[生物学]河川水体黑臭现象的成因及水体的自净作用.ppt

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1、河川水体的自净作用及水体黑臭现象的成因,报告人：Sean单位:XX,河川水体的自净作用及水体黑臭现象的成因,水体的自净作用水体黑臭现象的形成原因,水体的自净作用,水体自净的概念 27065-86中将自净作用定义为：污染水体在恢复到其初始性质和成分过程中各种水文、化学、生物作用的总和。污染物进入水体后，要发生扩散、沉降、悬浮与再悬浮、生化降解等一系列变化过程，这些变化过程都能使水体得到不同程度的净化。但污染物的扩散、沉降、悬浮于再悬浮等过程只是物理变化形式，是污染物在水体中的重新分布，并不能减少水体中污染物的总质量。所以，狭义上讲的水体自净是指污染物的氧化分解过程，它是一种复杂的生物化学过程。,

2、水体的自净作用,水体自净的三个过程物理自净化学自净生物自净,水体的自净作用,物理自净 物理自净能力主要是通过稀释、扩散、混合、挥发和沉淀等物理过程表现出来，而该过程的强弱则主要由水流速度、风浪等水动力条件所决定。它们是污染物质在 水体中扩散和输运的主要因子。,水体的自净作用,化学自净 化学自净作用主要是通过氧化还原、分解转化等化学过程表现出来，其中氧化还原反应起重要作用。而作为水体氧化剂的DO，其含量的高低对化学净化过程具有举足轻重的作用。通常水体中的DO含量越高，对化学自净作用贡献就越大，自净效果就会越好，反之则会导致水体质量下降，水体恶化。,水体的自净作用,生物自净 生物自净作用是使水体自

3、净的根本原因。其中发挥主要作用的水生生物，包括细菌、真菌、原生动物以及一些高等水生动植物。,水体的自净作用,生物自净 细菌：通过其各种酶的作用使有机物中的C、N、P、S等元素转化为CO2、NH3、亚硝酸盐、磷酸盐、硫酸盐等，同化部分有机物合成新的原生质，为细菌生长、繁殖提供营养物质。原生动物：主要是吞食细菌，控制细菌的增殖速度，保持了微生物群体的生态平衡，同时它还可以吞食污水中的固体有机物及溶解的有机物，直接起净化作用。,水体的自净作用,生物自净 藻类、水生植物：通过同化吸收消化水体中富余的无机盐，并产生氧气，提高水体的OD值，使水质得以净化。鱼类：捕食水体中的藻类、原生动物等，与微生物、水生

4、植物等共同构成一个从低级到高级生物组成的有机联系的食物链，使水体中的污染物分解、转化，维持水体生态平衡。,水体的自净作用,生物自净 水体中污染物质的降解始于微生物的分解与转化作用，因此微生物，尤其是细菌，是水体生物自净的最关键的因素。污水净化过程中常见的微生物如下：光合细菌：能大量分解吸收氨、氮和硫化氢等有害物质，变有害物质为无害物质；抑制好氧病菌的繁殖；分泌大量的糖类、氨基酸类、维生素类、生物活性物质(激素)等，促进固氮菌、放线菌、乳酸菌等有益微生物的生长。,水体的自净作用,生物自净 乳酸菌群：乳酸菌能使未腐蚀的有机物发酵，转化为有效养分；以光合细菌、酵母菌的生产物糖类为基质，产生乳酸，抑制

5、有害微生物的繁殖；能使木质素、纤维素等难分解的有机物容易分解，并消除未分解有机物产生的种种弊端，在有机物发酵分解上发挥着重要作用。,水体的自净作用,生物自净 放线菌群：放线菌为好氧菌，是细菌和霉菌的中间形态，大多数放线菌的最适生长温度是2337。放线菌可摄取光合细菌产生的氨基酸，产生抗生物质。这种抗生素能有效地抑制病原菌，争夺有害霉菌及细菌增殖时所需的物质，从而抑制其增殖，创造有益于其它微生物生存的环境。,水体的自净作用,生物自净 酵母菌：酵母菌为异养型、好氧、兼性厌氧菌，可产生促进细菌分裂的生物活性物质。还对促进其它有效微生物增殖的基质的生产起着重要作用。它适于偏酸性环境中生活。其它：硝化细

6、菌、反硝化细菌、解磷细菌等，对控制水体中的氮盐及磷酸盐起着重要作用，能防止水华等现象的发生。总之，水体中污染物的最终分解、转化是有许多不同种属的微生物共同作用的结果，而非是某一类微生物作用的结果。,水体的自净作用,影响水体自净作用的关键因素OD 水体自净的主要功能者是水生生物，包括细菌、真菌、原生动物以及一些高等水生动植物。水生生物的正常新陈代谢，需要适宜的生活环境，如温度、pH、溶解氧（DO）、渗透压、氧化还原电位、光照等，这些因素通过影响水生生物而表现出对水体自净作用的影响，它们是水体自净作用发生的必要条件。而水体自净主要靠生物的氧化作用，因此DO是水体自净的关键因素，它决定着水体中污染物

7、的降解程度。,水体的自净作用,影响水体自净作用的关键因素OD有氧环境缺氧环境严重缺氧环境,水体的自净作用,影响水体自净作用的关键因素OD 有氧环境下，水体中的有机污染物在好氧微生物的作用下，一部分被同化为菌体，另一部分被彻底分解成CO2、NH3、无机磷等。同化作用使微生物在净化过程中自身大量繁殖会引起暂时水体污染，但最终可因水中有机物的无机化而失去营养基质逐渐消亡，并在水生态恢复过程中，被高一级的生物群落吞食、去除，致使微生物数量下降，水体得以自净。微生物的这种自净作用是由好气性异养菌与捕食细菌的上位食物链（原生动物、鱼类等）共同完成的，即由一个从低级到高级生物形成的、有机联系的整个食物链来进

8、行的生物净化作用。,水体的自净作用,影响水体自净作用的关键因素OD 在缺氧环境中，厌氧微生物（如非产甲烷细菌和产甲烷细菌）可以把有机物分解为CH4、H2、H2S、CO2、CO、NH3等，从而降低了污水中污染物浓度，使水体得以自净。有机物厌氧分解在水体自净中其辅助作用。,水体的自净作用,影响水体自净作用的关键因素OD 在严重缺氧环境中，即在有机物严污染的水体中，由于异氧细菌的大量繁殖使水体中的溶解氧不断被消耗而降低，导致水体严重缺氧时，使厌氧微生物大量繁殖，此类微生物分解有机物时会形成许多有机酸、酮、醛等中间物，释放CH4、H2S等气体，致使水体发黑发臭。,水体的自净作用,影响水体中DO的因素

9、水体中氧的补充与恢复：大气中氧向水体中扩散至饱和；水生植物和藻类通过光合作用向水体中供氧；水体和污水中存留的部分氧量。水体中氧的消耗：有机物的氧化分解；氨的氧化；水底淤泥的生物分解；具有光合作用的微生物光合作用夜间停止但仍需要呼吸作用而耗氧。,水体的自净作用,综上所述，微生物是水体中污染物质最初始的分解者，它的群落结构及数量决定了污染物的降解程度与降解速率。而DO则通过影响微生物的生长繁殖和有氧氧化代谢反应，从而影响水体的自净作用。因此，考察水体中微生物的组成、DO及DO对水体微生物的影响，是分析水体自净机制的重要依据。,水体黑臭,水体黑臭的概念 水体黑臭是水体有机污染的一种极端现象，是由于水

10、体缺氧，有机物腐败而造成的。大量有机污染物进入水体，在好氧微生物的生化作用下，消耗了水体中大量的氧气，使水体转化成缺氧状态，致使厌氧细菌大量繁殖，导致有机物腐败、分解、发酵，转化为氨氮、腐殖质、硫化氢、甲烷和硫醇等14000多种发臭物质。此过程引起耗氧大于复氧，造成缺氧环境，产生的有臭气体逸出水面进入大气，水中铁、锰等重金属被还原，与水中的硫形成硫化亚铁等化合物，形成大量吸附了FeS、MnS的带负电胶体的悬浮颗粒，使水体变黑、变臭。,水体黑臭,南京红旗河,汉江支流,河南新郑河,西虬江河河水,水体黑臭,水体主要污染源 工业污水、生活污水（高有机物、氮、磷）、畜禽粪便、农田化肥、底泥污染及其在悬浮

11、作用、重金属污染（铁、锰于黑臭有关）、水体热污染（河流热污染指河流两岸工厂向水体排放高温废水使局部甚至整个河流的水温上升，威胁到河流中水生生物的繁殖和生存，同时水温是促进水体发臭的一个重要因素。）,水体黑臭,水体黑臭现象的形成原因水体恶臭的形成原因水体发黑的形成原因,水体黑臭,水体恶臭的成因有机物质的厌氧分解 有氧条件下，被氧化物质脱氢，氢向另一物质转移使之还原，而游离氧最终被还原为水。缺氧条件下，化合态氧代替游离氧，连同与它化合的元素一起可以用作为氢的最终接受体，在保证了物质氧化还原反应顺利进行的同时，也形成了许多不同的中间代谢产物，这其中就包括大量的恶臭物质。,水体黑臭,恶臭物质分类 有机

12、恶臭物质：大分子有机物分解形成挥发性脂肪酸、醇、酮类等；脂肪酸、酮类等进一步发酵形成甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、乙醇、丁醇、异丙醇、丙酮和丁二醇等。具有此类代谢反应的微生物如丁酸梭菌、肠细菌等。,水体黑臭,恶臭物质分类 气态恶臭物质：主要有H2S、CH4及NH3。H2S主要来自厌氧条件下硫酸盐异化还原作用。如胱氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸、牛磺酸等中的硫在脱硫弧菌、Vaillon球菌、梭菌等微生物的作用下异化还原而生成H2S。CH4则是有机物经发酵性细菌、产氢产乙酸细菌分解后，最后有产甲烷细菌参与形成的。NH3的形成主要是含氮有机物的分解，许多细菌、真菌都能通过氨化作用将有机物中的氮素转化成氨，在水体中

13、通常以NH4+的形式存在。,水体黑臭,水体发黑的成因铁、硫等元素循环失衡 污染河水中复氧与耗氧失衡导致水相和沉积相氧化还原环境变化，造成铁、硫等化合物的化学/生物转化机制及其产物发生改变，形成FeS、MnS及H2S等有害物质，是水体黑臭形成的重要原因。,水体黑臭,水体中的铁循环水体中的硫循环,水体黑臭,水体中的铁循环 铁主要是以铁氧化物和氢氧化物形式进入水体，水体中铁分为无机态铁和有机态铁，亦可分为悬浮态铁和溶解态铁，主要有 Fe()和 Fe()两种价态。,水体黑臭,水体中的铁循环 通常水体中存在三个反应带：好氧带、活性反应带、厌氧带。其中活性反应带位于好氧带和厌氧带交接区域，是三价铁还原和二

14、价铁氧化主要反应带。含铁化合物进入水体后，经过好氧带、活性反应带、厌氧带，最终沉降到水底。在经过活性反应带和厌氧带时，可能有一部分被还原成二价铁。水底以厌氧环境为主，铁主要以二价态形式存在。底层水与上覆水交换使二价铁离子扩散，在上升过程中进入活性反应带和氧化带，重新被氧化为三价铁离子。受重力作用不溶性三价铁下沉，在亚氧化环境中再次被有机质还原溶解，从而完成铁价态转化的一个循环。,水体黑臭,水体中的铁循环 当大量有机物等耗氧物质进入水体使溶解氧降低，好氧带、活性反应带、厌氧带分层被破坏，严重时整个水体普遍呈厌氧还原状态，铁的循环被完全破坏。三价铁进入到水体后在厌氧带被还原成溶解态二价铁，而二价铁

15、在水体交换上升过程中没有被氧化成三价铁。随着三价铁转化反应的进行，二价铁离子在水体中不断累积，浓度逐渐增大，与厌氧状态下产生的硫化氢结合成硫化亚铁。硫化亚铁为黑色沉积物，一部分悬浮在水体，一部分沉积在水底，使水体呈现出黑色。,水体黑臭,水体中的硫循环 硫主要以硫酸盐和有机硫的形式进入到水体，其元素的价态可分为+6 价到-2价。,水体黑臭,水体中的硫循环 水体有机硫化物一部分在微生物作用下分解形成简单的无机硫包括硫化氢、元素硫、硫酸盐等形式，但主要的是硫化氢；另一部分则沉降进入到沉积物中。硫酸盐在水体缺氧环境下和硫酸盐还原细菌作用下最终还原成硫化氢。硫化氢向上扩散到水体的活性反应带和氧化带被氧化

16、生成硫酸盐以及中间价态的硫类，也可以与碎屑矿物或水体中铁反应以硫化铁的形式沉淀。硫化氢、元素硫及硫酸盐还能被植物、藻类和微生物同化到含硫蛋白质和生化物质中成为有机硫。,水体黑臭,水体中的硫循环 当大量有机物等耗氧物质进入水体后，水体中的溶解氧下降，而有机硫分解和硫酸盐还原产生的 H2S继续氧化耗氧使得水体中的溶解氧进一步减少,整个水体呈厌氧还原态。故H2S不能被氧化为硫酸盐而被生物同化利用，致使H2S大量积累。积累H2S的一部分与水体中的 Fe2+、Mn2+等形成金属硫化物，被水体中悬浮颗粒吸附而悬浮在水体中形成水体的黑度；另一部分则从水体中逸出而形成水体的臭味。同时水体的厌氧环境有利于有机物与硫酸盐的反应，产生大量的H2S，最终形成整个水体的黑臭现象。,水体黑臭,综述所述，大量有机物等耗氧物质进入水体后，引起好氧微生物大量繁殖，分解及合成代谢加剧，致使水体中溶解氧急剧消耗而形成厌氧还原状态。导致水体发黑发臭此时水中厌氧微生物代谢旺盛，产生多种有害的物质包括有机酸、酮、FeS、MnS、H2S、CH4、NH3，共同导致水体发黑发臭。简而言之，水体黑臭就是由耗氧物质进入水体使之有有氧状态转化为厌氧还原状态，从而导致水体中物质循环失衡造成的。,Thank you,