水污染及治理

1、水污染及其治理水是一种宝贵的自然资源，它是人类生存所必需的。水是一种可 以更新的自然资源，它可以通过复原更新和不断地循环利用。尽管地 球上的水资源很丰富，但淡水的资源却很有限，在地球上的分布也不 均匀，如果对水资源开发利用过度，不注意合理利用，就有可能产生 水资源危机。第一节水污染现状水体受到人类和自然因素的影响，使水的感观性状、物理化学性 能、化学成分、生物组成及底质情况产生了恶化，称为水污染。最突 出的是由于人类生产活动，使水质发生变化，以致损害水的某些有益 的利用价值，或水体本身不存在或含量极少的物质被人为活动带入水 体，而产生对人类、生物和环境不利的水质变化。上述水质的变化统 称为水污

2、染或水体污染。对我国5.3万km的河段进行调查的结果，发现鱼虾绝迹，水质恶 化的“死水”河段，占45%；水质污染，不能灌溉的河段约占23.3%， 而水质符合饮用水标准的仅占14.l%。我国一些大型湖泊，如鄱阳湖、洞庭湖、青海湖等水质状况总的 来说是好的，但湖边水域也遭受了不同程度的污染，有的污染较为严 重，如太湖、巢湖。我国湖泊富营养化的危害，只限于局部地区较为 严重。湖水水质共性问题是有机物污染。调查资料总的表明，我国大 淡水湖存在着向富营养化发展的趋势，而水库水质比较好，基本上未 受到较大的污染，仅个别水库的水质在单项指标中表现出污染情况。 我国地下水污染也在发展。据对44个城市的调查，有

3、41个城市的地 下水已不同程度受到污染，如北京、天津、沈阳、西安、太原等。地下水污染的原因是：工业和生活污水不加处理直接渗入地下； 工业废渣的淋溶；农药化肥、污水灌溉，通过地表水渗入地下；大量 开采地下水使水动力条件发生变化，导致好水与污染水发生水力联系， 引起水质恶化；滨海地区地下水超采引起海水侵入。现在，我国以淮河、辽河、海河、太湖、巢湖、滇池为重点，加 大治理水污染力度，做到达标排放，控制排放总量，逐渐提高我国的 水环境质量。第二节 水体中主要污染物的来源及其影响水体中的污染物可以分为四大类，即“无机无毒物、无机有毒物、 有机无毒物和有机有毒物”。无机无毒物主要指酸、械及一些无机盐类 和

4、氮、磷等植物营养物质。无机有毒物主要指各种重金属(汞、镉、 砷、铭、铅等)和氤化物、氟化物等。有机无毒物主要指在水环境中 比较容易分解的有机化合物，如碳水化合物、蛋白质、脂肪和木质素 等。有机有毒物主要指苯酚、多环芳烃和各种人工合成的具有积累毒 性的稳定有机化合物，如农药等。有机物污染特征是耗氧，有毒物的 污染特征是生物毒性。一、需氧有机污染物生活污水和某些工业废水中所含的碳水化合物包括碳水化合物、 蛋白质、脂肪和木质素等在微生物作用下易于分解，最终分解为简单 的无机物：二氧化碳和水。这些有机物在分解过程中需要消耗水中的 溶解氧，故称之为需氧有机物。水体中需氧有机物愈多，耗氧也愈多， 水质也愈

5、差，水体污染也愈严重。()需氧有机污染物的主要指标由于水体中有机污染物的组成比较复杂，测定各类有机物含量既 费时又费力，又因为需氧有机污染物的主要危害是消耗水中溶解氧， 所以在实际工作中一般采用下列指标来表示水中需氧有机污染物的含 量。溶解氧(DO，dissolved oxygen)水中的溶解氧是溶于水中的 自由状态氧分子的量。它是支配水生生物生存和有机污染物分解类型 及水体自净作用强弱的重要因素，因此是水体质量好坏的重要指标。水体中溶解氧的来源有两个方面：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。因此DO在一天中含量是变化的。早晨由于光合

6、作用开始使水中 DO不断上升，过了中午在下午2时DO呈过饱和状态。夜间因光合作用 下降，故DO含量亦下降。水体中溶解氧减少有三个方面：一是耗氧有 机污染物在降解时耗氧；二是还原性无机物质氧化时耗氧；三是生物 呼吸过程吸收氧。上述氧的补给与消耗的状态不同，使水质处于不同 的状态中，如：氧补给二消耗：水体中DO处于平衡，属正常状态。补给消耗：水体缺氧，水质处于恶化状态。补给消耗：水中DO呈饱和状态。DO的含量直接影响水生动物的生长，例如鱼类生存需要一定量的 DO,其多少视鱼种、发育阶段、活动强度和温度的不同而不同。通常， 暖水鱼群生活的水体，在每天的16小时内，DO至少保持5mg/L,在 每天8小

7、时内不得小于3mg/L。如作为灌溉水引入农田，当DO很低 时，会降低土壤溶液中含氧量，以致影响作物根系呼吸，导致品质下 降。生活污水和某些工业废水中含大量有机污染物，呈严重缺氧状态， 排入水体中，在其分解过程中消耗大量DO,使水体受到严重污染。水体中DO含量还与温度有关，随着温度的升高，水中DO含量迅 速下降，如表5-4所示，水温从0C到40C，其DO从14.6mg/L下 降为6.6mg/L，这就说明了受污染的水体在温度高的季节，其恶臭味 愈严重的原因就是水体中DO含量太低。生化需氧量(BOD，biological oxygen demand) BOD 表示 水中有机污染物被微生物分解所需的氧

8、量，可以间接地反映出有机污 染物的含量。BOD不表示有机污染物的含量，只是通过一定时间好气细 菌所氧化分解的有机污染物消耗的氧量，BOD愈高，表示水中需氧有机 污染物愈多。有机污染物经微生物氧化分解过程，一般可分为两个阶段：第一阶 段，主要是有机物被转化为无机的二氧化碳、水和氨等；第二阶段， 主要是氨被转化为亚硝酸盐。因为氨已是无机物，它的进一步氧化对环境卫生的影响较小所以废 水的生化需氧量，通常只指第一阶段有机生物化学氧化所需的氧量。 因为微生物的活动与温度有关，所以测定生化需氧量时须规定一个温 度，一般以20C作为测定的标准温度。当温度为20C时，一般生活污 水中的有机物，需20天左右才能

9、基本上完成第一阶段的氧化分解过程。 这就是说，要测定第一阶段的生物需氧量至少需要20天时间，这在实 际工作中是有困难的。所以目前都以5天作为测定生化需氧量的标准 时间，简称五日生化需氧量用BOD5表示，几天生化需氧量可用BOD表 示。一般有机物的五日生化需氧量，约占第一阶段生化需氧量的70% 左右。水体中BOD5的高低，是表明水体中有机污染物被微生物降解数量 的多少。因此bOd过高表明水体中有机污染物含量多，水体污染严重。5水体BOD5低，可以表明水体清洁，但也可以表明完全相反的情况，如 水体BOD：低而COD高，则表明水中易被微生物降解的有机物少，而难 降解的多。因此常同时测定COD值以进一

10、步评价水质状况。化学需氧量(COD， chemical oxygen demand) COD 是指用 化学氧化剂氧化水中有机污染物时所需要的氧量。目前常用的氧化剂 主要是重铭酸钾或高锰酸钾。如果废水中有机质的组成相对稳定，那 么化学需氧量与生化需氧量之间应有一定的比例关系。一般地说，重 铭酸钾法CODcrBOD2oBOD5高锰酸钾法COD血。重铭酸钾法COD与 BOD20之差，可大致表示不能被微生物分解的有机物量。*被氧化的物质中大部分为有机污染物，极少部分为还原性的无机 物如Fe2+、Mn2+等，因此COD的测定是在短时间内求污染物数量的重要 指标。但因为它还包括少部分无机物所消耗的氧量故不

11、能完全表示水 中有机污染物的真实耗氧量，常出现结果偏高。它的特点是速度快， 能及时了解水质状况，在一固定污染源，测定水体的BOD和COD，求出5其相关模型，通过COD可以求算BOD5, COD会成为更有意义的水质污染 指标参数。5总有机碳(TOC， total organic carbon)和总需氧量(TOD， total oxygen demand)TOC为水中总有机碳的含量，它的测定方法是在90C下，以铂为催化剂，使水样气化燃烧，测定气体中的CO2 量，从而确定水样中的碳元素总量。这一测定法速度快，若通过实验 建立TOC与BOD、COD之间的关系，则可快速测定出TOC，从而推算其 它指标。

12、TOD，有机物中除含有碳外，还含有氢、氮、硫等元素。当有机物 全部被氧化时，碳被氧化为CO2,氢、氮及硫等则被氧化为叱。、NO和 SO2等，此时的需氧量称为总需氧量。其测定方法是在特殊的燃烧器中， 以铂为催化剂在900C温度下，使水全部气化，而有机物质全部燃烧， 然后测定气体中氧的减少量，作为有机物完全氧化所需要的氧量。测 定只需约3分钟可得结果，可以自动控制进行，比一般BOD、COD的测 定要快速简便。测定结果比COD更接近理论需氧量，故一般可以认为 是真正的有机物完全氧化总需氧量，但实际上，对于某些有机物，这 种条件仍不能达到完全氧化。二、植物营养物这里所说的植物营养物主要是指氮和磷，从农

13、作物生长角度看， 它们是重要的肥料，但过多的植物营养物进入水体将污染环境，危害 人类。水体中植物营养物的来源在自然情况下，由于雨、雪对大气淋洗和径流对地表物质的淋溶 与冲刷，总会有一定量的植物营养物质被汇入水体中，但其数量极微， 在通气良好的地表水中，含氮化合物(NH+4，NO2-，NO3-)的总量一般 不超过10-810一7，含磷化合物（H2PO，HPO4-等）的数值也大致在这 个范围内。天然水中过量的植物营养物质主要来自农田施肥、农业废 弃物、城市生活污水与某些工业废水。（二）植物营养物污染的危害“富营养化”是湖泊分类与演化方面的概念。湖沼学家一致认为 富营养化是水体衰老的一种表现。随着水

14、体中植物营养物含量的增加， 将导致水生生物主要是各种藻类大量繁殖。藻类占据湖泊中越来越大 的空间，有时甚至有填满湖泊的危险，这样便使鱼类生活的空间越来 越缩小。随着水体富营养化的发展，藻类的种类数逐渐减少，而个体 数迅速增加，藻类过度旺盛的生长繁殖将造成水中溶解氧的急剧变化。 藻类的呼吸作用和死亡藻类的分解作用，耗氧能在一定时间内使水体 处于严重缺氧状态，从而严重影响鱼类的生存，问题严重时，常使鱼 类大量死亡。在自然界物质的正常循环过程中也有可能使某些湖泊由贫营养湖 发展为富营养湖，进一步发展为沼泽和干地。水体富营养化现象除发生在湖泊、水库中，也发生在海湾内，在 水流急速的河流中发生较少。在人

15、类工农业活动影响下过量植物营养 物排入水体将加速水体的富营养化过程。水体中氮、磷含量的高低与水体富营养化程度有密切关系，据瑞 典46个湖的资料，总P和无机N分别为20 mg/L和300 mg / L，就可 以认为水体处于富营养状态。对发生富营养化作用来说，P的作用远大于No P的含量不很高时， 就可引起富营养化作用，但决不能忽视高浓度N的作用。三、油类物质随着石油工业的发展，油类物质对水体的污染愈来愈严重。在各 类水体中以海洋受到的油污染最为严重。我国海岸线长达18000 km， 沿海海域面积辽阔，近年来许多海域也受到不同程度的石油污染。（）水体中油类污染物的来源船舶带入 目前石油总产量的60

16、%经由水上（尤其是海上）运 输，全世界每年从含油废水排入各类水体的油量仍近百万吨。工业排入 许多国家的大城市和工业区。海底石油开采 全球石油总储量估计3000亿t，其中近1 / 3 储藏于海底。海底油田的开发，特别是油井井喷，大量石油泄入海洋。大气石油烃的降落 全世界每年由工厂、船舶、车辆排人大气的石油烃大约有6 800万t,其中绝大部分被光氧化，约400万t沉降 到地面，有些进入陆地水体和海洋。四、酚类化合物酚是一件原生质毒物，可使蛋白质凝固，它对各种细胞都有直接 损害作用，对皮肤和粘膜有强烈的腐蚀作用。酚进入人体达到一定量 就引起中毒。高浓度的酚可以引起急性中毒，低浓度则可引起蓄积性 慢性

17、中毒。酚主要作用于神经系统引起头晕、精神不安，贫血等。不 过酚类化合物的毒性首先表现于水体中各种生物，如鱼类、贝壳类、 海带、微生物等都可中毒而影响生长和繁殖。酚在水体中浓度达几个 mg/t时，可使鱼类出现中毒症状，鱼产量下降，严重者可大量死亡， 当浓度为0.10.2mg/L时，可使鱼肉带酚味而不能食用。水中含酚 超过0.0020.003 mg/L时，如用氯消毒，则会使水含有氯酚的臭味， 影响饮用。故一般规定饮用水中挥发酚的允许浓度为0.001 mg/L，地 面水为0.01mg/L。灌溉水中不得大于1 mg/L。五、氤化物氤化物是剧毒物质，人口服在0.1g左右立即死亡。水中含氤达 0.30.5

18、mg/L时，鱼便死亡。氤化物排入水体后有较强的自净作用，氤化物与溶于水的CO作用 2 产生HCN，然向空中：CN-+CO +H O=HCN f +HCO -水中氤化物在游离氧氧化作用下可生成NH4+和CO32-即：2CN- + O2= 2CNO-CNO+2H O=NH+CO 2-在生活饮用水中规定氰化物不许超过0.05mg / L，地面水最高容许 量为0.1mg/L。鱼的中毒限量为0.03mg/L （世界卫生组织）。六、放射性物质放射性物质主要来源于核电站核燃料废料，固化容器破损，核武 器试验和放射性同位素的应用等。据1970年统计，由大气进入海洋的 放射性物质约为26亿居里。污染水体最危险的

19、是Sr-90，Cs-137 等。因为它们的半衰期长，又与Ca、K相似，能被人畜等吸收积累， 从而引起遗传突变或癌症。七、重金属污染一般把比重大于5以上的金属叫重金属。重金属为砷、镉、铭、 铜、铅、汞、镍、锌、硒等。其中砷和硒等并不是重金属，而是类金 属。为了避免过于繁琐的分类，所以也把它们放在重金属中。在重金属中，除汞、硒和砷的有些化合物容易挥发外，它们和有 机物不同，一旦进入环境，并不能降解，而是留在原地长期存在，对 人类具有潜在危害。（）砷（AS）自然界含砷的矿物约有249种，它的主要来源是硫化砷矿。砷多 伴生在铜、铅和锌等的硫化物矿中。世界土壤中含砷平均约在56 mg /kg，我国约在1

20、0.4mg/kg。当土壤中砷含量为2030mg/kg时，植物 的生长和发育就不正常。脱毛剂、印染和农药、饲料添加剂和药物等 含砷。慢性砷中毒有消化系统症状，例如食欲不振、胃痛、恶心和肝肿 大等；神经系统症状例如神经衰弱和多发性神经炎；皮肤病变，例如 皮肤色素高度沉着，高度角质化和龟裂溃疡。砷即使不是致癌物，至 少也是辅致癌物。灌溉水质标准为：水田W0.05mg/kg；旱田W0.1mg /kg。（二）镉（Cd）镉是一种毒性很大的金属，土壤中为 0.5mg/kg，海洋污染中为 0.01-10mg/L。镉是一种白色易溶金属，常与锌铜铅锰共存。镉是人体新陈代谢不需要的金属，且蓄积性很强，动物吸收的镉很

21、 难排出体外。在饮用水中浓度超过0.1mg/L时就会产生蓄积作用，引 起贫血，新陈代谢不良，肝病变，以至死亡。在肾脏内蓄积，引起病 变，会使钙的吸收失调，进而引起骨病变，发生骨软和骨折。日本发 生的骨痛病公害就是镉中毒引起的。在水体中镉的浓度为0.2mg/L就 可以致死某些鱼类。灌溉水质标准为0.002mg/L和0.005 mg/L。（三）铭铭与镉、汞、铅等同为主要污染物之一，亦为致癌物质，是一种 钢灰色的耐腐蚀硬金属。是人畜不可缺少的微量元素，但积累过多就 会出现毒害。铭对人畜毒害主要表现在对消化系统和皮肤有性毒害，能溃疡。Cr6+是强氧化剂，抑制尿素酶。活动对皮肤、粘膜有剧烈腐蚀性，经口

22、摄入患胃肠粘膜炎。摄入量达到2.0 mg/kg体重时，可发生毒物性肾 炎及尿毒症致死。灌溉水规定Cr6+不得超过0.1mg/L。（四）汞汞的污染主要来自采矿、选矿、冶金、电镀、化工、墨水制造、造纸、制革、制药、纺织、肥料和氯碱制造等10个工矿企业，汞的天 然形态为朱砂一HgS。一般未受污染的天然河流湖泊水中含汞量约为 0.01-0.1ug/Lo汞的来源除上述外还由于农业中应用有机汞杀菌剂浸种的原因，多年 应用造成环境污染通过土壤再转入土体、粮食、蔬菜、瓜果等食物链。 汞在人体中蓄积于肾、肝、脑中，主要毒害神经，破坏蛋白质、核酸， 出现手足麻痹、神经紊乱等症状，日本的水俣病公害就是由于无机汞 转

23、化为有机汞，经食物链进入人体而引起的。灌溉水水质标准规定总 汞不得超过0.01mg/L。（五）铅（Pb）铅为银灰色的软金属，在空气中迅速氧化，表面形成一层氧化铅 膜，使铅不致进一步氧化。含铅的汽油使用后，污染空气，也会进入水体，特别是当水具有 酸性时，铅对人体有蓄积毒性，每日摄取的铅若超过0.31.0 mg，其 超过部分不能排出就可在体内蓄积起来，长时间后会发生错中毒。铅 毒性影响神经系统、骨路和血液，可造成贫血、神经炎、肾炎等症状。第三节水体污染的控制与治理我国人口众多，若按10亿人口计算，每人每年占有的河水量近2 630m3，而世界平均每人占有量是1万m3。我国水的时空分布也非常不 均衡，

24、不少地区用水相当困难。据191个城市调查，79%的城市缺水， 每日缺水约为880万t。当前水资源紧张的主要原因一是水源不足，二 是水质污染。控制水体污染物排放量及减少污染源排放的废水量等，是控制水 体污染的基本途径。主要有三个途径：（1）改革生产工艺，尽量改用 不用水或少用水，尽量不用或少用易产生污染的原料、设备及生产工 艺。（2）重复利用废水，尽量采用重复用水及循环用水系统，使废水 排放量减至最小。（3）回收有用物质，尽量使流失至废水中的原料和 成品水分离，就地回收。污水的排放是不可避免的，对污水的处理技术也不断地发展，下 面介绍一下污水的几种处理方法。一、污水的常规处理技术污水处理的目的，

25、就是用各种方法，把污水中所含的污染物质分 离出来，或将其转化成无害的物质，从而使污水得到净化。根据所用 的方法和原理可分为四类：物理法：主要是利用物理作用分离废水中呈悬浮状态的污染物质， 在处理过程中，不改变污染物的化学性质。属于物理方法的有沉淀、 浮选、隔油、过滤、离心、蒸发和结晶等。化学法：利用化学作用除去水中的污染物，有时要加入化学药品， 促使污染物沉淀、混凝、中和、氧化、萃取等，一般成本较高。物理化学法：主要有吸附、离子交换、电渗析和反渗透法等，成 本也很高。生物法（生化法）：主要利用自然界存在的各种微生物，将污水中 的有机物分解或向无机物转化，从而达到净化的目的。它是在污水处 理中应

26、用最为广泛的方法。主要有活性污泥法、淋滤和生物膜法。二、氧化塘氧化塘（Ecological lagoon）是利用天然池或人工修造的浅水池塘（塘 深一般0.51.5m）的污水处理方法。由于投资省、管理简便，目前已 广泛被国内外使用。氧化塘处理废水的基本原理是在水中溶解或悬浮的有机物经微生 物作用进行有氧分解，同时放出NH3和CO2，溶于水中供藻类进行光 合作用，放出的氧供微生物分解有机物的需要。污水中的固体沉至塘 底，其中的有机物进行厌氧分解，产生沼气（CH4）逸出水面，NH3 和CO2则溶于水中。氧化塘可分为：（一）厌气氧化塘厌气氧化塘主要靠大气供应氧气，在塘底进行厌气分解，污染物 仅在表层进

27、行好气性分解。厌气氧化塘塘深一般为23米，废水中塘 内的停留时间常达几个月，BOD的去除率在50%70%之间。塘内几 乎无藻类生长。（二）好气氧化塘好气氧化塘又称为高效氧化塘，水深约1530 cm，阳光可透过 水层到达塘底。由于水浅，阳光充足，通常生长有大量藻类，这就为 好气细菌氧化分解有机物提供了足够的DO，由于夏天气温高，藻类生 长旺盛，冬天生长缓慢，因此冬季运转时BOD负荷应该低些，废水停 留时间也应延长。（三）通气氧化塘通气氧化塘又称为曝气氧化塘。水深一般为25m，由于采用机械 通气，故塘内能保持良好的充气状态，提高了 BOD的负荷，缩短了处 理时间。此外，通气氧化塘还具有占地较少的优

28、点，不过投资和运转费用较大，但常被欧美很多国家采用。兼性氧化塘兼性氧化塘水深约0.61.5m,在表层进行好气分解，塘底进行厌 气分解。这类氧化塘具有处理效率高，管理简便和比较经济等特点。总之，氧化塘可充分利用地形，工程简单易行，是利用天然自净 能力的一种污水处理方法。不过氧化塘也存在很多问题，如从技术上 讲，单塘处理的效果较差。从管理上讲，管理不当时会使水体发臭， 蚊蝇滋生。淤积的污泥中重金属含量较高，如何利用也是问题之一。 特别是氧化塘占地的面积大，只有在农村，或城郊具有可以利用的地 形等时方可采用。三、污水的土地处理(Land treatment)污水土地处理的概况：利用污水灌溉农田已有几

29、百年的历史了， 以后随着工业发展和污灌带来的环境问题，兴起了污水处理工程。近 年，由于能源危机和水资源的短缺，污水处理工程成本过高，有些又 很难达到理想的水平，例如很难除去污水中的N和P等。不少国家又 转向以土地处理系统的研究和实际应用上来，其中以美、苏、澳、法 和德国应用较多。污水的土地处理，是指将污水通过土壤(有时包括土壤上种植的 植物)，以除去其中的污染物。工程处理投资很大，例如西德从1970 年到1979年，共投资300亿西德马克。用土地处理的投资可比工程处 理节约一半，日常能耗只有工程处理的1 /45。国外主要着重强调利用 土地来处理污水，而我国则主要考虑农业灌溉。()土地处理系统的类型污水土地处理系统主要可以分为三类：慢速灌溉(Slow rate) 本法适用于慢速渗透的土壤，例如壤 土。土地需要整理成垄沟或畦状，上面有作物生长。我国的污灌就是 这种形式。 快速渗漏(Rapid in filfration) 适用于渗透性良好的沙土 或壤沙土。土地上不一定要有植物。这一处理实际上是用土壤作柱层 析，主要用土壤过滤来净化污水。净化后的再生水可补充地下水，或 可用井抽上来再用。我国需要补充地下水的地区，也可试行这种方法。 坡面径流(Overland flow)