Chapter3 Water environment

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1 Chapter3 Water environment
《环境学》 第三章 水体环境 Chapter3 Water environment 大连民族学院 环境科学与工程系 主讲人：董玉瑛 教授

2 主要内容： 第一节 水资源及其利用与保护 第二节 水体污染 第三节 污染物在水体中扩散 第四节 水环境污染控制及管理

3 第一节 水资源及其利用与保护 一、地球上天然水资源的分布 水的特性（透光性、溶剂、高比热和高蒸发热、4℃时的密度最大）；冰的升华 河

4 二、天然水在环境中的循环 在全球内蒸发与降水的总量是平衡的

5 从水资源可持续利用的角度看，各种水体的储水量并非全部都适宜利用，一般仅将一定时间内能迅速得到补充的那部分水量计作可利用的水资源量
。 地球各种水体的循环更替周期 水体类型 更替周期 海洋 2 500年 湖泊 17年 深层地下水 1 400年 沼泽 5年 极地冰川 9 700年 土壤水 1年 永久积雪和高山冰川 1 600年 河川水 16天 永冻带底冰 10 000年 大气水 8天 生物水 几小时

6 三、水资源 四、世界水资源短缺的危害 消耗原因：公共用水、工业用水和农业用水 生活、生产和生态用水 水资源的特性： 作用上的重要性
补给上的有限性 时空上的多变性 利用上的多用性 四、世界水资源短缺的危害

7 groundwater depression groundwater depression cone
非洲是地球上缺水最为严重的地区之一，近30年来，非洲的人口增长率为3%，而粮食增长率却只有2%，水资源的匮乏是粮食生产不能满足要求的主要原因之一。 此外，世界性缺水造成了生态系统的恶化。最先表现出来的是地下水枯竭，在主要依靠地下水的中国北部，由于抽水过多而使北京的地下水位每年下降1~2m， groundwater depression groundwater depression cone

8 水资源短缺造成的用水紧张，正在引发中东、北非和中亚等地区国家关系紧张和冲突。这些地区的国家相互指责对方多占了本应公平分享的淡水资源，并各出奇招，采用截流、改道等手段进行水资源的抢占。鉴于此，联合国早在1977年就向全世界发出警告：“水不久将成为一场严重的社会危机，石油危机之后的下一个危机就是水”，并从中斡旋，以防战事发生。1989年，埃及外长加利曾在美国国会指出：“埃及的安全保障掌握在尼罗河上游的8个国家手中”。

9 第一节 水资源及其利用与保护 五、我国水资源特点 地区分布不均匀：年降水量由东南向西北逐渐递减， 东南沿海径流深为1200mm，
第一节 水资源及其利用与保护 五、我国水资源特点 地区分布不均匀：年降水量由东南向西北逐渐递减， 东南沿海径流深为1200mm， 而 西北干旱地区小于5mm，甚至等于零 季节分配不均匀：全年降水主要集中在下半年

10 第一节 水资源及其利用与保护 六、我国水资源主要问题 1、人均和亩均水量少
第一节 水资源及其利用与保护 六、我国水资源主要问题 1、人均和亩均水量少 总量占世界第六，人均为世界平均水平1/4，列88位，亩均为世界平均水平2/3。 2、水资源在地区分布上很不均匀，水土资源组合不平衡 南方水资源占全国总量81%，人口占54.7%，耕地占35.9% 北方水资源占全国总量14.4%，耕地占58.3% 3、水量年内及年际变化大，水旱灾害频繁 4、水土流失严重，许多河流含沙量大 5、我国水资源开发利用各地很不平衡

11 第一节 水资源及其利用与保护 七、水资源的利用和保护 1、提高水的利用效率，开辟第二水源 降低工业用水，提高水的重复利用率
第一节 水资源及其利用与保护 七、水资源的利用和保护 1、提高水的利用效率，开辟第二水源 降低工业用水，提高水的重复利用率 减少农业用水，实行科学灌溉 回收利用城市污水，开辟第二水源 2、调节水源流量，增加可靠供水 建造水库

12 跨流域调水 地下蓄水 海水淡化 拖移冰山 恢复河、湖水质 合理利用地下水 3、加强水资源管理 4、增加下水道建设 ，发展城市污水处理厂 雨污分流

13 第二节 水体污染 一、天然水的化学组成 溶解气体 主要气体：N2、O2、CO2、H2S 微量气体：CH4、H2、He
第二节 水体污染 一、天然水的化学组成 溶解气体 主要气体：N2、O2、CO2、H2S 微量气体：CH4、H2、He 主要离子 阴离子 ： Cl-、SO42- 、HCO3- 、CO32- 阳离子： K+ 、Na+ 、Ca2+ 、Mg2+ 微量元素：I-、Br、F-、BO2-、Fe、Cu、Ni、Ti、Pb、Zn、Mn 生源物质：NH4+ 、NO2- 、NO3- 、PO43- 、HPO42- 、H2PO4- 胶体 无机胶体 有机胶体 固体悬浮物 ：硅铝酸盐颗粒、砂粒、粘土

14 第二节 水体污染 二、水体概念及水体污染 （一）水体概念p68
第二节 水体污染 二、水体概念及水体污染 （一）水体概念p68 指的是以相对稳定的陆地为边界的天然水域，包括有一定流速的沟渠、江河和相对静止的塘堰、水库、湖泊、沼泽以及受潮汐影响的三角洲与海洋，把水体当作完整的生态系统或综合自然体看待，包括其中水中的悬浮物质、溶解物质、底泥和水生生物等。 （二）水体污染p69 当污染物进入河流、湖泊、海洋或地下水等水体后，其含量超过了水体的自然净化能力，使水体的水质和水体底质的物理、化学性质或生物群落组成发生变化，从而降低了水体的使用价值和使用功能的现象，被称为水体污染。

15 第二节 水体污染 三、水体污染源和污染物 （一）水体污染物质的来源 1、工业废水：各种工矿企业在生产过程中排出的废 水。 2、生活污水：
第二节 水体污染 三、水体污染源和污染物 （一）水体污染物质的来源 1、工业废水：各种工矿企业在生产过程中排出的废 水。 2、生活污水： 3、农业退水：农作物栽培、牲畜饲养、食品加工等 过程排出的污水和液态废物（非重复 用水）。

16 第二节 水体污染 （二）水体污染的主要污染物p72 1、物理方面： 颜色 浊度 温度 悬浮固体 放射性 2、化学方面： （1）无机无毒物质
第二节 水体污染 （二）水体污染的主要污染物p72 1、物理方面： 颜色 浊度 温度 悬浮固体 放射性 2、化学方面： （1）无机无毒物质 指排入水体中的酸、碱及一般的无机盐类

17 第二节 水体污染 （2）无机有毒物质 ①重金属：不易消失，通过食物链富集进入人 体，经较长时间积累可促进慢性疾病 发作
第二节 水体污染 （2）无机有毒物质 ①重金属：不易消失，通过食物链富集进入人 体，经较长时间积累可促进慢性疾病 发作 Hg Cd Cr As Pb ②氟化物：氟斑牙，更高使骨骼变形；氟骨症， 损害肾脏

18 第二节 水体污染 ③氰化物 氰化物是快速剧毒物质，简单的氰化物经口、呼吸道或皮肤进入人体，极易被人体吸收。细胞色素氧化酶的Fe3+与血液中的-CN结合，生成氧化高铁细胞色素氧化酶，使Fe3+丧失传递电子的能力，造成呼吸链中断，细胞窒息死亡。 CN CO H2O = HCN HCO3- 氰化物在水中有较强的自净作用。在水中的溶解氧作用下生成NH4+,CO3- 2CN O2 = 2CNO- CNO H2O = NH CO3-

19 第二节 水体污染 （3）耗氧有机物p73 通过微生物的生物化学作用而分解为简单无机物（CO2,H2O）的过程中需要消耗水中的溶解氧
第二节 水体污染 （3）耗氧有机物p73 通过微生物的生物化学作用而分解为简单无机物（CO2,H2O）的过程中需要消耗水中的溶解氧 Ⅰ.常用的有机物污染指标 ①化学耗氧量（COD）Chemical Oxygen Demand ： 规定条件下，使水样中能被氧化的物质氧化所需耗用氧化剂的量，以每升水消耗氧的毫克数表示。分KMnO4、K2Cr2O7法。

20 第二节 水体污染 好氧条件下，微生物分解水体中有机物质的生物化学过程中所需溶解氧的量。 BOD5：20℃，培养5天的生物化学过程需要氧的量
第二节 水体污染 ②生化需氧量（BOD）Biochemical Oxygen Demand 好氧条件下，微生物分解水体中有机物质的生物化学过程中所需溶解氧的量。 BOD5：20℃，培养5天的生物化学过程需要氧的量 BOD ＜1 mg/L ，水体清洁 ＞3~4 mg/L ，已受污染 BOD520= 70%BODT Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ DO 8 6 4 3 1 BOD5 2 5 12 COD 15 30 mg/L

21 第二节 水体污染 ③总有机碳量（TOC） Total Organic Carbon ： 水体溶解性和悬浮性有机物中存在的全部碳量
第二节 水体污染 ③总有机碳量（TOC） Total Organic Carbon ： 水体溶解性和悬浮性有机物中存在的全部碳量 ④总需氧量（TOD） Total Oxygen Demand ： 有机物全部被氧化时，所需的氧 Ⅱ.耗氧有机物的存在p74：生活污水及部分工业废水中 有机合成原料、有机酸碱、油脂类、高分子化合 物、表面活性剂

22 第二节 水体污染 Ⅲ 溶解氧下垂曲线 有机物的生物化学氧化率与剩下的尚未被氧化的有机物浓度成正比。 -dL/dT=KL
第二节 水体污染 Ⅲ 溶解氧下垂曲线 有机物的生物化学氧化率与剩下的尚未被氧化的有机物浓度成正比。 -dL/dT=KL Lt/L0=10-Kt L0：起始时有机物浓度 Lt：t时间的有机物浓度M Lt/L0：剩余有机物占起始时有机物的比率 K：耗氧速度常数，以日计算，普通生活污水20 ℃为0.1

23 第二节 水体污染 K=0.1时，有机物每天氧化量为前一天有机物的20.6%。每天氧化量逐渐减少，经过3天有机物分解50%。所以3天称为有机物污染分解的半衰期。BOD520相当于有机物分解的68.4%。K与温度有关，温度越高、K值越大、分解速度越快。 Lt Lt/2 t t1/2(半衰期)

24 第二节 水体污染 当耗氧使水中溶解氧下降到饱和浓度以下时，大气中的氧便向河流补充，这种作用称为复氧作用。当有机需氧污染物进入清洁河流后，由于排入的有机物生化耗氧起主要作用，河水溶解氧就逐渐减小，到达最低值后曝气复氧转为优势，溶解氧恢复到原来的状况，这样由耗氧与复氧综合作用下的曲线叫做溶解氧下垂曲线。 饱和浓度 2 DO P 1 tc 时间(天)

25 第二节 水体污染 （4）有机有毒物质 酚类化合物：包括挥发酚和不挥发酚 饮用水中酚的最高允许浓度0.002mg/L，微量酚在水厂
第二节 水体污染 （4）有机有毒物质 酚类化合物：包括挥发酚和不挥发酚 饮用水中酚的最高允许浓度0.002mg/L，微量酚在水厂 消毒氯化时可生成氯酚，使饮用水产生不愉快的恶臭。 有机农药：有机氯、有机磷和有机硫等。 多环芳烃：环境中重要致癌物质 多氯联苯：脂溶性化合物，在生物脂肪组织中富集倍数很 高，对人肝脏、神经、骨骼等有影响，有致癌作用，可促成 遗传变异。1968年曾在日本引起过严惩的米糠油“公害事件”。

26 第二节 水体污染 洗涤剂： 合成洗涤剂进行生物降解，分解过程中消耗水中溶解氧. 加之阴离子洗涤剂和非离子洗涤剂会在水面上出现永久性泡
第二节 水体污染 洗涤剂： 合成洗涤剂进行生物降解，分解过程中消耗水中溶解氧. 加之阴离子洗涤剂和非离子洗涤剂会在水面上出现永久性泡 沫，降低水的复氧速度和程度，含有磷酸盐，造成水体富营 养化。 （5） 生物污染物： 城市生活污水、医院污水或污水处理厂排水排入地表水 后，源微生物污染。 （6）放射性物质

27 第三节 污染物在水体中扩散 一、污染物在水体中的运动特征p76 （一）推流迁移 （二）分散作用 分子扩散、湍流扩散、弥散
第三节 污染物在水体中扩散 一、污染物在水体中的运动特征p76 （一）推流迁移 （二）分散作用 分子扩散、湍流扩散、弥散 （三）污染物的衰减和转化

28 第三节 污染物在水体中扩散 二、河流水体中污染物扩散模型 水力学模型有零维、一维、二维和三维：
第三节 污染物在水体中扩散 二、河流水体中污染物扩散模型 水力学模型有零维、一维、二维和三维： 零维模型用于最简单、理想状态下的水质预测；一维模型用于断面平均流量参数并考虑参数在纵向方向上的变化；二维模型不仅具有一维的特点，同时还考虑在横向方向上的参数变化；三维模型用“点”流量参数，不仅考虑纵、横两个方向上的参数变化，还考虑垂直方向上的变化。

29 第三节 污染物在水体中扩散 零维水质模型 零维是一种理想状态，把所研究的水体如一条河或一个水库看成一个完整的体系，当污染物进入这个体系后，立即完全均匀地分散到这个体系中，污染物的浓度不会随时间的变化而变化。 零维水质模型的适用条件 在同时满足以下情况下，可以把预测水体简化为“零维”进行预测。 上游来水流量稳定、水质是均匀的。 河水流量与污水流量之比大于10－20。 不考虑污水进入水体的混合距离。

30 第三节 污染物在水体中扩散 点源定常设计条件下河流稀释混合模型： 式中： C 完全混合的水质浓度（mg/L） Cp 设计水质浓度（mg/L）
第三节 污染物在水体中扩散 点源定常设计条件下河流稀释混合模型： 式中： C 完全混合的水质浓度（mg/L） Cp 设计水质浓度（mg/L） Qp 上游来水设计水量（m3/s） Ce 污水设计排放浓度（mg/L） Qe 污水设计流量（m3/s

31 第三节 污染物在水体中扩散 一维水质模型 适用条件：
第三节 污染物在水体中扩散 一维水质模型 适用条件： 某一水团沿水流运动方向移动，同时存在于该水团中的污染物亦随之移动，在运动过程中，污染物由于降解或转化成其它形式而发生浓度变化，这一变化往往与河流状态有关如：水温、溶解氧浓度等等，一维模型适用的假设条件是横向和垂直方向混合相当快，认为断面中的污染物浓度是均匀的。

32 第三节 污染物在水体中扩散 一维水质模型的一般方程式：

33 第三节 污染物在水体中的转化p83 一、水体中耗氧有机物降解 （一）有机物生物化学分解 1、水解反应p84
指复杂的有机物分子在水解酶参与下加以水分子，分解为较简单的化合物的反应。 2、氧化反应 （1）脱氢作用 （2）脱羧作用 （二）代表性耗氧有机物的生物降解p85-89

34 3.3 水体富营养化 Eutrophication 大连民族学院环境科学与工程系 董玉瑛 教授
《环境学》 3.3 水体富营养化 Eutrophication 大连民族学院环境科学与工程系 董玉瑛 教授

35 复习 Reviewing 3.2 水体环境概述 一、水污染概念 （Water pollution） 二、主要污染物
（Major pollutants） 由heavy metals造成的水体重金属污染 由pesticides等造成的水体有毒有害难降解有机物污染 由nutrients造成的水体营养物质污染

36 图片源自百度图库

37 (Definition and harm of eutrophication)
一、富营养化的概念及其危害 (Definition and harm of eutrophication) 1、Definition 是指在人类活动影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。 水花Water flower / 水华Water bloom 赤潮Red tide

38 Definitions of Eutrophication
源自： “It refers to natural or artificial addition of nutrients to bodies of water. When the effects are undesirable, eutrophication may be considered a form of pollution.” -1969 “A high level of nutrients, especially phosphates and nitrates, can promote excessive growth of algae. As the algae die, the decomposing organisms deplete available oxygen. Eutrophication is a natural, slow-aging process, but human activity greatly speeds up the process.” -1993 “Inorganic plant nutrients (e.g. nitrate, phosphate) may occur naturally but can also be the result of human activity (from fertilizer runoff and sewage discharge). It is particularly evident in slow-moving rivers and shallow lakes. Increased sediment deposition can eventually raise the level of the lake or river bed, and eventually converting the area to dry land.” -1998 思考题：参考双语，描述不同阶段富营养化概念的特征？

39 2、Harm 1) 水体透明度降低：水面形成绿色浮渣，透明度降低。
2) 深水层的溶解氧减少：死去的藻类沉于底部，分解时大量消耗深水层的溶解氧。 3) 水生生态的变化：降低了水生生物的稳定性和多样性，导致水体生态平衡的破坏。 4) 水味变腥发臭：绿色浮渣致使底层堆积的有机物质在厌氧条件分解产生硫化氢、甲烷和氨等有害气体，发散臭味。 5) 有毒物质的释放：某些藻类能分泌、释放硝酸盐和亚硝酸盐等有毒物质。 思考题：为什么发生富营养化的水体会发散腥臭味和释放有毒物质？

40 二、成因分析（Cause analysis）
1、水体氮、磷浓度的比值与藻类增殖有着密切关系 其中，磷相对于生物生长其他元素来说所需最少，根据最小因子定律，即植物的生长取决于那些处于最少量状态的营养元素，因此，磷对植物的生长和繁殖起到限制作用，是主要限制性营养元素。 最小因子定律（Law of the minimum） 植物生长取决于那些处于最少量状态的营养元素。 富营养化的评价指标（Assessment index system） 化学指标(TP)；生物指标(Chlorophyll content )

41 Multimedia model in water body
思考题：磷进入水体和在水体中去除的途径有哪些？ （source and sink） 观察：图中的箭头方向以及不同颜色方框的代表含义？ 悬浮相(Suspended) 溶解相(Dissolved) 沉积相 (Sediment) 生物相 (Biota) 水体多介质结构 Multimedia model in water body *源自文献：董玉瑛等. 综合多介质模型的发展概述，化学世界，2005，46(9),

42 2、影响藻类生长的物理、化学和生物因素 如阳光、营养盐类、季节变化、水温、pH值，以及生物本身的相互关系，也会促发水体富营养化。 案例分析： 太湖富营养化防不胜防。以往6、7月份发生，为什么近年来会在4、5月份提前爆发？ 五大淡水湖均己具备发生富营养化的条件 中型湖泊大部分已处于富营养化状态 城市湖泊富营养化严重

43 三、富营养化的防治对策 （Precautions）
What to do? How to do? 1 控制外源性营养物质输入 2 减少内源性营养物质负荷 3 去除污水中的营养物质 措施

44 1、控制外源性营养物质输入 （1） 制订营养物质排放标准和水质标准。 （2） 根据湖泊水环境磷容量，实施总量控制。
（3）合成洗涤剂禁磷和限磷，是减少磷排放、降低富营养化水体总磷含量的重要措施 （4） 实施截污工程或者引排污染源。 （5）发展生态农业，合理使用土地，最大限制地减少土壤侵蚀、水土流失与肥料流失。

45 2、减少内源性营养物质负荷 3、去除营养物 （1） 生物-生态性措施：通过放养控藻型生物、构建人工湿地，恢复水体应有的功能。
（2） 物理工程性措施：包括挖掘底泥沉积物、进行水体深层曝气、注水冲稀等。 （3） 化学方法：包括凝聚沉降和用化学药剂杀藻等。 3、去除营养物 利用物理、化学和生物方法去除污水中的氮、磷营养物质。

46 依据五律协同原理，实施多管齐下，提出原地控源、控源导流策略，进行太湖水体富营养化的综合防治。 （参考左玉辉《环境学》）
案例分析：太湖富营养化综合防治策略 依据五律协同原理，实施多管齐下，提出原地控源、控源导流策略，进行太湖水体富营养化的综合防治。 （参考左玉辉《环境学》） （1）自然规律：在污染源头控制的基础上，将区域尾水调离太湖水系，实现太湖变清。 （2）社会规律：太湖尾水负荷随着城市进程增加，策略与太湖的水环境达标的目标相协同。 （3）经济规律：实现低成本的大规模集中处理，通过市场化运作，将污水处理变成一个新兴的产业链。 （4）技术规律：而区域尾水的收集、输送与生态处理，国内外已有长期运行的实例，技术上有保障。 （5）环境规律：二者本质上都是为了实现水环境达标，从根本上促进水环境变清目标的顺利实现。

47 方法总结：Problem-solving strategy
Think processes. Focus on the pollutants, environment and their interactions. Be systematic. Solving problems requires a step-by-step approach. Be flexible. Look for both the similarities and the differences. Be patient. Pick the problem apart into its workable steps. Be confident. Let the problem guide you. Assume that you can think it out.

48 作业 概念（对）：水环境亚相；富营养化/赤潮。 结合水体multimedia model图描述水体污染的source and sink。
太湖富营养化为什么会早于夏季在春季提前爆发？ 简述富营养化的成因和危害。 应用五律协同原理阐述富营养化防治策略。 预习：水体重金属污染

49 第三节 污染物在水体中的转化 （二）植物营养物氮、磷在水体中的转化 氮和磷在水体富营养化的限制因素中起了重要作用。
第三节 污染物在水体中的转化 （二）植物营养物氮、磷在水体中的转化 氮和磷在水体富营养化的限制因素中起了重要作用。 1、含氮化合物在水体中的转化 水体中的含氮化合物分为有机氮和无机氮。 氨化：有氧无氧均可，产物为NH3，NH4+ 硝化：有氧条件，产物为NO3- 反硝化：缺氧条件下 NH3 NO NO N2 N2O 氮元素主要储存于大气圈

50 第三节 污染物在水体中的转化 2、含磷化合物的转化 水环境中磷主要以H2PO4-、HPO42-、PO43-和有机磷形式存在。
第三节 污染物在水体中的转化 2、含磷化合物的转化 水环境中磷主要以H2PO4-、HPO42-、PO43-和有机磷形式存在。 PO ATP 甘油磷酸脂糖 ADP 生物体中磷从无机磷酸盐开始，部分完成磷的生物地球化学循环，提供生物能，激发生物活性。最后经过转化又以无机磷酸盐出现， 磷主要来源于磷酸盐矿、动物粪便以及化石等天然磷酸盐沉积物，磷肥及洗涤剂的使用是主要的污染源。 甘油 PO43- + 糖

51 第三节 污染物在水体中的转化 （三）氮、磷污染与水体富营养化
第三节 污染物在水体中的转化 （三）氮、磷污染与水体富营养化 p92植物生长取决于外界供给它所需的养料中数量最少的一种。在藻类分子中所占的重要百分比中磷最小，氮次之。因此，藻类的生产量主要取决于磷的供应量。 水体氮、磷浓度的比值与藻类增殖有着密切关系。 （四）水体富营养化判断标准 根据湖水营养物质浓度、藻类含叶绿素的量、湖水透明度及溶解氧等。表p93

52 第三节 污染物在水体中的转化 三、重金属在水体中的迁移转化 （一）重金属在水环境中的污染特征p97自学 1、重金属元素在自然界的分布
第三节 污染物在水体中的转化 三、重金属在水体中的迁移转化 （一）重金属在水环境中的污染特征p97自学 1、重金属元素在自然界的分布 存在于岩石、土壤、大气、水体和生物体内，并不断进行自然环境中的迁移循环。 2、重金属属于过渡性元素 价态变化较多，配合能力强，对生物的毒性效应明显。 3、重金属在水环境中的迁移转化 机械迁移：重金属离子以溶解态或颗粒态的形式被水流机械搬运。 物理化学迁移：重金属以简单离子、络离子或可溶性分子在水环境中通过一系列物理化学作用所实行的迁移与转化。 生物迁移：重金属通过生物体的新陈代谢、生长、死亡等过程所实现的迁移。 4、重金属的毒性效应

53 第三节 污染物在水体中的转化 （ 二）重金属在水体中的迁移转化 1、重金属的沉淀溶解作用
第三节 污染物在水体中的转化 （ 二）重金属在水体中的迁移转化 1、重金属的沉淀溶解作用 水中的溶解度可表示在水中的迁移能力。溶解度大迁移能力大，反之则小。溶解度随着离子半径的增大和电价的减少而减少。 2、重金属的氧化还原转化 （1）天然水体氧化-还原电位 氧化还原电位(Eh)表示元素的氧化还原能力

54 第三节 污染物在水体中的转化 （2）电子活度pε 氧化态 + ne 还原态
第三节 污染物在水体中的转化 （2）电子活度pε 氧化态 + ne 还原态 pε越小，说明电子浓度高，体系提供电子倾向强，体系有较强的还原性；pε越大，电子浓度小，易从外界获得电子，具有较强的氧化性

55 第三节 污染物在水体中的转化 （3）决定电位系统 一个氧化还原平衡的单一体系，平衡的pε就是体系的pε。
第三节 污染物在水体中的转化 （3）决定电位系统 一个氧化还原平衡的单一体系，平衡的pε就是体系的pε。 多个氧化还原平衡共存水体， pε介于各个单一体系的电位之间，而且接近于含量较高的单一体系。如果某个体系的含量比其它体系高的多，则其pε几乎等于体系的pε，此时该水体的电位值称为决定电位。 多数情况下，天然水中对电位起决定作用的是溶解氧。有机物较多的缺氧水中，有机物起决定电位作用。总之，决定电位为溶解氧体系和有机物体系的综合。

56 第三节 污染物在水体中的转化 （4）天然水的pε 天然水含有许多无机及有机的氧化剂和还原剂，是一个复杂的氧化-还原混合体系。
第三节 污染物在水体中的转化 （4）天然水的pε 天然水含有许多无机及有机的氧化剂和还原剂，是一个复杂的氧化-还原混合体系。 可将天然水分为三类： 第一类：同大气接触富含溶解氧高的氧化性水 第二类：同大气隔绝不含溶解氧而富含有机质的还原水 第三类：介于第一、第二类水之间，偏向第二类水

57 第三节 污染物在水体中的转化 （5）重金属元素氧化还原转化 第一类氧化性水 V V5+ 第二三类还原水 Cu Cu2+ Fe Fe3+ Mn Mn4+ 重金属在高pε水中，将从低价态氧化成高价态或较高价态。在低pε的水中将被还原成低价态，或与其中硫化氢反应形成难溶硫化物

58 第三节 污染物在水体中的转化 3、重金属元素络合作用 （1）氯离子对重金属离子的配合作用
第三节 污染物在水体中的转化 3、重金属元素络合作用 （1）氯离子对重金属离子的配合作用 配合物的主要形态：MCl+、 MCl 20、MCl 3-、MCl42- 氯离子与金属离子的配合程度，除与氯离子的浓度有关，还与金属离子本性有关。 同氯离子配合能力：Hg2+＞Cd2+＞Zn2+＞Pb2+ Cl - = 10-9mol/L，HgCl+ Cl - ＞ mol/L，HgCl20 重金属离子的氯配合物的形成大大提高难溶金属化合物的溶解度，同时减弱胶体对重金属的吸附或使已被吸附的重金属在高浓度氯离子的水体中被释放，造成“二次污染”。

59 第三节 污染物在水体中的转化 (2)羟基对重金属离子的配合作用 重金属离子的水解过程实际就是与羟基的配合作用。 M2+ + OH- MOH+
第三节 污染物在水体中的转化 (2)羟基对重金属离子的配合作用 重金属离子的水解过程实际就是与羟基的配合作用。 M OH MOH+ K1 = [MOH+]/[M2+][OH-] MOH OH M(OH)20 K2 = [M(OH)20]/[MOH+][OH-] M(OH) OH M(OH)3- K3 = [M(OH)3-]/ [M(OH)20][OH-] M(OH) OH M(OH)42- K4 = [M(OH)42-]/ [M(OH)3-][OH-] K1、K2、K3、K4为羟基配合物的逐级稳定常数。

60 第三节 污染物在水体中的转化 凝聚 絮凝 4、重金属的胶体化学吸附迁移转化p103
第三节 污染物在水体中的转化 4、重金属的胶体化学吸附迁移转化p103 水中含有丰富的胶体。由于胶体具有大的比表面并带电荷，能够强烈地吸附各种分子和离子，对重金属和农药等无机物和有机物在水体中的迁移有较大的影响。金属的吸附作用是使重金属从不饱和的溶液中转入固相的主要途径。 凝聚 絮凝

61 第三节 污染物在水体中的转化 5、某些重金属的甲基化作用p103
第三节 污染物在水体中的转化 5、某些重金属的甲基化作用p103 汞在微生物的作用下，可转化为毒性更强的甲基汞，通过食物链在生物体内富集，最后进入人体。 Hg R-CH CH3Hg (CH3)2Hg

62 第四节 水环境污染控制及管理 一、水体污染的防治与管理p104 （一）制定水环境质量标准 1、水质标准
第四节 水环境污染控制及管理 一、水体污染的防治与管理p104 （一）制定水环境质量标准 1、水质标准 水质标准是为了保障人体健康，维护生态平衡，保护水资源，控制水污染，在综合水体自然环境特征、控制水环境污染的技术水平及经济条件的基础上，所规定的水环境中污染物的容许含量、污染源排放污染物的数量和浓度等的技术规范。 2、工业废水排放标准

63 第四节 水环境污染控制及管理 （二）水环境污染防治对策 1、减少耗水量 2、建立城市污水处理系统 3、调整工业布局 4、加强水资源的规划管理

64 第四节 水环境污染控制及管理 二、废水处理方法p105 （一）污水处理基本方法 1、物理法

65 2、化学法

66 3、生物法

67 第四节 水环境污染控制及管理 （二）城市污水的处理 （三）尾水的生态处理与资源化
第四节 水环境污染控制及管理 （二）城市污水的处理 （1）一级处理，主要去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质，物理处理法大部分只能完成一级处理的要求。经过一级处理后的污水，BOD一般可去除30%左右，达不到排放标准。一级处理属于二级处理的预处理。 （2）二级处理，主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质（BOD、COD），去除率可达90%以上，使有机污染物达到排放标准。 （3）三级处理，是在一级、二级处理后，进一步处理难降解的有机物、磷和氮等能够导致水体富营养化的可溶性无机物等。主要方法有生物脱氮除磷法，混凝沉淀法，砂滤法，活性炭吸附法，离子交换法和电渗析法等。 （三）尾水的生态处理与资源化

68 活性污泥生物处理工艺

69 （四）降低污水处理厂投资和运行费用的途径
1) 工艺创新 a、选择适合我国国情的高负荷工艺，重点解决污泥处理问题； b、低负荷氧化沟工艺负荷为 kgBOD/m3.d； c、活性污泥工艺负荷为 kgBOD/m3.d； 2) 技术创新 a、新技术包括新工艺，同时包括新材料和新施工方法； b、如lipp技术和拼装式反应器技术；如Biolack施工技术； 3) 体制创新 a、招投标制度等； b、污水处理厂人员问题； c、自动控制问题；

70 作业： 1、分析我国和世界水资源的利用情况 2、什么是水体，什么是水体污染？ 3、常用的有机污染指标是哪些？
4、画出溶解氧下垂曲线，说明其含义。 5、简述富营养化的现象、成因及控制对策。 6、简述影响天然水中重金属迁移转化因素。