水污染的生物学问题.ppt

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1、2010/2010/1,水与生命,水污染的生物学问题,2010/2010/1,水与生命,水污染的生物学问题,2010/2010/1,水与生命,水污染（Water Pollution）定义：,水污染即指“水体因物理、化学或生物因子的进入超过水体自净能力，导致其物理、化学、生物或者放射性等方面特性的改变，造成水质恶化的现象，从而影响水的有效利用，危害人体健康或破坏生态环境结构和功能。”,2010/2010/1,水与生命,水污染的原因水的社会循环改变水质,抽 提,排放,河流、湖泊、地下水,工业用水农业用水生活用水,2010/2010/1,水与生命,国内外水污染概况,20世纪五六十年代，国外水污染普遍

2、严重。英国泰晤士河被称为臭水河和死水河；北欧许多河流酸化严重；美国伊利湖富营养化严重；日本发生水俣病和痛痛病我国水污染比较严重。七大水系有一半河段受到污染；湖泊的富营养化有加速发展的趋势；城市附近河流污染更为严重；水污染事件屡次发生,2010/2010/1,水与生命,近年中国部分重大水污染事件,1994 淮河水污染事件；2002 云南南盘江水污染事件；2004 四川沱江“302”特大水污染事故2004 云南龙川江楚雄段水污染事件2005 重庆綦河水污染 2005 松花江重大水污染事件 2006 湖南岳阳砷污染事件 2007 巢湖、滇池蓝藻暴发 2008 云南阳宗海砷污染事件2009 重金属污染

3、湘江威胁4000万人饮水安全,返回,2010/2010/1,水与生命,污染物类别、来源及特性,返回,2010/2010/1,水与生命,热污染,人类活动造成水体温度升高的现象。来源：主要污染源是工业的冷却水。例如火力发电中，能耗的48随冷却水进入地表水体。核电站，能耗的的67变为废热转入水中。,返回,2010/2010/1,水与生命,固体悬浮物,指不溶于水的非生物性颗粒物及其它固体物质。来源：水土流失、工农业生产活动（采矿、冶金、造纸等）、城市生活污水。悬浮物是造成水浑浊的主要原因。,返回,2010/2010/1,水与生命,放射性污染物,放射性核素排入水体造成水体污染。来源：核工业排放废水、废渣

4、；核电站排除的放射性废水；核试验、医疗、科研排出的放射性物质等。特性：许多放射性物质具有很强的生物富集能力，可从水和食物链途径危害人体健康。,“当心电离辐射”标志,返回,2010/2010/1,水与生命,重金属,主要是指汞、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的重金属，也指具有一定毒性的一般重金属如锌、铜、锡等。特点：毒性强，易于生物体内存留、积累和迁移而造成危害。来源：电子、电池、塑料工业废水，重金属制品等。,电脑的电池和开关含有铬化物和水银，元器件中还含有砷、汞和其它多种有害物质。,返回,2010/2010/1,水与生命,一般耗氧有机物,主要指悬浮或溶解状态存在于水中的碳水化合物、蛋白质及

5、其分解的有机物特点：本身没有毒性，能在微生物作用下分解，但消耗大量氧气。来源：屠宰场、食品厂、畜禽水产养殖场、城镇居民生活污水等。,剩饭倒入下水道,返回,2010/2010/1,水与生命,农药,农药按性质分为有机氯农药、有机磷农药、有机氯农药、和含铅、砷、汞等物质的金属制剂，以及某些特异性除草剂。特点：多数有毒；有的在生物体内不易分解，能在生物体内积累并沿食物链放大。来源：农业生产,返回,2010/2010/1,水与生命,有机化学物质,大多是人工合成的有机物，除了有机农药外，还包括多环芳烃类、卤代芳烃类、多氯联苯和酚类等。特点：种类多（1000多万种）；在水中长期稳定地存留；通过食物链富集；致

6、病。来源：化工厂,返回,2010/2010/1,水与生命,石油,包括石油及其制品。特点：石油的基本成分是烷烃、芳香烃等碳氢化合物，具有这些烃类化合物的毒性。来源：石油开采、运输、加工和使用过程中的泄漏和排放。主要发生在海洋。,2010年4月22日,美墨西哥海湾钻井平台事故,泄漏出的原油,钻井附近的一个小岛,返回,2010/2010/1,水与生命,生物营养盐类,主要指含有氮、磷等植物所需营养物的无机、有机化合物。特点：引起水体中藻类等浮游生物的大量生长而产生次生污染。来源：化肥厂、家畜家禽养殖场；农田径流。,返回,2010/2010/1,水与生命,酸碱物质,指酸性或碱性物质进入环境，使环境pH值

7、过高或过低，从而影响生物的生长与发育。来源：酸主要来源于工业酸洗工序的废酸水以及酸雨等。碱主要来源于碱法造纸、化学纤维、印染、制革、炼油等工业污水。,返回,2010/2010/1,水与生命,合成洗涤剂,包括市场上出售的各种洗衣剂、洗发剂、洗涤剂等。由表面活性剂、增净剂和各种辅助剂配制成的。特点：产量大；不能完全分解。来源：合成洗涤剂工业废水、工业洗涤废水、居民生活污水。,返回,2010/2010/1,水与生命,藻类,藻类是普遍存在于自然水体中的低等植物。夏、秋季节大量繁殖时，在一些湖泊、海洋中形成水华和赤潮。主要是城市污水和农田水土流失输入过量的氮、磷而导致的次生性灾害。,返回,2010/20

8、10/1,水与生命,污染的生态效应,如果污染物含量超过水体的自净能力，该水域生态系统结构和功能会产生一系列不良变化：生物多样性降低，生物生产力下降，水资源质量下降或完全破坏，水域景观恶化，甚至失去使用的价值。污染物对水域生态系统的这些影响，即生态效应（ecological effect）。两种以上污染物互相混合，可能产生联合作用，即协同作用、拮抗作用或加和作用,2010/2010/1,水与生命,污染的生态效应,返回,2010/2010/1,水与生命,热污染的影响,1、水体热污染可引起水生植物群落组成的改变:一是会减少藻类种群的多样性；二是还会加速藻类种群的演替。2、一般水生动物的温度上限为33

9、35，特别是在繁殖时期，水体的热污染将会对水生动物造成灾难性的后果。3、间接影响：水温增高会使一些毒物的毒性增高；水体热污染导致溶解氧的减少，,返回,2010/2010/1,水与生命,固体悬浮物污染影响,影响水生植物的光合作用；淹埋底栖动物；影响水生动物的呼吸；吸附毒物，形成危害更大的复合污染物；,返回,2010/2010/1,水与生命,放射性污染的影响,其危害分近期和远期两种：高强度和大剂量射线照射，能导致白血病和各种癌症的发生等，属于近期危害；辐射剂量低，对人体危害在短期内不易被发现的，但会对繁殖的后代产生不良影响，属于长期危害。,返回,2010/2010/1,水与生命,一般耗氧有机物污染

10、的影响,使水体中溶解氧大幅度下降，甚至造成缺氧状态，危害水生动物，有时使大批鱼类死亡。溶解氧耗尽时，有机物转入厌氧分解过程，产生甲烷、硫化氢、氨等还原性物质和恶臭，使水质变坏。,返回,2010/2010/1,水与生命,农药污染的影响,大量接触以及误食后会造成急性中毒和死亡。少量农药在生物体内的积累引起的慢性中毒也不可忽视（例如有机氯农药DDT）。,返回,2010/2010/1,水与生命,有机化学物质污染的影响,多氯联苯易在食物链中积累，对水生动物繁殖有明显影响。硝基芳烃、多环芳烃大都是剧毒物、强致癌物。卤代芳烃有很强的生物积累作用。低浓度酚引起鱼肉酚臭，失去食用价值；高浓度酚可使鱼体变形，甚至

11、大批死亡。氰化物是剧毒物质；丙烯晴具有致癌、致畸作用,返回,2010/2010/1,水与生命,重金属污染的影响,汞：能随食物链富集，人患水俣病。镉：人患痛痛病。铬：损伤鱼类肾脏及神经系统。有机锡：能使贝类性畸变。由于沉积作用，沉积物中重金属对水体底栖动物产生持久危害,返回,2010/2010/1,水与生命,日本的水俣病,1950年，在日本水俣湾附近的小渔村中，发现一些猫的步态不稳，抽筋麻痹，最后自己跳水溺死，当地人称它们为“自杀猫”。此后，水俣镇发现了一个怪病人，开始时步态不稳，面部呆痴，进而是耳聋眼瞎，全身麻木，最后精神失常，身体弯弓，高叫而死。1953年又有同样病症女孩住院，引起当地熊本大

12、学医院专家注意，开始调查研究。发现原来是当地一个化肥厂在生产氯乙烯和醋酸乙烯时，采用汞催化剂工艺，把大量的含有有机汞的废水排入水俣湾，使鱼有毒；人和猫、狗吃了毒鱼生病而死。1991年3月底已有2248人被确认为公害病患者，其中1004人死亡，直到现在仍能从一部分鱼类贝类的体内检测出高于厚生省规定的“汞的暂行控制值”，成为世界八大公害之一被曝光。,返回,2010/2010/1,水与生命,日本的骨痛病,日本富川平原上有一条河叫神东川。1955年以后就流行一种不同于水俣病的怪病：对死者解剖发现全身多处骨折，有的达73处，身长也缩短了30厘米,这就是骨痛病。直到1963年，方才查明骨痛病与上游三井矿业

13、公司炼锌厂的废水有关。原来，炼锌厂成年累月向神东川排放的废水中含有金属镉，农民引河水灌溉，便把废水中的镉转到土壤和稻谷中，两岸农民饮用含镉之水，食用含镉之米，便使镉在体内积存，最终导致骨痛病。有报道说，到1972年3月，骨痛病患者已达到230人，死亡34人，并有一部分人出现可疑症状。,返回,2010/2010/1,水与生命,营养盐氮、磷污染的影响,特别是在流动较缓慢的湖泊、海湾，容易引起水中藻类及其他浮游生物大量繁殖，形成富营养化污染。除造成饮用水的异味外，严重时也会使水中溶解氧下降，鱼类大量死亡，,返回,2010/2010/1,水与生命,酸、碱污染的影响,破坏水的自然缓冲作用和水生生态系统的

14、平衡；使水的含盐量增加；Ph值提高使氨的毒性增加。Ph值下降增加重金属等毒性。,返回,2010/2010/1,水与生命,石油污染的影响,油膜漂浮水面，阻碍大气中氧进入水体，使水体缺氧。降解过程中需要消耗大量的氧气；妨碍水生植物的光合作用。使渔产品产生异味，影响食用。,返回,2010/2010/1,水与生命,合成洗涤剂污染的影响,水体水中含有大量洗衣粉时，可出现泡沫；饮水中含有洗涤剂时可出现不良的嗅觉和味觉，有油腻感；洗涤剂还可在水体中形成富营养化现象，消耗水中溶解氧，影响鱼类生存等。,返回,2010/2010/1,水与生命,生物污染物影响,病原微生物破坏水产资源，引起人体各种疾病。寄生虫危害人

15、、畜健康。藻类大量繁殖，形成水华，分泌藻毒素，危害水生动物。,返回,2010/2010/1,水与生命,返回,水污染的生物学评价,用于评价水源质量状况的生物学指标可分为两类：一类是实验室的生物测试；一类是现场生物调查，即生物监测。,2010/2010/1,水与生命,生物测试,概念：生物测试相当于水生生物毒性试验，是利用生物的反应测定化学物质对水生生物的毒性，确定毒物的毒性程度及其对水生生物的允许浓度。方法：将某种生物或生物群落置于实验条件下，人为改变某种水质条件，与正常条件相比，观察试验生物发生变化的情况，即可测知某种物质对水生生物的影响水平。意义：生物测试对于评价化学品毒性等级、污水毒性强度、

16、监测水域环境质量、查明污染来源、制定渔业水质标准等都有重要意义。,2010/2010/1,水与生命,生物测试基本内容,单种生物毒性试验：单种生物毒性试验是以某种生物的若干个体或种群为实验材料研究毒物的毒性影响。多种生物毒性试验：多种生物毒性实验是以几种不同营养级组成集合体再进行毒性实试验。,2010/2010/1,水与生命,单种生物毒性试验生物,可用于水生生物毒性试验的生物包括鱼类、浮游动物、无脊椎动物、藻类等，其中鱼类毒性试验应用较广泛。,金鱼,藻类,溞类,蝴蝶鱼,2010/2010/1,水与生命,单种生物毒性试验试验步骤,返回,2010/2010/1,水与生命,生物监测,概念：又称生态监测

17、，是以活的生物作为指示器检测水质状况，评价其对生物生存的优劣程度。理论依据：未受污染的环境水体中生活着多种多样的水生生物，这是长期自然发展的结果，也是生态系统保持相对平衡的标志。当水体受到污染后，水生生物的群落结构和个体数量就会发生变化，使自然生态平衡系统被破坏，最终结果是敏感生物消亡，抗性生物旺盛生长，群落结构单一，这是生物群落监测法的理论依据。,2010/2010/1,水与生命,生物监测的特点,1、长期性：生活于一定区域内的生物，能把一定时间内环境变化情况反映出来。2、监测富集性：只有通过生物监测手段，对食物链放大了的各营养级进行分析，才能对水体进行全面评价。3、综合性：生物是接受综合作用

18、，不仅仅是个别组分的影响，所以生物监测能反映环境诸因子、多组分综合作用的结果，能阐明整个环境的情况。对符合排放标准的污染物，其长期影响环境的后果，更需要用生物监测来评价。,2010/2010/1,水与生命,生物监测中的对象,水污染指示生物,2010/2010/1,水与生命,生物监测的指标,分子、细胞和组织水平上的变化及污染物生物积累量分析个体和种群水平上的变化：如指示种、个体数量、生物量等群落和生态系统水平上的变化：如种类数、多样性、群落营养结构等,2010/2010/1,水与生命,生物监测方法,指示生物法：就是对水域生物进行系统的调查、鉴定，根据物种有无来判断水质的优劣。生物指数法：是根据物

19、种的特征和出现的情况，用简单的数字表达污染的程度。主要以藻类、大型无脊椎动物和鱼类为研究对象。物种多样性指数：利用群落内物种多样性指数有关公式来表达水质的好坏。群落功能：利用生物量、生产力等指标。生理生化指标：利用生物标记物等指标。,返回,2010/2010/1,水与生命,污水的生物处理、净化,原理：采用人工技术措施，强化微生物等生物的新陈代谢，达到降解有机物，使污水净化的目的。,2010/2010/1,水与生命,污水生物处理的基本类型,返回,2010/2010/1,水与生命,活性污泥法,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，水中就形成大量好气性微生物的絮凝体，这絮凝体就是“

20、活性污泥”。是由大量各种各样的微生物和一些杂质纤维等互相交织在一起组成的微生物集团。原理：在有氧条件下，污水中微生物以有机物为营养物质，生长繁殖成活性污泥，使之通过吸附、氧化、分解、沉淀等作用去除水中污染物。,2010/2010/1,水与生命,活性污泥的微生物组成,细菌：以异养型原核生物(细菌)为主，它是降解污染物质的主体。真菌：由细小的腐生或寄生菌组成，具分解碳水化合物，脂肪、蛋白质的功能。原生动物：肉足虫，鞭毛虫和纤毛虫3类、捕食游离细菌。其出现的顺序反映了处理水质的好坏。后生动物(主要指轮虫）：捕食菌胶团和原生动物，是水质稳定的标志。,2010/2010/1,水与生命,主要设备和工艺,主

21、要设备是曝气池和两次沉淀池。,一般流程,返回,2010/2010/1,水与生命,生物膜法,定义：微生物附着在构筑物挂膜介质上，并在其上生长和繁殖，由细胞内向外伸展的胞外多聚物使微生物细胞形成纤维状的缠结结构（生物膜）,又称固定膜法。生物膜法主要去除废水中溶解性的和胶体状的有机污染物，同时对废水中的氨氮还具有一定的硝化能力；是土壤净化过程的人工化和强化；包括生物滤池和生物转盘。,返回,2010/2010/1,水与生命,生物膜的构造,2010/2010/1,水与生命,生物膜的指标性生物,高负荷生物膜：生物膜呈黑色到灰色，溶解氧多在1mg/L以下。低负荷生物膜：生物膜为褐色 更新快的生物膜：生物大量

22、生长 后生动物异常增长的生物膜：红色 发生恶臭的生物膜：溶解氧下降出现恶臭；线虫和寡毛虫类较多，也出现丝状菌和真菌类，灰褐色。,返回,2010/2010/1,水与生命,一般工艺流程,生物滤池,生物滤池一般主要由滤床(池体与滤料)、布水装置和排水系统等三部分组成。原理：含有污染物的废水从上而下从长有丰富生物膜的滤料的空隙间流过，与生物膜中的微生物充分接触，其中的有机污染物被微生物吸附并进一步降解，使得废水得以净化；,返回,2010/2010/1,水与生命,生物转盘,生物转盘结构,生物转盘运行示意图,返回,由水槽和部分浸没于污水中的旋转盘体组成的生物处理构筑物。盘体表面上生长的微生物膜反复地接触槽

23、中污水和空气中的氧，使污水获得净化。,生物转盘的工艺流程,2010/2010/1,水与生命,稳定塘,稳定塘又称氧化塘，是一种天然的或经过一定人工修整的有机废水处理池塘，是污水资源化利用的有效方法。原理：污水在塘内停留一段时间，经过塘内微生物与藻类的共同作用，将污水中复杂的有机物分解为简单的无机物，从而使污水得到改善。特点：技术简单，费用低廉、效果良好；占地面积较大。分为好氧塘、兼性塘、曝气塘和厌氧塘四种类型。,返回,2010/2010/1,水与生命,好氧塘,好氧塘是一种主要靠塘内藻类的光合作用供氧的氧化塘。水深较浅，一般在0.3至0.5m，阳光能直接射透到池底。藻类生长旺盛，加上塘面风力搅动进

24、行大气复氧，全部塘水都呈好氧状态。,返回,2010/2010/1,水与生命,兼性塘,兼性塘的水深一般在1.5至2m，塘内好氧和厌氧生化反应兼而有之。在上部水层中，白天塘水维持好氧状态；在夜晚，溶解氧急剧下降至接近于零。在塘底，由可沉固体和藻、菌类残体形成了厌氧层。在好氧层和厌氧层之间，存在着一个兼性层。,返回,2010/2010/1,水与生命,曝气塘,强化塘面大气复氧作用，在氧化塘上设置机械曝气或水力曝气器，使塘水混合而保持好氧或兼性状态。曝气塘有机负荷和去除率都比较高，占地面积小，但运行费用高。,返回,2010/2010/1,水与生命,厌氧塘,水深一般在2.5m以上，最深可达4至5m。当塘中

25、耗氧超过藻类和大气复氧时，就使全塘处于厌氧分解状态。因而，厌氧塘是一类高有机负荷的以厌氧分解为主的生物塘。,返回,2010/2010/1,水与生命,污水的生物利用,概念：利用污水种植或养殖各种经济水生生物，再直接或间接为人类提供有价值的产品。原理：根据水生生态系统结构功能的整体性、协调性及其自我调节与物质循环再生能力，重新调整污水生态系统的结构与功能，对污水进行再利用。途径：水产养殖、农业灌溉、林地草地灌溉等。,2010/2010/1,水与生命,污水养殖,养殖模式：基本模式有单种养殖、混合养殖和多级养殖。养殖对象：鱼类、无脊椎动物和水生植物。应用实例：水生植物塘、养鱼塘。,返回,2010/20

26、10/1,水与生命,水生植物塘,放养品种的选择取决于它们的适应和净化能力、收获处置及利用价值等。凤眼莲、绿萍等有很强的耐污能力，适合于前级多污带稳定塘放养；芦苇、水葱、菖蒲等具有中等耐污能力，适于在水浅的前级氧化塘栽植；茨藻、金鱼藻等则适于在寡污带和后级氧化塘和接纳二级处理水的塘中放养。,返回,2010/2010/1,水与生命,养鱼塘,养鱼塘的水深宜采用22.5m。最好采用多塘串联：前一、二级使废水BOD大幅度降低并培养藻类，水深应浅一些；第三、四级主要培养浮游动物，它们以前面好氧塘的藻类为食料，又作为后面养鱼塘鱼类的饵料；最后一级做养鱼塘，水深应大一些。鱼种应以浮游生物为食料的鲢、鲤、鲫等为主，并合理搭配。须防止含重金属和富集性毒物的废水进入，否则会通过食物链危及人体健康。,返回,2010/2010/1,水与生命,污水灌溉,污水灌溉可分为旱田灌溉和水田灌溉。前者的机理与生物滤池类似，而后者则与氧化塘相近。存在问题：（1）如污水达不到农田灌溉标准，则会影响作物的生长、产量和品质，特别是污水中的重金属和化学有机合成物会在作物的某些部位富集，对人体健康造成危害。（2）不能解决全年（雨季及冬季）污水问题，往往不能进行全年泼水灌溉。,返回,