环境工程概论第3章水污染及其控制工程水体污染过程.ppt

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1、主要学习内容（32学时）,章节安排,1,2,3,4,6,总论（3）,环境生态学基础（3）,水污染及其控制工程（8）,物理性污染及其控制（4）,大气污染过程及其控制工程（6）,5,固体废物处理及其应用（2）,7,环境质量评价及环境管理（4）,8,清洁生产（2）,第三章水污染及其控制工程,第一节 水污染过程第二节 水污染过程及其自净机理第三节 水污染控制技术,一、我国水污染特征及 水体自净 1、我国的水污染现状 2、我国水污染特征 3、水体自净机理二、主要污染物在水环境中的变化 1、需氧污染物 2、植物营养物 3、油类污染物 4、重金属,第二节 水污染过程及其自净,兴趣是最好的老师,9、我国水污染

2、现状特征？我国水污染的特征？10、什么是水污染？11、什么是水体自净？水体自净过程具体有哪些过程？各过程发生一些什么作用？12、需氧污染物一般分哪三大类？需氧污染物在河流中的降解会引起水中溶解氧如何变化？13、水的温度越高，耗氧速率系数也越大，那么这个温度有没有限制？14、什么是亏氧量？氧垂曲线？请绘出耗氧、复氧、氧垂曲线关系图。15、什么是植物营养物？其主要来源？16、什么水体富营养化？什么是Liebig最小值定律？水体富营养化的主要限制是什么？富营养化的主要危害？17、油类物质对水体的主要危害表现在哪里？18、重金属对人体生物主要危害表现在什么方面？主要重金属污染物有哪几种？19、重金属污

3、染物在水中主要有哪几种迁移形式？20、了解汞、镉、铅、砷、铬等对人体的具体危害的形式及引起的后果。,一、我国水污染状况及水体自净机理,1、我国水污染现状（1）污水处理率低2006年，污水排放排放量接近537亿m3；工业废水处理率约80，达标排放的只有60；城市污水处理率30。（2）江河污染严重90以上的地表水受到污染，以三河（淮河、海河、辽河）为最；50左右地下水水质受到污染；27.7（取水量）以上的重点城镇饮用水源不符合标准。（3）湖泊富营养化严重滇池、巢湖（安徽）、太湖（江苏）。,全国近年废水及主要污染物排放量废水总排放量呈增加趋势，废水及污染物主要来自生活用水，呈现出有机污染型的特征。,

4、2、我国水污染的特征（1）污染仍然严重 2006 年，全国地表水总体水质属中度污染。国控网的监测结果显示，类，、类，劣类水质的断面比例分别为40%、32%和28%。主要污染指标为高锰酸盐指数、氨氮和石油类等。,2、我国水污染的特征（2）南北差异大各流域水体自南向北水质逐渐变差。,2、我国水污染的特征（3）湖泊水库水体富营养化不容轻视 2006 年，27 个国控重点湖（库）中，满足类水质的湖（库）2个（占7%），类水质的湖（库）6 个（占22%），类水质的湖（库）1 个（占4%），类水质的湖（库）5 个（占19%），劣类水质的湖（库）13 个（占48%）。其中，巢湖水质为类，太湖和滇池为劣类。主

5、要污染指标为总氮和总磷。水库水质好于湖泊，富营养化程度较轻。,在21 个国控监测点位中，类和劣类水质点位分别占14%和86%。主要污染指标为总氮。2006年与上年相比，湖体水质无明显变化。,太湖中国第三大淡水湖，在江苏省南部。湖体，高锰酸盐指数、总磷年均值分别达到类、类水质标准，但因总氮污染严重，湖体水质为劣类，处于中度富营养状态。,2007年太湖蓝藻污染,滇池中国第六大内陆淡水湖，在昆明市西南。属富营型湖泊，部分呈异常营养征兆，水色暗黄绿，内湖有机污染严重、有机有害污染严重。滇池经治理后，水质改善明显。,治理前,治理后,水库,3 水体自净机理简介,水污染：进入水体污染物水体本底值、自净能力水

6、体自净:水体自行消纳污染物，使自身质量保持洁净能力 的过程。不同的水体有不同的自净能力。自净过程：物理过程（稀释、扩散、挥发、沉淀）；化学物理过程（氧化还原、吸附凝聚、中和）；生化过程（微生物对有机物分解代谢，不同生物群体相互作用）。,物理净化,化学净化,生物净化,水体自净作用,稀释扩散沉淀挥发,氧化还原分解凝聚中和,生物活动,水中的自净作用,水与大气间的自净作用,水与底质间的自净作用,底质中的自净作用,在水中发生物理、化学、生物作用,气体的挥发、释放和氧气溶入,沉淀和吸附,微生物氧化分解,二、主要污染物在水环境中的变化,1、需氧污染物在水环境中的变化,生活污水和工业废水中所含的碳氢化合物、脂

7、肪、蛋白质、木质素等有机化合物，可在微生物作用下分解生成简单的无机物CO2、H2O等。这些有机物在分解的过程中需消耗大量的溶解氧，因而称为需氧污染物。,引起的水质变化表现为:水体透明度下降水体发黑、发臭有气体从水中冒出水体表面有浮渣,1）需氧有机物的生物降解作用,需氧有机物一般分为3大类：碳水化合物、蛋白质和脂肪,蛋白质的生物降解如果是在缺氧水体中，硝化作用不能进行，会在反硝化细菌的作用下，发生反硝化作用。上述的三种有机物的生物降解作用有其共同特点：首先在细胞外发生水解，复杂化合物分解成简单物质，然后进入细胞内部作进一步分解。分解产物有两方面作用，一是被合成为细胞材料，二是生成能量，供细菌生长

8、繁殖。,2）需氧有机污染物降解与溶解氧平衡,在污染河流中耗氧作用和复氧作用影响着水中溶解氧含量,耗氧作用：主要是耗氧有机物降解时耗氧，此外还包括水生生物的呼吸、底泥厌气分解产生的有机酸和还原性气体释放到水中以及废水中还原性物质等引起水体耗氧。,复氧作用：空气中的氧溶于水和水生植物光合作用放出氧，使DO增加。,巴特希和英格莱姆用图描述了被生活污水污染的河流中BOD与DO的相互关系。,第一段（ao）：有机物浓度高，耗氧速率大于复氧速率，DO大幅度下降；O点溶解氧最低-氧垂点第二段（oa）：有机物浓度降低，耗氧速率小于复氧速率，DO开始逐渐回升。第三段（b以后）：溶解氧回升至起始阶段。,3）有机物耗

9、氧动力学当沿水流方向输移的有机物量扩散稀释量，Q河,q污不变，T水不变时，有机物的生化降解的耗氧量正比于河水中有机物量 由dc/dt=-kc 积分可得：ct=co10-kt co初始时刻的有机物浓度；ctt时刻水中残留的有机浓度；k耗氧速率常数，单位：d-1；t天数,温度越高,生物活性越强，k越大 25时，k=0.159d-1。半衰期约为2天 14时，k=0.075d-1。半衰期为4天,有机物生化降解的半衰期t1/2有机物浓度降为原来的50%所需的时间。,由 ct=co10-kt 1/2=10-kt t1/2=lg2/k=0.301/k 20时，普通生活污水的k=0.1d-1。该条件下,有机物

10、生化降解的半衰期为3天,4）、复氧作用定律 复氧过程受溶解和扩散作用的控制。即溶解速度与亏氧量成正比，扩散速度与河水中两点间的溶解氧浓度差成正比。,亏氧（dissolvedoxygendeficit）亦称“缺氧量”。水体中饱和溶解氧和现存溶解氧的差。单位是mg/L。耗氧愈多，亏氧量愈大，同时由大气补充水中的氧量也愈多。,5)、河流溶解氧下垂曲线,有机物排入河流后，经微生物降解而大量消耗水中的溶解氧，使河水亏氧；另一方面，空气中的氧通过河流水面不断地溶入水中，使溶解氧逐步得到恢复。所以耗氧与复氧是同时存在的，污水排入后，DO曲线呈悬索状态下垂，故称为氧垂曲线。,c：临界点,a：DO最大亏缺,当污

11、水未进入河流前，大气复氧量与水中生物的耗氧量近似相等，溶解氧处于饱和状态。,河流接纳了耗氧有机物后，微生物对其氧化分解需消耗大量的氧，使得大气复氧来不及补充，水中溶解氧含量下降，这时耗氧速度大于复氧速度；,随着水中有机物减少，耗氧量减少，水中复氧量相应增加，此时水中耗氧速度等于复氧速度，氧垂曲线出现最低点，称该点为临界点；,其后，因有机物大为减少，耗氧速度小于复氧速度，氧垂曲线逐渐上升。,2、植物营养物,植物营养物质是指促使水中植物生长，从而加速水体富营养化的各种物质，主要指氮、磷。其主要来源是人为源，包括 农田施肥,农业废弃物（植物 杆、牲畜粪便等）城市生活污水（包括含磷洗涤剂）某些工业废水

12、（制革、造纸、肉类加工、炼油）,1）、水体富营养化概述：富营养化是指湖泊等水体接纳过量的氮、磷等营养物质，使藻类及其它水生生物异常繁殖，引起水体透明度和溶解氧的变化，造成水质恶化，加速湖泊老化，导致湖泊生态系统和水功能的破坏。,实际上，富营养化是湖泊在自然演变过程中的一种自然现象。从湖泊学的意义上，湖泊有其发生、发展及消亡的过程。具体地说，随着时间的推移，湖泊中的氮、磷等营养物质逐渐累积，由贫营养湖向富营养湖演变，最后发展成沼泽和干地。不过，在自然条件下，这种湖泊演变的进程非常缓慢，通常是以地质年代来计算。,富营养湖泊与贫营养湖泊的特征,富营养湖泊与贫营养湖泊的特征,2）、水体富营养化程度与营

13、养元素含量的关系据测定，每增殖1g藻类，约消耗0.009gP、0.063gN、0.07gH、0.36gC、0.50g 氧以及Mn、Fe、Cu、Mo等各种微量元素。,据计算，每1g N可增殖10.8g藻类，每1gP可增殖78克藻类。由此可见，水体中N、P含量直接决定藻类的繁殖速度，因而影响到湖泊富营养化进程。其中P是最主要的限制性因子。因此，控制水体富营养化，最重要的是控制P污染物进入水体。,Liebig最小值定律：藻类生长会因水中某种元素不足而受到抑制。这种元素称为限制性元素。,水体中氮/磷含量(mg/m3)与富营养化程度之间的关系(托马斯),水体中氮/磷含量(mg/m3)与富营养化程度之间的

14、关系(坂本),水体总氮和总磷允许负荷(g/m3a)(日本),含N化合物在水体中的转化,第一步是含N化合物如蛋白质、多肽、氨基酸和尿素等有机氮转化为无机氮中的氨氮；第二步则是氨氮的亚硝化和硝化，使无机氮进一步转化。,从污染物的转化过程来看，有机氮NH3NO2NO3可作为需氧物污染物的自净过程的判断标志。但从另一方面考虑，这一过程又是耗氧有机物向营养污染物的转化过程，在水中它们提供了藻类繁殖所需的N元素。,3）.N、P化合物在水体中的转化,含P化合物在水体中的转化,磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷 P在水体中的转化只能进行固、液之间的循环。水体中的可溶性磷很容易与Ca2+、Fe3+、Al3+等离子生成难溶

15、性沉淀物而沉积于水体底泥中。沉积物中的P，通过湍流扩散再度释放到上层水体中去。或者当沉积物可溶性P大大超过水中P的浓度时，则可能再次释放到水层中去。这些P又会被各种水生生物加以利用。在湖泊水体中P的含量超出0.05mg/L时，就会出现藻类迅速增殖现象。若要防止湖泊水体发生富营养化，水中P的含量应控制在0.02mg/L以下，无机氮含量应控制在0.3mg/L以下。,4）、富营养化的危害,水体外观呈色、变浊、影响景观：内陆湖：水华（水花 Water bloom);海洋：赤潮（红潮 Red tide)水体散发不良气味：土腥素，硫醇、吲哚、胺类、酮类等；溶解氧下降：分解有机物及藻类残体造成细菌的大量繁殖

16、，消耗掉水中的氧气。水生生物大量死亡。有些产生毒素：甲藻产生石房毒素、进入食物链。,人们打捞由于水体富营养化导致的过量生长的水葫芦,“滇池蓝藻水华污染控制技术研究”基地的重力斜筛自动脱水设备在对蓝藻进行脱水处理。脱水后藻浆经去毒处理，可成为上好的有机肥料或饲料。,5)、富营养化的监测,监测：N、P元素的含量，水体中N0.3mg/L、P0.02mg/L时，藻类生长加快。日本学者提出，按下式计算：耗O2量 无机N(g/L)无机P(g/L)1500 若结果 1，富营养化将出现。,3、油类物质,近年来，石油及其油类制品对水体的污染比较突出，在石油开采、储运、炼制和使用过程中，排出的废油和含油废水使水体

17、遭受污染。石油化工、机械制造行业排放的废水也含有各种油类。,随着石油事业的迅速发展，油类物质对水体的污染愈来愈严重，在各类水体中以海洋受到油污染尤为严重。油的污染不仅不利于水的利用，而且当油在水面形成油膜后，影响氧气进入水体，对生物造成危害。此外，油污染还破坏海滩休养地、风景区的景观与鸟类的生存。,西班牙被原油污染的海岸,墨西哥原油泄漏事件现场图片,受石油污染的小鸟,满身粘满油污的鹈鹕在浑浊的油污中痛苦挣扎,4、重金属,（1）、重金属在环境中的行为和影响主要特征：在自然界中分布非常广泛。在生产和生活中有着广泛的应用，各种各样的重金属污染源由此而存在于环境中。重金属具有不同的价态、活性和毒性效应

18、。通过水解反应，重金属易生成沉淀物。重金属还可以与无机、有机配体反应，生成络合物和螯合物。重金属对人体和生物体的危害特点在于：第一，毒性大；第二，生物不易降解，却能将某些重金属转化为毒性更强的金属有机化合物；第三，食物链的生物富集放大作用；第四，通过多种途径进入人体，并积蓄在某些器官中，造成慢性中毒。,目前最引起人们注意的是汞、镉、铅、砷、铬等。,（2）、重金属在水体中的转化 重金属在水体中不能为微生物所降解，只能产生各种形态之间的相互转化以及分散和富集，这种过程称之为重金属的迁移。重金属在水环境中的迁移，按照物质运动的形式，可分为机械迁移、物理化学迁移和生物迁移三种基本类型。机械迁移是指重金

19、属离子以溶解态或颗粒态的形式被水流机械搬运，迁移过程服从水力学。物理化学迁移是指重金属以简单离子、配离子或可溶性分子，在环境中通过一系列物理化学作用（水解、氧化、还原、沉淀、溶解、吸附作用等）所实现的迁移与转化过程。这是重金属在水环境中最重要的迁移转化形式。,重金属在水环境中的物理化学迁移主要包括下述几种作用沉淀作用 重金属在水中可生成氢氧化物，硫化物或碳酸盐等难溶物质。其结果使重金属污染物在水体中的扩散速度和范围受到限制，这从水质自净方面看是有利的，但大量重金属因而沉积于排污口附近的底泥中，并可能在环境条件改变时重新释放出来。吸附作用 重金属离子由于带正电，在水中易于被带负电的胶体颗粒所吸附

20、。氧化还原作用 氧化还原作用在天然水体中有较重要的地位。由于氧化还原作用的结果，使得重金属在不同条件下的水体中以不同的价态存在，而价态不同其活性与毒性也不同。,生物迁移 是指重金属通过生物体的新陈代谢、生长、死亡等过程所进行的迁移。这种迁移过程比较复杂，它既是物理化学问题，也服从生物学规律。所有重金属都能通过生物体迁移，并由此使重金属在某些有机体中富集起来，经食物链的放大作用，构成对人体的危害。,如淡水鱼可富集汞10000倍、镉3000倍等。藻类对重金属的富集程度更为强烈。,汞 Hg（）汞的毒性很强，而有机汞化合物的毒性又超过无机汞。无机汞如HgCl2等难溶，因而不易进入生物组织；有机汞如烷基

21、汞、苯基汞等，有很强的脂溶性，易进入生物组织，并有很高的蓄积作用。,无机汞在水体中易沉积于底层沉积物中，在微生物作用下可转化为有机汞而进入生物体内，再通过食物链作用逐渐浓集，最后影响到人体。汞在无脊椎动物体中的富集可达10万倍，日本的水俣病就是人长期吃富集甲基汞的鱼而造成的。,镉Cd（）镉的化合物毒性大，蓄积性也很强，动物吸收的镉很少能排出体外。受镉污染的河水用作灌溉农田，可引起土壤镉污染，进而污染农作物，最后影响到人体。日本的痛痛病就是吃了被含镉污水生产的稻米所致。镉进入人体后，主要贮存在肝、肾组织中不易排出。镉的慢性毒性主要使肾脏吸收能力不全，降低机体免疫能力及导致骨质疏松、软化，如骨痛病所出现的骨萎缩、变形、骨折等。,铬Cr（）主要有三价、六价铬两种，六价铬对人毒性最大。六价铬具强氧化性，对皮肤、粘膜有强烈腐蚀性。在慢性影响上，六价铬有致畸、致突变与致癌等作用。,砷（As）砷是传统的剧毒物，As2O3即砒霜，对人体有很大毒性。长期饮用含砷的水会慢性中毒，主要表现是神经衰弱、腹痛、呕吐、肝痛、肝大等消化系统障碍。并常伴有皮肤癌、肝癌、肾癌、肺癌等发病率增高现象。,内蒙古某地村民长期饮用含砷严重超标的地下水，致使不少村民患有严重的皮肤病。,本节结束,谢谢!,