矿业环境工程四

第一节概述第四章废水处理一、中国水资源特点人均占有量少淡水总量在全世界占第6位。但人均占有量只有2340m3/人年（以12亿人口计），世界平均水准的1/4，占88位。空间分布不均81％的水资源分布在长江流域及其以南东南地区降水量可达1600mm，造成涝灾西北地区降水只有500mm，少的地区不到200mm年内及年际变化大60－80％降水集中在夏季，7，8，9月；年际变化差3－6倍（大时）许多地区缺水严重三北（西北、华北、东北）和沿海（青岛、大连）在640个城市中，300多个城市缺水。第一节概述第四章废水处理二、水污染现状污水处理率低：污水排放量接近400亿m3。工业废水处理率约80％，达标排放的只有60％城市污水处理率15％90％以上的城市水域受到污染，特别严重的水系：三河：淮河、海河、辽河湖泊富营养化严重：滇池、巢湖、太湖50％左右地下水水质受到污染50％以上的重点城镇饮用水源不符合标准第一节概述第四章废水处理三、水污染源1．工业污染源2.生活污染源3.养殖业4.面污染源第一节概述四、水体污染的主要污染物类型1）物理性污染2）化学性污染3）生物性污染教材表3-1第四章废水处理主要是指耗氧的有机物如碳氢化合物、蛋白质、脂肪、纤维素等常用表示废水有机物污染的指标是：生化需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)、总需氧量(TOD)总有机碳(TOC)还有以有机物中某一主要元素的含量来表示有机物污染指标的,如氮、磷……等．五、废水中的有机污染物第一节概述生化需氧量——BOD：废水中的有机物，在微生物作用下进行分解至稳定时所需要的氧量，mg/L有机物在微生物作用下好氧分解至稳定，分成两个阶段进行：（1）有机物+细菌+O2CO2、NH3、H2O+新的细菌细胞(2)硝化过程：NH3亚硝化菌和硝化菌亚硝酸盐和硝酸盐因为NH3已经是无机物，所以一般采用的生化需氧量只是指第一阶段生化反应所需的氧量．BOD的测定需时长，故在实际工作中规定以五天作为测定BOD的标准时间，简称BOD5。一般有机物的BOD5约为第一阶段BOD的70％，但某些工业废水的BOD5与第一阶段BOD相差很大或比较接近。生化需氧量(BOD)常压下、20℃时水中含溶解氧：9.19mg／L饮用水要求溶解氧：﹥5mg／L．受到有机物质污染的水，BOD2mg／L时，可认为水质是清洁的，BOD为2~5mg／L时，轻度污染BOD为5~10mg／L时，中度污染BOD10mg／L时，严重污染对于一些不易被微生物降解的有机物来说，这个指标便不具有代表性生化需氧量(BOD)废水中的有机物和一些还原性物质，在一定条件下被化学氧化剂氧化时所需要的氧化剂量,以氧的mg/L表示．化学需氧量——COD：COD是表示水体被有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等还原性物质污染的重要标志。●数量上：化学需氧量＞生化需氧量二者间的差反映了废水中所含微生物不能降解的有机物的量、被微生物利用合成细胞物质的一部分有机物的量和废水中的还原性物质的含量．∴实际中，常用BOD／COD比值来衡量工业废水是否适宜采用生物化学法进行处理．●值得注意的是：对于同一种废水，COD值和BOD值之间有一定的比例关系。∴可从废水的COD值推算出BOD的近似值．若废水中含有毒物质，不能测定BOD时，也可通过测定COD值来弥补。BOD与COD的关系：废水中有机污染物的总含碳量．mg/L这种用碳值表示有机物含量的方式总需氧量(TOD)：是指水中能被氧化的物质，主要是有机物质在燃烧中变成稳定的氧化物时所需要的氧量，结果以O2的mg/L表示。TOD值能反映几乎全部有机物质经燃烧后变成CO2、H2O、NO、SO2…所需要的氧量。它比BOD、COD和高锰酸盐指数更接近于理论需氧量值。总有机碳(TOC)：TOD、TOC的测定比较方便，测定迅速，可自动化、连续化∵一个碳原子消耗两个氧原子，即O2/C=2.67∴对于含碳有机化合物,从理论上说，TOD=2.67TOC若某水样的TOD/TOC为2.67左右，可认为主要是含碳有机物；若TOD/TOC4.0，则应考虑水中有较大量含S、P的有机物存在；若TOD/TOC2.6，就应考虑水样中硝酸盐和亚硝酸盐可能含量较大。它们在高温和催化条件下分解放出氧，使TOD测定呈现负误差。TOD和TOC的比例关系可粗略判断污染物的种类:水体受到废水污染后，逐渐从不洁净到变清的过程称之为水体的自净．水体的自净能力取决于物理、化学和生物化学三方面的作用能力，但通常主要考虑的是物理和生物化学的作用．六、水体的自净第一节概述物理自净作用由于扩散、稀释、混合、挥发和沉淀等作用使污染物浓度降低，属物理自净．稀释是最重要的自净因素，通过稀释可使废水中的各种污染质浓度大大地降低．通常，若把lm3的污水稀释列无害程度，至少需要消耗掉6m3以上的净水，而对于工业废水，大约需20m3以上的净水．水体中污染物的挥发和悬浮物的沉淀，也能较明显地降低水体中污染质的浓度．六、水体的自净第一节概述化学自净作用由于氧化还原，酸碱反应，分解、化合、吸附和凝聚而使污染物浓度降低，属化学净化．生物的自净作用由于生物活动使复杂的化合物逐渐氧化、分解而引起污染物浓度降低，属生物净化。六、水体的自净第一节概述一、矿山废水的特点1．排放量大，持续时间长2．污染范围大，影响地区广3.成分复杂，浓度不稳定第四章废水处理第二节矿山废水二、矿山废水的来源1．矿坑水高硬度组成复杂2．矿山工业用水产生的废水第四章废水处理第二节矿山废水地下水老窿水采矿生产废水地表水第四章废水处理第二节矿山废水三、矿山废水的污染1．排放污染2．渗透污染3.渗流污染4.径流污染第四章废水处理第二节矿山废水四、矿山废水的主要污染物1.有机污染物如选矿捕收剂、起泡剂等2.无机污染物酸、碱，重金属，氰化物，氟化物，可溶性盐类3.油类污染物4.固体污染物5.生物污染物第四章废水处理第二节矿山废水四、矿山废水的主要污染物几个矿山废水中pH值及其有害元素含量第四章废水处理第二节矿山废水有害元素湘潭锰矿东乡铜矿丁家铜矿凹山铁矿大冶铁矿潭山硫铁矿pH值3-3.81.8-4.22-31.74-52-3SO42-7789Cu2+4.2-27.220-80170-400Fe3+18-4711465Fe2+7.8-50339.1总铁10-2510-800926Mn2+600-800Al3+50-190Mg2+200-300Ag+1.6一、酸性矿山废水的来源（1）废石场淋滤水（2）尾矿池产生的酸性渗流水（3）采矿场产生的酸性污水第四章废水处理第三节酸性矿山废水二、酸性矿山废水的形成第四章废水处理第三节酸性矿山废水a.硫化物与氧的反应:干燥时FeS2+3O2＝FeSO4+SO2潮湿时2FeS2+2H2O+7O2＝2FeSO4+2H2SO4b.细菌存在下，硫酸亚铁→硫酸铁4FeSO4+2H2SO4+O2＝2Fe2(SO4)3+2H2SO4c.Fe2(SO4)3+6H2O＝2Fe(OH)3+3H2SO4d.Fe2(SO4)3+FeS2＝3FeSO4+2S0S0+3O+H2O＝H2SO4O2、Fe3+、微生物作用是酸性矿山废水产生的根源三、酸性矿山废水的重金属危害和环境影响第四章废水处理第三节酸性矿山废水三、酸性矿山废水的重金属危害和环境影响第四章废水处理第三节酸性矿山废水三、酸性矿山废水的重金属危害和环境影响第四章废水处理第三节酸性矿山废水pH与矿山废水中重金属的含量具有明显的负相关关系：当矿山废水为酸性时，水中重金属的浓度较大，并且pH在2~3时浓度最高；当矿山废水为碱性时，重金属的浓度较低。四、酸性矿山废水的源头控制第四章废水处理第三节酸性矿山废水1.中和法中和法：将石灰等碱性物质与废矿堆混合，提高废矿堆的pH，从而使黄铁矿的生物氧化受到抑制。碱性物质的作用：提高体系pH，降低微生物活性，使Fe(OH)3等难溶性物质沉积在黄铁矿表面，抑制黄铁矿等的氧化。中和法的问题：石灰性物质本身溶解度小，Fe(OH)3难溶物质可在其表面沉积，导致石灰性物质钝化，中和能力下降。因此：1)需要大量的碱性物质;2)石灰性物质与矿物难以混合均匀；3）产生大量的反应污泥，对环境造成威胁。中和法未能被大规模采用。四、酸性矿山废水的源头控制第四章废水处理第三节酸性矿山废水2.杀菌剂法杀菌剂法：使用杀菌剂抑制黄铁矿氧化菌的生长，从而抑制生物氧化。杀菌剂：十二烷基硫酸钠、直链烷基苯磺酸盐和有机酸等一些有机化合物是比较常用的杀菌剂。例如，十二烷基硫酸钠和苯甲酸混合液做杀菌剂，有效地阻止了氧化亚铁硫杆菌的活性存在问题：有效性不能维持长久、易被雨水淋失等，需要连续不断地施加杀菌剂。导致处理费用高，且有些杀菌剂也对环境造成负面影响。杀菌剂法未能在野外被大规模采用。四、酸性矿山废水的源头控制第四章废水处理第三节酸性矿山废水3.隔离法隔离法包括水罩法和覆盖法。水罩法：将尾矿库建在水底，由水来隔绝O2与矿物接触，使氧化反应不能进行。该方法要求矿山附近必须有足够容量的湖泊。覆盖法：使用沙砾、土壤、无硫尾矿、塑料膜、煤灰、城市下水道污泥堆肥等作为尾矿覆盖物，来隔绝O2与矿物接触，使氧化反应不能进行。但其抑制效果不如水罩法，且该方法往往使尾矿处于次氧化环境，重金属元素可能更容易流失，此法的长期效果有待进一步观察。四、酸性矿山废水的源头控制第四章废水处理第三节酸性矿山废水4.表面钝化处理法表面钝化处理法：利用化学反应在矿物颗粒的表面形成一层惰性的、不溶的和致密的膜，从而使O2和其他氧化剂无法侵袭尾矿。该法具有成本低、操作简单的优点，是当下较具发展前景的方法之一。目前研究最多的表面钝化法有：磷酸铁钝化法、有机盐钝化法和硅酸盐钝化法等。上述方法在实验室条件下可不同程度地降低黄铁矿的化学和生物氧化活性。第四章废水处理第四节废水样品的采集、保存与检测1.废水样品的采集（1）样品容器：带塞、洁净、不与废水发生反应（2）取样量：因目的、水质复杂程度不同而异单项化验50－1000ml,全分析3L,净化试验数百kg（3）采样点和取样位置：排污口，表面至0.6m深或水深1／2处（排污渠道深度＜1m）（4）采样方式和频度：由排污周期、废水种类性质、所需样品数量定瞬时废水样、平均废水样、单独废水样．第四章废水处理2.废水样品的保存（1）要求：在存放期内，尽量减少样品组成和状态的变化（2）方法：密封存放在低温阴暗处预处理：加酸控制pH；加化学药品抑制氧化还原反应和微生物的降解；冷贮或冷冻（3）保存时间：未污染的水样72小时轻度污染的水样48小时严重污染的水样12小时第四节废水样品的采集、保存与检测第四章废水处理3.流量测定（1）流量堰计量法；（2）水表计量法；（3）定容测定法：适用于流量＜1m3/min的水量测定测定t时间内的水量V，由公式Q=V/t计算出流量（4）估算法；（5）浮标测量法：适用于水淺的直线状沟渠的流量测定测定流速v和水流平均截面积A，由公式Q=v.A计算出流量第四节废水样品的采集、保存与检测第四章废水处理4.物理性水质指标测定（1）温度（2）浊度（3）色度（4）臭味第四节废水样品的采集、保存与检测第四章废水处理5.无机物和有机物的测定教材P90-91第四节废水样品的采集、保存与检测第四章废水处理一、水质指标①物理性指标：温度、色度、嗅味、浑浊度、悬浮固体等；②化学性指标：pH、溶解氧（DO）、化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、氨氮、总磷、重金属、氰化物、多环芳烃，各种农药等；③生物学指标，包括细菌总数、总大肠菌群数等。第五节水质指标与废水排放标准第四章废水处理二、废水排放标准第五节水质指标与废水排放标准第一类污染物：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的污染物。含有这类有害污染物质的污水，不分行业和污水排放方式，也不分受纳水体的功能类别，一律在车间或车间处理设施排出口取样，尾矿库出水口不能作为排出取样口。其最高允许排放量必须符合表3-3的规定。第四章废水处理二、废水排放标准第五节水质指标与废水排放标准第四章废水处理二、废水排放标准第五节水质指标与废水排放标