《水的主要污染物》PPT课件.ppt

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 DissolvedOxygen2 生化需氧量BOD BiochemicalOxygenDemand3 化学需氧量COD ChemicalOxygenDemand 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3 12mg L 鲤鱼为6 8mg 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 1 溶解氧DO 天然水体中 溶解氧一般为5 10mg 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 DissolvedOxygen2 生化需氧量BOD BiochemicalOxygenDemand3 化学需氧量COD ChemicalOxygenDemand 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mg L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 partpermillion 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 分别用BOD1 BOD5 BOD20来代表 1 BOD 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7 10天才能完成 一般含碳的有机物氧化时间为20天 1 BOD 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 1 BOD 生化需氧量 本法缺点 测定时间长 对于生活污水来说 BOD5 70 的BOD20 其中BOD20称为总生化需氧量 1 BOD 生化需氧量 BOD5值愈高 水质愈差 纯净的水BOD5值在1 3mg L之间 BOD5低于3mg L时 水质较好 BOD5值高于5mg L 即表明水的纯度可疑 BOD5大于10mg L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60mg L 1 BOD 生化需氧量 深圳海域 生化需氧有机物基本未污染 1 3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 深圳海域海水中生化需氧量分布图 1 溶解氧DO DissolvedOxygen2 生化需氧量BOD BiochemicalOxygenDemand3 化学需氧量COD ChemicalOxygenDemand 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100mg L 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 2 3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50 75 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 回到环境中造成危害 工业发达国家化肥利用率50 60 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 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 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 约占全世界石油总量产的0 3 0 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 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