《水污染及其治理》PPT课件.ppt

水污染及其治理Water pollution and prevention,水是人类赖以生存的 宝贵资源,水资源,地球上总的水体积大约为14亿km3，其中只有2.5%是淡水。 大部分的淡水以永久性冰或雪的形式封存于南极洲和格陵兰岛，或成为埋藏很深的地下水。 能被人类所利用的水资源主要是湖泊、河流、土壤湿气和埋藏相对较浅的地下水盆地。这些水资源中可用的部分仅有20万km3不足淡水总量的1%，仅为地球上水资源总量的0.01。,水缺乏,目前世界上已有29个国家或轻或重地遭到缺水的折磨，到2025年，缺水国家将达34个；在今后50年内，世界将有10亿至24亿人面临缺少淡水的威胁。 据估计，世界上每8秒钟就有一名儿童死于饮用不卫生的水所引起的疾病。 在全国七大流域中，有近50的河段受到不同程度的污染，其中10的河段污染极为严重，已丧失了水体的使用功能，75的城市河段已不适宜作为饮用水的水源。,中国水资源的供需现状,水污染 使水荒更加严重,防治污染，保护水资源,评价水质的指标,水的净化,水的污染,内容提要,工业废水的处理,天然水中所含物质,溶解物质：钙、镁、钠、铁等的盐类及其他化合物，溶解的氧及其他有机物。 胶体物质：硅胶、腐殖酸胶体。 悬浮物质：粘土、泥沙、细菌等。,评价水质的指标 water quality assessment,浑浊度 电导率 pH 硬度 耗氧量 微生物学指标,浑浊度,浑浊度：简称浊度，衡量水中所含悬浮物质的多少。 国家生活饮用水卫生标准规定浊度不得超过5度。,电导率,电导率(electric conductivity)电解质溶液在电场作用下的导电能力。其大小间接反应了水中溶解性盐类的总量，也反映了水中矿物质的总量。 电导率的单位为 Sm-1,pH,pH值是指水的酸碱度，表示水中H+和OH-的含量比例（范围为0-14）。 人体对pH值的反应非常敏感，身体内大部分物质的pH值为6.8，血液和细胞水的pH值为7.2-7.3。,硬度 Hardness of water,水的硬度是指水中所含的钙、镁离子的总量（一般以碳酸钙来计算）。表示水中结垢物质的含量的指标。 硬度单位：mg/L（毫克每升），mmol/L(毫摩尔每升)。,永久硬度与暂时硬度,在天然水中Ca2+、Mg2+以碳酸盐、重碳酸盐形式存在，所构成的硬度叫“碳酸盐硬度（KH）” ，可通过煮沸而转变成碳酸盐沉淀除去，又称 “暂时硬度Temporary Hardness ” 。 以硫酸盐、氯化物形式构成的硬度叫“非碳酸盐硬度”，又叫 “永久硬度permanent hardness”。 这两种硬度就组成“总硬度（GH）”。,耗氧量,水中发生化学或生物化学氧化还原反应所消耗氧化剂或溶解氧的量。 间接反映水中有机物的含量。水中有机物愈多，耗氧量就愈高，从而溶解氧减少。 测定方法不同，分为化学耗氧量（COD）和生物耗氧量（BOD）。,生物化学需氧量,生物化学需氧量(biochemical oxygen demand) 简称“生化需氧量。常以符号BOD表示。 水中有机物质在微生物的作用下，进行氧化分解所消耗的溶解氧量，单位为mgL。 水中有机物的生物氧化过程与水温和时间有密切关系，BOD的测定皆规定温度和时间条件。实际工作中以20培养5日后lL水样中消耗溶解氧的mg数来表示，称五日生化需氧量，缩写为BOD5。,化学耗氧量 chemical oxygen demand,化学耗氧量(chemical oxygen demand) 亦称“化学需氧量”，简称“耗氧量”。用化学氧化剂(如高锰酸钾、重铬酸钾)氧化水中需氧污染物质时所消耗的氧气量，常以符号COD表示。计量单位为mgL。是评定水质污染程度的重要综合指标之一。 COD的数值越大，则水体污染越严重。一般洁净饮用水的COD值为几至十几mgL。COD测定较易且快。,微生物学指标,水受人蓄粪便、生活污水的污染时，水中细菌含量大增。检测水中细菌总数和大胞肠杆菌群数可判断水质受粪便污物污染的情况。,表1 地表水环境质量标准基本项目标准值 单位：mg/L,表1 地表水环境质量标准基本项目标准值 单位：mg/L,生活饮用水水质标准,生活饮用水水质标准,生活饮用水水质标准,生活饮用水水质标准,澄清与消毒 软化 除盐 高纯水的制备,水的净化,澄清与消毒,澄清是除去水中悬浮物体和胶体物质的过程。 加入混凝剂，以中和水中胶体微粒表面的电荷，破坏胶体稳定性，使水中细小悬浮物及胶体微粒互相吸附结合成较大的颗粒，凝聚沉淀。 混凝剂主要有铝盐和铁盐，铝盐有明矾、硫酸铝、碱式氯化铝等；铁盐有硫酸亚铁、硫酸铁和三氯化铁。,新型混凝剂,有机高分子混凝剂聚丙烯酰胺，无机高分子混凝剂聚合氯化铝，广泛用于工业、生活污水处理和污泥脱水。,消毒,生活饮用水常用液氯或臭氧消毒。目前采取液氯消毒较多，氯气注入水中产生次氯酸，次氯酸能够杀死水体中的致病菌，使自来水清洁卫生，适于饮用。,臭氧消毒,臭氧是很强的氧化剂，瞬时灭菌性质优于氯。臭氧水的作用比氯快6001000倍，强一倍，而剂量只是氯的万分之一。臭氧水致死细菌的浓度为0.4 0.5ppm，时间只需0.5 5min；致死病毒的浓度为4ppm，远低于臭氧气的杀菌浓度。,软化 softened water,降低硬水中钙离子和镁离子含量使硬水变成软水的处理叫做作水的软化。 软化水能防止锅炉、冷冻机组、空调系统等用水设备的结垢。 水的软化方法主要有两种。 1. 石灰软化法 2. 离子交换法,石灰软化法,加入石灰（CaO），可使水中的二氧化碳、碳酸氢钙和碳酸氢镁生成碳酸钙和氢氧化镁的沉淀，由镁永久硬度转化为钙永久硬度。然后用纯碱、磷酸钠等除去过量的钙离子，使水软化。,离子交换法Ion Exchange,离子交换法是利用离子交换剂，把水中的离子与离子交换剂中可扩散的离子进行交换作用，使水得到软化的方法。 天然水通过软化器时，器内的钠型阳离子交换树脂即与水中的钙镁离子置换产出软化水,其残余硬度0.03mmol。,2R-Na+Ca2+(Mg2+)2R2-Ca(Mg)+2Na+,除盐,除去水中各种阳离子和阴离子杂质所得之纯水称去离子或除盐。 离子交换法Ion Exchange 电渗析法 electrodialysis 反渗透 Reverse Osmosis,电渗析法,电渗析法是在外加直流电场的作用下，利用阴、阳离子交换膜对水中离子的选择透过性，使水中阴、阳离子分别通过阴、阳离子交换膜向阳极和阴极移动，从而达到净化作用。这项技术常用于将自来水制备初级纯水。,电渗析法,反渗透法,反渗透法（超滤技术）是以压力为驱动力，提高水的压力来克服渗透压，使水穿过功能性的半透膜而除盐净化。反渗透法也能除去胶体物质，对水的利用率可达以上；反渗透法产水能力大，操作简便，能有效使水净化到符合国家标准。,渗透过程示意图,半透膜,纯溶剂,盐溶液,渗透压,渗透与反渗透,半透膜,高纯水的制备,高纯水生产流水线,水的污染 Water Pollution,酸碱盐等无机物污染 重金属污染 有机物污染 水体富营养化 Eutrophication 热污染 Thermal Pollution,何谓水污染？,水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、生物或者放射性等方面特征的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或者破坏生态环境，造成水质恶化的现象称为水污染。 水的污染有两类： 一类是自然污染； 另一类是人为污染。当 前对水体危害较大的是 人为污染。,水污染概况,全世界约有10亿多人由于饮用水被污染，受到疾病传染的威胁，世界卫生组织的调查表明，全世界每年至少有1500万人死于水污染引起的疾病。 据世界卫生组织（WHO）调查，人类疾病的80%与水有关。 联合国提供的材料表明，如果不能设法提供干净安全的饮用水，到2025年世界上无法获得安全饮用水的人数将增加到23亿，而由饮用水不卫生致死的人数将大大超过目前的每年530万。,水污染概况,世界各城市每天产生的万吨人类粪便，只有不到经过处理，其余都倒入江河中了。全国约有13以上的工业废水和910以上的生活污水未经处理就排入河湖，资料显示，近年来全国年排放污水量近亿吨，其中大部分未经处理直接排入水域。使得全国90的城市水环境恶化，加剧了可利用水资源的不足。据对全国条河流污染状况调查，已有条河流受到不同程度的污染，占调查总数的，我国七大水系中近一半河段污染严重，86%的城市河段水质普遍超标。全国7亿多人饮用大肠杆菌超标的水，1.64亿人饮用有机污染严重的水，3500万人饮用硝酸盐超标的水。,我国的水环境,我国的水环境面临三个主要问题: 一是水资源短缺; 二是水污染; 三是用水的极大浪费。,水体的自净能力,然而，水体的自净能力是有限度的，当污染物的数量超过了水体的自净能力时，就会使水体出现危害人体健康或破坏生态环境的现象,当污染物进入水体后，经过一系列的物理、化学、 生物等方面的作用，污染物的浓度会逐渐降低，经过一段时间后，水体往往能恢复到受污染前的状态。水的 这种自我调节、净化的能力，称为水体的自净能力。,水体自净机理包括沉淀、稀释、混合等物理过程，氧化 还原、分解化合、吸附凝聚等化学和物理化学过程以 及生物化学过程。各种过程同时发生，相互影响，并相互交织进行。,水体无机污染,无机无毒物：酸、碱、一般无机盐、氮、磷等植物营养物质； 无机有毒物：重金属、砷、氰化物、氟化物等；,酸碱盐等无机物污染,酸主要来自矿坑废水、工厂酸洗水、硫酸厂、粘胶纤维、酸法造纸等，酸雨也是某些地区水体酸化的主要来源。 碱主要来自造纸、化纤、炼油等工业。 酸碱污染不仅可腐蚀船舶和水上构筑物，改变水生生物的生活条件，还可大大增加水的硬度(生成无机盐类)，影响水的用途，增加工业用水处理费用等。,重金属污染,所有重金属，尤其是汞、铅、镉、铬等，超过一定浓度都对人体有毒。 重金属一般以天然浓度广泛存在于自然界中，但由于人类对重金属的开采、冶炼、加工及商业制造活动日益增多，造成不少重金属如铅、汞、镉、钴等进入大气、水、土壤环境，引起严重的环境污染。,重金属污染的特点,微量浓度即可产生毒性(一般为110毫克/升，汞、镉为0.010.001毫克/升)； 难以被微生物降解，在微生物作用会转化为毒性更强的有机金属化合物(如甲基汞)；。 被 生物富集，通过食物链（food chain）进入人体，造成慢性中毒。,重金属污染的危害,亲硫重金属元素(汞、镉、铅、锌、硒、铜、砷等)与人体组织某些酶的巯基(-SH)有特别大的亲合力，能抑制酶的活性。 亲铁元素(铁、镍)可在人体的肾、脾、肝内累积，抑制精氨酶的活性。 六价铬可能是蛋白质和核酸的沉淀剂，可抑制细胞内谷胱甘肽还原酶，导致高铁血红蛋白，可能致癌。 过量的钒和锰(亲岩元素)则能损害神经系统的机能。,日本水俣病事件,日本熊本县水俣湾。 1925年，日本氮肥公司在这里建厂，后又开设了合成醋酸厂。1949年后，这个公司开始生产氯乙烯（C2H5Cl），年产量不断提高，1956年超过6000吨。与此同时，工厂把没有经过任何处理的废水排放到水俣湾中。,1956年，水俣湾附近发现了一种奇怪的病。最初出现在猫身上，病猫步态不稳，抽搐、麻痹，甚至跳海死去，被称为“自杀猫”。随后不久，此地也发现了患这种病症的人。患者由于脑中枢神经和末梢神经被侵害，轻者口齿不清、步履瞒珊、面部痴呆、手足麻痹、感觉障碍、视觉丧失、震颤、手足变形，重者神经失常，或酣睡，或兴奋，身体弯弓高叫，直至死亡。,氯乙烯和醋酸乙烯在制造过程中要使用含汞（Hg）的催化剂，这使排放的废水含有大量的汞。当汞在水中被水生物食用后，会转化成甲基汞（CH3HgCl）。这种剧毒物质只要有挖耳勺的一半大小就可以致人于死命。据统计，有数十万人食用了水俣湾中被甲基汞污染的鱼虾。,痛痛病,自1959年起，居住在日本富山市神通川下游地区的一些农民得了一种奇怪的病。得病初期，患者只感到腰、背和手足等处关节疼痛，后来发展为神经痛。患者走起路来像鸭子一样摇摇摆摆，晚上睡在床上经常痛得直喊“痛、痛”因此这种病被称为“痛痛病”，又称为“骨痛病”。得了这种病，人的身高缩短，骨骼变形、易折，轻微活动，甚至咳嗽一声，都可能导致骨折。一些人痛不欲生，自杀身亡。,经过调查，造成这种骨痛病的原因是神通川上游的炼锌厂长年累月排放含镉的废水，当地农民长期饮用受到镉污染的河水，并且食用此水灌溉生长的稻米，于是镉便通过食物链进入人体，在体内逐渐积聚，引起镉中毒，造成“骨痛病”。,水体有机物污染,有机无毒物：碳水化合物、脂肪、蛋白质等； 有机有毒物：苯酚、多环芳烃、PCB、有机氯农药等。,耗氧有机污染,主要是指由城市污水、食品工业和造纸工业等排放含有大量有机物的废水所造成的污染。 这些污染物在水中进行生物氧化分解过程中，需消耗大量溶解氧，一旦水体中氧气供应不足，会使氧化作用停止，引起有机物的厌氧发酵，散发出恶臭，污染环境，毒害水生生物。,12种持久性有机污染物 Persistent Organic Pollutants (POPs),持久性有机污染物（POPs）是一类半挥发有机物。这类有机物具有较低的水溶性而易溶于脂肪，在环境中不易降解、存留时间较长，并可通过大气、水和食物链影响到区域和全球环境，危害人类健康。 12种持久性有机污染物即八种杀虫剂(艾氏剂、异狄氏剂、毒杀芬、氯丹、狄氏剂、七氯、灭蚁灵和滴滴娣)、六氯苯、多氯联苯、二氧芑和呋喃等工业化合物及其副产品。,这些物质长期与人类和动物接触，会渐渐引起内分泌系统、免疫系统、神经系统出现多种异常。,POP的危害,畸变青蛙图,国际POP公约,联合国环境署关于禁用12种有机污染物的国际公约已于2000年在南非达成协议并已于今年5月在斯德哥尔摩签约。我国国家环保局牵头负责公约的谈判及今后的履约工作。有关公约的执行将对这些污染物的禁、限有具体要求；它必将促进签约国监测、管理的能力建设，甚至有关工业生产的结构调整等。,酚等有毒有机物污染,水体受有机物（如酚、苯、三氯甲烷、杀虫剂、除草剂、合成洗涤剂等）的污染，会引起各种中毒及疾病，如：血液病、癌症等，特别是水中的有机硝基化合物、有机胺基化合物、有机卤素化合物，它们对动植物和人体都有强烈的致癌和致肿作用。,多氯联苯PCB,多氯联苯(PCBs)是一系列不同含氯量的同系物的混合物。自1930年起，多氯联苯被广泛用于各种工业用途。他们由两个由碳离子联结的苯环组成，而氯离子替代苯环上若干或所有10个碳离子。,多氯联苯具有抗热、不可燃、化学稳定、低蒸气压以及低电导率等特点。自从20世纪上半叶电力被广泛应用以来，电力设备供应商成为多氯联苯主要使用者。多氯联苯主要作为冷却剂应用于变压器以及作为绝缘油应用于电容器。,多氯联苯是一种被疑为致癌的有毒物质(非急性而慢性中毒)。它们是通过食物慑取而积聚在体内的。具有高持久性, 缓慢溶解在有机质中。,有机氯农药基本上分为以苯基为原料的以环二烯为原料的两大类化合物。 氯苯 结构较稳定，生物体内酶难于降解，所以积存在动、植物体内的有机氯农药分子 消失缓慢。由于这一特性，它通过生物富集和食物链的作用，环境中的残留农药 会进一步得到农集和扩散。通过食物链进入人体的有机氯农药能在肝、肾、心脏 等组织中蓄积，特别是由于这类农药脂溶性大，所以在体内脂肪中的积极因素贮 更突出。,有机氯农药污染及其危害,石油污染 oil spill,1997年日本三国町安岛附近人们在清理被原油污染的海岸,随着人类对于石油开发的不断增加 ，石油泄漏的途径与机会变得越来 越多。 海底油田开采泄露、井喷以及向海 洋排放含油的废水，大量的石油及其炼制品通过海上运输时的油船事故，甚至像海湾战争那样不可预料的事件，都可能造成危害严重的石油污染事故。,石油污染对海洋环境、海洋生物危害极大，石油在海面上形成的油膜能阻碍大气与海水的交换，影响海面对电磁辐射的吸收、传递和反射。油膜减弱了太阳辐射进海水的能量，影响海洋植物的光合作用。被油膜沾污皮毛的海兽和海鸟，将失去保温、游泳、飞行的能力。石油还对海洋生物产生危害，它破坏细胞膜的正常结构和透性，干扰生物体的酶系，进而影响生物体正常的生理、生化过程。,石油污染的危害,富营养化(eutrophication) ：湖泊、水库等水域的植物营养成分（氮、磷等）不断补给，过量积聚，致使水体营养过剩的现象称为水体“富营养化”。由于水体中营养物质过多，水生生物（主要是藻类）大量繁殖。藻类的的呼吸作用及死亡藻类的分解作用消耗大量的氧，致使水体处于严重的缺氧状态，并分解出毒物质，从而给水质造成严重的不良后果。,水体富营养化,植物营养物主要指氮、磷化合物。主要业源是化肥、农业废弃物、生活污水和造纸制革、印染、食品、洗毛等工业废水。 目前我国洗涤用品仅洗衣粉一项的年消费量就在350万吨左右，若磷酸盐的平均含量以15计算，每年约有50万吨含磷化合物排放到地表。据科学试验表明，1克磷入水可使水内生长蓝藻100克。,植物营养物,重庆市政府宣布：为了保护三峡库区水环境，防止成库后水体的“富营养化”污染，从2003年1月1日起，在全市范围内全面禁止销售、使用含磷洗涤剂。禁止各种含磷洗涤剂广告发布。 此项措施实施后，重庆在库区沿江26个城镇城市每年将减少近2400吨含磷物质排入长江。,禁磷！,赤潮是水体中某些微小的浮游植物、原生动物或细菌，在一定的环境条件下突发性地增殖和聚集，引起一定范围内一段时间中水体变色现象。通常水体颜色因赤潮生物的数量、种类而呈红、黄、绿和褐色等。,赤潮,赤潮不仅给海洋环境、海洋渔业和海水养殖业造成严重危害，而且对人类健康甚至生命都有影响。主要包括两个方面： 引起海洋异变，局部中断海洋食物链，使海域一度成为死海； 有些赤潮生物分泌毒素，这些毒素被食物链中的某些生物摄入，如果人类再食用这些生物，则会导致中毒甚至死亡。,赤潮的危害,2001年，我国赤潮灾害严重，造成经济损失约10亿元，并对海洋生态环境产生巨大影响。,2001年，我国海域赤潮发生次数增多、发生时间提前、影响范围扩大。 全年共发现赤潮77次，累计面积达15,000平方公里。,赤潮灾害,沿海赤潮发现次数,各海区中，渤海发现赤潮20次，黄海发现8次， 东海发现34次，南海发现15次。沿海省（自治区、直辖市）赤潮发现次数分别为：辽宁17次、河北2次、天津2次、山东3次、江苏4次、浙江26次、上海2次、福建6次、广东14次、海南1次。,热污染,热污染系指日益现代化的工农业生产和人类生活中排出的各种废热所导致的环境污染。 热污染可以污染大气和水体，如工厂的循环冷却水排出的热水以及工业废水中都含有大批废热。废热排入湖泊河流后，造成水温骤升，导致水中溶解氧气锐减，引发鱼类等水生动植物死亡。大气中含热量增加，还能影响到全球气候变化。 热污染还对人体健康构成危害，降低了人体的正常免疫功能。,工业废水的处理 Wastewater Treatment,污水综合排放标准 治理工业废水的基本原则 工业废水的治理技术 物理法 化学法 物理化学法 生物法 工业废水治理实例,污水综合排放标准,第一类污染物，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，其最高允许排放浓度必须达到本标准要求，(采矿行业的尾矿坝出水口不得视为车间排放口)。 第二类污染物，在排污单位排放口采样，其最高允许排放浓度必须达到本标准要求。,第一类污染物最高允许排放浓度 单位：mg/L,治理工业废水的基本原则,革新工艺、设备，发展闭路循环。 大力开展资源综合利用。 端无害化处理后达标排放。,废水三级处理,废水处理过程通常分三级进行。,一级处理是去除水中的漂浮物、悬浮物和其他固体物，调节废水的pH值，减轻废水的腐化和后续处理工艺的负荷。 采用物理处理法如格筛、网筛、过滤、沉淀、隔油、上浮和预曝气等方法，这些方法只能完成一级处理的要求，还要进行二级处理。因此，对于二级处理来说，一级处理就是预处理。,二级处理,二级处理是大幅度地去除水中的悬浮物、有机污染物和部分金属污染物。 生物处理是污水二级处理的主体工艺。 通过二级处理后，废水中的BOD5可去除8090，废水基本具备排放标准的要求。但还有部分微生物不能降解的有机物、氮、磷、病原体及一些无机盐等尚不能除去。,三级处理,三级处理又称深度处理，它是二级处理未能去除的部分污染物进行进一步净化处理，常用的有超滤、活性炭吸附、离子交换、电渗析等。根据三级处理出水的具体去向和用途，其处理流程和组成单元有所不同。如有的可供工业循环使用，有的可供部分城市用水的补给水源。由于三级处理的基建费用和运行费用较为昂贵，因此其发展和推广应用受到一定的限制，目前仅适用于严重缺水的地区。,废水处理的技术按其作用和基本原理，可分为物理法、化学处理法、物理化学处理法和生物处理法等四大类。,废水处理方法,几种主要废水处理方法,几种主要废水处理方法,几种主要废水处理方法,几种主要废水处理方法,从上表可以看出，废水处理的方法很多，一种废水可以采用一种或几种方法处理，也可用几种方法组成的处理系统，才能将废水达到处理的要求。因此，应该根据废水的水质选择合适的处理方法，使既达到处理的要求，又能降低废水处理成本和基建投资。,几种主要工业废水的处理和利用方法,造纸厂废水处理实例,1. 废水调节池 废水调节池的主要作用是调节水量和水质，犹如蓄水池，保证废水在流出调节池时的流量比较稳定，便于后面的操作控制。同时，将空气注入调节池中，利用曝气的搅拌作用，使水质混合均匀，防止废水中的泥砂沉淀。,2. 混凝池 混凝池的作用是使颗粒状的污染物从废水中沉淀出来。但是，固体颗粒有大有小，小的颗粒物不能依靠自身的重力作用沉降,需加入一些絮凝剂，把小颗粒所带的电荷中和掉，促使它们凝聚成较“的颗粒，以利于沉降。,3. 初沉池 从混凝池出来的废水在初沉池内进行沉淀。废水中的粗大颗粒物在自身重力的作用下自由沉降，实现固液分离。除去大颗粒的废水流入下一个处理单元，沉淀下来的污泥进入污泥处理系统进行再处理。,4. 冷却水塔 想成功地对废水进行生物处理，必须给微生物一个最佳的生存条件，而废水的进水水温一般高于微生物的最佳温度范围，因此需要借助冷却水塔对其进行冷却以利后续的生物处理。,5. 氧化塘（生物处理系统） 氧化塘内有曝气设备，用来补充氧气。因为造纸废水中缺乏氮、磷等营养元素，需向废水补充一定量的磷酸和尿素。微