工程化学水污染及防治

工程化学水污染及防治第1页/共98页目

录一、地球上的水二、基本概念三、水污染四、水污染防治第2页/共98页一、地球上的水1、地球上仅有不到1％的淡水为人类所利用，估算约为300万亿立方千米。

2、我国水资源总量丰富，人均不足。我国淡水资源的总量为2.8万亿立方米，居世界第六位。但人均占有量较低，以13亿人口计，人均占有量仅有2154立方米，只相当于世界人均水资源占有量10000立方米的1/4左右。

（一）、水的分布第3页/共98页然而，中国又是世界上用水量最多的国家。仅2002年，全国淡水取用量达到5497亿立方米，大约占世界年取用量的13%，是美国1995年淡水供应量4700亿立方米的约1.2倍。中国从20世纪70年代以来就开始闹水荒，这不是危言耸听，而是客观存在的事实。80年代以来，中国的水荒由局部逐渐蔓延至全国，情势越来越严重，对农业和国民经济已经带来了严重影响。（青藏高原水，西南三江并流水，金沙江、谰沧江、怒江的开发利用）第4页/共98页

中国水资源南北分配的差异非常明显，长江流域及其以南地区人口占了中国的54％，但是水资源却占了81％。北方人口占46％，水资源只有19％。受大陆季风气候的影响，中国水资源在季节上分布极不均匀，在水资源缺乏的西北地区，十分有限的降雨又往往集中在夏季的三个月内是水资源紧张的情况更为加剧。

1949～2002年，全国总用水量增加了4000多亿立方米，大约每10年增加1000亿立方米，年平均增加约100亿立方米。在省级行政区中，用水量大于400亿立方米的是新疆、江苏和广东，约占全国用水量的25.5％；工业用水占其总用水量30％以上的是上海、重庆、湖北和江苏。根据环境部门对全国河流、湖泊、水库的水质状况的监测，由于近年来工业废水和城镇生活污水的排放等原因，我国主要水系的水体都遭到了不同程度的污染。

北方资源性缺水！南方水质性缺水！中西部工程性缺水！第5页/共98页联合国已将我国列为全球13个最缺水的国家之一。农业缺水城市缺水生态缺水我国水资源的主要问题：●我国水资源人均和亩均水量少；●水资源在地区分布上很不均匀，水土资源组合不平衡；●水量年内及年际变化大，水旱灾害频繁。第6页/共98页2006年，全国地表水总体水质属中度污染。在国家环境监测网（简称国控网）实际监测的745个地表水监测断面中（其中，河流断面593个，湖库点位152个），Ⅰ～Ⅲ类，Ⅳ、Ⅴ类，劣Ⅴ类水质的断面比例分别为40%、32%和28%。主要污染指标为高锰酸盐指数、氨氮和石油类等。三、全国水环境质量状况第7页/共98页

长江每年被排入２００亿吨未经处理的工业水（2000年统计，现估计已超过300亿吨）。每个沿江城市在其上游取水，在下游排出未经处理的废水。如安庆市，所有生活污水直接排入长江，而位于这个市中心的安庆石化公司，因污水处理设施不足，每年有１５％的工业污水不经处理就排入长江。

在湖北省宜昌市，记者看到，这个城市的生活污水排污口，排放的废水都没有经过处理，浑浊的污水散发出难闻的臭味流进长江。第8页/共98页

“位于长江下游的上海市，符合饮用水水源国家标准的地表水只剩下１％，水质劣于Ⅴ类的已占６８．６％；无锡市区内已很难找到合格的地表水。长江中下游地区有水不能吃的现象普遍存在。”长江水利委员会副主任熊铁说，长江污染下游重于上游，支流重于干流，湖泊半数以上已处于不同程度的富营养化状态。黄浦江、汉江、湘江、嘉陵江、沱江五条支流进入干流的污染物约占所有支流总量的５０％。第9页/共98页长江污水（1）第10页/共98页长江污水（2）第11页/共98页淮河污水（1）第12页/共98页淮河污水（2）第13页/共98页淮河污水（3）第14页/共98页长江源头水第15页/共98页三江源第16页/共98页

是谁把如此晶莹的水变成了残害人民的污水，是谁把孕育我们的母亲变成孽杀我们的暴君。在上游默默流淌的晶莹透明的泉水，到了下游变成了浊浪滔天，怒不可遏的挣扎。这是谁作的孽！黄埔江水整体在劣Ⅴ类以下，初到上海的人因水中强烈的漂白粉味而不适应。人们现在经常喝的水有三类：矿泉水、纯净水、反渗透水(也叫太空水---为什么?)。第17页/共98页千岛湖下1000米水，有点甜。第18页/共98页西藏雪域高原冰川水第19页/共98页二、水的循环1、水的自然循环水的性质基本不变第20页/共98页自然界的水循环第21页/共98页2、水的社会循环抽

提处

理河流、湖泊生产、生活水的性质不断变化第22页/共98页水的社会循环人类为了满足生活和生产的需求，不断取用天然水体中的水，经过使用，一部分天然水被消耗，但绝大部分却变成生活污水和生产废水排放，重新进入天然水体。在水的社会循环中，水的性质在不断地发生变化。另外生活污水和生产废水是形成水污染的主要根源，也是防治水污染的主要对象。第23页/共98页（一）、

水质的概念：水的质量。是指水与其所含杂质共同表现出来的物理、化学和生物学的综合特性（二）、水质指标：衡量水质好坏，分为物理性（2小类）、化学性（3小类）、生物性三大类。1.悬浮物

1）主要指：沙砾、悬浮固体、漂浮物

2）危害：●减少阳光对水面的穿透能力，从而衰减了水面下的光合作用；

二、基本概念第24页/共98页●悬浮物的大量存在，堵塞鱼类的腮，导致死亡；●可以吸附其他的污染物，进行协同的迁移。2.生化需氧量（BOD——BiochemicalOxygenDemand）生活污水和工业废水中所含的碳氢化合物、脂肪、蛋白质、木质素等有机化合物，可在微生物作用下分解生成简单的无机物CO2、H2O等。这些有机物在分解的过程中需消耗大量的溶解氧，因而称为需氧污染物。第25页/共98页需氧性污染物的危害—水体发黑变臭第26页/共98页1)定义：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。（mg/1）

或水中有机物经微生物分解时所消耗的溶解氧的数量2)是一种间接表示水被有机污染物污染程度的指标。BOD越大，表示有机污染越严重。3)测定条件：●20℃， 02充足，不搅动

●完全氧化一般为20天，常用5天为测定的标准时间。

BOD5=70%BOD20第27页/共98页3.化学需氧量（COD--ChemicalOxygenDemand）1)定义：在酸性条件下能够将有机物氧化为H20和C02，此时所测出的耗氧量。或者：用化学氧化剂氧化水中有机物时，所需氧化剂的数量2)特点：测定时间短，不受水质限制。主要作为工业废水的污染指标。3)COD＞BOD，COD与BOD的差值可表示不为微生物降解的有机物。第28页/共98页4、植物营养物是指促使水中植物生长，从而加速水体富营养化的各种物质，主要指氮、磷。1)水体富营养化的概念第29页/共98页2）水体富营养化的表现云南滇池第30页/共98页九寨沟的水(五花池)第31页/共98页5.pH值：反映水的酸碱强弱的指标6.细菌污染指标：一般指大肠杆菌群数7.有毒物质指标：

1)定义：指达到一定浓度后，对人体健康、水生生物的生长造成危害的物质。

2)品种繁多，检测内容视具体情况而定第32页/共98页Ⅰ类：主要适用于源头水、国家自然保护区；Ⅱ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；Ⅲ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；Ⅳ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；Ⅴ类：主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。1、《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）（三）、主要的水质标准第33页/共98页2.污水综合排放标准：GB8978-88；分为两类标准。

●Ⅰ类：对人体健康有长远影响的污染物，共9种

●Ⅱ类：长远影响小于Ⅰ类污染物，共有20种，依照排放水域分为3级标准进行控制。3.生活饮用水水质标准：GB5749-85；共考核35项。*制定标准的原则

●卫生安全可靠

●化学成分对人无害

●使用时不致造成其他不良影响。4.其他专项用水水质标准第34页/共98页三、水污染（一）、水污染定义

是指水体因某种物质的介入而导致其化学、物理、生物或放射性方面特性的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或破坏生态环境，造成水质恶化的现象。第35页/共98页一、废水中污染物浓度大二、废水成分复杂且不易净化三、带有颜色或异味四、废水水量和水质变化大1、点污染源工业废水

（二）、水污染的主要来源第36页/共98页生活污水

主要来自家庭、商业、学校、旅游服务业及其他城市公用设施，包括厕所冲洗水、厨房洗涤水、洗衣机排水、沐浴排水及其他排水等。

生活污水中99.9%是水，固体物不到0.1%大量合成洗涤剂

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废水的来源

根据来源不同，废水可分为生活污水和工业废水两大类。生活污水是人们在日常生活中所产生的废水，主要包括厨房洗涤污水。工业废水是在工业生产过程中所排出的废水。工业废水分为生产污水和生产废水。生产废水是指较清洁，不经处理即可排放或回用的工业废水。而那些污染较严重，须经过处理后方可排放的工业废水就称为生产污水。return第38页/共98页2、面污染源农业面源污染城市径流污染第39页/共98页1、悬浮物

使水体变浑，影响水生植物的光合作用，吸附有机毒物、重金属等，形成危害更大的复合污染物沉入水底，日久形成淤积，妨碍水上交通或减少水库容量，增加挖泥负担。

2、耗氧有机物

排入水体后能在微生物作用下分解为简单的无机物，在分解过程中消耗氧气，使水体中的溶解氧减少

。影响鱼类和水生生物的生存

，造成水体变黑发臭

。（三）、主要的水污染物质第40页/共98页3、植物性营养物

主要指含有氮、磷的无机、有机化合物，易引起水中藻类及其他浮游生物大量繁殖，形成富营养化，使自来水处理厂运行困难，造成饮用水的异味，严重时会使水中溶解氧下降，鱼类大量死亡，甚至会导致湖泊的干涸灭亡。4、重金属

重金属是具有潜在危害的重要污染物质，从50年代前后日本出现的水俣病和骨痛病，均已查明是由于汞、镉污染引起的公害病。重金属的环境污染已受到人们极大的关注。第41页/共98页5、难降解有机物

指难以被微生物降解的有机物，能在水中长期稳定地存留，并通过食物链富集最后进入人体。它们中的一部分化合物即使在十分低的含量下仍具有致癌、致畸和致突变的作用

。6、石油类

主要来源于船舶废水、工业废水、海上石油开采及大气石油烃沉降

。它会阻止氧进入水中，妨碍水生植物的光合作用

。同时，石油还会粘附在鱼鳃上，使之呼吸困难直至死亡，还会抑制水鸟产卵和孵化。食用在含有石油的水中生长的鱼类等水产品，会危及人体健康。

第42页/共98页08年6月5日,安徽巢湖西半湖蓝藻暴发6月5日，合肥市义城镇塘西村村民在用水泵抽取蓝藻第43页/共98页1．无机化学毒物无机化学毒物包括金属和非金属两类。金属毒物主要为汞、铬、镉、铅、锌、镍、铜、铁、锰、放、钒、钼和铋等，特别是前几种危害更大。金属毒物具有以下特点：不能被微生物降解；其毒性以离子态存在时最严重，金属离子在水中容易被带负电荷的胶体吸附，吸附金属离子的胶体可随水流迁移，但大多数会迅速沉降；能被生物富集于体内，既危害生物，又通过食物链危害人体；重金属进入人体后，能够和生理高分子物质发生作用而使这些生理高分子物质失去活性，也可能在人体的某些器官积累，造成慢性中毒。重要的非金属毒物有砷、硒、氰、氟、硫、亚硝酸很等。如砷中毒时能引起中枢神经紊乱，诱发皮肤癌等。亚硝酸盐在人体内还能与仲胺生成亚硝胺，具有强烈的致癌作用。return第44页/共98页2．有机化学毒物这类毒物大多是人工合成有机物，难以被生化降解，并且大多是较强的三致物质(致癌、致突变、致畸)，毒件很大。主要有：农药(DDT、有机氯、有机磷等)、酚类化合物、聚氯联苯、稠环芳烃(如苯并芘)、芳香族氨基化合物等。以有机氯农药为例，首先其具有很强的化学稳定性，在自然环境中的半衰期为十几年到几十年，其次它们都可能通过食物链在人体内富集，危害人体健康。如DDT能蓄积于鱼脂中，浓度可比水体中高12500倍。return第45页/共98页3．放射性物质放射性是指原子核衰变而释放射线的物质属性。主要包括X射线、α射线、β射线、γ射线及质子束等。废水中的放射性物质主要来自铀、镭等放射性金属生产和使用过程，如核试验、核燃料再处理、原料冶炼厂等131I等。其浓度一般较低，主要引起慢性辐射和后期效应，如诱发癌症、对孕妇和婴儿产生损伤，引起遗传性伤害等。第46页/共98页(六)油类污染物

油类污染物包括“石油类”和“动植物油”两项。油类污染物能在水面土形成油膜，隔绝大气与水面，破坏水体的复氧条件。它还能附着于土壤颗粒表面和动植物体表，影响养分的吸收和废物的排出。当水中含油0.01～0.1mg/L，对鱼类和水生生物就会产生影响。当水中含油0.3～0.5mg/L就会产生石油气味，不适合饮用。return第47页/共98页(七)生物污染物生物污染物主要是指废水中的致病性微生物，它包括致病细菌、病虫卵和病毒。未污染的天然水中细菌含量很低，当城市污水、垃圾淋溶水、医院污水等排入后将带入各种病原微生物。如生活污水中可能会有能引起肝炎、伤寒、霍乱、痢疾、脑炎的病毒和细菌以及蛔虫卵和钩虫卵等。生物污染物污染的特点是数量大，分布广，存活时间长，繁殖速度快。必须予以高度重视。水质标准中的卫生学指标有细菌总数和总大肠苗群数两项。后者反映水体中动物粪便污染的状况。

return第48页/共98页(九)热污染废水温度过高而引起的危害，叫做热污染，热污染的主要危害有以下几点。（1）使水体溶解氧浓度降低，相应的亏氧量随之减少，大气中的氧向水体传递的速率也减慢；（2）导致生物耗氧速度加快，促使水体中溶解氧更快被耗尽，水质迅速恶化，造成鱼类和水生生物缺氧死亡；（3）加快藻类繁殖，从而加快水体富营养化进程；（4）导致水体中的化学反应加快，使水体的物化性质发生变化，可能对管道和容器造成腐蚀。（5）加速细菌生长繁殖，增加后续水处理的费用。return第49页/共98页第50页/共98页四、需氧污染物分解与溶解氧平衡第51页/共98页一条假定的被污染河流中生化需氧量和溶解氧的变化曲线

溶解氧耗氧复氧BOD

清洁区水质恶化区恢复区清洁区

-39-1901939587797ppm2610141821012345678910（日）116135154174（公里）第52页/共98页横坐标从左至右表示河流的流向和距离（流经的距离以公里计，流经的时间以日计）。纵坐标表示溶解氧和生化需氧量的浓度，单位是ppm。将污水排入河流处定为基点O，向上游去的距离取负值，向下游去的距离取正值。污水源于四万人口的小城市的下水道。假定河流的流量是100m3/s，流进河中的污水立即与河水混合，水温是25℃。第53页/共98页由BOD曲线可以看出：在上游未受污染的区域，BOD很低，在0点有污水注入后，BOD急剧上升。由此向下，随着分解作用的进行，BOD逐渐降低，慢慢恢复到污水注入前的水平。

第54页/共98页由溶解氧曲线可以看出：溶解氧与BOD有非常密切的关系。在污水未注入前，河水中溶解氧很高，污水注入后因分解作用耗氧，溶解氧从0点开始向下游逐渐降低，从0点流下2.5日，降至最低点。以后又回升，最后恢复到近于污水注入前的状态。在污染河流中溶解氧曲线呈下垂状，称为溶解氧下垂曲线。第55页/共98页根据BOD和DO曲线，可以把该河划分为污水注入前的清洁水区，注入后的水质恶化区、恢复区和恢复后的清洁水区。在污染河段两组作用影响着水中溶解氧的含量:

一组作用使水中溶解氧含量降低，即有机污染物分解作用耗氧和有机体呼吸作用耗氧，这一组作用简称耗氧作用；

另一组作用使水中富集氧，如空气中的氧溶于水，水生植物的光合作用放出氧等。空气氧溶于水的作用简称为曝气作用（复氧作用）。第56页/共98页4.总有机碳(TOC)

有机物都含有碳，通过测定废水中的总含碳量可以表示有机物含量。总有机碳(TOC)的测定方法是：向氧含量已知的氧气流中注入定量的水样，并将其送入以铂为触媒的燃烧管中，在900℃高温下燃烧，用红外气体分析仪测定在燃烧过程中产生的CO2量，再折算出其中的含碳量，就是总有机碳T0C值。为排除无机碳酸盐的干扰，应先将水样酸化，再通过压缩空气吹脱水中的碳酸盐。TOC的测定时间也仅需几分钟。return第57页/共98页

四、水污染控制基本控制模式——三级控制源头控制污水集中处理尾水最终处置再利用/环境水体接管标准出水标准环境标准一级控制二级控制三级控制第58页/共98页（一）、源头控制

1．工业废水

■优化产业结构、调整规划布局

■清洁生产

单位产品耗水量（国外先进水平——国内平均水平）

钢铁行业：3~5m3/t——70~100m3/t

油炼制行业：0.2m3/t——5~6m3/t

■就地处理：达到污水排放标准第59页/共98页

2．生活污水

■合理进行人口密度及分布规划

■公众教育

现代水输的不利影响

“绿色消费”、“绿色生活”：无磷洗衣粉（一）、源头控制第60页/共98页

3．面源水污染

■城市径流收集雨水利用减少硬质地面增加绿化用地

■农村面源

发展节水农业减少土壤侵蚀合理利用农药截流农业污水畜禽粪便处理乡镇企业废水及村镇生活污水处理（一）、源头控制第61页/共98页浙江防渗渠河南人民胜利渠发展节水农业■改进地面灌溉方式第62页/共98页浙江余姚茶园喷灌电动时针式喷灌机滴

灌■发展喷灌、滴灌第63页/共98页基本控制模式——三级控制源头控制污水集中处理尾水最终处置再利用/环境水体接管标准出水标准环境标准一级控制二级控制三级控制第64页/共98页第五节废水处理方法综述废水处理方法按对污染物实施的作用不同，大体上可分为两类：一类是通过各种外力作用，把有害物从废水中分离出来，称为分离法。另一类是通过化学或生化的作用，使其转化为无害的物质或可分离的物质。后者再经过分离予以除去，称为转化法。习惯上也按处理原理不同，将处理方法分为物理法、化学法、物理化学法和生物化学法四类。

return第65页/共98页一、分离法废水中的污染物有各种存在形式，大致有离子态、分子态、胶体和悬浮物多样性和污染物特性的各异性，决定了分离方法的多样性。污染物存在形式分离方法离子态离子交换法、电解法、电渗析法、离子吸附法、离子浮选法分子态萃取法、结晶法、精馏法、吸附法、浮选法、反渗透法、蒸发法胶体混凝法、气浮法、吸附法、过滤法悬浮物重力分离法、离心分离法、磁力分离法、筛选法、气浮法表1-3分离法分类一览表return第66页/共98页二、转化法转化法可分为化学转化和生化转化两类。具体见表1-4。现代废水处理技术，按处理程度划分，可分为一级、二级和三级处理。一级处理，主要去除废水中悬浮固体和漂浮物质，同时还通过中和或均衡等预顶处理对废水进行调节以便排入受纳水体或二级处理装置。主要包括筛滤、沉淀等物理处理法。经过一级处理后，废水的BOD一般只去除30％左右，达不到排放标准，仍需进行二级处理。二级处理，主要去除废水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质主要采用生物处理等方法，BOD去除率可达90％以上，处理水可以达标排放。三级处理，是在一级、二级处理的基础上，对难降解的有机物、磷、氮等营养性物质进一步处理。采用的方法可能有混凝、过滤、离子交换、反渗透、超滤、消毒等。

return第67页/共98页

废水中的污染物组成相当复杂、往往需要采用几种方法的组合流程，才能达到处理要求。对于某种废水，采用哪几种处理方法组合，要根据废水的水质、水量，回收其中有用物质的可能性，经过技术和经济的比较后才能决定，必要时还需进行试验。表1-4转化法分类一览表方法原理转化方法化学转化中和法、氧化还原法、化学沉淀法、电化学法生化转化活性污泥法、生物膜法、厌氧生物处理法、生物塘等return第68页/共98页第69页/共98页西沙群岛第70页/共98页西沙永兴岛第71页/共98页一、污水集中处理■物理处理法■化学处理法■生物处理法主导：城市污水处理厂处理方法分类——第72页/共98页废水处理分为一、二、三级处理：一级处理是指除去水中的悬浮物、胶体、浮油，经常采用中和、沉降、浮选、除油等方法。废水经一级处理后通常达不到排放标准。二级处理主要除去可以分解和氧化的有机物及部分悬浮固体，目前主要采用生物处理方法。三级处理是除去难以分解的有机物和无机物，处理方法有吸附、离子交换、化学法等。处理深度分类——第73页/共98页去除物质——不溶性的、呈悬浮状态的污染物。主要工艺——筛滤截留、重力分离、离心分离等。处理设备——格栅和筛网、沉砂池和沉淀池、气浮装置、离心机、旋流分离器等。■物理处理法第74页/共98页竖流式沉淀池示意图进水排泥出水第75页/共98页中心进水周边出水辐流式沉淀池示意图进水出水排泥第76页/共98页去除物质——呈溶解、胶体状态的污染物。主要工艺——中和、混凝、化学沉淀、氧化还原、吸附、离子交换、膜分离等。■化学处理法第77页/共98页微生物作用分为：好氧生物处理、厌氧生物处理多种处理方法、多个处理单元有机组合■生物处理法（二）、污水集中处理第78页/共98页有机物+微生物合成代谢anabonism降解代谢catabolism有机酸、醇、CO2

、H2S、NH3+能原生质（微生物的增长）合成降解CH4

、CO2

、H2S、NH3+能原生质（微生物的增长）产酸阶段产气阶段第79页/共98页

需氧生物处理法：利用需氧微生物在有氧条件下将废水中复杂的有机物分解的方法

厌氧生物处理法：在厌氧细菌或兼性细菌的作用下将污泥中的有机物分解，最后产生甲烷和二氧化碳等气体。第80页/共98页活性污泥法活性污泥：将空气连续鼓入曝气池的废水中，经过一段时间后，水中就形成大量好气性微生物的絮凝体，这絮凝体就是“活性污泥”。

主要设备是曝气池和两次沉淀池。

第81页/共98页活性污泥法基本流程图曝气池二次沉淀池空气进水回流污泥剩余污泥出水第82页/共98页活性污泥法第83页/共98页

活

性

污

泥

法第84页/共98页常规工艺流程——一级处理处理方法：物理法净化效率：悬浮物60％~70