第七章水资源与水污染防治

1、第八章第八章 水资源与水污染治理水资源与水污染治理?地球上的水地球上的水 ?水资源水资源 ?水灾害水灾害 ?水污染及防治水污染及防治 咸水97.5%水是人类社会的宝贵资源水是人类社会的宝贵资源2.5%冰帽和冰川地下水易得的江河湖淡水不到总淡水量1%水资源地球总水量地球总水量13.913.9亿立方公里，三分之二亿立方公里，三分之二被水覆盖被水覆盖 可利用的淡水资源只有江河、淡水湖和可利用的淡水资源只有江河、淡水湖和地下水的一部分地下水的一部分水的循环水的循环?水的存在状态水的存在状态(固、气、液固、气、液)?水圈（水圈（Hydrosphere，Watershed）? 水的自然圈（地下水的自然圈（

2、地下1000m, 地上地上10km） ? 水的社会圈（人类活动范围）水的社会圈（人类活动范围）?水在地球表层的循环，其驱动力是太阳能。水在地球表层的循环，其驱动力是太阳能。?循环过程包括：循环过程包括：?蒸发、蒸腾、降雨和径流；蒸发、蒸腾、降雨和径流；?多数属于相变过程。多数属于相变过程。 水循环（水循环（Hydrological cycle）水循环的主要方式：蒸发和输运水循环的主要方式：蒸发和输运径流径流?径流径流流域的降水，由地面与地下汇入河网，流域的降水，由地面与地下汇入河网，流出流域出口断面的水流。流出流域出口断面的水流。?降水的形式不同，径流的形成过程也各异。降水的形式不同，径流的形

3、成过程也各异。?我国的河流以降雨径流为主，冰雪融水径流只是在我国的河流以降雨径流为主，冰雪融水径流只是在西部高山及高纬地区河流的局部地段发生。西部高山及高纬地区河流的局部地段发生。?根据形成过程及径流途径不同，河川径流又可由地根据形成过程及径流途径不同，河川径流又可由地面径流、地下径流及壤中流（表层流）三种径流组面径流、地下径流及壤中流（表层流）三种径流组成。成。视频 地球上每年降水量40万立方千米，占总水量0.03%，约1/4强降落到陆地，其中56%蒸发和蒸腾，34%形成地面径流，10%下渗补给地下水。由自然力促成的水循环称为水的自然循环。自然界中的水在太阳照射和地心引力等作用下不停流动和转

4、化，通过蒸发、降水、径流和渗透等方式循环不止。降水海洋蒸发地下渗流地面径流蒸发给水工业农业新陈代谢生活和商业产品用水冷却用水灌溉废水收集处理处置地面水地面水地下水回用水水的循环示意图水的循环示意图水的社会循环对自然（原始）循环的影响水的社会循环对自然（原始）循环的影响平衡平衡破坏破坏平衡平衡破坏破坏水污染水污染控制工控制工程程给水给水处理处理自然循环自然循环取水取水排放排放社会循环社会循环水资源的特征水资源的特征?重要性重要性?有限性有限性?时空上的多变性时空上的多变性?多用性多用性?可再生性可再生性人与水的关系人与水的关系(水资源重要性）水资源重要性）?人体中人体中65的质量是水；的质量是水

5、；?失水失水12%以上人会死亡；以上人会死亡；?WHO证明人类疾病的证明人类疾病的80与水有关：与水有关：?不洁净的饮用水和恶劣的卫生环境成为威胁全世不洁净的饮用水和恶劣的卫生环境成为威胁全世界儿童健康的一个主要原因。界儿童健康的一个主要原因。人与水的关系（水资源重要性）人与水的关系（水资源重要性）? 生活用水：生活用水：?维持人的生命活动及卫生需求。维持人的生命活动及卫生需求。?生活用水可分为城镇生活用水和农村生活用水两类。城镇生活用水可分为城镇生活用水和农村生活用水两类。城镇生活用水主要是家庭用水（饮用、卫生），还包括各种公生活用水主要是家庭用水（饮用、卫生），还包括各种公共建筑用水、消防

6、用水及浇洒道路绿地等市政用水。共建筑用水、消防用水及浇洒道路绿地等市政用水。? 生产用水：生产用水：?水是重要的生产资源，包括农业用水、工业用水两部分。水是重要的生产资源，包括农业用水、工业用水两部分。? 生态用水：生态用水：?维系生态系统平衡与发展所需消耗的水量。维系生态系统平衡与发展所需消耗的水量。视 频我国水资源状况（水资源有限性）我国水资源状况（水资源有限性）?水资源缺乏水资源缺乏?水资源总储量水资源总储量2.8万亿立方米，居世界第万亿立方米，居世界第6位，但按位，但按人均只有人均只有2250立方米立方米,排世界第排世界第88位。位。?人均占有量相当于世界人均的人均占有量相当于世界人均

7、的1/4，相当于加拿大，相当于加拿大人均的人均的1/50。?中国被列为全球最贫水中国被列为全球最贫水12个国家的前列！个国家的前列！?城市人均占有的水资源量更低城市人均占有的水资源量更低?全国全国660个大中城市有个大中城市有300多个城市缺水，日缺水多个城市缺水，日缺水 ，至至21世纪初城市日缺水量世纪初城市日缺水量 ，全国缺水量，全国缺水量500亿立方亿立方米。米。?时空分布不均时空分布不均我国降雨量分布我国降雨量分布我国水资源时空分布不均我国水资源时空分布不均 我国水资源开发利用现状我国水资源开发利用现状19981998年我国用各流域水资源利用率（）年我国用各流域水资源利用率（） 海河海

8、河片片黄河黄河片片内陆内陆片片淮河淮河片片松辽松辽片片珠江珠江片片长江长江片片东南诸东南诸河片河片西南诸西南诸河片河片地表水控地表水控制利用率制利用率61.873.734.234.916.614.012.19.91.3水资源总水资源总利用消耗利用消耗率率70.244.526.924.715.46.66.35.60.9我国水资源开发利用现状我国水资源开发利用现状我国用水比例关系变化情况我国用水比例关系变化情况 农业用水农业用水工业用水工业用水生活用水生活用水1980年年3699亿亿m3（占（占83.4%）457亿亿m3( (占占10.3%) )280亿亿m3（占（占6.3%）2001年年3826

9、 亿亿m3( (占占68.7%) )1142亿亿m3 ( (占占20.5%) )600亿亿m3 ( (占占10.8%) )我国水资源利用的主要问题我国水资源利用的主要问题 ? 水资源供需矛盾达到白炽化水资源供需矛盾达到白炽化 ? 水质危机所导致的水资源危机大于水量的危水质危机所导致的水资源危机大于水量的危机机 ? 水资源水资源“农转非农转非”严重，水权成为重大问题严重，水权成为重大问题 ? 水资源开发引起的生态环境问题更加严重水资源开发引起的生态环境问题更加严重 ? 我国用水效率低我国用水效率低 我国用水效率低我国用水效率低国内外用水指标比较国内外用水指标比较项目项目人均人均GDP人均用水量人

10、均用水量万元万元GDP用水用水单方水产出单方水产出GDP（万元）（万元）（m3）（m3）（元）（元）全国全国0.7543658017.2太湖流域太湖流域2.7074227436.5上海市上海市3.0765821146.5日本日本22.4446.4（97.2*）德国德国25.6390.6 (85.1*)经济高收入国家平均经济高收入国家平均45.3221.8 (48.3*)注：注：(1) 人均用水量未扣火电厂用水；人均用水量未扣火电厂用水；(2) *按购买力平价（按购买力平价（PPP）换算）换算 水资源开发与利用对策水资源开发与利用对策?开源开源?水利工程措施水利工程措施?其他措施其他措施?节流节

11、流?城市节水城市节水?农业节水农业节水?治污治污?综合管理综合管理?中华人民共和国水法中华人民共和国水法南水北调南水北调中国的干旱灾害日趋严重中国的干旱灾害日趋严重水污染水污染?水污染的主要来源水污染的主要来源?主要的水污染物及其环境效应主要的水污染物及其环境效应?水污染的特征水污染的特征?水污染控制水污染控制水污染的主要来源水污染的主要来源?水污染源可分为：水污染源可分为：?自然污染源和人工污染源。自然污染源和人工污染源。?按水污染源的分布特征分为：按水污染源的分布特征分为：?点源点源（Point Source pollution）? 生活污水、工业废水生活污水、工业废水、船舶污水等、船舶污

12、水等?面源或非点源面源或非点源（Non-point source pollution）? 城市径流、农村废水、水土流失等城市径流、农村废水、水土流失等主要的水污染物主要的水污染物?悬浮物悬浮物?耗（需）氧有机物耗（需）氧有机物?植物营养物植物营养物?病原体病原体?热污染热污染?重金属重金属?难降解有机物难降解有机物?石油类石油类?酸碱酸碱?放射性物质放射性物质主要的水污染物主要的水污染物 ?悬浮物（固体污染物）悬浮物（固体污染物）?能透过滤膜，孔径能透过滤膜，孔径310m称溶解性固体称溶解性固体DS(Dissolve Solid)；?不能透过滤膜，孔径大于不能透过滤膜，孔径大于10m称悬浮固体

13、称悬浮固体SS(Suspension Solid)。?两者合称为总固体两者合称为总固体TS(Total Solid)。?危害危害?造成渠管和抽水设备的堵塞、淤积和腐损，水生生造成渠管和抽水设备的堵塞、淤积和腐损，水生生物呼吸困难，干扰废水处理设置的正常工作，是水物呼吸困难，干扰废水处理设置的正常工作，是水处理的一项重要考核指标。处理的一项重要考核指标。有机无毒物，又称耗氧(需氧)有机物，或可生物降解有机物。主要的水污主要的水污染物染物耗氧型污染耗氧型污染-案例案例水体处于厌氧状态水体处于厌氧状态污染物质特征及污染指标污染物质特征及污染指标(一一)易于生物降解的有机污染物易于生物降解的有机污染物

14、.(1)特征特征:不稳定不稳定,很容易被微生物降解转化为无害的无机物很容易被微生物降解转化为无害的无机物.(C.H.O.N.S)(C.H.O.N.S) CH4 +H2O + NH3 + H2S + 有有O2COCO2 2 + H+ H2 2O + NHO + NH3 3 + SO+ SO4 4 2-2- + + 无无O2污染特征污染特征耗耗O2如如:碳水化合物、蛋白质、脂肪等碳水化合物、蛋白质、脂肪等.可生物降解有机物降解过程示意图可生物降解有机物降解过程示意图(C. H. O. N)(C. H. O. N)COCO2 2 + H + H2 2O + N HO + N H3 3N HN H3O

15、O2NONO3 3- -NONO2-碳化阶段（氨化阶段）碳化阶段（氨化阶段）硝化阶段硝化阶段降解过程降解过程指在有氧情况下，由于微生物的作用指在有氧情况下，由于微生物的作用,可降解有机污染物稳定化所耗的氧量可降解有机污染物稳定化所耗的氧量.OO2OO2POPS持久性有机污染物质（Persistent Organic Pollutions ）国际首批控制的12种持久性有机污染物快速认识? 艾氏剂（Aldrin）： 有机氯农药 ? 狄氏剂（Dieldrin）： 有机氯农药 ? 异狄氏剂（Endrin）： 有机氯农药 ? 滴滴涕（DDT）： 有机氯农药，也用作农药中间体 ? 氯丹（Chlordane

16、）： 有机氯农药 ? 毒杀芬（Toxaphene）： 有机氯农药 ? 六氯苯（Hexachlobenzene）： 有机氯农药，也用作精细化工产品 ? 灭蚁灵（Mirex）： 有机氯农药 ? 七氯（Heptachlor）： 有机氯农药 ? 多氯联苯（PCBs）： 精细化工产品 ? 二恶英和呋喃类（PCDDs/PCDFs）： 非故意制造的副产品或者二次污染物质 主要的水污染物主要的水污染物?植物营养物植物营养物?富含富含N、P的水各超过的水各超过0.2mg/L、0.02mg/L的无机、的无机、有机化合物排入水体。有机化合物排入水体。?特别是流动较缓慢的湖泊、海湾，容易引起水中藻特别是流动较缓慢的湖

17、泊、海湾，容易引起水中藻类及其他浮游生物爆发性繁殖，水体溶解性氧量下类及其他浮游生物爆发性繁殖，水体溶解性氧量下降，鱼类和其它生物大量死亡。降，鱼类和其它生物大量死亡。?水体出现水体出现富营养化富营养化时，大量繁殖的浮游生物往往会时，大量繁殖的浮游生物往往会使水面呈现红色、棕色、蓝色等各种颜色，这种现使水面呈现红色、棕色、蓝色等各种颜色，这种现象发生在海域称为象发生在海域称为“赤潮赤潮”，发生在江河湖泊中则，发生在江河湖泊中则叫叫“水华水华”。富营养型污染富营养型污染-案例案例藻类大量繁殖藻类大量繁殖水华水华赤潮赤潮视频主要的水污染物主要的水污染物? 毒性污染物毒性污染物? 能引起毒性反应的化

18、学物质，称为毒性污染物。毒物能引起毒性反应的化学物质，称为毒性污染物。毒物引起中毒的剂量可用致死量来表示：引起中毒的剂量可用致死量来表示：? -试验动物死亡一半试验动物死亡一半,每公斤体重所需毒物的剂量（每公斤体重所需毒物的剂量（mg/kg体体重）。重）。? TLm-试验鱼类在试验鱼类在2448h内死亡一半所需毒物的浓度内死亡一半所需毒物的浓度（g/L）。）。? 无机毒物：无机毒物：? 主要是重金属主要是重金属Hg、Pb、Cd、As的盐类，还有、等其它无机的盐类，还有、等其它无机物。物。? 有机毒物：有机毒物：? 石油、化工、化肥、化纤、农药、染料、硝基化合物、多氯联石油、化工、化肥、化纤、农

19、药、染料、硝基化合物、多氯联苯、苯并（苯、苯并（a）芘）芘3.4等。等。? 放射性物质：放射性物质：1. 原子裂变、宇宙射线、原子裂变、宇宙射线、射线及质子束、中子束等射线及质子束、中子束等对人体生物有害的射线，主要引起慢性病变和白血病等。对人体生物有害的射线，主要引起慢性病变和白血病等。毒物型污染毒物型污染-案例案例四川沱江污染造成鱼类大量死亡四川沱江污染造成鱼类大量死亡2.重金属等有毒物质的污染及危害(1).(1).不易被降解不易被降解, ,但可在不同形态之间转化。但可在不同形态之间转化。(2).(2).溶解度小溶解度小, ,一般沉积在水体底部一般沉积在水体底部, ,汛期汛期 时浓度较高。

20、时浓度较高。 (3).(3).与胶体类污染物作用沉积在排放口下与胶体类污染物作用沉积在排放口下 游一段水体。游一段水体。 (1)氰化物的挥发逸散 90%危危害害 氰化物氰化物CNCN- -（剧毒）的自净途径（剧毒）的自净途径CN-+CO2+H2O HCN +HCO3-水污染的特征水污染的特征?地表水地表水? 河流污染河流污染? 污染程度随径流量变化污染程度随径流量变化? 污染扩散快污染扩散快? 污染影响大污染影响大? 湖泊污染湖泊污染? 来源广、途径多、种类复来源广、途径多、种类复杂杂? 稀释和搬运能力弱稀释和搬运能力弱? 生物降解和累积能力强生物降解和累积能力强?地下水地下水? 来源广泛来源

21、广泛? 污染难于治理污染难于治理? 污染危害严重污染危害严重?海洋海洋? 污染源多而复杂污染源多而复杂? 污染持续性强污染持续性强? 污染扩散范围大污染扩散范围大地面水环境质量标准地面水环境质量标准（GB3838-2002）?依照地面水使用目的和保护目标，我国地面水分为五大依照地面水使用目的和保护目标，我国地面水分为五大类功能区：类功能区：? 类类主要适用于源头水，国家自然保护区；主要适用于源头水，国家自然保护区； ? 类类主要适用于集中式生活饮用水、地表水源地一级保护区，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；珍稀水生生物栖息地

22、，鱼虾类产卵场，仔稚幼鱼的索饵场等； ? 类类主要适用于集中式生活饮用水、地表水源地二级保护区，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、回游通道，水产养殖区等渔业水域及游泳区；鱼虾类越冬、回游通道，水产养殖区等渔业水域及游泳区； ? 类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；水区； ? 类类主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。全国水环境质量状况2002年七大水系水质类别比例20022002年辽河水系水质状况年辽河水系水质状况 监测断面：监测断面： 35个个 类：类：

23、 20.1% 类：类： 34.2% 劣劣类：类： 45.7%整个辽河水系水体污染严重整个辽河水系水体污染严重主要污染指标：生化需氧量、石油类、高锰主要污染指标：生化需氧量、石油类、高锰酸盐指数、氨氮酸盐指数、氨氮辽河水系水质类别比例辽河水系水质类别比例 “三湖三湖” ” 湖体水质均为劣湖体水质均为劣类。主要污染指标为总氮、总磷。类。主要污染指标为总氮、总磷。太湖、巢湖处于轻度富营养状态，滇池处于重度富营养状态。太湖、巢湖处于轻度富营养状态，滇池处于重度富营养状态。 “三湖三湖”水质变化趋势水质变化趋势50556065707580851998年1998年1999年1999年2000年2000年2

24、001年2001年2002年2002年太湖太湖巢湖巢湖滇池滇池营营养养状状态态指指数数重度富营养化重度富营养化中度富营养化中度富营养化这些压力来自于：这些压力来自于： 1)1)海洋的自然变化海洋的自然变化2)2)人类在海域活动的干扰人类在海域活动的干扰3)3)来自陆域的自然与人类活动影响来自陆域的自然与人类活动影响海洋环境质量的面临的压力海洋环境质量的面临的压力?近岸海水水质污染近岸海水水质污染?水体富营养化和频发赤潮水体富营养化和频发赤潮?海洋生态资源减少海洋生态资源减少?河口淤积与盐度增高河口淤积与盐度增高?海岸带生态环境恶化海岸带生态环境恶化?水污染控制水污染控制?水污染的控制模式水污染

25、的控制模式?水污染的源头控制水污染的源头控制?污水的人工处理污水的人工处理?尾水的生态处理与资源化尾水的生态处理与资源化“三级控制、三级标准三级控制、三级标准”的水污染控制的基本模的水污染控制的基本模式式 上游段上游段中游段中游段下游段下游段污染的源头控制污染的源头控制?工业水污染工业水污染?优化结构、合理布局优化结构、合理布局?清洁生产清洁生产?就地处理就地处理?管理措施（环境管理与环境法）管理措施（环境管理与环境法）?生活水污染生活水污染?合理规划合理规划?公众教育公众教育污染的源头控制污染的源头控制面源污染面源污染?农村面源农村面源? 发展节水农业发展节水农业? 减少土壤侵蚀减少土壤侵蚀

26、? 合理利用农药合理利用农药? 截流农业污水截流农业污水? 畜禽粪便处理畜禽粪便处理? 乡镇企业废水及村镇生活乡镇企业废水及村镇生活污水处理污水处理?城市径流城市径流? 充分收集利用雨水充分收集利用雨水? 减少城市硬质地面减少城市硬质地面? 增加城市绿化用地增加城市绿化用地污水人工处理污水人工处理污水的人工处理污水的人工处理功能功能从污水中分离比重较大的从污水中分离比重较大的无机无机颗粒颗粒.位置位置管渠首端、泵站、倒虹管、生物处理管渠首端、泵站、倒虹管、生物处理构筑物之前构筑物之前.作用作用(1)避免构件被磨损破坏。避免构件被磨损破坏。(2)减轻沉淀池的负荷。减轻沉淀池的负荷。(3)使无机、

27、有机颗粒分离，便于后序处理。使无机、有机颗粒分离，便于后序处理。中心进水周边出水辐流式沉淀池示意图中心进水周边出水辐流式沉淀池示意图进水进水出水出水排泥排泥 活性污泥法活性污泥法生物处理法生物处理法好氧生物处理好氧生物处理厌氧生物处理厌氧生物处理必须有必须有O2的供应，的供应，降解效率高，适用降解效率高，适用广泛广泛保证无氧环境保证无氧环境好氧生物处理好氧生物处理活性污泥法活性污泥法生物膜法生物膜法水体自净的人工化水体自净的人工化土壤自净的人工化土壤自净的人工化自然生物处理自然生物处理稳定塘稳定塘 活性污泥法的基本原理活性污泥法的基本原理Activated Sludge Process活性污泥

28、法的基本概念和工艺流程活性污泥法的基本概念和工艺流程活性污泥活性污泥向生活污水中注入空气进行曝气向生活污水中注入空气进行曝气 , 并持续一段并持续一段时间后时间后,污水中即生成一种絮凝体污水中即生成一种絮凝体,这种絮凝这种絮凝体主要是由大量繁殖的微生物群体所构成体主要是由大量繁殖的微生物群体所构成 , 它易于它易于沉淀分离沉淀分离,并使污水得到并使污水得到澄清澄清,这就是这就是“活性污泥活性污泥”.活性污泥法活性污泥法利用污水中的有机物为基质利用污水中的有机物为基质 ,在在DO存在的存在的条件下条件下,经过混合的微生物群的连续培养，经过混合的微生物群的连续培养，后经凝聚、吸附、氧化、沉淀等作用

29、使污水后经凝聚、吸附、氧化、沉淀等作用使污水净化的一种方法。净化的一种方法。Activated Sludge 完全混合活性污泥法完全混合活性污泥法(Completely mixed activated sludge，简写，简写CMAS) 曝气池曝气池剩余污泥剩余污泥Qw 空气空气回流污泥回流污泥出水出水二沉池二沉池进水进水鼓风曝气完全混合式曝气池鼓风曝气完全混合式曝气池进水进水二次沉淀池二次沉淀池回流污泥回流污泥剩余污泥排放剩余污泥排放处理水处理水完全混合式曝气池完全混合式曝气池机械曝气完全混合式曝气池机械曝气完全混合式曝气池网状膜扩散器网状膜扩散器不同的转刷曝气器不同的转刷曝气器 生物膜法生物膜法 土壤自净的人工化土壤自净的人工化处理工艺处理工艺生物滤池生物滤池生物转盘生物转盘生物接触氧化生物接触氧化生物流化床生物流化床2.2.膜的结构：膜的结构：3.3.物质传递物质传递: :物质传入物质传入物质传出物质传出4.4.膜的老化与更新：膜的老化与更新：生物膜的构造（剖面图）生物膜的构造（剖面图） 料料滤滤 生物膜生物膜 厌氧厌氧 好氧好氧 空空气气流流动动水水层层O O2 2O O2 2BODBOD BODBOD NHNH3 3H H2 2S S CO