浙大885环境学考点背诵

第四章水污染原理第一节天然水的组成与性质一、天然水的组成一）主要离子组成K+、Na+、Ca2+、Mg2+中离子总量的95%-99%。HCO-、3NO】、Cl-和SO42-为天然水中常见的八大离子，占天然水二）溶解性气体水中溶解的主要气体有：N、2O、2CO、2HS2；微量气体有：CH、4H、He等。2三）微量元素I、Br、Fe、Cu、Ni、Ti、Pb、Zn、Mn等。四）生源物质NH+4NO-、2NO-3HPO2-、4PO3-。4五）胶体SiO・2nHO、2Fe(OH)・2nHO、2AlO・23nH2O以及腐殖质等。悬浮物质铝硅酸盐颗粒、砂粒、粘土、细菌、藻类及原生动物等。二、天然水的性质一）碳酸平衡和CO32-等四种化合态，常把CO和HCO和CO32-等四种化合态，常把CO和HCO合并为HCO2 2 3 2 32 2 3 3C6+H2O^H2COlh2co^^=^hco;+丹+HCO；^=COl~+H+（二）天然水中的碱度和酸度碱度：是指水中能与强酸发生中和作用的全部物质，亦即能接受质子H+的物质总量。组成水中碱度的物质可以归纳为三类：强碱，如NaOH、Ca（OH）等，在溶液中全部电离生成OH-离子；2②②弱碱，如NH、CH等，在水中部分发生反应生成OH-离子；365③③强碱弱酸盐，如各种碳酸盐、重碳酸盐、硅酸盐、磷酸盐、硫化物和腐殖酸盐等，它们水解时生成OH-或者直接接受质子H+。酸度：是指水中能与强碱发生中和作用的全部物质，亦即放出H+或经过水解能产生H+的物质的总量。组成水中酸度的物质也可归纳为三类：强酸，如HCl、HSO、HNO等；243②弱酸，如CO、HCO、HS、蛋白质以及各种有机酸类;2232③强酸弱碱盐，如FeCl、Al（SO）等。3243三）天然水体的缓冲能力天然水体的pH值一般在6-9之间，而且对某一水体，其pH几乎保持不变，这表明天然水体具有一定的缓冲能力，是一个缓冲体系。一般认为，各种碳酸化合物是控制水体pH值的主要因素，并使水体具有缓冲作用。但最近研究表明，水体与周围环境之间发生的多种物理、化学和生物化学反应，对水体的pH值也有着重要的作用。第二节水体污染和重要污染物一、水体污染（一）水体水体定义：一般定义：指河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、海洋的总称。环境学定义：包括水中的悬浮物、溶解物质、底泥和水生生物等完整的生态系统或完整的综合自然体。水体类型按类型划分：海洋水体陆地水体严表水体—河涼湖泊等2 I地下水体另外水体类型也可按区域划分。（二） 水体污染定义：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净能力，使水质和底质的物理、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，称作水体污染。水体污染的类型：从卫生学角度，可分为化学性污染、物理性污染和生物性污染；从化学角度，可分为无机有毒物质污染、无机有害物质污染、有机有害物质和病原体污染等类型；从环境工程学角度：是依污染物质或能量（如热污染）所造成的各类型环境问题以及不同的治理措施，将水体污染类型分为病原体污染、需氧物质污染、植物营养物质污染、石油污染、有毒化学物质污染、盐污染、热污染和放射性污染；按水体划分污染类型分为河流污染、湖泊（水库）污染、海洋污染、地下水污染等。（三） 水质指标通常采用水质指标来衡量水质的好坏和水体被污染的程度。水质指标项目繁多，可以分为三大类第一类，物理性水质指标①感官物理性状指标，如温度、色度、嗅和味、浑浊度、透明度等。其他物理性状指标，如总固体、悬浮固体、可见固体、电导率等。第二类，化学性水质指标① 一般的化学性水质指标，如pH、碱度、硬度、各种阳离子、各种阴离子、总含盐量、一般有机物质等。② 有毒的化学性水质指标，如重金属、氰化物、多环芳烃、各种农药等。有关氧平衡的水质指标，如溶解氧（DO）、化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、总需氧量（TOD）等。第三类，生物学水质指标，包括细菌总数、总大肠菌群数、各种病原菌、病毒等。以下是对污染防治工作中常用的一些水质指标的简要说明。悬浮物指水中呈固体状的不溶解物质。它是水体污染基本指标之一。如水中的各类矿物微粒，含铝、铁、锰、硅水合氧化物等无机物质，以及腐殖质、蛋白质等有机大分子物质。有机物含量（1）化学需氧量（COD）指用化学氧化剂氧化水中有机污染物时所需的氧量，以每升水消耗氧的毫克数表示（mg/L）。COD值越高，表示水中有机污染物污染越重。高锰酸钾法（简记COD），适用于测定一般地表水，如海水。重铬酸钾法（简记COD）对Mn Cr有机物反应较完全，适用于分析污染较严重的水样。目前，国际标准化组织（ISO）规定，化学需氧量指COD，而称COD为高锰酸盐指数。Cr Mn化学需氧量所测定的内容范围是不含氧的有机物和含氧有机物中碳的部分，实际上是反映有机物中碳的耗氧量。另外，化学需氧量不仅氧化了有机物，而且对各种还原态的无机物（如硫化物、亚硝酸盐、氨、低价铁盐等）亦具氧化作用。（2）生物化学需氧量（BOD）BOD表示水中有机物经微生物分解时所需的氧量，用单位体积的污水所消耗的氧量（mg/L）表示。BOD越高，表示水中需氧有机物质越多。当温度为20°C时，一般生活污水中的有机物需要20天左右才能完成第一阶段的氧化分解过程，在实际工作中是有困难的。为了使测定结果有可比性，通常采用在20C的条件下培养5天，作为测定生化需氧量的标准时间，简称5日生化需氧量，用BOD表示。53）总有机碳（TOC）和总需氧量（TOD）TOD是指水中被氧化的物质（主要是有机碳氢化合物，含硫、含氮、含磷等化合物）燃烧变成稳定的氧化物所需的氧量。TOC是指水中所有有机污染物质中的碳含量。耗氧过程是高温燃烧氧化过程，即把有机碳氧化成二氧化碳，然后测得所产生二氧化碳的量，就可算出污水中有机碳的量。TOC和TOD这两个指标均可用仪器快速测定，几分钟可完成。由于用BOD和COD两个指标反映不出难以分解的有机物的含量，加上测定BOD和COD都比较费时间，不能快速测定水体被需氧有机物污染的程度，国内外正在提倡用TOC和TOD作为衡量水质有机物污染的指标。在水质状况基本相同的情况下，BOD5与TOC或TOD之间存在一定的相关关系。特别是TOC和TOD与BOD之间，通过实验建立相关，则可快速测定出TOC，从而推算出其他有机物污染指标。溶解氧水中溶解氧的量，常用DO表示。水中的溶解氧是水生生物生存的基本条件，一般含量低于4mg/L时鱼类就会窒息死亡。溶解氧高，适于微生物生长，水体自净能力强。水中缺乏溶解氧时，厌氧细菌繁殖，水体发臭。有时溶解氧是判断水体是否污染和污染程度的重要指标。pH值污水的pH值对污水处理及综合利用，对水中生物的生长繁殖，对排水管道等都有很大影响，所以被列为检验污水水质的重要指标之一。生活污水pH值为7.2〜7.6；工业污水的pH值就较复杂，变化较大。污水的细菌污染指标在水处理工程中，用两种指标表示水体被细菌污染的程度：1毫升水中细菌（杂菌）的总数与水中大肠菌的多少。水中含有大肠菌，即说明已被污染。有毒物质指标我国已制定了“地面水中有害物质的最高允许浓度”的标准，列出汞、镉、铅、铬、铜、锌、镍、砷、氰化物、硫化物、氟化物、挥发性酚、石油类、六六六、DDT等40种有毒物质。（适当看一下污染物指标）以上6个指标是表示水体污染情况的重要指标。此外，还有温度、颜色、放射性物质浓度等，也是反映水体污染情况的指标。二、水体中主要污染物的来源和危害从环境保护的角度，根据污染物的物理、化学、生物性质及其污染特性，可将水体污染物分为以下几种类型。（一）无机无毒物质无机无毒物质主要指排入水体中的酸、碱及一般的无机盐类。来源：酸主要来源于矿山排水及许多工业废水，如化肥、农药、粘胶纤维、酸法造纸等工业的废水。碱性废水主要来自碱法造纸、化学纤维制造、制碱、制革等工业的废水。危害：酸、碱污染水体pH值发生变化，破坏其自然缓冲作用，消灭或抑制细菌及微生物的生长，妨碍水体自净，还可腐蚀船舶。若天然水体长期遭受酸、碱污染，将使水质逐渐碱化或酸化，从而对生态产生影响。（二）无机有毒物这类物质具有强烈的生物毒性，它们排入天然水体，常会影响水中生物，并可通过食物链危害人体健康。这类污染物都具有明显的累积性，可使污染影响持久和扩大。根据物质的性质，此类污染物可分为两类：重金属如Pb、Hg、Cd、Cr等与非金属的无机毒性物质如氰化物、砷、硒等。重金属毒性物质（1）汞：危害：汞具有很强的毒性，有机汞比无机汞的毒性更大，更容易被吸收和积累，长期的毒性后果严重。人的致死剂量为1〜2克。汞浓度0.006〜0.01mg/L可使鱼类或其它水生动物死亡，浓度0.01mg/L可抑制水体的自净作用。甲基汞能大量积累于脑中，引起乏力、动作失调、精神混乱甚至死亡。来源：水体汞的污染主要来自生产汞的厂矿、有色金属冶炼以及使用汞的生产部门排出的工业废水。尤以化工生产中汞的排放为主要污染来源。2）镉：危害：镉进入人体后，主要累积于肝、肾和脾脏内。能引起骨节变形，腰关节受损，有时还引起心血管病。镉浓度0.2〜l.lmg/L可使鱼类死亡，浓度0.1mg/L时对水体的自净作用有害。来源：工业含镉废水的排放，大气镉尘的沉降和雨水对地面的冲刷，都可使镉进入水体。在水体中镉主要以Cd2+状态存在。（3）铅：危害：可在人体内积累，引起贫血、肾炎、神经炎等症状。铅对鱼类的致死浓度为0.1〜0.3mg/L，铅浓度0.1mg/L时，可破坏水体自净作用。来源：矿山开采、金属冶炼、汽车废气、燃煤、油漆、涂料等都是环境中铅的主要来源。天然水中铅主要以Pb2+状态存在。非金属的无机毒性物质（1）氰化物来源：水体中的氰化物主要来源于工业企业排放的含氰废水，如电镀废水、焦炉和高炉的煤气洗涤冷却水、化工厂的含氰废水，以及选矿废水等。危害：氰化物是剧毒物质，一般人只要误服0.1g左右的氰化钾或氰化钠便立即死亡。含氰废水对鱼类有很大毒性，当水中CN-含量达0.3〜0.5mg/L时，鱼可死亡。（2）砷来源：岩石风化、土壤侵蚀、火山作用以及人类活动都能使砷进入天然水中。天然水中砷可以HAsO、HAsO-、HAsO2-、AsO3-等形态存在。342444危害：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。（三）有机无毒物有机无毒物主要指需氧有机物。来源：污染水体中的需氧污染物主要来自生活污水、牲畜污水及食品、造纸、制革、印染、焦化、石油化工等工业废水。

有机污染物排入河流后，主要引起两个方面的影响，一是生态效应，一是溶解氧效应。生态效应指水生生物在种类和数量上的变化。有机污染物在降解前会使水浑浊或带有害物质，使自养性生物的生长繁殖受到抑制和损害，而降解后产生的无机物可作为它们的无机营养物质，促使其生长，引起水体中生物种类和数量的变化。溶解氧效应指水体中溶解的分子态氧数量的变化。水体中的溶解氧主要来自水体和大气界面上的气体交换。大气中的氧进入水体，水中藻类的光合作用所排出的氧补充水体的氧，这些构成了水体的复氧过程。同时，水体中还经常发生氧化作用，消耗溶解氧，特别是有机物降解时，会消耗大量的溶解氧，这就是耗氧过程。因此，水体中同时存在着耗氧和复氧两个过程，水体中溶解氧的含量是这两个过程共同作用的结果。正常水体中的溶解氧应达到当时温度下饱和浓度。该温度下实际的溶解氧浓度与饱和浓度的差值称为缺氧量，也称氧亏。若在河流某点连续排入固定量的有机污染物，在稳定流动状态下沿河道不同距离测定水中的溶解氧浓度，则可得到一条溶解氧变化曲线，也就是缺氧量变化曲线，又称为氧下垂曲线，如图4-1所示。■J(.ArT半产：：■J(.ArT半产：：:s.ft-.r.ai砒"■■=*Vt1 LL图中曲线A为累积耗氧曲线，B为累积复氧曲线，C为氧下垂曲线。CP是溶解氧最低点，称为临界点。CP点以前，耗氧作用超过复氧作用，溶解氧逐渐下降，是水质恶化过程。CP点以后，耗氧量已低于复氧量，溶解氧含量逐渐提高，水质逐渐好转，直至完全恢复。若临界点CP的溶解氧大于4〜5mg/L，表明排入的有机耗氧物未超过水体自净能力。若CP点溶解氧小于4〜5mg/L，此水体已不适于水生生物生存，排入污染物量超过了自净能力，水体受到了较重污染。若CP点溶解氧等于零，表示此时水体达到无氧状态，出现厌氧分解，水质腐化发臭。按照上述净化过程，可划分为清洁区、水质恶化区和恢复区。对于某一区段，可根据其生物种类及数量和溶解氧浓度作指标，判断其水体污染状况。四）有机有毒物农药来源：水中常见的农药概括起来，主要为有机氯和有机磷农药，此外还有氨基甲酸酯类农药。它们通过喷施农药、地表径流及农药工厂的废水排入水体中。危害：有机氯农药由于难以被化学降解和生物降解，在环境中的滞留时间很长，同时，其水溶性低而脂溶性高，易在动物体内累积，对动物和人造成危害。有机磷农药和氨基甲酸酯农药与有机氯农药相比，较易被生物降解，它们在环境中的滞留时间较短，在土壤和地表水中降解速率较快，杀虫力较高，目前在地表水中能检出的不多，污染范围较小。此外，近年来除草剂的使用量逐渐增加，可用来杀死杂草和水生植物。它们具有较高的水溶解度和低的蒸汽压，通常不易发生生物富集、沉积物吸附和从溶液中挥发等反应。这类化合物的残留物通常存在于地表水体中，除草剂及其中间产物是污染土壤、地下水以及周围环境的主要污染物。酚类化合物来源：水体中酚的来源主要是冶金、煤气、炼焦、石油化工、塑料等工业排放的含酚废水。另外，粪便和含氮有机物的分解过程中也产生少量酚类化合物，所以城市生活污水也是酚污染物的来源。危害：水体遭受酚污染后严重影响水产品的产量和质量。水体中的酚浓度低时能影响鱼类的回游繁殖，浓度高时引起鱼类大量死亡，甚至绝迹。酚有毒性，但人体有一定解毒能力。如经常摄入的酚量超过解毒能力时，人会慢性中毒，而发生呕吐、腹泄、头疼头晕、精神不安等症状。多环芳烃（PAH）来源：多环芳烃是由石油、煤、天然气及木材，在不完全燃烧或在高温处理条件下所产生的。危害：多环芳烃是环境中重要致癌物质之一。已证实，多环芳烃化合物中有许多种类具有致癌或致突变作用。多氯联苯（PCB）来源：各种工业的废物排放。危害：剧毒，化学性质十分稳定，难与酸、碱、氧化剂等作用，难以燃烧，高温耐热。脂溶性大，易被生物吸收。在天然水和生物体中很难降解，故一旦侵入肌体就不易排泄，而易聚集在脂肪组织、肝和脑中，引起皮肤和肝脏损害。表面活性剂来源：含一定浓度洗涤剂的工业和生活污水中含有表面活性剂，排入地面水体，造成对水体的污染。危害：表面活性剂对水体的影响，主要有：（1）合成洗涤剂中有一定量的氮和磷，排入江、湖易发生水体富营养化。（2）当水体中含洗涤剂达到0.5mg/L时，水面上将浮起一层泡沫，这不仅破坏自然景观，而且影响着大气中的氧向水中溶解交换。水体中的洗涤剂>10mg/L时鱼类就难以生存，若达45mg/L时，水稻生长就会受到严重危害，甚至死亡。（3）洗涤剂中的表面活性剂会使水生动物的感官功能减退，甚至丧失觅食或避开有毒物质的能力，也即可以使水生动物丧失生存本能。三、水体的自净作用自然环境包括水环境对污染物质具有一定的承受能力，即所谓环境容量。水体能够在其环境容量的范围以内，经过水体的物理、化学和生物作用，使排入污染物质的浓度和毒性随着时间的推移在向下游流动的过程中自然降低，称之为水体的自净作用。水体自净能力是有限的，如果排入的污染物数量超过自净能力时，就不能恢复到正常的水平，从而危及水的使用和水生生态系统，便形成水体污染。按作用机理，水体自净过程可分为物理自净、化学自净和生物自净三个方面：（一）物理自净物理自净是指污染物进入水体后，由于稀释、扩散、沉淀等作用，使水中污染物的浓度降低，使水体得到一定的净化。（二）化学自净化学自净是指污染物在水体中以简单或复杂的离子或分子状态迁移，并发生了化学性质或形态、价态上的转化，使水质亦发生了化学性质的变化，但未参与生物作用。三）生物自净生物自净是指水体中的污染物经生物吸收、降解作用而发生消失或浓度降低的过程。如污染物的生物分解、生物转化和生物富集等作用。第三节污染物在水体中的转化一、水体中需氧有机物的降解（一）生化需氧过程中的生物系统和生化反应在生物需氧过程三阶段中发生的反应有氧化反应、合成反应和内源呼吸反应。有机物氧化（呼吸）反应jr卫=+0宀ca.+h2o+能呈无机物氧化（呼吸）反应+20.NO；+ + +能量合成细胞原生质（合成）反应JHQ+NH,+O.+能量—C^yNO.+H.OOHO.+H++NO；+能量tC.H-^NO.+N.+CO.+HQ细菌原生质氧化（内源呼吸）反应C..H.NO,+50.T5C0?+2H.：0+NH.+能量（二）需氧有机物的生物降解生物降解是指在有机化合物在生物所分泌的各种酶的催化作用下，通过氯化、还原、水解、脱氢、芳烃羟基化和异构化等一系列的生物化学反应，是复杂的有机化合物转化为简单有机物质和无机物质的过程。二、重金属在水体中的迁移转化重金属在水体中不能被微生物降解，只能发生形态间的相互转化及分散和富集过程。这些过程统称重金属迁移。重金属在水体中的迁移主要与沉淀、络合、螯合、吸附和氧化还原等作用有关。（一）溶解－沉淀作用重金属在水中可经过水解反应生成氢氧化物，也可与相应的阴离子生成硫化物、碳酸盐等。而这些化合物的溶度积都很小，容易生成沉淀物。（二）吸附作用天然水体中的悬浮物和底泥中含有丰富的胶体，包括各种粘土矿物、水合金属氧化物和各种可溶性和不溶性的腐殖质。胶体由于具有巨大的比表面、表面能和带电荷，能强烈地吸附各种分子和离子，对重金属离子在环境中的迁移有重大影响。水体中胶体物质的种类天然水体中的胶体一般可分为三大类：即无机胶体，包括各种次生粘土矿物和各种水合氧化物；有机胶体，包括天然和人工合成的高分子有机物、蛋白质、腐殖质等；有机－无机胶体复合体。胶体物质对污染物的吸附作用（1）粘土矿物对重金属的吸附离子交换吸附：粘土矿物微粒通过层状结构边缘的羟基氢和-OM基中M+离子以及层状结构之间的M+离子，交换水中重金属离子而将其吸附：用〔G-0H）+M+= O）M'~ 1+斑H+在溶液中先水解，而后吸附，机制如下式所示：MK++mH2（Si_0H-）+M（OH-）=Si- +即重金属离子先水解，然后夺取粘土矿物微粒结构边缘OH-离子，形成羧基络合物而被微粒吸附。2）水合金属氧化物对重金属离子的吸附一般认为，水合金属氧化物对重金属离子的吸附过程是重金属离子在这些颗粒表面发生配位化合过程，可用下式表示：料（盘_OH■）+鹹卄三工（盘0\：—胚+ +（3）腐殖质微粒对重金属离子的吸附主要是通过它的螯合作用和离子交换作用。由于腐殖质中活性羧基、酚基的氢可以质子化，所以能与重金属离子进行离子交换而将它吸附。腐殖质的离子交换吸附机制以及螯合吸附机制：水体中胶体微粒的凝聚天然水体中有机和无机胶体微粒带有负电荷，外电层吸附阳离子。溶液中存在大量某些其他阳离子时，会引起胶体发生凝聚作用。重金属化合物被吸附在有机胶体、无机胶体和矿物微粒上以后，就随它们在水体中运动。如果这些胶体微粒能够相互聚集到一起，形成比较粗大的絮状物，就可能在水流中沉降下来，沉积在水体底部，最终成为沉积物。（三）络合与螯合作用水体中存在着多种多样的天然和人工合成的无机与有机配位体，它们能与重金属形成稳定的络合物和螯合物，对重金属在水体中的迁移有很大影响。有的配位体能与重金属形成可溶性络合物或螯合物，可以有效地阻止重金属生成难溶盐沉淀，也可以与底泥中的重金属结合形成可溶性螯合物而重新进入水层，对水体带来危害。（四）氧化、还原作用重金属元素大多属于周期表中的过渡性元素，在不同条件下往往可以多种价态存在，能在较宽的幅度内发生电子得失的氧化还原反应。各价态变化反应要求不同的氧化还原条件，而在水体中有富氧的氧化性区域和缺氧的还原性区域，这样就使得重金属在不同条件下的水体中以不同的价态存在。三、水体富营养化