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1、第三章 水環(huán)境監(jiān)測(cè) （3）,環(huán)境監(jiān)測(cè),,3.3 水體自凈作用,一、河流的自凈作用,概念及機(jī)理 衡量水體自凈的指標(biāo) 學(xué)習(xí)河流自凈規(guī)律的意義,,3.3 水體自凈作用,一、河流的自凈作用,（一）概念： 當(dāng)污染物進(jìn)入河流以后，在污染物流入處的水質(zhì)就會(huì)惡化，但隨著河水向下游流動(dòng)，其水質(zhì)逐漸變好，當(dāng)流經(jīng)一定距離后，河水水質(zhì)可以恢復(fù)到原先的狀態(tài)。 （二）機(jī)理： a、物理過(guò)程 * （稀釋、吸附、沉淀等） b、化學(xué)過(guò)程 （氧化還原、分解化合等） c、生物化學(xué)過(guò)程 * （微生物的降解作用、藻類(lèi)的光合作用等）,提問(wèn)：水體自凈速度有哪些限制因素？,,3.3 水體自凈作用,1、河流的自凈作用 物理過(guò)
2、程,稀釋作用： 兩種運(yùn)動(dòng)方式：一是平流，二是擴(kuò)散。 （1）平流：河流流速推動(dòng)污染物質(zhì)沿著水流方向運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。 Q = V S 式中 Q 污染物質(zhì)的平均流量(mg/m2 s ， g/m2 s ） V 河水的流速(m/s) S 該斷面污染物質(zhì)的濃度(mg/m3，g/m3) （2）擴(kuò)散：根據(jù)引起和影響擴(kuò)散的因素不同，可分為,影響紊流擴(kuò)散的因素: 1)、河流的形狀 2)、河底的粗糙度 3)、河水的流速 4)、河水深度,,3.3 水體自凈作用,1、河流的自凈作用 物理過(guò)程,吸附作用： 指溶液中的離子或分子被束縛在固相顆粒上。 （1）極性吸附 指膠體對(duì)介質(zhì)中各種
3、離子的吸附，這與膠體顆粒帶電荷有關(guān)。 它是重金屬離子由水體轉(zhuǎn)入底泥和土壤的重要方式。 吸附總量指被膠體吸附的離子總量。通常以每100g膠體中所含有的離子摩爾數(shù)表示。 （2）非極性吸附 這種作用與懸浮顆粒或膠體具有巨大的比表面積和表面能有關(guān)。 a、 比表面積 表面積 / 單位重量 1.13/r (r為顆粒半徑) 如：某河流中懸浮顆粒及膠體中含有10直徑為1m的粘粒，則顆粒的表面積總和可達(dá)7106m2。,,3.3 水體自凈作用,b、 表面能 表面積界面液體的表面張力系數(shù) 特征：自由表面能要力求到最小值，使分散系數(shù)保持最大穩(wěn)定性的趨勢(shì)。 所以，表面力小的物質(zhì)膠粒表面接
4、近正吸附 表面力小的物質(zhì)：有機(jī)酸、無(wú)機(jī)堿和高分子化合物接近 表面力大的物質(zhì)離開(kāi)膠粒表面負(fù)吸附 表面力大的物質(zhì)：無(wú)機(jī)鹽類(lèi)、氯化物、硫酸鹽離開(kāi),沉淀作用： 通過(guò)不同途徑進(jìn)入河流的重金屬絕大部分被吸著在懸浮物上，懸浮物在被流水搬運(yùn)過(guò)程中，當(dāng)其負(fù)荷量超過(guò)搬運(yùn)的能力時(shí)，就發(fā)生沉淀，懸浮物逐漸變?yōu)槌练e物，從而將懸浮著的污染物從水體中消除。,,3.3 水體自凈作用,2、河流的自凈作用 生化過(guò)程,細(xì)菌、藻類(lèi)、大型植物、微型動(dòng)物、大型動(dòng)物 細(xì)菌作用： 對(duì)水中的污染物質(zhì)進(jìn)行還原或氧化，并把它們變成簡(jiǎn)單的化合物。 如：異養(yǎng)菌對(duì)溶解性有機(jī)污染物的降解反應(yīng)按下式進(jìn)行 C11H29O
5、7N+14O2+H+ 11CO2+13H2O+NH4+ 藻類(lèi)作用： 在通過(guò)光合作用放出氧的同時(shí)，吸收簡(jiǎn)單的化合物。 如：藻類(lèi)的光合成反應(yīng)式 106CO2 + 16NO3- + HPO42- + 122H2O + 18H+ C106H263O110N16P + 138O2,,溶解性有機(jī)污染物 較穩(wěn)定的有機(jī)體（藻類(lèi)細(xì)胞）,,,3.3 水體自凈作用,2、河流的自凈作用 生化過(guò)程,大型植物： 將根扎在河床里，并從底泥中攝取各種物質(zhì)的同時(shí)，還具有與藻類(lèi)相同的作用。 微型動(dòng)物： 攝取有機(jī)物、細(xì)菌、藻類(lèi)等；把它們變成簡(jiǎn)單的化合物。 大型動(dòng)物： 攝取
6、固體有機(jī)物和動(dòng)植物體，使污染水體得到相當(dāng)程度的凈化并處于穩(wěn)定狀態(tài)。,河流中的生物循環(huán)構(gòu)成的食物鏈,,3.3 水體自凈作用,2、河流的自凈作用 生化過(guò)程,污染河流生態(tài)系統(tǒng)圖,,3.3 水體自凈作用,河流污染和自凈過(guò)程圖,污水,提問(wèn)：用什么指標(biāo)可以衡量河段水體污染與自凈所處的階段？,,3.3 水體自凈作用,1、P/H 指數(shù)與BIP指數(shù) 反映水體污染和自凈程度 P(Photoautotrophs)代表光合自養(yǎng)型微生物 H(Heterotrophs)代表異養(yǎng)型微生物,,3.3 水體自凈作用,1、P/H 指數(shù)與BIP指數(shù) 反映水體污染和自凈程度 P(Photoautotrophs)代表光合自養(yǎng)型微生
7、物 H(Heterotrophs)代表異養(yǎng)型微生物 2、氧濃度晝夜變化幅度,,3.3 水體自凈作用,1、P/H 指數(shù)與BIP指數(shù) 反映水體污染和自凈程度 P(Photoautotrophs)代表光合自養(yǎng)型微生物 H(Heterotrophs)代表異養(yǎng)型微生物 2、氧濃度晝夜變化幅度 3、氧垂曲線,,3.3 水體自凈作用,學(xué)習(xí)河流自凈規(guī)律的意義,河流（水體）自凈是環(huán)境科學(xué)中的重要研究課題。對(duì)不同水體進(jìn)行考察并掌握各種水體的自凈規(guī)律，就能充分利用水體自凈能力，減輕人工處理污染物的負(fù)擔(dān)，保證水體不受污染，并據(jù)此安排合理的生產(chǎn)布局，以最經(jīng)濟(jì)的方法控制和治理污染源。,,3.3 水體自凈作用,二、地下水
8、的自凈作用,（一）概述 地下水污染的概念 地下水中污染物的概念 （二）地下水污染的特點(diǎn)及途徑 （三）地下水污染物的組分特征 （四）地下水的自凈作用,（一） 概述,1.地下水污染(ground water pollution) 凡是在人類(lèi)活動(dòng)的影響下，地下水水質(zhì)變化朝著水質(zhì)惡化方向發(fā)展的現(xiàn)象。 2.地下水中的污染物 凡是人類(lèi)活動(dòng)導(dǎo)致進(jìn)入地下水并使水質(zhì)惡化的溶解物或懸浮物，無(wú)論其濃度變化是否達(dá)到使水質(zhì)明顯惡化的程度，均稱為地下水污染物。,,3.3 水體自凈作用,,3.3 水體自凈作用,如：二氯乙烯，三、四氯乙烯，氯仿等,(4) 放射性污染物Ra-226、Sr-90、Pu-209、Cs-13
9、7,3. 地下水中的污染物分類(lèi),(1) 化學(xué)污染物,,無(wú)機(jī)污染物：NO3-、Cl-、Ca2+、Mg2+、SO42-、TDS、F、As、Cr、Hg、Pb,有機(jī)污染物：酚類(lèi)、鹵代烴類(lèi),(3) 生物污染物細(xì)菌、病菌和寄生蟲(chóng),(2) 物理污染物熱污染,,3.3 水體自凈作用,（二）地下水污染物的組分特征,1、地下水硬度增高 促進(jìn)鈣、鎂、碳酸鹽溶解 鹽效應(yīng)使碳酸鈣、鎂鹽溶解度增大 離子交換作用 含酸廢水直接進(jìn)入地下水 氧化還原環(huán)境的變化 2、硝酸根離子含量增高（圖） 3、其它組分含量增高：酚、氰、汞、烴類(lèi)、砷,,3.3 水體自凈作用,（三）地下水污染的特點(diǎn)及途徑,1、地下水污染的特點(diǎn) 隱蔽性 難以逆轉(zhuǎn)性
10、 地下水保護(hù) 應(yīng)以預(yù)防為主 2、地下水的污染方式 直接污染 間接污染 3、地下水污染的途徑 間歇入滲型 連續(xù)入滲型 越流型 徑流型,表1 地下水污染途徑分類(lèi),,3.3 水體自凈作用,（四）污染地下水的自凈作用,當(dāng)污染物進(jìn)入地下水，通過(guò)與介質(zhì)間的物理、化學(xué)和生物化學(xué)等一系列作用，使污染物的組分發(fā)生變化，最終被凈化。這種使地下水部分或完全恢復(fù)但原來(lái)狀態(tài)的過(guò)程稱為地下水的自凈作用。 1、微生物被吸附和衰亡作用 細(xì)砂中分布距離 中砂中（滲速） 粗砂中（流速）大于 礫石或更遠(yuǎn) 決定因素： 污染微生物種類(lèi) 滲透條件 初始速度,巖石對(duì)活動(dòng)細(xì)菌吸附比不活動(dòng)細(xì)菌的差 有機(jī)物、低溫、氧化還原環(huán)境等則是促進(jìn)對(duì)細(xì)
11、菌的吸附，阻止遷移,,3.3 水體自凈作用,二、地下水的自凈作用,2、微生物分解作用 在微生物分解過(guò)程中，污染源的下游形成了不同的水化學(xué)帶。,,3.3 水體自凈作用,二、地下水的自凈作用,3、化學(xué)沉淀作用 沉淀帶： CCH 飽和帶： C=CH 非飽和帶： CCH CH飽和濃度 決定因素： 污水和天然水的化學(xué)成分 兩者的比例 組分的遷移形態(tài) 兩者的PH、Eh值 兩者的溫度差,,3.3 水體自凈作用,二、地下水的自凈作用,黃土狀亞粘土：對(duì)Cr、Cd、As、Cu、Pb、Zn、Hg，去降深度為15cm，去降率達(dá)89.3100%，對(duì)酸、氰20cm達(dá)7189.9%。,亞
12、粘土：對(duì)Cd、Cu、Zn，去降深度15cm，去降率達(dá)94.7%以上； 對(duì)Cr、As、Pb ，去降深度30cm，去降率達(dá)79.1%以上； 對(duì)Hg，去降深度50cm，去降率達(dá)最大；對(duì)酸、氰，去降深度100cm，去降率達(dá)最大。,中細(xì)砂：對(duì)Cd、Pb、Cu、Zn，去降深度30cm，去降率達(dá)95%以上；對(duì)Cr，去降深度100cm，去降率達(dá)79.1%以上； 對(duì)Hg、As,去降深度130cm，去降率達(dá)最大；對(duì)氰，去降深度70cm，去降率達(dá)最大；對(duì)酸，去降深度100cm以上，去降率達(dá)最大。,4、物理化學(xué)吸附作用 吸附強(qiáng)度取決于： 巖土的性質(zhì)礦物成分和新形成的沉淀物種類(lèi)。 被吸附組分的遷移形成、濃度、
13、PH、Eh值等。,,3.3 水體自凈作用,二、地下水的自凈作用,4、物理化學(xué)吸附作用 吸附強(qiáng)度取決于： 巖土的性質(zhì)礦物成分和新形成的沉淀物種類(lèi)。 被吸附組分的遷移形成、濃度、PH、Eh值等。,吸附能量單位重量吸附劑上的吸附組分的最大量。,一般，隨著污染組分濃度的增高，其吸附量增加。 陰離子的吸附量隨著PH值降低而增加； 陽(yáng)離子的吸附量隨著PH值增高而增加。,圖1 降雨對(duì)固體廢棄物的淋濾,圖2 礦區(qū)疏干地帶的淋濾和溶解,間歇入滲型,圖3 污水坑的滲漏,連續(xù)入滲型,,越流型,圖4 地下水開(kāi)采引起的層間越流,,圖5 水文地質(zhì)天窗的越流,徑流型,圖6 通過(guò)廢水處理井的徑流,,國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)工程規(guī)劃圖,,,山東,山西,天津,地下水污染物的來(lái)源觸目驚心,制漆廠對(duì)地下水的污染,民工的孩子因?yàn)橘I(mǎi)不起水而只能喝受到污染的地下水,汽車(chē)漏油會(huì)污染地下水,小結(jié),地下水污染和地下水中的污染物 地下水污染的特征和途徑,
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