水體污染與控制

水體污染與控制第一頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三本章的主要內(nèi)容第一節(jié)水體污染第二節(jié)水體自凈作用與水環(huán)境容量第三節(jié)主要污染物在水體中的化學(xué)變化第四節(jié)水體污染的控制第二頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三第一節(jié)水體污染一、水體及水體污染的概念

1、水體的概念水體是指河流、湖泊、池塘、水庫(kù)、沼澤、海洋以及地下水等水的積聚體。在環(huán)境學(xué)中，水體不僅包括水本身，還包括了水中的懸浮物、溶解物質(zhì)、膠體物質(zhì)、底質(zhì)(泥)和水生生物等。應(yīng)把它看作完整的生態(tài)系統(tǒng)或完整的綜合自然體來(lái)看。水體按其類型不同可以分成陸地水體和海洋水體以及地表水體和地下水體等。第三頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三第四頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三2、水體污染的概念人類的活動(dòng)使得大量污染物質(zhì)排入水體。一般排入的方式有兩種，一種是直接向水體排入污染物質(zhì)，另一種是隨降水將大氣污染物帶到地面，再經(jīng)雨水沖刷到水體中。這種方式也包括了將土壤中的污染物沖入水體的情況。排入水體的污染物質(zhì)使水和水體底泥的物理、化學(xué)性質(zhì)或生物群落組成發(fā)生變化，從而降低了水體的使用價(jià)值，這種現(xiàn)象稱為水體污染。

第五頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、水質(zhì)指標(biāo)與水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)1、水質(zhì)指標(biāo)水質(zhì)是指水和其中所含的雜質(zhì)共同表現(xiàn)出來(lái)的物理學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)的綜合特性。水質(zhì)指標(biāo)則表示水中雜質(zhì)的種類、成分和數(shù)量，是判斷水質(zhì)的具體衡量標(biāo)準(zhǔn)。水質(zhì)指標(biāo)項(xiàng)目繁多，總共可有上百種。它們可以分為物理的、化學(xué)的和生物學(xué)的三大類。第六頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三●物理性水質(zhì)指標(biāo)●化學(xué)性水質(zhì)指標(biāo)●生物學(xué)水質(zhì)指標(biāo)第七頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三幾種常用的和主要的水質(zhì)指標(biāo)簡(jiǎn)單介紹：●懸浮物●污水的細(xì)菌污染指標(biāo)●pH值●溶解氧●有機(jī)物含量●有毒物質(zhì)指標(biāo)第八頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三2、水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)無(wú)論是作為生活飲用水、工業(yè)給水、農(nóng)業(yè)用水、漁業(yè)用水，還是作為航運(yùn)、旅游或水能利用等等，都有一定的水質(zhì)要求。即針對(duì)不同的用途，要建立起相應(yīng)的物理、化學(xué)和生物學(xué)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)水中的雜質(zhì)加以一定的限制。此外，為了保護(hù)環(huán)境、保護(hù)水體的正常用途，也需要對(duì)排入水體的生活污水和工農(nóng)業(yè)廢水水質(zhì)提出一定的限制和要求。這些要求就是水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。第九頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三三、水體污染源在向水體排放污染物的過(guò)程中，根據(jù)人類活動(dòng)的不同形式，可以將水體污染源分成下面幾種類型。

第十頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三1、工業(yè)污染源2、城市生活污水3、農(nóng)村污水和灌溉水4、船舶廢水第十一頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三四、水體污染物1、病原體污染物2、需氧物質(zhì)污染物3、有毒化學(xué)物質(zhì)4、酸性、堿性物質(zhì)和鹽類5、石油污染6、放射性污染7、熱污染第十二頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三第二節(jié)水體自凈作用與水環(huán)境容量未經(jīng)妥善處理的廢水任意排入天然水體，會(huì)使水中的物質(zhì)組成發(fā)生變化，破壞了原有的物質(zhì)平衡造成水質(zhì)惡化。但是，與此同時(shí)，污染物質(zhì)也參與水體中物質(zhì)轉(zhuǎn)化和循環(huán)過(guò)程。經(jīng)過(guò)一系列的物理、化學(xué)和生物學(xué)的變化，污染物質(zhì)被分離或分解，水體基本上或完全地恢復(fù)判原來(lái)的狀態(tài)，這個(gè)自然凈化的過(guò)程就叫做水體自凈。水體自凈的過(guò)程十分復(fù)雜，受很多因素的影響。從機(jī)理上看，水體自凈主要由下列幾種過(guò)程組成：第十三頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三●物理過(guò)程：其中包括稀釋、擴(kuò)散、揮發(fā)、沉淀等過(guò)程；●化學(xué)和物理化學(xué)過(guò)程：其中包括氧化、還原、吸附、凝聚、中和等反應(yīng)，●生物學(xué)和生物化學(xué)過(guò)程：進(jìn)入水體中的污染物質(zhì)，特別是有機(jī)物質(zhì)，由于水中微生物的代謝活動(dòng)而被分解氧化并轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)物的過(guò)程。第十四頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三一、廢水在水體中的稀釋和擴(kuò)散稀釋實(shí)際上只是將廢水中的污染物質(zhì)擴(kuò)散到水體中去，從而降低這些物質(zhì)的相對(duì)濃度。單純的稀釋過(guò)程并不能除去污染物質(zhì)。第十五頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三1、稀釋機(jī)理污染物質(zhì)進(jìn)入河流水體后，產(chǎn)生了兩種運(yùn)動(dòng)形式：一是污染物質(zhì)由于河水流速的推動(dòng)沿著水流前進(jìn)的方向運(yùn)動(dòng)。這一水流輸送污染物質(zhì)的形式，可稱為推流或平流。以公式表示為：

Q1=vC

第十六頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三式中：Q1：污染物質(zhì)推流量(mg／m2·s)；

v：河流流速(m／s)；

C：污染物質(zhì)濃度(mg／m3)。由上式可見(jiàn)，河流流速越大，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積輸送的污染物質(zhì)數(shù)量(污染物質(zhì)推流量)越多。第十七頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三二是由于污染物質(zhì)的進(jìn)入，使水流產(chǎn)生了濃度的差異。污染物質(zhì)就會(huì)由高濃度處向低濃度處遷移。這一物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)形式稱為擴(kuò)散。濃度差異越大，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積擴(kuò)散的污染物質(zhì)的量(污染物質(zhì)的擴(kuò)散量)也越多。以公式表示為：

Q2=-KdC/dx

第十八頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三式中：

Q2

：污染物質(zhì)擴(kuò)散量(mg／m2·s)；

dC/dx：?jiǎn)挝宦烦涕L(zhǎng)度上的濃度變化值(mg／ms·m)；

C：污染物質(zhì)濃度，x為路程長(zhǎng)度。由于x值增大時(shí)C值相應(yīng)變小，故dC/dx為負(fù)值；

K：擴(kuò)散系數(shù)(m2／s)，它與河流的彎曲程度、河床底部的粗糙程度以及流速、水深有關(guān)。

推流和擴(kuò)散是兩種同時(shí)存在而又相互影響的運(yùn)動(dòng)形式，由此而產(chǎn)生污染物質(zhì)的濃度從排入口往下游逐漸降低的稀釋現(xiàn)象。第十九頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三2、水體混合稀釋廢水排入河流后，會(huì)因推流和擴(kuò)散作用而逐漸與河水相混合，污染物質(zhì)的濃度逐漸降低，此過(guò)程是逐漸的而不能馬上與全部河水混合，其影響因素主要有：第二十頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三●河水流量與廢水流量的比值。此值大時(shí)，就需要通過(guò)較長(zhǎng)的距離，才能在整個(gè)河流斷面上，達(dá)到完全均勻的混合；●廢水排放口的形式。如果廢水在岸邊集中排放，則完全混合所需的時(shí)間和距離較長(zhǎng)，如果是分散地排放于河流中央，則完全混合所需時(shí)間較短；●河流的水文條件，如河深、流速、河道彎曲狀況、是否有急流、湍流等都會(huì)影響混合程度。第二十一頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三顯然，在未達(dá)到完全混合的河道斷面上，只有一部分河水參與了對(duì)廢水的稀釋。參與混合稀釋的河水流量與河水總流量之比稱為混合系數(shù)：第二十二頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三式中：a：混合系數(shù)；Q1：參與混合稀釋的河水流量；Q：河水總流量。在完全混合的河道斷面上及其下游，混合系數(shù)，而從廢水排放口到完全混合斷面的這段距離內(nèi)，a＜1。第二十三頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三當(dāng)河道較為平直且無(wú)局部急流險(xiǎn)灘的地段，混合系數(shù)也可以近似地用下式表示：式中：L1：廢水排放口至計(jì)算斷面的距離；L2：廢水排放口至完全混合斷面的距離。第二十四頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三廢水被河水稀釋的程度，用稀釋比n表示。它是參與混合稀釋的河水流量Q1與廢水流量q的比值：第二十五頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三在實(shí)際工作中需根據(jù)具體情況來(lái)確定混合系數(shù)值。一般情況下可按經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于流速在0.2－0.3m／s的河流，取a=0.7：0.8，流速較低時(shí)，a=0.3：0.6左右；流速較高時(shí)，則可取a為0.9左右。如果能較好地設(shè)計(jì)廢水排放口以促進(jìn)廢水與河水的混合，例如采用分散式排放口或?qū)⑴欧趴谏烊胨w，并裝置多孔出口等設(shè)備或把廢水送到水流湍急的地方，則可以考慮取a=1。第二十六頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、水體的生化自凈廢水進(jìn)入河流后，除得到稀釋外，其中的有機(jī)污染物質(zhì)還會(huì)在水中微生物的作用下進(jìn)行氧化分解，逐漸變成無(wú)機(jī)物質(zhì)。這一過(guò)程稱為水體生化自凈。有機(jī)污染物質(zhì)可以通過(guò)生化自凈而消除或減少，而大多數(shù)無(wú)機(jī)污染物質(zhì)只能通過(guò)稀釋而降低其濃度，卻并未減少其總量。第二十七頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三1、水體中氧的消耗與溶解在有機(jī)物質(zhì)被微生物氧化分解的過(guò)程中需要消耗一定數(shù)量的氧。這部分氧用于碳化作用和硝化作用之中。除此以外，廢水中的還原性物質(zhì)(如等)、沉積水底的淤泥在分解時(shí)，以及一些水生植物在夜間呼吸時(shí)，都要從水中吸收氧氣，從而降低水中的溶解氧含量。由于這些原因，水體中的溶解氧會(huì)不斷消耗著。第二十八頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三上述各個(gè)過(guò)程所消耗的氧一般有三個(gè)來(lái)源：●水體和廢水中原來(lái)含有的氧；●大氣中的氧向含氧不足的水體擴(kuò)散溶解，直到水體中的溶解氧達(dá)到飽和；●水生植物白天通過(guò)光合作用放出氧氣，溶于水中，有時(shí)還可使水體中的氧達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)。第二十九頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三因此，水體中的氧氣在被消耗的同時(shí)，又逐漸得到補(bǔ)充和恢復(fù)。這就是水體中的耗氧和復(fù)氧過(guò)程。所以當(dāng)河流接納廢水以后，排入口(受污點(diǎn))下游各點(diǎn)處溶解氧的變化是十分復(fù)雜的。在一般情況下，緊接著排入口的各點(diǎn)，溶解氧逐漸減少(見(jiàn)圖6—1)。第三十頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三圖6-1耗氧、復(fù)氧和氧垂曲線示意圖第三十一頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三因?yàn)閺U水排入后，河水中有機(jī)物較多，它的耗氧速度超過(guò)了河流的復(fù)氧速度。隨著河水中有機(jī)物的逐漸氧化分解，耗氧速度逐漸降低。在排入口下游某點(diǎn)處終于出現(xiàn)耗氧速度與復(fù)氧速度相等得情況。這時(shí)，溶解氧的含量最低，過(guò)了這一點(diǎn)以后，溶解氧又逐漸回升。這一點(diǎn)稱為最缺氧點(diǎn)。再往下游，復(fù)氧速度大于耗氧速度。如果不再受到新的污染，河水中的溶解氧會(huì)逐漸恢復(fù)到廢水排入口之前的含量。第三十二頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三2、氧垂曲線公式廢水排入水體后，耗氧與復(fù)氧是同時(shí)進(jìn)行的。將耗氧與復(fù)氧兩條曲線疊合起來(lái)就可以得到氧垂曲線（圖6-1）。氧垂曲線公式（稱為Streeter-Phelps方程）如下：

第三十三頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三式中：Dt--廢水排入河流t日后，河水與廢水的混合水中虧氧量；D0--廢水排入點(diǎn)處（受污點(diǎn)），河水與廢水的混合水中虧氧量；La——廢水排入點(diǎn)處，河水與廢水的混合水的第一階段BOD。

第三十四頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三三、水環(huán)境容量水體的自凈作用說(shuō)明了自然環(huán)境中存在著對(duì)污染物質(zhì)的一定的容納能力。從城市或工業(yè)企等排放出來(lái)的污水、廢水并不一定要處理到完全達(dá)到相應(yīng)的水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的程度才能排入水體。一定水體在規(guī)定的環(huán)境目標(biāo)下所能容納污染物質(zhì)的最大負(fù)荷量就稱為水環(huán)境容量。其容量的大小與下列因素有關(guān)：第三十五頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三1、水體特征水體的各種水文參數(shù)(河寬、河深、流量、流速等)，背景參數(shù)(水的pH值、堿度、硬度、污染物質(zhì)的背景值等)，自凈參數(shù)(物理的、物理化學(xué)的、生物化學(xué)的)和工程因素(水上的工程設(shè)施，如閘、堤、壩以及污水向水體的排放位置、排放方式等)。第三十六頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三2、污染物特征污染物的擴(kuò)散性、持久性、生物降解性等都影響環(huán)境容量。一般來(lái)說(shuō)，污染物的物理化學(xué)性質(zhì)越穩(wěn)定，環(huán)境容量越小。耗氧有機(jī)物的水環(huán)境容量最大，難降解有機(jī)物的水環(huán)境容量很小，而重金屬的水環(huán)境容量則甚微。第三十七頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三3、水質(zhì)目標(biāo)水體對(duì)污染物的納污能力是相對(duì)于水體滿足一定的用途和功能而言的。水的用途和功能要求不同，允許存在于水體的污染物量也不同。根據(jù)我國(guó)地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)可將水體分為五類，每類水體允許的標(biāo)準(zhǔn)決定著水環(huán)境容量的大小。另外，由于各地自然條件和經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件的差異較大，水質(zhì)目標(biāo)的確定還帶有一定的社會(huì)性，因此，水環(huán)境容量還是社會(huì)效益參數(shù)的函數(shù)。第三十八頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三假如某種污染物排入某地面水體，此水體的水環(huán)境容量可用下武表示：式中：W——某地面水體的水環(huán)境容量，

V——該地面水體的體積；

S——地面水中某污染物的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)(水質(zhì)目標(biāo))’

B——地面水中某污染物的環(huán)境背景值；

C——地面水的自凈能力。第三十九頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三污染物進(jìn)入水體以后會(huì)發(fā)生一系列變化，通過(guò)各種變化，污染物向以下幾個(gè)方向轉(zhuǎn)化。(1)分散在水體中，逐漸稀釋；(2)分解和轉(zhuǎn)化為其他物質(zhì)；(3)沉淀在底泥中；(4)消耗水中的溶解氧，使水質(zhì)惡化；(5)富營(yíng)養(yǎng)化。污染物不同，遷移轉(zhuǎn)化的方式也不相同，并且污染物的遷移轉(zhuǎn)化有時(shí)可以沿幾個(gè)方向同時(shí)進(jìn)行。例如，某一污染物質(zhì)在轉(zhuǎn)化為其他物質(zhì)的同時(shí)也會(huì)被分散和稀釋等。了解污染物在水體中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律十分重要。第三節(jié)主要污染物在水體中的化學(xué)變化第四十頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三一、天然有機(jī)物的降解進(jìn)入水體的天然有機(jī)化合物，如糖類、纖維素、脂肪、蛋白質(zhì)等，一般較易通過(guò)生物降解。第四十一頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三1、碳水化合物在水中的降解2、脂類降解3、蛋白質(zhì)的降解第四十二頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、碳?xì)浠衔锏慕到馐椭泻型闊N、烯烴和芳香烴等。石油進(jìn)入水體后，就浮于水面，在水面擴(kuò)展、漂流。其中一部分揮發(fā)在大氣中，另一部分則形成乳化油滴，這些油滴附著在水體中的顆粒物或水生生物上下沉或擴(kuò)散，逐步擴(kuò)展污染范圍。第四十三頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三烴類在水中的變化主要有兩種：一種是在光照下氧化，這種方式作用緩慢；另—種是依靠微生物降解。通過(guò)微生物的作用將其轉(zhuǎn)化為酸類、醇類以及其他較易分解的化合物。然后再進(jìn)一步降解。第四十四頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三三、重金屬的遷移轉(zhuǎn)化1、重金屬在水體中的轉(zhuǎn)化方式2、幾種主要重金屬元素在水體中的遷移和轉(zhuǎn)化第四十五頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三四、農(nóng)藥的降解農(nóng)藥是水體中常見(jiàn)的污染物。有些農(nóng)藥在水體中較易分解，有些則比較穩(wěn)定，能長(zhǎng)期保持在水體中，對(duì)水體影響很大。第四十六頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三1、非生物降解2、生物降解第四十七頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三一、控制廢水排放的措施1、改革或改進(jìn)生產(chǎn)工藝，減少污染物質(zhì)2、重復(fù)利用廢水，使廢水排放量減到最低水平3、回收廢水中有用物質(zhì)4、加強(qiáng)對(duì)水體及污染源的監(jiān)測(cè)與管理第四節(jié)水體污染的控制第四十八頁(yè)，共五十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、充分利用水體自凈能力水體受到污染后，在物理、化學(xué)和生物的作用下，逐步消除污染物