（化学工程专业论文）工业废水处理的研究.pdf

中文摘要 随着我国经济的迅速发展，人民生活水平逐步提高，环境污染和能源紧缺问 题不容置疑地摆在了我们的面前，其中，尤其严重的是水资源的污染，已引起了 相关部门的高度重视，出台了许多规章制度，许多污水处理厂也应运而生。 本文研究的主要内容是两个污水处理厂的设备和工艺问题。振东化工厂处理 的是钢铁酸洗废液，在工艺上存在一些问题。h c l h 2 0 溶液属于具有最高恒沸点 的溶液，通过简单蒸馏，不能在塔项得到浓缩的盐酸溶液。查阅资料德出，在酸 - 水溶液中 j 1 入c a c l 2 或m g c l 2 可以显著提高酸的挥发度，减小其共沸组成。本文 通过实验测定了加有c a c l 2 及m g c l 2 的盐酸溶液的平衡曲线，得出结论，加入c a c l 2 或m g c l 2 都可以令h c l h 2 0 溶液的恒沸组成显著降低，并且随着加入盐的量逐渐 增加，其共沸组成不断减小。在本文研究条件下，加入c a c l 2 ，通过简单蒸馏的 方法分离h c l 一h 2 0 溶液是最适合的。 蓝海亚太环保公司主要处理清洗集装罐的废液，从澳大利亚引进的设备在运 行几个月后出现了故障。通过实地勘查、理论分析得出，硬水结垢的问题导致热 量传递不足，最后影响了整个设备的正常运行。本文提出三种解决方法： 1 在设备初始安装硬水软化装置。 2 安装减压装置，降低操作温度。 3 将闪蒸塔改换成精馏塔并进行减压精馏操作，可以处理含有更多轻组分 的物系。 对于前两种方法进行了流程模拟，结果可行。 关键词：污水处理简单蒸馏闪蒸h c l h 2 0 溶液硬水 a b s t r a c t w i t l lt h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m yo fo u rc o u n t r y , p e o p l e ss t a n d a r do fl i v i n ga r e i n p r o v e dd a ya n dd a ya n dt h ep r o b l e m so fe n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o na n de n e r g y s o u r c e si ns h o r ts u p p l ya g ei nf r o n to fu si n e v i t a b l y a m o n gt h e me s p e c i a l l yas e r i o u s o n ei st h ep o l l u t i o no fw a t e r , h a v ea l r e a d yc a u s e dt h eg r e a ta t t e n t i o no ft h er e l e v a n t d e p a r t m e n t so fo u rc o u n t r y , h a v i n gi s s u e dal o to fr u l e s s oal o to ff a c t o r i e sw h i c h c a r r yo ns e w a g ed i s p o s a la r i s en o w t h em a i nc o n t e n to ft h i st e x ts t u d i e si sa p p a r a t u sa n dc r a ro ft w os e w a g e t r e a t m e n tp l a n t s f i r s to n ei sz h e n d o n gc h e m i c a lp l a n tw h i c hd e a l sw i t ha c i dc l e a n d e v i lw a t e r t h e r ea r es o m ep r o b l e m so nc r a f t s h c l 一h 2 0s o l u t i o ns y s t e mi sas o l u t i o n w i t hh i g h e s tp e r m a n e n tb o i l i n gp o i n ta n di ti sd i f f i c u l tt og e tt h ec o n c e n t r a t e d h y d r o c h l o r i ca c i ds o l u t i o na tt h et o po f t h et o w e rt h r o u g hs i m p l ed i s t i l l a t i o n t h r o u g h c o n s u l t i n gt h el i t e r a t u r e ，t h a ta d d i n gc a c l 2o rm g c l 2i n t oa c i ds o l u t i o nc a ni m p r o v e t h ev o l a t i l i t yo fa c i dn o t a b l ya n dr e d u c ei t sb o i l i n gc o n s t i t u t e s t h i st e x td e t e r m i n e s t h ee q u i l i b r i u mc u r v eo ft h eh y d r o c h l o r i ca c i ds o l u t i o nw i t hc a c l 2a n dm g c l 2t h r o u g h t h ee x p e r i m e n t s e x p e r i m e n t sp r o v et h a tc a c l 2o rm g c l 2c a nr e d u c ep e r m a n e n t b o i l i n gp o i n t a n da st h eq u a n t i t yo fa d d i n gt h es a l ti n c r e a s e s ，i tb o i l sa n dm a k e su p r e d u c i n gc o n s t a n t l ya l t o g e t h e r u n d e rt h i sc o n d i t i o n ，j o i n i n gc a c l 2t os e p a r a t e h c i h 2 0s o l u t i o ni sm o s ts u i t a b l eb ys i m p l ed i s t i l l a t i o n b l u es e aa s i a n p a c i f i ce n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nc o m p a n ym a i n l yd e a l sw i t ht h e w a s t e w a t e rw h i c hw a s h e st h ec o n t a i n e rp o t , t h ea p p a r a t u sw e n tw r o n ga f t e ro p e r a t i n g s e v e r a lm o n t h s w e ，t h r o u g hp e r a m b u l a t i o na n dt h e o r e t i c a la n a l y s i s ，f o u n di ti s q u e s t i o n st 1 1 a t t h eh a r dw a t e rf o r m e dt h es c a l et l l a tc a u s e dh e a tt ot r a n s m i t i n s u f f i c i e n t l y , i n f l u e n c e dt h en o r m a lr u n n i n go ft h ew h o l ea p p a r a t u sf i n a l l y w eh a v e p r o p o s e dt h r e ek i n d so fs o l u t i o n si nt h i st e x t ： 1 i n s t a l l i n gd e v i c eo f d e m i n e r a l i z a t i o no fw a t e ri nt h ea p p a r a t u si n i t i a l l y 2 i n s t a l l i n gd e c o m p r e s s o ra n dr e d u c i n gt e m p e r a t u r eo fo p e r a t i n g 3 c h a n g i n gt h ef l a s ht o w e ri n t oar e c t i f y i n gt o w e ra n dr e d u c i n gp r e s s u r ew i l l p r e p a r ef o rt h ep o s s i b l es i t u a t i o nt h a tm e e t so fa f t e r w a r d s c a r r y i n go nt h es i m u l a t i o no fp r o c e d u r eo ff i r s tt w ok i n d so fm e t h o d si n d i c a t e d f i n a l l y 廿l e yw e r ef e a s i b l e k e yw o r d s ：d i s p o s a lo fs e w a g e h c l 一h 2 0s o l u t i o n s i m p l ed i s t i l l a t i o n f l a s hd i s t i l l a t i o n h a r dw a t e r 符号说明 符号说明 气相中各物质的质量分数 液相中各物质的质量分数 液相中h c l 的摩尔分率 液相中盐的摩尔分率 气相中h c l 的摩尔分率 温度，k 物料的体积流量，m 3 m 压强，k p a a b x x y t q p 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特另, j j m 以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨奎盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：曹是为签字日期：跏口7 年多月心日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤鲞态鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：曹鹚导师签 签字日期：劫7 年占月j f 日 签字日期： d )年月产日 第一章文献综述 1 1 水资源概况1 第一章文献综述 水资源是人类社会一切生产、生活的物质基础，没有水和水资源就没有人类， 但水和水资源在自然物质概念上是不同的，水资源不等于水，水资源只占地球系 统中水的十万分之三，约4 7 万亿吨。水资源是非常有限的，是一种不可替代的 资源。 联合国教科文组织和世界气象组织对水资源的定义是：“作为资源的水应当 是可供利用或可能被利用，具有足数量和可用量，并适合于某地水需求而能长期 供应的水源”。我国尚无统一的概念定义，有的说：“地球表层可供人类利用的水”； 有的则认为：“自然界各种形态( 气态、液态或固态) 的天然水”等。实质上， 水资源就是指地表径流、地下径流的总和。 水资源一般分为地表水资源和地下水资源两大类。地表水资源受制约于全球 气候变化的影响，时空分布不均，难以按其自然规律发挥其供水功能；地下水资 源，受生态环境的污染恶化，特别是过量开采，水位急剧下降，也早已发出“黄 牌”警告。早在1 9 7 7 年联合国水资源大会上，就已发出“水资源不久将成为一 场深刻的社会危机”的信息。近2 0 年，约旦河流域、底格里斯河流域、幼发拉 底河流域，以及尼罗河流域的水资源问题已成为国与国之间分岐( 冲突) 的导火 线：南亚国际河流水的争端此起彼伏；北美、南美、北非等地，也因国际河流和 开发( 利用) 问题产生裂痕。特别是人口急剧增加，环境日趋恶化，水资源匮乏 与需求矛盾日趋尖锐，全球水资源问题，成为各国政府关注和迫切要解决的热点 课题。 在这一形势下，各国政府及全世界有关国际组织，急迫地投入大量经费从事 水资源问题的研究，历经5 0 - 6 0 年的实践发展进程，水资源问题形成了一门多学 科、相互交叉的综合性学科体系，主要是研究地球上水资源的形成及演变规律， 以及科学利用规律，来解决人类生产、生活、工业、农业，以及社会经济可持续 发展的需求。 水资源学包括水资源开发利用与管理、水资源系统分析、水资源工程、环境 改善等分支，并已向水资源社会学方面延伸。 在自然科学基础学科及水利科学、水文学相互交融、渗透与吸收基础上，已 建成的分支有：水资源生态学、水资源环境学、水资源信息学、水资源工程学、 水资源管理学、水资源系统分析学以及水资源经济学、水资源法学、水资源伦理 第一章文献综述 学等，并正在向外延发展，包括大气、冰川、海洋、极地等。 随着 2 1 世纪议程的实施，水资源学将会不断发挥学科本身的特点与优 势，不断提高和丰富学科的内涵，将会建成一个多学科相互交叉的综合性水资源 学体系。 1 1 1 全球水资源状况2 1 随着人类社会的进步和经济的发展，工业、农业、城市的日益扩展，特别是 世界人口急剧增多，人类活动失控，造成环境恶化，水资源污染及严重浪费，迫 使世界水资源日趋匮缺。据材料统计：2 0 世纪初，全球水消耗量为5 0 0 0 亿m 3 y ， 到世纪末已增长为5 0 0 0 0 亿m 3 y ( 增长1 0 倍以上) ，1 9 5 4 年1 9 9 4 年美洲大陆用 水增加1 0 0 ，非洲大陆用水量增加3 0 0 以上，欧洲大陆增加5 0 0 ，而亚洲大 陆增长幅度更高。地下水开采量为5 5 0 0 f l m 3 y ( 8 0 - 9 0 年代) ，其中大于1 0 0 亿 m 3 v 的有1 0 余个国家，占总开采量的8 5 。 2 0 0 1 年3 月在海牙召开的“第二届世界水资源论坛”部长级会议上，2 l 世 纪世界水事委员会报告说，目前全球有1 0 1 1 亿人没有用上洁净水，有2 l 亿人 没有良好的卫生设备，随着世界人口的不断增加，今后2 0 - 2 5 年，人类用水量将 增加4 0 左右，世界将面临水资源的严重危机；报告中还强调指出，地球上只有 2 5 的水是淡水，而其中2 3 存在于冰盖和冰川中，无法直接利用，仅剩的那一 小部分水资源，大约有2 0 在入迹罕至的地区，其余8 0 的水则通过季风、暴 风雨以及洪水等形式，在错误的时间降落到错误的地点，供给人类直接利用的水 资源确实有限，仅为l 左右；报告中说，到2 0 2 5 年世界新增3 0 亿人口，所需 供水缺少2 0 ，浪费与污染可达5 0 以上。 据联合国教科文组织统计资料，按全世界人口为5 0 6 0 亿计算，人均占有水 量约为8 0 0 0 1 0 0 0 0 吨。1 9 9 7 年“第一届世界水论坛”报告说，由于世界水资源 消费量急剧增加6 倍，远远超过4 0 0 0 k m 3 ，人均淡水占有量已降到4 8 0 0 m 3 ，( 1 9 9 5 年为7 3 0 0 m 3 ) 。由于仅有的淡水量分布不平衡，有6 0 , - - , 6 5 以上的淡水集中分 布在9 - 1 0 个国家，例如俄罗斯、美国、加拿大、印度尼西亚、哥伦比亚等，其 中奥地利每年有8 4 0 亿吨水可满足欧盟3 7 亿人口的用水需求，供水收入达1 0 亿欧元。而占世界人口总量4 0 的8 0 多个国家却为水资源匮乏的国家，其中有 近3 0 个国家为严重缺水国，非洲占有1 9 个，像卡塔尔仅有9 1 m 3 ，科威特为9 5 m 3 ， 利比亚为1 1 l m 3 ，马尔他为8 2 m 3 ，成为世界上四大缺水国；而几个富水国，水 资源消费急剧上升，像美国纽约人均日耗水量为6 0 0 8 0 0 升，日本大阪为5 7 5 升，法国巴黎4 4 3 升，罗马为4 3 5 升，贫富相差极为悬殊。 第一章文献综述 1 1 2 我国水瓷器状况 据我国水利部水资源评价结果：就多年平均而言，全国平均年降水量6 6 0 蚴 折合总量6 2 6 1 0 x 1 0 8 m 3 。平均年河川径流量( 一段时间内河流某一过水断面过水 量) 为2 7 2 4 3 x 1 0 8 一平均年地下水资源量为8 6 9 7 x 1 0 8m 3 ，扣除重复计算 7 6 7 9 x 1 0 8 m 3 平均年水资源总量为2 8 2 6 1x 1 0 8 m m ”。我国河j i 径流量居世界第6 位，列在巴西、前苏联、加拿大、美国、印尼之后。平均年径流深2 8 4 m m 低 于全球平均年径流深3 1 4 m m 。我国水资源总量虽然丰富但按耕地面积和人口数 平均却相当之少。我国人均占有河j i i 径流量仅为世界人均占有量的1 4 ，耕地 公顷均占有河川径流量仅为世界公顷均占有量的3 4 。 我国的水资源地区分布还存在着不均匀，与人口、土地资源的配置不相适 应的特点。我国水资源南多北少东多西少，相差悬殊。南方长江、珠江、浙闽 台诸河、西南诸河等4 个流域片，平均年径流深均超过5 0 0 m m ，其中浙闽台诸 河超过1 0 0 0 m m ，淮河流域平均年径流深2 2 5 m m ，黄河、海深河、辽河、黑龙江4 个流域片平均年径流深仅有i o o m m ，内陆诸河平均年径流深更小，仅3 2 m m 。从 水资源总量产水模数( 单位面积的水资源) 看，南方4 个流域片平均为6 54 x 1 0 4 r a m 3 a k m 2 ，北方6 个流域片平均为88 x 1 0 4 m m 3 a k m 2 南北方相差74 倍。全国 以浙闽台诸河流域片平均年产水模数1 0 81 x 1 0 4 m m 3 ，ak m 2 为最大，内陆河流域片 平均年产水模数36 x 1 0 4 m m 3 ak m 2 为晟小，前者为后者的3 0 倍删。我国人口、土 地资源的配置与水资源分布极不相适应，西南诸河流域片人口占全国总人口的比 例远远低于中原和北方地区，见图l 2 1 1 i 暑d 6 0 4 0 q 1 2 0 0 图1 - 1我国水瓷源地区分布与人口、土地资源配置 f i 9 1 - 1t h ea r e ao f w a t h o f n v v s p o p u l a t i o n , l a n dr e s o u r c e d i s t r i b u t i o n 注：l 为南方4 个浙c 域片；2 为两南诸河流域片；3 为辽河、海葫 河、黄扣j 、淮河 水瓷源地域分布极不均衡的特点，导致我国北方和西北地区常常出现资源性 酾 一 翟龃丽盆一h 时她丽篡 第一章文献综述 缺水，不仅使人们生活和经济发展受到严重影响，而且也加重了华北地区的地下 水超采和造成生态环境进一步恶化。 1 1 3 水在社会经济上的战略位置 随着水资源的逐渐匮乏，水的经济、社会功能性日趋显著，水在经济社会的 地位日趋提高。世界上许多国家，特别是缺水国，都把水利建设作为国民经济的 基础产业，投入巨资，修建各类型的水库、水堤，以及储水、蓄水、引水工程， 确保水的供求。 据世界水事委员会宣布，全球在用水方面的投资，必须从如今的每年7 5 0 亿 美元，增加到1 8 0 0 亿美元。又如最近资料显示，我国南水北调工程启动，在今 后1 0 年，仅东线引水工程( 东部运河和中央运河) ，投资2 5 0 亿美元，全部工程 投资更是惊人。 此外，各国在防止水的环境污染，水的循环利用，活水处理方面的新技术投 资，日益迫切，日益剧增；中东地区的缺水国家，例如以色列、科威特、约旦、 利比亚、阿曼、卡塔尔、沙特阿拉伯、阿联酋长国、也门等十几个国家以及加沙 地带等，主要饮用再生水；其中产油富国，像沙特阿拉伯在1 9 9 7 年前就已投资 5 0 亿美元用于海水淡化工程，以试图解决或缓解供水危机；以色列在海水淡化 方面，无论在投资和技术装备上都付之以颇大的投入，仅以色列每年从土耳其进 口淡水1 5 亿立方米，耗资巨大；马来西亚每年向海湾国家出口淡水3 9 0 0 万吨， 为运送淡水，把过去的输油轮改为输水轮。 为开发地下水，补充新水源，各国也投入巨大资金，进行水文地质基础研究， 并进行全面勘查与钻探。 随着世界水危机的加剧，水资源的地位，已不仅反映在经济社会上，而日益 强烈地涉及到军事上，涉及到国与国的冲突上。 在伊斯坦布尔举行的联合国人类住区会议上，大会秘书长沃利恩多警告说： “据我的推测，在未来5 0 年中我们会看到导致国与国之间、人与人之间剧烈冲 突的诱因，将不再是石油，而是水”。 在法国巴黎召开的8 4 国部长级水资源专题会议上，世界水委员会主席阿布 扎伊德提出“水资源匮乏是中东、非洲地区国家关系紧张的根源”。 以色列和叙利亚的和平谈判，关键是以色列占领的戈兰高地，其战略意义 也是被称之为中东水塔的水资源问题。3 0 多年来，虽然多次谈判，要求在戈兰 高地撤军，甚难达成共识，其中涉及供水之源控制权问题，仍是主要障碍之一。 世界银行副行长伊斯梅尔萨拉杰丁曾预测说：“如果说上个世纪的许多战争 是为争夺石油，那么下个世纪将会因水而战”。 第一章文献综述 在湄公河流域，由于老挝、泰国修建水库、水坝工程，威胁河域5 0 0 0 万人 用水，柬埔寨、越南已发出警告说，由此将引起冲突。 1 2 我国水体污染概述 1 2 1 主要的水环境污染物 造成水体污染的污染源有多种，不同污染源排放的污水废水具有不同的成分 和性质，但其所含的污染物主要有以下几类： ( 一) 悬浮物 悬浮物主要指悬浮在水中的污染物质，包括无机的泥沙、炉渣、铁屑，以及 有机的纸片、菜叶等。水力冲灰、洗煤、冶金、屠宰、化肥、化工、建筑等工业 废水和生活污水中都含有悬浮状的污染物，排入水体后除了会使水体变得浑浊， 影响水生植物的光合作用以外，还会吸附有机毒物、重金属、农药等，形成危害 更大的复合污染物沉入水底，日久后形成淤积，会妨碍水上交通或减少水库容量， 增加挖泥负担。 ( 二) 耗氧有机物 生活污水和某些工业废水中含有糖、蛋白质、氨基酸、酯类、纤维素等有机 物质，这些物质以悬浮状态或溶解状态存在于水中，排入水体后能在微生物作用 下分解为简单的无机物，在分解过程中消耗氧气，使水体中的溶解氧减少，微生 物繁殖。当水中溶解氧降至4 m g l 以下时，将严重影响鱼类和水生生物的生存； 当溶解氧降至零时，水中厌氧微生物占据优势，造成水体变黑发臭，将不能被用 于作饮用水源和其他用途。耗氧有机物的污染是当前我国最普遍的一种水污染。 由于有机物成分复杂，种类繁多，一般用综合指标生化需氧量( 在有氧条件下， 好氧微生物氧化分解单位体积水中有机物所消耗的游离氧的数量，表示单位为氧 的毫克毫升) ( b o d ) 、化学需氧量( 水体中能被氧化的物质进行化学氧化时 消耗氧的量) ( c o d ) 或总有机碳( t o c ) 等表示耗氧有机物的量。清洁水体中 b o d 5 ( 五日生化需氧量) 含量应低于3 m g l ，b o d 5 超过1 0 m g l 则表明水体已 经受到严重污染。 ( 三) 植物性营养物 植物性营养物主要指含有氮磷等植物所需营养物的无机、有机化合物，如氨 氮、硝酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐和含氮和磷的有机化合物。这些污染物排入水体， 特别是流动较缓慢的湖泊、海湾，容易引起水中藻类及其他浮游生物大量繁殖， 第一章文献综述 形成富营养化污染，除了会使自来水处理厂运行困难，造成饮用水的异味外，严 重时也会使水中溶解氧下降，鱼类大量死亡，甚至会导致湖泊的干涸灭亡。 ( 四) 重金属 很多重金属对生物有显著毒性，并且能被生物吸收后通过食物链浓缩千万 倍，最终进入人体造成慢性中毒或严重疾病。例如，著名的日本水俣病就是由于 甲基汞破坏了人的神经系统而引起的；骨痛病则是镉中毒造成骨骼中钙的减少的 后果，这两种疾病最终都会导致人的死亡。 ( 五) 酸碱污染 酸碱污染物排入水体会使水体p h 发生变化，破坏水中自然缓冲作用。当水 体p h 小于6 5 或大于8 5 时，水中微生物的生长会受到抑制，致使水体自净能 力减弱，并影响渔业生产，严重时还会腐蚀船只、桥梁及其他水上建筑。用酸化 或碱化的水浇灌农田，会破坏土壤的理化性质，影响农作物的生长。酸碱对水体 的污染，还会使水的含盐量增加，提高水的硬度，对工业、农业、渔业和生活用 水都会产生不良的影响。 ( 六) 石油类 含有石油类产品的废水进入水体后会漂浮在水面上并迅速扩散，形成一层油 膜，阻止大气中的氧进入水中，妨碍水生植物的光合作用。石油在微生物作用下 的降解也需要消耗氧，造成水体缺氧。同时，石油还会使鱼类呼吸困难直至死亡。 食用在含有石油的水中生长的鱼类，还会危害人身健康。 ( 七) 难降解有机物 难降解有机物是指那些难以被微生物降解的有机物，它们大多是人工合成的 有机物。例如，有机氯化合物、有机芳香胺类化合物、有机重金属化合物以及多 环有机物等。它们的特点是能在水中长期稳定地存留，并通过食物链富集最后进 入人体。它们中的一部分化合物具有致癌致畸和致突变的作用，对人类的健康构 成了极大的威胁。 ( 八) 放射性物质 放射性物质主要来自核工业和使用放射性物质的工业或民用部门。放射性物 质能从水中或土壤中转移到生物、蔬菜或其他食物中，并发生浓缩和富集进入人 体。放射性物质释放的射线会使人的健康受损，最常见的放射病就是血癌，即白 血病。 ( 九) 热污染 废水排放引起水体的温度升高，被称为热污染。热污染会影响水生生物的生 存及水资源的利用价值。水温升高还会使水中溶解氧减少，同时加速微生物的代 第一章文献综述 谢速率，使溶解氧的下降更快，最后导致水体的自净能力降低。热电厂、金属冶 炼厂、石油化工厂等常排放高温的废水。 ( 十) 病原体 生活污水、医院污水和屠宰、制革、洗毛、生物制品等工业废水，常含有病 原体，会传播霍乱、伤寒、胃炎、肠炎、痢疾以及其他病毒传染的疾病和寄生虫 病。 1 2 2 水污染的主要来源 人类活动所排放的各类污水是将上述污染物带入水体的一大类污染源，由于 这些污水、废水多由管道收集后集中排除，因此常被称为点污染源。大面积的农 田地面径流或雨水径流也会对水体产生污染，由于其进入水体的方式是无组织 的，通常被称为非点污染源，或面污染源。 ( 一) 点污染源 主要的点污染源有生活污水和工业废水。由于产生废水的过程不同，这些污 水、废水的成分和性质有很大的差别。 1 生活污水 生活污水主要来自家庭、商业、学校、旅游服务业及其他城市公用设施，包 括厕所冲洗水、厨房洗涤水、洗衣机排水、沐浴排水及其他排水等。污水中主要 含有悬浮态或溶解态的有机物质( 如纤维素、淀粉、糖类、脂肪、蛋白质等) ， 还含有氮、硫、磷等无机盐类和各种微生物。一般生活污水中悬浮固体的含量在 2 0 0 - - - 4 0 0 m g l 之间，由于其中有机物种类繁多，性质各异，常以生化需氧量 ( b o d 5 ) 或化学需氧量( c o d ) 来表示其含量。一般生活污水的b o d 5 在 2 0 0 - - , 4 0 0 m g l 之间。 2 工业废水 工业废水产自工业生产过程，其水量和水质随生产过程而异，根据其来源可 以分为工艺废水、原料或成品洗涤水、场地冲洗水以及设备冷却水等；根据废水 中主要污染物的性质，可分为有机废水、无机废水、兼有有机物和无机物的混合 废水、重金属废水、放射性废水等；根据产生废水的行业性质，又可分为造纸废 水、印染废水、焦化废水、农药废水、电镀废水等。 不同工业排放废水的性质差异很大，即使是同一种工业，由于原料工艺路线、 设备条件、操作管理水平的差异，废水的数量和性质也会不同。一般讲来，工业 废水有以下几个特点： ( 1 ) 废水中污染物浓度大，某些工业废水含有的悬浮固体或有机物浓度是 生活污水的几十甚至几百倍： 第一章文献综述 ( 2 ) 废水成分复杂且不易净化，如工业废水常呈酸性或碱性，废水中常含 不同种类的有机物和无机物，有的还含重金属、氰化物、多氯联苯、放射性物质 等有毒污染物； ( 3 ) 带有颜色或异味，如刺激性的气味，或呈现出令人生厌的外观，易产 生泡沫，含有油类污染物等； ( 4 ) 废水水量和水质变化大，因为工业生产一般有分班进行的特点，废水 水量和水质常随时间有变化，工业产品的调整或工业原料的变化，也会造成废水 水量和水质的变化； ( 5 ) 某些工业废水的水温高，甚至高达4 0 以上。 ( 二) 面污染源 面污染源又称非点污染源，主要指农村灌溉水形成的径流，农村中无组织排 放的废水，地表径流及其他废水污水。分散排放的小量污水，也可列入面污染源。 农村废水一般含有有机物、病原体、悬浮物、化肥、农药等污染物；畜禽养 殖业排放的废水，常含有很高的有机物浓度；由于过量地施加化肥、使用农药， 农田地面径流中含有大量的氮、磷等营养物质和有毒的农药。 大气中含有的污染物随降雨进入地表水体，也可认为是面污染源，如酸雨。 此外，天然性的污染源，如水与土壤之间的物质交换，风刮起泥沙、粉尘进 入水体等，也是一种面污染源。 对面污染源的控制，要比对点污染源难得多。值得注意的是，对于某些地区 和某些污染物来说，面污染源所占的比重往往不小。例如，对于湖泊的富营养化， 面污染源所占的比重常会超过5 0 。 1 2 3 我国水污染的特征 我国污水、废水排放量每天约为1 1 0 8 m 3 之多，其中城市生活废水约占4 0 ， 工业废水占6 0 。工业废水排放量在近十多年内呈缓慢下降趋势，而生活污水量 却在增长。应该指出的是，很多统计数字中没有包括乡镇企业的废水排放量，而 在有的地区，它所占的比例是不可忽视的。 根据国家环境保护局1 9 9 6 年的年度报告，自2 0 世纪8 0 年代以来，由于工 业的快速增长，人口和生产发展的多重压力，以及化肥和农药使用量的大幅度增 加，我国地面水和地下水的质量已有较大的下降。在受监测的城市河段中，已有 4 0 的河段达不到最起码的水质标准。 我国地面水水质标准，是按照不同水域、不同功能分成五类制订的。这五类 水域及其功能是： i 类水体：为源头水及其自然保护区； 第一章文献综述 u 类水体：为集中生活饮用水水源地一级保护区，珍贵鱼类保护区，鱼虾产 卵场等； 类水体：为集中饮用水水源地二级保护区，一级鱼类保护区，游泳区等； 类水体：为工业用水区，人体不直接接触的娱乐用水区； v 类水体：为农业用水区，一般景观要求水域。 1 9 9 5 年国内对1 3 5 个城市河段的监测表明，北方河流受监测的河段中，五 类和五类以下的河段就占据了7 0 以上，而达n - - 类、三类水质标准的河段只有 5 左右。南方河段的污染情况略轻，但也有3 0 以上的河段为五类和五类以下 水体，而达n - - 类和三类水体标准的河段约占4 0 。可见，北方河流的污染情况 要比南方更严重。 ( 一) 地面水污染特征 我国地面水最常见的水污染是有机污染、重金属污染、富营养污染以及这些 污染共存的复合性污染。 1 有机污染 我国多数污染河流的特征都属于有机污染，表现为水体中c o d 、b o d 浓度 增高。例如，淮河全流域每年排放的工业废水和城市废水量约3 6 x 1 0 8 m 3 ，带入 的c o d 总量约为1 5 0 x 1 0 4 t 。如此大量的有机污染物使淮河中的有机物含量严重超 标，溶解氧含量则显著不足，甚至降低到零。据1 9 9 3 年对淮河2 8 0 个断面的水 质监测，发现淮河水质已经不能满足饮用水水源水质标准，其中约4 5 的断面连 灌溉水质标准都达不到。1 9 9 4 年更发生了多次水质污染事故，使淮河干流约4 0 的水质严重恶化，严重影响了人民生活和工农业生产，因而引起了中国政府的关 注，并开始大力治理淮河污染，至今已初见成效。 应该注意的是，受到有机污染的河流往往同时接纳大量悬浮物，它们中的相 当一部分是有机物，排入水体后先是沉淀至河底形成沉积物。沉积物是水体的一 个潜在污染源。 近年来难降解合成有机物污染受到广泛注意，这是一种新的有机物污染。它 们即使在十分低的含量下也可能对人体健康有直接危害，如致癌、致畸、致突变。 2 重金属污染 重金属随废水排入水体后，大多将沉淀至水底，或与有机物螯合成毒性很强 的金属有机物。由于我国对工业重金属废水的排放控制较早，因此在全国范围内 水体重金属污染面积不大。 3 富营养化 中国主要淡水湖泊都已呈现出富营养污染现象。主要原因是它们接纳了各种 污染源排放的污染物，使水体溶解氧降低、水质恶化。例如，前些日子发生的无 第一章文献综述 锡太湖“蓝藻爆发 事件，就是由于没有控制地向太湖排污，再加上全球气候变 暖影响，太湖周围气温偏高，降水量偏低，使今年太湖水温比往年高，这就为藻 类提供了适宜的条件。太湖蓝藻集中暴发己导致无锡部分地区自来水发臭，无法 饮用。 中国沿海海域同样呈现出严重的富营养污染现象。渤海、东海、南海，自 2 0 世纪6 0 年代以来，都曾经出现赤潮，而且出现的频率日益增加。以渤海为例， 2 0 世纪6 0 年代以前，曾出现过3 次赤潮；7 0 年代出现赤潮次数为9 次；8 0 年 代增加至7 4 次；1 9 9 0 年1 年内即发生了3 4 次；1 9 9 8 年发生了2 2 次；1 9 9 9 年7 月3 日，出现了1 5 0 0 簖面积的严重赤潮，7 月1 5 日扩大到了6 5 0 0 k m 2 。可见海 洋污染的不断发展，已到了十分严重的地步。 ( - - ) 地下水污染特征 中国地下水水质下降主要表现为硬度和硝酸盐含量的增加，局部地区发现了 较严重的油污染，也存在痕量有机物的污染。 1 2 4 水污染的危害 水污染危害主要有以下几点： ( 一) 危害人体健康 水污染直接影响饮用水源的水质。当饮用水源受到合成有机物污染时，原有 的水处理厂不能保证饮用水的安全可靠，这将会导致如腹水、腹泻、肠道线虫、 肝炎、胃癌、肝癌等很多疾病的产生。与不洁的水接触也会染上如皮肤病、沙眼、 血吸虫、钩虫病等疾病。近来很多人谈论到环境污染导致雌激素增加，影响到了 人类的繁殖能力；还有人指出水污染会造成自然流产或是先天残疾。总之，水污 染危害人体健康是不容置疑的。 据世界银行调查资料显示，与其他收入水平相当的发展中国家相比，中国的 安全饮用水供给水平及卫生设施水平是比较高的。因此，与水污染有关的疾病的 发病率相对较低。1 9 9 0 年，我国有1 5 的总死亡率和3 的总疾病率与供水及 其卫生条件相关。相比之下，与空气污染有关的慢性障碍性呼吸道疾病却占总死 亡率的1 6 和总疾病率的8 5 。应该注意，中国农村由于化肥的广泛使用以及 农民收入的提高，农民收集城市粪便用作肥料的习惯已经改变，但城镇中现代化 的污水收集和处理系统却远未形成。因此，可能会引起全国范围，特别是北方地 区肠道疾病发病率的增加。水污染对于饮用水源的威胁，也必然带来对人体健康 的威胁。 第一章文献综述 对某些污水灌溉区的调查说明，生活在污水灌溉区的农民的发病率要明显比 非污水灌溉区的发病率高。对采用不同饮用水源的人群的调查说明，在同一个地 区，饮用井水的居民癌症发病率要比饮用池塘水的居民低得多。 ( 二) 降低农作物的产量和质量 由于污水提供的水量和肥分，很多地区的农民，有采用污水灌溉农田的习惯。 但惨痛的教训表明，含有有毒有害物质的废水污水污染了农田土壤，造成作物枯 萎死亡，使农民受到极大的损失。尽管不少地区也有获得作物丰收的现象，但是 在作物丰收的背后，掩盖的是作物受到污染的危机。研究表明，在一些污水灌溉 区生长的蔬菜或粮食作物中，可以检出痕量有机物，包括有毒有害的农药等，它 们必将危及消费者的健康。 ( - - ) 影响渔业生产的产量和质量 渔业生产的产量和质量与水质直接紧密相关。淡水渔场由于水污染而造成鱼 类大面积死亡事故，已经不是个别事例，还有很多天然水体中的鱼类和水生物正 濒临灭绝或已经灭绝。海水养殖业也受到了水污染的破坏和威胁。水污染除了造 成鱼类死亡影响产量外，还会使鱼类和水生物发生变异。此外，在鱼类和水生物 体内还发现了有害物质的积累，使它们的食用价值大大降低。 ( 四) 制约工业的发展 由于很多工业( 如食品、纺织、造纸、电镀等) 需要利用水作为原料或洗涤 产品直接参加产品的加工过程，水质的恶化将直接影响产品的质量。工业冷却水 的用量最大，水质恶化也会造成冷却水循环系统的堵塞、腐蚀和结垢问题，水硬 度的增高还会影响锅炉的寿命和安全。 ( 五) 加速生态环境的退化和破坏 水污染造成的水质恶化，对于生态环境的影响更是十分严峻。水污染除了对 水体中天然鱼类和水生物造成危害外，对水体周围生态环境的影响也是一个重要 方面。污染物在水体中形成的沉积物，对水体的生态环境也有直接的影响。 ( 六) 造成经济损失 水污染对人体健康、农业生产、渔业生产、工业生产以及生态环境的负面影 响，都会表现为经济损失。例如，人体健康受到危害将减少劳动力，降低劳动生 产率，疾病多发需要支付更多医药费：对工农业渔业产量质量的影响更是直接的 经济损失；对生态环境的破坏意味着对污染治理和环境修复费用的需求将大幅度 增加。 世界银行曾对中国大气污染和水污染所造成的损失作了估算，结论是与大气 污染和水污染对人体健康的影响相当的经济损失是每年2 4 2 2 8 亿万美元，占我 第一章文献综述 国国民生产总值的3 5 。这个数字还没有包括水资源短缺和水环境污染对工农 业所造成的直接经济损失。 1 3 水污染的主要处理方法 1 3 1 物理方法吲 物理方法如均和调节、沉淀、蒸发、蒸馏、离心分离、过滤、膜技术等。 化工生产过程中产生的废水水量及水质均随时间变化，其污染物的含量波动 很大，因此多采用调节池的方法使之均化，均化不仅使废水的碱度、色度、p h 值、浊度、生化需氧量等变得均匀，而且更重要的是可以把集中排放的高浓度废 水调平。此时，由于废水在均化池内停留，可能会发生物理、化学、生物反应和 作用，可在一定程度上降低污染物浓度，减轻处理负荷。化工废水中若含有大量 悬浮物时，对于粗大悬浮物可用格栅、滤网等设施去除：而对于细小的可沉悬浮 物，可考虑用沉砂池和沉淀池去除。去除悬浮物一方面减少了污染物，另一方面 保护了后续的处理设施。蒸发是一种对废水加热处理的方法，利用加热使废水汽 化和溶质浓缩残渣。离心分离是利用废水在高速旋转时，污染物颗粒与水具有不 同的密度，所受的离心力不同而被分离。过滤是利用过滤材料分离废水中杂质的 一种方法，根据过滤材料的不同，可分为颗粒材料过滤和多孔材料过滤。 膜分离技术是近二、三十年内发展起来的。与常规分离方法相比，膜分离过 程具有能耗低、单级分离效率高、工艺简单、不污染环境等特点，在废水处理中 可实现水的闭路循环，除污的同时变废为宝，是符合可持续发展战略的绿色技术。 膜分离技术主要包括微滤( m f ) 、超滤( u f ) 、纳滤( n f ) 、反渗透( r o ) 和电渗析等。近年来这些技术在水处理的应用中愈来愈显示生命力。 世界上每天约有5 0 0 万m 3 的水通过膜分离处理，为了适应水处理的需要，膜 材料的性能逐步得以改进，采用无毒无害、可生物降解的材料制备超滤膜。 n f 膜在水的软化方面显示了其它技术无可比拟的优越性，n f 9 0 膜在海岛饮 用水制备中可有效地去除对人体健康不利的c a 2 + 、m 9 2 + 等硬度。在较低的操作压 力( 1 0 m p a ) 下，总脱盐率8 1 ，产水量可达1 4 4 t d ，淡化水符合生活饮用 水标准。 电渗析作为绿色水处理技术近年来研究较多。有人采用改性异向膜电渗析法 处理化纤厂粘胶单丝淋洗废水( 去酸水) ，在工艺上实现了污水闭路循环，消除 了h 2 s 0 4 和z n 的污染，并把溶解固体浓缩到1 9 0 9 l ，再进行多效蒸发来回收多余 第一章文献综述 的n a 2 s 0 4 。浓缩的h 2 s 0 4 和z n s 0 4 溶液则返回凝固浴再用，淡化水中的总溶解固 体( t d s ) 下降到0 7 e , l p a t ，因无硬度，故可作洗涤用水。 膜分离技术正在成为水处理研究与应用的热点，其在水的回用方面起着难以 替代的作用。将膜分离技术与绿色氧化技术、生物处理技术联合，用于废水的处 理及回用是一个颇有前途的研究与应用方向。 1 3 2 化学方法f 4 1 化学方法如中和、氧化还原、化学沉淀、电解等。 中和法是利用酸碱中和以调整废水中的p h 值，使废水达到中性。中和的方 法有利用酸性废水和碱性废水互相中和，或利用酸、碱性废物来中和碱、酸性废 水，也有采用加入适当的滤料使废水在过滤过程中得到中和，当废水中酸或碱的 浓度很高时，如在5 以上，应考虑回用和综合利用的可能性。当浓度不高，如 低于3 ，回收或综合利用的经济意义不大时，才考虑中和处理。 氧化还原法是利用溶解于废水中的某些有毒有害物质，在氧化还原反应中能 转化成无毒无害的物质，常用的氧化剂有空气中的氧、纯氧、臭氧、氯气、漂白 粉、次氯酸钠、三氯化铁等。常用的还原剂有硫酸亚铁、亚硫酸盐、氯化亚铁、 铁屑、锌粉、二氧化硫、硼氢化钠等。 化学沉淀法一般用于处理含重金属离子的工业废水，其基本原理是向废水中 投加某种化学物质，使它和其中某些溶解性物质发生反应、生成难溶盐沉淀下来。 常用的沉淀剂有石灰、氢氧化物、硫化物、钡盐等。电解法也是一种氧化还原方 法，它