水污染控制工程1绪论.doc

第一章 绪论第一节 水环境与水体污染水是地球上一切生物赖以生存和发展的重要物质。一、水圈和水资源1.水圈是地球表面和接近地球表面的各种形态水的总称。它包括海洋、河流、湖泊、沼泽、冰川以及土壤和岩石孔隙中的地下水、岩浆水、聚合水，以及生物圈中的体液、细胞内液、生物聚合水化物等。 相应于地球上其他种类的物质资源而言，水在自然界的分布最广，总储量也最为丰富。在整个水圈中，水的总储藏量约13.86108km3，但海水占96.6%以上，淡水仅占2.53%，而这部分就水质而言可为人类所用的淡水储量中，有68.7%主要以冰川雪帽的形式冷储于南北极地，另有30.1%为地下水和土壤水，大气中的水汽又占去约0.04%。因此，存在于江河湖泊中有可能为人类直接取用的淡水量仅占水圈总淡水量的0.36%。2.水资源是指在当今经济技术条件下可为人类利用的那部分水量，主要包括地表水、地下水和土壤水。3.水的自然循环和社会循环（1）水的自然循环是指在太阳能及其他自然力的作用下，自然界的水经常处于流动和循环状态，在海、陆、空、生物之间不断往复循环，构成自然界中水的自然循环。（2）水的社会循环水的社会循环由给水、使用、排水三个环节构成。给水工程：其中为保证用户的使用要求借助工程措施从天然水体取水供给用户使用的整套设施设备，称作给水工程；排水工程：为保证废弃外排的废水安全排放或再用而采取的整套工程处理设施设备，称作排水工程；当排水工程的功能不完善时，未进行有效的净化处理，把废水通过管道沟渠等直接排入下游水体，将会导致对水环境质量的不利影响，严重时还会造成环境污染。4. 地球水资源所面临的问题（1） 首先来自人口增长的压力；（2） 全球经济的快速发展，工业生产用水量普遍大幅度增长；（3） 地球水资源所面临的问题还包括因全球性气候变化造成的水资源平衡失调水环境的污染。二、水体污染1定义 通常把水在自然循环过程中，由自然界释放并进入水中的化学物质称作自然杂质或本底杂质；与自然杂质概念相对应，通常把由人类的生产生活活动产生的，进入环境后使环境的组成和性质发生直接或间接有害于人类的变化的物质，称为环境污染物，或简称为污染物；因此，由人类的生产、生活活动产生的，进入水环境后使水体环境的组成和性质发生直接或间接有害于人类的变化的物质，就是水环境污染物，简称水污染物。水体污染（简称水污染）是指污染物进入河流、湖泊、海洋或地下水等水体后，使水体的水质和水体底泥的物理、化学性质或生物群落组成发生变化，从而使水体降低，甚至丧失其原有的使用价值和使用功能的现象。2产生水体污染的原因自然因素和人为因素，根源在于人类的生产、生活活动。3水污染的类型根据应用场合及划分依据的不同，水污染可有多种类型。（1） 按照水体的类型，可将水污染划分为：河流污染、湖泊污染、海洋污染和地下水污染等；（2） 按水体污染物的不同种类，又可将水污染划分为：需氧物质污染；有毒化学物质污染；植物营养物质污染；放射性污染；石油污染；热污染；病原体污染等。其中，需氧物质污染又称需氧型污染，有毒化学物质污染又称毒物型污染，植物营养物质污染又称富营养型污染。此外，因污染物在水体中产生令人感到不快的颜色、嗅味、泡沫、浑浊等现象时， 称之为感官型污染。三、水体污染防治1. 水体污染防治的基本途径水环境保护的基本途径可分为两个方面：一是从改善生态环境着手，通过提高绿化覆盖率，增加涵养林及草场面积等，使水体的环境容量和抵御污染能力得到有效的提高；另一方面则是实行污染物排放总量控制制度，使水污染物的排放总量控制在水体能够承受的限度之内。水体污染物排放总量的控制途径分工艺控制、排放口控制两大类。工艺控制又称摇篮控制，属于清洁生产的范畴，通过生产工艺技术的改造与革新，在生产的全过程中减少甚至消除污染因子；排放口处的水质，控制在国家规定的标准或水环境容量允许的限度之内，通常，将控制废水水质，减少水污染物排放量，防止废水对水环境造成污染的系列技术措施，称做水污染控制。水污染控制的核心是水质控制。所谓水质控制是指对水质的加工处理或调节控制，使不宜再用或排放的废水转变为可进行再用或排放的水的过程。水质控制目的则是通过净化处理，实现废水的无害化、资源化，预防人类活动对水环境的负面影响作用，建立人与自然环境间相互协调的关系，最终实现自身的可持续发展。2. 水污染控制工程在水污染防治中的作用在水质控制的具体过程中，针对废水所含污染物的种类、性质和浓度范围，相应采取某种有效的净化处理技术及配套设施设备，通过治理工程措施的实施，使水污染物从废水中得到必要程度的分离，并使净化出水的水质满足安全排放或资源化回用的要求，即为水污染控制工程。水污染控制工程是保护水体不受到污染的有效手段和必要措施，在水污染综合防治中占有重要的地位。对于那些已经采取了种种的综合控制措施之后，仍然不得不排入环境并可能会对水体产生污染的污染物质，就必须通过采取行之有效的水处理工程措施来消除或减轻其负面影响。第二节 水污染控制基础知识一、废水及其种类1. 废水人类的生产、生活活动使用后因物理、化学性质等发生变化而丧失使用价值和功能而被废弃外排的水，称为废水。2. 来源用水和工业用水是废水的主要来源。由居民日常生活过程所产生的废水称作生活污水，主要包括冲刷洗涤废水、沐浴废水和厕所冲洗污水等。生活污水的水质水量取决于居民的生活水平状况和生活习惯。由各类工矿企业生产过程中所排放的废水统称为工业废水，其水质、水量随行业及其产品的不同而有很大的差异，相同行业和产品也随工艺装备及管理水平的不同而有差异。由城镇的市政排水系统所收集的废水一般称作城市污水。城市污水除含有工业废水、生活污水之外，也包括随降水形成的城市地表径流而进入市政排水管网的雨水等。应指出的是，废水和污水之间并无严格的区分。除习惯用法之外，通常“废水”多强调其使用功能丧失而被废弃的一面，而“污水”则多强调其污浊的一面。2.废水的种类由于产生废水的过程以及废水污染物的多样性，废水种类的划分有多种方法。1. 根据废水的来源划分：生活污水、工业废水、城市污水。2. 根据废水中所含主要污染物的成分及性质划分。如含汞废水、含铬废水、含镉废水、含氟废水、含酚废水以及酸性废水、碱性废水、放射性废水等。这种划分方法突出了废水中产生主要危害的污染物成分，有利于其处理方法或防范措施的选择。应说明的是，这种划分方法提到某种废水时，如“含氟废水”，只是表示其主要危害来自于废水中的氟，但并不一定代表仅含有氟或氟的含量最高。3. 根据产生废水的行业或生产工艺划分。如食品废水、冶金废水、焦化废水、制革废水、造纸废水、印染废水、电镀废水等。这种分类方法在污染源的调查统计工作中普遍使用。4. 根据废水的主要性质划分。废水的性质主要取决于其所含的主要污染物的性质。因此，以无机污染物为主的废水称作无机废水，如矿井水、冶金废水、电镀废水等；以有机污染物为主的废水称作有机废水，如生活污水、城市污水、食品废水、造纸废水等。其中，有机废水还可根据所含有机污染物的降解难易程度划分为易降解有机废水（如食品废水）和难降解有机废水（如所含成分以多氯联苯为主的有机废水）二、污染源及其表征的要素1 排放流量Q：即单位时间废水的排放量，常用单位有m3/s、 m3/h 、m3/d 、万t/a等。废水排放量为表征废水排放强度的指标，Q值越大，对水环境的影响越大。2 污染物浓度C：为单位体积的废水所含的污染物量，常用单位有mg/L、g/L等（其中，mg/L也用ppm表示，即一百万分之一；而110-3mg/L则表示为ppb）。废水浓度与其所含的特定污染物种类相对应，污染物的含量水平越高，对水环境的污染危害越重。3 污染源排放规律：通常分间歇排放和连续排放两种形式。如生活污水的个体源为间歇排放，但在城镇区域排水管网的总排放口处则可能是连续性的；三班制连续生产排放的工业废水多为连续排放，而其他如8小时工作制和两班制则为间歇性排放等。4 污染源的源强：即污染源排放污染物的规模大小，其强度值由排放流量Q及污染物浓度C两者共同决定。5 排放去向：指污染源所排废水的具体去向，如企业废水处理站、市政管网、农田沟渠或天然水体等。 三、水污染物的种类、危害及指标1. 污染物类型及其危害（共9种）（一） 固体污染物固体污染物质依据自身粒度的不同在水中以三种形态存在：溶解态（粒径小于1nm）、胶体态（粒径介于1100nm）、悬浮态（粒径大于100nm）；从水质分析操作的方便可行性出发，将固体物质划分为两部分：能够透过标准滤膜（孔径为0.45m）的固体物质叫溶解固体（DS），不能透过标准滤膜的固体物质则称为悬浮固体或悬浮物（SS），两者之和称作总固体（TS）。水中悬浮物的存在，是导致水质浑浊的主要因素；高浓度悬浮物会造成沟渠及管道设备的堵塞、淤积和磨损；影响受纳水体水生生物的生长繁殖；进入农田会堵塞土壤空隙，阻碍土壤通风以至影响农作物生长；在水处理系统中会影响设备设施的正常工作。因此，悬浮物浓度SS是水质控制的一项重要指标。（二） 需氧污染物能通过生物化学或化学作用而消耗水中溶解氧的物质，统称为需氧污染物。分有机型和无机型两种类型。绝大多数的需氧污染物为有机物，主要包括以碳水化合物、蛋白质、氨基酸、脂肪等形式存在的天然有机物质以及其他某些可生物降解的人工合成有机物质；无机型需氧污染物为数不多，主要是Fe2+、S2-、NH4+、NO2-、CN-等具有还原性的无机化学性物质。因而，有时也以需氧污染物一词直接指代有机污染物。有毒、产生恶臭、通常采用综合性水质指标（如BOD、COD等）间接表示它的含量水平。（三） 毒性污染物毒物毒性的高低以其产生某种毒效应所需的毒物剂量大小来衡量，所需剂量越小，表明毒物的毒性就越高。用污染物的浓度表征。废水中的毒性化学物质分无机化学毒物、有机化学毒物和放射性毒物三大类。1.化学毒物无机化学毒物又分金属和非金属两大类。金属性有毒物质主要是比重大于45的重金属离子及其化合物。主要的重金属毒物元素包括汞、镉、铬、铅、锌、镍等；非金属毒物包括砷、硒、氟、硫以及氰化物、亚硝酸根等。2. 有机化学毒物有机化学毒物主要指酚类化合物、多环芳烃、有机氯及有机磷农药、多氯联苯等。焦化、石油化工、制药、煤气、油漆生产废水所含的酚类化合物主要是苯酚，属挥发酚；多环芳烃类化合物代表性化合物为强致癌性苯并（a）芘。3.放射性毒物放射性毒物指具有放射性核素，能通过自身的衰变可放射出、等射线的物质。（四） 植物营养性污染物植物营养性污染物也称富营养化污染物，主要是指氮和磷。工业废水中的氮主要来自化肥、毛纺、造纸、食品、饲养、制革等行业，磷则主要来源于磷肥厂和含磷洗涤剂等。人体及动物的排泄物亦是氮、磷的主要来源。当含氮含磷废水大量进入湖泊、水库、河口、海湾等缓流水体，会引起水体的富营养化。（五） 生物污染物主要指致病性微生物及其他有害的有机体。废水中的能引起肝炎、伤寒、痢疾的病毒、细菌以及各种寄生虫卵；医院、疗养院的废水会含有多种致病体；制革及屠宰等行业的生产废水会含有炭疽杆菌、钩端螺旋体等等。水体的水质是否受到致病微生物的污染是通过细菌总数和大肠菌群数这两项卫生学指标来间接考察的。（六） 酸碱污染物酸碱污染物是指废水中所含的酸性或碱性污染物。酸性污染物具有较强的腐蚀性，会对管渠、构筑物及设备的金属及混凝土结构材料产生腐蚀作用；碱性废水易产生泡沫，进入水体会妨碍水面复氧并造成感官污染。在水质标准中以pH值来表示酸碱污染物的污染程度。（七）油类污染物 油类污染物包括矿物油（即石油类）和动植物油。油类污染物会在水体表面上形成油膜，破坏水体的正常复氧过程，导致水体缺氧；黏附在鱼鳃上的油膜会使鱼类呼吸困难，甚至窒息死亡。附着在土壤颗粒表面和动植物体表的油类污染物，会影响生物的呼吸、光合作用、养分吸收和废物排泄。油的浓度表征。（八）感官污染物 感官污染物指废水中能引起浑浊、恶臭、异味、颜色、泡沫等现象，并对人的视觉、味觉和嗅觉感官产生不愉快刺激的污染杂质。造纸、纺织和洗涤废水会在流动和曝气过程中产生气泡；异色、浑浊的废水主要来自印染、纺织、造纸、炼焦、水煤气制造等行业；异味及恶臭废水则来源于屠宰、制革、橡胶、制药、石化等行业。 因此，水质标准对色度、浊度等感官污染指标有相应的规定。（九）热污染 因废水温度较高，造成江河、湖泊等受纳水体局部水域的水温升高而引起的危害，称作热污染。热废水主要来自于煤矿、油田、热电厂等大型能源转换类企业的生产过程。热废水排入水体后，导致水体水温升高，溶解氧浓度降低，并刺激藻类繁殖，加速水体富营养化进程。因此，水的温度是一指标。2.水质指标 水质是水体质量或废水质量的简称。能够以现实可行的方法进行定量测定，同时又能够表征所测水样的水质特性的指标，即为水质指标。水质指标既适用于表征废水性质，也适用于表征天然水体的性质和质量。在用于表征废水性质时，习惯上又称之为污染指标。水体和废水的水质分别表征其各自的物理、化学和生物特征及其组分构成。1 物理：温度、色度、浊度、臭味、悬浮物SS2 化学：（1）有机：生化需氧量BOD、化学需氧量COD、总需氧量TOD、总有机碳TOC、油类、酚类；（2）无机：N和P、pH值、重金属；3 生物：细菌总数、总大肠菌群四、水质标准具体包括水环境质量标准、用水水质标准和水污染物排放标准三大类。 （1）水环境质量标准是以保护人类健康、促进生态系统良性循环为目标，对水体中所含污染物或其他物质的最高容许浓度所作的规定。水质量标准是国家环境保护政策目标的体现，也是环境保护及有关部门进行环境管理和制定排放标准的依据。我国已经颁布的水环境质量标准有地表水环境质量标准（GHZB1-1999）、地下水质量标准（GB/T14848-93）、海水水质标准（GB3097-1997）等。表2-1 地表水环境质量标准基本项目标准值 单位：mg/L序号I类II类III类IV类V类基本要求基本要求所有水体不应有非自然因素导致的下述物质：a 能形成令人感官不快的沉积物的物质；b 令人感官不快的漂浮物，诸如碎片、浮渣、油类等；c 产生令人厌恶的色、臭、味或浑浊度的物质；d 对人类、动植物有毒、有害或带来不良生理反应的物质；e 易滋生令人不快的水生生物的物质。1水温 (0C)人为造成的环境水温变化应限制在：周平均最大温升1，周平均最大温降22pH6.58.5693硫酸盐(以SO4-2计)250以下2502502502504氯化物(以CI-计) 250以下2502502502505铁0.3以下0.30.50.51.06锰0.1以下0.10.10.51.07铜0.01以下1.0(渔0.01)1.0(渔0.01)1.01.08锌0.051.0(渔0.01)1.0(渔0.01)2.02.09硝酸盐(以N计) 10以下1020202510亚硝酸盐(以N计) 0.060.10.151.01.011非离子氨0.020.020.020.20.212凯氏氮0.50.5(渔0.05)1(渔0.05)2313总磷(以P计) 0.020.10.10.20.214高锰酸盐指数248101515溶解氧饱和率90%653216化学需氧量 (CODCr) 15以下1520304017生化需氧量 (BOD5) 3以下3461018氟化物(以F-计)1.0以下1.01.01.51.519硒0.01以下0.010.010.020.0220总砷0.050.050.050.10.121总汞0.00010.00010.00010.0010.00122镉0.0010.0050.0050.0050.0123铬(六价)0.010.050.050.050.124铅0.010.050.050.050.125总氰化物0.0050.05(渔0.005)0.2(渔0.005)0.20.226挥发酚0.0020.0020.0050.010.127石油类0.050.050.050.51.028阴离子表面活性剂0.2以下0.20.20.30.329总大肠菌群(个/L)2001000200050001000030氨氮0.50.50.51.01.531硫化物0.050.10.20.51.0（2）用水水质标准是针对水的不同用途相应所需的物理、化学和生物学的质量标准，对水中的杂质含量所做的限制性规定。我国已经颁布的用水水质标准有渔业水质标准（GB11607-89）、农田灌溉水质标准（GB5804-92）、景观娱乐用水水质标准（GB31294-91）、生活饮用水卫生标准（GB5749-85）、生活杂用水水质标准CJ/T481999等。（3）水污染物排放标准是指为实现国家环境目标，直接控制污染源，防治水体环境污染所制定的污染源水污染物最高容许排放标准。水污染物排放标准一经有关法律认定，对污染源有直接的约束力，是实现环境质量目标的重要控制手段。根据水污染物共性、来源和去向的不同可划分为一般排放标准和行业排放标准两大类。我国已经颁布的水污染物一般排放标准包括污水综合排放标准（GB89781996）、污水排入城市下水管道水质标准（GJ30821999）等；已经颁布的行业排放标准则基本涵盖了造纸、钢铁、化工、海洋石油开发、船舶工业、纺织染整、轻工、食品生产等主要产生和排放污染物的行业。污水综合排放标准按照污水排放去向，分年限规定了69种水污染物最高允许排放浓度及部分行业最高允许排水量，并确定了国家综合排放标准与国家行业排放不交叉执行的原则。该标准将排放的污染物按其性质及控制方式分为二类。第一类污染物，指能在环境和动植物体内蓄积，对人体健康产生长远不良影响者，此类污染物不分行业和污水排放方式，也不分受纳水体的功能类别，一律在车间或车间处理设施排放口采样，其最高允许浓度必须达到该标准的相关规定要求（见表2-2）；第二类污染物是指其长远影响小于第一类的污染物质，此类污染物在排污单位排放口采样，其最高允许浓度必须达到该标准的相关规定要求（见表2-3）。表2-2 第一类污染物最高允许排放浓度 单位：mg/L序号污染物最高允许排放浓度1总汞0.052烷基汞不得检出3总镉0.14总铬1.55六价铬0.56总砷0.57总铅1.08总镍1.09苯并(a)芘0.000 0310总铍0.00511总银0.512总放射性1Bq/L13总放射性10Bq/L表2-3 第二类污染物最高允许排放浓度(部分)（1997年12月31日之前建设的单位） 单位：mg/L序号污染物适用范围一级标准二级标准三级标准1pH一切排污单位6969692色度（稀释倍数）染料工业50180其他排污单位50803悬浮物（SS）采矿、选矿、选煤工业100300脉金选矿100500边远地区砂金选矿100800城镇二级污水处理厂2030其他排污单位702004004五日生化需氧量 （BOD5）甘蔗制糖、苎麻脱胶、湿法纤维板工业30100600甜菜制糖、酒精、味精、皮革、化纤浆粕工业30150600城镇二级污水处理厂2030其他排污单位30603005化学需氧量 （COD）甜菜制糖、焦化、合成脂肪酸、湿法纤维板、染料、洗毛、有机磷农药工业1002001 000味精、酒精、医药原料药、生物制药、苎麻脱胶、皮革、化纤浆粕工业1003001 000石油化工工业（包括石油炼制）100150500城镇二级污水处理厂60120其他排污单位1001505006石油类一切排污单位1010307动植物油类一切排污单位20201008挥发酚一切排污单位0.50.52.09总氰化物电影洗片（铁氰化合物）0.50.55.0其他排污单位0.50.51.010硫化物一切排污单位1.01.02.011氨氮医药原料药、染料、石油化工工业1550其他排污单位152512氟化物黄磷工业102020低氟地区（水体含氟量0.5mg/L102030其他排污单位10102013磷酸盐（以P计）一切排污单位0.51.014甲醛一切排污单位1.02.05.015苯胺类一切排污单位1.02.05.016硝基苯类一切排污单位2.03.05.017阴离子表面活性剂（LAS）合成洗涤剂工业5.01520其他排污单位5.0102018总铜一切排污单位0.51.02.019总锌一切排污单位2.05.05.020总锰合成脂肪酸工业2.05.05.0其他排污单位2.02.05.021彩色显影剂电影洗片2.03.05.022显影剂及氧化物总量电影洗片3.06.06.023元素磷一切排污单位0.10.30.324有机磷农药（以P计）一切排污单位不得检出0.50.525总大肠菌群数医院*、兽医院及医疗机构含病原体污水500个/L1 000个/L5 000个/L传染病、结核病医院污水100个/L500个/L1 000个/L26总余氯（采用氯化消毒的医院污水）医院*、兽医院及医疗机构含病原体污水0.5*3（接触时间1h）2（接触时间1h）传染病、结核病医院污水0.5*6.5 (接触时间1.5h)6.5 (接触时间1.5h)注：* 指50个床位以上的医院。 * 加氯消毒后须进行脱氯处理，达到本标准。第三节 废水处理的基本方法及处理系统一、水处理的基本方法类别主要是物理、化学、生物方法。物理方法又称分离处理；化学、生物方法又称转化处理。物理方法有第十章的隔栅、筛网、沉淀、沉沙、隔油、浮选等，；预处理过程中还有水质、水量的均化；化学方法十六章的化学混凝、中和、化学沉淀、氧化还原等；物理化学方法：十七章的吸附、离子交换、萃取、膜析等生物处理方法：有十一章到十四章的好氧生物处理；十五章的厌氧生物处理；除此之外，还有深度处理、污泥的处理和处置。这是整个的教学内容。二、废水处理系统一般情况下实际废水常含有多种污染物质，仅采用单一的处理技术方法往往无法达到预期的处理效果。为了以较低的处理成本获取较理想的处理效果，往往需要根据废水的水质、水量、处理程度、回收有用物质的可能性以及资金场地条件等多种因素，将数种处理技术方法按一定的主次关系和前后顺序进行合理组合，形成一个完整的净化处理系统，这种为达到某种处理目的而将数种不同的处理单元依照一定的顺序合理配置的整体，即为废水处理系统