环境保护概论--水.ppt

第三章水环境保护 水 生命之源 第一节水资源开发利用现状 天然水资源 水资源的利用现状及其保护 世界性水荒水荒 需水量大于供水量的现象 自然水体 水资源 自然循环 地球上的水经常处于循环中 包括自然循环和社会循环 由自然力促成的循环 称为水的自然循环 它是水的基本运动方式 海水蒸发为云 随气流迁移到内陆 遇冷气流凝为雨雪而降落 称为降水 一部分水沿地表流动 汇成江河湖泊 称为地表径流 另一部分降水渗入地下 形成地下径流 在流动过程中 地表水和地下水相互补给 最终复归大海 这种海洋 内陆 海洋的循环 称为大循环 那些在小的自然地理区域内的循环 称为小循环 生物体内的水 也进行着吸收 蒸发 吸收的内外循环 地球上的水循环 水资源 社会循环 由人的社会需要而促成的循环 称为水的社会循环 它是直接为人们的生活和生产服务的 取之自然而直接供生活和生产 特别是工业生产 使用的水 称为给水 使用后因丧失原有使用价值而废弃外排的水 称为废水 为保证给水能满足用户的使用要求 水量 水质和水压 而采取的整套工程设施 称为给水工程 为保证废水 有时也包括部分雨水 能安全排放或再用而采取的整套工程设施 称为排水工程 给水工程和排水工程构成了水的社会循环 完善的给水系统和排水系统是现代城市和工业区所必须具备的基础条件 地球上水的组成 世界淡水的组成 其它淡水的组成 世界的其它淡水中 河流水和湖泊淡水分别占了世界淡水总储量的0 006 和0 26 再加上少量的浅层地下水 可利用的淡水占全球淡水总储量的0 3 水资源是有限的 中国水资源的特点 数量上 总量不少 人均不多 空间分布上 南方多 北方少 东部多 西部少 时间分配上 夏秋两季多 冬春两季少 各年之间变率大 地枯 井枯 人枯 淹了 造成水资源紧缺的原因 自然原因 如水资源时空分布不均 部分地区气候反常等 人为原因 用水量迅速增加 水质污染 世界用水量的增加 城市居民用水 工业用水 农业用水 长江之污 红 河 2001年度七大水系污染由重到轻的顺序依次是 海河 辽河 淮河 黄河 松花江 长江和珠江 长江水系的主要污染指标是石油类 氨氮和高锰酸盐指数 主要污染指标为溶解氧 高锰酸盐指数 生化需氧量 挥发酚和石油类 黄河干流悬浮物浓度很高 最高达4851毫克 升 水资源的合理利用和保护 建立蓄水工程修建跨流域的引水工程合理开采地下水科学用水 节约用水保护水资源 防治水污染 水的时间分配不均水的空间分布不均地下水更新周期长水资源有限及世界用水量的迅速增加水污染严重 第二节水体的污染与自净 水体污染水体的概念在环境科学领域中 水体不仅包括水 而且还包括水中的悬浮物 底泥及水中生物等 水体污染的概念指由自然排放及人类活动产生的污染物进入水体后 在数量上超过了该物质在水中的本底含量和水体的环境容量 从而导致水体的物理 化学和生物特征的不良变化 破坏水体生态系统 并使水的用途受到影响 水体自净作用概念 水体能在其环境容量的范围以内 经过水体的物理 化学和生物的作用 使排入水体的污染物质的浓度和毒性随着时间的推移在向下游流动的过程中自然降低 恢复原有的生态平衡 这个过程称为水体的自净作用 机制 1 物理自净 包括稀释 扩散和沉淀等 2 化学自净 污染物进入水体后经络合 氧化还原 中和 吸附 絮凝等而得到净化 3 生物自净 在生物的作用下 特别是微生物的作用 把污染物进行生物降解 使其数量减少 浓度下降 毒性减轻或消失 身边的污染 水质指标DO 溶解氧SS 总悬浮固体BOD 生化需氧量COD 化学需氧量TOD 总需氧量TOC 总有机碳有毒物质pH值大肠菌群数 第三节水体中主要污染物的来源及其危害 水体的主要污染源 工业废水 生活污水 交通运输污染源和农业排水 生活污染源 不溶物质 胶态物质 溶解物质 工业污染源 成分复杂 水质差异大 农业污染源 面广 分散 难以治理 水体污染种类 感官性状的污染 致病微生物的污染 农业和工业产生的水污染 第三节水体中主要污染物的来源及其危害 水体污染物的主要类型 无机无毒物质无机有毒物质有机无毒物质有机有毒物质 无机无毒物颗粒状的污染物质来源 砂粒 土粒及矿渣等 危害 降低光的穿透能力 对鱼类产生危害 吸附水中污染物并随水流迁移 酸 碱 无机盐类的污染物质来源 矿山排水及工业废水等 危害 改变水体的pH 破坏水生生态 使水质恶化 危害渔业生产 氮 磷等植物营养物来源 主要来自农业施肥 农业废弃物 城市生活污水和某些工业废水 危害 水体富营养化 水体富营养化富营养化的概念 是指氮 磷等无机营养物大量进入湖泊 海湾等相对封闭 水流缓慢的水体 引起藻类和其它水生植物大量繁殖 水体溶解氧下降 水体恶化 其它水生生物大量死亡的现象 富营养化发生在淡水中的称 水华 海水中的称 赤潮 富营养化的危害 1 影响供水2 影响休闲渔业3 影响水产养殖 滇池 富 了 水体富营养化的防治1 控制氮 磷等营养物的流入 通过工艺改革 产品改进 减少废水中磷的含量 2 物理方法治理 引入合适水源 稀释污染水体 在深水湖泊或水库中 设法排出深层水 降低富营养化程度 湖泊中采用机械曝气 或用微滤机去除水中浮游动物和藻类 3 化学方法防治 采用化学物质 如硫酸铜 二氧化氯等 来控制水体中藻类的生长 采用氧化剂如高锰酸钾 自由氯 二氧化氯和臭氧等来除臭 4 生物防治 利用经过遗传工程改造的微生物来治理污染水体 5 生态防治 从营养环节控制富营养化 放养一些以藻类为食的鱼类 如白鲫摄食藻类和有机碎屑 种植水生高等植物和藻类竞争光能和营养物质 如湖泊中的莲藕 近海的紫菜等都可抑制浮游植物的生长 6 综合防治 富营养化是多种原因 综合作用的结果 且污染源复杂 营养物质去除难度大 因而在实践中通常采用多种方法同时使用 既减少外源性营养物质的输入 也减少内源性营养物质的负荷 无机有毒物氰化物来源 主要来源于电镀废水 煤气洗涤冷却水 化工厂的含氰废水等 危害 氰化物是剧毒物质 对许多生物有害 甚至造成死亡 砷来源 主要来源于工业废水 如化工 有色冶金 造纸 皮革 火电等 危害 可致死 且有致癌作用 重金属来源 主要来源于化石燃料的燃烧 采矿和冶炼等行业 危害 不能被生物降解 可在生物体内累积 造成急性 慢性中毒等严重后果 有机无毒物 需氧有机物 来源 主要来自生活污水 牲畜污水以及屠宰 肉类加工等食品行业和制革 造纸 印染等工业废水 危害 主要在于对渔业水产资源的破坏 有毒有机物来源 主要来自石油化学工业的合成生产过程及有关的产品使用过程 危害 危害渔业水产资源 具有三致作用 甚至导致死亡 石油类污染物来源 主要来自石油的开采 储运 炼制和使用过程中排出的废油和含油废水 危害 影响海洋生物生长 降低海滨环境的使用价值 破坏海岸设施 降低海洋自净能力 并能影响局地的水文气象条件 其它污染物放射性污染 主要来自核武器的试验 放射线辐射对生物有三致作用 热污染 主要来源于工矿企业排放的冷却水 热污染破坏水体的生态并影响水体的使用价值 第四节污水处理技术概述 1 途径 防 治 管 减少排量妥善处理城市污水及工业污水加强对水体及污染源的监管和管理 2 措施推行清洁生产工艺 发展节水型工业加快城市污水处理厂的建设大力发展城市污水资源化积极研究开发污水处理新技术 新流程 物理处理法利用物理作用分离废水中的呈悬浮状态的污染物质 物理处理法中常见的有 筛滤 沉淀 气浮 过滤等方法 生物处理方法利用微生物的代谢作用 使废水中呈溶解态 胶体态和悬浮态的有机污染物质转化为稳定 无害的物质 主要有活性污泥 生物膜法以及各种厌氧消化等 化学和物理化学处理方法利用化学反应或物理化学作用来分离 回收废水中处于溶解态和胶体态的污染物质 化学及物理化学处理中常见的有 中和 混凝 电解 氧化还原 汽提 萃取 吸附以及离子交换 电渗析等方法 污水处理技术 物理处理法过滤法 利用过滤介质截留污水中的悬浮物 它有筛滤 压滤 粒状介质过滤等多种形式 沉淀法 利用污水中呈悬浮状的污染物和水密度的不同 借重力沉降作用 使水中悬浮物分离出来 沉淀有分离沉降 絮凝沉降 拥挤沉降和压缩沉降四种 物理处理法气浮法 就是在废水中产生大量的微小气泡作为载体 使废水中微小的疏水性悬浮颗粒黏附在气泡上 随气泡升到水面 形成泡沫 然后用机械法去除 从而使污染物中从废水中分离出来 离心分离法 含有悬浮污染物质的污水在高速旋转时 由于悬浮颗粒和污水受到的离心力不同而被分离开来 好氧生物处理法 好氧生物处理法主要用来去除废水中溶解性和胶体性有机物 同时液可以有效处理某些含酚 醛等有毒物质的工业废水 好氧生物处理方法主要有活性污泥 生物膜法和生物塘及污水灌溉 活性污泥法 活性污泥的概念 是由细菌 真菌 原生动物和后生动物及其代谢合吸附的有机物 无机物所组成的生物絮凝体 它具有较强的生物化学活性 能降解废水中有机污染物和利用部分的无机物 活性污泥净化废水的三个主要过程 吸附 微生物代谢 和污泥的絮凝沉淀 活性污泥法的基本流程 污水 废水 的三级处理流程一级处理 主要去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质 如沙砾 碎纸等 病毒去除效果差 最多去除30 大部分物理处理为一级处理方法 二级处理 大幅度去除污水中呈胶体或溶解状态的有机污染物 即BOD物质 BOD去除率能达到90 污水中病毒去除率达90 99 但病毒被吸附在污泥中 由液相转为固相 生物法常被采用作为二级处理方法 三级处理 深度处理 包括生物 化学和物理方法 进一步去除废水中的悬浮物质 无机盐及其他有机污染物质 病毒的数量级下降4 6 一些物化方法如离子交换 活性炭吸附 渗透等方法可用作三级处理方法 生物膜污水连续流经固体填料 碎石 煤渣或塑料填料 水中的悬浮物及微生物被吸附于固相表面上 其中的微生物利用有机底物而生长繁殖 逐渐在填料表面形成一层粘液状的生物膜 在填料上 这层生物膜具有生物化学活性 可进一步吸附 分解废水中呈悬浮 胶体和溶解状态的污染物 生物膜处理方法的构筑物有生物滤池 生物转盘 见图 生物流化床 生物接触氧化等 一 普通生物滤池一般仅适用于处理污水量不高于1000m3的小城镇污水或有机性工业废水 二 生物转盘 三 生物接触氧化 四 生物接触氧化 五 生物流化床 1971年出现厂好氧生物流化床新工艺 这种工艺的特点是在反应器内装以砂 无烟煤或活性炭等作为载体 水流以一定速度自下而上流动 使载体处于悬浮流化状态 自然生物处理生物稳定塘 生物塘 稳定塘可分为好氧塘 兼性塘 厌氧塘和曝气塘四种 废水土地处理法 污水灌溉 厌氧生物处理法 主要用来处理有机污泥和高浓度的有机废水 方法包括所有厌氧消化形式 厌氧生物处理主要依靠三大类群的细菌 即水解产酸细菌 产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌的联合作用完成 厌氧消化过程划分为三个连续的阶段 即水解酸化阶段 产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段 如 物理化学处理法吸附法 让废水与固体吸附剂接触 使污染物吸附于吸附剂上 然后分离废水于吸附剂 污染物被分离除去 离子交换法 废水与固体离子交换剂接触时 离子态污染物能与交换剂上的同号离子等当量地交换 从而使废水中地有害离子被分离出来 待交换剂失效后 经过再生 废水中的离子可以得到浓集 交换剂可以重新使用 萃取法 将不溶于水的溶剂投入污水中 使污水中的溶质溶于溶剂中 然后利用溶剂与水的密度不同 将溶剂分离处理 物理化学处理法电渗析法 让废水通过一组交替排列的阴阳离子交换膜组成的通道 在直流电场的作用下 离子能有选择性地透过不同的膜 浓集于一些通道中 另一些通道地废水得到净化 反渗透法 向废水表面施加巨大压力 使水分子透过半透膜 达到分离和浓缩盐类溶质的目的 超过滤法 利用特殊的半透膜 在压力的推动下 使水溶液中的大分子物质与水分离 化学处理法化学沉淀法向废水中投加化学沉淀剂 使之与溶解态污染物生成难溶的沉淀物 然后再分离除去 混凝法向废水中投加混凝剂 可使污水中的胶体颗粒失去稳定性 凝聚成大颗粒而下沉 化学处理法中和法向废水中投加酸性或碱性物质 中和碱性或酸性废水 将pH值调至无酸 碱危害的范围 氧化还原法向废水中投加氧化剂 或还原剂 使致与污染物发生氧化 还原反应 将其氧化 或还原 成无害的新物质 污水处理流程 污水处理流程的组合应遵循先易后难 先简后繁的 大块垃圾和漂浮物 悬浮固体 胶体物质 溶解性物质 即 物理法 化学法 生物法 污水的水质污水的流量处理的可能性处理的经济性 决定 处理流程 按处理程度划分 一级处理 二级处理 三级处理 一级处理 污水一级处理工艺流程 二级处理 二级处理工艺流程 三级处理 混凝沉淀过滤吸附反渗透电渗析 二级处理 悬浮物BOD氮磷色度硬度 进一步除去 装置 一 除磷1 化学法除磷2 生物法除磷除磷原理 聚磷细菌在厌氧时能释放磷酸盐 PO43 于体外 在好氧时能大量吸收磷酸盐合成自身核酸和ATP 所以可创造厌氧 缺氧和好氧环境 让聚磷菌先在含磷污 废水中厌氧放磷 然后在好氧条件下充分地过量吸磷 尔后通过排泥从污水中除去部分磷 可以达到减少污水中磷含量地目的 第五节废水中氮磷的去除 二 脱氮1 化学法脱氮2 生物法脱氮脱氮首先利用设施内的好氧段 由亚硝化细菌和硝化细菌的硝化作用 将NH3转化为NO3 N 再利用缺氧段经反硝化将NO3 N反硝化还原为氮气N2 溢出水面释放到大气 N2参与自然界物质循环 生物脱氮除磷 污泥的产生 第六节污泥处理 污泥的性质 1 城市污泥含有机质 氮 磷较高 有机质含量大都在30 70 氮3 5 磷1 2 2 城市污泥含钾普遍很低 通常在0 3 0