第三章 水体环境
? § 1、水体环境概述
? § 2 富营养化
? § 3、水环境污染控制及管理
§ 1、水体环境概述
? 据估计地球上水的总体积为 13.6× 108km3,其中 97%以上
为海洋的咸水,不能直接为人类所利用。
? 地球上 淡水总体积 为 3.8× 107km3,只 占全球总水量的 3%,
而淡水的 77.2%是以冰帽和冰川形式存在极地和高山上;
22.4%为地下水和土壤水,其中 2/ 3的地下水深埋在地下
深处;江河、湖泊等地面水的总量约为 23× 104km3,约占
淡水总量的 0.36%。
? 因此,人类 易于利用的淡水约占全部淡水的 20%左右,而
直接能取用的河、湖淡水仅占全部淡水的 0.3% 。可见供
人类直接利用而且易于取得的淡水资源是十分有限的。
? 一、天然水在环境中的循环
? 二、当前主要的水环境问题
? 三、水体的概念及水体污染
? 四、水体污染源和污染物
§ 1、水体环境概述
? 海水被蒸发后, 又以大气降水形式回归海洋的, 称为
局部的海洋水分循环
? 陆地水自地表蒸发到大气中, 又以降水形式回到陆地
的称为 局部的内陆水分循环 。
? 如海水蒸发后的水汽被吹到陆地上空, 又以大气降水
的形式落到陆地表面, 其中一部分又可能在地表重新
蒸发再被气流带进更远的内陆, 然后降落到地表, 再
经河川或地下径流形式回到海洋, 形成比较复杂的水
分循环, 称为 全球水分循环 。
一、天然水在环境中的循环
二、当前主要的水环境问题
? 目前世界各国每年所消耗的淡水约 2088km3,连同
可以循环使用的水,总量约为 3300km3/ a,约占
全球全年总径流量的 90%,其余 10%的淡水流到海
洋中。因而从全球角度来看水资源是丰富的。
? 但是,随着世界人口的不断增加和工农生产的迅
速发展,人类对水量的需求日益增多;而 水资源
的利用和水量分布极不平均,可用的水源和人口
分布不成比例关系。
? 与此同时,人类利用水资源时,又使未经处理的
废水和废物排入水体造成人为的 水质污染 。
世界水环境
? 水资源供应不足是世界各国所面临的严
重问题 。
? 由于地理条件的差异引起的水资源分布
不均
? 水污染导致的水质性缺水
中国的水环境
?中国的水资源状况
? 中国水资源紧张,多年平均水资源总量为
28124亿立方米。按 1998年人口计算,人均水
资源占有量为 2221立方米,仅为世界人均的 1/4。
? 全国 300多个城市缺水,其中近百个城市严重
缺水。
?中国的地表水资源主要集中在七大水系,
? 长江(年径流量,9513亿立方米)
? 黄河(年径流量,661亿立方米)
? 松花江(年径流量,762亿立方米)
? 辽河(年径流量,148亿立方米)
? 珠江(年径流量,3338亿立方米)
? 海河(年径流量,228亿立方米)
? 淮河(年径流量,622亿立方米)
中国的水质标准和水质状况
? 中国制定的, 地面水环境质量标准 GB 3838- 88》
把水分为五类。
? 水质按一、二、三、四、五类而逐步下降。
?, 2000年中国环境状况公报, 指出:七大水系有机
污染普遍,各流域干流只有 57.7%的断面满足三类
水质的要求,21.6%的断面为四类水质,6.9%的断
面属五类水质,13.8%的断面属劣五类水质。
? 中国的主要湖泊富营养化问题突出。
? 太湖流域总氮、总磷等超标突出,属富营养化状态。环
湖主要河流及环湖交界水体污染严重。
? 滇池为劣五类水质,处于重富营养化状态。
? 巢湖属劣五类水质,总氮、总磷超标严重,属中富营养
状态。
? 其它大型淡水湖泊洱海、兴凯湖和博斯腾湖水质良好,
湖体水质均达到三类水质标准。
? 洞庭湖、镜泊湖和洪泽湖水质达到四类水质标准;白洋
淀、达赉湖和南四湖污染严重,均为劣五类水质。
中国的地下水资源和水质
? 东北、华北和西北地区地下水水位总体呈下降趋势。
河北、河南的豫北地区和山东的西北地区的地下水
位降落漏斗区已连成一片,形成包括北京和天津在
内的华北平原地下水漏斗区,面积超过 4万平方公里。
东南、中南和西南地区地下水水位变化较为平衡。
? 全国多数城市地下水受到一定程度的点状或面状污
染。局部地区地下水部分水质指标超标,主要有矿
化度、总硬度、硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮、铁、锰、
氯化物、硫酸盐、氟化物,pH值等。在污染程度上,
北方城市重于南方城市,尤以华北地区污染较突出。
中国的污水排放状况
? 2000年,中国全国污水排放总量为 415亿吨
(其中 COD排放量 1445万吨)。
? 工业废水排放量 194亿吨( COD排放量 705万
吨),城市生活污水排放量 221亿吨( COD排
放量 740万吨)。
? 中国的工业污水主要来自化工、制药、石化、
造纸、食品、制革、纺织、采矿和石油钻探等
行业。
? 城市生活污水中含大量的粪便、洗涤用品、化
妆品、泔水等等,多数未经任何处理而直接排
入了江河湖泊 。
? 农业中过量使用的化肥和农药对水体也带来了
相当大的污染问题。
水环境状况
? 2002年,七大水系 741个重点监测断面中,29.1
%的断面满足 Ⅰ ~ Ⅲ 类水质要求,30.0%的断
面属 Ⅳ, Ⅴ 类水质,40.9%的断面属劣 Ⅴ 类水
质。
? 其中七大水系干流及主要一级支流的 199个国
控断面中,Ⅰ ~ Ⅲ 类水质断面占 46.3%,Ⅳ,
Ⅴ 类水质断面占 26.1%,劣 Ⅴ 类水质断面占
27.6%。各水系干流水质好于支流水质。
七大水系水质类别比例
? 七大水系污染程度由重到轻依次为:海河、辽河、黄河、淮
河、松花江、珠江、长江。
? 七大水系主要污染指标是石油类、生化需氧量、氨氮、高锰
酸盐指数、挥发酚和汞等。
? 超采地下水的危害:地处渤海之滨的河北沧州市由于过量开
采地下水,市中心地面整体沉降以达 1.68米,成为我国, 成
长, 最快的地下水漏斗群之一。
? 我国华北地区已经形成世界最大的, 地下水漏斗, 。
? 解决调水和水资源短缺问题不单单是工程问题,也是一种哲
学、思想和社会经济发展问题。
? 南水北调不过是一种手段,而建立节水型社会才是解决中国
水资源短缺难题的关键!
图 黄河边上的贫困小孩
图 断流的黄河
图 干旱带来的水荒
三、水体的概念及水体污染
? (一)水体的概念
? (二)水体污染
(一)水体的概念
? 水体是地表水圈的重要组成部分,指的是以相
对稳定的陆地为边界的天然水域,包括有一定
流速的沟渠、江河和相对静止的塘堰、水库、
湖泊、沼泽,以及受潮汐影响的三角洲与海洋。
? 把水体当做完整的生态系统或综合自然体来看
待,其中 包括水中的悬浮物质、溶解物质、底
泥和水生生物等。
? 水体可划分为, 类型, 的概念和, 区域, 的概念。
1.按, 类型, 可划分为,
(1)海洋水体:包括海和洋。
(2)陆地水体:包括地表水体 ——河流、湖泊、沼
泽;地下水体。
2., 区域, 的概念:是指某一具体的被水覆盖的地
段,如太湖、洞庭湖、鄱阳湖,按类型划分它们同
属于陆地地表水体中的湖泊;按区域划分它们是三
个区域内的水体。
? 区分水质与水体 的概念十分重要。水质主要指
水相的质量。通过水体的物理 (色度、悬浮物
等 )、化学 (有机和无机物含量 )和生物 (细菌、
微生物、浮游生物、底栖生物 )的特征及组成
状况,反映了水体环境自然演化过程和人类活
动影响的程度。
? 水体则包含有除水相以外的固相物质,内容广
泛得多。例如重金属元素污染物可从水相转移
到固相底泥中,水相中重金属含量较低,而底
泥受到重金属污染。从水体范畴已受到重金属
的污染。
(二)水体污染
? 当污染物进入河流、湖泊、海洋或地下水等水体后,
其含量超过了水体的自然净化能力,使水体的水质
和水体底质的物理、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和使用功能的现
象,被称作为水体污染。
? 1984年颁布的中华人民共和国水污染防治法中为
,水污染, 下了明确的定义,即水体因某种物质的
介入,而导致其化学、物理、生物或者放射性等方
面特征的改变,从而影响水的有效利用,危害人体
健康或者破坏生态环境,造成水质恶化的现象称为
水污染。
四、水体污染源和污染物
工厂排污
? 水体污染源指的
是向水体排放污
染物的场所、设
备和装置等。通
常也包括污染物
进入水体的途径。
? ( 一 ) 水体污染物质的来源
? ( 二 ) 水体污染的主要污染物及其危害
? (三)常用的有机物污染指标
四、水体污染源和污染物
( 一 ) 水体污染物质的来源
? 人类活动造成水体污染的来源主要有三方面:一
是工业废水;二是生活污水;三是农业退水。
? 1、工业废水:各种工业企业在生产过程中排出
的废水,包括工艺过程用水、机械设备冷却水烟
气洗涤水、设备和场地清洗水及生产废液等。
? 2、生活污水:是人们日常生活中产生的各种污
水的混合液。
? 城市污水是指排入城市污水管网的各种污水的总合,
有生活污水,也有一定量的各种工业废水,还有地
面的降雨、融雪水,并夹杂各种垃圾、废物、污泥
等。是一种成分极为复杂的混合废水。
? 3、农业退水:农业生产用水量大,并且是非重复用
水。农作物栽培、牲畜饲养、食品加工等过程中排
出的污水和液态废物称为农业退水。
? 在农业生产方面,喷撒农药及施用化肥,一般只有
少量( 10%- 20%)附着或施用于农作物上,其余
绝大部分( 80%- 90%)残留在土壤和飘浮在大气
中,通过降雨、沉降和径流的冲刷而进入地表水或
地下水,造成污染。
(二 )水体污染的主要污染物及
其危害
? 影响水体污染的主要污染物按释放的污染种类
可分为物理、化学、生物等几方面。
?1.物理方面:指的是颜色、浊度、温度、悬
浮固体和放射性等。
? (1)颜色:纯净的水是五色透明的。天然水经常
呈现一定的颜色,它主要来源于植物的叶、根、
茎、腐殖质以及可溶性无机矿物质和泥沙。
? (2)浊度:主要由胶体或细小的悬浮物所引起,不仅沉
积速度慢而且很难沉积。
? (3)温度:天然地表水的温度一年中随季节变化在 0-
35℃ 之间,地下水温度比较稳定。
? (4)悬浮固体:由于各种废水排入水体的胶体或细小的
悬浮固体的存在。可影响水体的透明度,降低水中藻
类的光合作用,限制水生生物的正常运动,减缓水底
活性,导致水体底部缺氧,使水体同化能力降低。
? (5)放射性:水中杂质所含有的放射性元素构成一种特
殊的污染性,它们总称为放射性污染。
?2.化学方面:排入水体的化学物质,大致可分为无机
无毒物质、无机有毒物质、有机耗氧物质及有机有毒物
质。
? (1)无机无毒物质:指排入水体中的酸、碱及一般的无机
盐类。
? (2)无机有毒物质
①重金属:重金属污染物排入水体环境中不易消失,通过
食物链的富集进入人体,再经较长时间积累可能促进慢
性疾病的发作。
? 目前飞已证实,约有 20多种金属可致癌,如铍、铬、钻、
镉及砷、钛、铁、镍、钪、锰、锆、铅、钯等都有致癌
性。汞、铌、钽、镁已知为特异性致癌物质。
日本水俣病 事件
? 从 1949年起,位于日本熊本县水俣镇的日本氮肥公司开始制
造氯乙烯和醋酸乙烯。由于制造过程要使用含汞( Hg)的
催化剂,大量的汞便随着工厂未经处理的废水被排放到了水
俣湾。
? 1954年,水俣湾开始出现一种病因不明的怪病,叫“水俣
病”,患病的是猫和人,症状是步态不稳、抽搐、手足变形、
神经失常、身体弯弓高叫,直至死亡。经过近十年的分析,
科学家才确认:工厂排放的废水中的汞是“水俣病”的起因。
? 汞被水生生物食用后在体内被转化成甲基汞( CH3HCl),
这种物质通过鱼虾进入人体和动物体内后,会侵害脑部和身
体的其他部位,引起脑萎缩、小脑平衡系统被破坏等多种危
害,毒性极大。在日本,食用了水俣湾中被甲基汞污染的鱼
虾人数达数十万。
② 氰化物:氰化物是指含有氰基 (CN-)的化合物,它
是剧毒物质。水体中含氰化物 0.1mg/ L能杀死虫
类,0.3mg/ L能杀死赖以自净的微生物,而含
0.3—0.5mg/ L时,鱼类中毒死亡。人只要口服
0.28g左右氰化钾则可致死。氰化物危害极大,可
在数秒之内出现中毒症状。当含氰废水排入水体
后,会立即引起水生动物急性中毒甚至死亡。
③氟化物:如电镀加工含氟废水和含氟废气洗涤水
排入水体后造成疏染。氟化物对许多生物具有明
显毒性。水体含氟量低时对人体有益,饮用水浓
度超过 lmg/ L时则出现氟斑牙,更高时使人骨骼
变形,引起氟骨症和损害肾脏等。
? (3)耗氧有机物:天然水中的有机物一般指天然
的腐殖物质及水生生物的生命活动产物。生活
污水、食品加工和造纸等工业废水中,含有大
量的有机物,如碳水化合物、蛋白质、油脂、
木质素、纤维素等。
? 有机物的共同特点是这些物质直接进入水体后,
通过微生物的生物化学作用而分解为简单的无
机物质二氧化碳和水,在分解过程中需要消耗
水中的溶解氧,在缺氧条件下就发生腐败分解、
恶化水质,故常称这些有机物为耗氧有机物。
表 主要水污染类型
分
类
污染物质
污染原因与污染危害
化
学
类
污
染
无机污染物质:酸、碱和一些
无机盐类。
酸碱污染使水体的 pH值发生变化。妨碍水
体自净作用,还会腐蚀船舶和水下建筑物,
影响渔业。
无机有毒物质:主要有汞、镉、
铅、砷等元素重金属。 工业企业的排放。有潜在长期影响。
有机有毒物质,主要是各种有
机农药、多环芳烃、芳香烃等。
工业企业的排放。化学性质很稳定,很难
被生物所分解。
需氧污染物质:碳水化合物、
蛋白质、脂肪和酚、醇等。
生活污水和某些工业废水排放影响。有机
物质可在微生物的作用下进行分解,在分
解过程中需要大量氧气,影响水生生物的
繁殖
植物营养物质:含氮、磷等植
物营养物质。
主要是生活与工业污水和农田排水残余。
富营养化。
油类污染物质:石油对水体的
污染。 多数是海洋采油和油轮事故产生。
物
理
类
污
染
不溶性浮物质,包括固体物
质和泡沫塑料等。
由生活污水、垃圾和工业企业所产生
的废物泄入水中或农田的水土流失所
引起的。影响水体外观与水中植物的
光合作用,减少氧气溶入,影响水生
生物生长。
热污染:水体不正常升高。
来自各种工业过程的冷却水,直接排
入水体。溶解氧含量降低、水中存在
的某些有毒物质的毒性增加等现象,
从而危及鱼类和水生生物的生长。
放射性污染:放射性废水、
废物存在于水体中。
原子能工业的放射性矿藏的开采,核
试验和核电站的建立,以及医学、工
业、研究中的同位素。发射性对接触
人体产生发射性作用
生
物
类
污
染
生物性污染:主要是原来
存在于人畜肠道中的病原
细菌,如伤寒、副伤寒、
霍乱细菌等。
生活污水,特别是医院污水和某些工
业废水污染水体。
(三)常用的有机物污染指标
? 在实际工作中一般采用下列指标来表示
水中耗氧有机物的含量:生物化学耗氧
量 (Biochemical Oxygen Demand,简称
BOD),化学需氧量 (Chemical Oxygen
Demand,简称 COD)、总有机碳量 (Total
Organic Carbou,简称 TOC)、总需氧量
(Total Oxygen Demand,简称 TOD)等。
① 化学耗氧量 (COD):又称化学需氧量。在规定
条件下,使水样中能被氧化的物质氧化所需耗
用氧化剂的量,以每升水消耗氧的毫克数表示。
其值可粗略地表示水中有机物的含量,用以反
映水体受有机物污染的程度。
②生化需氧量 (BOD):指在好气条件下,微生物
分解水体中有机物质的生物化学过程中所需溶
解氧的量,是反映水体中有机污染程度的综合
指标之一。
? 目前国内外普遍采用 20℃ 培养 5天的生物化学过程
需要氧的量为指标 (以 mg/L为单位 ),记为 BOD5。
? 生化需氧量包含的内容范围同化学需氧量一样,是
不含氮有机物和含氮有机物中的碳的氧化部分,也
就是有机物的碳的生化需氧量。
? 总的说来,生物氧化不如化学氧化进行得彻底,而
五日生物化学氧化又只是一部分生化需氧量,它大
约只占最终生化需氧量的 65%- 80%。所以 BOD5
比 COD值要低得多,只能相对反映可氧化有机物的
含量。
? 生化需氧量包含的内容范围同化学需氧量一样,是不含
氮有机物和含氮有机物中的碳的氧化部分,也就是有机
物的碳的生化需氧量。总的说来,生物氧化不如化学氧
化进行得彻底,而五日生物化学氧化又只是一部分生化
需氧量,它大约只占最终生化需氧量的 65%- 80%。所
以 BOD5比 COD值要低得多,只能相对反映可氧化有机物的
含量。
③总有机碳量 (TOC):水中溶解性和悬浮性有机物中存在的
全部碳量是评价水体需氧有机物的一个综合指标。
④总需氧量 (TOD):水中有机物中除含有机碳外,尚含有氢、
氮、硫等元素。当有机物全部被氧化时,碳被氧化为二
氧化碳,而氢、氮、硫则被氧化为水、一氧化氮和二氧
化硫等。此时氧化所需的氧量称为总需氧量。
§ 2 富营养化
?,营养化, (Eutrophication)是一种氮、磷
等植物营养物质含量过多所引起的水质
污染现象。
§ 2 富营养化
? 一、水体富营养化类型
? 二、营养化的特征
? 三、水体富营养化状态判断标准
一、水体富营养化类型
1.天然富营养化
? 湖泊营养物质的这种天然富集,湖水营养物质浓
度逐渐增高而发生水质变化的过程,就是通常所
称的天然富营养化。
2.人为富营养化
? 天然富营养化和人为富营养化的共同点在于它们
都是由于水体中氮、磷营养物质的富集,引起藻
类及其他浮游生物迅速繁殖,水体溶解氧量下降,
使鱼类或其他生物大量死亡、水质恶化的现象。
二、营养化的特征
? 水体出现富营养化现象时主要表现为浮
游生物大量繁殖, 因占优势的浮游生物
的颜色不同水面往往呈现蓝色, 红色,
棕色, 乳白色等, 这种现象在江河湖泊
中称为, 水华,, 在海洋则称为, 赤
潮, 。
表 贫营养湖泊与富营养湖泊特征比较
贫营养湖泊
富营养湖泊
1.营养物质贫乏
2.浮游藻类稀少
3.有根植物稀疏
4.湖盆通常较深
5.湖底常为砂石, 砂砾
6.水质清澈透亮
7.湖水温度较低 ( 冷水 )
8.特征性鱼类:鲑鱼等
1.营养物质丰富
2.浮游藻类较多
3.有根植物茂盛
4.湖盆通常较浅
5.湖底多为淤泥沉积物
6.水质混浊发暗
7.湖水温度较高 ( 温水 )
8.特征性鱼类:鲤, 草, 鲢等
三、水体富营养化状态判断标准
? 吉克斯塔特( Gekstatter)提出的划分水
质营养状态的标准,并为美国环境保护
局( EPA)在水质富营养化研究中得到
采用 。
表 吉克斯塔特划分水质营养状态的主要参数和标准
参数项目
单位
贫营养
中营养
富营养
总磷浓度
叶绿素 a浓度
塞克板透明度
溶解氧饱和度
mg/L
μg/L
m
%
<0.01
<4
>3.7
>80
0.01-0.02
4-10
2.0-3.7
10-80
>0.02
>10
<2.0
<10
表 武汉东湖富营养化评价标准
评价指标
贫营养 中营养(前期) 中营养(后期) 富营养
重度富
营养
总氮( mg/L)
总磷( mg/L)
BOD( mg/L)
COD( mg/L)
透明度( m)
< 0.1
< 0.001
< 1
1
> 4
0.1- 0.2
0.001- 0.005
1- 3
3
4- 2
0.2- 0.3
0.005- 0.01
3- 5
5
2- 1
0.3- 1
0.02- 0.05
5- 8
8
1- 0.5
> 0.1
> 0.05
> 8
12
< 0.5
§ 3、水环境污染控制及管理
? 一、水体污染的防治和管理
? 二、污水的处理技术
一、水体污染的防治和管理
(一 )制定水环境质量标准
? 1.水质标准:水质标准是指为了保障人体健康,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的容许含量、污染源排放
污染物的数量和浓度等的技术规范。
? 按照水体的类型,水质标准可分为地面水水质标准、海
水水质标准和地下水水质标准;按照水的用途,又可区
分为生活饮用水水质标准、渔业用水水质标准、农业灌
溉水质标准、娱乐用水水质标准和工业用水水质标准等。
由于各种标准制定的目的、适用范围和要求不同,同一
污染物在不同标准中所规定的数值也不同。
? 2.工业废水排放标准:要使天然水体水
质达到规定的环境质量标准,必须控制
工业废水的排放。 1988年我国重新修订
颁布了, 污水综合排放标准, 。本标准
适用于排放污水和废水的一切企、事业
单位。
(二 )水环境污染防治对策
? 1.减少耗水量
? 2.建立城市污水处理系统
? 3.调整工业布局
? 4.加强水资源的规划管理
二、污水的处理技术
? 1.物理法:利用物理作用处理、分离和回收废水中的污染物。
? 例如应用沉淀法除去水中相对密度大于 1的悬浮颗粒的同时回
收这些颗粒物;浮选法 (或气浮法 )可除去乳状油滴或相对密
度近于 1的悬浮物;过滤法可除去水中的悬浮颗粒;蒸发法用
于浓缩废水中不挥发性的可溶性物质等。
? 2.化学法:利用化学反应或物理化学作用处理回收可溶性废
物或胶状物质。
? 3.生物法:利用微生物的生化作用处理废水中的有机污染物。
? 例如,生物过滤法和活性污伲法用来处理生活污水或有机生
产废水,使有机物转化降解成无机盐而得到净化。
城市污水的处理
?1.一级处理:一级处理可由筛滤、重力沉淀
和浮选等方法串联组成,除去废水中大部分粒
径在 100m以上的大颗粒物质。
? 筛滤可除去较大物质;重力沉淀可去除无机粗
粒和比重略大于 1的有凝聚性的有机颗粒;浮
选可去除比重小于 1的颗粒物 (油类等 ),往往采
压力浮选方式,在加压下溶解空气,随后在大
气压下放出,产生细小气泡附着于上述颗粒上,
使之上浮至水面而去除。
?2.二级处理:二级处理常用生物法和絮凝法。生物
法主要是除去一级处理后废水中的有机物;絮凝法主
要是去除一级处理后废水中无机的悬浮物和胶体颗粒
物或低浓度的有机物。
? 絮凝法是通过加凝聚剂破坏胶体的稳定性,使胶体粒
子发生凝聚,产生絮凝物,并发生吸附作用,将废水
中污染物吸附在一起,然后经沉降 (或上浮 )而与水分
离。
? 生物法是利用微生物处理废水的方法。通过构筑物中
微生物的作用,把废水中可生化的有机物分解为无机
物,以达到净化目的。同时,微生物又用废水中有机
物合成自身,使其净化作用得以持续进行。
?3.三级处理:污水的三级处理目的是为了控
制富营养化或达到使废水能够重新回用。所采
用的技术通常分为上述的物理法、化学法和生
物处理法三大类。
? 如曝气、吸附、化学凝聚和沉淀、离子交换、
电渗析、反渗透、氯消毒等。但所需处理费用
较高,必须因地制宜,视具体情况确定。
? § 1、水体环境概述
? § 2 富营养化
? § 3、水环境污染控制及管理
§ 1、水体环境概述
? 据估计地球上水的总体积为 13.6× 108km3,其中 97%以上
为海洋的咸水,不能直接为人类所利用。
? 地球上 淡水总体积 为 3.8× 107km3,只 占全球总水量的 3%,
而淡水的 77.2%是以冰帽和冰川形式存在极地和高山上;
22.4%为地下水和土壤水,其中 2/ 3的地下水深埋在地下
深处;江河、湖泊等地面水的总量约为 23× 104km3,约占
淡水总量的 0.36%。
? 因此,人类 易于利用的淡水约占全部淡水的 20%左右,而
直接能取用的河、湖淡水仅占全部淡水的 0.3% 。可见供
人类直接利用而且易于取得的淡水资源是十分有限的。
? 一、天然水在环境中的循环
? 二、当前主要的水环境问题
? 三、水体的概念及水体污染
? 四、水体污染源和污染物
§ 1、水体环境概述
? 海水被蒸发后, 又以大气降水形式回归海洋的, 称为
局部的海洋水分循环
? 陆地水自地表蒸发到大气中, 又以降水形式回到陆地
的称为 局部的内陆水分循环 。
? 如海水蒸发后的水汽被吹到陆地上空, 又以大气降水
的形式落到陆地表面, 其中一部分又可能在地表重新
蒸发再被气流带进更远的内陆, 然后降落到地表, 再
经河川或地下径流形式回到海洋, 形成比较复杂的水
分循环, 称为 全球水分循环 。
一、天然水在环境中的循环
二、当前主要的水环境问题
? 目前世界各国每年所消耗的淡水约 2088km3,连同
可以循环使用的水,总量约为 3300km3/ a,约占
全球全年总径流量的 90%,其余 10%的淡水流到海
洋中。因而从全球角度来看水资源是丰富的。
? 但是,随着世界人口的不断增加和工农生产的迅
速发展,人类对水量的需求日益增多;而 水资源
的利用和水量分布极不平均,可用的水源和人口
分布不成比例关系。
? 与此同时,人类利用水资源时,又使未经处理的
废水和废物排入水体造成人为的 水质污染 。
世界水环境
? 水资源供应不足是世界各国所面临的严
重问题 。
? 由于地理条件的差异引起的水资源分布
不均
? 水污染导致的水质性缺水
中国的水环境
?中国的水资源状况
? 中国水资源紧张,多年平均水资源总量为
28124亿立方米。按 1998年人口计算,人均水
资源占有量为 2221立方米,仅为世界人均的 1/4。
? 全国 300多个城市缺水,其中近百个城市严重
缺水。
?中国的地表水资源主要集中在七大水系,
? 长江(年径流量,9513亿立方米)
? 黄河(年径流量,661亿立方米)
? 松花江(年径流量,762亿立方米)
? 辽河(年径流量,148亿立方米)
? 珠江(年径流量,3338亿立方米)
? 海河(年径流量,228亿立方米)
? 淮河(年径流量,622亿立方米)
中国的水质标准和水质状况
? 中国制定的, 地面水环境质量标准 GB 3838- 88》
把水分为五类。
? 水质按一、二、三、四、五类而逐步下降。
?, 2000年中国环境状况公报, 指出:七大水系有机
污染普遍,各流域干流只有 57.7%的断面满足三类
水质的要求,21.6%的断面为四类水质,6.9%的断
面属五类水质,13.8%的断面属劣五类水质。
? 中国的主要湖泊富营养化问题突出。
? 太湖流域总氮、总磷等超标突出,属富营养化状态。环
湖主要河流及环湖交界水体污染严重。
? 滇池为劣五类水质,处于重富营养化状态。
? 巢湖属劣五类水质,总氮、总磷超标严重,属中富营养
状态。
? 其它大型淡水湖泊洱海、兴凯湖和博斯腾湖水质良好,
湖体水质均达到三类水质标准。
? 洞庭湖、镜泊湖和洪泽湖水质达到四类水质标准;白洋
淀、达赉湖和南四湖污染严重,均为劣五类水质。
中国的地下水资源和水质
? 东北、华北和西北地区地下水水位总体呈下降趋势。
河北、河南的豫北地区和山东的西北地区的地下水
位降落漏斗区已连成一片,形成包括北京和天津在
内的华北平原地下水漏斗区,面积超过 4万平方公里。
东南、中南和西南地区地下水水位变化较为平衡。
? 全国多数城市地下水受到一定程度的点状或面状污
染。局部地区地下水部分水质指标超标,主要有矿
化度、总硬度、硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮、铁、锰、
氯化物、硫酸盐、氟化物,pH值等。在污染程度上,
北方城市重于南方城市,尤以华北地区污染较突出。
中国的污水排放状况
? 2000年,中国全国污水排放总量为 415亿吨
(其中 COD排放量 1445万吨)。
? 工业废水排放量 194亿吨( COD排放量 705万
吨),城市生活污水排放量 221亿吨( COD排
放量 740万吨)。
? 中国的工业污水主要来自化工、制药、石化、
造纸、食品、制革、纺织、采矿和石油钻探等
行业。
? 城市生活污水中含大量的粪便、洗涤用品、化
妆品、泔水等等,多数未经任何处理而直接排
入了江河湖泊 。
? 农业中过量使用的化肥和农药对水体也带来了
相当大的污染问题。
水环境状况
? 2002年,七大水系 741个重点监测断面中,29.1
%的断面满足 Ⅰ ~ Ⅲ 类水质要求,30.0%的断
面属 Ⅳ, Ⅴ 类水质,40.9%的断面属劣 Ⅴ 类水
质。
? 其中七大水系干流及主要一级支流的 199个国
控断面中,Ⅰ ~ Ⅲ 类水质断面占 46.3%,Ⅳ,
Ⅴ 类水质断面占 26.1%,劣 Ⅴ 类水质断面占
27.6%。各水系干流水质好于支流水质。
七大水系水质类别比例
? 七大水系污染程度由重到轻依次为:海河、辽河、黄河、淮
河、松花江、珠江、长江。
? 七大水系主要污染指标是石油类、生化需氧量、氨氮、高锰
酸盐指数、挥发酚和汞等。
? 超采地下水的危害:地处渤海之滨的河北沧州市由于过量开
采地下水,市中心地面整体沉降以达 1.68米,成为我国, 成
长, 最快的地下水漏斗群之一。
? 我国华北地区已经形成世界最大的, 地下水漏斗, 。
? 解决调水和水资源短缺问题不单单是工程问题,也是一种哲
学、思想和社会经济发展问题。
? 南水北调不过是一种手段,而建立节水型社会才是解决中国
水资源短缺难题的关键!
图 黄河边上的贫困小孩
图 断流的黄河
图 干旱带来的水荒
三、水体的概念及水体污染
? (一)水体的概念
? (二)水体污染
(一)水体的概念
? 水体是地表水圈的重要组成部分,指的是以相
对稳定的陆地为边界的天然水域,包括有一定
流速的沟渠、江河和相对静止的塘堰、水库、
湖泊、沼泽,以及受潮汐影响的三角洲与海洋。
? 把水体当做完整的生态系统或综合自然体来看
待,其中 包括水中的悬浮物质、溶解物质、底
泥和水生生物等。
? 水体可划分为, 类型, 的概念和, 区域, 的概念。
1.按, 类型, 可划分为,
(1)海洋水体:包括海和洋。
(2)陆地水体:包括地表水体 ——河流、湖泊、沼
泽;地下水体。
2., 区域, 的概念:是指某一具体的被水覆盖的地
段,如太湖、洞庭湖、鄱阳湖,按类型划分它们同
属于陆地地表水体中的湖泊;按区域划分它们是三
个区域内的水体。
? 区分水质与水体 的概念十分重要。水质主要指
水相的质量。通过水体的物理 (色度、悬浮物
等 )、化学 (有机和无机物含量 )和生物 (细菌、
微生物、浮游生物、底栖生物 )的特征及组成
状况,反映了水体环境自然演化过程和人类活
动影响的程度。
? 水体则包含有除水相以外的固相物质,内容广
泛得多。例如重金属元素污染物可从水相转移
到固相底泥中,水相中重金属含量较低,而底
泥受到重金属污染。从水体范畴已受到重金属
的污染。
(二)水体污染
? 当污染物进入河流、湖泊、海洋或地下水等水体后,
其含量超过了水体的自然净化能力,使水体的水质
和水体底质的物理、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和使用功能的现
象,被称作为水体污染。
? 1984年颁布的中华人民共和国水污染防治法中为
,水污染, 下了明确的定义,即水体因某种物质的
介入,而导致其化学、物理、生物或者放射性等方
面特征的改变,从而影响水的有效利用,危害人体
健康或者破坏生态环境,造成水质恶化的现象称为
水污染。
四、水体污染源和污染物
工厂排污
? 水体污染源指的
是向水体排放污
染物的场所、设
备和装置等。通
常也包括污染物
进入水体的途径。
? ( 一 ) 水体污染物质的来源
? ( 二 ) 水体污染的主要污染物及其危害
? (三)常用的有机物污染指标
四、水体污染源和污染物
( 一 ) 水体污染物质的来源
? 人类活动造成水体污染的来源主要有三方面:一
是工业废水;二是生活污水;三是农业退水。
? 1、工业废水:各种工业企业在生产过程中排出
的废水,包括工艺过程用水、机械设备冷却水烟
气洗涤水、设备和场地清洗水及生产废液等。
? 2、生活污水:是人们日常生活中产生的各种污
水的混合液。
? 城市污水是指排入城市污水管网的各种污水的总合,
有生活污水,也有一定量的各种工业废水,还有地
面的降雨、融雪水,并夹杂各种垃圾、废物、污泥
等。是一种成分极为复杂的混合废水。
? 3、农业退水:农业生产用水量大,并且是非重复用
水。农作物栽培、牲畜饲养、食品加工等过程中排
出的污水和液态废物称为农业退水。
? 在农业生产方面,喷撒农药及施用化肥,一般只有
少量( 10%- 20%)附着或施用于农作物上,其余
绝大部分( 80%- 90%)残留在土壤和飘浮在大气
中,通过降雨、沉降和径流的冲刷而进入地表水或
地下水,造成污染。
(二 )水体污染的主要污染物及
其危害
? 影响水体污染的主要污染物按释放的污染种类
可分为物理、化学、生物等几方面。
?1.物理方面:指的是颜色、浊度、温度、悬
浮固体和放射性等。
? (1)颜色:纯净的水是五色透明的。天然水经常
呈现一定的颜色,它主要来源于植物的叶、根、
茎、腐殖质以及可溶性无机矿物质和泥沙。
? (2)浊度:主要由胶体或细小的悬浮物所引起,不仅沉
积速度慢而且很难沉积。
? (3)温度:天然地表水的温度一年中随季节变化在 0-
35℃ 之间,地下水温度比较稳定。
? (4)悬浮固体:由于各种废水排入水体的胶体或细小的
悬浮固体的存在。可影响水体的透明度,降低水中藻
类的光合作用,限制水生生物的正常运动,减缓水底
活性,导致水体底部缺氧,使水体同化能力降低。
? (5)放射性:水中杂质所含有的放射性元素构成一种特
殊的污染性,它们总称为放射性污染。
?2.化学方面:排入水体的化学物质,大致可分为无机
无毒物质、无机有毒物质、有机耗氧物质及有机有毒物
质。
? (1)无机无毒物质:指排入水体中的酸、碱及一般的无机
盐类。
? (2)无机有毒物质
①重金属:重金属污染物排入水体环境中不易消失,通过
食物链的富集进入人体,再经较长时间积累可能促进慢
性疾病的发作。
? 目前飞已证实,约有 20多种金属可致癌,如铍、铬、钻、
镉及砷、钛、铁、镍、钪、锰、锆、铅、钯等都有致癌
性。汞、铌、钽、镁已知为特异性致癌物质。
日本水俣病 事件
? 从 1949年起,位于日本熊本县水俣镇的日本氮肥公司开始制
造氯乙烯和醋酸乙烯。由于制造过程要使用含汞( Hg)的
催化剂,大量的汞便随着工厂未经处理的废水被排放到了水
俣湾。
? 1954年,水俣湾开始出现一种病因不明的怪病,叫“水俣
病”,患病的是猫和人,症状是步态不稳、抽搐、手足变形、
神经失常、身体弯弓高叫,直至死亡。经过近十年的分析,
科学家才确认:工厂排放的废水中的汞是“水俣病”的起因。
? 汞被水生生物食用后在体内被转化成甲基汞( CH3HCl),
这种物质通过鱼虾进入人体和动物体内后,会侵害脑部和身
体的其他部位,引起脑萎缩、小脑平衡系统被破坏等多种危
害,毒性极大。在日本,食用了水俣湾中被甲基汞污染的鱼
虾人数达数十万。
② 氰化物:氰化物是指含有氰基 (CN-)的化合物,它
是剧毒物质。水体中含氰化物 0.1mg/ L能杀死虫
类,0.3mg/ L能杀死赖以自净的微生物,而含
0.3—0.5mg/ L时,鱼类中毒死亡。人只要口服
0.28g左右氰化钾则可致死。氰化物危害极大,可
在数秒之内出现中毒症状。当含氰废水排入水体
后,会立即引起水生动物急性中毒甚至死亡。
③氟化物:如电镀加工含氟废水和含氟废气洗涤水
排入水体后造成疏染。氟化物对许多生物具有明
显毒性。水体含氟量低时对人体有益,饮用水浓
度超过 lmg/ L时则出现氟斑牙,更高时使人骨骼
变形,引起氟骨症和损害肾脏等。
? (3)耗氧有机物:天然水中的有机物一般指天然
的腐殖物质及水生生物的生命活动产物。生活
污水、食品加工和造纸等工业废水中,含有大
量的有机物,如碳水化合物、蛋白质、油脂、
木质素、纤维素等。
? 有机物的共同特点是这些物质直接进入水体后,
通过微生物的生物化学作用而分解为简单的无
机物质二氧化碳和水,在分解过程中需要消耗
水中的溶解氧,在缺氧条件下就发生腐败分解、
恶化水质,故常称这些有机物为耗氧有机物。
表 主要水污染类型
分
类
污染物质
污染原因与污染危害
化
学
类
污
染
无机污染物质:酸、碱和一些
无机盐类。
酸碱污染使水体的 pH值发生变化。妨碍水
体自净作用,还会腐蚀船舶和水下建筑物,
影响渔业。
无机有毒物质:主要有汞、镉、
铅、砷等元素重金属。 工业企业的排放。有潜在长期影响。
有机有毒物质,主要是各种有
机农药、多环芳烃、芳香烃等。
工业企业的排放。化学性质很稳定,很难
被生物所分解。
需氧污染物质:碳水化合物、
蛋白质、脂肪和酚、醇等。
生活污水和某些工业废水排放影响。有机
物质可在微生物的作用下进行分解,在分
解过程中需要大量氧气,影响水生生物的
繁殖
植物营养物质:含氮、磷等植
物营养物质。
主要是生活与工业污水和农田排水残余。
富营养化。
油类污染物质:石油对水体的
污染。 多数是海洋采油和油轮事故产生。
物
理
类
污
染
不溶性浮物质,包括固体物
质和泡沫塑料等。
由生活污水、垃圾和工业企业所产生
的废物泄入水中或农田的水土流失所
引起的。影响水体外观与水中植物的
光合作用,减少氧气溶入,影响水生
生物生长。
热污染:水体不正常升高。
来自各种工业过程的冷却水,直接排
入水体。溶解氧含量降低、水中存在
的某些有毒物质的毒性增加等现象,
从而危及鱼类和水生生物的生长。
放射性污染:放射性废水、
废物存在于水体中。
原子能工业的放射性矿藏的开采,核
试验和核电站的建立,以及医学、工
业、研究中的同位素。发射性对接触
人体产生发射性作用
生
物
类
污
染
生物性污染:主要是原来
存在于人畜肠道中的病原
细菌,如伤寒、副伤寒、
霍乱细菌等。
生活污水,特别是医院污水和某些工
业废水污染水体。
(三)常用的有机物污染指标
? 在实际工作中一般采用下列指标来表示
水中耗氧有机物的含量:生物化学耗氧
量 (Biochemical Oxygen Demand,简称
BOD),化学需氧量 (Chemical Oxygen
Demand,简称 COD)、总有机碳量 (Total
Organic Carbou,简称 TOC)、总需氧量
(Total Oxygen Demand,简称 TOD)等。
① 化学耗氧量 (COD):又称化学需氧量。在规定
条件下,使水样中能被氧化的物质氧化所需耗
用氧化剂的量,以每升水消耗氧的毫克数表示。
其值可粗略地表示水中有机物的含量,用以反
映水体受有机物污染的程度。
②生化需氧量 (BOD):指在好气条件下,微生物
分解水体中有机物质的生物化学过程中所需溶
解氧的量,是反映水体中有机污染程度的综合
指标之一。
? 目前国内外普遍采用 20℃ 培养 5天的生物化学过程
需要氧的量为指标 (以 mg/L为单位 ),记为 BOD5。
? 生化需氧量包含的内容范围同化学需氧量一样,是
不含氮有机物和含氮有机物中的碳的氧化部分,也
就是有机物的碳的生化需氧量。
? 总的说来,生物氧化不如化学氧化进行得彻底,而
五日生物化学氧化又只是一部分生化需氧量,它大
约只占最终生化需氧量的 65%- 80%。所以 BOD5
比 COD值要低得多,只能相对反映可氧化有机物的
含量。
? 生化需氧量包含的内容范围同化学需氧量一样,是不含
氮有机物和含氮有机物中的碳的氧化部分,也就是有机
物的碳的生化需氧量。总的说来,生物氧化不如化学氧
化进行得彻底,而五日生物化学氧化又只是一部分生化
需氧量,它大约只占最终生化需氧量的 65%- 80%。所
以 BOD5比 COD值要低得多,只能相对反映可氧化有机物的
含量。
③总有机碳量 (TOC):水中溶解性和悬浮性有机物中存在的
全部碳量是评价水体需氧有机物的一个综合指标。
④总需氧量 (TOD):水中有机物中除含有机碳外,尚含有氢、
氮、硫等元素。当有机物全部被氧化时,碳被氧化为二
氧化碳,而氢、氮、硫则被氧化为水、一氧化氮和二氧
化硫等。此时氧化所需的氧量称为总需氧量。
§ 2 富营养化
?,营养化, (Eutrophication)是一种氮、磷
等植物营养物质含量过多所引起的水质
污染现象。
§ 2 富营养化
? 一、水体富营养化类型
? 二、营养化的特征
? 三、水体富营养化状态判断标准
一、水体富营养化类型
1.天然富营养化
? 湖泊营养物质的这种天然富集,湖水营养物质浓
度逐渐增高而发生水质变化的过程,就是通常所
称的天然富营养化。
2.人为富营养化
? 天然富营养化和人为富营养化的共同点在于它们
都是由于水体中氮、磷营养物质的富集,引起藻
类及其他浮游生物迅速繁殖,水体溶解氧量下降,
使鱼类或其他生物大量死亡、水质恶化的现象。
二、营养化的特征
? 水体出现富营养化现象时主要表现为浮
游生物大量繁殖, 因占优势的浮游生物
的颜色不同水面往往呈现蓝色, 红色,
棕色, 乳白色等, 这种现象在江河湖泊
中称为, 水华,, 在海洋则称为, 赤
潮, 。
表 贫营养湖泊与富营养湖泊特征比较
贫营养湖泊
富营养湖泊
1.营养物质贫乏
2.浮游藻类稀少
3.有根植物稀疏
4.湖盆通常较深
5.湖底常为砂石, 砂砾
6.水质清澈透亮
7.湖水温度较低 ( 冷水 )
8.特征性鱼类:鲑鱼等
1.营养物质丰富
2.浮游藻类较多
3.有根植物茂盛
4.湖盆通常较浅
5.湖底多为淤泥沉积物
6.水质混浊发暗
7.湖水温度较高 ( 温水 )
8.特征性鱼类:鲤, 草, 鲢等
三、水体富营养化状态判断标准
? 吉克斯塔特( Gekstatter)提出的划分水
质营养状态的标准,并为美国环境保护
局( EPA)在水质富营养化研究中得到
采用 。
表 吉克斯塔特划分水质营养状态的主要参数和标准
参数项目
单位
贫营养
中营养
富营养
总磷浓度
叶绿素 a浓度
塞克板透明度
溶解氧饱和度
mg/L
μg/L
m
%
<0.01
<4
>3.7
>80
0.01-0.02
4-10
2.0-3.7
10-80
>0.02
>10
<2.0
<10
表 武汉东湖富营养化评价标准
评价指标
贫营养 中营养(前期) 中营养(后期) 富营养
重度富
营养
总氮( mg/L)
总磷( mg/L)
BOD( mg/L)
COD( mg/L)
透明度( m)
< 0.1
< 0.001
< 1
1
> 4
0.1- 0.2
0.001- 0.005
1- 3
3
4- 2
0.2- 0.3
0.005- 0.01
3- 5
5
2- 1
0.3- 1
0.02- 0.05
5- 8
8
1- 0.5
> 0.1
> 0.05
> 8
12
< 0.5
§ 3、水环境污染控制及管理
? 一、水体污染的防治和管理
? 二、污水的处理技术
一、水体污染的防治和管理
(一 )制定水环境质量标准
? 1.水质标准:水质标准是指为了保障人体健康,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的容许含量、污染源排放
污染物的数量和浓度等的技术规范。
? 按照水体的类型,水质标准可分为地面水水质标准、海
水水质标准和地下水水质标准;按照水的用途,又可区
分为生活饮用水水质标准、渔业用水水质标准、农业灌
溉水质标准、娱乐用水水质标准和工业用水水质标准等。
由于各种标准制定的目的、适用范围和要求不同,同一
污染物在不同标准中所规定的数值也不同。
? 2.工业废水排放标准:要使天然水体水
质达到规定的环境质量标准,必须控制
工业废水的排放。 1988年我国重新修订
颁布了, 污水综合排放标准, 。本标准
适用于排放污水和废水的一切企、事业
单位。
(二 )水环境污染防治对策
? 1.减少耗水量
? 2.建立城市污水处理系统
? 3.调整工业布局
? 4.加强水资源的规划管理
二、污水的处理技术
? 1.物理法:利用物理作用处理、分离和回收废水中的污染物。
? 例如应用沉淀法除去水中相对密度大于 1的悬浮颗粒的同时回
收这些颗粒物;浮选法 (或气浮法 )可除去乳状油滴或相对密
度近于 1的悬浮物;过滤法可除去水中的悬浮颗粒;蒸发法用
于浓缩废水中不挥发性的可溶性物质等。
? 2.化学法:利用化学反应或物理化学作用处理回收可溶性废
物或胶状物质。
? 3.生物法:利用微生物的生化作用处理废水中的有机污染物。
? 例如,生物过滤法和活性污伲法用来处理生活污水或有机生
产废水,使有机物转化降解成无机盐而得到净化。
城市污水的处理
?1.一级处理:一级处理可由筛滤、重力沉淀
和浮选等方法串联组成,除去废水中大部分粒
径在 100m以上的大颗粒物质。
? 筛滤可除去较大物质;重力沉淀可去除无机粗
粒和比重略大于 1的有凝聚性的有机颗粒;浮
选可去除比重小于 1的颗粒物 (油类等 ),往往采
压力浮选方式,在加压下溶解空气,随后在大
气压下放出,产生细小气泡附着于上述颗粒上,
使之上浮至水面而去除。
?2.二级处理:二级处理常用生物法和絮凝法。生物
法主要是除去一级处理后废水中的有机物;絮凝法主
要是去除一级处理后废水中无机的悬浮物和胶体颗粒
物或低浓度的有机物。
? 絮凝法是通过加凝聚剂破坏胶体的稳定性,使胶体粒
子发生凝聚,产生絮凝物,并发生吸附作用,将废水
中污染物吸附在一起,然后经沉降 (或上浮 )而与水分
离。
? 生物法是利用微生物处理废水的方法。通过构筑物中
微生物的作用,把废水中可生化的有机物分解为无机
物,以达到净化目的。同时,微生物又用废水中有机
物合成自身,使其净化作用得以持续进行。
?3.三级处理:污水的三级处理目的是为了控
制富营养化或达到使废水能够重新回用。所采
用的技术通常分为上述的物理法、化学法和生
物处理法三大类。
? 如曝气、吸附、化学凝聚和沉淀、离子交换、
电渗析、反渗透、氯消毒等。但所需处理费用
较高,必须因地制宜,视具体情况确定。