1、环境科学概论第第3 3章章 水体环境水体环境1ppt课件本章内容n第一节 水体环境概述n第二节 污染物在水体中的扩散n第三节 污染物在水体中的转化n第四节 水环境污染控制及管理2ppt课件n1.11.1天然水在环境中的循环天然水在环境中的循环n1.21.2天然水的水质天然水的水质n1.31.3水体概念及水体污染水体概念及水体污染n1.41.4水体污染源和污染物水体污染源和污染物第一节 水体环境概述3ppt课件n全球水资源储量全球水资源储量n陆地淡水仅占6，其余94为海洋水。n陆地淡水中，又有77.2分布在南北极，22.4分布在很难开发的地下深处，仅有0.4的淡水可供人类维持生命。 1.11.1
2、天然水在环境中的循环天然水在环境中的循环4ppt课件n全球水资源分布现状全球水资源分布现状n 淡水资源的分布极不均衡，导致一些国家和地区严重缺水。n 全球淡水资源不仅短缺而且地区分布极不平衡。按地区分布，巴西、俄罗斯、加拿大、中国、美国、印度尼西亚、印度、哥伦比亚和刚果9个国家的淡水资源占世界淡水资源的60%，而约占世界人口总数40%的80个国家和地区的人口面临淡水不足，其中26个国家的3亿人口完全生活在缺水状态。1.11.1天然水在环境中的循环天然水在环境中的循环5ppt课件n全球水资源分布现状全球水资源分布现状n 非洲扎伊尔河的水量占整个大陆再生水量的30，但该河主要流经人口稀少的地区，一
3、些人口众多的地区严重缺水。n 美洲的亚马孙河，其径流量占南美总径流量的60，但它也没有流经人口密集的地区，其丰富的水资源无法被充分利用。n 预计到2025年，全世界将有30亿人口缺水，涉及的国家和地区达40多个。1.11.1天然水在环境中的循环天然水在环境中的循环6ppt课件n水的循环水的循环：大自然中的水以各种不同的形态在循环。n液态的雨水或固态的雪或冰雹自天而降到地面后融化成水，和兩水一起流到地面成为地表径流，最後流入大海或湖泊。n部分雨水、融雪或地表水則流入地下，成了地下水，地下水最後也會流入湖泊、溪流與大海。n降水过程中，通过蒸发到大氣中的水分子聚集成云，再凝聚成水或雪降到地面，继续另
4、一次循环。n地球因水的不停循環而生生不息。 1.11.1天然水在环境中的循环天然水在环境中的循环7ppt课件南水北调工程南水北调工程n南水北调，即调长江的水至北方。长江是最靠近北方缺水地区而水量又最为丰富的大河。n 早在1959年中国科学院就组织了西部南水北调综合考察队，开始研究西部南水北调的问题。n 南水北调工程包括东、中、西三条线路，这三条线的受水区域不同，是各有其功能而又不能互相替代的线路。 8ppt课件南水北调工程南水北调工程西线西线n从长江上游干支流引水到黄河上游，主要为黄河上中从长江上游干支流引水到黄河上游，主要为黄河上中游及西北地区补水。游及西北地区补水。 n通柴线，从通天河引水
5、70亿立方米，穿巴颜喀拉山入格尔木河到柴达木盆地n玉积线，在玉树引通天河水经色达坝，在积石山前入黄河n翁定线，从金沙江的翁水河口引水，跨雅砻江、大渡河、岷江到甘肃，然后进入黄河n从长江上游通天河年调水100亿立方米，其支流雅砻江和大渡河各调水50亿立方米，三条河最大年调水量200亿立方米。n西线调水都在高山峡谷地区进行，海拔高，施工材料缺乏，交通不便，投资巨大。 9ppt课件南水北调工程南水北调工程东线东线n 从长江下游提水，沿京杭运河北送，可为黄淮海平原东部补水，渠长1150公里，年引水量300亿立方米。n 东线不需要开挖新干渠，可利用已建成的江都、淮安抽水站设施以及京杭运河，并且沿途有许多
6、湖泊可作为反调节水库。n 目前在江苏省境内基本上已完成。问题是黄河沿岸地势高于长江水面约40米，需建13个梯级工程，逐级提水，要有一个装机100万千瓦的电站常年送电，运行费高。 10ppt课件南水北调工程南水北调工程中线中线n 从长江中游及其主要支流汉水引水，沿伏牛山及太行山东侧开渠送水，可向北京及黄淮海平原大部分地区自流送水。n 中线全长 1000多公里，年引水量300亿立方米。其优点是可自流输水，引水量大，还可利用落差兴建水力发电站。n 问题是丹江口水库的大坝需要加高，并且最终要与三峡水库联系在一起；另外沿山麓输水，与山地流入平原的河流交叉，输水渠的大交叉就有200多处。这些山麓地带又是我
7、国著名的暴雨地区，处理较为困难。11ppt课件南水北调工程南水北调工程中线中线n 引江济汉工程是南水北调中线一期工程汉江中下游4项治理工程之一，是从长江荆江河段引水至汉江兴隆河段的大型输水工程，也是湖北省最大的水资源配置工程。n 工程任务是向汉江兴隆以下河段补充因南水北调一期工程调水而减少的水量，改善该河段的生态、灌溉、供水、航运用水条件，供水范围为汉江兴隆断面以下的干流河段和东荆河供水区。n 该工程建成后，还可缩短长江荆州段至汉江潜江段航程600多公里。工程施工总工期为48个月，于3月26日开工。总投资约为616947万元。12ppt课件1.21.2天然水的水质天然水的水质n水质water
8、quality n水体质量的简称。它标志着水体的物理(如色度、浊度、臭味等)、化学(无机物和有机物的含量)和生物(细菌、微生物、浮游生物、底栖生物)的特性及其组成的状况。13ppt课件1.21.2天然水的水质天然水的水质主要离子主要离子微量微量元素元素溶解气溶解气体体胶体胶体生物生生物生成物成物悬浮物质悬浮物质阳离阳离子子阴离阴离子子主主要要微微量量无机无机有机有机Cl-,SO42-,HCO3-,CO32-Na+,K+,Ca2+,Mg2+Br,F,I,Fe,Cu,N,CoO2,CO2N2,CH4,H2SSiO2.nH2O,Fe(OH)3.nH2O,Al2O3.nH2O腐殖质NH4+,NO2-,
9、NO3-,PO43-,HPO42-H2PO4-硅铝酸盐,沙粒,粘土天然水的成分组成天然水的成分组成14ppt课件n大气降水：杂质较少，矿化度很低的软水n河水：受到地质气候生物活动的影响很大n湖泊：淡水湖或咸水湖n地下水：悬浮物少，有机物和细菌少，受地面污染少，溶解盐多，硬度和矿化度较大。1.21.2天然水的水质天然水的水质各种类型天然水的水质各种类型天然水的水质15ppt课件1.31.3水体概念及水体污染水体概念及水体污染n水体水体n 自然界水相及其固体物质系统。是地表水圈的重要组成部分，是以相对稳定的陆地为边界的天然水域，包括江、河、湖、海、冰川、积雪、水库、池塘等，也包括地下水和大气中的水
10、汽。16ppt课件n水体污染水体污染n 一定量的污水、废水、各种废弃物等污染物质进入水域，含量超出了水体的自净和纳污能力，从而导致水体及其底泥的物理、化学性质和生物群落组成发生不良变化，破坏了水中固有的生态系统和水体的功能，从而降低水体使用价值的现象。1.31.3水体概念及水体污染水体概念及水体污染17ppt课件1.41.4水体污染源和污染物水体污染源和污染物n水体污染源水体污染源：向水体排放污染物的场所、设备和装置等。n水体污染来源水体污染来源：n工业废水n生活污水n农业废水18ppt课件n水体污染物水体污染物n 造成水体水质、水中生物群落以及水体底泥质量恶化的各种有害物质（或能量）都可叫做
11、水体污染物。 1.4水体污染源和污染物水体污染源和污染物19ppt课件n水体污染物类型水体污染物类型n物理方面：n化学方面：1.4水体污染源和污染物水体污染源和污染物20ppt课件n物理方面：物理方面：n颜色n浊度n温度n悬浮固体n放射性1.4水体污染源和污染物水体污染源和污染物21ppt课件n化学方面化学方面：n无机无毒物质：一般酸碱和盐n无机有毒物质：重金属（Hg，Pb，Cd），氰化物，氟化物n有机耗氧物质：天然水中是一些腐殖物质和生物产物，人工废水中可降解的有机物。n有机有毒物质：酚类化合物，有机农药，n生物污染物：细菌、病毒、原生动物、寄生蠕虫等n放射性物质：天然或人工放射性物质1.4
12、水体污染源和污染物水体污染源和污染物22ppt课件n有机耗氧物质实际中的水质指标：n生化需氧量n化学需氧量化学需氧量n总有机碳总有机碳n总需氧量1.4水体污染源和污染物水体污染源和污染物23ppt课件n生化需氧量生化需氧量又称生化耗氧量，（biochemical oxygen demand）缩写BOD，表示水中有机物等需氧污染物质含量的一个综合指标。n 水体中各种有机物得到完会氧化分解的时间，总共约需一百天，为了缩短检测时间，一般生化需氧量以被检验的水样在20下，五天内的耗氧量为代表，称其为五日生化需氧量，简称BOD5。n 对生活污水来说，约等于完全氧化分解耗氧量的70%。 1.4水体污染源和
13、污染物水体污染源和污染物24ppt课件n化学需氧量化学需氧量，在强酸性条件下氧化一升水中有机物所需的氧量,可大致表示污水中的有机物量。能够反应出水体的污染程度，数值越大表明水体的污染情况越严重。 n高锰酸钾（KMnO4）法，氧化率较低，但比较简便，在测定水样中有机物含量的相对比较值时，可以采用。n重铬酸钾（K2Cr2O7）法，氧化率高，再现性好，适用于测定水样中有机物的总量。 n在饮用水的标准中类和类水化学需氧量(COD)15、类水化学需氧量(COD)20、类水化学需氧量(COD)30、类水化学需氧量(COD) 40。1.4水体污染源和污染物水体污染源和污染物25ppt课件n总有机碳总有机碳，
14、水体中溶解性和悬浮性有机物含碳的总量，常以“TOC”表示。nTOC是一个快速检定的综合指标，它以碳的数量表示水中含有机物的总量。由于它不能反映水中有机物的种类和组成，因而不能反映总量相同的总有机碳所造成的不同污染后果。n通常作为评价水体有机物污染程度的重要依据。 1.41.4水体污染源和污染物水体污染源和污染物26ppt课件n总需氧量总需氧量，水中能被氧化的物质，主要是有机物质在燃烧中变成稳定的氧化物时所需要的氧量，结果以O2的mg/L表示。nTOD值能反映几乎全部有机物质经燃烧后变成CO2、H2O、NO、SO2所需要的氧量。n它比BOD、COD和高锰酸盐指数更接近于理论需氧量值。 1.4水体
15、污染源和污染物水体污染源和污染物27ppt课件第二节 污染物在水体中的扩散n2.1污染物在水体中的运动特征n2.2河流水体中污染物扩散的稳态模型n2.3河流水质模型28ppt课件2.12.1污染物在水体中的运动特征污染物在水体中的运动特征n推流迁移推流迁移：污染物在水流作用下产生的迁移作用。只改变水流中污染物的位置，并不降低污染物的浓度。n分散作用：分散作用：n分子扩散（分子的随机运动引起的分散现象服从费克第一定律，即分子扩散的质量通量与扩散物质的浓度梯度成正比）n湍流扩散（河流水体的湍流流场中物质的状态的瞬时值相对其平均值的脉动引起的分散）n弥散（由于横断面上实际流速分布不均引起的。）n衰减
16、转化衰减转化：污染物在水体中的衰减过程符合一级反应动力学规律。29ppt课件2.22.2河流水体中污染物扩散的稳态模型河流水体中污染物扩散的稳态模型n 河流水体稳定状态，污染源连续稳定排放的条件下，污染物在某一空间位置的浓度是不变的。n一维模型：只在河流流动x方向上存在污染物的浓度梯度，横断面方向上混合均匀。30ppt课件2.22.2河流水体中污染物扩散的稳态模型河流水体中污染物扩散的稳态模型n二维模型：只在河流流动x方向和河宽纵向上存在污染物的浓度梯度，河流深度方向上混合均匀。31ppt课件2.3河流水质模型n污染物与河水的混合过程n深度方向：污染物排入，短时间内达到竖向均匀分布（三维模型）
17、n宽度方向：从竖向到整个断面均匀混合（二维模型）n长度方向：深度与宽度相对河流长度很小，可以忽略（一维模型）32ppt课件2.3河流水质模型n生化分解：n 河流中有机物由于生物降解所产生的浓度变化。以水中溶解氧的变化来描述。33ppt课件2.3河流水质模型n大气复氧n水中溶解氧主要来源是大气。氧是由大气进入水中的。氧的质量传递速度：34ppt课件2.3河流水质模型n简单河流水质模型（S-P模型）35ppt课件第三节 污染物在水体中的转化n3.13.1水体中耗氧有机物降解水体中耗氧有机物降解n3.23.2水体富营养化水体富营养化n3.33.3重金属在水体中的迁移转化重金属在水体中的迁移转化36p
18、pt课件3.13.1水体中耗氧有机物降解水体中耗氧有机物降解n有机物生物化学分解n 细胞体外水解生成简单分子，进入细胞内继续水解或氧化n水解反应：复杂有机物在水解酶作用下转化为简单有机物。n氧化反应：脱氢反应37ppt课件3.13.1水体中耗氧有机物降解水体中耗氧有机物降解n耗氧有机物的生物降解n碳水化合物的降解：淀粉淀粉糖化酶乳糖单糖丙酮糖二氧化碳n脂肪的降解：脂肪甘油脂肪酸n含氮有机物的降解：蛋白质酶氨基酸饱和酸n尿素的降解：尿素水解氨38ppt课件3.23.2水体富营养化水体富营养化n富营养化：氮磷等植物营养物质含量过多所引起的水质污染现象，是湖泊水体衰亡的一种标志。n现象：浮游生物大量
19、繁殖，呈蓝色，红色，棕色或乳白色，江河湖泊为水华，海洋为赤潮。n天然富营养化：自然原因造成的，是湖泊演化过程中逐渐衰亡的一种形式，底泥的沉积，水生生物的过多，水体肥力过重。n人为富营养化：城市中大量含氮磷营养物的生活污水，农村的化学肥料和牲畜粪便。39ppt课件3.23.2水体富营养化水体富营养化n氮磷营养物在水体中的转化n含氮化合物n氨化：有氧或无氧条件下进行，产物是氨气n硝化：有氧条件下，产物是硝酸根n反硝化：缺氧条件下，产物是氮气，一氧化二氮。n含磷化合物n磷酸盐转化为难溶沉淀物进入底泥，释放到水体，使得水体中含磷增多。40ppt课件3.23.2水体富营养化水体富营养化n氮磷污染与水体富
20、营养化： n 斯塔姆对光和生产和异养呼吸间关系的研究表明，植物生长取决于外界供给它植物生长取决于外界供给它所需营养的数量最小的那一种所需营养的数量最小的那一种，从藻类分子式C106H263O110N16P1可看出，P最小，N次之，故藻类生产主要取决于水体中藻类生产主要取决于水体中P P的含的含量，同时量，同时N N和和P P的浓度比也有关系的浓度比也有关系。n 日本湖泊学者指出，N N：P=10-25P=10-25：1 1最适合藻类生产，武汉东湖水质为12：141ppt课件3.23.2水体富营养化水体富营养化n水体富营养化表现：n 有机物的生产远大于其消耗水体富营养化最直观的表现是藻类的数量增
21、多和种类的变化。n微生物繁殖，水体耗氧过大；n深层水体出现耗氧，有机物转入底泥，厌氧分解出厌氧细菌；n无机氮富集，反硝化出现腐化污染状态，并开始向表层发展，甚至可以使一部分水体区域完全腐化42ppt课件3.23.2水体富营养化水体富营养化n水体富营养化状态判断标准n 根据水体营养物浓度（总氮磷浓度）、藻类所含叶绿素a的量、湖水透明度，溶解氧43ppt课件3.23.2水体富营养化水体富营养化湖泊污染现状湖泊污染现状n中国湖泊n青海湖青海湖 ，4456平方公里n鄱阳湖鄱阳湖 ，3283平方公里n洞庭湖洞庭湖，位于荆江南岸，湖南省的北部，界湘鄂两省之间，面积辽阔，中国五大淡水湖之一。n太湖太湖，第三
22、大淡水湖，湖面2000多平方公里n洪泽湖洪泽湖，江苏省洪泽县西部，面积2069平方公里n内蒙古呼伦湖呼伦湖，方圆八百里n纳木措湖纳木措湖，西藏当雄县与班戈县之间，湖面面积1940平方公里n色林错湖色林错湖，藏北草原仅次于纳木错的第二大咸水湖，面积有1800多平方公里n博斯滕湖博斯滕湖，面积988平方公里44ppt课件n湖泊污染严重、富营养化加剧n 我国67个主要湖泊水质现状的调查和评价结果水质现状的调查和评价结果：n 属类水质的湖泊5个，占调查数量7.5%，面积为1135.2 km2，占调查湖泊总面积的6.1%；n 属类水质的有16个，占调查湖泊数量的23.9%，面积为2154.5km2，占调
23、查湖泊总面积的11.8%；n 属类水质的湖泊有18个，占调查湖泊数量的26.9%，面积为10393.7km2，占调查湖泊总面积的55.6%；n 属类水质的11个，占调查湖泊数量的14.6%，面积为4768.1km2，占调查湖泊总面积的25.6%；n 属劣类水质的湖泊有17个，占调查湖泊数量的25.3%，面积为154.15km2，占调查湖泊总面积的0.9%。45ppt课件n湖泊污染严重、富营养化加剧n 6767个主要湖泊富营养化现状的调查和评价结果个主要湖泊富营养化现状的调查和评价结果n 属贫营养湖泊数量为零n 属中营养的湖泊为18个，占调查湖泊总数的26.9%，面积为701311km2，占调查
24、湖泊总面积的37.6%n 属富营养型的湖泊为49个，占调查湖泊数量的73.1%，面积为11632.55km2，占调查湖泊总面积的62.4%。n 从湖泊数量上来看，有近3/4的湖泊已达富营养程度，所占的面积也接近总面积的2/3，表明当前我国湖泊富营养化问题十分突出，湖泊富营养化导致湖泊水体透明度降低，水生态系统发生退化，沉水植物消失，而代之以浮游植物蓝藻大肆繁殖使水质恶化。 46ppt课件n中国污染最严重的河流湖泊 n三条河流： 淮河 辽河 海河n 三个湖泊： 太湖、巢湖、滇池 47ppt课件滇池滇池n 滇池，云南省大湖，在昆明市西南，有盘龙江等河流注入。湖面海拔1,886公尺，面积330平方公
25、里。是中国第六大内陆淡水湖。n 滇池污染经历了一个长期而复杂的过程。水质污染从1970年代后期开始，进入1980年代，特别是1990年代，富营养化日趋严重。滇池已经全湖富营养化，污染严重，2005年水质为劣类，综合营养指数76.1，属重度富营养状态。主要入湖河道29条，水质大多为劣V类。 n 滇池污染的原因：一是滇池地处昆明城市下游，是滇池盆地最低凹地带；二是生活污水进入滇池；三是工业废水进入滇池；四是农业面源污染；五是滇池流域城镇化迅速发展；六是滇池属于半封闭性湖泊，缺乏充足的洁净水对湖泊水体进行置换；七是在自然演化过程中，湖面缩小，湖盆变浅，进入老龄化阶段，内源污染物堆积，污染严重。48p
26、pt课件巢湖n巢湖，中国第五大淡水湖，位于安徽省中部。面积769.5平方千米。有杭埠河、丰乐河、上派河、南淝河、柘皋河等注入，湖水经裕溪河入长江。有蓄水、灌溉之利，以产银鱼著名。n2007年 8月份，巢湖水质由中度污染下降为重度污染，水体营养状态也由轻度富营养下降至中度富营养状态。2009年9月巢湖湖区水质仍为重度污染，水体还是中度富营养状态。n巢湖的主要污染来源仍然是流经合肥 的南淝河和十五里河，与8月份相比，这两条河流的水质没有好转，仍为重度污染。49ppt课件太湖n太湖，位于江苏、浙江和安徽三省交界处，长江三角洲的南部。她是中国东部近海区域最大的湖泊，也是中国的第二大淡水湖（洞庭湖多年来
27、随着湖面缩减已退为第三大湖。n太湖富营养化明显，磷、氮营养过剩，20世纪80年代末主要污染物总磷、总氮属严重超标，局部汞化物和COD含量超标50ppt课件淮河n 淮河治理开发的目标是以防洪为主，兼顾除涝、发电、灌溉、航运、水产、水土保持等方面的综合利用。 51ppt课件辽河辽河n 辽河辽河是中国东北地区南部的最大河流，是中国七大河流之一。发源于河北平泉县，流经河北、内蒙古、吉林和辽宁4个省区，在辽宁盘山县注入渤海。全长1430公里，流域面积22.9万平方公里。n 治理水土流失和开展水土保持也是辽河流域的一个主要问题，50年代初辽河流域水土流失面积约1220万公顷，占流域面积的55.7%。198
28、5年全流域水土流失面积为951万公顷，占全流域水土流失面积的45.2%，对各水土流失地区进行农、林、水、牧等综合治理，已建水平梯田25.5万公顷，造林228万公顷，种草20万公顷，修建谷坊42576座，沟坝地275万公顷。这些综合措施对拦泥缓水，促进农、林、牧业和生产起到了一定作用，保持水土有一定功效，目前又开展以小流域为单元的综合治理，治理进度与效果更为显著。52ppt课件海河n 海河是中国华北地区流入渤海诸河的总称 53ppt课件3.23.2水体富营养化水体富营养化n水体富营养化营养物质负荷模型n沃伦威德尔模型沃伦威德尔模型：考虑湖泊或水库在一定时间内可看为稳态，而且磷是湖泊富营养化的关键
29、因素，因此将湖泊看成一个均匀混合的水体，假定营养物浓度梯度是简单动态函数，即：ndC/dt=Ic/V-SC-rC（输入-输出-沉积）n 物质平衡浓度Cp=Ic/V(r+S)，S为沉积速度常数54ppt课件3.33.3重金属在水体中的迁移转化重金属在水体中的迁移转化n水体中重金属n汞（Hg）n镉（Cd）n铜（Cu）n铬（Cr）n类金属砷（As）等。55ppt课件3.33.3重金属在水体中的迁移转化重金属在水体中的迁移转化n重金属元素在水环境中的污染特征n属于过渡元素，对生物毒性效应明显。n自然界普遍存在，含量低于0.1%。56ppt课件3.33.3重金属在水体中的迁移转化重金属在水体中的迁移转化
30、n重金属在水体中的迁移转化n沉淀-溶解作用：氯化物和硫酸盐易溶，碳酸盐和硫化物，氢氧化物为难溶。n氧化还原转化：n络合作用：重金属溶解或水解产物。n胶体化学吸附迁移转化：胶体的吸附，聚合n甲基化作用：汞在微生物作用下，转化为甲基汞，可以生物积累。57ppt课件第四节 水环境污染控制及管理n4.1水体污染防治和管理n4.2废水处理基本方法58ppt课件4.1水体污染防治和管理n制定水环境质量标准n水质标准：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、控制水环境污染的技术水平及经济条件的基础上，所规定的水环境中污染物污染物的容许容量，污染源排放污染物的数量和浓度
31、等的技术规范。n环境标准59ppt课件4.1水体污染防治和管理n制定水环境质量标准n水质标准：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、控制水环境污染的技术水平及经济条件的基础上，所规定的水环境中污染物污染物的容许容量，污染源排放污染物的数量和浓度等的技术规范。n环境标准60ppt课件环境标准n国家标准n国家环境质量标准n国家污染物排放标准n国家环境监测方法标准n国家环境标准样品标准n国家环境基础标准n国家环境行业标准n地方标准n地方环境质量标准n地方污染物排放标准61ppt课件4.2废水处理基本方法n基本方法：n物理：沉淀、过滤、蒸发n化学：中和、萃取、氧化还原n生物：生物过滤、生物活性污泥n城市污水处理：n一级处理：大于100微米的大颗粒物，去除率SS：70-80%。BOD：25-40%n二级处理：活性污泥法，去除率BOD：80-90%，小于30mg/L。n三级处理：深度处理，可做饮用水，去除有机物，氮，磷等62ppt课件63ppt课件
