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第三章水环境保护精品课程建设环境保护概论第一节概述一、天然水体（一）水体的含义•水体是河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、冰川和海洋等“贮水体”的总称。•环境科学领域：水体不仅包括水，而且也包括水中的悬浮物、底泥及水中生物等。溶解气体溶解物质胶体物质悬浮物质主要气体：N2,O2,CO2微量气体：H2,CH4,H2S主要离子：Cl-,SO42-,HCO3-,CO32－,Na+,Ca2+,Mg2+,Fe2+,Fe3+生物生成物：NH4+,NO3-,NO2-,HPO42-,H2PO4-,PO43-微量元素：Br-,I-,F-,Ni,Ti,Au,Ba无机胶体：SiO2,Fe(OH)3,Al(OH)3有机胶体：腐殖质胶体细菌藻类及原生动物泥土、粘土其它不溶物质天然水中的物质（二）天然水体的水质二、水资源利用与保护（一）水资源全球可利用水资源与人口分布对比图2006年联合国公布《世界水资源开发报告》指出：目前约11亿人口仍无法享用安全饮水，另有24亿人缺乏厕所等基本卫生设施。到2025年，生活在缺水或面临缺水地区的人口将达到35亿左右；到2050年，人口增长与气候变化可能会使可用水资源减少一半；在各国境外水资源融资中，世界银行贷款占50％，每年约为33亿美元。世行水行业贷款总额已近70亿美元；到2030年，城镇人口比例会增加到近三分之二，从而造成城市用水需求激增；世界许多地方因管道和渠沟泄漏及非法连接，有多达30％到40％甚至更多的水被白白浪费掉了；预计到本世纪中叶，即使是最理想的情景，也会有48个国家的20亿人面临缺水窘境，如果做最坏的打算，60个国家的70亿人将无水可用；90％的自然灾害与水有关，许多自然灾害都是土地使用不当造成的恶果。（二）水资源的重要作用1、调节气候2、塑造地球表面的形态3、水具有物质运输功能4、水是一切生物必不可少的物质5、水是人类生存和发展不可缺少的重要资源三、水资源的利用现状年度195019601970197519852000城市6080120150250440工业19031051063010801920农业86015001900210024003400水库42070110170240总量110019002600300039006000年增长率%35.64.04.053世界耗水量,单位10亿m3/a78.2%61.5%22.7%34.6%（一）世界水资源利用概况1、自然条件影响2、城市与工业区集中发展3、水体污染4、用水浪费5、盲目开发地下水（二）水危机产生的原因1、自然条件的影响地球上淡水资源在时间和空间上分布极不均匀,并受到气候变化的影响,致使许多国家可用水量少.2、城市与工业区集中发展目前世界上城市居民人口约占世界人口的41.6%,而城市占地面积只占地球上总面积的0.3%.3、水体污染污染物进入水体，使其可利用性降低或丧失.4、用水浪费城市生活和工农业用水存在大量浪费由于管理不善,工程配套差和工艺技术落后,城市管网和卫生设施的漏水很普遍.5、盲目开发地下水导致地面下沉,海水入侵等后果.（三）我国水资源特点及存在的主要问题1、特点（1）水资源总量较丰富，但人均和地均拥有量少人均占有河川径流量为世界人均的1/4耕地亩均占有河川径流量为世界亩均的3/4河川径流量居世界第六位（2）水资源时空分布不均匀，水土资源配置不平衡水资源南多北少,相差悬殊：长江、珠江、闽浙、西南四个流域:500mm黄河、海河、辽河、黑龙江四个流域:100mm内陆诸河:32mm水资源的地区分布与人口、土地资源的配置不合理：长江、珠江、闽浙、西南四个流域:黄河、海河、辽河、黑龙江四个流域:耕地占全国的%人口占%水资源量占%36%54.4%81%45.2%38.4%9.6%（3）水资源年际、年内变化大，水旱灾害频繁最大年降水量/最小年降水量最大年径流量/最小年径流量南方北方比值2-4倍比值3-6倍比值2-4倍比值3-8倍汛期水量占年水量60-70%80%以上我国水资源量的年际差别悬殊和年内变化剧烈，是我国农业生产不稳定、水旱灾害频繁的根本原因。（4）雨热同期是我国水资源的优点雨热同期：水资源和热量的年内变化具有同步性。每年3-5月后，气温持续上升，雨季也大体上在这个时候来临，水分、热量条件的同期有利于农作物的生长。我国以占世界7.2%的耕地和6.4%的淡水资源，养活着约占世界22%人口。（5）水土流失严重，许多河流含沙量大（6）我国水资源开发利用各地很不平衡2、存在的主要问题(1)地区条件不同制约水资源的均衡发展(2)生活与工业用水增长迅速，挤占农业和生态环境用水供水工程未能充分发挥效益(3)缺水地区仍有较大的节水潜力(4)供水量增长缓慢，与经济发展速度不相适应(5)水污染加剧，生态环境恶化不同地区工业用水与其他主要用水户的比较图第二节水体污染和自净一、水体污染•水体污染是指排入水体的污染物在数量上超过了该物质在水体中的本底含量和水体的环境容量，从而导致水体的物理特征、化学特征和生物特征发生不良变化，破坏了水中固有的生态系统，破坏了水体的功能及其在经济发展和人民生活中的作用。水体污染的概念污染的分类化学性污染物理性污染生物性污染酸碱污染重金属污染有机物污染毒物污染悬浮物污染热污染放射性污染水体污染致病细菌病毒污染二、水体富营养化过程•水体富营养化是一种氮、磷等植物营养物质含量过多所引起的水质污染现象。本质：由于水体中氮、磷营养物质的富集，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧下降，使鱼类或其他生物大量死亡、水质恶化的现象。（一）水体富营养化类型天然富营养化人为富营养化湖泊营养物质由于天然富集而使得湖水营养物质浓度逐渐增高发生水质变化的过程。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现象。贫营养湖泊与富营养湖泊特征比较贫营养湖富营养湖营养物质缺乏营养物质丰富浮游藻类稀少浮游藻类较多有根植物稀疏有根植物茂盛湖盆通常较深湖盆通常较浅湖底常为砂石砂砾湖底多为淤泥沉积物水质清澈透亮水质混浊发暗湖水温度较低湖水温度较高特征性鱼类：鲑鱼等特征性鱼类：草、鲤、鲢等水华湖泊富营养化图片云南滇池富营养化现象严重人们打捞由于水体富营养化导致的过量生长的水葫芦人们打捞由于水体富营养化导致的过量生长的水葫芦圆明园遗址公园湖水红领巾公园什刹海什刹海来水水质较差污染源输入温度升高光照时数延长城区环境补水量的锐减水华爆发赤潮海洋富营养化图片•海水赤潮赤潮又称红潮，是海洋因浮游生物的兴盛，海水呈现一片铁锈红色而得名。赤潮的海水都有臭味，它主要会使水体变粘稠，附着在鱼虾表皮和鳃上，导致鱼虾呼吸困难而死亡；许多赤潮生物还有较大毒性，因此它对海洋捕捞业、养殖业的危害极大。夜光藻赤潮2001年4月东海赤潮东海赤潮7东海赤潮8东海赤潮5东海赤潮6东海赤潮9米氏裸甲藻赤潮养殖水域赤潮2000年5月东海赤潮1.造成感官污染2.引起水质恶化3.减少鱼类活动的空间4.藻类分解的有害物质伤害水生生物5.消耗水中的溶解氧，严重影响鱼类生存（二）富营养化的危害防止方法治理方法对废水作深度处理去除N、P使用化学药剂排水改道引流打捞藻类改变水体的水文参数（流速、含水量、温度等）引水（不含营养物）进行稀释不用含磷洗涤剂疏浚底泥人工曝气防治水体富营养化的方法（三）富营养化的防治（一）水体自净作用污染物质进入天然水体后，通过一系列物理、化学和生物因素的共同作用，使排入的污染物质的浓度和毒性自然降低，这种现象称为水体的自净。三、水体自净物理净化化学净化生物净化水体自净作用稀释扩散沉淀挥发氧化还原分解凝聚中和生物活动（二）水体自净作用的发生水中的自净作用水与大气间的自净作用水与底质间的自净作用底质中的自净作用在水中发生物理、化学、生物作用气体的挥发、释放和氧气溶入沉淀和吸附微生物氧化分解（三）水环境容量一定水体所能容纳污染物的最大负荷被称为水环境容量，即某水域所能承担外加的某种污染物的最大允许负荷量。物理性水质指标化学性水质指标生物学水质指标水质指标感官指标总固体悬浮固体溶解固体可沉固体电导率一般化学性指标各种离子总含盐量有毒化学性指标化学需氧量（COD）生化需氧量（BOD）总需氧量（TOD）细菌总数总大肠菌群数各种病原细菌病毒四、水质指标浑浊度色度温度嗅感官指标碱度pH值硬度各种阳离子一般化学性指标各种阴离子总含盐量多环芳烃重金属各种农药有毒化学指标•污染源：向水体排放污染物的场所、设备和装置。水体污染源天然污染源人为污染源点源非点源第三节水环境污染及危害（一）点源1.工业废水(1)悬浮物质含量高(2)需氧量高(3)pH值变化幅度大(4)温度较高(5)易燃(6)多种多样的有害成分(1)悬浮物质较低(2)属于低浓度有机废水(3)呈弱碱性(4)含氮、磷等营养物质较多(5)含有多种微生物2.生活污水生活污水是指居民在日常生活活动中所产生的废水二、非点源•以较大范围形式排放污染物而造成水体污染的发生源。•面源污染主要指农田径流排水，具有面广、分散、难于收集、难于治理的特点。农业灌溉用水量约占全球总用水量的70%左右，农田径流排水已成为天然水体的主要污染来源之一。(三)水环境污染的危害1.严重影响人的健康2.造成水生态系统破坏3.加剧了缺水状况4.对农作物产生危害5.造成了较大的经济损失内蒙古自治区默特左旗塔布赛乡黑河村的村民长期饮用含砷严重超标的地下水，致使不少村民患有严重的皮肤病。某造纸厂造纸废水直接排入辽河，再经辽河入海。新屋伴浊水《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅰ：源头水、国家自然保护区Ⅱ：集中式生活饮用水水源地一级保护区、珍贵鱼类保护区;Ⅲ：集中式生活饮用水水源地二级保护区、一般鱼类保护区;Ⅳ：一般工业用水区、人体非直接接触的娱乐用水区；Ⅴ：农业用水区及一般景观要求水域第四节水环境污染防治一、水体污染控制基本途径（一）减少废水其污染物的产生量1.改革生产工艺，实行清洁生产2.改进设备，健全生产管理制度（二）减少废水及其污染物的排放量1.提高水的重复利用率2.回收有用物质3.加强工业废水与城市污水的综合治理水污染防治的原则：–“防”是指对污染源的控制。–“治”是水污染防治中不可缺少的一环。–“管”是指对污染源、水体及处理设施的管理。二、水污染综合防治（一）城市污水处理的分级一级处理二级处理三级处理去除沉淀性物质及油脂等SS≈40%BOD5≈30%去除有机物SS≈90%BOD5≈90%去除氮和磷及其他溶解性物质、杀菌消毒三、污水处理的基本方法一级处理二级处理污水处理方法化学法中和化学沉淀氧化还原消毒电解物理法沉淀筛滤过滤气浮离心分离膜分离萃取生物法好氧法厌氧法自然生物处理活性污泥法生物膜法悬浮生长生物法生物膜法稳定塘法土地处理系统（二）污水处理技术概述物理法化学法生物法通过物理作用，来分离、回收污水中不溶解的、呈悬浮状的污染物质，在处理过程中不改变其化学性质。向污水中投加化学试剂，利用化学反应来分离、回收污水中的污染物质，或将污染物转化为无害的物质。利用微生物的新陈代谢功能，使污水中呈溶解和胶体状态的有机污染物转化为无害物质，使污水得以净化。物理法重力分离法（沉淀、上浮）过滤气浮离心分离反渗透筛滤化学法化学沉淀中和氧化还原吸附电渗析混凝离子交换向污水中投加某种化学物质，使它与污水中溶解性物质发生互换反应，生成难溶于水的沉淀物，以降低污水中溶解性物质的方法。常用于含重金属、氟化物的废水的处理含锌废水：Zn2++CaO+H2O→Zn（OH）2↓（pH9-11）含汞废水：Hg2++Na2S→HgS↓+2Na+含铬废水：CrO42-+Ba2+→BaCrO4↓格栅沉砂池初沉池初沉池曝气池曝气池二沉池二沉池消毒池原污水排放浓缩池消化池消化池脱水机房投配池沼气利用污水流程污泥流程消化气管线城市污水处理流程示意图一级处理二级处理泵站污泥利用（三）污水处理流程AB法污水处理新工艺污水回流污水出水回流污泥剩余污泥厌氧、缺氧、好氧脱氮除磷工艺厌氧池缺氧池好氧池二沉池进一步降低BOD5、COD、SS等指标脱氮、除磷消毒杀菌深度处理的对象深度处理水的用途补充地面水