污染物在水体中转化.ppt

,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,（一）有机物生物化学分解。,（二）代表性耗氧有机物的降解。,第二节,污染物在水体中的转化,一、水体中耗氧有机物降解,1,水解反应：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。,蔗糖,+,水葡萄糖,+,果糖,丙氨酸,+,水乳酸,+,氨,（一）有机物生物化学分解,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,（,1,）脱氢作用：,乳酸 丙酮酸,+2H,+,+2e,（,2,）脱羧作用：是生物氧化中产生,CO,2,的主要过程,1,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，一般以通式,C,n,（,H,2,O,）,m,表示。碳水化合物根据分子构造的特点通常分为三类：单糖、二糖、多糖。,单糖：葡萄糖、果糖,二糖：蔗糖、乳糖,多糖：淀粉、纤维素,（二）代表性耗氧有机物的降解,细菌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至少转化为二糖后，才能透入细胞膜内。例如，淀粉可由淀粉糖化酶参与水解成为乳糖，纤维素可由纤维素水解酶参与转化为纤维二糖等。其通式为：,碳水化合物（多糖）二糖,在细胞外部或内部，二糖可以再水解而成为单糖。例如，乳糖、纤维二糖都可转化为葡萄糖：,二糖 单糖,在有氧或无氧的情况下，单糖都首先转化成丙酮酸,单糖 丙酮酸,在有氧条件下，丙酮酸最终被完全氧化成二氧化碳和水。,丙酮酸,CO,2,H,2,O,2,脂肪（动物）和油类（植物）的降解。,首先在细胞外发生水解，其通式：,脂肪,+,水甘油,+,脂肪酸,甘油进一步降解转化成丙酮酸，并在有氧条件下达到完全氧化：,甘油丙酮酸,4H,丙酮酸,H,2,O+CO,2,无氧条件下，脂肪进行发酵过程，生成各种有机酸。,3,含氮有机物的降解,指除,C,、,H,、,O,外，还含有,N,、,S,、,P,等元素的有机化合物，包括蛋白质、氨基酸、硝基化合物等。,蛋白质的降解,首先在细胞体外发生水解，在水解中断开肽键：,蛋白质,+,水 氨基酸,氨基酸在细胞内首先通过氧化,还原反应脱除氨基，生成有机酸，在有氧条件下，有机酸最终完全氧化为,CO,2,和,H,2,O,。,氨基酸,+,水 有机酸,+,氨,CO,2,+H,2,O,水体富营养化：指在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。,二、水体富营养过程,水体富营养化类型：,天然富营养化：水体随着时间的推移和环境变化逐步形成营养物质的天然富集，导致营养物质浓度逐渐增高从而发生水质变化的过程。,人为富营养化：人类的生产生活活动向海洋、湖泊、河流、水库等水体中排放大量含有氮、磷营养物质的污水从而增加了这些水体的营养物质的负荷量导致水质恶化的过程。,水体富营养化的表现：水华和赤潮,水体出现富营养化现象时主要表现为浮游生物大量繁殖，因占优势的浮游生物的颜色不同水面往往呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等，这种现象在江河湖泊中称为“水华”，在海洋则称为“赤潮”。,1.,重金属的概念和特征,重金属元素很多，在环境研究中所说的重金属主要是指：,Hg,、,Cd,、,Pb,、,Cr,以及类金属，,As,等生物毒性显著的元素。也包括具有一定毒性的一般重金属，如,Zn,、,Cu,、,Co,、,N,i,等，目前，最引人注意的是,Hg,、,Cd,、,Pb,、,Cr,等。,三、重金属在水体中的迁移转化,重金属不但不能被微生物分解，反而能被富集于生物体内，某些重金属还可以被转化为毒性更强的有机化合物。,重金属对生物体，和人体的危害特点在于：,毒性效应；,生物不能降解，却能将某些重金属转化为更强的金属有机化合物；,食物链的生物富集、生物放大作用；,通过多种途径进入人体，并积蓄在某些器官中，造成慢性中毒。,2.,重金属在水体中的迁移转化,重金属在水环境中迁移，按照物质运动的形式，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。,生物迁移：是指重金属通过生物体的新陈代谢，生长、死亡等过程进行的迁移。,这种迁移过程比较复杂，它既是物理化学问题，也服从生物学规律。所有重金属都能通过生物体迁移，并由此使重金属在某些有机体中富集起来，经食物链的放大作用，对人体构成危害。,物理化学迁移：是指重金属以简单离子、络离子或可溶性分子，在环境中通过水解、氧化、还原、沉淀、溶解、络合、螯合、吸附作用等一系列的物理化学作用所实现的迁移与转化过程。,物理化学迁移是重金属在水环境中的最重要迁移转化形式。这种迁移转化的结果决定了重金属在水环境中的存在形式，富集状况和潜在生态危害程度。,重金属在水环境中的物理化学迁移包括以下几种作用：,沉淀作用,吸附作用,络合作用,氧化,还原作用,甲基化作用,沉淀作用：重金属在水中经水解反应生成的氢氧化物，以及同相应的阴离子反应生成的硫化物或碳酸盐的溶解度都很小，容易生成沉淀物。,沉淀作用的结果，使重金属污染物在水体的扩散速度和扩散范围受到限制，从水质自净方面看是有利的，但大量金属沉积于排污口附近的底泥中，当环境条件发生变化时有可能重新释放出来，成为二次污染源。,吸附作用：天然水体中的悬浮物和底泥中含有丰富的无机胶体和有机胶体。由于胶体有巨大的表面比、表面能并带有大量的电荷，因此能够强烈的吸附各种分子和离子。无机胶体主要包括各种粘土矿物和各种水合金属氧化物，其吸附作用主要分为表面吸附，离子交换吸收和金属吸附。有机胶体主要是腐殖质。,胶体的吸附作用是使许多重金属从不饱和的溶液中转入固相的最主要途径。,络合作用：水体中存在着许多天然和人工合成的无机与有机配合体，它们能与重金属离子形成稳定度不同的络合物和螯合物。,无机配体主要有,Cl,-,、,OH,-,、,CO,3,2-,、,SO,4,2-,、,HCO,3,-,、,F,-,、,S,2-,等。有机配位体是腐殖质。腐殖质能起络合作用的是各种含氧官能团，如,-COOH,、,-OH,、,-NH,2,等。,各种无机、有机配位体与重金属生成的络合物和螯合物可使重金属在水中的溶解度增大，导致沉积物中重金属的重新释放。重金属的次生污染在很大程度上与此有关。,氧化,还原作用：氧化,还原作用在天然水体中有较重要的地位。由于氧化还原作用的结果，使得重金属在不同条件下的水体中以不同的价态存在，而价态不同，其活性与毒性也不同。,如:,Cu,Fe,Mn,等.,Cu:+,2+;Fe:2+,3+;,Mn,:2+,4+.,价位越高处于氧化态,溶解度越小.,甲基化作用：重金属汞、砷、锡、钯、铂、金和铊等都存在甲基化的过程。重金属经甲基化作用可转化成毒性更强的有机金属化合物。例如汞，水中的二价汞经甲基化作用可转化成有剧毒的甲基汞。,（一）制定水环境质量标准：,水质标准：水质标准是为了保障人体健康，维护生态平衡，保护水资源，控制水污染，在综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的基础上，所规定的水环境中污染物的容许含量、污染源排放污染物的数量和浓度等的技术规范。,第三节,水环境污染控制管理,一、水体污染的防治与管理,按照水体的类型，水质标准可分为地面水水质标准、海水水质标准和地下水水质标准。,按照水的用途，可分为生活饮用水水质标准、渔业用水水质标准、农业灌溉水水质标准、娱乐用水水质标准和工业用水水质标准等。,工业废水排放标准：是为使天然水体水质达到规定的环境质量标准而控制工业废水的排放所制定的标准。,污水综合排放标准,GB89781996,城镇污水处理厂污染物排放标准,GB 189182002,海洋水质量标准,GB3097,地表水环境质量标准,GB 38382002,污水排放水体的限制,（二）水环境污染防治对策,减少耗水量,建立城市污水处理系统,调整工业布局,加强水资源的规划管理,一 减少耗水量,实践说明城市污水的再利用优点很多,它既有节约大量新鲜水,缓和工业与农业争水及工业与城市争水的矛盾,又可大大减轻接受污水的水体受污染的程度,保护天然水资源。城市污水水质较工业冷却水要复杂得多,但通过有效净化手段可以使其再生且回用于某些用途,如用于农业灌溉;用作工业冷却用水、洗涤用水或工艺用水;用于市政,如灌溉绿地和公园,浇洒道路、洗涤车辆、用作消防等;也可用于补给地下水,防止地下水的水位下降或海水的入侵等。对于工业废水,首先要采取节流措施,即废水的循环利用。我国工业用水回用率一般为30%,德国为80%。,二 建立城市污水处理系统,为及时地排除城市生活污水、工业废水和天然降水,并按照最经济合理的方案,分别把不同的污水集中输送到污水处理厂或排入水体,或灌溉水体,或处理后重复使用,需要建设排水管网系统。因此必须结合本地区的自然条件,考虑地区各片的污水收集方式;采取各种污水的分流制(生活污水、工业废水、雨水分别建管网系统)还是合流制(各种污水合建管网系统);或两重体制适当结合的混合制。另外排放口位置的选择;近期建设和远期规划的结合;以及管径、坡降、管网附属构筑物,施工工程量,运行维护费等等,做出技术经济比较,以制定正确的排水系统统一规划。,三 调整工业布局,由于历史原因,污水就近排放、盲目排放的现象相当严重,这也是城市地面水污染的一个重要原因,尤其是上游污水的排放,对城市地面水水质影响就更大。因此,在调整城市工业布局和城市管网建设中,应该充分考虑这些因素,以保证城市水污染负荷的合理分布。如将水污染排放口下移或取水口上移;或将污染负荷引入环境容量较大的水体,如合理利用大江大河近海海域的水环境容量。,四 加强水资源的规划和管理,上游用水量与下游用水量进行统一管理,减少上游用水,以备下游有充足的水量。为了有效地减少污水排放,要按标准浓度排放,另外控制污水的总量排放。,二、废水处理方法,废水处理目的：对废水中的污染物以某种方法分离出来，或将其分解转化为无害稳定物质，从而使污水得到净化。,（一）废水处理基本方法,物理法：利用物理作用处理、分离和回收废水中的悬浮状态污染物质，在处理过程中污染物质的性质不发生变化。,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。污染物质的性质或形态发生改变。,生物法：利用微生物的生化作用去除废水中的有机污染物的方法。,（二）城市污水的处理,一级处理：去除废水中大部分粒径在,100m,以上的大颗粒物质。可由筛滤、重力沉淀和浮选等方法串联组成。废水经一级处理后，一般达不到排放标准。,二级处理：常用生物法和絮凝法。生物法主要去除一级处理后废水中的有机物；絮凝法主要去除一级处理的废水无机悬浮物和胶体颗粒物或低浓度的有机物。,经二级处理后的水，一般可以达到农灌标准和废水排放标准。但水中仍含有一定的悬浮物、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。在一定的条件下，仍然可能造成天然水体的污染。,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。所采用的技术有：物理法、化学法和生物处理法三大类。,