环境概论之水资源与水污染防治

第八章

水资源与水污染防治8.1水资源与水循环8.2水体污染8.3水体污染的防治当前第1页\共有48页\编于星期五\6点8.1水资源和水循环一、地球水资源——世界淡水资源

地球上97.5％的水是咸水，只有2.5％是淡水。而在淡水中，将近70％冻结在南极和格陵兰的冰盖中，其余的大部分是土壤中的水分或是深层地下水，难以开采供人类使用。江河、湖泊、水库及浅层地下水等来源的水较易于开采供人类直接使用，但其数量不足世界淡水的1％，约占地球上全部水的0.007％。全球每年降落在大陆上的降水量约为110万亿立方米，扣除大气蒸发和被植物吸收的水量，世界上江河径流量约为42.7万亿立方米，按1995年的世界人口计算，每人每年可获得的平均水量为7300立方米。由于世界人口不断增加，这一平均数已较1970年下降了37％。

当前第2页\共有48页\编于星期五\6点

一、地球水资源——各国水资源排队

世界各国和地区由于地理环境不同，拥有水资源的数量差别很大。按水资源量大小排队，前几名依次是：巴西、俄罗斯、加拿大、中国、美国、印度尼西亚、孟加拉国、印度。若按人口平均，就是另一种结果了。中国人均水资源量只相当于世界人均量的1/4。当前第3页\共有48页\编于星期五\6点

一、地球水资源——严重缺水的国家

世界淡水资源的65％集中在10个国家里，而占人口40％的80个国家却严重缺水。如果一个国家年人均水量在2000立方米以下，就是缺水的国家。人均水量在1000立方米以下的，是严重缺水国，共有15个：埃及、阿联酋、阿曼、佛得角、布隆迪、阿尔及利亚、也门、约旦、沙特阿拉伯、巴巴多斯、新加坡、巴林、利比亚、科威特、卡塔尔、马耳他（年人均水量仅82立方米）。中国人均水量不富，是缺水国家之一。

当前第4页\共有48页\编于星期五\6点一、地球水资源——水资源的未来

人类对水的需求量与日俱增。全世界1975年用水量为3万亿立方米，1994年为4.3万亿立方米，2000年为7万亿立方米。有人分析，2030年以后，世界水资源将供不应求；2050年，亏水2300亿立方米；2070年，亏水4100亿立方米。我国专家分析，中国2050年总需水量为8000亿立方米，比现在增加2400亿立方米。其中，城市生活用水800亿立方米，工业用水3000亿立方米，农业用水4200亿立方米。当前第5页\共有48页\编于星期五\6点二、水循环——自然循环当前第6页\共有48页\编于星期五\6点二、水循环——社会循环当前第7页\共有48页\编于星期五\6点8.2、水体污染

一、水体、天然水质和水体污染1、水体污染污染物进入水体，其含量超过了水体自身的自然净化能力，使水体的水质和底质的物理、化学组成和生物群落发生变化，从而降低水体的使用价值和使用功能的现象。当前第8页\共有48页\编于星期五\6点2、水体：指有相对稳定的陆地为边界的天然水域。水体是一个完整的生态系统，或综合自然体（包括水中的悬浮物质，溶解物资，底泥和水生生物等）水体分海洋水体和陆地水体。3、水质水体中水相的质量，主要有：——物理性质：色度，悬浮物的含量——化学性质：有机物和无机物的含量和性质——生物性质：细菌，微生物，浮游、底栖生物的性质，是天然水的物质组成当前第9页\共有48页\编于星期五\6点

溶解气体

主要气体：N2，O2，CO2；

微量气体：H2，CH4，H2S

主要离子：Cl-，SO42-，HCO3-，CO32-

Na+，K+；

溶解物质生物生成物：NH4+，NO3-，NO2-，HPO42-天然H2PO4-，PO4，Fe+2，Fe+3水中微量元素：Br-,I-，F-，Ni,Ti,V,Au,Ba,Rn物质

胶体物质

无机胶体：SiO2，Fe(OH)3，Al(OH)3(1-100nm)有机胶体：腐殖质胶体

细菌；藻类及原生动物

悬浮物质

泥土、黏土

其他不溶解物质当前第10页\共有48页\编于星期五\6点4、水体的自净——污染物质进入水体后，由于一系列物理、化学及生化的共同作用，会使污染物在水中的浓度降低（1）物理作用——扩散、稀释、沉淀和挥发（2）化学作用——分解、氧化还原、凝聚、吸附、酸碱反应（3）生物作用——微生物消耗当前第11页\共有48页\编于星期五\6点二、水体的污染物⑴

无机无毒物①

颗粒状无机物：泥沙，尘土，渣；②

酸、碱、无机盐：pH在6-9；③

植物营养物：N，P当前第12页\共有48页\编于星期五\6点⑵

无机物毒物

①

非金属有毒物，主要有CN-，As，Se，F，S

②

重金属毒性物※

如Hg，Cd，Cr，Pb等，在离子状态时毒性最大，人服0.1-10mg即死；mg时严重中毒；※

不能被微生物降解；※

易被生物聚集，通过食物链进入人体；※

易在水体在中迁移，在土中积累，故含重金属的水不能灌溉；当前第13页\共有48页\编于星期五\6点⑶

有机无毒物（碳水化合物脂肪，蛋白质)

有机成分极多，但都有降解时耗氧的共性，导致水生生物缺氧致死，故用耗氧量表示它们对水体的污染：①

化学需氧量，COD

以氧化剂如高锰酸钾来氧化水中有机污染物时的耗氧量，mg/l。②

生物化学需氧量,BOD

在人工控制的条件下，水样中的有机物在微生物的作用下分解，在一定的时间内消耗溶解氧的数量，mg/l；当前第14页\共有48页\编于星期五\6点⑷有机有毒物

①

酚类（苯环带一个羟基）：

溶解于水，毒性大，能使蛋白质变质和沉淀，当水中的浓度达0.1和0.2mg/l时，水中鱼的肉有酚味。②

有机农药(杀虫剂、除草剂、杀菌剂)目前大部分为有机磷，有机硫农药；这些农药水溶性底，脂溶性高，易在人体内聚集，③

多氯联苯同类有73种剧毒物，最毒为二恶英④

多环芳烃（多环结构的C-H化合物）有20多种，其中7-8种有致癌作用。当前第15页\共有48页\编于星期五\6点⑸

其他污染物①

放射性废物

②

生物污染物

城市生活废水、医院污水、食品厂废水排人水体，引起病源微生物污染，如各种细菌，病毒；③

感官污染物色、嗅、味、泡沫、恶臭当前第16页\共有48页\编于星期五\6点

三、污染物在水中的迁移和转化⑴

类型推流迁移：污染物在水流的作用下的迁移作用，但仅仅是改变了污染物的位置；分子的随机运动引起的分散作用

分子扩散湍流扩散

弥散作用

横断面上的流速不均引起的衰减和转化

当前第17页\共有48页\编于星期五\6点⑵

污染物在水中的转化①

需氧有机物的转化

碳水化合物（各种植物性食物，如粮食、地瓜、土豆）

脂肪蛋白质经微生物的降解作用，变成简单的无机物（二氧化碳和水）和能量，由此消除了污染。

当前第18页\共有48页\编于星期五\6点附：需氧有机物的降解与溶解氧平衡当前第19页\共有48页\编于星期五\6点②

植物营养物的转化

（N，P等）来源：施肥、农业生产废弃物，禽、畜饲养的废水，生活污水和工业废水等。※

含N有机物的转化含N有机物的元素有N，P，S，C，H，O；其中包括蛋白质，氨基酸，尿素，胺类

等；无机氮有NH3-N，NO2—N，NO3—N等，一个10万只鸡的养鸡场，日产生鸡粪5吨；一个400头牛的养牛场，日产14吨固体肥料，4.5吨液体肥料；这些都是N，P类污染物。当前第20页\共有48页\编于星期五\6点

含氮、磷的蛋白质由多种氨基酸构成，*含氮的蛋白质降解后生成CO2、H2O和

醛、醇、酮；*含磷的化合物：无机磷—磷酸盐有机磷—葡萄糖-6-磷酸2-磷酸-甘油

能溶解于水中的磷和Ca、Fe、Al的离子生成难溶性的沉淀物进入水中的底泥。当前第21页\共有48页\编于星期五\6点③N、P对水体富营养化的影响

当N、P增加且N/P达到12-13时，藻类疯长，有机物的蓄积量大大增加，细菌类微生物繁殖迅猛，水体中的含氧量急剧降低。水体污染腐化。此则富营养化也。

富营养化时水中氧的饱和度为小于10%；贫营养化时大于80%。富营养化的标志：湖底为泥；鱼类为鲤鱼，鲢鱼，草鱼；水浊温高。贫营养化的标志：湖底为石头；鱼类为鲑鱼；水清温低。当前第22页\共有48页\编于星期五\6点④

石油类污染物的迁移转化组成：90%是各种烃的复杂化合物，其元素为C，H，O，S，N；其中C为

84-86%；H为12-14%；S、O、N

占1-3%。迁移转化过程当前第23页\共有48页\编于星期五\6点⑤

重金属的迁移转化凡密度大于5000kg/m3、原子序数大于20的元素叫重金属；污染环境的重金属主要是Hg，Cr,，Cd，Pb,，As；而另一些为微量元素，如Cu，Zn，Co，Ni，Fe，Mn，V在人体中不允许超量。

当前第24页\共有48页\编于星期五\6点A、重金属在水体中的污染特征※在水体中整体平均含量低（＜0.1%），但在局部地方含量很高；※毒性明显、效应大，与人体中蛋白质的酶等高分子结合，产生不可逆反应，导致生理代谢功能障碍※在生物体内有聚集作用，并通过生物链进入人体。当前第25页\共有48页\编于星期五\6点

B、重金属在水体中的迁移转化（1）※

水解、络合、沉淀※

机械迁移※

氧化还原作用

水上部是强烈的氧化环境；底部是还原环境；使重金属产生氧化-还原反应。当前第26页\共有48页\编于星期五\6点

B、重金属在水体中的迁移转化（2）※

胶体化学效应

无机胶体吸附：石英、黏土微粒，铁、锰氢氧化物的悬浮物和底泥能产生对重金属的吸附。

有机胶体吸附：腐殖质的聱合作用和离子交换作用，无机和有机粒子的聚合体的吸附作用使重金属转移到悬浮物和底泥中。

当前第27页\共有48页\编于星期五\6点

8.3、水体的污染及防治1、水体污染源

岩石的风化和水解

火山喷发

⑴

天然污染源

水流冲蚀地表

大气的降尘和降水的淋洗

生物在地球化学循环中释放的物质⑵

人为污染源

点源—工业废水、生活污水

面源—农田灌溉水等当前第28页\共有48页\编于星期五\6点

2、污水的处理技术

2001年11月世界最大的污水处理厂商、法国老板预测中国废水处理的商机，4000亿元/年

⑴

物理法

（对象为悬浮液）

①

筛滤法

格筛，表面过滤，深层过滤

②

重力沉降法

沉淀池，隔油池，浓缩池

③

离心法当前第29页\共有48页\编于星期五\6点筛滤法

——去除废水中较大的悬浮物、漂浮物，纤维物质和固体颗粒物质1）格栅当前第30页\共有48页\编于星期五\6点当前第31页\共有48页\编于星期五\6点当前第32页\共有48页\编于星期五\6点2）旋转筛过滤机当前第33页\共有48页\编于星期五\6点附：格栅的设计当前第34页\共有48页\编于星期五\6点重力沉降法

——利用密度差去除水中的悬浮颗粒1）沉砂池当前第35页\共有48页\编于星期五\6点2）曝气沉砂池当前第36页\共有48页\编于星期五\6点3）沉淀池当前第37页\共有48页\编于星期五\6点当前第38页\共有48页\编于星期五\6点离心法

——利用惯性力当前第39页\共有48页\编于星期五\6点⑵

化学法

①

中和法（除去酸、碱物质）标准值为

pH为6-9；

②

化学沉淀法多用于去除废水中的Hg，Ni，Cr，Pb，Zn

等,有硫化物沉淀法；氢氧化物沉淀法；碳酸盐沉淀法

③氧化还原法氧化剂有空气、漂白粉、液氯、氯气等

还原剂有铁屑、硫酸亚铁

等

④

电解法⑤

混凝法当前第40页\共有48页\编于星期五\6点

⑶

物理化学法

①

气浮法②

吸附法（如活性炭吸附）③

离子交换法④

萃取法⑤

膜分离法当前第41页\共有48页\编于星期五\6点气浮装置当前第42页\共有48页\编于星期五\6点电渗析当前第43页\共有48页\编于星期五\6点

⑷

生物化学法原理：微生物以水中的有机物为营养原料，分解有机物产生的能量中