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1、第四章 水体污染,第二节 主要污染物及其危害,第三节 水体自净与环境容量,第一节 水体污染的基本概念,第二节 主要污染物及其危害,一、需氧污染物（有机无毒）,需氧污染物含义：生活污水和某些工业（造纸、食品、印染、制革、焦化、石油化工等）废水中所含的碳水化合物、蛋白质、脂肪和木质素等有机化合物可在微生物作用下，最终分解为简单的无机物质，这些有机污染物在分解过程中，需要消耗大量的氧气，故称为需氧污染物。（p35）,木材主要由木质素所组成，木质素是木材工业或其加工业的大量废弃物之一，每年工业处理木材产生的废物形式的木质素就有近35万吨。,1.溶解氧DO:Dissolved Oxygen2生化需氧量B
2、OD：Biochemical Oxygen Demand3化学需氧量COD：Chemical Oxygen Demand,一、需氧污染物,1.溶解氧（DO）,溶解氧DO，反映水体中氧的存在水平，在通常情况下，DO含量越高则水质越好。DO高表明水体自净能力较强；DO低表示水体中污染物不易被氧化分解，会影响鱼类及其他水生生物的正常生活，水质恶化。,1.溶解氧DO,大多数鱼类要求生活在溶解氧含量在4mg/L以上的水中（如河鳟要求溶解氧含量在312mg/L，鲤鱼为68mg/L，青、草、鲢鱼为5mg/L以上）。当溶解氧含量1mg/L时，大部分鱼类会因氧气不足窒息死亡，此时，厌氧菌会繁殖而导致水体恶化。,
3、1.溶解氧DO,天然水体中，溶解氧一般为510mg/L。地表水的溶解含氧量，一般不低于4mg/L，对饮用水要求溶解氧应高于5mg/L。测定DO值的方法有碘量法、叠氮化钠修正法、高锰酸钾修正法等，其中常用的方法是碘量法。,碘量法原理,碘量法是基于溶解氧的氧化性，水样中加入硫酸锰和碱性碘化钾，水中溶解氧将低价锰氧化成高价锰，即四价锰的氢氧化物棕色沉淀。而四价锰在酸溶液中使碘离子氧化成碘分子，释放出来的碘量水中的溶解氧量，碘用硫代硫酸钠溶液测定。,1.溶解氧DO:Dissolved Oxygen2生化需氧量BOD：Biochemical Oxygen Demand3化学需氧量COD：Chemical
4、 Oxygen Demand,一、需氧污染物,生化需氧量BOD：指水体中好气性（需氧性）微生物分解有机物过程中，消耗水中溶解氧的量。以mgL或ppm表示。ppm用溶质质量占全部溶液质量的百万分比来表示的浓度，叫做ppm浓度。ppm浓度即百万分比浓度（10-6），ppm即英文（part per million）。,1生化需氧量（BOD）,BOD是反映水体受有机物污染程度的重要指标，表示水中有机化合物等需氧物质的含量。,1生化需氧量（BOD）,测定BOD时，在所测水样中加入能分解有机物的微生物和氧饱和水，在一定温度下（20），经过规定天数（1天、5天、20天）的反应，然后根据水中氧的减少量来测定。
5、分别用BOD1、BOD5、BOD20来代表。,1BOD（生化需氧量）,微生物分解有机物的过程非常缓慢，有机物中，亚硫酸盐、亚硝酸盐和硫化物等在1天内可氧化完成；烃类（氢碳的化合物）的氧化需710天才能完成；一般含碳的有机物氧化时间为20天。,1BOD（生化需氧量）,因此，目前一般采用的办法是：测定水温在20时，5天前后水体中溶解氧之差，称为五日生化需氧量，即BOD5。测定BOD时，若所测废污水有毒，不利于微生物繁殖，则测定前需对水样适当稀释至好氧性微生物能正常生长繁殖，再行培养、测定。对受有机物污染严重的废水，测定前也需稀释，使整个分解过程在有足够溶解氧条件下进行。,1BOD（生化需氧量）,本
6、法缺点：测定时间长。对于生活污水来说，BOD570的BOD20，其中BOD20称为总生化需氧量。,1BOD（生化需氧量）,BOD5值愈高，水质愈差。纯净的水BOD5值在13 mgL之间；BOD5低于3 mgL时，水质较好；BOD5值高于5 mgL，即表明水的纯度可疑，BOD5大于10 mgL时，水质很差。未经处理的城市污水，其BOD5值一般在100至400之间，有的甚至高达10000，对于一般工业废水的BOD5最高容许排放值为60 mgL。,1BOD（生化需氧量）,深圳海域：生化需氧有机物基本未污染（13毫克升）的水域约占86%；其余为未污染（1毫克升）水域，仅分布于大鹏湾内。,深圳海域海水中
7、生化需氧量分布图,1.溶解氧DO:Dissolved Oxygen2生化需氧量BOD：Biochemical Oxygen Demand3化学需氧量COD：Chemical Oxygen Demand,一、需氧污染物,化学需氧量（COD）含义：指用化学氧化剂重铬酸钾（k2Cr2O）或高锰酸钾（k2MnO4）氧化水中有机污染物所需要消耗氧化剂的量，单位同BOD。,2化学需氧量COD,化学氧化剂指重铬酸钾（k2Cr2O）或高锰酸钾（k2MnO4)污染严重者用CODCr法，而污染较轻者用CODMn法。最常用的测定方法为重铬酸钾法。化学需氧量在不同条件下测得的COD值不同，所以测定化学需氧量时，必须严
8、格控制反应条件。优点：大大缩短检测时间；缺点：不能反映被微生物分解有机物的量,2化学需氧量COD,COD是指在一定条件下用强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量，以每升水消耗氧的毫克数表示，是反映水体中还原性污染物的指标。耗氧越多表明污染越严重，一般工业废水的最高容许COD排放值为100 mgL。,2化学需氧量COD,COD测定法简单、迅速，但不能完全反映水体受污染程度。因为水中有机物的降解是与微生物共同作用的结果，所以必须用BOD作为评价水体受有机物污染指标。,2化学需氧量COD,深圳海域属于化学需氧物质基本未污染（23毫克升）的水域约占7，分布于沙井和福永近岸水域；其余为未污染(2毫克升）水
9、域。,深圳海域化学需氧量分布图,第二节 主要污染物及其危害,1.含义：植物营养物主要指N、P、K、S及其化合物。从农作物生长来看，植物营养物是宝贵物质，但是，过多的营养物进入天然水体，将恶化水体环境质量，影响渔业的发展和危害人体健康。,二、植物营养物,2天然水体过量的植物营养物来源：主要来源于:化肥、农业废弃物、生活污水和造纸制革、印染、食品等工业废水。如:城市居民每人每天排放污水中的氮含量约50克。美国生活污水中5075%的磷是由洗涤剂产生的(一般洗衣粉中含有10%35%的三聚磷酸钠)。,二、植物营养物,二、植物营养物,我国化肥产量居世界第二位，消费量居世界第一位。化肥利用率只有30，70回
10、到环境中造成危害。工业发达国家化肥利用率5060。,3植物营养物的危害：植物营养物污染主要表现为水体富营养化。水体营养化程度与磷、氮含量关，磷的作用大于氮。一般来说，总磷和氮含量分别超过20毫克/米3，300毫克/米3，就认为水体处于富营养化。,二、植物营养物,3植物营养物的危害（四方面）,（1）形成氮氧化物，危害森林。适量氮元素会使植物枝繁叶茂，当氮元素“供过于需”时，多余的氮元素以硝酸盐形式聚集在土壤中，硝酸根离子吸引钙、镁等阳离子并将其携带进入地下水，剥夺树木生长急需的其他基本营养物质。营养匮乏的树木很难抵抗干旱等自然灾害，同时，土壤酸化也使灌木丛失去生物多样性，还会形成酸雨。,3植物营
11、养物的危害,（2）产生亚硝酸盐：致癌，影响人体健康。（3）破坏土壤结构：如土壤板结、保水能力低，肥力下降。（4）导致水体富营养化,水体富营养化,自然界一直都存在水体富营养化这一现象。所谓“沧海变桑田”，部分原因就在于水体富营养化。它使湖泊等水体先变成沼泽，最后变为草原和森林，这是一个成千上万年的漫长过程，但由于人类活动影响，大大缩短了该过程。,水体富营养化,1.水体富营养化概念2.水体富营养化表现3.水体富营养化作用机理4.水体富营养化防治对策,水体富营养化是指在人类活动影响下，生物所需植物营养物大量进入缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体的DO下降，造成水体水质及水环境恶化的现象。
12、,1.水体富营养化概念,在自然条件下，湖泊等水体也会从贫营养状态过渡到富营养状态，这种自然过程非常缓慢。而人为排放含营养物质的工业废水和生活污水，所引起的水体富营养化则可以在短时间内出现。,1.水体富营养化概念,水体富营养化,1.水体富营养化概念2.水体富营养化表现3.水体富营养化作用机理4.水体富营养化防治对策,水体出现富营养化现象时，浮游藻类大量繁殖，水面因占优势的浮游藻类颜色往往呈现蓝色、红色、棕色等。这种现象在江河湖泊中称为水华，在海洋中则叫做赤潮或红潮。,2.水体富营养化表现,水体富营养化,1.水体富营养化概念2.水体富营养化表现3.水体富营养化作用机理4.水体富营养化防治对策,正常
13、水体中营养物质含量是有限的。含有大量的氮、磷等营养物质的废污水排入水体后，会促进自养型生物旺盛生长，特别是蓝藻（红藻）数量迅速增加，而其他种类的藻类逐渐减少。水体中的藻类本来以硅藻和绿藻为主，随着富营养化的发展，最后变为以蓝藻为主。,3.水体富营养化机理,藻类繁殖迅速且生长周期短，藻类及其他浮游生物死亡后被需氧微生物分解，不断消耗水中的溶解氧；或被厌氧微生物分解，不断产生硫化氢等气体，两个方面共同作用，使水质恶化，造成鱼类和其他水生生物大量死亡。,3.水体富营养化机理,藻类及其他浮游生物残体在腐烂过程中，又把大量的氮、磷等营养物质释放入水中，被新一代藻类等生物利用。因此，水体富营养化后，即使切
14、断外界营养物质来源，水体也很难自净和恢复到正常状态。,3.水体富营养化机理,湖泊富营养化是指当湖泊中N、P等植物营养物的浓度超过一定数值时，引起湖泊生态系统失衡的现象，是湖泊衰老的表现。,湖泊富营养化概念,A.藻类、微生物剧增，DO含量下降 大量含有N、P污水进入湖泊时，会导致藻类的快速生长，同时藻类尸体为微生物提供充足养料，因而大量繁殖，并快速消耗水中溶解氧。,湖泊富营养化过程(3个阶段),B.湖泊底部缺氧层厚度逐渐增大 由于微生物集中在底泥中，造成水底层缺氧，随着时间推移，缺氧层厚度越来越大，好氧微生物活动范围被限制在表层。最后藻类只能生长在水面一层，而其他需氧生物死亡。,湖泊富营养化过程
15、,C.湖泊生态系统崩溃 藻类生长会进一步限制阳光入射和氧气补充速度，加剧了富营养化的速度，藻类也由于缺氧而开始大量死亡，形成“水华”，最终系统崩溃。这样的生态循环过程是湖泊富营养化。,湖泊富营养化过程,A.因加入氮磷后，水生生物藻类大量繁殖,A.贫营养湖,B.富营养湖,沼泽,干地,藻类,B.植物营养物沉积湖底（动植物枯死、腐烂）,C.,D.,湖泊消亡的过程,水体富营养化,1.水体富营养化概念2.水体富营养化表现3.水体富营养化作用机理4.水体富营养化防治对策,富营养化防治是水污染中最为复杂和困难的问题，其防治特点（2个）：污染源的复杂性：导致富营养化的N、P营养物质，既有天然源，又有人为源；既
16、有外源性，又有内源性，给控制污染源带来困难。营养物质去除的高难度：至今还没有任何单一的生物、化学和物理措施,能够彻底去除废水的氮、磷营养物质。仅介绍去除氮、磷的方法。,4.水体富营养化防治对策,(1)控制外源性营养物质输入 水体富营养化主要是外界输入的营养物质在水体中富集造成的，减少或截断外部的输入，使水体失去营养物质富集的可能性。控制外源性营养物质，应从控制人为污染源着手，调查排放源，监测排入水体的废污水氮、磷浓度，计算出年排放氮、磷总量，为实施控制外源性营养物质措施提供可靠科学依据。,4.水体富营养化防治对策,(2)减少内源性营养物质负荷 水体营养物质在时空分布上非常复杂。在水体中氮、磷元
17、素可能被水生生物吸收利用，或以溶解性盐类溶于水中，或经过复杂物理化学反应和生物作用而沉降，并在底泥中不断积累，或从底泥中释放进入水中。减少内源性营养负荷，有效控制湖泊内部N、P富集，有以下三种不同控制方法：,4.水体富营养化防治对策,工程措施：挖掘底泥沉积物、水体深层曝气、注水冲稀及在底泥表面敷设塑料等。挖掘底泥，可减少以至消除潜在性内部污染源；,4.水体富营养化防治对策,深层曝气，可采取定期或不定期人为湖底深层曝气补充氧，使水与底泥界面之间不出现厌氧层，经常保持有氧状态，有利于抑制底泥磷释放。注水冲稀，条件许可时，用含磷和氮浓度低的水注入湖泊，可起到降低营养物质浓度作用。,4.水体富营养化防
18、治对策,是利用含有大量需氧微生物的活性污泥（活性微生物菌胶团），在强力通气的条件下使污水净化的方法。此法在处理合成树脂工业的甲醛废水、电镀工业含氰废水及纺织印染、木材防腐、农药等多种生产废水的净化效果较好。曝气机有离心式、叶轮式等,曝气法（活性污泥法）,化学方法：凝聚沉降和用化学药剂杀藻 凝聚沉降：有些阳离子可使磷有效地从水溶液中沉淀出来，其中最有价值的是铁、铝和钙，它们能与磷酸盐生成不溶性沉淀物而沉降下来。,4.水体富营养化防治对策,化学方法 如美国华盛顿州西部长湖,是一个富营养水体，1980年10月，用投放铝盐的办法来沉淀湖中磷酸盐，在投加铝盐后的第四年夏天，水中磷浓度降低，湖泊水质有较明
19、显改善。,4.水体富营养化防治对策,另一方法是用杀藻剂杀藻，适合水华盈湖的水体。藻杀死后，水藻腐烂分解仍会释放出磷，因此，应该将藻类及时捞出，或再投加适当化学剂，将其分解释放出的磷酸盐沉降。,4.水体富营养化防治对策,生物性措施：利用水生生物吸收氮、磷元素进行代谢活动，去除水中氮、磷营养物质。目前，有些国家开始试验用大型水生植物污水处理系统净化富营养化水体。,4.水体富营养化防治对策,大型水生植物包括凤眼莲、芦苇等，根据不同气候条件和污染物性质进行选栽。经植物吸收、微生物转化、物理吸附和沉降作用除去氮、磷和悬浮颗粒，同时对重金属也有降解效果。水生植物生长快，收割后可作为燃料、饲料，或经发酵产生
20、沼气。这是目前国内外治理湖泊水体富营养化重要措施。,4.水体富营养化防治对策,“赤潮”水体富营养化的“杰作”,“赤潮”是一种危害巨大的自然灾害，它会造成水质恶化和鱼类大量死亡。,赤 潮,水体富营养化后，在适宜的气候和水文条件下，会引起藻类及浮游生物急剧增殖，覆盖大片海域，由于这些藻类多呈红褐色，“赤潮”由此得名。,赤 潮,形成赤潮的藻类种类很多，最常见的是甲藻和硅藻类。有的藻呈绿色，故有的赤潮也会呈绿色或黄、褐色等颜色。“赤潮”通常发生在江河入海口、海湾等近海区域，在内陆湖泊水网地带也时有发生。,1.局部中断海洋食物链，可使海域成为死海；形成“赤潮”的藻类和浮游生物在繁殖和死亡过程中，大量消耗
21、水体中溶解氧，再加上稠密的“赤潮”生物及其分泌物，会阻塞鱼鳃和贝类的进出水口，引起鱼虾、贝类缺氧死亡。有些赤潮生物分泌毒素，鱼类和贝类吞食后会中毒，人类食用也会导致中毒甚至死亡。2.使渔业和水产业造成巨额经济损失（见下图）,赤潮的危害,20世纪以来，赤潮在世界各地频频发生，仅20世纪70年代以前的统计资料显示，有记载的赤潮毒素中毒事件有近千人，200多人死亡。日本的濑户内海是赤潮的高发区，仅1976年就发生了326次之多。,赤潮现状,菲律宾某海域1983年发生“赤潮”，此后相继有1500多人染上贝类中毒麻痹症，有90人死亡，卫生部门下令禁止在“赤潮”污染区捕捞贝类，要求公众不要食用这些海域的贝
22、类产品。,赤潮实例,20世纪70年代以前，我国沿海很少发生赤潮。20世纪70年代以后，赤潮发生的频率大大增加。,赤潮现状,1989年8月下旬，渤海黄骅海域第一次发生最大赤潮，面积达200平方公里，损失近3亿元；1998年9月下旬，渤海再次发生大面积赤潮，面积达3000平方公里，损失5亿多元，1999年7月2日，渤海又一次发生大面积赤潮。诱发黄骅赤潮的因素：入海河流排污、虾池废水、入海石油等。诱发赤潮的条件有：气温偏高、干旱少雨、水动力条件等。,赤潮实例,据统计，每年从珠江进入珠海海域的污染物达13亿吨，磷酸盐、无机氮、油脂类严重超标，加上滩涂养殖业自身的污染，使珠海海域成为全国富营养化污染最重
23、的海区之一。,赤潮实例,1998年4月14日深夜，香港海和广东珠江口一带海域突然涌入大片污黄色的潮水，倾刻间上万个渔民网箱养殖的鱼虾、贝类遭到灭顶之灾。据报道，此次赤潮事件，香港渔民损失近1亿港元；大陆珍贵养殖鱼类死亡逾300吨，损失超过4000万元，这就是震惊全国的珠江口“赤潮”。,赤潮实例,第二节 主要污染物及其危害,黑色温疫水体石油污染,1油类污染现状 2、石油污染的危害,黑色温疫水体石油污染,目前，世界上60%的石油经海上运输，为增加运载量、降低成本，油轮越造越大，事故率也越来越高。油类已成为水体污染，特别是海洋污染的主要物质。因人类活动而进入海洋的石油每年达1000万吨，约占全世界石
24、油总量产的0.30.5。,1油类污染现状：,石油污染除来自移动污染源之外，还有相当部分来自固定的污染源，仅在北海海面，便星罗棋布般竖着150多个钻井平台，约有5000英里海底石油输送管线与海岸相连，仅这些油管每年渗漏到海中的碳氢化合物就有3万吨，造成海洋生态恶化，马哈鱼、鲟鱼等物种几乎绝迹，海豹成群死亡事件时有发生。,1、石油污染现状,局部地区的战争更为石油污染雪上加霜，据科威特国家石油公司估算，仅伊科战争期间流入海湾的原油就达700万桶，北部海湾海豚、海龟、烈鸟、苍鹭已灭绝，海洋生物恢复至少要20年，土壤石油污染的恢复期将更加漫长。,1、石油污染现状,1989年，美国21万吨级油轮“埃克森.
25、瓦尔迪兹”号在阿拉斯加的威廉王子海峡触礁，5000万加仑原油泄漏，为清理污染海域，收集焚化海鸟及鱼类尸体，就花费半年时间，焚化后产生的油浸物质达5万吨，并需花巨资运往有毒物质垃圾场处理。,石油污染事件,1997年，俄罗斯“纳霍德卡号”油轮在日本根县隐奇岛附近沉没，船内原油在海面形成数十条油带涌向日本海岸。景色优美的海岸一夜间成为漆黑粘稠的“石油岸”，沿岸盛产的鲍鱼、加吉鱼、紫菜、甜虾等名贵水产遭到灭顶之灾。,石油污染事件,1油类污染现状 2、石油污染的危害,黑色温疫水体石油污染,石油污染对海洋环境、海洋生物危害极大。石油在海面上形成的油膜，能阻碍大气与海水的交换，影响海面对电磁辐射的吸收、传递和反射。油膜减弱太阳辐射能量，影响海洋植物光合作用。,2、石油污染的危害,2、石油污染的危害,被油膜沾污皮毛的海兽和海鸟，将失去保温、游泳、飞行的能力；油类破坏细胞膜的正常结构和透性，进而影响生物体生理、生化过程；油类还会粘住海兽和鱼类的呼吸器官，使其窒息而死。如海水中含油100毫克/升，可使95%的美洲海虾幼体于24小时内死亡。油类会降低水生生物的品质和数量。,
