《水环境监测》PPT课件.ppt

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1、第三章第三章水环境监测水环境监测（3 3）环境监测环境监测3.3 水体自净作用水体自净作用 一、河流的自净作用一、河流的自净作用 概念及机理概念及机理衡量水体自净的指标衡量水体自净的指标学习河流自净规律的意义学习河流自净规律的意义3.3 水体自净作用水体自净作用 一、河流的自净作用一、河流的自净作用（一）概念：（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。以恢复到原先的状态。

2、（二）机理：（二）机理：a a、物理过程、物理过程*（稀释、吸附、沉淀等）（稀释、吸附、沉淀等）b b、化学过程、化学过程 （氧化还原、分解化合等）（氧化还原、分解化合等）c c、生物化学过程、生物化学过程*（微生物的降解作用、藻类的光合作用等）（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？提问：水体自净速度有哪些限制因素？3.3 水体自净作用水体自净作用 1 1、河流的自净作用、河流的自净作用 物理过程稀释作用：稀释作用：两种运动方式：一是平流，二是扩散。两种运动方式：一是平流，二是扩散。（1）平流：）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

3、 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：）扩散：根据引起和影响扩散的因素不同，可分为扩散扩散分子扩散分子扩散：平静水体中分子间的相互运动对流扩散对流扩散：因上下水层密度差异而引起的 扩散作用紊流扩散紊流扩散：水流内部大小漩涡互相混杂而 产生流速和流向有脉动扩散影响紊流扩散的因素影响紊流扩散的因素:1)1)、河流的形状、河流的形状 2)2)、河底的粗糙度、河底的粗糙度 3)3)、河水的流速、河水的流速 4)4)、河水深度、河水深度3.3 水体自净作用水体自净作用 1 1、河流的自净作用、河流的自净

4、作用 物理过程吸附作用：吸附作用：指溶液中的离子或分子被束缚在固相颗粒上。（1 1）极性吸附）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 2）非极性吸附）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 a、比表面积比表面积 表面积表面积/单位重量单位重量 1.13/r (r1.13/r (r为颗粒半径为颗粒半径)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

5、净作用水体自净作用 b b、表面能表面能 表面积表面积界面液体的表面张力系数界面液体的表面张力系数 特征特征：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：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 水体自净作用水体自净作用 2 2、河流的自净作用、河流的自净

6、作用 生化过程 细菌、藻类、大型植物、微型动物、大型动物细菌、藻类、大型植物、微型动物、大型动物细菌作用：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：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：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：如：藻类的光合成反应式 106CO2+16NO3-+HPO42-+122H2O+18H+C106H263O110N16P +138O2溶解性有机污染物溶解性有机污染物 较稳定的有机体（藻类细胞）较稳定的有机体（藻类细胞）3.3 水体自净

7、作用水体自净作用 2 2、河流的自净作用、河流的自净作用 生化过程大型植物：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：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：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河流中的生物循环构成的食物链阳光阳光光合细菌、藻、水生植物 原生动物 轮虫、浮游甲壳动物等排泄物、废物 鱼、其它动物异养细菌 3.3 水体自净作用水体自净作用 2 2、河流的自净作用、河流的自净作用 生化过程 污染河流生态系统图污染河流生态系统图 3.3

8、水体自净作用水体自净作用 河流污染和自净过程图河流污染和自净过程图污水污水 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？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 水体自净作用水体自净作用 1 1、P/H P/H 指数指数与与BIPBIP指数指数 反映水体污染和自净程度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 污污染前染前 污污污污染染染染 净净化开始化开始 持持续续 结结束束P/HP/H：高高 下降下降 最低点最低点 上升上升 高高BIPBIP：08 上升上升 60100 下降

9、下降 083.3 水体自净作用水体自净作用 1 1、P/H P/H 指数指数与与BIPBIP指数指数 反映水体污染和自净程度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 2、氧浓度昼夜变化幅度、氧浓度昼夜变化幅度 污染前 污染 净化开始 持续 结束溶氧变化幅度：0 0 增大 减小 03.3 水体自净作用水体自净作用 1 1、P/H P/H 指数指数与与BIPBIP指数指数 反映水体污染和自净程度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

10、异养型微生物2 2、氧浓度昼夜变化幅度、氧浓度昼夜变化幅度3 3、氧垂曲线、氧垂曲线3.3 水体自净作用水体自净作用 学习河流自净规律的意义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 水体自净作用水体自净作用 二、地下水的自净作用二、地下水的自净作用（一）概述（一）概述 地下水污染的概念地下水污染的概念 地下水中污染物的概念地下水中污染物的概念（二）（二）地下水污染的特点及途径地下水污染的特点

11、及途径（三）地下水污染物的组分特征（三）地下水污染物的组分特征（四）地下水的自净作用（四）地下水的自净作用（一）（一）概述概述1.地下水污染地下水污染(ground water pollution)凡是在人类活动人类活动的影响下，地下水水质变化朝着水质水质恶化恶化方向发展的现象。2.2.地下水中的污染物地下水中的污染物 凡是人类活动人类活动导致进入地下水并使水质恶化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 水体自净作用水体自净作用 3.3 水体自净作用水体自净作用 如：二氯乙烯，三、四氯乙烯，氯仿等如：二氯乙烯，三、四氯乙烯，氯仿等(4)

12、放射性污染物放射性污染物Ra-226Ra-226、Sr-90Sr-90、Pu-209Pu-209、Cs-137Cs-1373.地下水中的污染物分类地下水中的污染物分类(1)化学污染物化学污染物无机污染物无机污染物：NO3-、Cl-、Ca2+、Mg2+、SO42-、TDS、F、As、Cr、Hg、Pb有机污染物有机污染物：酚类、卤代烃类(3)生物污染物生物污染物细菌、病菌和细菌、病菌和寄生虫寄生虫(2)物理污染物物理污染物热污染热污染3.3 水体自净作用水体自净作用（二）地下水污染物的组分特征（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

13、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 水体自净作用水体自净作用（三）地下水污染的特点及途径（三）地下水污染的特点及途径1、地下水污染的特点地下水污染的特点隐蔽性难以逆转性 地下水保护地下水保护 应以预防为主应以预防为主 2、地下水的污染方式地下水的污染方式直接污染间接污染 3、地下水污染的途径地下水污染的途径间歇入渗型连续入渗型越流型径流型类型污染途径污染来源被污染含水层示意图间歇入渗型123降雨对固体废弃物的淋滤矿区疏干地带的淋滤和溶解灌溉水及降水对农田的淋滤工业和生活固体废物疏干地带的易溶矿物农田表层土壤残

14、留农药、化肥及易溶盐潜水潜水潜水图1图2连续入渗型123渠、坑等污水的渗漏受污染地表水的渗漏地下排污管道的渗漏各种污水及化学液体受污染的地表污水体各种污水潜水潜水潜水图3越流型123地下水开采引起的层间越流水文地质天窗的越流经井管越流受污染的含水层或天然咸水等受污染的含水层或天然咸水等受污染的含水层或天然咸水等潜水或承压水潜水或承压水潜水或承压水图4图5径流型123通过岩溶发育通道的径流通过废水处理井的径流盐水入侵各种污水或被污染的地表水各种污水海水或地下咸水主要是潜水潜水或承压水潜水或承压水图6表1 地下水污染途径分类3.3 水体自净作用水体自净作用（四）污染地下水的自净作用（四）污染地下水

15、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、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 水体自净作用水体自净作用 二、地下水的自净作用二、地下水的自净作用2 2、微生物分解作用、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。NO3-NO2

16、-N2在还原带还原带，以特有无机化合物还原反应为主。氮化合物（蛋白质）氨腐烂SO42-SO2H2SS微生物总数的100倍在氧化带氧化带：Fe2Fe3有机污染全分解3.3 水体自净作用水体自净作用 二、地下水的自净作用二、地下水的自净作用3 3、化学沉淀作用、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 水体自净作用水体自净作用 二、地下水的自净作用二、地下水的自净作用黄土状亚粘土黄土状亚粘土：对Cr、Cd、As、Cu、Pb、Zn、Hg，去降深度为15cm，去降

17、率达89.3100%，对酸、氰20cm达7189.9%。亚粘土亚粘土：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 4、物理化学吸附作用、物理化学吸附作用 吸附强度取决于：岩

18、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 水体自净作用水体自净作用 二、地下水的自净作用二、地下水的自净作用4 4、物理化学吸附作用、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间歇入渗型图3 污水坑的渗漏连续入渗型连续入渗型越流型越流型图图4 地下水开采引起的层间越流地下水开采引起的层间越流图图5 水文地质天窗的越流水文地质天窗的越流径流型图图6 通过废水处理井的径流通过废水处理井的径流国家地下水监测工程规划图国家地下水监测工程规划图山东山东山西山西天津天津地下水污染物的来源地下水污染物的来源触目惊心触目惊心制漆厂对地下水的污染制漆厂对地下水的污染民工的孩子因为买不起水而民工的孩子因为买不起水而只能喝受到污染的地下水只能喝受到污染的地下水 汽车漏油会污染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