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环境保护基础 水环境保护,内容提要,水资源与水循环水体污染水质指标及水质标准污染物在水体中的运动水体污染防治对策,地球上水的主要储量,水资源,联合国教科文组织：水资源指在一定的经济技术条件下可供人类利用的水源“如果用1.5加仑（1加仑4.546L）的瓶子装上地球上所有的水，那么可利用的淡水只有半茶匙；在这半茶匙中，河水只有一滴，其余都是地下水,联合国评价标准：人均水资源 1700m3/人 用水紧张人均水资源 1000m3/人 缺水人均水资源 500m3/人 极端严重缺水,我国的水资源？,世界上水资源最丰富的国家径流资源比较,我国人均水资源占有量约为世界平均水平的1/4，排在第121位，是世界上13个贫水国家之一。,中国水资源状况,数量上：“总量不少，人均不多”空间分布上：“南方多、北方少，东部多、西部少”时间分配上：“夏秋两季多，冬春两季少，各年之间变率大”,中国水资源总量地区分布,水循环（自然循环、社会循环）P12,人类为了满足生活和生产的需求，不断取用天然水体中的水，经过使用，一部分天然水被消耗，但绝大部分却变成生活污水和生产废水排放，重新进入天然水体。在水的社会循环中，水的性质在不断地发生变化。另外生活污水和生产废水是形成水污染的主要根源，也是防治水污染的主要对象。,水的社会循环 P12,水体污染（补充理解）,中华人民共和国水污染防治法：水体污染是指水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、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、破坏生态环境，造成水质恶化的现象实质：进入水体的污染物质含量超过了水体的自净能力（P20）,水体污染源 P19,水体污染源 P19,向水体排放污染物的场所、设备和装置,水体的自净作用 P20,自净作用是指水中的污染物质在没有人工净化措施的情况下，浓度随时间和空间推移逐渐降低的现象,各种类型的水体污染,物理性污染 悬浮物质污染、热污染、放射性污染化学性污染 无机无毒污染、无机有毒污染、有机有毒污染、需氧型污染、植物营养物质污染、油污染生物性污染 病原微生物,南水北调工程源头丹江口水库污染触目惊心,需氧型污染,云南滇池爆发蓝藻,湖泊富营养化造成的大面积水华,不是雪地里的安详冬眠的树枝，是水面漂浮的泡沫，树枝早在水中死去,含磷生活污水入江锦江遭大规模白泡沫污染,油类污染,黎巴嫩首都贝鲁特的海滩被严重污染,广州海北化工偷排化工废酸液,我拿什么来衡量你？污水,水体与水质 P13,水体（补充了解）：以相对稳定的陆地为边界的天然水域；是由水本身，水中的悬浮物、溶解物、胶体物质、底泥和水生生物等，构成的一个完整的生态系统或完整的自然综合体。水质 水相的质量，包括物理、化学和生物方面的性质，可通过水质指标描述。,水体污染物及主要水质指标 P13（重点补充掌握）,为反映水体受何种污染，以及污染的程度，需要用水质指标来表示：物理方面化学方面生物方面,物理性污染物,颜色：表色，真色（去除悬浮物后水的颜色）温度：冷却水造成热污染嗅和味悬浮物：影响水的透明度放射性：蓄积在人体内造成长期危害,常用物理性水质指标,固体物质：固体污染物在水中以三种状态存在：溶解态、胶体态和悬浮态。水质分析中把固体物质分为两部分：水样经过过滤后，滤液蒸干所得的固体即为溶解性固体（DS），滤渣脱水烘干后即是悬浮固体（SS）。两者合称为总固体(TS)。SS 悬浮物质（mg/L,水样通过0.45m滤膜过滤后，被滤纸截留的残渣在一定温度下（103105）烘干至恒重后所残余的固体物质总量）浊度：水中悬浮物对光的散射情况的量度（NTU散射浊度单位），表明仪器在与入射光成90角的方向上测量散射光强度。浊度仪,常用物理性水质指标,温度（）色度（稀释倍数法用于污染较严重的水，单位为倍;铂钴比色法适用于较清洁的水,单位为度，1mg铂在1L水中所具有的颜色称为1度）臭和味 测定水中臭气没有标准的单位表示，一般常以水样在40及60时测者的感觉用文字定性描述并以臭气强度表示。描述臭气强度分为6级。味在强度上也分为6级。放射性指标（总放射性、总放射性，Bq/L）,化学组分及特征指标,无机组分和有机组分：酸碱 pH值植物营养元素无机有毒物质耗氧有机物有机毒物,含氮化合物,氮是有机物中除碳以外的一种主要元素，也是微生物生长的重要元素。污水中的氮有四种，即有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。危害：消耗水体中溶解氧；促进藻类等浮游生物的繁殖，形成水华、赤潮；引起鱼类死亡，导致水质迅速恶化。,关于氮的几个指标：非离子氨：水中游离的氨NH3氨氮（NH3N）：非离子氨和离子态NH4之和硝酸盐氮：以NO3形式存在的氮亚硝酸盐氮：以NO2形式存在的氮凯氏氮：有机氮和氨氮之和有机氮：主要指蛋白质和尿素，凯氏氮与氨氮测定值的差值TN：一切含氮化合物以N计量的总称,含磷化合物,磷也是有机物中的一种主要元素，是仅次于氮的微生物生长的重要元素。磷主要来自：人体排泄物以及合成洗涤剂、牲畜饲养场及含磷工业废水。危害：促进藻类等浮游生物的繁殖，破坏水体耗氧和复氧平衡；使水质迅速恶化，危害水产资源。,常用指标：总磷（TP）；有机磷,无机有毒物质及指标,金属类 汞、铬、镉、铅、锌、镍、铜、钴等；金属毒物不能被降解，只能在不同形态间转化、分散；且不同形态其毒性也不一样非金属类 砷、硒、氰、氟、硫（S2-）、亚硝酸盐等,金属毒物的危害,汞及其化合物都有毒，无机盐中以氯化汞毒性最强，有机汞中以甲基汞、乙基汞毒性最强。铬主要源于电镀、制革、铬铁冶炼等工业。六价铬中毒时能使精神混乱、疯狂痉挛。鼻膈穿孔，皮肤及呼吸系统溃疡，引起脑膜炎、肺癌和皮肤癌。镉中毒时引起全身疼痛、腰关节受损、骨节变形，有时还会引起心血管病。铅中毒时引起贫血、肠胃绞疼、知觉异常、四肢麻痹。锌中毒时能损伤胃肠等内脏，抑制中枢神经，引起麻痹。铜中毒时引起脑病、血尿和意识不清等。,水俣事件：19531956年，日本熊本县水俣镇一家氮肥公司排放的含汞废水，使汞在海水、底泥和鱼类中富集，又经过食物链使人中毒。1991年，日本环境厅公布的中毒病人仍有2248人，其中1004人死亡。,一女工在巴南区渝南鑫光灯具有限公司电镀车间打工四个月，体内铬含量超标一万倍；中毒女工全身浮肿，恶心、呕吐，形成很深的溃疡既铬疮，肾功能出现衰竭。,镉的危害,镉被人体吸收后，将在体内形成镉硫蛋白，它首先使肝脏受损，继而引起骨软化症。轻症患者，咳嗽或轻微外伤即可引发病理性骨折；重症患者，其四肢可屈曲变形，身高比健康时缩短10-30厘米。到了病发期，由于中毒者髋关节活动受限，所以其行走将呈现一种特殊的步态不稳，医学上称为“鸭步态”。该病以疼痛为特点，疼痛性质为刺痛，始于腰、背，继而波及肩、膝、髋关节，并逐渐扩至全身。活动时，这种疼痛会加剧。,痛痛病事件：19551972年，日本富山县神通川流域锌、铅冶炼工厂等排放的含镉废水污染了神通川水体。两岸居民利用河水灌溉农田，使稻米含镉，居民食含镉稻米和饮用含镉水而中毒，出现了骨骼严重畸形、剧痛，身长缩短，骨脆易折等病症。19631979年3月，共有患者130人，其中死亡81人。,铅的危害,研究表明，即使低水平的铅也会引起神经和生理功能的轻微损伤。儿童铅中毒被称为“隐匿杀手”。儿童铅中毒的常见症状是厌食、上呼吸道感染、腹部痛、贫血、注意力分散、烦躁、多动、抽动、视觉障碍等。铅中毒主要影响儿童的智力行为和体格生长，容易被忽视。当铅中毒加重有明显症状时，其毒性作用往往不可逆转，患儿成人后，高血压、心梗、中风等的发病率明显增加。,甘肃徽县冶炼厂致354人铅中毒 146人为儿童,贝多芬与铅中毒,贝多芬生前曾出现消化不良、持续腹痛、易怒和抑郁等症状。这些症状以及贝多芬去世后不久的尸检结果与铅中毒的症状一致。贝多芬的失聪可能也是铅中毒造成的。贝多芬头骨中被发现含有高浓度的铅，DNA检测又证明了其头骨和头发的真实性，这充分证明了贝多芬深受有毒的铅含量过高之苦。,上海隧道气体毒倒200工人，轻微锌中毒,隧道工地内气体中的金属含量出现异常，工人在当天的施工过程中出现四肢乏力、发烧、胸闷、咽喉疼痛、咳嗽、呕吐等症状。,为了保持粽叶新鲜诱人，一些商家采用化学染色手段，在浸泡粽叶时加入工业硫酸铜和工业氯化铜，让已经失去原色的粽叶返青，使其表面光鲜，色泽鲜绿。而人体过量或长期摄入铜，可能引起慢性铜中毒，大量铜元素积蓄于肝脏，对肝脏功能有较大影响，严重的还可能危及生命。,铜是人体必需的微量元素，缺铜会发生贫血等；但过量摄入也会产生危害,七岁女童“铜中毒”,女孩在上学的途中，突然出现走路摇晃的现象，不一会就倒在地上。父亲将她扶起，可是刚刚站立的她，在父亲松手的一瞬间，又倒下了。经医院诊断，女孩患上了一种叫“肝豆状核变性”的怪病，是一种隐性遗传的铜代谢障碍疾病，属于慢性铜中毒。是一种遗传性铜代谢障碍所致的肝硬化和以基底节为主的脑部变性疾病。临床上表现为进行性加重的椎体外系症状、肝硬化、神经系统症状、肾功能损害及角膜色素环。这种病一旦患上会导致肝细胞铜中毒而无法根治，复发率极高，必须终身吃药治疗。,非金属无机毒物的危害,砷中毒时能引起高血压、心脑血管病、神经病变、糖尿病、皮肤色素代谢异常及皮肤角化，并最终发展为皮肤癌，可伴膀胱、肾、肝等多种内脏癌的高发。氰中毒时能引起细胞窒息、组织缺氧、脑部受损等，最终可因呼吸中枢麻痹而导致死亡。氟中毒时能腐蚀牙齿，出现腰腿痛、关节僵硬、骨骼变形、下肢弯曲、驼背，甚至瘫痪等症状；氟对植物的危害很大，能使之枯死。亚硝酸盐能使幼儿产生变性血红蛋白，造成人体缺氧；成人摄入0.3至0.5克亚硝酸盐即可引起中毒，3克即可致死；亚硝酸盐在人体内还能与仲胺生成亚硝胺，具有强烈的致癌作用。,摄入过多的砷会引发砷中毒。日前，世界卫生组织官员公布，全球至少有5000多万人口正面临着地方性砷中毒的威胁，其中，大多数为亚洲国家，而中国正是受砷中毒危害最为严重的国家之一。,阜新蒙古族自治县一冶炼厂污水泄漏，造成160人砷中毒,地下水砷含量严重超标，村民砷中毒,1821年，法国皇帝拿破仑波拿巴在他的流放之所大西洋上偏远的圣赫勒拿岛去世。此后这些年来，人们一直对这位52岁枭雄的死因争论不休。2005年2月法国国际法医毒物学家协会主席帕斯卡尔金茨宣布，在拿破仑的两绺头发中发现了毒物砷，为砷中毒一说增添了新证。,氟 斑 牙,因常年饮用含氟较高的地下水，弯腰驼背的人在村里随处可见,卤菜中亚硝酸盐用量过大引起食物中毒,饭后出现呕吐、嘴唇发乌、面色发白等不适现象,汉阳一卤菜店毒倒十人 医院诊断为亚硝酸盐中毒,又称乌嘴病。其临床主要表现为口唇、舌尖、指尖青紫，重者眼结膜、面部及全身皮肤青紫，严重者昏迷、大小便失禁，最后可因呼吸衰竭而死亡。,有机物组分及指标 P14,废水中所含的碳水化合物、蛋白质、脂肪、木质素等有机物，可在微生物的作用下最终分解为简单的无机化合物。这些化合物在分解过程中需要消耗大量的溶解氧。由于有机物种类繁多，组成复杂，化学结构和性质千差万别，难以一一分辨、逐个测定。除了对某些特定的有机物做单项测定外，一般用一些综合性指标反应水体中有机物的相对含量。最常用的测定手段是利用大部分有机物比较容易被氧化这一性质，用有机物氧化过程所消耗的氧化剂量换算成氧的数量，综合表示有机物的量。,生化需氧量（BOD）P14,反映了在有氧的条件下，水中可生物降解的有机物的量有机污染物被好氧微生物氧化分解的过程，一般可分为 两个阶段：第一个阶段主要是有机物被转化成二氧化碳、水和氨；第二阶段主要是氨被转化为亚硝酸盐和硝酸盐。污水的生化需氧量通常只指第一阶段有机物生物氧化所 需的氧量，全部生物氧化需要20100d完成。实际中，常以5d作为测定生化需氧量的标准时间，以20为测定的标准温度，称5日生化需氧量（BOD5）；通常是BOD总的70%左右。,BOD:biological oxygen demand在一定条件下、一定时间内微生物氧化分解水样中有机物所需要的溶解氧量（以mg/L为单位）。,化学需氧量（COD）P14,常用的氧化剂主要是重铬酸钾K2Cr2O7（称 CODCr)和高锰酸钾KMnO4(称CODMn、高猛酸盐指数或OC)。其中CODCr用于污染严重的污水，CODmn用于微污染的水废水中无机的还原性物质同样被氧化。如果废水中有机物的组成相对稳定，则化学需氧量和生化需氧量之间有一定的比例关系：生活污水通常在0.40.5。这个比例决定了废水的可生化降解性能。,COD:chemical oxygen demand在一定条件下，用化学方法氧化分解废水水样中还原性物质（主要是有机物）过程中，所消耗的氧化剂量，折合成氧量（O2）（mg/L）。,总需氧量（TOD）和总有机碳（TOC）,TOC:total organism carbon在950高温下，以铂作为催化剂，使水样气化燃烧，然后测定气体 中的CO2含量，从而确定水样中碳元素总量。测定中应该去除无机碳的含量。,各种水质之间TOC或TOD与BOD不存在固定的相关关系。在水质条件基本不变的条件下，BOD与TOC或TOD 之间存在一定的相关关系。,TOD:total oxygen demand在900950高温下，将污水中能被氧化的物质（主要是有机物，包括难分解的有机物及部分无机还原物质），燃烧氧化成稳定的氧 化物后，测量载气中氧的减少量，称为总需氧量（TOD）。TOD测定方便而快速。,常用综合性指标,DO（mg/L）：水体中溶解氧的浓度BOD（mg/L）：常用BOD5（20，培养5天），通常是BOD总的70%左右；还有BOD20COD（mg/L）：其中CODCr用于污染严重的污水，CODmn（高锰酸盐指数）用于微污染的水BOD5：CODCrTOD（mg/L）：水中有机物除含有机碳外，尚含有氢、氮、硫等元素。当这些元素全部被氧化时所需的氧量。TOD CODCr BOD20 BOD5 CODmn,污水有机物指标之间的关系,有机碳量,需氧量,TOC,TOD,CODcr,BODL,BOD5,CODMn,有机有毒污染物,酚类化合物：煤气、焦化、石油化工、制药、油漆有机农药：有机磷、有机氯多环芳烃（PAH）：由石油、煤、可燃气等不完全燃烧或高温处理条件下产生，致癌多氯联苯（PCB）：电器绝缘和塑料增塑剂洗涤剂：泡沫、富含磷、表面活性剂,酚类污染物,酚是羟基与芳香环直接相连的一类物质的总称。酚污染来源：煤气、焦化、石油化工、木材加工、合成树脂等工业废水。原生质毒物，可使蛋白质凝固，引起神经系统中毒，也能引起肝、肾和心肌的损害。急性中毒和慢性中毒酚浓度低时，能影响鱼类的洄游繁殖。酚浓度达0.10.2mg/L时，鱼肉有酚味。酚浓度高会引起鱼类大量死亡，甚至绝迹。灌溉 用水酚浓度超过5mg/L时,农作物减产甚至枯死。酚的毒性可抑制水中微生物的自然生长速度，有时甚 至使其停止生长。废水中常含有多种酚，不能都进行测定，通常监测 挥发酚,油类污染物,石油类：来源于工业含油污水。动植物油脂：产生于人的生活过程和食品工业。,油类污染物进入水体后影响水生生物的生长、降低水体 的资源价值。油膜覆盖水面阻碍水的蒸发，影响大气和水体的热交换。大面积油膜将阻碍大气中的氧进入水体，从而降低水体的 自净能力。石油污染对幼鱼和鱼卵的危害很大，堵塞鱼的鳃部，使鱼虾类产生石油臭味，降低水产品的食用价值，危害鸟类生活。常用指标：石油类；动植物油,表面活性剂,又称界面活性剂。能显著改变(通常是降低)液体界面张力或两相间界面张力的物质。当其溶于液体(特别是水)后，能使溶液具有乳化、发泡、分散、洗涤、抗静电等能力。,表面活性剂被广泛用作清洁剂、洗涤剂、化妆品、工业产品 助剂等，其应用范围宽广表面活性剂种类很多,主要有阴离子型、阳离子型和非离子 型三大类。本身具有一定的毒性，对动物和人体有一定毒害作用。可以降解水体中氧的传递速度，严重时可以使水体缺氧、腐 败，水体自净过程受阻。主要指标：阴离子表面活性剂（LAS）,生物污染物,病原微生物：条件允许会大量增殖常用指标：粪大肠菌群：每升水样所含有的粪大肠菌群的数目（个/L）总大肠菌群：每升水样所含有的总大肠菌群的数目（个/L）细菌总数：1ml水样品,在普通琼脂培养基中经37、24 h培养后所生长的细菌菌群总数。（个/ml）,大肠菌群：革兰氏阴性、无芽胞、氧化酶阴性的杆状菌群。在有胆盐(或其他表面活性剂或具有相似的阻止生长繁殖性能的物质)存在时，能在好氧及兼性厌氧条件下生长繁殖，它们在3537条件下培养18h，也能发酵乳糖(及甘露醇)产酸、产气及乙醛。粪大肠菌群：国外常用耐热大肠菌群，指一群能在44.524h内发酵乳糖产酸产气的需氧和兼性厌氧的革兰氏阴性无芽孢杆菌；主要是埃希氏大肠杆菌，也包括克雷伯氏菌属。,大肠杆菌,水样中检出大肠菌群细菌，表明该水样有粪便污染。既然有粪便污染，则可以推测该食品中存在着肠道致病菌污染的可能性，潜伏着食物中毒和流行病的威胁，同时也反映出被测食品对人体健康存在危害。这是一个比较合理的推论。大肠菌群数的高低，表明了粪便污染的程度，也反映了对人体健康危害性的大小。大肠菌群的检验比较简单，但其和粪便污染的相关性还受到质疑，原因是其中的一些细菌能够在环境样品中检出。相对来说，粪大肠菌群对粪便污染的指示作用更为直接和贴切，因此，粪大肠菌群的存在表明水样可能直接或间接的受到了近期的粪便污染。总大肠菌群主要用做水源的卫生指标和食品加工卫生状况的通用指标，粪大肠菌群和大肠杆菌主要用于指示近期粪便污染或不卫生加工。,病原微生物,能引起人类传染性疾病的微生物。病原微生物包括病毒、立克次氏体、细菌、螺旋体、真菌和放线菌等。病毒是形态最小、结构最简单的一类微生物。人类传染病中约80是由病毒引起的。如天花、麻疹、流行性感冒等都是由病毒引起的传染病。细菌是最常见的致病微生物之一。常见的由球菌引起的传染病有大叶肺炎、猩红热等；杆菌引起的有结核、伤寒及螺菌引起的鼠咬热等。,病原微生物,立克次氏体是介于细菌与病毒之间的一类致病微生物，其结构似细菌，比细菌小，光镜下可见，具严格的寄生性，必须在活细胞内才能生长繁殖。立克次氏体常寄生在节肢动物体内，通过动物叮咬吸血等方式侵入人体而引发疾病，如斑疹伤寒、恙虫热等。螺旋体是一类细长呈弯曲状，运动活泼的单细胞微生物，是介于细菌和原生动物之间的一类微生物。由螺旋体引起的常见传染病有梅毒、回归热等。放线菌是介于细菌和真菌之间的微生物。少数放线菌可引起疾病，如肺放线菌病等。真菌结构比细菌复杂，有明显的细胞核。有单细胞和多细胞两大类。常见的真菌传染病为皮肤病，如癣。,天花病毒,流行性感冒病毒,细菌,伤寒杆菌,美国医生H.T.Richetts 1909年首次发现它是落基山斑疹伤寒的病原体，并于1910年牺牲于此病，故后人称这类病原体为立克次氏体。,梅毒螺旋体,放线菌,真菌,常用水环境标准 P15,地表水环境质量标准污水综合排放标准,地面水环境质量标准GB38382002P15,地表水功能类别的划分各类地表水的水质要求,地表水环境质量标准中常规项目,某湖泊水质指标监测值,某湖泊水质评价,污水综合排放标准 GB8979-1996P16,污染物的分类要求（第一类污染物表 2-2；第二类污染物）排污口设置相关规定各类污水排放的水质分级要求,适用范围及作用,污水综合排放标准中污染物分类,排污口设置相关要求,污水综合排放标准的分级,污染物在水体中的运动特征 P20,推流迁移（随水流的迁移，只改变污染物位置）分散作用（引起浓度变化，但不会改变污染物总量）衰减和转化（非保守物质通过衰减，加速浓度的下降，且总量不断减少）,污染物运动的数学模型描述（P25-35）,环境质量基本模型根据质量守恒和反应动力学方程推导得到，反映污染物质在环境中运动的一般规律基本模型的稳态解环境介质处于稳定流动状态，污染源连续稳定排放的条件下，环境中污染物的分布状况也是稳定的,