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1、第三章 水環(huán)境監(jiān)測 （3）,環(huán)境監(jiān)測,,3.3 水體自凈作用,一、河流的自凈作用,概念及機理 衡量水體自凈的指標 學習河流自凈規(guī)律的意義,,3.3 水體自凈作用,一、河流的自凈作用,（一）概念： 當污染物進入河流以后，在污染物流入處的水質(zhì)就會惡化，但隨著河水向下游流動，其水質(zhì)逐漸變好，當流經(jīng)一定距離后，河水水質(zhì)可以恢復到原先的狀態(tài)。 （二）機理： a、物理過程 * （稀釋、吸附、沉淀等） b、化學過程 （氧化還原、分解化合等） c、生物化學過程 * （微生物的降解作用、藻類的光合作用等）,提問：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
2、程,稀釋作用： 兩種運動方式：一是平流，二是擴散。 （1）平流：河流流速推動污染物質(zhì)沿著水流方向運動的現(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）擴散：根據(jù)引起和影響擴散的因素不同，可分為,影響紊流擴散的因素: 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?；蚰z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。 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)：有機酸、無機堿和高分子化合物接近 表面力大的物質(zhì)離開膠粒表面負吸附 表面力大的物質(zhì)：無機鹽類、氯化物、硫酸鹽離開,沉淀作用： 通過不同途徑進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過程中，當其負荷量超過搬運的能力時，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 生化過程,細菌、藻類、大型植物、微型動物、大型動物 細菌作用： 對水中的污染物質(zhì)進行還原或氧化，并把它們變成簡單的化合物。 如：異養(yǎng)菌對溶解性有機污染物的降解反應按下式進行 C11H29O
5、7N+14O2+H+ 11CO2+13H2O+NH4+ 藻類作用： 在通過光合作用放出氧的同時，吸收簡單的化合物。 如：藻類的光合成反應式 106CO2 + 16NO3- + HPO42- + 122H2O + 18H+ C106H263O110N16P + 138O2,,溶解性有機污染物 較穩(wěn)定的有機體（藻類細胞）,,,3.3 水體自凈作用,2、河流的自凈作用 生化過程,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，還具有與藻類相同的作用。 微型動物： 攝取有機物、細菌、藻類等；把它們變成簡單的化合物。 大型動物： 攝取
6、固體有機物和動植物體，使污染水體得到相當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,河流污染和自凈過程圖,污水,提問：用什么指標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,學習河流自凈規(guī)律的意義,河流（水體）自凈是環(huán)境科學中的重要研究課題。對不同水體進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擔，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) 凡是在人類活動的影響下，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 凡是人類活動導致進入地下水并使水質(zhì)惡化的溶解物或懸浮物，無論其濃度變化是否達到使水質(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,(1) 化學污染物,,無機污染物：NO3-、Cl-、Ca2+、Mg2+、SO42-、TDS、F、As、Cr、Hg、Pb,有機污染物：酚類、鹵代烴類,(3) 生物污染物細菌、病菌和寄生蟲,(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 促進鈣、鎂、碳酸鹽溶解 鹽效應使碳酸鈣、鎂鹽溶解度增大 離子交換作用 含酸廢水直接進入地下水 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、砷,,3.3 水體自凈作用,（三）地下水污染的特點及途徑,1、地下水污染的特點 隱蔽性 難以逆轉(zhuǎn)性
10、 地下水保護 應以預防為主 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,,3.3 水體自凈作用,（四）污染地下水的自凈作用,當污染物進入地下水，通過與介質(zhì)間的物理、化學和生物化學等一系列作用，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但原來狀態(tài)的過程稱為地下水的自凈作用。 1、微生物被吸附和衰亡作用 細砂中分布距離 中砂中（滲速） 粗砂中（流速）大于 礫石或更遠 決定因素： 污染微生物種類 滲透條件 初始速度,巖石對活動細菌吸附比不活動細菌的差 有機物、低溫、氧化還原環(huán)境等則是促進對細
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 在微生物分解過程中，污染源的下游形成了不同的水化學帶。,,3.3 水體自凈作用,二、地下水的自凈作用,3、化學沉淀作用 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Cr、Cd、As、Cu、Pb、Zn、Hg，去降深度為15cm，去降率達89.3100%，對酸、氰20cm達7189.9%。,亞
12、粘土：對Cd、Cu、Zn，去降深度15cm，去降率達94.7%以上； 對Cr、As、Pb ，去降深度30cm，去降率達79.1%以上； 對Hg，去降深度50cm，去降率達最大；對酸、氰，去降深度100cm，去降率達最大。,中細砂：對Cd、Pb、Cu、Zn，去降深度30cm，去降率達95%以上；對Cr，去降深度100cm，去降率達79.1%以上； 對Hg、As,去降深度130cm，去降率達最大；對氰，去降深度70cm，去降率達最大；對酸，去降深度100cm以上，去降率達最大。,4、物理化學吸附作用 吸附強度取決于： 巖土的性質(zhì)礦物成分和新形成的沉淀物種類。 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、物理化學吸附作用 吸附強度取決于： 巖土的性質(zhì)礦物成分和新形成的沉淀物種類。 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； 陽離子的吸附量隨著PH值增高而增加。,圖1 降雨對固體廢棄物的淋濾,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 通過廢水處理井的徑流,,國家地下水監(jiān)測工程規(guī)劃圖,,,山東,山西,天津,地下水污染物的來源觸目驚心,制漆廠對地下水的污染,民工的孩子因為買不起水而只能喝受到污染的地下水,汽車漏油會污染地下水,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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