矿山污染治理技术-第1章-废水治理概述

矿山污染治理技术南华大学核资源学院李乾Minepollutioncontroltechnology第一篇矿山水污染及其防治第一章矿山水污染及其治理概述第二章废水的物理处理法第三章废水的化学处理法第四章废水的物理化学处理法第五章废水的生物化学处理法第一章矿山水污染及其治理概述第一节水资源与水资源危机一、水资源(Waterresource)现在或将来，一切可用于生产和生活的地表和地下水的总称。☆水资源总量：降水形成的地表和地下产水量。＊地表水资源量：江河湖泊冰川等地表水体的动态水量。＊地下水资源量：降水和地表水体入渗补给给地下含水层的动态水量。水资源总量=地表水资源量+地下水资源量-两者转化的重复计算二、水资源现状世界水资源现状地球上的水约为14亿立方公里，覆盖着近3/4的地球表面。水环境中的淡水资源却很少，仅占总水量的2.53%，其中3/4存在于冰川和冰帽中。•而目前能供人类直接取用的淡水资源仅占0.22%。加之自然水源的季节变化和地区差异，以及自然水体遭到的普遍污染，致使可供直接取用的优质水量日显短缺，难以满足人们生活和工农业生产日益增长的要求。二、水资源现状我国水资源现状我国年降水量60000亿立方米，相当于全球陆地总水量的5%，居世界第三位;地表径流量27115亿立方米,居世界第六位。但同时我国人口众多，人均年径流量计，每人每年仅2500立方米，相当于世界人均占有量的1/4。同时，存在严重的时空分布不均衡性。空间上，大约90%的地下渗流量分布在南方；时间上，冬春少雨，夏季多雨，且连续出现枯水年和丰水年的现象。水土资源组合不相适应。人口膨胀，水体污染。第一章矿山水污染及其治理概述一、水体污染及污水水质指标二、矿山废水污染的来源、特点与危害三、矿山废水的检测及排放标准四、矿山废水处理方法概述第二节水体污染及污水水质指标一、水体污染排入水体的污染物含量超过该物质在水体中的本底含量和水体的环境容量，从而导致水体的物理特征、化学特征和生物特征发生变化，从而降低水体的原有使用价值和使用功能的现象。工业污染特点：①排放量大、污染范围广、排放方式复杂；②污染物种类多、浓度波动大；③污染物有毒性、刺激性、腐蚀性；④恢复较困难。水俣病水污染案例1：从1950年起，在日本熊本县水俣湾附近的水俣镇的渔村中陆续出现怪现象：海面上，不时泛起一片片白肚子死鱼；海鸥飞着飞着，忽然坠落水中；镇上的猫儿，中了邪似的步态不稳，浑身抽搐，最后像自杀一样跳入大海。1953年，在水俣镇渔村又陆续出现了患怪病的人。病人口吃不清，面部痴呆，步态不稳，接着耳聋眼瞎，全身麻木，进而精神失常，一会儿酣睡，一会儿兴奋异常，最后身体弯曲，在绝望的叫喊声中死去。东京日本九州岛熊本县水俣镇水俣镇医学家和生物学家一齐出动，终于找到了在水俣镇作祟的“妖魔”——甲基汞。原来，新日本氮肥公司的含汞污水大量排入海湾，然后汞被水中微生物转化为甲基汞而进入浮游生物体内，再经过“浮游生物——小鱼——大鱼”食物链的富集，使大鱼中有机汞浓度达到海水汞浓度的几万倍！人吃了这种鱼，便发生甲基汞中毒。也称“水俣病”。原因：赤潮是在特定环境条件下，海水中某些浮游植物、原生动物或细菌爆发性增殖或高度聚集而引起水体变色的一种有害生态现象。赤潮发生的原因、种类、和数量的不同，水体会呈现不同的颜色，有红颜色或砖红色、绿色、黄色、棕色等。案例２：赤潮海水富营养化为某些海洋浮游生物的快速大量繁殖创造了有利条件，甚至可使某些浮游生物独霸一方。相反因其大量快速繁殖使海水中氧气急剧下降致使其它浮游生物死亡殆尽、腐败、产生硫化氢等有害物质，进一步加剧其它浮游生物及鱼虾的死亡，造成恶性循环。赤潮不仅使海中浮游生物死亡殆尽，游动能力强的鱼虾改变繁殖场所，海水养殖绝收，海水变色臭，而且一旦食用赤潮海域的鱼虾贝类等水产品，可导致人体中毒事件。赤潮的影响：危害海洋生物资源，影响人类渔业生产化学性污染物物理性污染物生物性污染物无机无毒物质无机有毒物质有机有毒物质需氧物质植物营养物质油类物质悬浮物质热污染物放射性污染物水体主要污染物二、水污染类型1、需氧型污染2、毒物型污染3、富营养型污染4、感官型污染5、其它（浮油、酸碱、病原体、热水等）1、需氧型污染原因过量的有机物光合速率减少氧溶解度的减少氧扩散的减少需氧量的增加途径：点源污染防止措施：生物处理原因有机、无机、重金属途径点源污染，废水排放防止措施化学与物理化学处理2、毒物型污染3、富营养型污染原因氮、磷途径点源、面源防止措施生物处理原因：色、味、悬浮物途径：点源污染，废水排放防止措施：物理、化学、生物化学4、感官型污染物理性指标感官性指标，水的色度来源于金属化合物或有机化合物感官性指标，水的异臭来源于还原性硫和氮的化合物、挥发性有机物和氯气等污染物质挥发性物质溶解物质固定性物质悬浮固体物质加速耗氧反应，最终导致水体缺氧或水质恶化造成水中溶解氧减少工业废水常引起水体热污染色度固体物质嗅和味温度三、污水水质指标化学性指标无机性指标植物营养元素pH和碱度重金属过多的氮、磷进入天然水体，易导致富营养化，使水生植物尤其是藻类大量繁殖，造成水中溶解氧急剧变化，影响鱼类生存，并可能使某些湖泊由贫营养湖发展为沼泽和干地。重金属主要指汞、镉、铅、铬、镍，以及类金属砷等生物毒性显著的元素，一般指序号21－83，比重大于4的金属，也包括具有一定毒害性的一般重金属，如锌、铜、钴、锡等。一般要求处理后污水的pH在6～9之间。当天然水体遭受酸碱污染时，pH发生变化，消灭或抑制水体中生物的生长，妨碍水体自净，还可腐蚀船舶。碱度指水中能与强酸定量作用的物质总量，按离子状态可分为三类：氢氧化物碱度；碳酸盐碱度；重碳酸盐碱度。作为微量金属元素。重金属的主要危害：生物毒性，抑制微生物生长，使蛋白质凝固;逐级富集至人体，影响人体健康。化学性指标有机物总有机碳（TOC）和总需氧量（TOD）TOC:totalorganismcarbon在950℃高温下，以铂作为催化剂，使水样气化燃烧，然后测定气体中的CO2含量，从而确定水样中碳元素总量。测定中应该去除无机碳的含量。各种水质之间TOC或TOD与BOD不存在固定的相关关系。在水质条件基本不变的条件下，BOD与TOC或TOD之间存在一定的相关关系。TOD:totaloxygendemand在900~950℃高温下，将污水中能被氧化的物质（主要是有机物，包括难分解的有机物及部分无机还原物质），燃烧氧化成稳定的氧化物后，测量载气中氧的减少量，称为总需氧量（TOD）。TOD测定方便而快速。化学性指标有机物化学需氧量（COD）常用的氧化剂主要是重铬酸钾K2Cr2O7（称CODCr)和高锰酸钾KMnO4(称CODMn或OC)。酸性条件下，硫酸银作为催化剂，氧化性最强。废水中无机的还原性物质同样被氧化。如果废水中有机物的组成相对稳定，则化学需氧量和生化需氧量之间应有一定的比例关系：生活污水通常在0.4~0.5。COD:chemicaloxygendemand•用化学方法氧化分解废水水样中有机物过程中所消耗的氧化剂量折合成氧量（O2）（mg/L）。化学性指标有机物生化需氧量（BOD）反映了在有氧的条件下，水中可生物降解的有机物的量主要污染特性（以mg/L为单位）。有机污染物被好氧微生物氧化分解的过程，一般可分为两个阶段：第一个阶段主要是有机物被转化成二氧化碳、水和氨；第二阶段主要是氨被转化为亚硝酸盐和硝酸盐。污水的生化需氧量通常只指第一阶段有机物生物氧化所需的氧量，全部生物氧化需要20~100d完成。实际中，常以5d作为测定生化需氧量的标准时间，称5日生化需氧量（BOD5）；通常以20℃为测定的标准温度。BOD:biologicaloxygendemand在规定条件下微生物氧化分解污水或受污染的天然水样中有机物所需要的氧量（20℃，5d）。生物性指标生活污水：肠道传染病、肝炎病毒、SARS、寄生虫卵等制革屠宰等工业废水：炭疽杆菌、钩端螺旋体等医院污水：各种病原体危害：传播疾病，影响卫生，导致水体缺氧来源及危害水中细菌总数反映了水体有机污染程度和受细菌污染的程度。常以细菌个数/mL计。饮用水：100个/mL医院排水：500个/mL细菌总数大肠菌群的值可表明水样被粪便污染的程度，间接表明有肠道病菌存在的可能性。常以大肠菌群数/L计。饮用水：3个/L城市排水：10000个/L游泳池：1000个/L大肠菌群第三节矿山水体污染概述一、矿山废水的主要来源：采矿废水：矿坑水，酸性废水之类选矿废水：湿式破碎、水力跳汰分选、浮选（选出目的产物→废水）选矿厂产生废水矿区地表废水近期污染实例：2005年初，湖北黄石阳新县韩家山村一选矿厂排放没有达标的污水，流进农田后导致韩山村近百亩农田遭受严重污染。特点排放量大，持续时间长；污染范围大，影响地区广；成分复杂、浓度极不稳定。危害危及人体健康及其它动植物的生存；传染疾病、头晕、头痛、贫血、白血病….危害工农业生产；酸性水致农作物枯死、设备腐蚀二、矿山废水的特点及危害采样点的选择（代表性）：根据矿区水源的具体情况和污水成分及其含量，慎重考虑和布置采样点。三、矿山废水的检测及排放标准1、矿山废水的采样方法矿区外采样点的选择:例如，河流的不同区段布置采样点基本点：设在河流的清洁区段，即其入口或矿区以外的下游河段；污染点：设在河流污染特定区段，以控制和掌握矿区造成的污染程度；对照点：设在河流的发源地，矿区的上游区段；净化点：设在矿区的下游区段，以检查水体自净作用。矿区内采样点的选择：A：用水监测点B：废水排放控制点C：水源监测点1、矿山废水的采样方法①废水中悬浮物的测定A：悬浮物的沉淀性能B：沉淀物的含水率C：有机物与无机物含量的测定2、矿山废水的检测方法①废水中悬浮物的测定A：悬浮物的沉淀性能通常用沉淀曲线描述悬浮物的沉淀性能。沉淀曲线是研究废水中沉淀物的沉淀规律性和设计沉淀池的重要资料。在矿山废水处理和净化工艺中，往往采用投加混凝剂的方式，进行絮凝沉淀。由于投药种类、数量和悬浮物本身性质不同，所测得沉淀曲线也不一样。2、矿山废水的检测方法①废水中悬浮物的测定B：沉淀物的含水率：沉淀物含水的多少，以其水的质量与沉淀物总质量之比值来表示，称为含水率。2、矿山废水的检测方法①废水中悬浮物的测定C：有机物与无机物含量的测定：将污泥放于烘干箱以105℃烘至恒重，称重后得出污泥无机物和有机物的总重量。此后将污泥在600℃高温灼烧，将其中的有机成分烧掉，剩下的无机物重量与总重量的比值称为污泥灰分，以百分数表示。污泥灰分对研究活性污泥的活性、污泥消化的产气量等都有直接的关系。2、矿山废水的检测方法②矿山废水的pH值测定pH值既是一项污染指标，又是净化中需要控制的指标。pH值对废水的净化效果有直接影响（因为中和反应、化学混凝等过程均受pH值的制约）。在各种不同的pH值，金属的沉淀程度视金属本身的性质、所形成的不溶性金属盐（如氢氧化物、碳酸盐等）的不同而不同。pH值的测定有：试纸法、比色法、电位法等。2、矿山废水的检测方法③矿山废水的无机物成分的测定A:重金属——化学测定法、原子吸收光谱法B:硫化物——碘量法、比色法C:氯化物——硝酸银容量法、氯化银比浊法、氯离子电极法D:氰化物——硝酸银容量法、比色法2、矿山废水的检测方法④矿山废水的有机物成分的测定A:水中溶解氧（DO）——碘量法、隔膜电极法B:生化需氧量（BOD）——微生物氧化C:化学需氧量（COD）——高锰酸钾法、重铬酸钾法D:总有机碳（TOC）和总需氧量（TOD）——燃烧器有机物种类繁多，有碳水化合物、脂肪、蛋白质、酚类、醛、硝基化合物等。测定方法可分为综合指标法和单项测定法。综合指标法主要有：《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）依据地表水水域环境功能和保护目标，按功能高低依次划分为五类：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；3、排放