环境工程概论4-污染防治

第四章,环境污染防治技术,一、天然水在环境中的循环,第一节水污染与控制,1、水的循环,海洋水量平衡式：P+R=E、P=E-R陆地水量平衡式：P=E+R其中：P降水量E蒸发量R径流量海洋与陆地水通过径流达到平衡,2、水量平衡,（1）悬浮物质：细菌、病毒、藻类、泥沙、粘土（2）胶体物质：硅、铝、铁的水合氧化物，腐殖质（3）溶解物质：O2、CO2、N2、H2S、CaCl2、MgCl2、NaCl、CO32-、SO42-及可溶性有机物,3、天然水体的组成,二、水体污染源和污染物,1、水体污染指排入水体的污染物使该物质在水体中的含量超过了水体的本底含量和水体的自净能力，从而破坏了水体原有的用途。,2、水体污染源,点源,面源,（1）物理性污染物,热污染温度超过60的工业废水排入水体,破坏水体的生态系统,降低水资源的利用价值,3、污染物种类,热污染使鱼死亡,悬浮物质,可沉固体沉积于河底，造成底泥积累与腐化，使水质恶化,浊度增加，透光度减弱,堵塞鱼鳃，导致鱼类窒息死亡,放射性物质,天然水体中本底值,人工放射性污染：采矿、核试验、核应用、核事故,（2）化学性污染物,无机无毒污染物酸、碱无机盐类,无机有毒污染物重金属类：Hg、Cd、Cr、Pb、As等非金属类：CN-、F-、NO2-等,有机无毒污染物需氧有机物,有机有毒污染物,多氯联苯PCB：以聚集在脂肪组织、肝、脑中农药：难降解、易生物富集、三致效应酚类：头昏、贫血、神经系统症状,没有毒性，进入水体后在微生物作用下最终可分解成简单物质,各种细菌、病毒和寄生虫等各类污染物引起的污染,（3）微生物污染物,（4）植物营养物质污染物,N、P、K、S及其他化合物富营养化,4、水体污染物测定指标,化学需氧量(COD)指用化学氧化剂氧化水中有机污染物时所需的氧量(mg/L),有机物测定指标,生化需氧量(BOD)指在好氧条件下，微生物分解水中有机物质的生物化学过程中所需溶解氧的量(mg/L)，常用BOD5表示。,总有机碳(TOC)指水中全部有机物中的碳含量(mg/L),总氮(TN)指水中有机和无机氮的总和(mg/L),溶解氧(DO)指溶解水中的分子氧(mg/L),三、水体自净和水环境容量,1、水体自净水体受到污染后，通过物理、化学、生物等因素的作用，污染物的浓度和毒性逐渐降低，经过一段时间，恢复到受染以前状态的自然过程。,物理自净通过污染物在水体中的混合、稀释、扩散、挥发、沉淀等作用使水体得到一定程度净化的过程,化学自净水体中污染物通过氧化、还原、中和、吸附、凝聚等反应，浓度降低的过程,生物化学自净进入水体的污染物，经过水生生物的吸收、降解作用，浓度降低或转变为无害物质的过程,2、水环境容量在满足水环境质量标准的条件下，水体所能接纳的最大允许污染物负荷量,四、水体污染的防治与管理,（一）水污染防治的根本原则,防,对污染源的控制通过有效控制使污染源排放的污染物减到最少量,治,对废水进行处理，以达到国家或地方的排放标准。,管,对污染源，水体及处理设施的管理，法律、法规的健全,1、水质标准地表水环境质量标准地下水质量标准污水综合排放标准生活饮用水卫生标准其它水质标准,(1)地表水环境质量标准保护地面水体免受污染。适用于江、河、湖泊、水库等具有使用功能的地面水域。地表水环境质量标准（GB3838-2002）类主要适用于源头水、国家自然保护区；类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、仔稚幼鱼的索饵场等；类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、泅游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区；类主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区；类主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。,(2)地下水质量标准地下水质量标准（GB/T14848-93）,(3)污水综合排放标准污水综合排放标准（GB89781996）第一类污染物指能在环境或动植物体内蓄积，对人体健康产生长远不良影响者。如标准中规定了汞、烷基苯、镉、铬、砷、铅、镍、苯并苾在水中的最高容许浓度；第二类污染物指其长远影响小于1类污染物质，其允许排放浓度可放宽，在排污单位排放口采样检测，两类采样的最高允许排放浓度都必须达到其标准要求。一级标准（重点保护水域）、二级标准（一般保护水域）、三级标准（排入城镇下水道并进入二级污水处理厂的污水）、不得新建排污口。,(4)生活饮用水卫生标准1GB5749-852我国新的生活饮用水卫生规范（GBT5750-2001）,(5)其它水质标准用水水质标准：如工业用水水质标准、渔业水域水质标准、游泳用水水质标准、农田灌溉水质标准等。行业排放标准：如石油炼制工业、制革工业、医院污水、造纸工业、钢铁工业、纺织染整工业、肉类加工工业、合成氨工业。,预防为主，防治结合,严格控制工业污染源,2、水环境污染防治措施,革新工艺，减少水量循环回用，一水多用综合利用，化害为利,3、水环境污染管理措施,建立管理机构，负责制定水环境保护政策、法规、标准和制度,水环境质量标准水污染物控制标准,编制各种水资源保护和利用的总体规划,实行用水收费和排污收费制度,强化各地的水污染监测,（1）按处理方法的原理进行分类,物理法利用物理作用来分离废水中的悬浮物或乳浊物。常见的有：格栅、筛滤、离心、澄清、过滤、隔油等方法。,化学法利用化学反应的作用来去除废水中的溶解物质或胶体物质。常见的有：中和、沉淀、氧化还原、催化氧化、光催化氧化、微电解、电解絮凝、焚烧等方法。,4、水污染控制的基本方法,物理化学法利用物理化学作用来去除废水中溶解物质或胶体物质。常见的有：混凝、浮选、吸附、离子交换、膜分离、萃取、汽提、吹脱、蒸发、结晶等方法。,生物处理法利用微生物代谢作用，使废水中的有机污染物和无机微生物营养物转化为稳定、无害的物质，一般分厌氧和好氧两类。,（2）按处理程度分点源污染控制,废水的一级处理,废水的二级处理,废水的三级处理,方式：物理处理，如沉降、砂滤、气浮等。,目的：主要去除废水中的漂浮物及部分悬浮状污染物，以减轻水质的腐化程度和后续处理工艺负荷。,方式：以生物处理为主要手段，如活性污泥法、生物膜法等。,方式：根据用户对水质的要求，建立不同的处理工艺组合，常采用化学处理方法，如中和、化学沉淀、氧化还原等。,目的：去除废水中呈可溶态、胶态的有机污染物及部分氮、磷元素。,目的：去除氮、磷、重金属、病原微生物及其他有毒物质，达到废水的回用。,1、解决水资源不足的主要途径,（1）调整用水方式，提高水的利用率，最大限度地节约用水,远距离、跨区域调水，以丰补缺，改变水资源分布不均的自然状况,沿海城市采用海水淡化的方法,城市污水的资源化,（2）寻找新的可利用资源,工业耗水量大，国内加工吨油的水消耗量是国外的近5倍，钢铁是国外的4-5倍，啤酒是国外的2-6倍，发电是国外的2倍，造纸是国外的22.5倍；工业水的重复利用率低，一般只有30，德国高达64，日本为60,五、中水回用及资源化,2、城市污水回用的定义,城市污水回用就是将城市居民生活及生产中使用过的水经过处理后回用。一种是将污水处理到可饮用的程度，而另一种则是将污水处理到非饮用水程度。,投资较高、工艺复杂，非特缺水地区一般不常采用,中水回用,1968年，南非托管区纳米比亚首都温德霍克建成和投产运行了污水再生饮用水工厂,3、中水概念,中水就是将人们在生活和生产中用过的优质杂排水(不含粪便和厨房排水)以及生活污(废)水经集流再生处理后达到一定标准、可在一定范围内重复使用的非饮用杂用水，可用作地面冲洗、浇花、洗车、空调冷却、冲洗便器、消防等不与人体直接接触的杂用水及可接受其水质的其他用水。,因其水质指标低于城市给水中饮用水水质标准，但又高于污水允许排入地面水体排放标准，亦即其水质居于生活饮用水水质和允许排放污水水质标准之间，故取名为“中水”。,美国加州的统计数据显示，全部回用水总量中，约32%用于农业灌溉，27%用于回灌地下水，17%用于绿化灌溉，7%用于工业生产，3%用于补充地表径流、营造湿地和休闲娱乐水面等景观生态用水，1%用于屏蔽海水入侵，其余13%用于城镇公共建筑和居民家庭的多种非饮用用途，包括冲厕、洗车、街道清洗、建筑物的卫生保洁、非食品和非饮食用具的洗涤等等,第二节大气污染与控制,一、大气的组成与结构,1、大气的组成,大气层,对流层平流层中间层热层（电离层，暖层）散逸层,（1962年WHO根据大气温度垂直变化）,大气圈地球引力作用下而旋转的大气层,2、大气的结构,大气的垂直分层：5km以下质量的50%；10km以下集中75%；30km以下集中90%；50km以下集中99.9%,（1）对流层温度分布特点是下高上低，随高度增加而降低，高度每增加l00m，气温约下降0.65；大气对流运动强烈，气象条件复杂，云、雨。雾、雪等主要气象都发生在这一层；对流层的平均厚度约为12km，随纬度和季节不同而略有差异，它的厚度是从赤道向两极减小的；集中了占大气总质量75的空气和90的水蒸气量；受地面活动和人为活动影响最为显著。,（2）平流层对流层层顶之上到55km处的大气为平流层。存在臭氧层（2225km）温度变化（界限约35km）：3035km为同温层（气温-550C左右）3555km为逆温层（气温可升至-30C左右）平流层内气流主要平流运动为主，大气层较稳定；水汽和尘埃含量很少，云也很少，大气的透明度好；极少出现云、雨、风暴等天气；进入平流层中的污染物，由于在大气层中扩散速度缓慢，污染物在此层停留时间较长，有时可达数年之久。,（3）中间层平流层顶55-85km高处的大气为中间层。无臭氧组分，气温随高度的增加而迅速降低(顶界温度约为-1000C，为大气的最低温度）.大气对流运动强烈。,（4）热层（中间层顶到约800km）该层的下部基本上是由分子氮所组成，而上部是由原子氧所组成；气温的分布是随高度的增加而迅速升高；空气十分稀薄，在太阳紫外线和宇宙射线下，部分氮和氧分子离解为具有很高能量的原子大气处于高度电离状态,具有导电性，能反射无线电波,（5）散逸层高度800km以上的大气层大气极其稀薄，几乎全部电离；大气气温很高，并随高度增加而升高；空气粒子高速运动，可以摆脱地球引力而散逸到太空中。,大气的垂直分层,对流旺盛近地面，纬度不同厚度变；高度增来温度减，只因热源是地面；天气复杂且多变，风云雨雪较常见,气温初稳后升热只因层中臭氧多水平流动天气好高空飞行很适合,电离层能反射无线电波，对无线电通讯有重要作用,二、大气污染,（一）大气污染源,1、大气污染定义,大气污染是指进入大气层的污染物的浓度超过环境所能允许的极限，改变正常大气的组成，破坏其物理、化学和生态平衡体系，使大气质量恶化，从而危害人类生活、生产、健康，损害自然资源，给正常的工农业带来不良后果的大气状况。,2、大气污染成因,自然因素,人为因素,（1）按照与污染源的关系一次污染物与二次污染物污染源直接排入大气未发生性质改变的污染物称为一次污染物；一次污染物之间或一次污染物和大气原有组分发生化学反应及在太阳紫外线的作用下发生光学反应生成的新的污染物称为二次污染物。,3、大气污染物的分类,光化学烟雾,颗粒污染物物粉尘（灰尘、尘埃）烟（烟尘）雾（雾尘）烟雾,（2）按存在状态分颗粒污染物（气溶胶污染物）、气态污染物,我国环境空气质量标准中，根据粉尘颗粒的大小，将其分为：总悬浮颗粒物（TSP）：指能悬浮在空气中，空气动力学当量直径100m的颗粒物。可吸入颗粒物（PM10）：指能悬浮在空气中，空气动力学当量直径10m的颗粒物。,气态污染物,三、大气中污染物的扩散和输送,（一）影响大气污染扩散的气象因素1、风和湍流：风大气在水平方向的运动大气湍流大气短时间的、三维的无规则运动：热力湍流与机械湍流,2、大气稳定度和温度层结,3、逆温,（二）影响大气扩散的地理因素,建筑物对气流的影响,1、地形和地物的影响,2、局地环流,山谷风,海陆风,城市热岛效应,四、大气污染综合治理,合理利用环境自净作用的技术措施,绿化造林各类绿地保持合理比例不断改善城市植物群落的结构和组成,调整工业结构和布局,选择有利污染物扩散的排放方式：高烟囱排放和集合式烟囱排放,控制或减少污染物排放的技术途径,集中供热,改革能源结构发展城市燃气、推广天然气选用低硫燃料、开发和利用核能、地热能、太阳能、风能等无污染或少污染能源,改革工艺设备、改善燃烧过程,加强大气环境质量管理,大气污染气象预报及大气污染预报,强化对大气污染源的监控,实施城市环境质量的周报或日报,制定大气质量控制标准,五、主要大气污染物控制技术,2、湿式除尘器,（一）颗粒污染物治理技术（除尘技术）,重力沉降室惯性除尘器旋风除尘器,1、机械式除尘器：,4、静电除尘,内部过滤外部过滤,3、过滤式除尘器,（二）气态污染物治理技术,燃烧法吸收法吸附法冷凝法催化转化法,依据气态污染物的化学和物理性质，采用不同的治理。,一般净化方法,燃烧过程固硫,燃料脱硫煤炭的固态加工煤的气化和液化重油脱硫,二氧化硫治理技术,烟气脱硫,干法（10%）：喷钙、活性碳吸附、接触氧化,湿干法（10%）：喷雾干燥法,湿法（83%）:石灰石/石灰法、钠碱法、氨法,1、固体废物的概念,第三节固体废弃物的处理与处置,一、概述,中华人民共和国固体废物污染环境防治法规定：固体废物，指在生产建设、日常生活和其它活动中产生的污染环境的固态、半固态废弃物质。它主要包括工业固体废物、农业固体废物、城市生活垃圾和废水处理污泥等。,2、固体废物的分类与来源,1、工业固体废物,2、城市固体废物（城市垃圾）,生活垃圾,城建渣土,粪便,3、危险废物（有害废物）,中华人民共和国固体废物污染环境防治法分类,1、固体废物处理与处置,处置是指最终处置（finaldisposal)，是固体废物污染控制的末端环节。,处理（treatment)是指将固体废物转变成适于运输、利用、贮存或最终处置的过程。,三、固体废物的处理原则,2、固体废物处理、处置和利用原则,1996年4月1日起我国施行中华人民共和国固体废物污染环境防治法确立了固体废物污染防治的“三化”原则：,无害化减量化资源化,（一）预处理技术,四、固体废物处理技术,压实技术,破碎技术,分选技术,脱水和干燥技术,（二）资源化处理技术,1、热化学处理：,焚烧：回收热能,热解：获得有用燃料,湿式氧化,2、生物处理：,好氧生物转化堆肥化,厌氧生物转化沼气化,废纤维素糖化,生物淋滤,五、固体废物最终处置方法,1、海洋处置,海洋倾倒,远洋焚烧,2、陆地处置,土地耕作,深井灌注,土地填埋：卫生填埋与安全填埋,优点投资少简单易行可恢复开挖坑地貌,缺点无回收资源处置不当会发生滤液下渗污染地下水，污染周围土壤有潜在性危害,城镇垃圾填埋（卫生填埋）,英国的垃圾填埋率为90%，意大利74%，美国为67%，法国为45%，德国为46%,青岛垃圾填埋场,长沙固废处理中心,垃圾焚烧（我国垃圾焚烧比例不到1%）,缺点成本高造成大气污染,优点减少容积：焚烧后的残渣体积减少90%以上，重量减少80%以上去除毒性、灭菌回收热能发电,日本为72%，丹麦为70%，瑞士为74%,第四节土壤污染修复,目前，我国土壤中的有机质含量严重下降，全国耕地有机质含量平均已降到1，明显低于欧美国家2.54的水平。我国的土地污染尤其是耕地污染越来越严重。目前全国受污染的耕地约有1.5亿亩，污水灌溉污染耕地3250万亩，固体废弃物堆存占地和毁田200万亩，合计约占中国耕地总面积的1/10以上。多年来，工业“三废”的无序排放和污水灌溉面积的急剧扩大，导致我国重金属污染面积超过3万亩。,拿什么拯救被污染的土壤?,1、土壤污染人类活动产生的污染物进入到土壤并累积到一定程度，引起土壤质量恶化的现象。,一、概述,土壤被污染的程度主要决定于进入土壤的污染物的数量、强度和土壤自身的净化能力。当进入量超过净化力，就将导致土壤污染。,2、土壤污染物,（3）放射污物质：锶90、铯137,（1）化学污物质有机污染物无机污染物,（4）生物污染物：外源性有害生物种群,（2）物理污物质:固体废弃物,（1）工业污染源,污水污染型占我国80的土壤污染面积特点：沿河流或干支渠呈树枝状分布,大气污染型特点：以大气污染物为中心呈环状、扇形、椭圆形或条带状分布,固体废物污染型特点：点源性污染,3、土壤污染源,（2）农业污染源,（3）生物污染物,过量堆积或施用未经处理的禽畜粪便化肥、农药、重金属、氮磷营养化污染物,城镇垃圾卫生设施排放的废水、废物等,（1）隐蔽性和潜伏性,4、土壤污染的特点,（3）不可逆性和长期性,（2）累积性,（4）难治理,二、土壤污染的防治,预防为主，防治结合,（1）科学进行污水灌溉,（2）安全合理地使用现有农药，发展高效、低毒、低残留的化学农药，加强生物防治，并推广无公害农药,（3）合理施用化肥、增施有机肥,（4）对粪便、垃圾和生活污水进行无害化处理,预防：,（1）改变耕作制度,DDT和六六六在旱田中降解速度慢，积累明显，残留量大。改水田后DDT降解加快，仅1年左右土壤中残留的DDT已基本消失。所以实行水旱轮作，是减轻或消除农药污染的有效措施。,（2）物理改良法：换土、排土、淋洗,被重金属与难分解的农药严重污染的土壤在面积不大的情况下，可采用换土法，这是目前彻底清除土壤污染的最有效手段。,修复：,（4）生物修复法,种植抗性植物或对重金属具有富集作用的植物；利用微生物降解转化有机污染物，恢复土壤活性；利用土壤动物改良土壤，如蚯蚓。,（3）化学修复法,通过化学方法除去土壤中的有毒有害污染物。,第五节物理性污染防治技术,（一）概述,一、噪声污染控制,1、噪声定义,广义上来讲，对人体有害和不需要的声音叫噪声,从物理现象判断，一切无规律的或随机的声信号叫噪声。,2、噪声的特点,噪声是一种物理性污染:噪声产生的污染没有后效作用，声源停止，噪声消失，无积累现象，不留痕迹。但噪声对人听力造成的损失是有累积性的。,污染的分散性和局限性：噪声的分布广泛而分散，噪声污染的影响范围是有限的，传播不远。,噪声是一种感觉污染。,3、噪声的来源,1、交通噪声,4、社会生活噪声,2、工业噪声,3、施工噪声,对人体生理的影响听觉疲劳（暂时性阈移）与听力损失（永久性听阈偏移）间接反应：头痛、脑胀、昏晕、耳鸣、多梦、失眠、嗜睡、心慌、记忆力衰退、全身乏力、食欲不振、恶心、消瘦、体质减弱,4、噪声污染的危害,对人体心理的影响：使人烦躁、精力不集中，妨碍睡眠和休息,对生产活动的影响：喷气式飞机产生的噪声能够将附近建筑物的窗户玻璃震碎，噪声导致工作设备“疲劳”以至断裂等,（二）噪声控制技术,只有当噪声源、传播途径、接受者三要素同时存在，噪声才构成对环境的污染和对人的危害。因此控制噪声须从三方面着手:,（1）降低噪声源噪声：控制噪声最积极的办法,1、噪声控制方法,应用新材料、改进机械设备的结构,改革工艺和操作方法,提高零部件加工精度和装配质量,（2）传播路径上降低噪声,耳塞耳罩防声棉防声帽盔,（3）噪声个人防护,二电磁辐射污染,1、天然污染源大气与空气污染源太阳电磁场源宇宙电磁场源,（一）电磁辐射的来源,2、人为污染源脉冲放电工频交变射频辐射,家电黑名单,电视、电脑、日光灯、微波炉、电磁炉、手机、空调、吹风机、电烤箱、收音机等,电热褥、无绳电话、吸尘器、电子表、空气清洁器等,1、空间辐射,（二）电磁辐射的传播途径,2、导线传播,3、复合传播,1、对工业干扰,（三）电磁污染的危害,2、引燃引爆,3、危害人体健康,1、区域控制及绿化加强城市规划管理，实行区域控制,（四）电磁污染的防治,3、吸收防护,2、电磁屏蔽被动屏蔽主动屏蔽,4、个人防护,三放射性污染,(一)放射性基本概念,1、某些元素的原子通过核衰变自发地放出或射线(有时还放出射线)的性质，称为放射性。,1896年，法国物理学家贝克勒尔在研究铀盐的实验中，首先发现了铀原子核的天然放射性。在进一步研究中，他发现铀盐所放出的这种射线能使空气电离，也可以穿透黑纸使照相底片感光。他还发现，外界压强和温度等因素的变化不会对实验产生任何影响。贝克勒尔的这一发现意义深远，它使人们对物质的微观结构有了更新的认识，并由此打开了原子核物理学的大门。,1898年，居里夫妇又发现了放射性更强的钋和镭。由于天然放射性这一划时代的发现，居里夫妇和贝克勒尔共同获得了1903年诺贝尔物理学奖。此后，居里夫妇继续研究了镭在化学和医学上的应用，并于1902年分离出高纯度的金属镭。因此，居里夫人又获得了1911年诺贝尔化学奖。在贝可勒尔和居里夫妇等人研究的基础上，后来又陆续发现了其它元素的许多放射性核素。,2、天然放射性的发现,(二)生活中放射性污染的来源,工农业生产中应用的料位计、探伤机、医院里使用的放射性示踪剂、治疗肿瘤的伽马刀等都使用放