第4讲水体环境污染及其治理

1、4.1概述概述 水的功能水的功能 人体人体体重的体重的2/3是水，失水是水，失水10%会导致生理功能会导致生理功能紊乱，失水紊乱，失水20%会很快死亡；会很快死亡； 工农业工农业生产用水；生产用水； 保护环境保护环境用水。用水。 水资源及其分布水资源及其分布 天然水总量为天然水总量为13.68x1016m3，其中，其中97.5%难以利难以利用；用； 人类能直接利用的淡水资源约占总量的人类能直接利用的淡水资源约占总量的0.2% 水的三种形态：气态、液态和固态，形态变化能水的三种形态：气态、液态和固态，形态变化能输送热量和调节气候输送热量和调节气候第第4 4讲讲 水体环境污染及其治理水体环境污染及

2、其治理我国饮用水的现状我国饮用水的现状 资源型缺水资源型缺水 西北、华北、东北部分地区，年降雨量200600mm，十年九旱，多年连旱，长期缺水 工程性缺水工程性缺水 西南、华南、华中部分地区，年降雨量虽在1000mm以上，但地形、地貌和地质条件复杂，蓄水工程不足，有水蓄不住。“人在山上住，水在山下流，听水响看水流，山上用水贵如油”。 水质型缺水水质型缺水 部分地区地下水和地面水，含氟、含砷严重超标天然水的性质及水中的主要物质天然水的性质及水中的主要物质 水的性质水的性质 水体溶解的主要气体水体溶解的主要气体 以氧气和二氧化碳意义较大，少量硫化氢以氧气和二氧化碳意义较大，少量硫化氢 天然水中含氧

3、量为：天然水中含氧量为：014mg/L，二氧化碳含量，二氧化碳含量为：为：2030mg/L水中溶解的主要物质水中溶解的主要物质 硅硅、铝铝、镁镁、钠和钾钠和钾、锰锰、氮氮、磷磷、硫硫4.2 4.2 水体污染及其来源水体污染及其来源 水体污染水体污染 水体污染水体污染排入水体的污染物在排入水体的污染物在数量上数量上超过该物质超过该物质在水体中的在水体中的本底含量本底含量和水体的和水体的环境容量环境容量，导致水的，导致水的物理、化学及微生物性质物理、化学及微生物性质发生变化，使固有的发生变化，使固有的生态生态系统和功能受到破坏。系统和功能受到破坏。 常见的水体污染物类型常见的水体污染物类型 持久性

4、污染物、非持久性污染物、酸和碱（以持久性污染物、非持久性污染物、酸和碱（以pH值表征）、热污染物（以温度表征）值表征）、热污染物（以温度表征） 按产生污染物的行业性质分类按产生污染物的行业性质分类 工业污染源：最主要的污染源工业污染源：最主要的污染源 农业污染源农业污染源 交通运输污染源交通运输污染源 生活污水污染源生活污水污染源 生活污水生活污水生活污水是指城市机关、学校和居民在日常生生活污水是指城市机关、学校和居民在日常生活中产生的废水，包括厕所粪尿、洗衣洗澡活中产生的废水，包括厕所粪尿、洗衣洗澡水、厨房等家庭排水以及商业、医院和游乐水、厨房等家庭排水以及商业、医院和游乐场所的排水。场所的

5、排水。 城市每人每日排出的生活污水量为城市每人每日排出的生活污水量为150400L，其量与生活水平有密切关系。生活污，其量与生活水平有密切关系。生活污水中含有大量水中含有大量有机物有机物，如纤维素、淀粉、糖，如纤维素、淀粉、糖类和脂肪蛋白质等；也常含有类和脂肪蛋白质等；也常含有病原菌、病毒病原菌、病毒和寄生虫卵；无机盐类和寄生虫卵；无机盐类的氯化物、硫酸盐、的氯化物、硫酸盐、磷酸盐、碳酸氢盐和钠、钾、钙、镁等。总磷酸盐、碳酸氢盐和钠、钾、钙、镁等。总的特点是的特点是含氮、含硫和含磷高含氮、含硫和含磷高，在厌氧细菌，在厌氧细菌作用下，易生恶臭物质。作用下，易生恶臭物质。 工业污水工业污水工业生产

6、过程中所排出的废水，其成份取决于生工业生产过程中所排出的废水，其成份取决于生产所用原料、工艺产所用原料、工艺. 特点特点悬浮物含量高悬浮物含量高，可达，可达10030000mg/L生物需氧量（生物需氧量（BOD）高）高，可达，可达2005000mg/L酸碱度变化大酸碱度变化大，pH值在值在511，甚至在，甚至在213温度高温度高，可达，可达40C，造成热污染，造成热污染易燃，易燃，因常含低沸点的挥发性液体，易酿成水面因常含低沸点的挥发性液体，易酿成水面火灾火灾多种多样有毒有害成份多种多样有毒有害成份：酚、氰、油、农药、重：酚、氰、油、农药、重金属、放射性等金属、放射性等 工业废水主要来源工业废

7、水主要来源 采矿及选矿废水采矿及选矿废水 金属冶炼废水金属冶炼废水 炼焦煤气废水炼焦煤气废水 机械加工废水机械加工废水 石油工业废水石油工业废水 化工废水化工废水 造纸废水造纸废水 纺织印染废水纺织印染废水 皮毛加工及制革废水皮毛加工及制革废水 食品工业废水食品工业废水农业污水农业污水 特点：特点： 含有机质、植物营养素及含有机质、植物营养素及病原微生物高。病原微生物高。 含较高的化肥、农药，随含较高的化肥、农药，随用农药、化肥的用农药、化肥的8090%均可进入水体，有机酚耐均可进入水体，有机酚耐油垫半衰期均为油垫半衰期均为15年。全年。全球各类水体中均有存在。球各类水体中均有存在。交通运输污

8、水交通运输污水 主要指运输过程中产生主要指运输过程中产生的废水的废水4.3 4.3 水体污染物水体污染物 概念：概念：造成水体水质恶化的各种物质或能量造成水体水质恶化的各种物质或能量 分类：分类： 固体污染物、需氧污染物、营养性污染物、固体污染物、需氧污染物、营养性污染物、酸碱性污染物、有毒污染物、油类污染物、酸碱性污染物、有毒污染物、油类污染物、生物污染物、感官性污染物、热污染生物污染物、感官性污染物、热污染等等 废水水质主要指标：废水水质主要指标： 有毒物质、有机物质、悬浮物、细菌总数、有毒物质、有机物质、悬浮物、细菌总数、pH值、色度、温度值、色度、温度4.3.1 4.3.1 固体污染物

9、固体污染物 悬浮物：泥沙、有机体、各种悬浮在水体中的固悬浮物：泥沙、有机体、各种悬浮在水体中的固体物质体物质 导致水质混浊，设备和管道堵塞、磨损，干扰废水导致水质混浊，设备和管道堵塞、磨损，干扰废水处理和回收设备的工作。处理和回收设备的工作。 是衡量水质的一项重要指标，也是废水处理的一项是衡量水质的一项重要指标，也是废水处理的一项基本任务。基本任务。 浊度浊度 是对水的光传导性能的一种测量。可表征废水中胶是对水的光传导性能的一种测量。可表征废水中胶体和悬浮物的含量。体和悬浮物的含量。4.3.2 4.3.2 耗氧有机物耗氧有机物 天然水中的有机物是指天然的腐殖物质及水天然水中的有机物是指天然的腐

10、殖物质及水生生物的生命活动产物生生物的生命活动产物 废水中大量的有机物直接进入水体后，通过废水中大量的有机物直接进入水体后，通过微生物的生物化学作用而分解为简单的无机微生物的生物化学作用而分解为简单的无机物质（二氧化碳和水），在分解过程中需消物质（二氧化碳和水），在分解过程中需消耗水中的溶解氧，在缺氧条件下污染物就发耗水中的溶解氧，在缺氧条件下污染物就发生腐败分解、恶化水质。生腐败分解、恶化水质。 需氧有机物越多，耗氧也越多，水质就越差需氧有机物越多，耗氧也越多，水质就越差，水体污染越严重，水体污染越严重 水中溶解氧浓度因夜晚植物和动物呼吸作用水中溶解氧浓度因夜晚植物和动物呼吸作用，含量会降低

11、，早上植物开始光合作用储氧，含量会降低，早上植物开始光合作用储氧化学需氧量（化学需氧量（CODCOD） 定义：在酸性条件下，用强的化学氧化剂将有机物氧化定义：在酸性条件下，用强的化学氧化剂将有机物氧化成成CO2、H2O所消耗的氧量。所消耗的氧量。 COD值越高，表明水体受有机污染越严重值越高，表明水体受有机污染越严重 常用氧化剂：重铬酸钾和高锰酸钾常用氧化剂：重铬酸钾和高锰酸钾 ISO规定：化学需氧量指规定：化学需氧量指 CODCr，CODMn为高锰酸钾指为高锰酸钾指数数生化需氧量（生化需氧量（BODBOD） 定义：在有氧条件下，因微生物的活动，降解有机物所定义：在有氧条件下，因微生物的活动，

12、降解有机物所需的氧量需的氧量 BOD值越高，表明水中耗氧有机物污染越严重值越高，表明水中耗氧有机物污染越严重总需氧量（总需氧量（TODTOD） 定义：有机物在高温燃烧后，将产生定义：有机物在高温燃烧后，将产生CO2、H2O、 NO2和和 SO2,所消耗的氧量所消耗的氧量 TODCOD 氮、磷等植物营养物质过多所引起的水质污染现象氮、磷等植物营养物质过多所引起的水质污染现象 富营养化后果富营养化后果会引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，隔绝水面与大气之间的会引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，隔绝水面与大气之间的复氧，导致水体溶解氧量下降，使鱼类或其他生物大量死亡，复氧，导致水体溶解氧量下降，使鱼类或其

13、他生物大量死亡，进一步消耗溶解氧，使水质恶化进一步消耗溶解氧，使水质恶化死亡的藻类和鱼类不断沉积于水体底部，最终使水体变成沼泽死亡的藻类和鱼类不断沉积于水体底部，最终使水体变成沼泽甚至旱地。甚至旱地。水华水华（江河湖泊）、（江河湖泊）、赤潮赤潮（海洋海洋）太湖蓝藻、水葫芦太湖蓝藻、水葫芦浮游生物的颜色不同而使水面呈蓝色、浮游生物的颜色不同而使水面呈蓝色、红色红色、棕色、乳白色等、棕色、乳白色等促使湖泊老化，破坏水资源，危害水源促使湖泊老化，破坏水资源，危害水源 富营养化指标富营养化指标总磷浓度总磷浓度0.02mg/L，无机氮浓度，无机氮浓度0.3mg/L 防止富营养化途径防止富营养化途径合理施

14、用化肥，防止流失；降低工业废水中合理施用化肥，防止流失；降低工业废水中N、P排放量；生排放量；生活粪便等污水先做沼气后再作有机肥；对水源进行监测、预报活粪便等污水先做沼气后再作有机肥；对水源进行监测、预报4.3.3 富营养化污染富营养化污染4.3.4 4.3.4 无机无毒物质无机无毒物质( (酸、碱、盐污染物酸、碱、盐污染物) ) 来源：来源： 酸性废水主要来自于矿山排水、工业废水及酸雨酸性废水主要来自于矿山排水、工业废水及酸雨 碱性废水主要来自于碱法造纸、化学纤维制造、碱性废水主要来自于碱法造纸、化学纤维制造、制碱、制革等工业废水制碱、制革等工业废水 饮用水饮用水pH=7.08.5，渔业用水

15、，渔业用水pH=6.09.2，农业用水农业用水pH=4.59.04.3.5 4.3.5 有毒污染物有毒污染物 定义：定义：废水中能对生物引起毒性反应的化学物质废水中能对生物引起毒性反应的化学物质 类型：类型：无机有毒物质、有机有毒物质和放射性物质无机有毒物质、有机有毒物质和放射性物质无机有毒物质无机有毒物质 特点：特点：强烈的生物毒性，经食物链危害人健康强烈的生物毒性，经食物链危害人健康 类型：类型：金属和非金属金属和非金属 重金属污染的危害重金属污染的危害 汞（汞（Hg）污染）污染潜伏期达潜伏期达1030年。年。有机汞在贝类、鱼类中富集，经食物链进入人体，在有机汞在贝类、鱼类中富集，经食物链

16、进入人体，在肝、肾、脑中积累，侵入中枢神经，引发肝、肾、脑中积累，侵入中枢神经，引发“水俣病水俣病”，毒性大大超过无机汞。，毒性大大超过无机汞。无机汞可用药物排出，有机汞极难用药物排出。无机汞可用药物排出，有机汞极难用药物排出。 镉（镉（Cd）污染）污染 典型的富集性毒物典型的富集性毒物 积累在人体的肝、肾组织中，不易排出。积累在人体的肝、肾组织中，不易排出。 后果：肾脏功能不全，降低机体免疫力，骨质疏松、软后果：肾脏功能不全，降低机体免疫力，骨质疏松、软化，引起全身疼痛、腰关节受损、骨节变形化，引起全身疼痛、腰关节受损、骨节变形 潜伏期达潜伏期达130年，发病后难以治疗。年，发病后难以治疗。

17、 铬（铬（Cr）污染）污染 六阶铬毒性大于三阶铬六阶铬毒性大于三阶铬 引起神经系统中毒引起神经系统中毒 铅（铅（Pb）污染）污染 富集性毒物，摄入量超过富集性毒物，摄入量超过1mg时，有明显积累。时，有明显积累。 后果：干扰机体生理功能，危机神经系统、肾与脑，儿后果：干扰机体生理功能，危机神经系统、肾与脑，儿童易受永久性的脑损伤。童易受永久性的脑损伤。 镍、铜、锌、钴、锰、钒、钼和铋等重金属离子对镍、铜、锌、钴、锰、钒、钼和铋等重金属离子对人体也有一定的毒害作用。人体也有一定的毒害作用。 非金属有毒物：非金属有毒物： 砷、硒、氟、硫、氰、亚硝酸根砷、硒、氟、硫、氰、亚硝酸根 砷中毒会引起中枢神

18、经紊乱、腹痛、肝痛、肝大砷中毒会引起中枢神经紊乱、腹痛、肝痛、肝大等消化系统障碍，常伴有皮肤癌、肝癌、砷癌、等消化系统障碍，常伴有皮肤癌、肝癌、砷癌、肺癌等发病率增高现象。肺癌等发病率增高现象。 无机氰化物的毒性为破坏血液，影响运送氧和氢无机氰化物的毒性为破坏血液，影响运送氧和氢的机能而导致死亡。的机能而导致死亡。 亚硝酸盐在人体中能与仲胺生成硝酸胺，有强烈亚硝酸盐在人体中能与仲胺生成硝酸胺，有强烈的致癌作用。的致癌作用。有机有毒物质有机有毒物质 种类繁多，其环境化学行为知之甚少。种类繁多，其环境化学行为知之甚少。 特点：特点：经迁移、转化、富集或食物链循环，危机水经迁移、转化、富集或食物链循

19、环，危机水生生物及人体健康。大多以污染物形式进入水体。生生物及人体健康。大多以污染物形式进入水体。 农药农药 主要为有机氯、有机磷农药和氨基甲酸酯类农药主要为有机氯、有机磷农药和氨基甲酸酯类农药 有机氯农药难以降解，主要滞留在土壤、沉积物和水生有机氯农药难以降解，主要滞留在土壤、沉积物和水生生物中，水中较少生物中，水中较少 有机氯农药和有机氯农药和DDT已经禁用。已经禁用。 有机磷农药和氨基甲酸酯农药易被生物降解，不易富集有机磷农药和氨基甲酸酯农药易被生物降解，不易富集、吸附，易挥发。主要产品为有机氯除草剂、氮取代物、吸附，易挥发。主要产品为有机氯除草剂、氮取代物、脲基取代物和二硝基苯胺除草剂

20、、脲基取代物和二硝基苯胺除草剂 有机磷和氨基甲酸酯农药主要残留在地表水体中，除草有机磷和氨基甲酸酯农药主要残留在地表水体中，除草剂是主要污染物剂是主要污染物4.3.6 4.3.6 油类污染物油类污染物 有“石油类”和“动植物油类”两项，是水体污染的重要来源之一 来源：工业排放、船只清洗、海上采油、油船意外事故流出等 后果： 破坏环境，降低疗养地和旅游地的使用价值 严重危害水生生物 漂浮在海面上的多数是致癌物质 油膜在0.001mm时，影响水循环和水中鱼类生存 引起火灾墨西哥湾与渤海湾漏油事件4.3.7 4.3.7 生物污染物质生物污染物质 主要指废水中的致病性微生物，包括致病细主要指废水中的致

21、病性微生物，包括致病细菌、病虫卵和病毒菌、病虫卵和病毒 病源微生物的水污染危害历史最久，至今仍病源微生物的水污染危害历史最久，至今仍是危害人类健康和生命的重要水污染类型是危害人类健康和生命的重要水污染类型 病源微生物特点：数量大、分布广、存活时病源微生物特点：数量大、分布广、存活时间长，繁殖速度很快间长，繁殖速度很快 引发脊髓灰质炎、肠道传染病、霍乱，伤寒引发脊髓灰质炎、肠道传染病、霍乱，伤寒病病4.3.8 4.3.8 感官性状污染物感官性状污染物 废水中能引起异色、浑浊、泡沫、恶臭等现象的物质废水中能引起异色、浑浊、泡沫、恶臭等现象的物质 水质标准对色度、浊度、臭味、漂浮物等指标都有规定水质

22、标准对色度、浊度、臭味、漂浮物等指标都有规定4.3.9 4.3.9 热污染热污染 定义：废水温度过高引起的危害定义：废水温度过高引起的危害 后果：后果： 水中溶解氧减少，水质易恶化，导致鱼类等死亡水中溶解氧减少，水质易恶化，导致鱼类等死亡 加快藻类繁殖，加快水体富营养化进程加快藻类繁殖，加快水体富营养化进程 对管道、容器等腐蚀加大对管道、容器等腐蚀加大 细菌繁殖加快，水处理费用增大细菌繁殖加快，水处理费用增大4.4 4.4 水污染治理技术水污染治理技术 水体自净水体自净污染物参与水体中的物质转化和循环过程，经一系污染物参与水体中的物质转化和循环过程，经一系列物理、化学、和生物的作用，将其分离或

23、分解，列物理、化学、和生物的作用，将其分离或分解，使水体基本或完全恢复原有的生态平衡的过程。使水体基本或完全恢复原有的生态平衡的过程。水体所具备的这种能力称为自净能力或自净容量水体所具备的这种能力称为自净能力或自净容量物理净化作用物理净化作用：稀释、混合、沉淀与挥发：稀释、混合、沉淀与挥发化学净化作用：化学净化作用：氧化还原、酸碱反应、分解合成、氧化还原、酸碱反应、分解合成、吸附凝聚等吸附凝聚等生物化学净化作用生物化学净化作用：水生生物特别是微生物的生命：水生生物特别是微生物的生命活动，使其存在形态发生变化，有机物无机化，有活动，使其存在形态发生变化，有机物无机化，有害物无害化，浓度降低，总量

24、减少。害物无害化，浓度降低，总量减少。生物化学净化作用是水体自净的主要原因生物化学净化作用是水体自净的主要原因一般处理原则一般处理原则 一级处理：一级处理：分离水中的悬浮固体物、胶状物分离水中的悬浮固体物、胶状物、浮油或重油；采用水质水量调节、自然沉、浮油或重油；采用水质水量调节、自然沉淀、上浮、隔油等方法。淀、上浮、隔油等方法。 二级处理：二级处理：去除可生物降解的有机溶解物和去除可生物降解的有机溶解物和部分胶状物的污染，以减少废水中的部分胶状物的污染，以减少废水中的BOD和和部分部分COD，通常采用生物化学法处理。，通常采用生物化学法处理。 三级处理：三级处理：去除生物难降解的有机污染物和

25、去除生物难降解的有机污染物和无机污染物，常用活性炭吸附和化学氧化，无机污染物，常用活性炭吸附和化学氧化，也可采取离子交换或膜分离技术。也可采取离子交换或膜分离技术。 三级处理中适用于出水标准要求高，废水的三级处理中适用于出水标准要求高，废水的色、臭、味污染严重，或色、臭、味污染严重，或BOD和和COD比值甚比值甚小。属于深度处理。小。属于深度处理。化学及物理化学处理法化学及物理化学处理法 主要方法：主要方法：中和、混凝、电解、氧化还原、中和、混凝、电解、氧化还原、汽提、吸附、离子交换和电渗析等汽提、吸附、离子交换和电渗析等 吸附法：吸附法： 原理：利用多孔性的固体物质，使废水中的一种原理：利用

26、多孔性的固体物质，使废水中的一种或多种物质被吸附在固体物质表面而去除或多种物质被吸附在固体物质表面而去除 类型：物理吸附和化学吸附类型：物理吸附和化学吸附 吸附剂：活性炭、磺化煤、活化煤、沸石、活性吸附剂：活性炭、磺化煤、活化煤、沸石、活性白土、硅藻土、腐殖质酸、焦炭、木炭、木屑。白土、硅藻土、腐殖质酸、焦炭、木炭、木屑。 活性炭对锑、钮、锡、汞、铅、钴、镍、六阶铬活性炭对锑、钮、锡、汞、铅、钴、镍、六阶铬等有较好的吸附能力等有较好的吸附能力离子交换法离子交换法 原理：借助于离子交换树脂的离子置换作用，除去原理：借助于离子交换树脂的离子置换作用，除去废水中有害离子的处理方法废水中有害离子的处理方法 离子交换剂：离子交换树脂和磺化煤离子交换剂：离子交换树脂和磺化煤电渗析法电渗析法 膜分离法膜分离法 原理：利用隔膜使溶剂（通常是水）同溶质或微粒分离原理：利用隔膜使溶剂（通常是水）同溶质或微粒分离的方法；的方法； 用隔膜分离溶液时，使溶质通过膜的方法称为渗