第三章水环境

第三章水资源与水环境第一节自然界的水资源一、水圈与水资源1、水圈定义2、水资源定义：广义上讲，指地球水圈中多个环节、多种形态的水，即水圈中所有的水体(包括海洋、河流、湖泊、沼泽、冰川、地下水及大气中的水分)。但目前人类重点调查、评价、开发利用和保护的水资源多指狭义的水资源亦通常所指参与自然界水循环、通过陆海间水分交换、陆地上逐年可得到更新的淡水资源。3、地球上水的分布地球上的水资源总量为13.6×108Km3,海水占97.3%，淡水储量约为400×104km3,仅占不足0.3%。二、水资源特性及我国水资源的特点1、水资源特性：•维护生态平衡和环境的基本要素•利用的广泛性和不可代替性•经济上的两重性•补给上的循环性•时空分配上的可变性2、我国水资源的特点•水资源总量多，人均占有量少•地区分配不均，水土资源不平衡•年内季节分配不均，年际变化很大•部分河流含沙量大第二节水质污染一、天然水水质1、天然水的化学成分(1)溶解气体(2)主要离子：(3)微量元素：Br溴、F、I、Fe、Cu、Ni镍、Ti、Pb、Zn、Mn、V钒、Ba钡(4)生物生成物：NH4+、HPO42-、H2PO4-、(5)胶体(6)悬浮物质：硅、铝酸盐颗粒、砂粒、粘土。主要阴离子：Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-主要阳离子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+二水体污染1、水污染定义：2008年颁布的《中华人民共和国水污染防治法》中说明，水污染即指“水体因某种物质的介入而导致其物理、化学、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，危害人体健康或破坏生态环境，造成水质恶化的现象。”2、污染物与污染源向水体排放污染物的场所、设备、装置和途径统称水体污染源。•自然污染源•人为污染源：按人类活动方式：工业、农业、生活污染源按排放污染物空间分布方式，可分为点源和非点源。3污染源的特点工业污染源：•悬浮物含量高，100~3000mg/L左右•COD可达400~1000mg/L，BOD可达200~5000mg/L•酸碱度变化大，pH在2~13之间•温度高达40℃以上可造成热污染•易燃，含低沸点的挥发性液体，易酿成水面火灾•含多种多样有毒有害成分：酚、氰、油、农药、多环芳烃、染料、重金属(Hg、Cr、Cd、As等)、放射性等农业污染源：•污水面广、分散、难收集、难治理。•有机质、植物营养素、病原微生物、悬浮物及杂质含量高•含较高的化肥、农药过量施用农药污染水体过量施用化肥污染水体生活污染源：水质成分有日变化规律，含N、P高；产生恶质、腐臭和阴沟臭不能直接农灌。过量使用洗涤剂过量使用洗衣粉把剩饭倒入下水道河边洗车生活垃圾堆于河边4水体污染物（1）化学污染物：•无机无毒物质：颗粒物、矿渣、粉尘；酸碱盐类物质；氮磷等营养物质；•无机有毒物质：非重金属：氟/硫的化合物；重金属：Hg、Cd、Cr、Pb、As;•有机无毒物质：需氧有机物：蛋白质、氨基酸等；•有机有毒物质：易分解：酚、苯、醛、有机磷；难分解：有机氯、多环芳烃、多氯联苯；致臭物、致色物等（2）生物污染物：•细菌、病毒、原生动物、原生蠕虫（3）放射性物质：•天然放射性物质、人工放射性物质（4）热污染三、水体污染物测定指标1物理指标浊度、透明度、色、味、溴、悬浮物、电导率、硬度2化学指标pH值、硬度、有机物、有机毒物、无机毒物等。有机物测定指标：化学需氧量（COD）指用化学氧化剂氧化水中有机污染物时所需的氧量(mg/L)。生化需氧量（BOD）指在好气条件下，微生物分解水中有机物质的生物化学过程中所需溶解氧的量，是反映水体中有机污染程度的综合指标之一。溶解氧（DO）溶解于水中的分子氧，一般以每升所含氧的毫克数表示(mg/L)。3微生物学指标反映水体受生物性污染的过程及饮用水的卫生安全程度，指标包括：•细菌总数：100个/ml(饮用水卫生标准)•大肠菌群：3个/L(饮用水卫生标准)2000个/L(地面水标准中Ⅱ类水体标准)四、水体自净废水排入水体会造成严重的危害、但从另一方面看。水体也有一定的自身净化废水中污染物质的能力。水体受到废水污染后，逐渐从不洁变清的过程，称为水体自净。水体自净主要包括以下过程：稀释沉淀分解氧化病源体的死亡第三节水体主要污染类型一、水体富营养化1、定义由于氮、磷等植物营养物质含量过多而引起的水质污染现象称为水体富营养化，一般发生在湖泊、江河、海湾等缓流水体中。2、类型①天然富营养化：湖泊演变的自然过程，湖泊形成的幼年时期，均处于贫营养状态，随着时间的推移和环境的变化，逐渐使湖水中营养物质的浓度增加，其来源：为天然因素。a.天然降水b.地表土壤的侵蚀、淋溶c.浮游动植物生长、死亡、分解、释放。②人为富营养化：由于工农业生产的迅速发展，使营养物质大量进入湖泊水体，加速了湖泊演化的过程，其来源：a.城市生活污水带来大量N、P；含磷洗涤剂b.农村施用的化肥、牲畜粪便，经面源污染而进入天然富营养化与人为富营养化的共同点与不同点共同点：都是由于水体中N、P富集，引起水体DO下降、恶化；不同点：天然富营养化是湖泊水体生长、发育、老化、消亡整个生命史中必须过程，经历时间漫长，需以地质年代或世纪来描述，人为富营养化因人类排放含有N、P的工农业生活污水所致，演化速度极快，短时间内可使湖泊由贫变富。3、特征①浮游生物大量繁殖，水中溶解氧含量降低。②水体中藻类的种类减少，个体迅速增加;③因占优势的浮游藻类颜色不同，水面往往呈现蓝、红、棕、乳白等颜色，海水中出现叫“赤潮”、淡水中称“水华”。4、危害①DO降低，使鱼类难以生存。②藻类种类减少，危及鱼类生存。因有些藻类有胶质膜，有的甚至有毒，不能成为良好的饵料，。③危害水源，硝酸盐、亚硝酸盐对人、畜都有害。④加快湖泊老化的进程。赤潮:是水体中某些微小的浮游植物、原生动物或细菌，在一定的环境条件下突发性地增殖和聚集，引起一定范围内一段时间中水体变色现象。通常水体颜色因赤潮生物的数量、种类而呈红、黄、绿和褐色等。赤潮虽然自古就有，但随着工农业生产的迅速发展，水体污染日益加重，赤潮也日趋严重。近代我国自1933年首次报道以来，至1994年共有194次较大规模的赤潮，其中60年代以前只有4次，1990年后则有157起。赤潮的危害：赤潮不仅给海洋环境、海洋渔业和海水养殖业造成严重危害，而且对人类健康甚至生命都有影响。主要包括两个方面：①引起海洋异变，局部中断海洋食物链，使海域一度成为死海；②有些赤潮生物分泌毒素，这些毒素被食物链中的某些生物摄入，如果人类再食用这些生物，则会导致中毒甚至死亡。“水华”是淡水中的一种生态现象，是由藻类引起的，如蓝藻（严格意义上应称为蓝细菌）、绿藻、硅藻等，也就是水的富营养化。“水华”发生时，水一股呈蓝色或绿色。太湖美景1、太湖污染状况原因：工农业的发展人口的剧增，未经处理的城市污水化肥、农药的大量使用水产养殖规模的不断扩大太湖目前最突出的环境问题是全湖富营养化和局部水域的有机污染问题。太湖大部分水域已丧失了使用功能，造成太湖流域内既存在资源型缺水，又存在水质型缺水的两重性，水环境形势严峻。2000年7月，太湖湖区暴发大面积蓝藻，这是80年代以来最为严重的一汰。水样透明度为“零”。望虞河河面上，犹如铺上了一块宽约数十米的绿地毯：岸边的湖水像浓浓的绿色油漆。2、引发藻类暴发的关键因素蓝藻是太湖水污染的指标性植物。湖泊磷、氮等营养物质超标蓝藻暴发消耗DO鱼类等水生动植物缺氧死亡湖水发黄发臭生态失衡富营养化的特征“富营养化”条件下，氮、磷等营养物质增加，一些浮游生物急剧繁殖，水体中的藻类本来以硅藻和绿藻为主，蓝藻的大量出现是富营养化的征兆，随着富营养化的发展，最后变为蓝藻为主。3、造成太湖富营养化加剧的主要污染源根据污染源的空间形状不同点源污染：以点状的形式集中排放的工业废弃物或从污水处理厂排放的工业废水。非点源污染：从田间和果园冲刷下来的农药、化肥和畜禽养殖产生的废水，通过径流进入河流、湖泊或渗入地下水。在水质很差的嘉兴河网地区和大运河杭州段、主要污染指标都出自氨氮和总磷含量过高。在被污染的水体中，55％的磷来自生活污染，环太湖地区污水未经妥善处理就排入河道和湖泊，未经处理的污水占80％。水体营养状态上升二个等级，由80年代初期以中营养、中富营养为主、上升到90年代中期以富营养为主。其污染程度和发展速度令人震惊。根据污染源的空间形状不同点源污染以点状的形式集中排放的工业废弃物或从污水处理厂排放的工业废水。一位监测人员长期观察发现，一遇大雨，水中的氨氮浓度明显高于往日，原因就是农田施放化肥，污染物残留在地表上，很容易被雨水带进河道。随着农村产业结构的调整和农民致富奔小康的需求，化肥农药、生长素带来的污染急剧增加。面源污染因为污染物来自整个地区，而不是来自一、二个集中的污染源，污染物分散，并且体积庞大，更难以控制。根据污染源的空间形状不同非点源污染从田间和果园冲刷下来的农药、化肥和畜禽养殖产生的废水，通过径流进入河流、湖泊或渗入地下水。水产养殖业对太湖水体产生的污染另外，大湖的5万多艘船舶，废油滴漏严重，也造成太湖水体油污染增多。太湖水域污染主要来自工业、生活、和狭义的农业。虽然水产养殖只占污染总量的7％左右，但当养殖规模过大、养殖结构不合理时，渔业也会给环境带来不利影响。东太湖有水草多、水浅、湖面窄的特点，因此水体的自净能力本来就不强，过量的网箱养殖增加了太湖水体的污染压力。网箱养殖而投入太湖的饵料中，只有30％左右被鱼类利用，其余的饵料就沉入湖底，之后发酵。在这30％被利用的饵料中，只有9％的氮磷成分被利用、其余的被鱼类排泄到期水中。由此产生的大量氮、磷，加重了太湖水体的富营养化。4、太湖治理为何缓慢在太湖流域这块不足全国0.4％的国土面积上，人们创造了占全国14％左右的GDP(国内生产总值)。单纯发展经济付出的代价造成了对太湖水资源和水环境的严重破坏。5、太湖采取的措施为改变区域的生态状况，走可持续发展的道路,尽快用人畜粪便取代化肥，一来减缓土地板结的趋势，二来减少流入河道的污染量。应重视控制富营养化带来的经济效益与副产品、这包括：从污泥消化中获得低成本的能源(沼气)；将污泥做成肥料；灌溉施肥。太湖底泥生态疏浚工程太湖底泥中富含的营养物是内源污染源，是造成湖体富营养化和藻类爆发的营养盐来源之一。据有关资料分析，内源污染总氮含量可占34.7%，总磷含量占23.7%即使将外部入湖污染全部控制，仅湖内底泥释放的动力作用下的再悬浮、溶出，也可能引起藻类的发生和发展.底泥等深线图从藻类数量的变化也能看出治理的效果。太湖水体十出现藻类共有7个门类97个种别。80年代，蓝藻、硅藻、绿藻为总体优势种群，分别占20％、28％和40％，但是到了90年代以来，由于太湖湖体污染加重，湖体生态结构受到破坏，蓝藻则占绝对优势，最高时约占藻类总量的94％。90年代末，由于太湖流域污染治理步伐加快，其它藻类的比例开始明显上升，在一定程度上表明，大湖湖体富营养化已初步得到遏制。治理所需资金问题一个国家或地区的人均GDP达到2000美元以上，就有治理污染的经济基础。太湖流域作为我国经济最发达的地区，人均GDP约3000美元，太湖流域太湖流域应完全有能力依靠自己的力量解决污染问题。到2010年要恢复到20世纪80年代初水平，大约需要投入资金2000亿元。如果边治理边污染，治理速度跟不上污染速度，还要投入更多。生命之水二、热污染天然水体接受“热流出物”而使水温升高的现象叫热污染。火力发电厂、核电站的冷却水、炼钢、炼油产生的冷却水是主要来源。1、影响：①降低了水中溶解氧的含量②水温升高后，水体生化反应速度加快，可使某些化合物的毒性提高。③破坏了水生生态平衡，加速细菌繁殖，限制鱼类繁殖，使鱼死亡等(助长水草)。热污染使鱼死亡热污染温度（oC）0481216DO(mg/L)14.6413.0911.8110.779.86温度（oC）2024283235DO(mg/L)9.088.417.827.306.952、防治（1）改进热能利用技术，提高热能利用率（2）利