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1、一、水对人类和在环境中的重要作用 地球生态系统 人类及生物 人类生产生活,玉米 用水368m3/t；小麦 513m3/t棉花 648m3/t水稻 1000m3/t,农业灌溉用水量,占总用水量的70%,二水圈与水资源 地球上海洋、河流、冰川融化水、地下水、湖泊、大气含水、土壤水和生物水，在地球周围形成了一个紧密联系、相互作用，又相互不断交换的水圈。水圈就是地球表面不连续的水壳。,全球总贮水量估计为13.9亿立方千米，但其中淡水总量仅为0.36亿立方千米。除冰川和冰帽外，可利用的淡水总量不足世界总贮水量的1。,全球水循环在太阳能的推动下，地球上的水在不断循环变化。通过形态的变化，水在地球上起到热量
2、输送和调节气候的作用。,表32 地球上的水循环（单位：千米3/年）,人类对水循环最重要的影响是对水的消耗性使用。减少了河水流量，人为改变了水循环。,三 我国水资源主要问题,我国水资源总量为28124亿立方米，其中河川径流量为27115亿立方米，居世界第六位。但我国人均水资源量只有2300立方米，约为世界人均水资源量的三分之一，列世界第88位。亩均水资源量也只有1770立方米，相当于世界平均数的三分之二左右。,(1)我国水资源人均和亩均水量少,我国水资源的地区(空间)分布很不均匀，与耕地、人口的地区分布也不相适应。我国南方水资源总量占全国总量的8l，人口数占全国的54.7，耕地面积只占全国35.
3、9；而北方水资源总量只占全国总量14.4，耕地面积却占全国的58.3。,(2)水资源在地区分布上很不均匀，水土资源组合不平衡,我国位于东亚季风区，降水和径流的年内分配很不均匀。年际变化大，枯水年和丰水年持续出现，平均约每三年发生一次较严重的水旱灾害。,(3)水量年内及年际变化大，水旱灾害频繁,由于自然条件的限制和长期人类活动的结果，中国森林覆盖率只有12，居世界第120位。水土流失严重，全国水土流失面积约150万平方公里，占国土面积六分之一左右。结果造成许多河流的含沙量大，如黄河年平均含沙量为37.7公斤立方米，年输沙总量160000万吨，居世界大河之首。,(4)水土流失严重，许多河流含沙量大
4、,(5)我国水资源开发利用各地很不平衡,四、世界水资源的利用情况,人类对水资源的开发利用分两类,取用水量,取用水能,从水体取走所需的水量，数量有所消耗，质量有所变化，在另外地点回归水体。,水力发电、发展水运、水产和水上游乐等。,人类在早期对水资源的开发利用，主要是在农业、航运、水产养殖和水能利用等方面；直到本世纪初，工业和城市生活用水仍只占总用水量的12左右。,1世界水资源的供给与利用,随着世界人口的高速增长以及工农业生产的发展，水资源的消耗量越来越大。,由表中数据可以看出，随着人类文明的进步，对水资源的需要量越来越大，2000年用水量为1950年的6倍。,但是，可供人类使用的水资源却不会增加
5、；甚至会因人为的污染等因素而使质量变差，数量减少。,2水资源消耗原因,用水量的增加,公共用水,据统计，近40年来，全世界工业用水增加了7倍；而农业用水量仅增加了2倍;,(包括饮用水和卫生用水,全球为56);,（发达国家工业用水占40以上，发展中国家工业用水则不到10）,工业用水,农业用水,三水危机产生的原因,从总的水储量和循环量来看，地球上的水资源是丰富的，如能妥善保护与利用，则可以供应200亿人的使用。,(1)自然条件影响(2)城市与工业区集中发展(3)水体的污染,水资源危机的原因何在呢?,淡水在地球上的分布极不均匀，而且受到气候变化的影响，所以许多国家或地区用水量甚缺。,(1)自然条件影响
6、,(2)城市与工业区集中发展,200多年来，世界人口趋向于集中在占地球较小部分的城镇和城市中，在20世纪中期以来这种城市化进程已明显加快。目前世界上城市居民约占世界人口的41.6，而城市占地面积只占地球上土地总面积的0.3。,例如，日本年均降雨量1818毫米，但由于73的工业集中在太平洋沿岸，而且东京、大阪、名古屋三大城市周围50千米以内，不到国土的1土地以上居住了全国总人口的32，因此这些城市用水十分紧张。,(3)水体的污染,水体有二个含义：一般是指河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、海洋的总称；在环境学领域中则把水体当作包括水中的悬浮物、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
7、体。,水体按类型可分为,海洋水体,陆地水体,地表水体（河流、湖泊等）,地下水体,五、水污染现状及趋势 水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、生物或者放射性等方面特性的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或者破坏生态环境，造成水质恶化的现象。,为了反映水体被污染的程度，要用污水的水质指标来表示。污水水质指标主要有下列几项：,污水的水质指标,(a)悬浮物（或称悬游物）,(b)废水中有机物浓度,(c)pH值,(d)污水的细菌污染指标,(e)污水中有毒物质指标,(a)悬浮物（或称悬游物）是污水中呈固体状的不溶解物质，它是水体污染基本指标之一。,(b)废水中有机物浓度也是一个重要的水质指标。由于
8、有机物的组成比较复杂，要想分别测定各种有机物的含量比较困难，一般采用BOD5和COD指标来表示有机物的浓度：,生物化学需氧量，(Biochemical oxygen demand)，用BOD5表示，BOD5表示水中的有机污染物经微生物分解所需的氧量(单位体积的污水所消耗的氧量，毫克升)。BOD5越高，表示水中需氧有机物质越多。,化学需氧量(Chemical oxygen demand)用COD表示，即化学氧化剂氧化水中有机污染物时所需的氧量。目前常用的氧化剂主要是重铬酸钾或高锰酸钾。,(c)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和排水管道等都有很大影响，所以被列为检验污
9、水水质的重要指标之一。,(d)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：细菌(杂菌)的总数/毫升水。水中大肠菌的多少。水中含有大肠菌，即说明已被污染。,(e)污水中有毒物质指标 我国已制定过“地面水中有毒物质的最高容许浓度”的标准，列出了40种有毒物质。,以上五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。,北京市 排入城市下水道的水污染物排放标准,水体污染源,水体污染来源有二种形式,(a)点源 工业污染源和生活污染源,(b)面源 农村污水和灌溉水,对水体污染有较大影响的共有十种污染物：,水体中的主要污染物,
10、(a)需氧污染物(b)植物营养(c)重金属(d)农药(e)石油(f)酚类化合物(g)氰化物(h)酸碱及一般无机盐类(i)放射性物质(j)病原微生物和致癌物,溶解氧(DO),是水质的重要参数之一，也是鱼类等水生生物生存的必要条件。,图34 水的DO含量随呼吸、光合作用、再充气 过程作用而变化的情况,图35 水中有机废物的氧化作用 和DO含量的关系,所谓植物营养物主要是指氮、磷、钾、硫及其化合物。从农作物生长的角度看，植物营养物是宝贵的物质，但过多的营养物质进入天然水体，将恶化水体质量，影响渔业的发展和危害人体健康。,(b)植物营养物,化肥生活污水的粪便和含磷洗涤剂大气降水淋洗和对磷灰石、硝石、鸟
11、粪层的冲刷,营养物质来源,在环境污染方面所说的重金属主要指汞、镉、铅、铬、砷等生物毒性显著的重元素，也包括具有毒性的重金属锌、铜、钴、镍、锡等。,(c)重金属,重金属污染物最主要的特性是：在水体中不能被微生物降解，而只能发生各种形态之间的相互转化，以及分散和富集的过程。,重金属在水体中的迁移主要是下列物理化学作用。沉淀作用、吸附作用、氧化还原作用,重金属以汞毒性最大，镉次之，铅、铬、砷也有相当毒害，有人称之为“五毒”。,无机汞（Hg）超过2g/L就会对人体的肾脏造成损伤。铅（Pb）会造成婴儿和儿童的身体或智力发育迟缓，对于成年人则会诱发肾病和高血压。镉（Cd）可造成人体肾脏的损伤，在体内的累积
12、可以将骨骼中的钙置换出来，致使骨质疏松，软化多孔。铬（Cr）以两种价态存在，Cr3+可以致畸变、Cr6+可以致癌。人体摄取的铜（Cu）过量会造成肠胃不适、肝脏和肾脏的损伤。,19901998年度全国各大流域综合污染指数年际变化,辽河、海河污染严重，淮河水质也较差黄河水质不容乐观，松花江水质尚可珠江、长江水质总体良好,1.水污染状况严峻,2004年 七大水系水质类别比例比较,国家环境状况公告表明，2010年，中国地表水污染依然较重，湖泊（水库）富营养化问题突出，204条河流中，不能作为水源的类和劣类水质的断面比例分别为23.7%和16.4%。湖泊方面，26个国控重点湖泊（水库）中，不能饮用的类水
13、4个，占15.4%；类的6个，占23.1%；劣类的10个，占38.5%。全国地下水质量状况也不容乐观，2351个监测点的水质为较差-极差级，占全部监测点的57.2%。,地下水污染日益严重，加剧水资源危机,监测表明，全国2/3城市地下水水质下降，局部地段水质恶化，数以千计的供水井报废。,严重污染,中度污染,轻度污染,太原市,石家庄,全国大中城市地下水主要污染指标统计表,2005年四大海区部分近岸海水水质评价对比图,近岸海域以东海污染为重，其次为渤海,我国近岸海水水质评价,主要污染因子是无机氮和活性磷酸盐,315个测点,2005年 我国近岸海水氮 磷 超标状况,我国6090年代有记录的赤潮发生次数
14、,饮用有毒元素超标的地下水造成各种致病隐患,2.工业生产与生活用水加剧了污染环保部的正式数据表明，中国的废水排放量年年上升，2010年达到617.3亿吨。没经过处理，或者处理后没有达标的废水，排放后必然造成水体污染。现在的问题是，有些地方上了污水处理厂但却没有正常运行，也有些是因为管网铺失没有到位导致污水处理不能发挥效率，更有些则是一些不法企业私自或通过搞定某些部门半公开偷排，严重污染地表水和地下水。,即便是正常运行的污水处理厂的达标处理，是以COD、BOD、氨氮等作为指标进行控制的，也即是污水处理厂所谓达标排放的水，也是属劣五类，是绝不允许作为饮用水源的。不幸的是，这些所谓的达标水，往往直接
15、排放到江河湖海，混入下游自来水的水源，进入某一个自来水厂。,3.自来水的处理工艺没“与时俱进”自中国第一个自来水厂在上海杨树浦投产至今已近130年的历史。在此期间，中国已建了成千上万个自来水厂，几乎涵盖了所有镇级以上的行政区域。然而，遗憾的是近130年来，水厂投资不断增加，设施不断完善，但净水工艺却没有与时俱进，仍停留在传统的混凝、沉淀、过滤、消毒工艺。,目前传统的自来水生产工艺仅仅去除感观状污染物与微生物致病菌，对化学污染物和重金属束手无策。另外一个危害是，水体中已发现的有机物达2000多种，它们是水质微污染的罪魁祸手，有些种类具有直接的致癌、致畸、致基因突变等“三致”效应。也有些种类本身毒
16、性不大，但因绝大多数自来水厂采用加氯消毒法，水中的余氯会与其反应生成具有三致效应的消毒副产物。,自来水另一个特别突出的问题就是冗长的输水管线，小区二次供水的输水箱引发的污染。众所周知，中国很多地方发展太快，水管修了扩，扩了修，而且常常管道选材不当，老化严重，导致污染物在水中溶出而进入千家万户，引发问题。自来水管道的老化、小区高层二次供水等，此外，2006版的饮用水标准从原来的35项检测指标，增加到106项，因为各地分析检测手段等方面的原因，要推迟到今年7月1日才強制执行。但检测设备昂贵，中国到底有多少自来水厂具备检测条件，业内人心知肚明。至于其他科学上己经证明具有潜在危害的成千上万种可能残留在
17、水中的有机物，一般的水厂不会去检测。,4.新兴污染物不断增加，防不胜防水中的新兴污染物指的是目前确己存在，但尚无环保法律法规予以规定或规定不完善，危害生态环境与人类健康，且在环境中存在或己经通过各种生产生活活动进入水体的污染物。,它包括环境毒素、药品与个人护理用品、环境纳米污染物、消毒副产物、藻毒素与新型致病菌等，其毒性效应已广受关注。环境毒素又称环境内分泌干扰物，它不易降解、残留期长，可通过生物浓缩和食物链放大使其在人体内富集，进而扰乱人的分泌系统、神经系统和免疫系统。据统计近年中国男性平均精子数急剧减少与此密切相关。目前己经认定环境中有40多种化学污染物，其中多半是氯化有机物，会与人体和动
18、物的内分泌系统发生交互作用，干扰其雌激素、睾酮、甲状腺等的正常功能，临床上表现为生殖障碍、出生缺陷、发育异常、代谢紊乱及某些癌症等，这些污染物被称为环境激素。,5.水污染向农村蔓延趋势已成事实水污染大有从城市向农村蔓延的趋势，青山绿水的农家景象已不多见。在武夷山脉末端-国家级梁野山自然保护区的山脚下，是广东韩江真正的源头之一。水从山上流出，进入溪流，村里有一口水井，曾经甘甜如诒。井水溪水取回新加坡做水质分析，结果大吃一惊：井水溪水均有农药、激素、抗生素残留。,农村有化肥、农药等污染，容易理解，激素、抗生素乃至井水也有微污染，则令人不解。调研后发现：养殖业使用饲料，饲料添加激素、抗生素，畜禽的排
19、泄物用作农家肥，氮磷等被吸收，残留的激素、抗生素就在农村的土地、水体中渗透、迁移。结果不但污染溪河，还影响井水，导致农村怪病丛生，癌症频发。央视新闻调查栏目推出的河流与村庄报道，曾揭密山东省沈丘县部分村庄癌症死亡之迷，水污染是罪魁祸首。此外，在很多农村地区，规模化畜禽养殖场，大多数没有任何污水处理设施。农村的生活污水、垃圾点多面广，一半都未经处理，随意排放。,6.水生态恶化：水体自净功能基本丧失在正常情况下，各种水体有各自的生态系统。水体能够在其环境容量的范围内，经过水体的物理、化学和生物的作用，使排入污染物质的浓度和毒性随时间的推移，在向下游流动的过程中自然降低，我们称之为水体的自净作用。任
20、何水体都有一定的自净容量，所谓自净容量是指在水体正常生物循环中能够净化有机污染物的最大数量。,科学家尝试多种办法来实现水体的自净，如利用水生植物原位修复污染水体等。但遗憾的是，由于在很多地方，湖泊、河流的生态结构已经改变，造成河流湖泊的生态系统退化，水体的自净能力更进一步降低，修复术真正能发挥作用的很少。水质污染的速度和数量，使大多数水资源不能进入自然修复再生的良性循环。中国环境问题的现状是近30年来人类的生产生活方式所产生的污染物已远远超过环境的实际负荷量。且不说无法通过生物降解的重金属与大量难以降解的合成有机物排河入江、污染土壤，单就氮、磷大量排放引发的富营养化问题，自然界也失去了纳污自净
21、的能力。,虽然环保呼声日益高涨，然而，中国污废水的排放总量，不但没有减少，反而年年增加。据报道，2010年己经达到600多亿吨。其中，仅洗涤行业，中国一年的污水量就将近22亿吨，相当于34个十三陵水库，76个昆明湖。现实生活中，不可否认的是，现在中国还有相当一部分没经过处理，或者处理后没有达标的污废水排入江河，污染水体。更大的问题是，不少地方虽然上马了污水处理厂、但却没有正常运行，也有些是因为管网铺设没有到位导致污水处理厂不能发挥效率，更有些则是一些不法企业私自偷排，或通过搞定某些部门半公开进行，严重污染地表水和地下水。需要指出的是，有些环保部门通过罚款了事的方法默认一些污染企业排放废水的方法
22、更是中国之怪象。,五、水污染的危害及原因 人的疾病80%与饮用水有关，许多病症都与饮用水的污染程度密切相联。若饮用水清洁，人体的细胞就处在健康的环境之中，人体自身的免疫功能可被保护与激活，因而可抵抗各种病菌病毒的侵入；反之，若饮用水不洁净，毒素会在体内累积，进而影响人体正常的代谢功能，导致免疫力下降，引发疾病及各种奇难杂症。,2000年1月30日，罗马尼亚境内一处金矿污水沉淀池，因积水暴涨发生温漫坝，10多万升含有大量氰化物、铜和铅等重金属的污水冲泄到多瑙河支流蒂萨河，并顺流南下，迅速汇入多瑙河向下游扩散，造成河鱼大量死亡，河水不能饮用。匈牙利、南斯拉夫等国深受其害，国民经济和人民生活都遭受一
23、定的影响，严重破坏了多瑙河流域的生态环境，并引发了国际诉讼。,1994年7月，淮河上游的河南境内突降暴雨，颍上水库水位急骤上涨超过防洪警戒线，因此开闸泄洪将积蓄于上游一个冬春的2亿立方米水放了下来。水经之处河水泛浊，河面上泡沫密布，顿时鱼虾丧生。下游一些地方居民饮用了虽经自来水厂处理，但未能达到饮用标准的河水后，出现恶心、腹泻、呕吐等症状。经取样检验证实上游来水水质恶化，沿河各自来水厂被迫停止供水达54天之久，百万淮河民众饮水告急，不少地方花高价远途取水饮用，有些地方出现居民抢购矿泉水的场面，这就是震惊中外的淮河水污染事件。,六 水资源的利用和保护,1提高水的利用效率，开辟第二水源2调节水源流
24、量，增加可靠供水 3加强水资源管理4.发展城市污水处理厂,主要方法有：(1)回收利用城市污水、开辟第二水源(2)减少农业用水，实行科学灌溉,1提高水的利用效率，开辟第二水源,(3)降低工业用水量，提高水的重复利用率,2调节水源流量，增加可靠供水水源,(1)建造水库,(2)跨流域调水,目前，各国在江河上建造的库容超过1亿km3的水库共有1350个，总蓄水量达到4100 km3。,中国近年来相继完成了引黄济青、引滦入津和引滦入唐等工程；南水北调工程也已动工。,南水北调总体规划推荐东线、中线和西线三条调水线路。通过三条调水线路与长江、黄河、淮河和海河四大江河的联系，构成以“四横三纵”为主体的总体布局
25、。规划的东线、中线和西线到2050年调水总规模为448亿立方米，其中东线148亿立方米，中线130亿立方米，西线170亿立方米。整个工程将根据实际情况分期实施。,目前，已有20多个国家在积极筹划人工补充地下水。在美国，加利福尼亚的地方水利机构每年将25亿立方米左右的水贮存在地下。,(3)地下蓄水,(4)恢复河、湖水质,(5)合理利用地下水,(6)海水淡化,(7)拖移冰山,3加强水资源管理,4增加下水道建设,发展城市污水处理厂,新加坡成功的水经验,1战略先行、国家主导作为一个面积狭小的岛国，虽说是热带雨林气候,但贮水的地域与面积有限，地下水的开采更是严格禁止。因此新加坡唯有把目光转向四周的海洋，
26、希望依赖高新技术，实现海水淡化。同时，新加坡建立了优秀的水政策，把水源供应与污水处理等所有与水相关的部门集中到环境与水源部统一规划与管理，以此统筹新加坡水资源的开源与节流。,2政府搭台，企业唱戏新加坡政府积极鼓励全球商家充分利用新加坡的平台，在政府搭台的背景下，这一领域几乎所有国际领先的企业均向新加坡介绍他们在海水淡化方面的经验与技术。当时，国际海水淡化普遍采用的仍然是多级闪蒸、低温蒸馏等在中东广泛应用的热法技术。膜法海水淡化虽然不乏研究且屡有报道，但尚未成为应用的主流。,3广招人才，集中开发就海水淡化而言，当年正是由学者指出应该尽量避免采用以相变为核心的热法技术淡化海水，因为热法不但成本高昂
27、，还将使新加坡面临的水源问题转化为全球愈来愈严重的能源问题。这一意见受到了政府的高度重视，新加坡研发的注意力聚焦到开发不涉及相变的以膜技术为核心的海水淡化工艺，并从新材料、节能、防腐、海水综合利用等多个与海水淡化相关的领域展开深入研究与广泛探讨。,4示范项目，抛砖引玉当新加坡探讨通过膜技术淡化海水时，发现应用膜技术回收废水制备新生水比海水淡化的成本更低。因此新加坡先于海水淡化起动了新生水的示范工程。与中国多数的科研主管部门不同，新加坡并未着眼于如何把实验室的研究成果推向产业化市场，而是大力支持以企业为主体的开发应用，通过示范项目吸引全球商家。在示范项目中，科学家只参与指南制定，不参与市场竞争，
28、从而避免了国内传统科技体制中指南的编制者也是国家资金的分享人，既当裁判员又当运动员的弊端。政府以市场换技术，不惜工本建造示范项目，通过招投标的方式鼓励全球企业积极参与竞争，展示科研成果，应用最新技术；科学家则是通过企业承建的示范工程发现问题、解决问题并提出更好的思路与方案供政府决策参考。,5构建模式，树立品牌新加坡采用政府主导、企业参与的方式，构建了一个良好的应用膜技术解决水问题的商业模式。通过开放政府的自来水厂与污水处理厂进行技术改造与产业升级，明确指定用膜技术净化原水及实现废水资源化制备新生水，为企业提供平台，为新加坡打造品牌。在明确了大力发展以膜技术为核心的回收利用废水制备新生水的目标后
29、，新加坡首先通过国际相关组织以最严格的规范标准鉴定新生水的质量，向世界证明通过膜技术生产的新生水，其纯度远远高于普通饮用水的标准，并以此向国际社会证明饮用新生水是安全可靠的。,6 监管治理 严格分离新加坡是一个脱胎于英国殖民地的城市型国家，有非常完善的法律法规体系，而且它向来以严格执法受世界瞩目。所以在新加坡，虽然石油化工、生物医药产业非常发达，这些产业由于其行业的属性与特征，是比较可能导致环保问题的。企业生产必须确保达标排放，至于釆用何种手段、如何达成目标，是巿场化的事情。这就迫使企业釆用新兴技术、提高生产效率、实现清洁生产，从源头减少污染的产生。至于最后必须处理的废液、废料通常转交给第三方有资质、有技术、有经验的专业环保公司回收处理。自始至终，政府的委派机构决不参与巿场化的运作，他们只充当监管者的角色，核心的任务就是做到有法必依、执法到位，体现法制化的专业精神。,
