第九篇-水环境保护与污染控制工程

1、水环境保护与污染控制工程,1. 水循环及水资源保护利用 自然循环与社会循环,水的自然循环:自然界中的水并不是静止不动的，在太阳辐射及地球引力的作用下，水的形态不断发生由液态气态液态的循环变化，并在海洋、大气和陆地之间不停息地运动，从而形成了水的自然循环。 例如，海水蒸发为云，随气流迁移到内陆，与冷气流相遇，凝为雨雪而降落，称为降水。一部分降水沿地表流动，汇于江河湖泊；另部分渗于地下，形成地下水流。在流动过程中，两种水流不时地相互转化或补给，最后又复归大海。,自然循环,大循环或海陆循环： 在海洋与陆地之间全球范围的水分运动，称为大循环或海陆循环，它是陆地水资源形成和赋存的基本条件，是海洋向陆地输

2、送水分的主要作用。 小循环： 仅发生在海洋或陆地范围内的水分运动，称为小循环。 不论何种循环，使水蒸发的基本动力是太阳热能，使云气运动的动力是密度差。自然界水分的循环和运动是陆地淡水资源形成、存在和永续利用的基本条件。,水的社会循环： 是指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。 注意2点： 1、与水的自然循环不同，在水的社会循环中，水的性质在不断地发生变化。 2、在水的社会循环中，生活污水和工农业生产废水的排放，是形成自然界水污染的主要根源，也是水污染防治的主要对象。,水气输送,生活用水 工

3、业用水,自然循环,给水,农业用水,质,与,量,工程 社会循环,排水 工程,给水工程： 取水工程给水处理输配水 针对不同的水源水水质特点（源） 满足工农业和生活对水质与水量的 要求。 （用户） 水质标准 不断有新的要求出现,排水工程： 废水收集（来源于生活、工业和农 业）废水处理排放或回用 悬浮物,有机物 卫生学 毒理学,污水排放或 回用标准 (不断有新的要求）,水资源保护和再利用,水资源保护 再利用水,点源控制 面源控制 污水 雨水,人工强化处理方法 生物和生态方法 减轻对水体的污染 减少新鲜水用水量 增加有效水资源量 水资源可持续发展,2 水污染状况及来源,水污染来源,1. 工业废水,造纸废

4、水、 印染废水、化工、冶金 含酚废水、电镀废水、农药废水、含油废水 高浓度有机废水,兰州黄河段遭受红色污染物污染,20世纪十大环境公害 19531956年日本水俣病事件 氮肥公司排放的含汞废水，形成甲基汞, 经过食物链富集使人中毒。这种病症最初出现在猫身上，被称为“猫舞蹈症”。病猫步态不稳，抽搐、麻痹，跳海死去，被称为“自杀猫”。随后不久，此地也发现了患这种病症的人。患者由于脑中枢神经和末梢神经被侵害，轻者口齿不清、步履蹒跚、面部痴呆、手足麻痹、感觉障碍、视觉丧失、震颤、手足变形，重者神经失常，或酣睡，或兴奋，身体弯弓高叫，直至死亡。1991年，日本环境厅公布的中毒病人仍有2248人，其中10

5、04人死亡。,20世纪十大环境公害 19551972年骨痛病事件 日本富山县的一些铅锌矿在采矿和冶炼中排放含镉废水，人长期饮用含镉河水，食用浇灌含镉河水生产的稻谷，就会得“骨痛病”。病人骨骼严重畸形、剧痛，身长缩短，骨脆易折。到1977年，共死亡207人。,20世纪十大环境公害 十、1986年剧毒物污染莱茵河事件 11月1日，瑞士巴塞尔市桑多兹化工厂仓库失火，近 30吨剧毒的硫化物、磷化物与含有水银的化工产品 随灭火剂和水流入莱茵河。顺流而下150公里内，60 多万条鱼被毒死，500公里以内河岸两侧的井水不能 饮用，靠近河边的自来水厂关闭，啤酒厂停产。当 时估计，有毒物沉积在河底，将使莱茵河因

6、此而“死 亡”20年。,2. 生活污水： 1921年上海北区污水处理厂是我国最早污水处理厂 20世纪50年代前我国的城镇污水处理总体上仍旧停留于 水体自净阶段。 20世纪60年代城市开始注意城市污水处理问题并采 取了一定的措施。 20世纪80年代，我国第一座大型城市污水处理厂 天津市纪庄子污水处理厂于1984年投产运行，处 理规模为26万m3/d。,2. 生活污水： 到2004年底，全国661个设市城市建有污水处理厂708座，总污水处理率45。 2010年年底，全国设市城市、县累计建成城镇污水处理厂2832座。 截至2010年年底，我国污水处理能力达到1.25亿立方米/日，较2009年年底增加

7、处理能力约1900万立方米/日。 目前，全国正在建设的城镇污水处理项目达1600个，总设计能力约3900万立方米/日。在654个设市城市中已有607个城市建有污水处理厂，占设市城市总数的92.8。全国已有1034个县城建成了污水处理厂，约占县城总数63.2，较2009年底翻了一番；污水处理能力2066万立方米/日，约占全国总能力的1/6。 2010年全年累计处理污水343.33亿立方米，同比增长22.83；平均运行负荷率达到78.95，同比提高2.3个百分点；全年累计削减化学需氧量(COD)总量920.38万吨，增长19.02,3. 养殖业废水 产值占农业生产总值的30 污染负荷高，如北京养殖

8、业排放的BOD约为工业 和生活污水BOD总量的3倍。 处理率低：34 4. 面源污染 城市暴雨 农业生产：化肥和农药的使用增加，农田排水与 暴雨径流。,污染物性质与水质指标 1. 病源微生物 致病菌，病毒，寄生虫 来源：生活污水，屠宰废水，医院污水。 水质标准中规定：细菌总数，总大肠 杆菌群（隐孢子虫，贾第虫，致病病毒）,2 需氧（耗氧）有机物 碳水化合物，蛋白质，脂肪，氨基酸等 来源：生活污水，屠宰废水，食品废水。 水质指标： COD BOD5,COD 在一定的条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量。它是表示水中还原性物质多少的一个指标。水中的还原性物质有各种有机物、亚硝酸盐

9、、硫化物、亚铁盐等。但主要的是有机物。因此，化学需氧量（COD）又往往作为衡量水中有机物质含量多少的指标。 BOD5 生化需氧量或生化耗氧量(五日化学需氧量)，表示水中有机物等需氧污量的一个综合指示。说明水中有机物由于微生物的生化作用进行氧化分解，使之无机化或气体化时所消耗水中溶解氧的总数量。其单位毫克/升表示。其值越高说明水中有机污染物质越多，污染也就越严重。,3 植物性营养物质 氮，磷 来源：生活污水（含磷洗涤剂），农业化 肥，磷矿排水等。 缓流水体（湖泊，水库，内海等）的富营 养化， 赤潮,4 重金属 汞，镉，铅，镍等12类 来源：金属冶炼，矿山，电镀。 通过食物链富集，蓄积，进入人体，

10、不易 排泄，沉在底泥和土壤中。,5 有毒难降解有机物 农药（有机氯农药），PAH（合成工业发展） 持久性有机污染物（POPs） 内分泌干扰物质（环境荷尔蒙）（EDC）（人类 的消亡？）（our stolen future） 农药，二恶英（美国越南战场喷洒枯叶剂），多 氯联苯，雌二醇,水质指标 物理性质（感观）：色度、温度、浊度（SS）、嗅 化学性质：pH、有机物、溶解性固体、有毒物、N、P 有机物综合指标：BOD5、COD TOC、 TOD 有机物单项指标： 卫生学指标：细菌总数、大肠菌数 毒理学指标：重金属、有毒物质,水污染防止战略对策与保障措施 尽快实现从末端治理向源头控制的战略转移， 大

11、力推行清洁生产。 加快城市废水处理厂的建设步伐，实施废水 资源化 。 从单纯的点污染源治理转向点源、内源和面 源的流域综合综合治理 。 切实保护饮用水源地，提高饮用水安全性。,a点源污染。点源污染是指大、中企业和大、中居民点在小范围内的大量水污染的集中排放。 b面源污染。面源污染是指分散的小企业和分散的居民在大面积上的少量水污染的分散排放。 c内源污染。内源污染又称二次污染，是指江河湖库水体内部由于长期污染的积累产生的污染再排放 。,水污染的控制技术,污水处理系统 臭气,污水,格栅,调节与 沉淀池,生物处理 设备,二沉 池,消 毒 出水,污泥 臭气,污泥处理设备,污泥利用,用,利,用,清洁型污

12、水处理利用系统 资 源 化 再,污水处理技术,生态型,污泥处理技术,恶臭处理技术,污水中悬浮污染物的去除技术 格栅，筛网 沉砂池，沉淀池,格栅,图2-1 人工清污格栅结构图,格栅,筛网,悬浮污染物的去除技术（沉淀池）,图2-6. 升流式斜板沉淀池,幅流式沉淀池 适用于大水量，但占地大，机械维修，配水条件差,平流式沉砂池剖面视图,污水中有机污染物的去除技术 生物处理技术 好氧生物处理技术 厌氧生物处理技术 自然生物处理技术,生物处理技术的原理 活性污泥,大型城市污水处理厂（曝气池）,氧化沟工艺,氧化沟的曝气转刷和转盘,膜分离技术 膜分离技术是指在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过半透膜时，实现

13、选择性分离的技术，半透膜又称分离膜或滤膜 ，膜壁布满小孔，根据孔径大小可以分为：微滤膜（MF）、超滤膜（UF）、纳滤膜（NF）、反渗透膜（RO）等，膜分离都采用错流过滤方式 .,半透膜：是一种只给某种分子或离子扩散进出的薄膜，对不同粒子的通过具有选择性的薄膜。半透膜是一种只允许离子和小分子自由通过的膜结构，生物大分子不能自由通过半透膜，其原因是因为半透膜的孔隙的大小比离子和小分子大但比生物大分子如蛋白质和淀粉小。 错流过滤：在泵的推动下，料液平行于膜面流动，料液流经膜面时产生的剪切力把膜面上滞留的颗粒带走，从而使污染层保持在一个较薄的水平。错流过滤操作较死端过滤复杂，对固含量高于0.5的料液通

14、常采用错流过滤。,死端过滤 又叫全量过滤。溶剂和小于膜孔的溶质在压力的驱动下透过膜，大于膜孔的颗粒被截留，通常堆积在膜面上。死端过滤只需要克服膜阻力的能量，但是，随着时间的增加，膜面上堆积的颗粒也在增加，过滤阻力增大，膜渗透速率下降。因此，死端过滤是间歇式的，必须周期性的停下来清洗膜表面的污染层，或者更换膜。 死端过滤操作简单，适于小规模场合。对于固含量低于0.1的物料通常采用死端过滤。,污水中污染物的去除效果,自然生物处理技术 氧化塘 河水自净的人 工强化 地下渗滤系统 土壤净化的人工 强化,人工湿地 由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面，将污水、污泥有控制的投配到经人工建造的湿地上，污

15、水与污泥在沿一定方向流动的过程中，主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水、污泥进行处理的一种技术。其作用机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各类动物的作用。,强化人工湿地 植 物 ， 土 壤 ， 水,污水中有机污染物的去除技术 气浮处理技术,图2-7. 亲水性和疏水性颗粒的接触角,1.反应池；2.接触室；3.气浮池 图2-11.平流式气浮池,图2-8.全部污水加压溶气气浮（泵后加气）,消 毒 (Disinfection),一、消毒定义：,将水体中病原微生物(pathogenic organis

16、ms)灭活，使之减少 到可以接受的程度。 人体内致病微生物主要包括： 病菌(bacteria)、原生动物胞囊（protozoan oocysts and cysts）、病毒（viruses）（如传染性肝炎病毒、脑膜炎 病毒）等。 消毒与灭菌（sterilization）不同：灭菌是消灭所有活生物。,评价指标（生活饮用水卫生规范，卫生部, 2001.6）,细菌总数：100个/mL 总大肠菌群：每100mL水样中不得检出 粪大肠菌群：每100mL水样中不得检出,常用消毒方法 氯消毒（包括二氧化氯、氯胺、次氯 酸钠、漂白粉等） 臭氧消毒 紫外消毒 电化学消毒,污水的再生利用（废水资源化） 城市污水是

17、城市稳定的淡水资源，污水再生利用： 减少了城市对自然水的需求量 削减了对水环境的污染负荷 减弱了对水自然循环的干扰，是维持健康水循环 的措施 与开发其它水资源相比，在经济上有优势,污水的再生利用（废水资源化） 再生利用目标,回 灌 地 下,工 业 回 用,农 业 回 用,市 政 杂 用,景 观 回 用,国外污水资源化状况-1 日本从1985年1996年用再生水复活了150余条城市小河，给沿河市区带来了风情景观。1996年日本有162处污厂有再生水设备，再生水利用量为48104 m3/d。利用再生污水冲刷厕所、作冷却水、浇花园和草地、冲洗马 路和汽车或作景观、消防用水，获得了显著成效。,国外污水

18、资源化状况-2 美国环保局会同有关部门于1992年提出水回用建议书，包 括了水回用的各个方面：处理工艺、水质要求、监测项目 与频率、安全距离和条文说明。目前，美国城市污水回用 量达260万m3/d，其中，62%的再生水用于农业灌溉，30% 用于工业，其余用于城市设施和地下水回灌。各州根据地 区的特点采取适宜方式： 加利福尼亚州根据其农业发达、用水量大的特点，提出 “灌溉回用”； 佛罗里达州根据其城市用水集中的特点，提出“非饮用 回用”，大规模地实行分质供水系统； 德克萨斯州根据自己用水的传统和水文地质特点，采用 “间接回用”模式，即大规模进行污水处理水的地下回灌,国外污水资源化状况-3 以色列在污水净化和回收利用方面，始终处于世界领先地 位，污水回用于灌溉、工业企业、市民冲厕、河流复苏等。 目前，100%的生活污水和72%的城市污水得到回用。有200 多