環(huán)境工程概論第3章水污染及其控制工程水體污染過程(2)-PPT精選課件

1、主要學(xué)習(xí)內(nèi)容（32學(xué)時(shí)）章節(jié)安排12346總論（3） 環(huán)境生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)（3）水污染及其控制工程（8）物理性污染及其控制（4）大氣污染過程及其控制工程（6）5固體廢物處理及其應(yīng)用（2）7環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)及環(huán)境管理（4）8清潔生產(chǎn)（2）第三章水污染及其控制工程 第一節(jié) 水污染過程第二節(jié) 水污染過程及其自凈機(jī)理第三節(jié) 水污染控制技術(shù)一 、我國(guó)水污染特征及 水體自凈 1、我國(guó)的水污染現(xiàn)狀 2、我國(guó)水污染特征 3、水體自凈機(jī)理二、 主要污染物在水環(huán)境中的變化 1、需氧污染物 2、植物營(yíng)養(yǎng)物 3、油類污染物 4、重金屬第二節(jié) 水污染過程及其自凈興趣是最好的老師9、我國(guó)水污染現(xiàn)狀特征？我國(guó)水污染的特征？10、什么

2、是水污染？11、什么是水體自凈？水體自凈過程具體有哪些過程？各過程發(fā)生一些什么作用？12、需氧污染物一般分哪三大類？需氧污染物在河流中的降解會(huì)引起水中溶解氧如何變化？13、水的溫度越高，耗氧速率系數(shù)也越大，那么這個(gè)溫度有沒有限制？14、什么是虧氧量？氧垂曲線？請(qǐng)繪出耗氧、復(fù)氧、氧垂曲線關(guān)系圖。15、什么是植物營(yíng)養(yǎng)物？其主要來源？16、什么水體富營(yíng)養(yǎng)化？什么是Liebig最小值定律？水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要限制是什么？富營(yíng)養(yǎng)化的主要危害？17、油類物質(zhì)對(duì)水體的主要危害表現(xiàn)在哪里？18、重金屬對(duì)人體生物主要危害表現(xiàn)在什么方面？主要重金屬污染物有哪幾種？19、重金屬污染物在水中主要有哪幾種遷移形式？20、

3、了解汞、鎘、鉛、砷、鉻等對(duì)人體的具體危害的形式及引起的后果。一 、我國(guó)水污染狀況及水體自凈機(jī)理1、我國(guó)水污染現(xiàn)狀（1）污水處理率低2019年，污水排放排放量接近537億m3； 工業(yè)廢水處理率約80，達(dá)標(biāo)排放的只有60； 城市污水處理率擴(kuò)散稀釋量，Q河,q污不變，T水不變時(shí)，有機(jī)物的生化降解的耗氧量正比于河水中有機(jī)物量 由dc/dt =-kc 積分可得： ct=co10-kt co初始時(shí)刻的有機(jī)物濃度； ctt時(shí)刻水中殘留的有機(jī)濃度； k耗氧速率常數(shù)，單位：d-1； t天數(shù) 溫度越高,生物活性越強(qiáng)，k越大 25時(shí)，k=0.159d-1。半衰期約為2天 14時(shí)，k=0.075d-1。半衰期為4天

4、有機(jī)物生化降解的半衰期t1/2有機(jī)物濃度降為原來的50%所需的時(shí)間。 由 ct=co10-kt 1/2=10-kt t1/2=lg2/k=0.301/k 20時(shí)，普通生活污水的k=0.1d-1。該條件下,有機(jī)物生化降解的半衰期為3天4）、復(fù)氧作用定律 復(fù)氧過程受溶解和擴(kuò)散作用的控制。即溶解速度與虧氧量成正比，擴(kuò)散速度與河水中兩點(diǎn)間的溶解氧濃度差成正比。虧氧（dissolvedoxygendeficit）亦稱“缺氧量”。水體中飽和溶解氧和現(xiàn)存溶解氧的差。單位是mg/L。耗氧愈多，虧氧量愈大，同時(shí)由大氣補(bǔ)充水中的氧量也愈多。 5)、河流溶解氧下垂曲線 有機(jī)物排入河流后，經(jīng)微生物降解而大量消耗水中的

5、溶解氧，使河水虧氧；另一方面，空氣中的氧通過河流水面不斷地溶入水中，使溶解氧逐步得到恢復(fù)。所以耗氧與復(fù)氧是同時(shí)存在的，污水排入后，DO曲線呈懸索狀態(tài)下垂，故稱為氧垂曲線。c：臨界點(diǎn)a ：DO最大虧缺當(dāng)污水未進(jìn)入河流前，大氣復(fù)氧量與水中生物的耗氧量近似相等，溶解氧處于飽和狀態(tài)。河流接納了耗氧有機(jī)物后，微生物對(duì)其氧化分解需消耗大量的氧，使得大氣復(fù)氧來不及補(bǔ)充，水中溶解氧含量下降，這時(shí)耗氧速度大于復(fù)氧速度；隨著水中有機(jī)物減少，耗氧量減少，水中復(fù)氧量相應(yīng)增加，此時(shí)水中耗氧速度等于復(fù)氧速度，氧垂曲線出現(xiàn)最低點(diǎn)，稱該點(diǎn)為臨界點(diǎn)；其后，因有機(jī)物大為減少，耗氧速度小于復(fù)氧速度，氧垂曲線逐漸上升。2、植物營(yíng)養(yǎng)物

6、 植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是指促使水中植物生長(zhǎng)，從而加速水體富營(yíng)養(yǎng)化的各種物質(zhì)，主要指氮、磷。其主要來源是人為源，包括 農(nóng)田施肥,農(nóng)業(yè)廢棄物（植物 桿、牲畜糞便等）城市生活污水（包括含磷洗滌劑）某些工業(yè)廢水（制革、造紙、肉類加工、煉油）1）、水體富營(yíng)養(yǎng)化概述：富營(yíng)養(yǎng)化是指湖泊等水體接納過量的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，使藻類及其它水生生物異常繁殖，引起水體透明度和溶解氧的變化，造成水質(zhì)惡化，加速湖泊老化，導(dǎo)致湖泊生態(tài)系統(tǒng)和水功能的破壞。 實(shí)際上，富營(yíng)養(yǎng)化是湖泊在自然演變過程中的一種自然現(xiàn)象。從湖泊學(xué)的意義上，湖泊有其發(fā)生、發(fā)展及消亡的過程。具體地說，隨著時(shí)間的推移，湖泊中的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)逐漸累積，由貧營(yíng)養(yǎng)湖向富營(yíng)

7、養(yǎng)湖演變，最后發(fā)展成沼澤和干地。不過，在自然條件下，這種湖泊演變的進(jìn)程非常緩慢，通常是以地質(zhì)年代來計(jì)算。 特征貧營(yíng)養(yǎng)湖泊富營(yíng)養(yǎng)湖泊湖的形態(tài)水色透明度溶解氧營(yíng)養(yǎng)物生物群落深、湖岸陡淡、呈藍(lán)色高濃度高N0.3mg/LP0.3mg/LP0.03mg/L種類少，數(shù)量多，主要是藍(lán)藻，一般缺乏底棲動(dòng)物。富營(yíng)養(yǎng)湖泊與貧營(yíng)養(yǎng)湖泊的特征特征貧營(yíng)養(yǎng)湖泊富營(yíng)養(yǎng)湖泊微生物數(shù) 量 品 種 分 布晝夜間的遷移水華現(xiàn)象稀 少很 多可生長(zhǎng)至深層頻繁很少出現(xiàn)豐 富較 少主要在水體表面有 限經(jīng)常發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)湖泊與貧營(yíng)養(yǎng)湖泊的特征2）、 水體富營(yíng)養(yǎng)化程度與營(yíng)養(yǎng)元素含量的關(guān)系據(jù)測(cè)定，每增殖1g藻類，約消耗0.009gP、0.063gN

8、、0.07gH、0.36gC、0.50g 氧以及Mn、Fe、Cu、Mo等各種微量元素。據(jù)計(jì)算，每1g N可增殖10.8g藻類，每1gP可增殖78克藻類。由此可見，水體中N、P含量直接決定藻類的繁殖速度，因而影響到湖泊富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程。其中P是最主要的限制性因子。因此，控制水體富營(yíng)養(yǎng)化，最重要的是控制P污染物進(jìn)入水體。Liebig最小值定律：藻類生長(zhǎng)會(huì)因水中某種元素不足而受到抑制。這種元素稱為限制性元素。富營(yíng)養(yǎng)化程度總磷無機(jī)氮極貧51001500水體中氮/磷含量(mg/m3)與富營(yíng)養(yǎng)化程度之間的關(guān)系(托馬斯)水體中氮/磷含量(mg/m3)與富營(yíng)養(yǎng)化程度之間的關(guān)系(坂本)富營(yíng)養(yǎng)化程度總磷無機(jī)氮貧營(yíng)養(yǎng)2

9、2020200中營(yíng)養(yǎng)1030100700富營(yíng)養(yǎng)10905001300流動(dòng)水2230501100水體總氮和總磷允許負(fù)荷(g/ m3a)(日本)平均水深(m)允許負(fù)荷危險(xiǎn)負(fù)荷總氮總磷總氮總磷510501001502001.01.54.06.07.59.00.070.150.250.400.500.602.03.08.012.015.018.00.130.200.500.801.001.20含N化合物在水體中的轉(zhuǎn)化第一步是含N化合物如蛋白質(zhì)、多肽、氨基酸和尿素等有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為無機(jī)氮中的氨氮；第二步則是氨氮的亞硝化和硝化，使無機(jī)氮進(jìn)一步轉(zhuǎn)化。 從污染物的轉(zhuǎn)化過程來看，有機(jī)氮NH3NO2NO3可作為需氧物

10、污染物的自凈過程的判斷標(biāo)志。 但從另一方面考慮，這一過程又是耗氧有機(jī)物向營(yíng)養(yǎng)污染物的轉(zhuǎn)化過程，在水中它們提供了藻類繁殖所需的N元素。蛋白質(zhì)水解酶 亞硝酸氨亞硝化菌硝酸硝化菌 3）. N、P化合物在水體中的轉(zhuǎn)化含P化合物在水體中的轉(zhuǎn)化 磷酸鹽、聚磷酸鹽和有機(jī)磷 P在水體中的轉(zhuǎn)化只能進(jìn)行固、液之間的循環(huán)。水體中的可溶性磷很容易與Ca2+、Fe3+、Al3+等離子生成難溶性沉淀物而沉積于水體底泥中。沉積物中的P，通過湍流擴(kuò)散再度釋放到上層水體中去。或者當(dāng)沉積物可溶性P大大超過水中P的濃度時(shí)，則可能再次釋放到水層中去。這些P又會(huì)被各種水生生物加以利用。在湖泊水體中P的含量超出0.05mg/L時(shí)，就會(huì)出

11、現(xiàn)藻類迅速增殖現(xiàn)象。若要防止湖泊水體發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化，水中P的含量應(yīng)控制在0.02mg/L以下，無機(jī)氮含量應(yīng)控制在0.3mg/L以下。4）、富營(yíng)養(yǎng)化的危害水體外觀呈色、變濁、影響景觀：內(nèi)陸湖：水華（水花 Water bloom);海洋：赤潮（紅潮 Red tide)水體散發(fā)不良?xì)馕叮和列人?，硫醇、吲哚、胺類、酮類等；溶解氧下降：分解有機(jī)物及藻類殘?bào)w造成細(xì)菌的大量繁殖，消耗掉水中的氧氣。水生生物大量死亡。有些產(chǎn)生毒素：甲藻產(chǎn)生石房毒素、進(jìn)入食物鏈。 人們打撈由于水體富營(yíng)養(yǎng)化導(dǎo)致的過量生長(zhǎng)的水葫蘆“滇池藍(lán)藻水華污染控制技術(shù)研究”基地的重力斜篩自動(dòng)脫水設(shè)備在對(duì)藍(lán)藻進(jìn)行脫水處理。脫水后藻漿經(jīng)去毒處理，可成

12、為上好的有機(jī)肥料或飼料。5)、富營(yíng)養(yǎng)化的監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)：N、P元素的含量，水體中N0.3mg/L、P0.02mg/L時(shí)，藻類生長(zhǎng)加快。 日本學(xué)者提出，按下式計(jì)算： 耗O2量 無機(jī)N(g/L) 無機(jī)P(g/L) 1500 若結(jié)果 1，富營(yíng)養(yǎng)化將出現(xiàn)。 13、油類物質(zhì) 近年來，石油及其油類制品對(duì)水體的污染比較突出，在石油開采、儲(chǔ)運(yùn)、煉制和使用過程中，排出的廢油和含油廢水使水體遭受污染。石油化工、機(jī)械制造行業(yè)排放的廢水也含有各種油類。 隨著石油事業(yè)的迅速發(fā)展，油類物質(zhì)對(duì)水體的污染愈來愈嚴(yán)重，在各類水體中以海洋受到油污染尤為嚴(yán)重。 油的污染不僅不利于水的利用，而且當(dāng)油在水面形成油膜后，影響氧氣進(jìn)入水體，對(duì)生

13、物造成危害。此外，油污染還破壞海灘休養(yǎng)地、風(fēng)景區(qū)的景觀與鳥類的生存。西班牙被原油污染的海岸墨西哥原油泄漏事件現(xiàn)場(chǎng)圖片受石油污染的小鳥滿身粘滿油污的鵜鶘在渾濁的油污中痛苦掙扎 4、重金屬 （1）、重金屬在環(huán)境中的行為和影響主要特征：在自然界中分布非常廣泛。在生產(chǎn)和生活中有著廣泛的應(yīng)用，各種各樣的重金屬污染源由此而存在于環(huán)境中。重金屬具有不同的價(jià)態(tài)、活性和毒性效應(yīng)。通過水解反應(yīng)，重金屬易生成沉淀物。重金屬還可以與無機(jī)、有機(jī)配體反應(yīng)，生成絡(luò)合物和螯合物。重金屬對(duì)人體和生物體的危害特點(diǎn)在于：第一，毒性大；第二，生物不易降解，卻能將某些重金屬轉(zhuǎn)化為毒性更強(qiáng)的金屬有機(jī)化合物；第三，食物鏈的生物富集放大作用

14、；第四，通過多種途徑進(jìn)入人體，并積蓄在某些器官中，造成慢性中毒。 目前最引起人們注意的是汞、鎘、鉛、砷、鉻等。（2）、重金屬在水體中的轉(zhuǎn)化 重金屬在水體中不能為微生物所降解，只能產(chǎn)生各種形態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)化以及分散和富集，這種過程稱之為重金屬的遷移。 重金屬在水環(huán)境中的遷移，按照物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的形式，可分為機(jī)械遷移、物理化學(xué)遷移和生物遷移三種基本類型。 機(jī)械遷移是指重金屬離子以溶解態(tài)或顆粒態(tài)的形式被水流機(jī)械搬運(yùn)，遷移過程服從水力學(xué)。物理化學(xué)遷移是指重金屬以簡(jiǎn)單離子、配離子或可溶性分子，在環(huán)境中通過一系列物理化學(xué)作用（水解、氧化、還原、沉淀、溶解、吸附作用等）所實(shí)現(xiàn)的遷移與轉(zhuǎn)化過程。這是重金屬在水環(huán)境中

15、最重要的遷移轉(zhuǎn)化形式。 重金屬在水環(huán)境中的物理化學(xué)遷移主要包括下述幾種作用沉淀作用 重金屬在水中可生成氫氧化物，硫化物或碳酸鹽等難溶物質(zhì)。其結(jié)果使重金屬污染物在水體中的擴(kuò)散速度和范圍受到限制，這從水質(zhì)自凈方面看是有利的，但大量重金屬因而沉積于排污口附近的底泥中，并可能在環(huán)境條件改變時(shí)重新釋放出來。 吸附作用 重金屬離子由于帶正電，在水中易于被帶負(fù)電的膠體顆粒所吸附。 氧化還原作用 氧化還原作用在天然水體中有較重要的地位。由于氧化還原作用的結(jié)果，使得重金屬在不同條件下的水體中以不同的價(jià)態(tài)存在，而價(jià)態(tài)不同其活性與毒性也不同。 生物遷移 是指重金屬通過生物體的新陳代謝、生長(zhǎng)、死亡等過程所進(jìn)行的遷移。

16、這種遷移過程比較復(fù)雜，它既是物理化學(xué)問題，也服從生物學(xué)規(guī)律。所有重金屬都能通過生物體遷移，并由此使重金屬在某些有機(jī)體中富集起來，經(jīng)食物鏈的放大作用，構(gòu)成對(duì)人體的危害。如淡水魚可富集汞10000倍、鎘3000倍等。藻類對(duì)重金屬的富集程度更為強(qiáng)烈。汞 Hg （ ）汞的毒性很強(qiáng)，而有機(jī)汞化合物的毒性又超過無機(jī)汞。無機(jī)汞如HgCl2等難溶，因而不易進(jìn)入生物組織；有機(jī)汞如烷基汞、苯基汞等，有很強(qiáng)的脂溶性，易進(jìn)入生物組織，并有很高的蓄積作用。無機(jī)汞在水體中易沉積于底層沉積物中，在微生物作用下可轉(zhuǎn)化為有機(jī)汞而進(jìn)入生物體內(nèi)，再通過食物鏈作用逐漸濃集，最后影響到人體。汞在無脊椎動(dòng)物體中的富集可達(dá)10萬倍，日本的水俁病就是人長(zhǎng)期吃富集甲基汞的魚而造成的。鎘Cd（ ）鎘的化合物毒性大，蓄積性也很強(qiáng)，動(dòng)物吸收的鎘很少能排出體外。受鎘污染的河水用作灌溉農(nóng)田，可引起土壤鎘污染，進(jìn)而污染農(nóng)作物，最后影響到人體。日本的痛痛病就是吃了被含鎘污水生產(chǎn)的稻米所致。鎘進(jìn)入人體后，主要貯存在肝、腎組織中不易排出。鎘的慢性毒性主要使腎臟吸收能力不