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,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。,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。,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。,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。,二、水循环自然循环,二、水循环社会循环,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。,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,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,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,二、水体的污染物, 无机无毒物 颗粒状无机物：泥沙，尘土，渣； 酸、碱、无机盐： pH在6-9； 植物营养物：N，P, 无机物毒物, 非金属有毒物，主要有CN-，As，Se ，F，S 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；0.0001-0.001mg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；, 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： 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。 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；, 有机有毒物, 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。 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， 多氯联苯 同类有73种剧毒物，最毒为二恶英 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。, 其他污染物, 放射性废物 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； 感官污染物 色、嗅、味、泡沫、恶臭,三、污染物在水中的迁移和转化, 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, 污染物在水中的转化, 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。,附：需氧有机物的降解与溶解氧平衡, 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，NO2N，NO3N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。,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。, N、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。, 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, 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。,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。,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。,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。,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 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 人为污染源 点源工业废水、生活污水 面源农田灌溉水等,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 物理法 （对象为悬浮液） 筛滤法 格筛，表面过滤，深层过滤 重力沉降法 沉淀池，隔油池，浓缩池 离心法,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,2）旋转筛过滤机,附：格栅的设计,重力沉降法 利用密度差去除水中的悬浮颗粒,1）沉砂池,2）曝气沉砂池,3）沉淀池,离心法 利用惯性力, 化学法, 中和法（除去酸、碱物质）标准值为 pH 为6-9； 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 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 电解法 混凝法, 物理化学法, 气浮法 吸附法（如活性炭吸附） 离子交换法 萃取法 膜分离法,气浮装置,电渗析, 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 有一部分形成自身的细胞质，促进微生物的繁殖。 好氧生物法 原理：有机物O2 好氧微生物 CO2+H2O+能量 工艺：活性污泥法 生活污水 重力沉降 去除悬浮物 曝气降解 去除有机物 沉降分离 净化水 生物膜法 使滤料表面挂上微生物，增加水中有机物和微生物接触的机会。, 厌氧生物分解 机理：有机物 产酸菌 小分子有机物（有机酸和醇类） CO2+H2S+NH3 有机酸 甲烷菌 CH4+CO2+能量 同时生成微生物体内的原生质。 设备：各类消化池。,一般城市污水处理厂的典型流程, 水体污染综合防治,A、控制废水排放 改革工艺，强化管理，减少排放量和排放浓度 提高水的重复利用率 改革生产工艺，实现清洁生产 用于农灌和养殖业 B、建立自然净化系统 C、统一规划处理系统 建立综合性污水处理厂 修建调节水库和曝气设施 组织闭路系统 调整工业布局,小小考,简述一般污水处理厂的二级处理流程，并简要说明各单元的作用。（10）,