第五章 水體污染.ppt

環(huán)境科學(xué)概論 第五章水體污染 主講 章玲 一 水是寶貴的自然資源地球上水的分布大致是這樣的 海洋占97 2 冰山和冰川占2 15 地下水占0 31 湖泊占0 009 大氣中水蒸氣占0 001 而河流與小溪僅占0 0001 地球可供人類和陸地上的動植物競爭使用的淡水量尚不足地球總水量的1 第一節(jié)概述 全世界河流徑流總量按人平均 每人在一萬立方米以上 我國地面穩(wěn)定的徑流量近2 7億立方米 居世界第六位 若按人均計算 每人占有2300立方米 只相當(dāng)于世界人均量的1 4 在時空上分布也不均勻 東南方多 西北部少 夏秋季多 冬春季少 我國水資源分布極不均衡 與土地 礦產(chǎn)資源分布組合不相適應(yīng) 全國水資源的81 集中分布在長江及其以南地區(qū) 該地區(qū)耕地面積僅占全國的36 而淮河及其以北地區(qū) 耕地面積占全國的64 水資源量僅占全國的19 華北地區(qū)已探明的49種主要礦產(chǎn)資源的潛在價值占全國的41 2 而水資源只占4 7 江南地區(qū)礦產(chǎn)資源僅占全國10 2 而水資源卻占全國的42 6 因而形成了南方水多耕地礦產(chǎn)少 水量有余 北方耕地礦產(chǎn)多 水資源短缺的局面 二 水資源短缺 一 主要原因 1 自然條件方面 1 空間分布不均全球有效淡水不及總水量的1 但可滿足200億人低水平的需要 不過由于人口分布和降水的時空分布不均勻 造成很多地區(qū)缺水 2 時間分布不均 2 城市與工業(yè)集中發(fā)展全世界城市人口占41 6 而城區(qū)面積只有0 3 城市人口和工業(yè)的過分集中 造成了城市用水嚴重短缺 3 水體污染嚴重由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活產(chǎn)生的大量污染物 使很多水體受到污染 失去了使用功效 也是水資源短缺的一個原因 全世界每年排放的廢水達到4000多億噸 造成50000多億噸水資源被污染 據(jù)推測 在2025年以前 因為水的原因而成為難民者將多達1億人 我國南方地區(qū)雖然水多 但由于污染 水質(zhì)性缺水相當(dāng)嚴重4 用水浪費和盲目開采造成水資源不足 全球環(huán)境展望 發(fā)布 目前全球一半的河流水量大幅度減少或被嚴重污染 世界上80個國家或占全球40 的人口嚴重缺水 如果這一趨勢得不到遏制 今后30年內(nèi) 全球55 以上人口將面臨水荒 第二節(jié)水體污染 一 水體污染的概念水體污染是指排入水體的污染物使該物質(zhì)在水體中的含量超過了水體的本底含量和水體的自凈能力 導(dǎo)致其物理 化學(xué) 生物 放射性特性的改變 從而影響了水體的有效利用 危害人體健康或者破壞生態(tài)環(huán)境 造成水質(zhì)惡的現(xiàn)象 從以上定義可以看出 水污染是一種水質(zhì)惡化的現(xiàn)象 這種惡化是由于水體中進入了某種物質(zhì)或能量而造成的 水體所承納的物質(zhì)或能量之多已達到了導(dǎo)致水體水質(zhì)發(fā)生改變的程度 即超過了水體的自凈能力 這種變化影響了水的有效利用 即將本來可用于某種目的的水惡化為只能用于更低目的的水 國家環(huán)保總局局長周生賢就水污染防治法修訂草案所作的說明 2005年全國七大水系的411個地表水監(jiān)測斷面中有27 的斷面為劣 類水質(zhì) 全國約50 的城市市區(qū)地下水污染嚴重 3億多農(nóng)村人口的飲用水存在安全問題 一些地區(qū)甚至出現(xiàn)了 有河皆干 有水皆污 的現(xiàn)象 水污染事故頻繁發(fā)生 2005年全國共發(fā)生環(huán)境污染事故1406起 其中水污染事故693起 上述數(shù)字只是一個平均數(shù) 不少學(xué)者認為 僅僅根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)仍不足以反映中國水污染的真實狀況 二 水體污染源和污染物 一 水體污染源水體污染源是指造成水體污染的污染物的發(fā)生源 通常是指向水體排入污染物或?qū)λw產(chǎn)生有害影響的場所 設(shè)備和裝置 按污染物的來源可分為工業(yè)污染源 生活污染源和農(nóng)業(yè)污染源 按照排放污染物的空間分布方式 可以分為點源和非點源 點源是指以點狀形式排放而使水體造成污染的發(fā)生源 非點源也稱面源 是以面積形式分布和排放污染物而造成水體污染的發(fā)生源 目前湖泊水體富營養(yǎng)化主要是由于面源帶來的大量氮 磷等所造成的 1 工業(yè)污染源特點 懸浮物含量高 最高可達30000mg l 需氧量高 有機物一般難于降解 PH值變化幅度大 PH 2 13 溫度高 排入水體可引起熱污染 易燃 常含有低燃點的揮發(fā)性液體 如汽油 苯 甲醇 酒精 石蠟等 含有多種多樣的有害成分 2 生活污染源特點 渾濁 含大量有機物 且均無毒 含有大量合成洗滌劑 含有多種微生物 3 農(nóng)村水體面源污染源分析 下水尚未與市區(qū)污水干道連通的村鎮(zhèn)生活污水未收集或未及時收集的各種垃圾農(nóng)田殘留氮磷肥和農(nóng)藥裸露土地和農(nóng)田的水土流失分散性餐飲廢水農(nóng)戶分散畜牧家禽養(yǎng)殖業(yè)廢水大氣中的降塵 機動車輛排出氣體中的油類物質(zhì)和顆粒 特點 面廣 分散 難于治理 三 幾種重要水體污染物的性質(zhì)及來源 水體中的污染物按其性質(zhì)及組成可分為無機無毒 無機有毒 有機無毒 有機有毒 放射性物質(zhì) 熱污染 病原微生物等 1 需氧污染物 某些有機化合物可在微生物的作用下最終分解成簡單的無機物質(zhì) CO2和H2O等 這些有機物在分解過程中需要消耗大量的氧 故又稱為需氧污染物 如 C6H12O6 6O2 6CO2 6H2O1801920 01x所以 X 0 011g l 實際工作中 一般采用下列指標(biāo)來表示水中需氧有機物的含量 1 化學(xué)需氧量 COD ChemicalOxygenDemand 用化學(xué)氧化劑氧化水中有機污染物時所需的氧量 目前常用的氧化劑主要是 重鉻酸鉀 CODCr 和高錳酸鉀 CODMn 2 生化需氧量 BOD Bio chemicalOxygenDemand 表示水中的有機污染物經(jīng)微生物分解所需的氧量 mg l 有機污染物經(jīng)微生物氧化分解的過程 一般可分為兩階段 第一階段主要是有機物被轉(zhuǎn)化為CO2 H2O和NH3等 RCH NH2 COOH O2 RCOOH CO2 NH3第二階段主要是氨被轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽 2NH3 3O2 2HNO2 2H2O2HNO2 O2 2HNO3在測定BOD時一般以20 作為測定的標(biāo)準溫度 以五天作為測定BOD的標(biāo)準時間 簡稱五日生化需氧量 BOD5表示 3 總有機碳 TOC TotalOrganicCarbon 包括水中所有有機污染物質(zhì)的含碳量 以化學(xué)燃燒方法測定 4 總需氧量 TOD TotalOxygenDemand TOC和TOD均是以化學(xué)燃燒氧化反應(yīng) 前者測定結(jié)果以碳表示 后者測定結(jié)果以氧表示 水體中需氧有機物的來源 污染水體中的需氧污染物主要來自生活污水 牲畜污水及食品造紙 制革 印染 焦化 石油化工等工業(yè)廢水 植物營養(yǎng)物 所謂植物營養(yǎng)物主要是指N P K S及其化合物 1 水體中植物營養(yǎng)物質(zhì)的來源第一 也是主要方面 來自化肥 施入農(nóng)田的化肥只有一部分為農(nóng)作物所吸收 未被吸收的則被農(nóng)田排水和地表徑流攜帶至地下水與地表水中 第二 來自生活污水的糞便 N的主要來源 和含P洗滌劑 第三 由于雨 雪對大氣的淋洗和對磷灰石 硝石 鳥糞層的沖刷 使一定量的植物營養(yǎng)物質(zhì)匯入水體 2 植物營養(yǎng)物質(zhì)的危害 水體富營養(yǎng)化水體富營養(yǎng)化 水體中植物營養(yǎng)物質(zhì)含量的增加 將導(dǎo)致水生生物 主要是各種藻類大量繁殖 藻類過度旺盛的生長繁殖將造成水體溶解氧急劇變化 使水體處于嚴重缺氧 而造成魚類大量死亡 這種現(xiàn)象稱為水體富營養(yǎng)化一般來說 水體中P超過20mg m3 或無機氮超過300mg m3 即可認為水體處于富營養(yǎng)化狀態(tài) 可見 對發(fā)生富營養(yǎng)化作用來說 P的作用大于N 水體富營養(yǎng)化的主要危害 藻類大量繁殖 耗去水中溶解氧 造成水中魚類窒息而無法生存 水產(chǎn)資源遭破壞 水中含氮化合物的增加 對人畜健康帶來很大危害 硝酸鹽超過一定量時有毒性 亞硝酸鹽又能在人體內(nèi)與仲胺合成亞硝胺 可使人得癌癥 生畸胎并影響遺傳 富營養(yǎng)化的防治富營養(yǎng)化的防治的困難表現(xiàn)在 1 污染源的復(fù)雜性 導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的N P來源既有天然源 又有人為源 既有外源性污染源又有內(nèi)源性污染源 2 營養(yǎng)物質(zhì)去除的高難度 富營養(yǎng)化的主要治理技術(shù)措施1 工程性措施 挖掘底泥沉積物 深層曝氣 注水沖稀 2 化學(xué)方法 凝聚沉降方法 用殺藻劑殺死藻類3 生物性措施 利用水生生物吸收 投放鰱魚以控制藍綠藻的生長 3 重金屬污染 在環(huán)境污染方面所說的重金屬實際上主要是指汞 鎘 鉛 鉻以及類金屬砷等生物毒性顯著的 也指具有一定毒性的一般金屬如Zn Cu Co Ni Sn等 目前最引人注意的是Hg Cd Cr Pb As等 也有人稱之為 五毒 重金屬污染物的最主要的特征是 在水體中不能被微生物所降解 而只能發(fā)生各種形態(tài)間的相互轉(zhuǎn)化 以及分散和富集的過程 這些過程稱為金屬遷移 重金屬污染物的危害最主要的是生物毒性 重金屬的污染有三個特點 在天然水體中 只要微量濃度即可產(chǎn)生毒性效應(yīng) 一般重金屬產(chǎn)生毒性的范圍大致在1 10mg l 毒性較強的金屬如Hg Cd產(chǎn)生毒性的濃度范圍在0 01 0 001mg l 通過食物鏈的生物放大作用 重金屬可以在較高級生物體內(nèi)成千成萬倍地富集 然后通過食物進入人體 在人體某些器官中積累造成慢性中毒 水體中的某些重金屬可在微生物的作用下 轉(zhuǎn)化為毒性更強的金屬化合物 如甲基化 甲基汞 熱污染 廢熱污染 可能產(chǎn)生的影響包括 1 造成水體溫度升高 使水中溶解氧減少 2 影響生產(chǎn)者的物種組成 因而影響整個食物鏈 3 刺激水中有害物質(zhì)的反應(yīng)活性 增強有毒物質(zhì) 重金屬等的生物毒性 4 使魚類抗病能力下降 變得極易感病 氯代烴 氯代烴也叫有機氯 是一種合成有機物 其中1個或幾個氫原子被氯原子取代 溴原子和氟原子在化學(xué)上類似氯原子 也能取代氫原子 所以 這個族的取代烴稱為鹵代烴 這種化合物廣泛用于塑料 電絕緣體 農(nóng)藥 滅火劑 木材防腐以及許多其他產(chǎn)品 許多氯代烴具有2個使其特別容易產(chǎn)生生物累積的特點 化學(xué)性質(zhì)極端穩(wěn)定 脂溶性強 水溶性低 因而很易在生物體內(nèi)積累 酚類化合物 酚屬于有機有毒類污染物 可使蛋白質(zhì)凝固 主要作用于神經(jīng)系統(tǒng) 水體受酚污染后 會嚴重影響各種水生生物的生長和繁殖 使水產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量降低 氰化物污染 水體中氰化物主要來自化學(xué) 電鍍 煤氣 煉焦等工業(yè)排放的含氰廢水 氰化物是劇毒物質(zhì) 水體對氰化物有較強的凈化能力 天然水體中凈化過程 主要有二個途徑 一個是揮發(fā)排除 CN CO2 H2O HCN HCO3 這一過程的凈化量可以占到水體對氰化物自凈的90 左右 另一過程是氧化過程 即生物化學(xué)氧化 2CN O2 2CNO CNO 2H2O NH4 CO32 在一般天然水條件下 微生物氧化過程所造成氰化物的自凈量只占水體對氰化物總自凈量的10 左右 在夏季 微生物氧化過程的自凈量可以達到30 左右 酸 堿及一般無機鹽類 酸性廢水主要來自三個方面 礦山排水是酸性廢水主要來源之一 礦山排出水中的酸是由硫化礦物的氧化作用產(chǎn)生的 反應(yīng)式 4FeS2 15O2 14H2O 8H2SO4 4Fe OH 3 冶金和金屬加工酸洗廢水 雨水淋洗含SO2煙氣后形成酸雨 流入水體 堿性廢水主要來自堿法造紙 人造纖維 制堿 制革等工業(yè)廢水 酸 堿污染的危害酸 堿廢水破壞水體的自然緩沖作用 消滅或抑制細菌及微生物的生長 妨礙水體自凈 還可腐蝕船舶 改變水體的pH值 另外 還可大大增加水中的一般無機鹽類和水的硬度 因為 酸 堿中和可產(chǎn)生某些鹽類 酸 堿與水體中的礦物相互作用 也產(chǎn)生某些鹽類 水的硬度增加會在工業(yè)上帶來許多經(jīng)濟損失 酸堿廢水排入土壤會使土壤酸化或鹽堿化 積極行動起來保護好我們的淡水資源 如何保護好地球上緊缺的淡水資源 國際環(huán)保潮流提倡民眾從三方面做起 一 節(jié)約用水 一水多用 二 少用化學(xué)合成劑 三 收集利用雨水 節(jié)約用水 一水多用 為的是珍惜使用淡水 同時減少排放污水 擰開水龍頭 晶瑩透明的自來水瞬間就變成流進下水道的臟水了 要讓下水道中的生活污水凈化成為可飲用的自來水是難以實現(xiàn)的 懂得了這一點 我們應(yīng)該在使用自來水時小心起來 把水龍頭開得小一些 把用過但還比較干凈的水留下來 再用來擦地 沖廁所 澆花等等 這樣 日常生活中消耗的淡水量就會減少 排出的污水量也會減少 盡量不使用化學(xué)合成的去污劑 消毒劑和洗滌劑 的目的是 1 保護水體的自我凈化功能 2 防止化學(xué)劑的毒素在淡水中積累 威脅飲用水的安全 家庭使用最多的化學(xué)合成用品主要用于消毒廁所和清潔廚房 這些化學(xué)品往往對微生物有很強的殺傷作用 它們從下水道流入河水或湖泊之中 會殺死水中的生物 使水體自我凈化的能力喪失 于是 水中的毒素就會積