《水环境监测》PPT课件.ppt

第三章 水环境监测 （3）,环境监测,3.3 水体自净作用,一、河流的自净作用,概念及机理 衡量水体自净的指标 学习河流自净规律的意义,3.3 水体自净作用,一、河流的自净作用,（一）概念： 当污染物进入河流以后，在污染物流入处的水质就会恶化，但随着河水向下游流动，其水质逐渐变好，当流经一定距离后，河水水质可以恢复到原先的状态。 （二）机理： a、物理过程 * （稀释、吸附、沉淀等） b、化学过程 （氧化还原、分解化合等） c、生物化学过程 * （微生物的降解作用、藻类的光合作用等）,提问：水体自净速度有哪些限制因素？,3.3 水体自净作用,1、河流的自净作用 物理过程,稀释作用： 两种运动方式：一是平流，二是扩散。 （1）平流：河流流速推动污染物质沿着水流方向运动的现象。 Q = V S 式中 Q 污染物质的平均流量(mg/m2 s ， g/m2 s ） V 河水的流速(m/s) S 该断面污染物质的浓度(mg/m3，g/m3) （2）扩散：根据引起和影响扩散的因素不同，可分为,影响紊流扩散的因素: 1)、河流的形状 2)、河底的粗糙度 3)、河水的流速 4)、河水深度,3.3 水体自净作用,1、河流的自净作用 物理过程,吸附作用： 指溶液中的离子或分子被束缚在固相颗粒上。 （1）极性吸附 指胶体对介质中各种离子的吸附，这与胶体颗粒带电荷有关。 它是重金属离子由水体转入底泥和土壤的重要方式。 吸附总量指被胶体吸附的离子总量。通常以每100g胶体中所含有的离子摩尔数表示。 （2）非极性吸附 这种作用与悬浮颗粒或胶体具有巨大的比表面积和表面能有关。 a、 比表面积 表面积 / 单位重量 1.13/r (r为颗粒半径) 如：某河流中悬浮颗粒及胶体中含有10直径为1m的粘粒，则颗粒的表面积总和可达7106m2。,3.3 水体自净作用,b、 表面能 表面积界面液体的表面张力系数 特征：自由表面能要力求到最小值，使分散系数保持最大稳定性的趋势。 所以，表面力小的物质胶粒表面接近正吸附 表面力小的物质：有机酸、无机碱和高分子化合物接近 表面力大的物质离开胶粒表面负吸附 表面力大的物质：无机盐类、氯化物、硫酸盐离开,沉淀作用： 通过不同途径进入河流的重金属绝大部分被吸着在悬浮物上，悬浮物在被流水搬运过程中，当其负荷量超过搬运的能力时，就发生沉淀，悬浮物逐渐变为沉积物，从而将悬浮着的污染物从水体中消除。,3.3 水体自净作用,2、河流的自净作用 生化过程,细菌、藻类、大型植物、微型动物、大型动物 细菌作用： 对水中的污染物质进行还原或氧化，并把它们变成简单的化合物。 如：异养菌对溶解性有机污染物的降解反应按下式进行 C11H29O7N+14O2+H+ 11CO2+13H2O+NH4+ 藻类作用： 在通过光合作用放出氧的同时，吸收简单的化合物。 如：藻类的光合成反应式 106CO2 + 16NO3- + HPO42- + 122H2O + 18H+ C106H263O110N16P + 138O2,溶解性有机污染物 较稳定的有机体（藻类细胞）,3.3 水体自净作用,2、河流的自净作用 生化过程,大型植物： 将根扎在河床里，并从底泥中摄取各种物质的同时，还具有与藻类相同的作用。 微型动物： 摄取有机物、细菌、藻类等；把它们变成简单的化合物。 大型动物： 摄取固体有机物和动植物体，使污染水体得到相当程度的净化并处于稳定状态。,河流中的生物循环构成的食物链,3.3 水体自净作用,2、河流的自净作用 生化过程,污染河流生态系统图,3.3 水体自净作用,河流污染和自净过程图,污水,提问：用什么指标可以衡量河段水体污染与自净所处的阶段？,3.3 水体自净作用,1、P/H 指数与BIP指数 反映水体污染和自净程度 P(Photoautotrophs)代表光合自养型微生物 H(Heterotrophs)代表异养型微生物,3.3 水体自净作用,1、P/H 指数与BIP指数 反映水体污染和自净程度 P(Photoautotrophs)代表光合自养型微生物 H(Heterotrophs)代表异养型微生物 2、氧浓度昼夜变化幅度,3.3 水体自净作用,1、P/H 指数与BIP指数 反映水体污染和自净程度 P(Photoautotrophs)代表光合自养型微生物 H(Heterotrophs)代表异养型微生物 2、氧浓度昼夜变化幅度 3、氧垂曲线,3.3 水体自净作用,学习河流自净规律的意义,河流（水体）自净是环境科学中的重要研究课题。对不同水体进行考察并掌握各种水体的自净规律，就能充分利用水体自净能力，减轻人工处理污染物的负担，保证水体不受污染，并据此安排合理的生产布局，以最经济的方法控制和治理污染源。,3.3 水体自净作用,二、地下水的自净作用,（一）概述 地下水污染的概念 地下水中污染物的概念 （二）地下水污染的特点及途径 （三）地下水污染物的组分特征 （四）地下水的自净作用,（一） 概述,1.地下水污染(ground water pollution) 凡是在人类活动的影响下，地下水水质变化朝着水质恶化方向发展的现象。 2.地下水中的污染物 凡是人类活动导致进入地下水并使水质恶化的溶解物或悬浮物，无论其浓度变化是否达到使水质明显恶化的程度，均称为地下水污染物。,3.3 水体自净作用,3.3 水体自净作用,如：二氯乙烯，三、四氯乙烯，氯仿等,(4) 放射性污染物Ra-226、Sr-90、Pu-209、Cs-137,3. 地下水中的污染物分类,(1) 化学污染物,无机污染物：NO3-、Cl-、Ca2+、Mg2+、SO42-、TDS、F、As、Cr、Hg、Pb,有机污染物：酚类、卤代烃类,(3) 生物污染物细菌、病菌和寄生虫,(2) 物理污染物热污染,3.3 水体自净作用,（二）地下水污染物的组分特征,1、地下水硬度增高 促进钙、镁、碳酸盐溶解 盐效应使碳酸钙、镁盐溶解度增大 离子交换作用 含酸废水直接进入地下水 氧化还原环境的变化 2、硝酸根离子含量增高（图） 3、其它组分含量增高：酚、氰、汞、烃类、砷,3.3 水体自净作用,（三）地下水污染的特点及途径,1、地下水污染的特点 隐蔽性 难以逆转性 地下水保护 应以预防为主 2、地下水的污染方式 直接污染 间接污染 3、地下水污染的途径 间歇入渗型 连续入渗型 越流型 径流型,表1 地下水污染途径分类,3.3 水体自净作用,（四）污染地下水的自净作用,当污染物进入地下水，通过与介质间的物理、化学和生物化学等一系列作用，使污染物的组分发生变化，最终被净化。这种使地下水部分或完全恢复但原来状态的过程称为地下水的自净作用。 1、微生物被吸附和衰亡作用 细砂中分布距离 中砂中（渗速） 粗砂中（流速）大于 砾石或更远 决定因素： 污染微生物种类 渗透条件 初始速度,岩石对活动细菌吸附比不活动细菌的差 有机物、低温、氧化还原环境等则是促进对细菌的吸附，阻止迁移,3.3 水体自净作用,二、地下水的自净作用,2、微生物分解作用 在微生物分解过程中，污染源的下游形成了不同的水化学带。,3.3 水体自净作用,二、地下水的自净作用,3、化学沉淀作用 沉淀带： CCH 饱和带： C=CH 非饱和带： CCH CH饱和浓度 决定因素： 污水和天然水的化学成分 两者的比例 组分的迁移形态 两者的PH、Eh值 两者的温度差,3.3 水体自净作用,二、地下水的自净作用,黄土状亚粘土：对Cr、Cd、As、Cu、Pb、Zn、Hg，去降深度为15cm，去降率达89.3100%，对酸、氰20cm达7189.9%。,亚粘土：对Cd、Cu、Zn，去降深度15cm，去降率达94.7%以上； 对Cr、As、Pb ，去降深度30cm，去降率达79.1%以上； 对Hg，去降深度50cm，去降率达最大；对酸、氰，去降深度100cm，去降率达最大。,中细砂：对Cd、Pb、Cu、Zn，去降深度30cm，去降率达95%以上；对Cr，去降深度100cm，去降率达79.1%以上； 对Hg、As,去降深度130cm，去降率达最大；对氰，去降深度70cm，去降率达最大；对酸，去降深度100cm以上，去降率达最大。,4、物理化学吸附作用 吸附强度取决于： 岩土的性质矿物成分和新形成的沉淀物种类。 被吸附组分的迁移形成、浓度、PH、Eh值等。,3.3 水体自净作用,二、地下水的自净作用,4、物理化学吸附作用 吸附强度取决于： 岩土的性质矿物成分和新形成的沉淀物种类。 被吸附组分的迁移形成、浓度、PH、Eh值等。,吸附能量单位重量吸附剂上的吸附组分的最大量。,一般，随着污染组分浓度的增高，其吸附量增加。 阴离子的吸附量随着PH值降低而增加； 阳离子的吸附量随着PH值增高而增加。,图1 降雨对固体废弃物的淋滤,图2 矿区疏干地带的淋滤和溶解,间歇入渗型,图3 污水坑的渗漏,连续入渗型,越流型,图4 地下水开采引起的层间越流,图5 水文地质天窗的越流,径流型,图6 通过废水处理井的径流,国家地下水监测工程规划图,山东,山西,天津,地下水污染物的来源触目惊心,制漆厂对地下水的污染,民工的孩子因为买不起水而只能喝受到污染的地下水,汽车漏油会污染地下水,小结,地下水污染和地下水中的污染物 地下水污染的特征和途径,