1、MARINE ENVIRONMENTAL CHEMISTRYChap.2 marine oxygen-demanded organic pollutionnconeceptconecept： 有機物質(zhì)直接進入水體后，通過微生物的生有機物質(zhì)直接進入水體后，通過微生物的生物化學(xué)作用而分解為簡單的無機物質(zhì)二氧化碳和物化學(xué)作用而分解為簡單的無機物質(zhì)二氧化碳和水，同時在分解過程中需要消耗水中的溶解氧；水，同時在分解過程中需要消耗水中的溶解氧；在缺氧條件下，該類污染物就發(fā)生腐敗分解，惡在缺氧條件下，該類污染物就發(fā)生腐敗分解，惡化水質(zhì)，所以稱之為化水質(zhì)，所以稱之為需氧有機污染物需氧有機污染物。n水中需氧有機

2、物越多，耗氧也越多，水質(zhì)也越差，水中需氧有機物越多，耗氧也越多，水質(zhì)也越差，表明水體污染越嚴重。表明水體污染越嚴重。 2.1 source and character 2.2 the index of oxygen-demanded organic pollution 2.3 consume and absorb of oxygen 2.4 analysis of examplesChap.2 marine oxygen-demanded organic pollution2.1 2.1 來源與污染特點來源與污染特點1.1.海洋中有機物的組成海洋中有機物的組成2.2.海洋中有機物質(zhì)分類海洋中有

3、機物質(zhì)分類3.3.海洋需氧有機污染物的來源海洋需氧有機污染物的來源一、來源一、來源表2.1.1 海水中有機物濃度化合物濃度(gC/l)化合物濃度(gC/l)游離氨基酸20維生素0.006結(jié)合氨基酸50酮類10游離糖20醛類5脂肪酸10烴類5酚2尿素20甾醇0.2糖醛類18大約總量3401. 1. 海洋中有機物的組成海洋中有機物的組成2.1 2.1 來源與污染特點來源與污染特點1. 1. 海洋中有機物的組成海洋中有機物的組成n海洋中大量存在無生命的有機質(zhì)，溶于海水中僅是其中一小部分；n海水中約含有不到0.01%總鹽量的溶解有機質(zhì)，而大部分沉積于海洋沉積物中。n海水中有機質(zhì)濃度一般為nnx100微

4、克碳升，雖然濃度甚微，但其總量很大。 2. 2. 海洋中有機物質(zhì)分類海洋中有機物質(zhì)分類n天然有機物質(zhì)天然有機物質(zhì)n人為污染的有機物質(zhì)人為污染的有機物質(zhì)2.1 2.1 來源與污染特點來源與污染特點天然有機物質(zhì)天然有機物質(zhì)n天然有機物質(zhì)為浮游植物、浮游動物的分泌、排泄等代射產(chǎn)物和死亡生物分解碎屑降解、氧化、溶解產(chǎn)物，這些有機物質(zhì)稱為生源有機物生源有機物。 2.1 2.1 來源與污染特點來源與污染特點人為污染的有機物質(zhì)人為污染的有機物質(zhì)n隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，沿海城市的逐步擴大，人口的高度集中，生活水平的不斷提高，各種污水排放量猛增。n因此，通過各種途徑，直接和間接排入海洋中的有機物質(zhì)成倍增加，造成港

5、灣、河口和近岸海域有機物質(zhì)污染的十分嚴重。2.1 2.1 來源與污染特點來源與污染特點 n生活污水生活污水n工業(yè)廢水工業(yè)廢水 (如食品工業(yè)廢水、造紙工業(yè)的廢水如食品工業(yè)廢水、造紙工業(yè)的廢水)n農(nóng)業(yè)污水農(nóng)業(yè)污水3. 3. 海洋需氧有機污染物的來源海洋需氧有機污染物的來源2.1 2.1 來源與污染特點來源與污染特點n 生活污水和某些工業(yè)廢水中所含的碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪和木質(zhì)素等有機物質(zhì)進入海洋后，其中一小部分可直接被攝取，大部分可在細菌和微生物作用下，在水中有氧下，需氧分解生成CO2，H2O和NO32-、PO43-等。二二. . 污染特點污染特點2.1 2.1 來源與污染特點來源與污染特點n當(dāng)

6、排入水體的需氧有機物質(zhì)數(shù)量有限時，也就是說沒有超過水體的自凈化作用的能力時，水中溶解氧交換補充及時，水體又可恢復(fù)到原有狀態(tài)，有氧條件下有機物質(zhì)分解產(chǎn)物不會造成水質(zhì)進一步惡化。n因此，一般認為需氧有機物沒有毒性，但氧化分解將消耗水中的溶解氧。 需氧有機物污染的主要危害：n耗氧；n影響水體的自凈能力；n在厭氧微生物厭氧微生物作用下，有機物分解產(chǎn)生H2S、CH4、硫醇和氨等氣體，使水質(zhì)變臭；n影響海洋生物甚至生態(tài)系統(tǒng)的正?；顒?。 降解方程式：降解方程式： 2.1 2.1 來源與污染特點來源與污染特點水中有機物質(zhì)氧化降解，可用以下反應(yīng)式表示：1. 水中有機物質(zhì)氧化降解反應(yīng)式：CH2O+ O2-CO2

7、+ H2O (CH2O代表有機物質(zhì))2. 厭氧條件下： 2CH2O+SO42-+H+ 2CO2+HS-+2H2O淀粉氧化降解： 微生物 C6H10O5 + 6O2 6CO2 + 5H2O 2.1 source and character 2.2 the index of oxygen-demanded organic pollution 2.3 consume and absorb of oxygen 2.4 analysis of examplesChap.2 marine oxygen-demanded organic pollution2.2 the index of marine ox

8、ygen-demanded pollution1.BioChemical Oxygen Demand(BOD)2.Chemical Oxygen Demand(COD)3.Ultimate Oxygen Demand(UOD)4.Theoretical Oxygen Demand(TOD)Biochemical oxygen demand (BOD)nBOD test: the most commonest and most versatile measure of broad effect.2.2 the index of marine oxygen-demanded pollutionBi

9、oChemical Oxygen Demand(BOD)ndefinitiondefinition： BioChemical Oxygen Demand(BOD)(BOD)，表示水中有機物質(zhì)由微生，表示水中有機物質(zhì)由微生物分解所需溶解氧的量。單位為物分解所需溶解氧的量。單位為mg-Omg-O2 2l l。n含義：含義： 表示可氧化分解水體中所溶存的含碳有機物，也包表示可氧化分解水體中所溶存的含碳有機物，也包括化學(xué)氧化法難以氧化的含括化學(xué)氧化法難以氧化的含N N和和P P的有機物質(zhì)。它在一定的有機物質(zhì)。它在一定程度上可以反映水體中有機物質(zhì)含量。程度上可以反映水體中有機物質(zhì)含量。2.2 the i

10、ndex of marine oxygen-demanded pollutionnIf an organic compound gives the same oxygen demand for TOD, COD and BOD, it is readily oxidized and metalolized. 2.2 the index of marine oxygen-demanded pollutionnChemical oxygen demand (COD) : The amount of oxygen taken up when hot acid dichromate is used.n

11、COD: often used because it is rapidly and can be used in short-term quality control.nFor more resistant compounds, COD will be a fraction of TOD, and this depends on the efficiency of this method of oxidation.2.2 the index of marine oxygen-demanded pollutionnBOD depends on the following condition:1.

12、The particular blend of nutrients and other assessory factors in the basal medium.2.The presence of natural inhibitors.3.The condition and composition of microbial population present.2.2 the index of marine oxygen-demanded pollutionCalculation of BODnThe biochemical oxidation is belong to the first

13、dynamic reaction,which can be shown as following equation:n dL/dt = k1 Ln 積分得 Lt = L e k1tn L ：總的BOD(mgl)；n Lt：t時刻的BOD(mgl)； n t ：時間(d)；n k1 : 耗氧常數(shù)(d-1) 2.2 the index of marine oxygen-demanded pollutionn經(jīng)過t時后，被微生物氧化分解的有機物量(Y)： Y = LY = L - L- Lt t = L - L = L - L e e k1 k1 t t Y = L (1 Y = L (1 e e

14、k1 k1t t) ) BODBOD5 5 = BOD = BODT T (1- e(1- e-K -K t t) )2.2 the index of marine oxygen-demanded pollutionL L、L Lt t、Y Y的關(guān)系的關(guān)系L=Lt+YLt:t時刻剩余的B O DY：t 時 刻已被微生物氧化B O D2.2 the index of marine oxygen-demanded pollution As an important index for assessment of water quality, normally 5 days at 20 is use

15、d; BOD520。 This is the usual duration at a more suitable incubation temperature.2.2 the index of marine oxygen-demanded pollutionL L、L Lt t、Y Y的關(guān)系的關(guān)系L=Lt+YLt:t時刻剩余的B O DY：t 時 刻已被微生物氧化B O D2.2 the index of marine oxygen-demanded pollutionn單位為單位為mg/l；n（BOD520）中上標(biāo)為溫度）中上標(biāo)為溫度()，下標(biāo)為氧化，下標(biāo)為氧化分解的時間分解的時間(d)。n

16、在應(yīng)用中，在應(yīng)用中，BOD520常簡寫為常簡寫為BOD5或或BOD。n BOD5是海水水質(zhì)的重要指標(biāo)。水體中是海水水質(zhì)的重要指標(biāo)。水體中BOD5高，表征水體中需氧有機物濃度高。高，表征水體中需氧有機物濃度高。BODBOD5 5 = BOD = BODT T (1- e(1- e- K1- K1t t) )說明：說明：2.2 the index of marine oxygen-demanded pollutionnSometimes, We can use BOD measured in a time less than 5 days： BOD520=1.171BOD230 （海洋監(jiān)測規(guī)范）2

17、.2 the index of marine oxygen-demanded pollution The influence of temperaturen耗氧常數(shù)k除與有機物質(zhì)種類、細菌微生物種類數(shù)量有關(guān)外，還與溫度有關(guān)。 K(T)= K(20)1.047(T-20) K(T)、K(20) ：分別代表T和20時耗氧常數(shù)。n此外，總的BOD與溫度有關(guān)： LT = L201+0.02(T-20) LT 、L20：分別代表T和20總的BOD.2.2 the index of marine oxygen-demanded pollutionThe quality standard of seawat

18、er (GB 3097-1997)項目項目第一類水第一類水第二類水第二類水第三類水第三類水第四類水第四類水BOD5(mg/l)1345COD(mg/l)23452.2 the index of marine oxygen-demanded pollutionn解： BOD5 = BODT (1- e-K1t) = 208(1 - e-0.155) = 110 mg/l答：該生活污水BOD5值為110 mg/l 。 例題例題1 1：某排污口污水水樣，在：某排污口污水水樣，在2020下測得下測得BODBOD為為208 208 mg/lmg/l，若，若K K為為0.1d0.1d-1-1, ,求求BO

19、DBOD5 5值。值。2.2 the index of marine oxygen-demanded pollution2. 實驗室測得某工業(yè)廢水實驗室測得某工業(yè)廢水BOD為為750毫克升，毫克升，20時凈化常數(shù)時凈化常數(shù)K1為為0.20天，計算天，計算BOD205，若若K1降為降為0.10天，求天，求BOD205。 解：BOD5 = BODT (1- e-K1t) K1=0.2時，BOD5 = 750(1- e-0.25) = 474 mg/l K1=0.1時，BOD5 = 750(1- e-0.15) = 295 mg/l 答：當(dāng)K1值分別為0.2和0.1d時，水樣BODT分別為474和2

20、95 mg/l。 生化耗氧量（BOD）的優(yōu)缺點n優(yōu)點：在一定程度上可以反映水體中有機物質(zhì)含量。n缺點缺點：實驗耗時長，不利于較快掌握水質(zhì)污染情況；測定局限在實驗室內(nèi)進行，與天然水的差別較大。2.2 the index of marine oxygen-demanded pollution2.2 the index of marine oxygen-demanded pollution1.BioChemical Oxygen Demand(BOD)2.Chemical Oxygen Demand(COD)3.Ultimate Oxygen Demand(UOD)4.Theoretical Oxy

21、gen Demand(TOD)2. 2. Chemical Oxygen Demand）n 定義：化學(xué)耗氧量（定義：化學(xué)耗氧量（mg/l），也稱化學(xué)需氧量，），也稱化學(xué)需氧量，化學(xué)耗氧量是用化學(xué)氧化劑（如重鉻酸化學(xué)耗氧量是用化學(xué)氧化劑（如重鉻酸鉀鉀(CODcr)、高錳酸鉀、高錳酸鉀(CODMn)）在一定條件下氧）在一定條件下氧化水中有機污染物質(zhì)所耗的氧量。化水中有機污染物質(zhì)所耗的氧量。nCODCr ：污水和河水的重要監(jiān)測指標(biāo)；：污水和河水的重要監(jiān)測指標(biāo)； CODMn ：海水的監(jiān)測指標(biāo)。：海水的監(jiān)測指標(biāo)。2.2 the index of marine oxygen-demanded pollut

22、ionThe quality standard of seawater (GB 3097-1997)項目項目第一類水第一類水第二類水第二類水第三類水第三類水第四類水第四類水BOD5(mg/l)1345COD(mg/l)23452.2 the index of marine oxygen-demanded pollutionnThe method of BOD was often criticized but nevertheless it is still used widely by pollution chemist,why?nBecause it gives a measure of b

23、iodegradability not only for substance that we have known, but also of complex waste we still de not know.2.2 the index of marine oxygen-demanded pollutionnNo chemical oxidation gives a degree of oxygen demand for the range of components involved which even approximately equal that attained in biolo

24、gical systems.2.2 the index of marine oxygen-demanded pollutionn由于復(fù)雜有機物或含氮有機物較難用化學(xué)由于復(fù)雜有機物或含氮有機物較難用化學(xué)方法氧化，所以當(dāng)水體的方法氧化，所以當(dāng)水體的COD和和BOD5的關(guān)的關(guān)系未確定之前，仍不好用系未確定之前，仍不好用COD直接代替直接代替BOD5。2.2 the index of marine oxygen-demanded pollution2.2 the index of marine oxygen-demanded pollution1.BioChemical Oxygen Demand(B

25、OD)2.Chemical Oxygen Demand(COD)3.Ultimate Oxygen Demand(UOD)4.Theoretical Oxygen Demand(TOD)3. Ultimate Oxygen Demandn定義：定義：水中有機物質(zhì)（包括含水中有機物質(zhì)（包括含C和含和含N有有機質(zhì)）氧化的理論需氧量，即稱之為機質(zhì)）氧化的理論需氧量，即稱之為極限極限需氧量需氧量（UOD），或長期需氧量。此時，），或長期需氧量。此時，水體中所有有機物質(zhì)均被完全氧化生成水體中所有有機物質(zhì)均被完全氧化生成CO2、H2O和和NO3-。nEquation for calculation of

26、UOD： UOD = 2.67org.-C + 4.57（org.-N +NH3-N）+1.14NO2-N2.2 the index of marine oxygen-demanded pollution2.2 the index of marine oxygen-demanded pollution1.BioChemical Oxygen Demand(BOD)2.Chemical Oxygen Demand(COD)3.Ultimate Oxygen Demand(UOD)4.Theoretical Oxygen Demand(TOD)4. Theoretical Oxygen Deman

27、dnTOD: the theoretical oxygen demand is the chemical value for oxygen required for the theoretical conversion of all the component atoms of organic residues to carbon dioxides to their normal oxides. It is of no account which route for oxidation are possible or can be envisaged; the final product sh

28、ould be defined. 2.2 the index of marine oxygen-demanded pollution4. Theoretical Theoretical Oxygen Demandn 測定方法：化學(xué)燃燒氧化法。測定方法：化學(xué)燃燒氧化法。n單位：單位：mg-O2/l。n目前用燃燒法測定，目前用燃燒法測定，TOD的結(jié)果相當(dāng)于理的結(jié)果相當(dāng)于理論值的論值的90100%。2.2 the index of marine oxygen-demanded pollutionnTOD: the theoretical oxygen demand is the chemical v

29、alue for oxygen required for the theoretical conversion of all the component atoms of organic residues to carbon dioxides to their normal oxides. It is of no account which route for oxidation are possible or can be envisaged; the final product should be defined. 2.2 the index of marine oxygen-demand

30、ed pollutionHomework1:n習(xí)題1、3、5、6、7、10、11。2.2 the index of marine oxygen-demanded pollutionThank you for your attention!第二章第二章 海洋需氧有機物污染海洋需氧有機物污染 2.1 2.1 來源與污染特點來源與污染特點2.2 2.2 需氧有機污染的指標(biāo)需氧有機污染的指標(biāo)2.3 2.3 溶解氧的收支平衡溶解氧的收支平衡2.4 2.4 案例分析案例分析2.3 2.3 溶解氧的收支平衡溶解氧的收支平衡一、海水中溶解氧的表示方法一、海水中溶解氧的表示方法二、耗氧過程二、耗氧過程三、復(fù)氧過

31、程三、復(fù)氧過程四、溶解氧的收支平衡四、溶解氧的收支平衡n調(diào)查目的調(diào)查目的：DO 的分布特征；的分布特征；n研究海域研究海域：珠江口伶仃洋水珠江口伶仃洋水域域；n觀測站位觀測站位：8個；個；n航次航次：19871987年年6 6、8 8、1111月及月及次年次年2 2月共月共4 4航次航次；n觀測項目觀測項目：DO、S n出處出處：熱帶海洋熱帶海洋，1994研究事例研究事例1-1-2.3 2.3 氧的消耗和吸收氧的消耗和吸收珠江口伶仃洋水域溶解氧珠江口伶仃洋水域溶解氧 的分布特征的分布特征1. DO的單位及其含義？的單位及其含義？2. AOU的含義？的含義？3. 從圖中可獲得什么信從圖中可獲得什

32、么信息？息？4. 季節(jié)變化？季節(jié)變化？5. 垂直分布？垂直分布？6. 海水中海水中DO來源？來源？7. 海水中海水中DO消耗？消耗？8. 海水中海水中DO的影響因素？的影響因素？2.3 2.3 氧的消耗和吸收氧的消耗和吸收一、海水中溶解氧的表示方法一、海水中溶解氧的表示方法n溶解氧的含量（溶解氧的含量（ ml/l or mg/l ）nDO的飽和度（的飽和度（%）n表觀耗氧量（或飽和差）（表觀耗氧量（或飽和差）（D）2.3 2.3 氧的消耗和吸收氧的消耗和吸收定義定義：海水中氧的實際溶存量與氧在該現(xiàn)：海水中氧的實際溶存量與氧在該現(xiàn)場條件下飽和量的百分比。場條件下飽和量的百分比。n計算公式計算公式

33、：nO2 % =C/CS100%nO2 %：海水中：海水中DO的飽和度；的飽和度；nC ：海水中：海水中DO的現(xiàn)場觀測的現(xiàn)場觀測值值(ml/l or mg/l；1 ml/l=1.43 mg/l)nCS ：在現(xiàn)場海水溫度和鹽度下：在現(xiàn)場海水溫度和鹽度下DO的飽和含量的飽和含量(ml/l or mg/l)。back2.3 2.3 氧的消耗和吸收氧的消耗和吸收nDO的飽和度（的飽和度（%）AOUAOU： (Apparent Oxygen Utilization)，也稱為也稱為氧的氧的飽和飽和差差( (O O2 2或或D)D)，表示溶解氧的變化情況，表示溶解氧的變化情況：nO2：氧的飽和差：氧的飽和差

34、 (ml/l or mg/l)；nC ：海水中：海水中DO的現(xiàn)場觀測值的現(xiàn)場觀測值(ml/l or mg/l；1 ml/l=1.43 mg/l)nCS ：在現(xiàn)場海水溫度和鹽度下：在現(xiàn)場海水溫度和鹽度下DO的飽和含量的飽和含量(ml/l or mg/l)?？蓮??？蓮膰H海洋學(xué)常用表國際海洋學(xué)常用表中查到。中查到。 back Back2.3 2.3 氧的消耗和吸收氧的消耗和吸收n表觀耗氧量（表觀耗氧量（AOU）nD= CS -C1.淡水時，水溫淡水時，水溫為為t時，水體中溶解氧的飽和濃時，水體中溶解氧的飽和濃度度Cs為：為： Cs= 468/（31.6 + t）2.咸水時，咸水時， 1）根據(jù)鹽度和

35、溫度查表）根據(jù)鹽度和溫度查表得得Cs（ ml/l O2 ）。）。 2） Ci =CsP分分1.43（ mg/l O2 ） (其中其中P分分為空氣為空氣中中O2的分壓比（的分壓比（0.21），），1.43為為1ml/l O2與與1mg/l O2的換算系數(shù)的換算系數(shù)) 海水中溶解氧的主要來源：海水中溶解氧的主要來源：1.海海氣界面大氣中氧的溶解；氣界面大氣中氧的溶解；2.海洋浮游植物的光合作用。海洋浮游植物的光合作用。 海水中溶解氧主要的清除機制海水中溶解氧主要的清除機制1.有機物質(zhì)的氧化（沉積物耗氧和異樣菌的有機物質(zhì)的氧化（沉積物耗氧和異樣菌的作用）；作用）；2.海洋生物的呼吸作用。海洋生物的呼

36、吸作用。back1. DO與與S的關(guān)系如何？的關(guān)系如何？1）淡水）淡水DO高，而海水高，而海水 DO低；低；2）DOS成較好的負相成較好的負相 關(guān)關(guān)系；關(guān)關(guān)系；2. 如何解釋該現(xiàn)象？如何解釋該現(xiàn)象？2.3 2.3 氧的消耗和吸收氧的消耗和吸收二、耗氧二、耗氧n水體耗氧速率，符合一級反應(yīng)式，即n dL/dt = k1LnLt = Le k1 tn上式中， L，Lt分別表示起始和t時的BOD（mg/l）；k1表示耗氧常數(shù)（d-1），t表示時間(d)。2.3 2.3 氧的消耗和吸收氧的消耗和吸收三、復(fù)氧三、復(fù)氧n來源來源：海海氣交換氣交換；植物光合作用植物光合作用；n氧吸收速率（氧吸收速率（dD/d

37、t）的計算：氧的吸收速率）的計算：氧的吸收速率和它在水體中的飽和差成正比，即：和它在水體中的飽和差成正比，即： dD/dt = k2 D；ndD/dt：氧在t時刻的飽和差變化率或吸收率吸收率； k2 ：復(fù)氧常數(shù)（ d-1 ）； D ：氧的飽和差（mg/l）；2.3 2.3 氧的消耗和吸收氧的消耗和吸收例題例題：河口海水：河口海水Cl=12，溫度為，溫度為24，水體受有，水體受有機質(zhì)污染機質(zhì)污染DO=2.5毫克升，水體復(fù)氧常數(shù)毫克升，水體復(fù)氧常數(shù)20 K2 為為0.85天，求水體經(jīng)過多少時間復(fù)氧作用天，求水體經(jīng)過多少時間復(fù)氧作用DO才才能達能達5.0毫克升。毫克升。（查表可知，當(dāng)氯度為（查表可知

38、，當(dāng)氯度為12%，溫度，溫度為為24時，溶解氧的飽和度（時，溶解氧的飽和度（Cs）為）為24.8 ml/l ）8 8，河口海水，河口海水ClCl=12=12，溫度為，溫度為2424，水體受有機質(zhì)污，水體受有機質(zhì)污染染DO=2.5DO=2.5毫克升，水體復(fù)氧常數(shù)毫克升，水體復(fù)氧常數(shù)20K20K2 2=0.85=0.85天，天，求水體經(jīng)過多少時間復(fù)氧作用求水體經(jīng)過多少時間復(fù)氧作用DODO才能達才能達5.05.0毫克升。毫克升。解：查表知，當(dāng)氯度為解：查表知，當(dāng)氯度為12%，溫度為，溫度為24時，溶解氧的飽和度為：時，溶解氧的飽和度為：Cs = 24.8 ml/l；1）Ci =CsP分分1.43 = 24.80.211.43 = 7.45 mg/l2）K2（24） = K2（20）e0.018（t-20）=0.85e0.018（24-20）= 0.91 l/d3）Do = 7.45 2.5= 4.95 mg/l ；Dt = 7.45