环境科学分册 美国关于水污染法定的定义：美国关于水污染法定的定义：The term “Pollution” means man-made or man - induced alternation of chemical, physical, biological, and radiological integrity of water.The term integrity means “being unimpaired”, therefore, alternation of integri
23、ty means impairment or injury. Quoted from the Clean Water Act Sec. 502-19 (U.S. Congress 1987)以上两个水污染的定义都强调：以上两个水污染的定义都强调：2.2.2 2.2.2 不同天然水体的污染特点：不同天然水体的污染特点：1. 河流污染特点：河流污染特点： 1 1）属污染物易于搬运的开放型）属污染物易于搬运的开放型 污染物质在河流中运移的方式主要是随流运动污染物质在河流中运移的方式主要是随流运动及扩散运动。及扩散运动。 水污染主要是水污染主要是人为因素造成的而不是自然因人为因素造成的而不是自然因素造
24、成的；素造成的； 污染造成了污染造成了水，水体底泥的物化性质以及生水，水体底泥的物化性质以及生物群落组成发生变化，降低了使用价值。物群落组成发生变化，降低了使用价值。2 2）污染程度随径流量变化而异）污染程度随径流量变化而异 径流量径流量Q 稀释能力稀释能力 污染程度污染程度3 3）河流的自净能力强）河流的自净能力强 主要由于水流动快，与大气混掺能力强，故复主要由于水流动快，与大气混掺能力强，故复氧能力大。氧能力大。4 4）河流的污染易于控制）河流的污染易于控制2.2.湖泊水库污染的特点：湖泊水库污染的特点：湖泊稀释和搬运能力弱，属于污染物循环中湖泊稀释和搬运能力弱，属于污染物循环中易于沉积封
25、闭类型。易于沉积封闭类型。湖泊对污染物质的转化和富集作用强。湖泊对污染物质的转化和富集作用强。 湖泊的富营养化，是湖泊污染易发生的一种湖泊的富营养化，是湖泊污染易发生的一种类型。类型。湖泊水温分布随季节变化而异，在夏季有分湖泊水温分布随季节变化而异，在夏季有分层现象，则对水的生物特性及化学活性都有影响。层现象，则对水的生物特性及化学活性都有影响。 地下水是存在于地表以下，充满在土壤岩石孔隙和地下水是存在于地表以下，充满在土壤岩石孔隙和裂缝中的水，水流动十分缓慢，故其污染不同于地表水，裂缝中的水，水流动十分缓慢，故其污染不同于地表水，其特点是：其特点是：地下水污染过程十分缓慢：污染物随水分下渗达
26、地下水污染过程十分缓慢：污染物随水分下渗达地下水之前，沿程会被土壤颗粒截留、过滤、吸附和分地下水之前，沿程会被土壤颗粒截留、过滤、吸附和分解，故地下水不易被污染；解，故地下水不易被污染；地下水污染途径有地下水污染途径有直接污染直接污染和和间接污染间接污染两种情况：两种情况： 污染物直接随水分渗入地下水，如污染物直接随水分渗入地下水，如工业废水的渗入；氮素随灌溉水渗入地下水等。工业废水的渗入；氮素随灌溉水渗入地下水等。3. 3. 地下水污染：地下水污染：地下水一旦受污染，难以净化复原，故地下水保地下水一旦受污染，难以净化复原，故地下水保护重在预防。护重在预防。地表污染物随水分下渗过程中，可作用地
27、表污染物随水分下渗过程中，可作用于土壤中的其它物质，产生化学反应生成另一种污染于土壤中的其它物质，产生化学反应生成另一种污染物而污染地下水，如：物而污染地下水，如： 地表的酸碱盐类在下渗过程中会使土壤中的钙鎂地表的酸碱盐类在下渗过程中会使土壤中的钙鎂溶解并带入地下水使得地下水硬度增加；溶解并带入地下水使得地下水硬度增加；地表水中有机物在下渗过程中，被土壤微生物降地表水中有机物在下渗过程中，被土壤微生物降解而耗氧，故带入的溶解氧较少。解而耗氧，故带入的溶解氧较少。2.2.3 2.2.3 水体污染物质的主要来源水体污染物质的主要来源1. 水体污染源的定义：水体污染源的定义： 引起天然水体水质变化的
28、物质称为污染物。引起天然水体水质变化的物质称为污染物。 而任何向天然水体排放污染物的场所、设备和装而任何向天然水体排放污染物的场所、设备和装置置 ，称为水体污染源。，称为水体污染源。 2. 水体污染源的分类水体污染源的分类按污染物生成特点污染源可以分成两类：按污染物生成特点污染源可以分成两类： 污染物从独立的可以确定的位置进入水体，污染污染物从独立的可以确定的位置进入水体，污染物可被测定，例：物可被测定，例： 城市生活污水的集中排放；城市生活污水的集中排放； 工矿企业，工业废水的集中排放；工矿企业，工业废水的集中排放； 牲畜集中喂养场污水的排放；牲畜集中喂养场污水的排放； 污水处理场的出水；污
29、水处理场的出水； 集中垃圾场的渗滤水。集中垃圾场的渗滤水。1）点污染源（）点污染源（point sources of pollution）定义：定义：污染物从大面积范围产生的，污染物从四面八方污染物从大面积范围产生的，污染物从四面八方排入水体，并不是从某一个固定的位置进入水体。污染排入水体，并不是从某一个固定的位置进入水体。污染物产生在广阔的面积上，以扩散形式，可以是不连续的物产生在广阔的面积上，以扩散形式，可以是不连续的进入水体，而且在进入水体之前已经在地面上输移，对进入水体，而且在进入水体之前已经在地面上输移，对污染物进行测定较难。扩散型污染的范围与气象事件，污染物进行测定较难。扩散型污染
30、的范围与气象事件，地貌地质条件有关系。例：地貌地质条件有关系。例：农业地区，牧区，草原或森林地区的地面径流；农业地区，牧区，草原或森林地区的地面径流；城市地面的径流；城市地面的径流；大气中湿的或干的沉降（包括酸雨，降尘等大气中湿的或干的沉降（包括酸雨，降尘等) )；施工工地的地面径流。施工工地的地面径流。2）非点污染源）非点污染源/面污染源面污染源（Nonpoint Sources of Pollution） 1）自然污染源）自然污染源： 指因自然因素造成的污染源，例：指因自然因素造成的污染源，例： 特殊的地质条件，如有的温泉水中富含硫元素；特殊的地质条件，如有的温泉水中富含硫元素； 火山爆发
31、，可使某些化学元素富集；火山爆发，可使某些化学元素富集； 天然植物在自然死亡腐烂过程中会产生某种毒性物质。天然植物在自然死亡腐烂过程中会产生某种毒性物质。以上这些物质进入水体中会造成污染。以上这些物质进入水体中会造成污染。 2）人为污染源：）人为污染源： 指人类的活动（生活和生产活动）中直接或间接把污染指人类的活动（生活和生产活动）中直接或间接把污染物排入水体而形成的污染源，如工业废水，生活污水等。物排入水体而形成的污染源，如工业废水，生活污水等。按形成原因分类按形成原因分类:1）工业废水：）工业废水： 其特点是量大，污染物种类多，成分复杂，毒性强。其特点是量大，污染物种类多，成分复杂，毒性强
32、。工业废水是当前水体污染的主要来源，其排放形式集中，工业废水是当前水体污染的主要来源，其排放形式集中，故为点污染源。故为点污染源。2）城市污水：）城市污水： 城市污水包括生活污水，通过城市下水道并与工业城市污水包括生活污水，通过城市下水道并与工业废水及城市降水形成的径流混合后排入水体，故其成分废水及城市降水形成的径流混合后排入水体，故其成分十分复杂。十分复杂。3. 人为污染源简介人为污染源简介生活污水的成份十分复杂，包括：生活污水的成份十分复杂，包括：有机污染物：有机污染物：淀粉，脂肪，蛋白质，糖类，尿素等；淀粉，脂肪，蛋白质，糖类，尿素等；植物营养物：植物营养物：N, P 等；等；病源微生物
33、：病源微生物：主要来自医院污水；主要来自医院污水；无机污染物：无机污染物：N，Ca，Mg，碳酸氢盐，氯化物，硫，碳酸氢盐，氯化物，硫 化物，磷酸盐等。化物，磷酸盐等。3）农田排水：）农田排水： 农田施用各种化肥，农药，除被作物吸收或被分解农田施用各种化肥，农药，除被作物吸收或被分解与发挥外，大部分残留在土壤和水中，可随农田排水或与发挥外，大部分残留在土壤和水中，可随农田排水或降雨径流排入水体造成污染。它属非点污染源，往往会降雨径流排入水体造成污染。它属非点污染源，往往会造成水体的富营养化问题。造成水体的富营养化问题。4）大气沉降物（降沉与降水）：）大气沉降物（降沉与降水）： 大气污染物主要来自
34、矿物燃烧及工业生产过程中产大气污染物主要来自矿物燃烧及工业生产过程中产生的二氧化硫，氮氧化物，碳氢化合物以及排出的有害生的二氧化硫，氮氧化物，碳氢化合物以及排出的有害有毒气体和粉尘等。有毒气体和粉尘等。它属非点污染源，它属非点污染源，这些污染物可以这些污染物可以自然降落或随降水带入水体而造成污染。自然降落或随降水带入水体而造成污染。 例如湖泊酸化问题。例如湖泊酸化问题。 5）工业废渣和城市垃圾：）工业废渣和城市垃圾： 工业废渣指工业生产过程中产生的固体废弃物；工业废渣指工业生产过程中产生的固体废弃物； 城市垃圾指生活垃圾，商业垃圾等。城市垃圾指生活垃圾，商业垃圾等。水体中主要污染物的分类（按化
35、学毒性分）：水体中主要污染物的分类（按化学毒性分）：1）无机无毒物：）无机无毒物： 酸碱及一般无机盐，氮磷等植物营养物；酸碱及一般无机盐，氮磷等植物营养物；2.2.4 2.2.4 水体中的主要污染物及其危害水体中的主要污染物及其危害2）无机有毒物：）无机有毒物： 主要指各类重金属（汞，镉，铅，铬，砷）及主要指各类重金属（汞，镉，铅，铬，砷）及氰化物，氟化物；氰化物，氟化物；3）有机无毒物：）有机无毒物： 水中易被分解的有机化合物。如碳水化合物，水中易被分解的有机化合物。如碳水化合物，糖类，脂肪，蛋白质，纤维素等；糖类，脂肪，蛋白质，纤维素等；肺炎杆菌4）有机有毒物：）有机有毒物： 苯酚，多环芳
36、烃及各种人工合成的具累积性的稳定苯酚，多环芳烃及各种人工合成的具累积性的稳定有机化合物。如有机氯，有机磷，农药，有机汞等。有机化合物。如有机氯，有机磷，农药，有机汞等。5）致病的微生物：）致病的微生物： 主要指生活污水，屠宰工厂及医院等排出的废物水，主要指生活污水，屠宰工厂及医院等排出的废物水，都含有各类的病原体都含有各类的病原体病菌，病毒及寄生虫等。病菌，病毒及寄生虫等。大肠杆菌18481848年、年、 1854 1854年英国发生霍乱，各死亡约万余人；年英国发生霍乱，各死亡约万余人；18921892年德国汉堡霍乱流行，死亡年德国汉堡霍乱流行，死亡75007500余人余人19911991年年
37、1414月，南美秘鲁发生霍乱，月，南美秘鲁发生霍乱，3030万人染病，万人染病，死亡达死亡达750750人，经济损失达人，经济损失达1010亿美元；亿美元；19951995年，非洲津巴布韦爆发疟疾，年，非洲津巴布韦爆发疟疾，2525万人染病，万人染病，5050050500人死亡。人死亡。据统计，全球有据统计，全球有1/41/4可预防的疾病是由于环境污染造可预防的疾病是由于环境污染造成的，成的，1/71/7的死亡仅仅是由于没有干净的饮水和卫生设的死亡仅仅是由于没有干净的饮水和卫生设施造成的。施造成的。2.2.4.1. 2.2.4.1. 需氧污染物：需氧污染物：Aerobic organic po
38、llutant 包括碳水化合物，蛋白质，脂肪，糖类，木质素等有包括碳水化合物，蛋白质，脂肪，糖类，木质素等有机化合物，大部分有机物呈胶体微粒状，主要由碳，氢，机化合物，大部分有机物呈胶体微粒状，主要由碳，氢，氧组成，占全部重量的氧组成，占全部重量的98.5%，其特点是：，其特点是： 一般不具有毒性；一般不具有毒性；容易被微生物所分解，最终分解为简单的无机物容易被微生物所分解，最终分解为简单的无机物（如二氧化碳和水），但在分解过程要消耗水中的溶解氧，（如二氧化碳和水），但在分解过程要消耗水中的溶解氧，故称需氧污染物。例如葡萄糖的分解：故称需氧污染物。例如葡萄糖的分解：O5H6CO6OOHC222
39、5106微微生生物物，氧氧化化酶酶主要污染物可归纳成以下几种：主要污染物可归纳成以下几种：降低水中的溶解氧降低水中的溶解氧: : 水中含水中含10mg/L有机污染物，若全部分解掉，则要有机污染物，若全部分解掉，则要消耗水中约消耗水中约12mg/L氧，一般情况下（水温氧，一般情况下（水温20，正常正常大气压）水中氧含量为大气压）水中氧含量为9.17mg/L。需氧污染物的危害：需氧污染物的危害：432,CHNHSH不不完完全全分分解解有有机机污污染染物物 在缺氧的水环境中，有机物经厌氧微生物不完全分解在缺氧的水环境中，有机物经厌氧微生物不完全分解 则会是放出硫化氢，氨及甲烷等有毒难闻的气体，使则会
40、是放出硫化氢，氨及甲烷等有毒难闻的气体，使 水色变黑发臭。水色变黑发臭。 需氧污染物的表示法：需氧污染物的表示法： 由于需氧污染物化学组成十分复杂，主要由由于需氧污染物化学组成十分复杂，主要由C, O, H（占（占98.5%）组成，还有其他元素：）组成，还有其他元素：S, N, P, K, Ca等。如等。如氨基酸（是蛋白质的基本单元）分子式：氨基酸（是蛋白质的基本单元）分子式：RCH(NH2)COOH （式中，（式中，R表示氢氧根表示氢氧根） 因此，对每种有机污染物中各种成份进行定量测因此，对每种有机污染物中各种成份进行定量测定相当困难，如何定量确定？定相当困难，如何定量确定？ 根据需氧污染物
41、分解要耗氧的特点，故采用有机根据需氧污染物分解要耗氧的特点，故采用有机污染物完全分解时污染物完全分解时氧的需要当量氧的需要当量或或其他物质当量其他物质当量来表来表示需氧污染物的含量，一般采用以下几个指标：示需氧污染物的含量，一般采用以下几个指标：水中有机污染物在微生物分解下消耗氧可分为二个阶段：水中有机污染物在微生物分解下消耗氧可分为二个阶段：第一阶段：第一阶段：),(322NHOHCO无机物无机物有机污染物有机污染物微生物微生物 其有机污染物分解反应速度其有机污染物分解反应速度dL/dt与有机污染物当时与有机污染物当时t 时刻时刻的浓度的浓度L成正比关系，即符合一级动力学反应规律：成正比关系
42、，即符合一级动力学反应规律：)(1LKdtdL11 1）生（物）化（学）需氧量）生（物）化（学）需氧量（BOD:Bio-Chemical Oxygen Demand) )式中，式中，L 碳化阶段有机污染物在碳化阶段有机污染物在t 时刻的浓度，即水中剩时刻的浓度，即水中剩余的有机污染物含量，以余的有机污染物含量，以BOD( (mg/L) )表示表示, ,即要分解这部分即要分解这部分有机污染物的所需的耗氧量；有机污染物的所需的耗氧量； dL/dt 表示为碳化阶段有机污染物的反应速度，右式表示为碳化阶段有机污染物的反应速度，右式负号表示有机污染物在不断减少（负号表示有机污染物在不断减少（mg/Ld）
43、 ； K1 碳化阶段反应速度常数（耗氧系数）碳化阶段反应速度常数（耗氧系数）（1/day）)(1LKdtdL1若已知初始时刻若已知初始时刻 t =0，L =L0，求解上式一阶常微分方程得：，求解上式一阶常微分方程得：tK01eLL可见可见L 随时间随时间t 按指数函数规律递减。按指数函数规律递减。若令被微生物分解的那部分有机污染物含量为若令被微生物分解的那部分有机污染物含量为y（亦以（亦以BOD表示），则表示），则)(tK001e1LLLy第二阶段：第二阶段：（Nitrification）该阶段主要是有机污染物中的含该阶段主要是有机污染物中的含N物质转化成物质转化成NH3后，后，继续被转化成亚
44、硝酸盐和硝酸盐：继续被转化成亚硝酸盐和硝酸盐：3222223HNO2OHNO2OH2HNO2O3NH2硝硝化化杆杆菌菌亚亚硝硝化化杆杆菌菌合并成：合并成：NH3+2O2 HNO3+H2O在该阶段，硝化阶段也符合一级动力学反映规律：在该阶段，硝化阶段也符合一级动力学反映规律：nnnLKdt/dL 式中，式中，Ln 硝化阶段硝化阶段 t 时刻有机污染物的含量，以时刻有机污染物的含量，以BOD 表示（表示（mg/L）；）； Kn 硝化阶段的反应速度常数硝化阶段的反应速度常数（1/day）( (KnK1) )。若已知硝化阶段初始时刻若已知硝化阶段初始时刻 t = 0 (即即 t = tc , , tc
45、 为碳化为碳化结束的时刻结束的时刻)，有机污染物含量为，有机污染物含量为LN=LN0，则方程的解为：，则方程的解为：)(00cnnttKNtKNneLeLL )(cNNttK0N0Nne1LLLy1 )1()(001cNttKNtKnteLeLyyy 那么在这二个阶段（炭化那么在这二个阶段（炭化+硝化）在硝化）在t 时刻被分解的时刻被分解的有机污染物总量（以有机污染物总量（以BOD表示，表示，mg/L）应为：）应为：在硝化阶段，在在硝化阶段，在t=t-tc 时刻被分解的有机污染物含量为：时刻被分解的有机污染物含量为：碳化硝化阶段的有机污染物分解过程示意图碳化硝化阶段的有机污染物分解过程示意图)
46、(001cnttKNntKeLLeLL L 有机污染物在有机污染物在t 时刻的浓度，即水中剩余的有机污染物含量；时刻的浓度，即水中剩余的有机污染物含量；y 在在t 时刻被分解的有机污染物总量时刻被分解的有机污染物总量碳碳 化化 阶阶 段段碳碳 化化 硝硝 化化 阶阶 段段yn=LN0LNLnLy=L0LL0LN0ty（mg/L）tctt=0 (t=tc) 由于由于 KnK1，故与碳化阶段比较，在硝化阶段有，故与碳化阶段比较，在硝化阶段有机污染物分解的耗氧量很少机污染物分解的耗氧量很少( (yny) )，对水环境影响不大。对水环境影响不大。因此，水体中生化需氧量因此，水体中生化需氧量BOD通常指
47、碳化阶段的生化需通常指碳化阶段的生化需氧量。采用实验方法测定水中有机污染物量主要测定碳氧量。采用实验方法测定水中有机污染物量主要测定碳化阶段的耗氧量作为水体中有机污染物含量的指标。化阶段的耗氧量作为水体中有机污染物含量的指标。 碳化阶段一般历时碳化阶段一般历时20天，但在实际工作中仍嫌时间天，但在实际工作中仍嫌时间过长，故统一规定测定时间为过长，故统一规定测定时间为5天作为测定天作为测定BOD的标准的标准时间，简称时间，简称5日生化需氧量，记为日生化需氧量，记为BOD5。 将需要测定的水样置于恒温箱中，应用将需要测定的水样置于恒温箱中，应用SXI-SXI-1A1A生化需氧量测定仪来测定水样中的
48、初始时刻的生化需氧量测定仪来测定水样中的初始时刻的DO0及第五天的及第五天的DO5 ，则五日生化需氧量为：，则五日生化需氧量为： BOD5=DO0 DO52 2）化学需氧量（）化学需氧量（Chemical Oxygen Demand, COD） 指在一定严格条件下，用化学氧化剂与水中有机污指在一定严格条件下，用化学氧化剂与水中有机污染物反应所消耗的氧量，记为染物反应所消耗的氧量，记为COD。目前常用二种测定方法：目前常用二种测定方法： 高锰酸钾法：高锰酸钾法： 即以高锰酸钾（即以高锰酸钾（KMnO4）作为氧化剂，加入待测定）作为氧化剂，加入待测定的水样中，煮沸的水样中，煮沸10分钟后，测定分钟
49、后，测定KMnO4的消耗量，折算的消耗量，折算成单位体积水样的耗氧量，以成单位体积水样的耗氧量，以 CODMn 表示生化需氧量。表示生化需氧量。 重铬酸钾法重铬酸钾法 即以重铬酸钾（即以重铬酸钾（K2Cr2O7，亦称为红矾，是制造火柴，亦称为红矾，是制造火柴的一种原料）为氧化剂，测定时，将的一种原料）为氧化剂，测定时，将K2Cr2O7加入水样中，加入水样中，以硫酸银作为催化剂，经过以硫酸银作为催化剂，经过2小时后，测定小时后，测定K2Cr2O7 的消的消耗量，折算成单位体积水样的耗氧量，以耗量，折算成单位体积水样的耗氧量，以 CODCr 表示生表示生化需氧量。化需氧量。优点：优点： COD测定
50、时间较短，一般测定时间较短，一般23h即可，且不必受恒温即可，且不必受恒温条件（如测条件（如测BOD5 ) )的限制；的限制； 不受水样水质条件的限制；不受水样水质条件的限制；不足点：不足点： 利用化学氧化剂测出的利用化学氧化剂测出的CODcr （或（或CODMn ）值都不值都不能反映天然水体中微生物分解那一部分有机污染物量。能反映天然水体中微生物分解那一部分有机污染物量。Mn5CrCODBODCOD 若水体中各种有机污染物组成较稳定，则各种方法若水体中各种有机污染物组成较稳定，则各种方法测出的需氧量的相对大小是：测出的需氧量的相对大小是：3 3）总有机碳（）总有机碳（TOC：Total or
