第5章 水体污染及其防治

水体污染及其防治一、水资源二、水质指标与水质标准三、水污染与水体自净四、水体污染防治途径五、污水处理技术第一节水资源一水资源分布二水循环三我国水资源特征与利用的问题全球总贮水量估计为13.9亿立方千米其中淡水总量仅为0.36亿立方干米除冰川和冰帽外，可利用的淡水总量不足世界总贮水量的1%海洋97.41%2.59%冰帽和冰河1.984%地下水0.592%生物体0.0001%冰流0.0001%大气中的水蒸气0.001%土壤含水0.005%一水资源分布二水循环二水循环地球表面的水在太阳辐射能和地心引力的相互作用下，水分通过蒸发、降水、渗透及径流，水分不断循环往复。作用：热量输送、调节气候1.水资源：广义：地球上各种形态的水狭义：可供人们经常取用的水量，在大陆上由大气降水补给的各种地表水，浅层地下水的储量和动态水量组成。三我国水资源特征与利用三我国水资源特征与利用的问题2.主要问题人均、亩均水量低于世界水平分布不均：地区、时间水量变化大、可利用水少水土流失严重，许多河流含沙量大水资源开发中存在问题：水利对水文的影响、用水浪费、水污染我国的水资源现状①年降水量约为60000m3相当于全球降水量的5%，居世界第三位；②我国多年平均河川径流量为27225×108m3。③多年地下水资源量8288m3以上三项合计，全国水资源总量28124×108m3，居世界第六位。人均水资源量2700m3，不及世界平均值1/4。第二节水质指标与水质标准◈水质，即水的品质，是指水与其中所含杂质共同表现出来的物理学，化学和生物学的综合特性。通常用水质指标来衡量水质的好坏。◈水质指标分为三大类：物理性水质指标、化学性水质指标、生物学水质指标。物理指标：温度、色度、臭味、矿化度、浑浊度、透明度、总残渣、过滤性残渣、非过滤性残渣、电导率等化学指标：pH值、总硬度、金属离子、酸根离子生物指标：细菌总数、大肠杆菌天然水一、水质指标水质分析指标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溶解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◈无机物指标包括pH、溶解氧、碱度、硬度、各种阳离子、各种阴离子、总含盐量等。◈有机物指标包括各种有机物指标，如化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、总需氧量（TOD）等。2、化学性水质指标溶解氧（DO）溶于水中自由状态氧分子的量。水体中的溶解氧的来源:一是由大气中的氧通过扩散方式补给，这是水中溶解氧的主要来源；二是水生植物的光合作用也放出氧。含氮化合物氮是有机物中除碳以外的一种主要元素，也是微生物生长的重要元素污水中氮有四种：有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮危害：消耗水体中溶解氧；促进藻类等浮游生物的繁殖，形成水花、赤潮；引起鱼类死亡，水质迅速恶化。关于氮的几个指标：有机氮：主要指蛋白质和尿素TN：一切含氮化合物以N计量的总称；KN：TN中的有机氮和氨氮氨氮：有机氮化合物的分解，或直接来自含氮工业废水；NOx-N:亚硝酸盐氮和硝酸盐氮含磷化合物磷也是有机物中的一种主要元素，是仅次于氮的微生物生长的重要元素磷主要来自：人体排泄物以及合成洗涤剂、牲畜饲养场及含磷工业废水危害：促进藻类等浮游生物的繁殖，破坏水体耗氧和复氧平衡；水质迅速恶化，危害水产资源。含磷化合物有机磷无机磷表示耗氧有机物指标生物化学需氧量BOD化学需氧量COD总有机碳TOC总需氧量TOD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中有机物所需要的氧量（20℃，5d）。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：BOD5/COD0.3，污水可以用生物处理生活污水通常在0.4~0.5。COD:chemicaloxygendemand•用强氧化剂（重铬酸钾或高锰酸钾），在酸性条件下，将•有机物氧化成二氧化碳与水所消耗的氧量（O2）（mg/L）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。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。污水有机物指标之间的关系有机碳量需氧量TOCTODCODcrBODLBOD5CODMn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大肠菌群不同用途的水，均应满足一定的水质要求，也就是水质标准。以下介绍几种与水污染防治密切相关的水质标准。二、水质标准水环境保护的根本目的，是保证供给人民安全卫生的饮用水。我国2001年颁布的《生活饮用水水质卫生规范》见书131页。制定生活饮用水水质标准的主要原则是：（1）卫生上安全可靠，饮用水中不应含有各种病源微生物和寄生虫卵；（2）化学成分应对人体无害，不应对人体健康产生不良影响或对人体感官产生不良刺激；（3）使用时不致造成其他不良影响，如过高的硬度导致水垢的形成等。1、生活饮用水水质标准以保护地表水体免受污染是水污染防治工作的主要目标，制定地表水环境质量标准是达到此目标的手段之一。2002年国家环保局修订并颁布的《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）明确指出：“本标准适用于中华人民共和国领域内江河、湖泊、运河、渠道、水库等具有使用功能的地表水水域。”2、地表水环境质量标准（Environmentalqualitystandardforsurfacewater）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。五类水体为了保护水环境质量，控制水污染，除了规定地表水体中各类有害物质的允许标准值之外，还必须控制地表水体的污染源，对各类污染物允许的排放浓度作出规定。1996年国家环保局颁布的《污水综合排放标准》（GB8978-1996）就是为这些目的而制定的。3、污水综合排放标准（Integratedwastewaterdischargestandard）污水排放标准将工矿企业和事业单位排放的污染物分两类：I类污染物系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者，包括：总汞、烷基汞、总镉、总铬、六价铬、总砷、总铅、总镍、苯并[α]芘、总铍、总银、总α放射性、总β放射性共13项。对此类污染物，不分行业和污水排放方式，也不分受纳水体的功能类别，一律执行严格的最高允许排放标准值。污水排放标准中II类污染物指其长远影响小于I类的污染物质，其允许排放浓度可略宽，并按其排放水域的使用功能以及企业性质分为一级、二级和三级标准值，并规定最高允许排放浓度。一、污染源与污染物（一）水体污染源自然污染源：人为污染源：生活污染源、工业污染源、农业污染源第三节水污染与水体自净1、物理污染颜色：说明污染物的含量浊度：胶体或细小悬浮物温度：地表水一年0-35℃，地下水稳定悬浮物：影响水的透明度→光合作用放射性：蓄积在人体内造成长期危害热污染的危害：来源冷却水水中溶解性气体发生显著变化水中化学生化反应速率上升生物种群、群落变化：20℃硅藻；30℃绿藻；35℃蓝藻2化学污染无机无毒无机有毒有机无毒有机有毒（1）无机无毒：酸、碱、无机盐类。危害：使淡水的矿化度增高，影响用水水质富营养化（2）无机有毒：1）重金属：汞、铬、镉、铅、砷危害：富集、致癌2）氰化物：含CN-的物质，急性中毒死亡3）氟化物：氟骨症、损害肾脏（3）有机无毒：主要是需氧有机物耗氧有机物是水体中最普遍的一种污染物。生活污水和某些工业废水中所含的碳水化合物、蛋白质、脂肪、木质素等有机物，可在微生物的作用下最终分解为简单的无机化合物。这些化合物在分解过程中需要消耗大量的氧气。（4）有机有毒：主要是需氧有机物酚类化合物：煤气、焦化、石油化工、制药、油漆有机农药：有机磷、有机氯多环芳烃：由石油、煤、可燃气等不完全燃烧或高温处理条件下产生多氯联苯：电器绝缘和塑料增塑剂洗涤剂：泡沫、富含磷、表面活性剂3、生物污染生物污染是指城市生活污水、医院污水或污水处理厂排水排入地表后，引起病源微生物污染病原微生物：条件允许会大量增殖二、水体自净与水环境容量（一）水体自净受污染水体经过水中物理、化学与生物作用，使污染物浓度降低，并逐步恢复到污染前的水平水体的自净作用分为三类：(1)物理净化：天然水体的稀释、扩散、沉淀和挥发等作用，使污染物质的浓度降低。(2)化学净化：天然水体的氧化还原、酸碱反应、分解、凝聚等作用，使污染物质的存在形态发生变化和浓度降低。(3)生物净化：天然水体中的生物活动过程，使污染物质的浓度降低。特别重要的是水中微生物对有机物的氧化分解作用。（二）水环境容量一定水体的所能容纳污染物的最大负荷称为水环境容量。W=V(cs-cb)+W2式中W--水环境容量；V--水体体积，m3；cs--水质标准，mg.L-1；cb--背景值，mg.L-1；W2--水体对该污染物的同化容量。第四节水体污染防治途径一、提高水资源利用率二、提高工业用水利用率三、提高城市生活用水利用率四、开展城市污水资源化五、开展流域性水污染防治六、因地制宜发展污水处理技术第五节污水处理技术物理法、化学法、物理化学法、生物法。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，采用物理处理方法（格栅，沉砂池，沉淀池）。二级处理主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物，目前主要采用生物处理方法。三级处理是深度处理，进一步处理难降解的有机物，氮，磷等可溶性无机物。1、格栅2、沉砂池3、沉淀池一、物理处理1格栅1）位置：格栅一般斜置在进水泵站集水井的进口处，它本身阻力不大，阻力主要产生于筛余物堵塞栅条2）分类：（1）按形状曲面格栅：筛网呈弧状平面格栅：筛网呈平面机械自动格栅安装运行中的自动机械格栅不锈钢机械自动格栅污水处理中一般设置两道格栅，一般在泵房前设粗格栅，泵房后设细格栅XG型旋转式格栅除污机上海松江东部污水处理厂上海松江东部污水处理厂上海松江东部污水处理厂沉砂池沉砂池一般设置在