第5章 水体污染及其防治

1、水体污染及其防治水体污染及其防治一、水资源一、水资源二、水质指标与水质标准二、水质指标与水质标准三、水污染与水体自净三、水污染与水体自净四、水体污染防治途径四、水体污染防治途径五、污水处理技术五、污水处理技术第一节第一节 水资源水资源一一 水资源分布水资源分布二二 水循环水循环三三 我国水资源特征与利用我国水资源特征与利用的问题的问题n全球总贮水量估计为全球总贮水量估计为13.9亿立方千米亿立方千米n其中淡水总量仅为其中淡水总量仅为0.36亿立方干米亿立方干米n除冰川和冰帽外，可利用的淡水总量不足世界总贮水量的除冰川和冰帽外，可利用的淡水总量不足世界总贮水量的1%海洋海洋97.41%2.59%

2、冰帽和冰帽和冰河冰河1.984%地下水地下水0.592%生物体生物体0.0001%冰流冰流0.0001%大气中的水蒸大气中的水蒸气气0.001%土壤含水土壤含水0.005%一一 水资源分布水资源分布二二 水循环水循环二二 水循环水循环 地球表面的水在太阳辐射能和地心引力的相互作用地球表面的水在太阳辐射能和地心引力的相互作用下，水分通过蒸发、降水、渗透及径流，水分不断循环下，水分通过蒸发、降水、渗透及径流，水分不断循环往复。往复。 作用：作用： 热量输送、调节气候热量输送、调节气候1.水资源：水资源：n广义：地球上各种形态的水广义：地球上各种形态的水n狭义：可供人们经常取用的水量，在大陆上由狭义

3、：可供人们经常取用的水量，在大陆上由大气降水补给的各种地表水，浅层地下水的储大气降水补给的各种地表水，浅层地下水的储量和动态水量组成。量和动态水量组成。三三 我国水资源特征与利用我国水资源特征与利用三三 我国水资源特征与利用的问题我国水资源特征与利用的问题2.主要问题主要问题n人均、亩均水量低于世界水平人均、亩均水量低于世界水平n分布不均：地区、时间分布不均：地区、时间n水量变化大、可利用水少水量变化大、可利用水少n水土流失严重，许多河流含沙量大水土流失严重，许多河流含沙量大n水资源开发中存在问题：水利对水文的影水资源开发中存在问题：水利对水文的影响、用水浪费、水污染响、用水浪费、水污染 我国

4、我国的水资源现状的水资源现状 年降水量约为年降水量约为60000m3 相当于全球降水量的相当于全球降水量的5%，居世界第三位；，居世界第三位； 我国多年平均河川径流量为我国多年平均河川径流量为27225108 m3。 多年地下水资源量多年地下水资源量8288 m3 以上三项合计，全国水资源总量以上三项合计，全国水资源总量28124108 m3，居世界第六位。，居世界第六位。 人均水资源量人均水资源量 2700 m3 ，不及世界平均值，不及世界平均值1/4 。 第二节第二节 水质指标与水质标准水质指标与水质标准水质，即水的品质，是指水与其中所含杂质共同表现出来的物理学，化学和生物学的综合特性。通

5、常用水质指标来衡量水质的好坏。 水质指标分为三大类：物理性水质指标、化学性水质指标、生物学水质指标。 物理指标：物理指标：温度、色度、臭味、矿化度、浑浊度、透明度、温度、色度、臭味、矿化度、浑浊度、透明度、总残渣、过滤性残渣、非过滤性残渣、电导率等总残渣、过滤性残渣、非过滤性残渣、电导率等 化学指标：化学指标：pH值、总硬度、金属离子、酸根离子值、总硬度、金属离子、酸根离子 生物指标：生物指标：细菌总数、大肠杆菌细菌总数、大肠杆菌天然水天然水一、水质指标一、水质指标水质分析指标物理性指标感官性指标，水的色度来源于金属化合物或有机化合物感官性指标，水的异臭来源于还原性硫和氮的化合物、挥发性有机物

6、和氯气等污染物质溶解物质悬浮固体物质加速耗氧反应，最终导致水体缺氧或水质恶化造成水中溶解氧减少工业废水常引起水体热污染色度固体物质嗅和味温度无机物指标 包括pH、溶解氧、碱度、硬度、各种阳离子、各种阴离子、总含盐量等。 有机物指标 包括各种有机物指标，如化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、总需氧量（TOD）等。2、化学性水质指标溶解氧（溶解氧（DO） n溶于水中自由状态氧分子的量。溶于水中自由状态氧分子的量。n水体中的溶解氧的来源水体中的溶解氧的来源 : 一是一是由大气中的氧通过扩散方式补给，这是水中溶解氧的主要来源； 二是二是水生植物的光合作用也放出氧。 含氮化合物含氮化合物氮是有机

7、物中除碳以外的一种主要元素，也是微生物生长氮是有机物中除碳以外的一种主要元素，也是微生物生长的重要元素的重要元素污水中氮有四种：有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮污水中氮有四种：有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮危害：危害：消耗水体中溶解氧；消耗水体中溶解氧；促进藻类等浮游生物的繁殖，形成水花、赤潮；促进藻类等浮游生物的繁殖，形成水花、赤潮；引起鱼类死亡，水质迅速恶化。引起鱼类死亡，水质迅速恶化。关于氮的几个指标：关于氮的几个指标：有机氮：主要指蛋白质和尿素有机氮：主要指蛋白质和尿素TNTN：一切含氮化合物以：一切含氮化合物以N N计量的总称；计量的总称；KNKN： TNTN中的有机氮和氨氮中

8、的有机氮和氨氮氨氮：有机氮化合物的分解，或直接来自含氮工业废水；氨氮：有机氮化合物的分解，或直接来自含氮工业废水；NOxNOx-N:-N:亚硝酸盐氮和硝酸盐氮亚硝酸盐氮和硝酸盐氮含磷化合物磷也是有机物中的一种主要元素，是仅次于氮的微生物生长的重要元素磷主要来自：人体排泄物以及合成洗涤剂、牲畜饲养场及含磷工业废水危害：促进藻类等浮游生物的繁殖，破坏水体耗氧和复氧平衡；水质迅速恶化，危害水产资源。含磷化合物有机磷无机磷v 表示耗氧有机物指标表示耗氧有机物指标n生物化学需氧量生物化学需氧量BODn化学需氧量化学需氧量CODn总有机碳总有机碳TOCn总需氧量总需氧量TOD有机物生化需氧量（BOD）反映

9、了在有氧的条件下，水中可生物降解的有机物的量 主要污染特性（以mg/L为单位）。有机污染物被好氧微生物氧化分解的过程，一般可分为 两个阶段：第一个阶段主要是有机物被转化成二氧化碳、 水和氨；第二阶段主要是氨被转化为亚硝酸盐和硝酸盐。污水的生化需氧量通常只指第一阶段有机物生物氧化所 需的氧量，全部生物氧化需要20100d完成。实际中，常以5d作为测定生化需氧量的标准时间，称5 日生化需氧量（BOD5）；通常以20为测定的标准温度。BOD: biological oxygen demand在规定条件下微生物氧化分解污水中有机物所需要的氧量（20，5d）。有机物化学需氧量（COD）常用的氧化剂主要是

10、重铬酸钾K2Cr2O7 （称 CODCr )和高锰酸钾 KMnO4 (称CODMn 或OC ) 。酸性条件下，硫酸银作为催化剂，氧化性最强。废水中无机的还原性物质同样被氧化。如果废水中有机物的组成相对稳定，则化学需氧量和生化需氧量之间应有一定的比例关系：BOD5/COD0.3，污水可以用生物处理生活污水通常在0.40.5。 COD: chemical oxygen demand用强氧化剂（重铬酸钾或高锰酸钾），在酸性条件下，将有机物氧化成二氧化碳与水所消耗的氧量（O2）（mg/L）有机物总有机碳（TOC）和总需氧量（TOD）TOC: total organism carbon在950高温下，以

11、铂作为催化剂，使水样气化燃烧，然后测定气体中的CO2含量，从而确定水样中碳元素总量。测定中应该去除无机碳的含量。TOD: total oxygen demand在900950高温下，将污水中能被氧化的物质（主要是有机物， 包括难分解的有机物及部分无机还原物质），燃烧氧化成稳定的氧 化物后，测量载气中氧的减少量，称为总需氧量（TOD）。TOD测定方便而快速。污水有机物指标之间的关系有机碳量需氧量TOCTODCODcrBODLBOD5CODMn生 物 性 指 标生活污水：肠道传染病、肝炎病毒、SARS、 寄生虫卵等制革屠宰等工业废水：炭疽杆菌、钩端螺旋体等医院污水：各种病原体危害：传播疾病，影响卫

12、生，导致水体缺氧来源及危害 水中细菌总数反映了水体有机污染程度和受细菌污染的程度。 常以细菌个数/mL计。 饮用水：100个/ mL 医院排水： 500个/ mL细菌总数 大肠菌群的值可表明水样被粪便污染的程度，间接表明有肠道病菌存在的可能性。 常以大肠菌群数/L计。 饮用水：3个/L 城市排水：10000个/L 游泳池： 1000个/L大肠菌群不同用途的水，均应满足一定的水质要求，也就是水质标准。以下介绍几种与水污染防治密切相关的水质标准。二、水质标准水环境保护的根本目的，是保证供给人民安全卫生的饮用水。我国2001年颁布的生活饮用水水质卫生规范见书131页。（1）卫生上安全可靠，饮用水中不

13、应含有各种病源微生物和寄生虫卵； （2）化学成分应对人体无害，不应对人体健康产生不良影响或对人体感官产生不良刺激； （3）使用时不致造成其他不良影响，如过高的硬度导致水垢的形成等。1、生活饮用水水质标准 以保护地表水体免受污染是水污染防治工作的主要目标，制定地表水环境质量标准是达到此目标的手段之一。2002 年国家环保局修订并颁布的地表水环境质量标准（GB3838-2002）明确指出：“本标准适用于中华人民共和国领域内江河、湖泊、运河、渠道、水库等具有使用功能的地表水水域。” 2、地表水环境质量标准、地表水环境质量标准（Environmental quality standard for su

14、rface water） 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水源地一级保护区、珍贵鱼类保护区、鱼虾产卵场等。 类：主要适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区、一般鱼类保护区及游泳区。 类：主要适用于一般工业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。五类水体 为了保护水环境质量，控制水污染，除了规定地表水体中各类有害物质的允许标准值之外，还必须控制地表水体的污染源，对各类污染物允许的排放浓度作出规定。1996年国家环保局颁布的污水综合排放标准（GB8978-1996）就是为这些目的而制定的。3、 污水综合排放标准污水综合排放

15、标准（Integrated wastewater discharge standard）污水排放标准将工矿企业和事业单位排放的污染物分两类： I类污染物系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，包括：总汞、烷基汞、总镉、总铬、六价铬、总砷、总铅、总镍、苯并芘、总铍、总银、总放射性、总放射性共13项。对此类污染物，不分行业和污水排放方式，也不分受纳水体的功能类别，一律执行严格的最高允许排放标准值。污水排放标准中污水排放标准中II II类污染物指其类污染物指其长远影响小于长远影响小于I I类的污染物质，其允类的污染物质，其允许排放浓度可略宽，许排放浓度可略宽， 并按其排放水并按其

16、排放水域的使用功能以及企业性质分为一域的使用功能以及企业性质分为一级、二级和三级标准值，级、二级和三级标准值， 并规定最并规定最高允许排放浓度。高允许排放浓度。 一、污染源与污染物一、污染源与污染物（一）水体污染源（一）水体污染源n 自然污染源自然污染源：n 人为污染源人为污染源：生活污染源、工业污染源、 农业污染源 第三节第三节 水污染与水体自净水污染与水体自净n1 1、 物理污染物理污染n颜色：说明污染物的含量颜色：说明污染物的含量n浊度：胶体或细小悬浮物浊度：胶体或细小悬浮物n温度：地表水一年温度：地表水一年0-350-35，地下水稳定，地下水稳定n悬浮物：影响水的透明度悬浮物：影响水的

17、透明度光合作用光合作用n放射性：蓄积在人体内造成长期危害放射性：蓄积在人体内造成长期危害n热污染的危害：来源 冷却水n水中溶解性气体发生显著变化n水中化学生化反应速率上升n生物种群、群落变化：20硅藻；30绿藻；35蓝藻2 2 化学污染化学污染n无机无毒无机无毒n无机有毒无机有毒n有机无毒有机无毒n有机有毒有机有毒（1）无机无毒：酸、碱、无机盐类。）无机无毒：酸、碱、无机盐类。危害：危害：n使淡水的矿化度增高，影响用水水质使淡水的矿化度增高，影响用水水质n富营养化富营养化（2）无机有毒：）无机有毒：1）重金属：）重金属：汞、铬、镉、铅、砷汞、铬、镉、铅、砷 危害：富集、危害：富集、 致癌致癌2

18、）氰化物：）氰化物：含含CN-的物质，急性中毒死亡的物质，急性中毒死亡3）氟化物：）氟化物：氟骨症、损害肾脏氟骨症、损害肾脏（3）有机无毒：）有机无毒：主要是需氧有机物主要是需氧有机物n耗氧有机物耗氧有机物是水体中最普遍的一种污染物。生活污是水体中最普遍的一种污染物。生活污水和某些工业废水中所含的碳水化合物、蛋白质、脂水和某些工业废水中所含的碳水化合物、蛋白质、脂肪、木质素等有机物，可在微生物的作用下最终分解肪、木质素等有机物，可在微生物的作用下最终分解为简单的无机化合物。这些化合物在分解过程中为简单的无机化合物。这些化合物在分解过程中需要需要消耗大量的氧气消耗大量的氧气。（4）有机有毒：）有

19、机有毒：主要是需氧有机物主要是需氧有机物n酚类化合物：酚类化合物：煤气、焦化、石油化工、制药、油漆煤气、焦化、石油化工、制药、油漆n有机农药：有机农药：有机磷、有机氯有机磷、有机氯n多环芳烃：多环芳烃：由石油、煤、可燃气等不完全燃烧或高温处理条件下产由石油、煤、可燃气等不完全燃烧或高温处理条件下产生生n多氯联苯：多氯联苯：电器绝缘和塑料增塑剂电器绝缘和塑料增塑剂n洗涤剂：洗涤剂：泡沫、富含磷、表面活性剂泡沫、富含磷、表面活性剂3、 生物污染生物污染生物污染是指城市生活污水、医院污水或污水处生物污染是指城市生活污水、医院污水或污水处理厂排水排入地表后，引起病源微生物污染理厂排水排入地表后，引起病

20、源微生物污染病原微生物：条件允许会大量增殖病原微生物：条件允许会大量增殖二、水体自净与水环境容量二、水体自净与水环境容量（一）水体自净（一）水体自净 受污染水体经过水中物理、化学与生物受污染水体经过水中物理、化学与生物作用，使污染物浓度降低，并逐步恢复作用，使污染物浓度降低，并逐步恢复到污染前的水平到污染前的水平 水体的自净作用分为三类：水体的自净作用分为三类：(1)(1)物理净化：物理净化：天然水体的稀释、扩散、沉淀和挥发等天然水体的稀释、扩散、沉淀和挥发等作用，使污染物质的浓度降低。作用，使污染物质的浓度降低。(2)(2)化学净化：化学净化：天然水体的氧化还原、酸碱反应、分解、天然水体的氧

21、化还原、酸碱反应、分解、凝聚等作用，使污染物质的存在形态发生变化和浓度凝聚等作用，使污染物质的存在形态发生变化和浓度降低。降低。(3)(3)生物净化：生物净化：天然水体中的生物活动过程，使污染物天然水体中的生物活动过程，使污染物质的浓度降低。特别重要的是水中微生物对有机物的质的浓度降低。特别重要的是水中微生物对有机物的氧化分解作用。氧化分解作用。（二）水环境容量n一定水体的所能容纳污染物的最大负荷称为水环境容量。 W=V(cs-cb)+W2式中 W-水环境容量；V-水体体积，m3；cs-水质标准，mg.L-1；cb-背景值，mg.L-1；W2-水体对该污染物的同化容量。第四节 水体污染防治途径

22、n一、提高水资源利用率n二、提高工业用水利用率n三、提高城市生活用水利用率n四、开展城市污水资源化n五、开展流域性水污染防治n六、因地制宜发展污水处理技术第五节 污水处理技术n物理法物理法、化学法、物理化学法、生物法。化学法、物理化学法、生物法。n废水处理分为一、二、三级处理废水处理分为一、二、三级处理 ：一级处理是指除去水中的悬浮物、胶体、浮油，采用物一级处理是指除去水中的悬浮物、胶体、浮油，采用物理处理方法（格栅，沉砂池，沉淀池）。理处理方法（格栅，沉砂池，沉淀池）。二级处理主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染二级处理主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物，目前主要采用生物处理方法

23、。物，目前主要采用生物处理方法。三级处理是深度处理，进一步处理难降解的有机物，氮，三级处理是深度处理，进一步处理难降解的有机物，氮，磷等可溶性无机物。磷等可溶性无机物。1 1、格栅、格栅2 2、沉砂池、沉砂池3 3、沉淀池、沉淀池一、物理处理1 格栅 1）位置：）位置： 格栅一般斜置在进水泵站集水井的进口处，它本格栅一般斜置在进水泵站集水井的进口处，它本身阻力不大，阻力主要产生于筛余物堵塞栅条身阻力不大，阻力主要产生于筛余物堵塞栅条 2）分类：）分类： （1 1）按形状）按形状曲面格栅曲面格栅：筛网呈弧状筛网呈弧状平面格栅平面格栅：筛网呈平面筛网呈平面n机械自动格栅安装运行中的自动机械格栅安装

24、运行中的自动机械格栅不锈钢机械自动格栅不锈钢机械自动格栅污水处理污水处理中一般设中一般设置两道格置两道格栅，一般栅，一般在泵房前在泵房前设粗格栅设粗格栅，泵房后，泵房后设细格栅设细格栅XG型旋转式格栅除污机上海松江东部污水处理厂上海松江东部污水处理厂上海松江东部污水处理厂 沉沉 砂砂 池池 沉砂池一般设置在泵站或沉淀池之前，用沉砂池一般设置在泵站或沉淀池之前，用以分离废水中比重较大的砂粒、灰渣等无机固以分离废水中比重较大的砂粒、灰渣等无机固体颗粒，使水泵和管道免受磨损和阻塞，同时体颗粒，使水泵和管道免受磨损和阻塞，同时也减轻沉砂池的无机负荷，使污泥具有良好的也减轻沉砂池的无机负荷，使污泥具有良

25、好的流动性，便于排放输送。流动性，便于排放输送。曝气沉砂池集曝气和除砂于一身，不但可使沉砂曝气沉砂池集曝气和除砂于一身，不但可使沉砂中的有机物降低至中的有机物降低至5%5%以下，以下，而且还有预曝气、除臭、而且还有预曝气、除臭、除油等多种功能除油等多种功能。 曝气沉砂池曝气沉砂池3 沉淀池沉淀池 沉淀池可分为沉淀池可分为普通沉淀池普通沉淀池和和浅层沉淀池浅层沉淀池两两大类。按工艺布置可分为大类。按工艺布置可分为初沉池初沉池和和二沉池二沉池。辐流式沉淀池（乐百氏食品废水）辐流式沉淀池（乐百氏食品废水）进水槽进水槽,底部有孔底部有孔出水槽出水槽出水堰出水堰出水堰前出水堰前挡板挡板进水挡板进水挡板,

26、深入水下深入水下约约3/4水深水深二、化学处理n中和法n化学沉淀法n氧化还原法1、中和法中和法中和法是利用碱性药剂或酸性药剂将废水从酸性或碱是利用碱性药剂或酸性药剂将废水从酸性或碱性调整到中性附近的一类处理方法。在工业废水处理中，性调整到中性附近的一类处理方法。在工业废水处理中，中和处理既可以作为主要的处理单元，也可以作为预处理。中和处理既可以作为主要的处理单元，也可以作为预处理。 酸性废水的成分包括酸性废水的成分包括：无机酸：硫酸、硝酸、盐酸、氢氟酸、磷酸等无机酸：硫酸、硝酸、盐酸、氢氟酸、磷酸等有机酸：醋酸、甲酸、柠檬酸等有机酸：醋酸、甲酸、柠檬酸等金属盐。金属盐。碱性废水的成分碱性废水的

27、成分：苛性钠、碳酸钠、硫化钠及胺类等。：苛性钠、碳酸钠、硫化钠及胺类等。 3 氧化还原法n通过药剂与污染物的氧化还原反应，把废通过药剂与污染物的氧化还原反应，把废水中有毒害的污染物转化为无毒或微毒物质水中有毒害的污染物转化为无毒或微毒物质的处理方法称为氧化还原法。的处理方法称为氧化还原法。n与生物氧化法相比，化学氧化还原法需较与生物氧化法相比，化学氧化还原法需较高的运行费用。因此目前仅用于饮用水处理、高的运行费用。因此目前仅用于饮用水处理、特种工业水处理、有毒工业废水处理和以回特种工业水处理、有毒工业废水处理和以回用为目的的废水深度处理等场合。用为目的的废水深度处理等场合。氧化还原法氧化还原法

28、 1 1 药剂氧化法药剂氧化法 一、空气一、空气( (及纯氢及纯氢) )氧化法氧化法 二、臭氧氧化法二、臭氧氧化法 三、高锰酸盐氧化法三、高锰酸盐氧化法 四、光辐射或放射性辐射强化氧化过程四、光辐射或放射性辐射强化氧化过程 2 2 药剂还原法药剂还原法 一、还原法去除六价铬一、还原法去除六价铬 二、还原法除汞二、还原法除汞()() 2 化学沉淀法n一般用以处理含金属离子的工业废水三 物理化学处理1 1、混凝法、混凝法2 2、气浮法、气浮法3 3、吸附法、吸附法4 4、离子交换法、离子交换法5 5、膜分离技术、膜分离技术1、混凝法1 1）混凝是通过向废水中投加混凝是通过向废水中投加混凝剂混凝剂，

29、破坏胶体的，破坏胶体的稳定性，使细小悬浮颗粒和胶体微粒聚集成较稳定性，使细小悬浮颗粒和胶体微粒聚集成较粗大的颗粒而沉降与水分离，使废水得到净化。粗大的颗粒而沉降与水分离，使废水得到净化。 混凝的主要对象是废水中的细小悬浮颗粒和胶体混凝的主要对象是废水中的细小悬浮颗粒和胶体微粒，这些颗粒用自然沉降法很难从水中分离微粒，这些颗粒用自然沉降法很难从水中分离出去。出去。2 2）用途：混凝法是废水处理中常采用的方法。用途：混凝法是废水处理中常采用的方法。（1 1）可以用来降低废水的浊度和色度，去除多种高分子有）可以用来降低废水的浊度和色度，去除多种高分子有机物、某些重金属和放射性物质。机物、某些重金属和

30、放射性物质。（2 2）混凝法还能改善污泥的脱水性能。）混凝法还能改善污泥的脱水性能。混凝过程示意图常用混凝剂及其性能常用混凝剂及其性能2 气浮法气浮法 实现气浮分离必须具备以下三个基本条件：实现气浮分离必须具备以下三个基本条件：1. 1. 必须在水中产生足够数量的细微气泡；必须在水中产生足够数量的细微气泡；2. 2. 必须使待分离的污染物形成不溶性的固态或液态悬浮体；必须使待分离的污染物形成不溶性的固态或液态悬浮体；3. 3. 必须使气泡能够与悬浮粒子相粘附。必须使气泡能够与悬浮粒子相粘附。 4. 4.气浮法应用的领域：气浮法应用的领域：石油化工及机械制造业中的含油（包括乳化油）污水的油水分离石油化工及机械制造业中的含油（包