环境科学导论水环境研究
环境科学概论--水体环境 ppt课件
2.2河流水体中污染物扩散的稳态模型
河流水体稳定状态，污染源连续 稳定排放的条件下，污染物在某一空 间位置的浓度是不变的。
一维模型：只在河流流动x方向上存
在污染物的浓度梯度，横断面方向上 混合均匀。
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2.2河流水体中污染物扩散的稳态模型
二维模型：只在河流流动x方向和河
微量 溶解气 元素 体 主 要 微 量 胶体 无机 有机 生物生 成物 悬浮物质
Br, O2, F, CO2 Cl-, SO42- Na+, I,F , K+, e, HCO3 Ca2+ Cu, -, N, , CO32- Mg2+ Co
N2, CH4 , H2S
SiO2. 腐 nH2O, 殖 Fe(OH 质 )3.nH 2O, Al2O3 .nH O ppt 课件 2
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南水北调工程——中线
从长江中游及其主要支流汉水引水，沿伏牛 山及太行山东侧开渠送水，可向北京及黄淮海平 原大部分地区自流送水。 中线全长 1000多公里，年引水量300亿立方 米。其优点是可自流输水，引水量大，还可利用 落差兴建水力发电站。 问题是丹江口水库的大坝需要加高，并且最 终要与三峡水库联系在一起；另外沿山麓输水， 与山地流入平原的河流交叉，输水渠的大交叉就 有200多处。这些山麓地带又是我国著名的暴雨 地区，处理较为困难。
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1.4水体污染源和污染物
总有机碳，水体中溶解性和悬浮性有机物含碳
的总量，常以“TOC”表示。 TOC是一个快速检定的综合指标，它以碳的数量表 示水中含有机物的总量。由于它不能反映水中有 机物的种类和组成，因而不能反映总量相同的总 有机碳所造成的不同污染后果。 通常作为评价水体有机物污染程度的重要依据。
环境科学中的水资源和水环境治理
环境科学中的水资源和水环境治理水是生命之源，在地球上占据着非常重要的地位。
然而，随着人类活动的不断扩大和加剧，水资源和水环境面临着越来越严峻的挑战。
环境科学已经成为生态文明建设的重要领域，而水资源和水环境治理是环境科学的核心内容之一。
本文将从以下几个方面进行探讨：水资源的现状、水环境的污染现状、水环境治理的面临的问题和挑战以及未来的发展方向。
一、水资源现状全球水资源总量虽然非常丰富，但不同地区的水资源分布非常不均衡。
有些地区面临着缺水的问题，而另外一些地区则呈现水资源的过剩。
同时，人类活动也对水资源带来了巨大的影响，而资源的利用效率也远不尽人意。
一方面，人口的不断增长和城市化的进展导致了社会对水资源的需求不断提升，威胁了很多地区的水资源短缺问题。
全球有许多地区的水资源难以满足当地居民和农业的需求，例如印度、非洲、中东、南美和澳大利亚等地的许多地区都面临着水资源的匮乏问题。
另一方面，人类活动也对水资源带来了很大的影响。
全球的农业、工业、能源生产和城市化过程都需要大量的水资源，但这些活动也带来了越来越多的水污染和水消耗问题。
此外，气候变化和全球变暖的问题加剧了一些地区的干旱程度和水资源的质量问题。
二、水环境污染现状水环境污染已经成为全球性的问题。
各种人类活动对水环境带来了巨大的影响，使水污染问题日益严重。
水环境污染因素非常复杂，主要包括以下几个方面：1. 工业废水和污泥工业废水和污泥是水环境污染的主要因素之一，尤其是化学工业和纺织业等重工业的废水和污泥，其中含有大量的有机物和重金属等有害物质。
一些重度工业城市的河流和地下水已经被污染得无法使用，如印度的恒河、中国的淮河和黄河等。
2. 农业面源污染农业面源污染也是水环境污染的重要因素之一。
农业生产活动中使用大量的农药和化肥，这些物质随着雨水和灌溉水源进入地下水和地表水，对水源质量造成了极大的影响。
此外，畜禽养殖也对水源造成了很大的污染，例如养鱼场、养鸭场、养猪场等。
环境科学中的水环境治理技术
环境科学中的水环境治理技术随着人类经济社会的发展，水污染成为了一个日益突出的问题。
随着城市化和工业化的进程加快，水资源日益短缺，水环境污染程度不断加重，给人类生存和经济发展带来了严重的威胁。
因此，水环境治理技术的研究和应用显得尤为重要。
一、概述水环境治理是指对水系统中污染的种类、数量和影响进行测量和评估后，通过改善水体环境的物质结构和生态学功能，以得到清洁、健康、安全和可持续利用的目标。
环境科学中的水环境治理技术主要有生物处理技术、物理化学处理技术和生态修复技术。
二、生物处理技术1.好氧生物处理技术好氧处理是将含有高浓度有机物的污水推到生物池内，通过生物微生物代谢氧化分解有机物的技术。
处理后，产生二氧化碳、水和生物污泥，并将处理后的水体送入下一个处理单元。
2.厌氧生物处理技术厌氧生物处理是将含有高浓度有机物的污水推到生物池内，通过一系列厌氧微生物在缺氧状态下代谢和分解有机物的技术。
处理后，产生二氧化碳、水、甲烷和生物污泥，并将处理后的水体送入下一个处理单元。
3. 植物净化技术植物净化技术是利用植物（如芦苇）对水有吸收和降解有机物的作用，通过植物根部的微生态作用和生长代谢作用，将有机物和氮、磷等营养物质吸附、吸收和降解。
这种技术有着占用土地少、建成成本低、防风固沙等多种优点，所以被广泛地应用于污水处理、池塘修复等方面。
三、物理化学处理技术1.化学沉淀法化学沉淀法是利用化学反应使各种污染物凝聚沉积而达到去除的目的。
化学沉淀的原理是：根据含沉淀的物质特点，例如电荷、能量、颜色等不同特性，利用化学物质的正、负电解物质相互结合的营养原理，达到水中含可处理物质和沉淀物质的结合，从而达到净化水质的作用。
2. 活性炭吸附活性炭是一种特殊的碳材料，可作为吸附剂，吸附水中的污染物。
由于活性炭具有较大的表面积和孔隙度，所以吸附能力强，可去除水中异色、异味、各种有机物和微量物质。
3.膜处理技术膜技术是一种基于分离物质的特性，通过技术手段将不同的物质分别通过微孔、超滤、透析等方法达到除污目的的技术。
04环境科学概论-水体环境
• 淡水资源：能够利用20%；易于利用0.3%（9000 km3）
• 水资源十分有限，且分布并不均匀
1.世界水资源
国家 世界 美国 俄罗斯 法国 意大利 中国 印度 日本 巴西 澳大利亚 埃及 人均 6918 8983 29112 3065 2785 2231 1896 4334 31424 18596 43
• 水体富营养化的限制因子：N、P
（2）N、P在水体中的转化
• 含N化合物在水体中的转化 • 有机氮：矿化作用，包括氨化作用（NH3、NH4+）和硝
化作用（NO3-） • 无机氮：反硝化作用
NH3
NO3-
NO2-
N2
N2O
含P化合物在水体中的转化
溶解的Pi
溶解的Po
颗粒态Pi
水
输入
沉积物
颗粒态Pi
a.大气降水
• 是由海洋和陆地蒸发水蒸气凝结而成。水质组成与地区条件有很大的 关系。
• 一般来说,是杂质较少而矿化度很低的软水 b.河水： • 河水的化学成分受多种因素的影响
• 受河流集水面积内被侵蚀的岩石性质的影响
• 受河流的流动过程中补给水源成分的影响
• 受流域面积地区的气候条件的影响
• 受生物活动的影响
（2）天然水的化学组成
分类
主要物质
N2, O2, CO2, H2S等溶解气体 溶解物质 Ca, Mg, Na, K, Fe, Mn等离子的卤化物、碳酸盐
和硫酸盐等，其它可溶性有机物
胶体物质 Si, Al, Fe的水合氧化物、粘土矿物、腐殖质等
环境科学中的水污染分析
环境科学中的水污染分析水作为人类生命不可或缺的重要资源，一直被视为人类的“生命之源”。
然而，随着人类经济活动的不断发展，环境污染问题日益凸显，其中水污染问题尤为突出。
为了更好地认识和解决水污染问题，环境科学中的水污染分析成为必不可少的研究领域之一。
一、水污染的主要来源水污染是指水体中含有有害物质的情况。
由于人类活动的原因，水污染的来源主要包括以下几个方面：1. 工业污染：工业污染源主要来自工业企业，由于生产过程中产生的废水中含有大量的有害物质，如重金属、有机物等，在排放后会对水质造成极大的污染影响。
2. 农业污染：农业污染源主要来自农田、农业生产、养殖等。
农田中的农药、肥料经过雨水冲刷后，有可能被带到河流和地下水中，从而产生水污染问题。
养殖业中的大量畜禽粪便和养殖废水的排放，也会对环境造成重要的影响。
3. 生活污染：这是人们日常生活中比较常见的污染源。
例如：家庭和公共设施的废弃物、生活污水、医疗废水等。
这些废水中含有各种有害物质，对水质的影响不可忽视。
二、水污染分析的研究方法水污染的来源很复杂，因此需要采用多种方法进行分析和处理。
目前，水污染分析主要采用以下几种方式：1. 物理方法：物理方法是指通过物理手段来进行水质判定的方法，常用的方法包括颜色比较法、浊度法、电导率法等。
这些方法简单易行，但是通常只适用于水体中一些特定的污染指标。
2. 化学方法：化学方法是指通过化学分析手段来对水污染进行分析的方法。
通常采用的化学方法包括比色分析、重量分析、化学计量分析等。
化学方法可以分析水中复杂的污染物，但是需要一定的化学分析知识和专业技能。
3. 生物方法：生物方法是指通过生物测定法进行分析的方法。
通常采用的生物方法包括生化测定法、微生物测定法等。
生物方法可以快速判定出水体中某些有害物质的浓度，但是比较依赖于操作人员的经验和技能。
三、现阶段环境科学水污染分析的研究进展随着环境科学技术的不断发展，水污染分析的研究进展也在不断地推进中。
3 环境科学导论水环境
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一、水污染的主要来源
水污染物来源可以分为点源和面源，点源指 污水、废水多由管道收集后集中排放；面源指农 田地面径流或雨水径流对水体造成的污染。 （一）点污染源 主要的点污染源有生活污水和工业废水。
1、生活污水
主要来自家庭、商业、学校、旅游服务业及
其他城市公共厕所冲洗水、厨房洗涤水、洗衣机 排水、沐浴排水及其他排水等，污水中主要含有 悬浮态和溶解态的有机物质，氮、硫、磷等无机 盐和各种微生物。
第三章 水环境
第一节 水环境概述
一、水环境的概念
水环境一般指河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、 冰川、海洋等地表贮水体中的水本身及水体中的悬浮 物、溶解物质、底泥，还包括水生生物等。
从自然地理的角度看，水环境系指地表水覆盖地 段的自然综合体。
水环境按类型区分可以分为海洋水体和陆地 水体，陆地水体又可以进一步分为地下水体和地 表水体（再分为河流、湖泊、水库等）；按区域 划分是指某一具体的被水覆盖的地段，如太湖、 长江、淮河、滇池等。
★重点：区分水体（水环境）和水的概念 水的结构和水的循环运动对人类生活及环境 有重大的影响，但是很多污染物在水中的迁移转 化是与整个水环境密切联系在一起的，仅仅从水 着眼往往会得出错误的结论。
二、水资源及其特性
我们研究的水资源是指水圈也即地球表面的 各类水体中水的总称。水圈中的水绝大部分存在 于大洋、浅海和海洋沉积物中，淡水所占的比例 不到2.7%，而淡水中的大部分存在于两极的冰盖、 冰河和深度在750 m以上的地下，人类比较容易 开发利用的仅是河流、湖泊等地表水和地下水的 一部分，仅占地球总水量的0.64%。见图。 同时人类可利用水资源的分布又是极为不均 衡的。
我国水资源比较丰富，总量居世界第六，人
环境科学概论第三章水环境黄荣华
可沉降物 用体积法或重量法测定。用于地面水、咸水及
生活污水和工业废水中的可沉降物的测定。 体积法：水样在特制锥形筒内静置1h后所沉
下的总污物数量．单位ml/L。
水质与环境科学概论——水体环境
重量法：由总不可滤残渣与上层液中不可沉降 物浓度之差求得，单位mg/L。
其中上层被中不可沉降物浓度测定：将充分混 匀水祥例人玻璃容器中．静置1h后，虹吸沉降 面与液面一半处上层液．103~105℃烘干的总 不不可滤残渣程序求得。
水质与环境科学概论——水体环境
4.2.6电导率 又称比电导, 表示水溶液传导电流的能力,可间
接表示水中可滤残渣(即溶解性固体)的相对含 量。 电导率的标准单位是西门子／米(s／m)，多数 水样的电导率很低，所以，一般实际使用单伦 为毫西门子／米(mS／m). 电导率用电导率仪测定。
水质与环境科学概论——水体环境
悬浮物质： 粒径大于100nm(10-9m)的物质颗粒在水中呈悬浮状态，
如泥沙、粘土、藻类、细菌等不溶物质。悬浮物的存在 使天然水有颜色、变浑浊或产生异味。 胶体物质：
粒径为100~1nm的多分子聚合体，为水中的胶体物质。 其中，无机胶体主要是次生粘土矿物和各种含水氧化物； 有机胶体主要是腐殖酸。 溶解物质：
中国属于季风气候，水资源时空分布不均匀，南北自 然环境差异很大，南方水较多而北方的9个省区人均水 资源还不到500 m3 ，实属少水地区。
水质与环境科学概论——水体环境
中国的水资源短缺 华北平原、西北、云贵高原、东南沿海普遍缺水。与
此同时，江河湖海许多水域普遍受到不同程度污染， 78%的城市河段已不适宜做饮用水源，50%的城市地下 水受到污染，地下水因过量开采导致地面下沉和水质恶 化；东海、渤海、黄海和南海四大海域的近岸海域污染 加重。
环境科学概论第三章水环境黄荣华
中国的水资源短缺
二、生命与水
现代科学证明，人的体重的60%都是水，血液中的90%亦是水，每人每天至少要摄入2000mL的水才能维持生命，断水7~10天就会导致死亡，失水15%~20%就要产生脱水症状。
STEP2
STEP1
4.2.4 浊度
表示水中含有悬浮及肢体状态的杂质，引起水的浑浊程度。
一般标准浊度单位，规定Im/L漂白土所产生的浊度为1度；
近年来，多采用硫酸肼与六次甲基四胺形成的白色高分子聚合物标准溶液为浊度单位。
并规定1．25mg/L硫酸肼／L和12．5mg/L六次甲基四胺溶于水中形成的聚合物所产生的浊度为1度，称为FTU。
挥发性残渣又称总残渣灼烧减重。该指标可粗略地代表水中有机物含量和铵盐及碳酸盐等部分含量。
测定方法：水样测定总残渣后，于600℃下灼烧30min，冷却后用2mL蒸馏水湿润残渣，在10 3—105℃烘干至恒重，所减少的重量即为挥发性残渣。
重量法：由总不可滤残渣与上层液中不可沉降物浓度之差求得，单位mg/L。
总可滤残渣
总可滤残渣又称可溶性固体或可溶性蒸发残渣分为103~105℃烘干和180℃烘干两种。
将混合均匀的水样，通过标准玻璃纤维滤膜(o．45Pm)的滤液，于蒸发皿中蒸发并在设定温度下烘干后称至恒重的物质为总可滤残渣。
总不可过滤残渣
将充分混均水样过滤后，截留在标准玻璃纤维滤膜(0.45μm）上的物质，在103~105℃烘干至恒重。如果悬浮物堵塞滤膜并难于过滤，总不可滤残渣可由总残渣与总可滤残渣之差计算。
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第二节 水质指标和水质标准
• 物理指标 臭和味：水体受到污染后就可能产生异样的气味 颜色：真色和表色 浊度：指水中不溶解物质（如粘土、泥沙、浮游生 物、微生物等）对光线透过时所产生的阻碍程度 固体含量：指在一定温度下，将一定体积的水样蒸 发至干时，所残余的固体物质总量。 电导率：水中所含溶解盐类越多，水中的离子数量 越多，电导率就越大
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第二节 水质指标和水质标准
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第二节 水质指标和水质标准
（一）地表水环境质量标准（GB 3838—2002）
为了保障人体健康、维护生态平衡、保护水资源、控制水 污染，以及改善地表水质量和促进生产，2002年原国家环保总 局颁布了《地表水环境质量标准）：
Ⅰ类 主要适用于源头水、国家自然保护区。 Ⅱ类 主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水 生生物栖息地、鱼虾类产卵场、仔稚幼鱼的索饵场等。 Ⅲ类 主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类 越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区。
• 磷的水质指标
通常用总磷表示，包括无机磷和有机磷
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第二节 水质指标和水质标准
生化需氧量 : 在有氧条件下，水中可分解的有机物（如碳水化合 物、蛋白质、油脂等）由于好氧微生物的作用而被氧化分解为无 机化合物的需氧量，也称生物化学需氧量。
第一阶段 碳氧化阶段 有机物被转化成CO2、 H2O和氨
第二阶段 氨被转化为亚硝酸盐和硝 酸盐
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第二节 水质指标和水质标准
总需氧量 : 指在一定条件下，水中有机物全部被氧化为 CO2 、 H2O、NO2和S02所消耗的氧量。 总有机碳（ TOC ）：是以碳的含量表示水体中有机物质总量的 综合指标。 水质比较稳定的污水， BOD5 、 COD 、 TOD 和 TOC 之间有一定 的相关关系，数值大小排序为TOD>COD>BOD5>TOC.
第三章 水环境
第一节 水环境概述
第二节 水质指标与水质标准
第三节 水体污染与自净 第四节 水环境污染防治
2018/10/22
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第一节 水环境概述
一、地球上的水 • 海洋、陆地、大气中固态水、液态水、气态水构 成的一个连续、相互作用又相互不断交换的圈层。 • 水的分布
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第一节 水环境概述
• 水的循环 （1）水的自然循环
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第一节 水环境概述
• 各类天然水的水质特点
• 大气降水：取决于地区条件。杂质较少、矿化度很低、以 HCO3-含量占优势，pH一般在5.6~7之间，溶解气体常是饱 和或过饱和的。 • 地表水：河水、湖泊和海洋 河水：河水的化学成分受多种因素影响 湖泊：湖水组成成分与湖泊所处的气候、地质、生物等条 件有密切关系。 海洋：地表径流的最终场所，汇集了大量化学物质。 • 地下水：透明、无色，有极少悬浮物质、极少细菌，含盐 量，硬度和矿化度也会较大
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第二节 水质指标和水质标准
总固体 含量
水样未经任何处理，在103-105℃的温度下烘干得 到的残渣总量。
可滤性 固体含量
指水样经过0.45μm的滤膜过滤后，滤液（包括溶 解物质和一部分胶体物质）在103-105℃的温度下 烘干后得到的固体残渣。 指水样经0.45μm的滤膜过滤后，被滤膜截留的 残渣（包括悬浮物质和另一部分胶体物质）在 103-105℃的温度下烘干至恒重所得残余固体物 质总量。
•特点： •①由降雨和蒸发起动 •②水的性质基本不变
第一节 水环境概述
（2）水的社会循环
•特点： •①工业与生活污水的产 生与排放是主要的污染源 •②水的性质不断变化
第一节 水环境概述
二、水资源 • 水资源的含义 • 广义的水资源是指自然界的一切水体，包括海洋、 河流、湖泊、沼泽、冰川、土壤水、地下水及大 气中水分。 • 狭义的水资源仅指在一定时期内，能被人类直接 或间接开发利用的那部分动态水体。主要指河流、 湖泊、地下水和土壤水等淡水，个别地方还包括 微咸水。
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不可滤性 固体含量
第二节 水质指标和水质标准 化学指标
一般性化学指标 pH 酸度和碱度 硬度 总含盐量
无机物指标 溶解氧 有毒重金属 营养物质等.
有机物指标
生化需氧量 化学需氧量 总需氧量 总有机碳 高锰酸盐指数 酚类等
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第二节 水质指标和水质标准
•氮的水质指标
总氮、氨氮(Nቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ3和NH4+)、亚硝酸盐氮(NO2-)、 硝酸盐氮(NO3-)和凯氏氮(有机氮和氨氮）
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第二节 水质指标和水质标准
细菌总数
大肠菌群数、病原菌、病毒及其他细菌数的总和
生物学指标
大肠菌群数
每升水样中所含有的大肠菌群的数目
病毒
水体中是否存在病毒及其他病原菌的病毒指标
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第二节 水质指标和水质标准
• 二、水质标准
• 水质标准：指为了有效保障人体健康、控制水污染、保护 并合理开发利用水资源，结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等因素，由国家或地方政 府对各种用水在物理、化学和生物学性质方面的要求进行 规定，明确水中污染物或其他物质的最大容许浓度或最小 容许浓度，以限制水中的杂质。
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第二节 水质指标和水质标准
• 一、水质指标 • 水质（water quality）：水体质量的简称，是指 水体的物理（如色度、浊度等）、化学（无机物和 有机物含量）和生物（细菌、微生物、浮游生物等 ）的特征及其组成状况。 • 水质指标（Water quality index）：描述水质状 况及其量化的具体表现，主要表示水中存在的杂质 种类和数量。
5 日生化需氧量：通常采用 20 ℃培养 5 天的生化需氧量为指标， 记作BOD5。
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第二节 水质指标和水质标准
化学需氧量:指在酸性条件下用强氧化剂（重铬酸钾）将有机物 氧化成CO2与H2O所消耗的氧量。 反映了水中受还原性物质（如有机物、亚硝酸盐、硫化物、亚铁 盐等无机物）污染的程度。 高锰酸盐指数 :指在一定条件下，以高锰酸钾为氧化剂，处理水 样时所消耗的量，以氧的mg/L来表示。
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第一节 水环境概述
水资源的特征 循环再生性和有限性
时空分布的不均匀性
利用上的多用性
利和害的两重性
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第一节 水环境概述 水资源的利用
生活用水 生产用水 生态用水
城镇 农村
农业用水 工业用水
维护生态环 境不再恶化 并逐渐改善 所需的水资 源总量
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第一节 水环境概述
三、天然水 • 天然水的组成 • 天然水是由溶解性物质和非溶解性物质所组成的 化学成分极其复杂的溶液综合体。