《环境学》deo

3、水体环境 1.水体：

　　1.水体：是地表水圈的重要组成部分，指的是以相对稳定的陆地为界的天然水域，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。把水体当做完整的生态系统或综合自然体来看待，其中包括水中的悬浮物质、溶解物质、底泥和水生生物等。
　　2.水体污染：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。
　　3.水体污染物质的来源
　　（1）工业废水：各种工业企业在生产过程中排出的废水，包括工艺过程用水、冷却水、烟气洗涤水、设备、场地清洗水以及生产废液等。
　　（2）生活污水：人们日常生活中产生的各种污水的混合液，包括厨房、洗涤室、浴室等排出的污水和厕所排出的含粪便污水等。
　　（3）农业退水：农作物栽培、牲畜饲养、食品加工等过程中排出的污水和液态废物。
　　4.水体污染的主要污染物（物理、化学、生物）
　　（1）物理方面，指的是颜色、浊度、温度、悬浮固体和放射性等；
　　（2）化学方面，排入水体的化学物质，大致可分为无机无毒物质、无机有毒物质、有机耗氧物质及有机有毒物质。
　　（3）生物方面，排放的污水中常包含有细菌、病毒、原生动物、寄生蠕虫等。
　　5.污染物在水体中的运动特征：污染物在水中的运动主要表现为推流迁移和分散作用。进入水中的污染物在水流的作用下，以及其自身性质的影响下发生衰减和转化，最终使污染物在水中分散，并通过化学转化使污染物浓度降低。
　　具体的运动特征如下：
　　（1）推流迁移
　　是指污染物在水流作用下产生的迁移作用。推流迁移只改变水流中污染物的位置，并不能降低污染物的浓度。推流迁移的速度取决于河流中污染物的浓度和各个方向上水的流速分量。
　　（2）分散作用
　　污染物在河流中的分散作用包括（分子扩散）、（湍流扩散）和（弥散）。
　　a.分子扩散：是由分子的随机运动引起的质点分散现象。
　　污染物浓度越高，越呈现出容易分散的趋势。
　　b.湍流扩散：是由河流水体中的湍流运动引起的质点的分散运动。
　　湍流运动越明显，最终的污染物越分散。但如果看某一瞬时值，则可能有差异。
　　c.弥散作用：是由于横断面上实际的流速分布不均匀引起的。
　　实际上就是由于湍流扩散受到流速影响使污染物分子发生运动，并最终产生位移。
　　（3）污染物的衰减和转化
　　a.保守物质：只能改变位置和发生扩散，但总量不变。包括重金属及高分子化合物等难以分解的物质。
　　b.非保守性物质：既能改变位置，发生扩散，又能因为自身衰减而降低浓度。
　　非保守性物质衰减方式包括自身原因衰减以及和水中物质发生反应两种方式。由于污染物本身性质的影响，经过一段时间后，污染物本身浓度就会降低。此外由于某些物质可以和水中物质或者其他污染物发生反应，从而转变为其他物质，也可以使原始污染物浓度降低。
　　6.河流水体中污染物扩散的稳态解：的在河流水体中处于稳定流动状态、污染源连续稳定排放的条件下，水中的污染物分布状况也是稳定的。这时，污染物在某一空间位置的浓度不随时间变化。这种不随时间变化的状态成为稳态。
　　7.有机物生物化学分解：
　　（1）水解反应：是指复杂的有机物分子在水解酶的参与下加以水分子分解为较简单化合物的反应。
　　（2）氧化反应：生物氧化作用主要有两类，脱氢作用和脱羧作用。
　　8.碳水化合物的降解
　　碳水化合物是由C、H、O组成的不含氮的有机物，根据分子构造的特点通常分为单糖、二糖和多糖。单糖包括戊糖（以木糖和阿拉伯糖为代表）和己糖（以葡萄糖和果糖为代表）；二糖以蔗糖、乳糖和麦芽糖为代表；多糖是己的产物和其他单糖凝聚而成，以淀粉、纤维素为代表。
　　其降解过程如下：
　　（1）细胞或其他微生物首先在细胞膜外通过水解使碳水化合物从多糖转化为二糖后，才能透入细胞膜内；
　　（2）在细胞外部或内部，二糖可以再水解而成单糖；
　　（3）在细胞内部，单糖可作为能源而被利用。进一步的变化是无论在有氧还是无氧条件下，单糖都先转化为丙酮酸：
　　①有氧条件下，丙酮酸在乙酰辅酶A的作用下即进入三羧酸循环，最终被完全氧化为二氧化碳和水：
　　②无氧条件下，丙酮酸的氧化不能充分进行到底，而是把丙酮酸本身作为受氢体，反应的最终产物是各种酸、醇、酮等，这样的过程称为发酵。碳水化合物发酵分解会产生大量有机酸，时常超过水体的缓冲能力，使PH值下降，甚至会抑制细菌的生命活动，称为酸性发酵。
　　9.脂肪和油类的降解
　　(1)脂肪和油类是由脂肪酸和甘油生成的不含氮的有机物。
　　常温下为固体的是脂肪，多来自动物；呈液态的是油，多来自植物。
　　(2)它们的溶解性比碳水化合物小，一般情况更难降解。但可以发生生物降解。
　　(3)脂肪和油可以通过脂肪酶（属水解酶）水解为甘油和脂肪酸。脂肪酶不仅存在于人和动物的小肠中，也存在于细菌、霉菌以及富含油脂的植物种子中。
　　(4)在有氧条件下继续水解为二氧化碳和水，在无氧条件下形成各种有机酸。
　　10.含氮有机物的降解（略）
　　11. 有机物生物降解的共同规律：首先在细胞体外发生水解，然后在细胞内部继续水解和氧化。降解后期的产物都是生产各种有机酸，在有氧条件下，可以继续分解，期最终产物是CO2、H2O及NO3—等；在缺氧的条件下则进行反硝化、酸性发酵等的过程，其最终产物除CO2和H2O外，还有NH3、有机酸、醇等。
　　12.水体富营养化：是一种氮、磷等植物营养物质含量过多所引起的水质污染的现象。分为天然富营养化与人为富营养化。水体营养化是指由于水体中的氮磷营养物质的富集，引起藻类和其它浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，使鱼类和其它生物大量死亡，水质恶化的现象。
　　13.水体富营养化的危害：水体富营养化的结果，破坏了水体生态系统的原有的平衡。富营养化使水体中的有机物大量生长的结果，会引起水质污染、藻类、植物及水生物、鱼类衰亡甚至绝迹。这些现象可能周期性地交替出现，破坏水域的生态平衡，并且加速湖泊等水域的衰亡过程。
　　14. 重金属在水体中的污染特征
　　（1）重金属元素在自然界的分布：重金属普遍存在于岩石土壤大气水体和生物体内，并不断地进行自然环境中的迁移循环，其含量虽然均低于％，但污染危害在局部地区却相当明显。
　　（2）重金属过渡性元素：从化学性质上看，重金属大多属于周期表中的过渡性元素，它们的许多基本化学特性都是由这类元素的电子层结构决定的，使金属在水环境中的行为具有价态变化较多，配位络合能力强，表现出对生物的毒性效应明显。
　　（3）重金属在水环境中的迁移转化：可分为机械迁移，物理化学迁移和生物迁移三种基本类型。机械迁移是指重金属离子以溶解态或颗粒态的形式被水流机械搬运。物理化学迁移指重金属以简单离子，络离子或可溶性分子在水环境中的存在形式，富集状况和潜在危害程度。生物迁移指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：重金属能被生物吸收，并与生物体内的蛋白质和酶等的相互作用而致突变。
　　15. 重金属在水环境中的迁移转化：
　　重金属在水体中的迁移转化包括机械迁移、物理化学迁移和生物迁移三种方式。具体通过如下途径：
　　（1）沉淀-溶解作用。重金属元素与其他阴离子形成化合物时，若离子半径相差大，形成的化合物溶解度大；离子半径相差小，形成的化合物溶解度小。
　　（2）氧化还原转化。可以被氧化还原成其他价态，形成可溶性化合物迁移或被固定。
　　（3）络合作用，与□□等形成络合物在水中迁移。
　　（4）胶体化学吸附迁移转化。
　　（5）甲基化作用，如汞可在还原状态下形成可溶的剧毒甲基汞。
　　16.水环境污染防治对策
　　（1）减少耗水量：通过技术改造，采用先进工艺；制定用水定额；压缩单位产品用水量；一水多用，提高水的重复利用率；研究实现废水资源化，尽可能将污染物消灭在生产工艺过程中，达到最大限度消减排污量的目的；水的综合利用，从水中回收有用物质；
　　（2）建立城市污水处理系统，实现城市污水的集中治理；
　　（3）调整工业布局,充分利用自然环境的自净能力, 变恶性循环为良性循环,起到发展经济、控制污染的目的；
　　（4）加强水资源的规划管理，规划前必须切实查清水资源总量及水质状况，采取相应的给水和污水处理措施。
　　17.废水处理的目的和方法：对废水中的污染物以某种方法分离出来，或者将其分解转化为无公害稳定物质，从而使污水得到净化。一般要达到防止毒害和病菌的传染；避免有异臭和恶感的可见物，以满足不同用途的要求。
　　（1）物理法：利用物理作用处理、分离和回收废水中的污染物。沉淀法（重力分离法）、过滤法（滤网沙层活性碳） 、离心分离法、浮选法、高梯度磁分离法。
　　（2）化学法：利用化学反应或物理化学作用处理回收可溶性废物或胶状物质。中和法、混凝法、氧化还原法、化学沉淀法。
　　（3）生物法：利用微生物的生化作用处理废水中的有机污染物。活性污泥法、生物膜法、生物塘法。
　　18.城市污水的处理
　　根据对污水的不同净化要求，废水处理的各种步骤可划分为一、二、三级处理：
　　（1）一级处理可由筛滤、重力沉淀和浮选等方法串联而成，除去废水中大部分粒径在100μm以上的大颗粒物质（物理法）。筛选法可以除去较大物质；重力沉淀可以除去无机粗粒和比重略大于1的凝聚性的有机颗粒；浮选法可去除比重小于1的颗粒物（油类等）。废水经过一级处理后，一般达不到排放标准。
　　（2）二级处理常用生物法和絮凝法。生物法主要是除去一级处理后废水中的有机物；絮凝法主要是去除一级处理后废水中无机的悬浮物和胶体颗粒物或低浓度的有机物。经过二级处理后的水，一般可以达到农灌标准和废水排放标准。但是水中还存留一定的悬浮物、生物不能分解的溶解性有机物、溶解性无机物和氮、磷等富营养物，并含有病毒和细菌。在一定条件下，仍然可能造成天然水体的污染。
　　（3）三级处理目的是为了控制富营养化或达到使废水能够重新回用。所采用的技术通常分为上述的物理法、化学法和生物处理法三大类。如曝气、吸附、换学凝聚和沉淀、离子交换、电渗析、反渗透、氯消毒等。