矿山水污染及其控制.ppt

1 水污染及其防治 环境工程 第四专题 2 水是地球上一切生命赖以生存 也是人类生活和生产中不可缺少的基本物质之一 20世纪以来 由于世界各国工农业的迅速发展 城市人口的剧增 缺水已是当今世界许多国家面临的重大问题 尤其是城市缺水状况越来越加剧 因此水资源问题已成为举世瞩目的重要问题之一 3 4 5 6 7 8 125 本专题主要内容 9 125 1水资源开发利用现状 1 1水资源及其重要作用 1 1 1水资源 定义 通常是指可供人们经常可用的水量 即大陆上有大气降水补给的各种地表 地下淡水体的储存量和动态水量 可供人类直接利用的水资源是十分有限的 10 125 地球上水资源的分布 11 125 12 125 1 1 2水循环 13 125 1 1 3水资源的重要作用 调节气候水磨塑造地球表面的形态水具有物质运输的功能水是一切生物必不可少的物质水是人类生存和生产最基本的物质基础 14 125 1 1 4影响水资源丰缺的主要因素 地理位置 降水是水资源的最主要来源 常以年平均降水量与年平均蒸发量之比 P E 来判断一个地区湿润程度 全球不同纬度地带的P E值相差很大 15 125 水资源分布状况 16 125 地形条件 在同一地区 海拔越高 气温越低 大气湿度越大 降水量越大 土壤和植被 土壤和植被也是影响一个地区水分入渗 蒸发 径流 降水各个循环环节的重要因素 17 125 积极 消极 人类活动对于水资源的影响 兴修水利 拦蓄径流 植树造林 保持水土 跨流域调水 可以改善一个地区的水资源状况 不合理地开发利用水土资源 使植被遭到破坏 土壤受到侵蚀 气候逐年变得干燥 土地荒漠化 生态条件恶化以及过多水体污染排放 必然造成水资源的衰减 18 125 1 2世界水资源的利用状况 19 125 1 2 2世界水资源供给与利用全球水资源总量为47000km3 但在全球分布不均匀 各国相差很大 世界用水量每年以3 5 的速度递增 即每20年左右增长一倍 到2000年 世界总用水量达到6000亿m3 占世界总水量的15 20 125 生活用水量只占总用水量的一小部分 只占河川径流量的7 但随着人类生活水平的提高 生活用水量在不断增长 在工业用水中 主要是能源部门的冷却用水量大 农业用水的耗水量主要是灌溉用水 工业冷却用水 农业生产用水 21 125 1 2 3水危机产生的原因 自然条件的影响 城市与工业区集中发展 水体污染 用水浪费 盲目开发地下水 22 125 1 2 4我国水资源利用的主要问题 水资源人均和亩均水量少 水资源时空分布不均匀 水土资源组合不平衡 水土流失严重 许多河流含沙量大 我国水资源开发利用各地不平衡 23 125 地表水位下降示意图 24 125 由于过量开发地下水 导致上海 天津市都发生了严重的地面下沉 一些沿海城市出现了海水入侵 使地下水含盐量过高 失去饮用价值 25 125 1 3水资源利用与保护 随着人口的增长 城市化 工业化以及灌溉对水需求的日益增加 21世纪将出现用水紧缺问题 在可供淡水有限的情况下 应积极采取措施保护宝贵的资源 一般采用以下几种措施 1 提高水的利用效率 开辟第二水源 2 调节水源流量 增加可靠供水 3 加强水资源管理 4 完善下水道建设 发展城市污水处理厂 26 125 2 1 1水体概念与分类 2水体污染和主要污染物 水体系河流 湖泊 沼泽 水库 地下水 冰川和海洋等 贮水体 的总称 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 从自然地理的角度看 水体是指地表水被覆盖的自然综合体 2 1水体污染 概念 分类 27 125 2 1 2水体污染 概念 水体污染是指排入水体的污染物在数量上超过了该物质在水体中的本底含量和水体的环境容量 从而导致水体的物理特性 化学特性和生物特性发生不良的变化 破坏了水中固有的生态系统 破坏了水体的功能及其在经济发展和人民生活中的作用 28 125 分类 自然污染 人为污染 按产生原因分 如矿石的自然溶解 对水体危害大 搂污染物类型分 化学性污染 物理性污 生物性污染 29 125 2 1 3水质 污染 指标 COD 即化学需氧量 指用化学氧化剂氧化水中有机污染物时所需的氧量 以每升水消耗氧的毫克数表示 BOD 即生物化学需氧量 简称生化需氧量 表示在有氧条件下 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 30 125 TOD 当有机物完全被氧化时 C H N S分别被氧化为CO2 H2O NO和SO2 此时的需氧量称为总需氧量 TOD TOC 表示的是污水中有机污染物的总含碳量 DO 水中氧溶解的量 该指标是水生生物生存的基本条件 一般含量低于4mg L时鱼类就会窒息死亡 31 125 悬浮物 指水中呈固体状的不溶解物质 细菌污染指标 在水处理工程中 对污水进行细菌分析主要用两种指标表示水体被细菌污染的程度 1ml水中细菌 杂菌 的总数与水种大肠菌的多少 水中含有大肠菌 即说明已被污染 有毒物质指标 我国已制定了 地面水中有害物质的最高允许浓度 的指标 列出汞 隔 铅 铬铜 锌 镍 砷 氰化物 氟化物 挥发性酚 石油类 六六六 DDT等40种有毒物质 32 125 2 2水体中的主要污染物 1 无机无毒物无机无毒物主要指排入水体中的酸 碱及一般的无机盐类 其大致可以分为三种类型 一是属于砂粒 矿渣一类的颗粒状的物质 二是酸 碱无机盐类 三则是氮 磷的植物营养物质 33 125 2 无机有毒物这类污染物可分为两类 重金属如Pb Hg Cd Cr等与非金属的无机毒性物质如氰化物 砷 硒等 喝了含砷的地表水而中毒的孩子 34 125 3 有机无毒物有机无毒物主要指需氧有机物 有机污染物排入河流后 主要引起两个方面的影响 一是生态效应 一是溶解氧效应 4 有机有毒物这类物质多属于人工合成的有机物质 往往含量低 毒性大 异构体多 毒性大小差别悬殊 35 125 5 水体中的其他污染物另外的污染物像石油类污染物 还有如火电站和原子能发电站大量的热废水排入水体造成的热污染 原子能反应堆 原子能电站等排泄物又引起水体的放射性污染 36 125 37 125 2 3水体自净作用 1 物理自净 稀释 扩散 挥发 沉淀等 2 化学自净 氧化 还原 吸附 凝聚 中和等 3 生物自净 微生物分解代谢等 水体能够在其环境容量的范围以内 经过水体的物理 化学和生物作用 使排入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 称为水体的自净作用 概念 分类 按作用机理分 38 125 3 1水体中有机物的生物降解有机物在水中的降解主要通过化学氧化 光化学氧化和生物化学氧化来实现 其中生物化学氧化作用具有最重要的意义 3 2水体中重金属的转化重金属化合物在水中不能被微生物降解 只能发生形态间的相互转化及分散和富集过程 这些过程通称重金属迁移 重金属在水体中的迁移主要与沉淀 络合 螯合 吸附和氧化还原等作用有关 3水体中污染物的转化 39 125 3 3水体富营养化 1 富营养化的发生 云南滇池发生蓝藻 水体发生富营养化 40 125 2 富营养化的危害与防治富营养化发生后 将先引起水底有机物消耗速度超过其生长速度 处于腐化污染状态 并逐渐向上层扩展 在严重时可使一部分水体区域完全变为腐化区 这样 由富营养而引起有机体大量生长的结果 倒过来又走向反面 藻类 植物及水生物 鱼类趋于衰亡以至绝迹 这些现象可能周期性地交替出现 破坏生态平衡并且加速湖泊等水域衰亡过程 41 125 42 125 对污染源 水体及处理设施的有效管理 4水污染防治 防 通过有效控制使污染源排放的污染物量降到最小 4 1水污染防治的原则 对污水进行妥善处理 确保在排入水体前达到相关排放标准 治 管 防 治 管 相结合 根本原则 43 125 4 2污水处理技术概述一般废水的处理方法大致可分为物理法 化学法 物理化学法以及生物法四大类 4 2 1物理处理法是利用物理作用 将废水中的悬浮物 油类 可溶性盐以及其他固体质分离出来 从而保护后续处理设施能正常运行 降低其他处理设施的处理负荷 44 125 调节 在废水治理装置之前设置调节池 用来调节废水的水质 水量和温度等 使之均衡地流入处理装置 如将酸性废水和碱性废水在调节池内进行混合 同时还可以达到调节PH值的目的 使废水得到中和 45 125 沉淀 水中悬浮颗粒的去除 可通过颗粒和水的密度差 在重力作用下进行分离 密度大于水的颗粒将下沉 小于水的则上浮 沉淀法一般只适于去除20 100um以上的颗粒 与颗粒的性质和比重有关 46 125 过滤 以具有孔隙的粒状滤料层 如石英砂等 截留水中的杂质从而使水获得澄清的工艺过程 离心分离 利用高速旋转所产生的离心力 使废水中的悬浮颗粒进行分离 用于水处理中的离心分离设备有 离心机 水力旋流器及旋流池等 47 125 48 125 4 2 2化学处理法 原理 向废水中投加某种化学物质 利用化学反应来分离 回收废水中的某些污染物质 或使其转化为无害的物质 处理对象 废水中的无机或难以生物降解的有机溶解物质或胶体物质 主要方法 化学混凝法 中和法 化学沉淀法和氧化还原法等 49 125 4 2 2化学处理法 中和法对酸性废水中和处理的方法 酸性废水和碱性废水混合 投药中和 过滤中和 对碱性废水中和处理的方法 鼓入烟道气 注入压缩二氧化碳气体 投入酸或酸性废水等 50 125 化学混凝 处理对象 主要是水中的微小悬浮物和胶体杂质 混凝剂种类 无机混凝剂 铝盐 如硫酸铝 明矾 聚合氯化铝等铁盐 硫酸铁 硫酸亚铁 三氯化铁等有机混凝剂 人工合成的混凝剂与天然高分子物质 如甲壳素等 混凝沉淀处理流程 投药 混合 反应 沉淀分离 51 125 化学沉淀 原理 向废水中投加某些化学药剂 使其与废水中的污染物发生化学反应 形成难溶的沉淀物 工艺流程和设备 与化学混凝法相类似 包括 A 化学药剂 沉淀剂 的配制和投加设备 B 混合 反应设备 C 使沉淀物与水分离的设备 如沉淀池 浮上池等 52 125 氧化还原 原理 通过氧化还原反应 将废水中的污染物质转变为无毒无害 如CO2 H2O等 或微毒的新物质 分类 还原处理法 废水中的有毒污染物处于氧化型 用还原剂将其转变为无毒物质的方法 氧化处理法 废水中的有毒污染物处于还原型 用氧化剂将其转变为无毒物质的方法 53 125 3 物理化学处理法 吸附吸附法是利用多孔固体物质作为吸附剂 以吸附剂的表面吸附废水中的某种污染物的方法 离子交换利用离子交换剂的可交换离子与水相中离子进行当量交换的过程称为离子交换 也叫离子交换反应 提供离子交换的物质叫离子交换剂 54 125 电渗析电渗析最初发展于海水淡化 这对去除废水中的无机营养物 磷 氮 是很有前途的一种方法 而在废水处理流程中可以作为最后一个步骤 反渗透反渗透技术主要用来分离水中的分子态或离子态溶解物质 它是利用某种特殊的半透膜具有能渗析水而溶质被阻留的特性来进行工作的 55 125 超过滤超过滤法简称超滤法 它是与反渗透法很相似的一种膜分离技术 它同样是利用半渗透膜的选择透过性质 在一定的压力条件下 使水可以通过半渗透膜 而胶体 微小颗粒等不能通过 从而达到分离或浓缩的目的 56 125 萃取 液 液 法将不溶于水的溶剂投入污水之中 使污水中的溶质溶于溶剂中 然后利用溶于水的密度差 将溶剂分离出来 再利用溶剂于溶质的沸点差 将溶质蒸馏回收 再生后的溶剂可循环使用 常采用的萃取设备有脉冲筛板塔 离心萃取机等 57 125 4 生物处理法 58 125 a 活性污泥法 能除去可生物降解有机物以及能被活性污泥吸附的悬浮固体和其他一些物质 部分无机盐类 处理城市生活污水最广泛使用的方法 59 125 60 125 61 125 b 生物膜法 原理 微生物附着介质 滤料 表面上 形成生物膜 污水同生物膜接触后 溶解有机污染物被微生物吸附转化为H2O CO2 NH3和微生物细胞质 污水得到净化 所需氧气一般直接来自大气 应用 主要用于从废水中去除溶解性有机污染物 是一种被广泛采用的生物处理方法 主要设施 生物滤池 生物转盘和生物接触氧化池 生物滤池有间歇生物滤池 普通 单层 生物滤池 塔式 多层 生物滤池等多种型式 生物膜的基本结构和污染物降解过程 62 125 63 125 64 125 c 厌氧生物处理 好氧生物处理法是在有氧条件下 由好氧微生物降解废水中有机污染物质得处理方法 污泥及某些工业废水 其有机物含量大大高于城市污水 是不宜直接采用好氧法处理的 一般须进行厌氧处理 即在无氧条件下 借兼性菌和厌氧菌降解有机污染物 分解的主要产物是以甲烷为主的沼气 我国农村推广的沼气池 也是利用厌氧处理的原理 以粪便 草禾茎秆等作为原料抽取沼气 并提高肥效的一种方法 65 125 1 进水2 第一厌氧反应室集气罩3 沼气提升管4 气液分离器5 沼气导管6 回流管7 第二厌氧反应室集气罩8 集气管9 沉淀区10 出水管11 气封 66 125 d 组合工艺处理法 处理某一种特定的废水 有效的措施是能够尽量克服上述处理方法的限制 这就要求开发一种能够充分利用各自优势并符合特定水质特征的经济可行的组合工艺 近年来 多项单元技术的优化组合技术处理难降解有机废水的研究十分活跃 a 厌氧 表氧 好氧生物处理系统 b 化学氧化 生物组合技术 67 125 5 污水生态处理 A 人工湿地污水处理系统人工湿地是一种由人工建造和监督控制的 与沼泽地类似的地面 湿地能净化污水 是自然环境中自净能力很强的区域之一 它利用自然生态系统中的物理 化学和生物的三重协同作用 通过过滤 吸附 共沉 离子交换 植物吸收和微生物分解来实现对污水的高效净化 68 125 B 土地渗滤 土地渗滤也叫土壤含水层处理 它使水源水通过堤岸过滤或沙丘渗滤以利用土壤中生长的大量微生物对水中污染物质进行降解去除以净化水质的方法 土地渗滤 69 125 3 生物塘 生物塘系统由需氧层 污泥层和厌氧层组成 系统表面裸露 厌氧层由压实的土壤构成 底部是深厌氧层 中间是污泥层 最上部是由需氧菌和藻类构进水成的需氧层 生物塘 70 125 三 废水处理流程 1 废水的三级处理按照处理程度 废水处理可分为三级 一级处理 去除漂浮物 悬浮物和其他固体物 调节PH值 减轻废水的腐化和后续处理工艺的负荷 一般作为多级处理系统的预处理 71 125 预处理 72 125 去除废水中的悬浮物 有机污染物和部分金属污染物 二级处理的主体工艺是生物处理 一般通过二级处理后 废水中的BOD5可去除80 90 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 二级处理 73 125 二级处理系统 74 125 又称深度处理 它是将二级处理未能去除的部分污染物进一步净化处理 常用超滤 活性炭吸附 离子交换 电渗析等方法 经三级处理后的水质能达到饮用水标准 三级处理 75 125 76 125 77 125 制药废水处理工艺流程 78 125 垃圾渗滤液污水处理 79 125 80 125 造纸工业废水处理 81 125 5 1水污染综合防治的必要性和迫切性一是水资源紧缺 供需不平衡的矛盾突出 而水环境污染严重使这一矛盾更加突出 迫切需要解决 二是以点源治理为基础的排污口净化处理 不能有效地解决水污染问题 必须从区域或水系的整体出发进行水污染综合防治 由点源治理的尾部控制过渡到源头控制 才能从根本上控制水污染 5水污染综合防治 82 125 5 2水污染综合防治的基本原则转变经济增长方式 提高资源利用率与水污染治理相结合合理利用环境的自净能力与人为措施相结合污染源分散治理与区域污染集中控制相结合生态工程与环境工程相结合技术措施要与管理措施相结合 83 125 5 3水体污染综合防治的主要对策 水环境功能分区是进行水污染综合防治的依据制定水污染综合防治规划实行排污许可证制度 对主要污染源逐步由浓度向总量控制过渡乡镇企业的水污染综合防治对策 84 125 中国近海海域分为四大海区 渤海 黄海 东海和南海 总面积达470多万km2 其中渤海 黄海 东海面积为123万km2 南海为350万km2 它们南北相连 全国海域共有岛屿6500多个 大陆岸线约1 8万km 岛屿岸线长约1 4万km 6海洋环境保护简介 85 125 6 1我国近岸海域的环境状况 6 1 1我国海洋环境污染现状近海岸海域水体污染严重 局部海域环境质量仍呈恶化趋势 总之 我国近海海域环境质量总体上未见好转 主要污染指标是无机氮 活性磷酸盐与重金属 按 海水水质标准 GB3097 1997 重大污染事件以赤潮为最 其次为溢油 86 125 据统计 1995年8月至2001年 黄渤海海域共发现赤潮58起 其中渤海46起 黄海12起 累计灾害面积近30 000平方公里 87 125 赤潮区在我国的分布 88 125 89 125 90 125 2 全国近岸海域重点海湾水质状况 全国近岸海域重点海湾水质状况 91 125 全国四大海区水质综合评价结果 92 125 3 海洋环境污染与破坏的原因分析 1 排污量不断增长 海洋纳污能力有限制 2 以工业污染物为控制对象 收效不大 3 没有以生态理论为指导制定综合防治对策 93 125 4 海洋环境污染与生态破坏的危害 1 海洋环境污染的危害 近海环境污染对水产资源产生不良影响 海域环境污染对影响人体健康 海洋环境污染对影响旅游资源 赤潮 溢油等海洋污染事件的危害 94 125 2 海域生态破坏的损害 捕捞过度 导致渔业资源衰退 滩涂不合理开发及乱砍滥伐红树林造成的不良后果 95 125 红树林是什么 红树林是生长在热带 亚热带海滨河口软泥地之树林或灌丛 台湾原有红茄冬 细蕊红树 水笔仔 五梨跤 海茄冬和榄李六种红树林植物 如今前两种已经绝迹 其余则零星分布在西海岸 见下图 96 125 6 2海洋环境保护综合防治对策及海洋环境管理 6 2 1综合防治对策基本原则 1 以经济建设为中心 坚持可持续发展战略 2 以生态理论为指导 3 以防为主 坚持源头控制原则 4 合理利用海洋环境自净能力 与人为措施相结合 5 按功能区实行总量控制与海域环境浓度控制结合 6 全面规划 突出重点 系统分析 整体优化 7 技术措施与管理措施相结合 97 125 主要内容 1 海洋环境调查评价 2 近岸海域环境功能区划 3 海域环境保护战略目标及总量控制目标 4 海洋污染防治对策 5 海洋生态环境保护对策 98 125 6 2 1我国近岸海域环境功能区划简况 按照海水用途 海水水质要求分为3类 第一类适用于保护海洋生物资源和人类的安全利用 包括盐场 食品加工 海水淡化 渔业和海洋养殖等用水 以及海洋自然保护区 在环境功能区划中这是重点 或特别 保护区 第二类适用于海水浴场及风景游览区 第三类适用于一般工业水 港口水域和海洋开发作业区 99 125 6 2 3海洋环境保护战略目标及总量控制目标 海洋环境保护战略目标 1 依据 国家提出的关于可持续发展和环境保护的战略目标 经济快速发展和人民生活水平提高对海洋环境质量的要求 技术经济发展的现实水平 长远目标 维持海洋生态平衡和海洋资源永续利用 100 125 海洋环境总量控制目标 1 确定总量控制目标的指标体系根据 九五 期间全国主要污染物排放总量控制计划 确定控制8种废水污染物 化学耗氧量 COD 石油类 氰化物 砷 汞 铅 镉 六价铬 国家环境保护 九五 计划和2010年远景目标 中确定 101 125 6 2 4海洋环境污染防治对策 1 合理调整产业结构及工业结构 2 改善工业布局 优化排污口分布 3 按海洋环境功能进行总量控制 4 采取有力措施防止事故性油污染及面源污染 102 125 6 2 5海洋生态环境保护对策内容 保护海洋生物多样性 强化海洋生物资源管理 防止海洋生态环境退化 改善生态环境 维护海洋生态平衡 保证海洋资源永续利用 实现海洋资源可持续发展 103 125 1 海洋生态环境保护现状 已建立的各种类型的海洋自然保护区40个 总面积1 29 104km2 其中包括海湾保护区 海岛保护区 河口海岸保护区 珊瑚礁保护区 红树林保护区 海洋自然遗迹保护区 海草床保护区和湿地保护区等 104 125 2 海洋生物多样性保护 国家环境保护 九五 计划和2010年远景目标 已列入的重点保护领域有 保护沿海红树林 保护珊瑚礁 加强海洋自然保护区建设 105 125 3 强化海洋生物资源管理 4 建立海洋生态示范区及可持续开发实验区建立渤海生态示范区和其他重要海湾的可持续综合开发实验区 在南鹿列岛自然保护区内开展保护与开发协调发展实验 建设人与生物圈保护区 106 125 6 2 6海洋环境管理 1 含义 海洋环境管理是运用海洋环境科学和环境管理学的理论和方法 通过战略协调 规划协调和政策协调 促进海洋经济与海洋环境协调发展 运用法律 经济 技术 行政和教育手段 限制或禁止人们损害海洋环境质量的活动 达到维护海洋生态平衡和海洋资源永续利用 实现海洋经济可持续发展的目的 107 125 2 海洋环境管理的主要内容 按宏观与微观来分析可分为 宏观海洋环境管理 如制定和实施海洋环境保护战略 微观海洋环境管理 如海洋石油开发环境管理 海洋船舶环境管理 108 125 按照范围来划分 a 海洋区域环境管理 如渤海湾环境管理 大连湾环境管理 b 海洋行业环境管理 如海洋交通运输环境管理 海洋养殖业环境管理 海洋旅游业环境管理 c 海洋资源 生态 环境管理 如海洋资源开发环境管理 海洋自然保护区管理等 109 125 按性质来划分 a 海洋环境规划管理 如制定海洋环境规划 编制旱烟后环保年度计划 以及制定海洋环境规划技术大纲等 b 海洋环境质量管理 包括为维护各类海洋环境功能区的环境目标值所进行的一切管理工作 c 海洋环境技术管理 如制定海洋环境技术政策 实施有利于保护海洋环境的清洁生产技术等 110 125 3 海洋环境监督管理的重点 沿海工业布局的监督 新污染源的控制与监督 控制老污染源的监督 对危险废物及有毒化学品的处理 使用 运输进行严格监督 对海洋生物多样性保护进行监督 对海洋资源开发利用与保护进行监督 对海洋自然保护区的建设与管理进行监督 111 125 4 进一步加强海洋环境监视及监测 建设全国海洋环境监测网络建设和完善3个海区国家级渔业环境监测站 加强对经济水产生物的质量监测 建设和配套30个重要渔业水域环境监测站 建立大连 青岛 上海 广州海洋污染监视示范区 利用飞机 船艇和遥感技术 形成全天侯立体监视能力 112 125 建设海域生态监测网络和各种类型的生态监测站 建设国家海洋病毒检测中心 开展近海传染病毒 生物污染 监测 建立国家赤潮预防中心和赤潮监视网 113 125 5 加强海洋自然保护区管理 中国海域跨温带 亚热带和热带等3个温度带 沿岸有1500多条大 中河流入海 形成海岸滩涂生态系统 河口湾生态系统 海岸湿地生态系统 红树林生态系统 珊瑚礁生态系统 海岛生态系统等6大生态系统 且具有闻名于世的海洋珍稀动物 114 125 现有海