第三章全球性环境问题第二部分：水体污染及其防治

1、第三章全球性环境问题第二部分：水体污染及其防治第一页，共73页。思考1：水与人类 的关系？人可以几天不吃饭，但不能3天不喝水。一个成年人体内含水量约占人体重的65。水是人体组织细胞的主要成分，其中脑组织含水75，血液含水83，肌肉含水76，骨骼含水23。一个健康的人每天大约需要消耗2公斤的水，其中一半是经过肾脏形成尿液，把体内的废物排泄体外，其余半数由肺、肠及皮肤排出。10/10/20222第二页，共73页。思考2：地球的水资源分布如何？可利用淡水资源=1.071016m3地球水总量 13.86亿km3（咸水占97.47%；淡水占2.53%）“水资源”：地球水中易于被人类利用而且可不断循环更新

2、的淡水资源海洋占地表面积的71% 海水的水量占总水量的97.41%淡水占2.59%,除两极外可用的为0.0342%.10/10/20223第三页，共73页。 地球上水的分配情况% 地球上的水的总量分配 所占百分率% 海水(sea water ) 97.41 淡水(land water) 2.59 （其中淡水的分配） 冰盖、冰川 1.984 地下水 0.592 水冻层中的冰 0.0216 湖泊水 0.0127 土壤水 0.0012 大气水 0.0009 沼泽水 0.0008 河流水 0.0002 生物体水 0.0001 10/10/20224第四页，共73页。地球上淡水量示意图10/10/202

3、25第五页，共73页。地球上水资源分布不均10/10/20226第六页，共73页。我国水资源特性水资源丰富，总量世界第6(年径流量为27100亿m3), 人均109位分布不均衡污染严重10/10/20227第七页，共73页。5-1 概述一 水体的概念 1水体：是指表面被水覆盖的自然综合体. 水 悬浮物 底泥 水生生物 10/10/20228第八页，共73页。二、天然水中的主要物质10/10/20229第九页，共73页。5-2 水体的污染一 、水体污染定义 是指排入水体的污染物使水体的感观、性状、物理化学性质、化学成分、水中的生物组成以及底质等发生变化，从而影响水的有效利用，危害人体健康或者或者

4、破坏生态环境，造成水质恶化的现象。二、水体污染源 造成水体污染的污染物发生源，包括向水体排放污染物或对水体产生有害影响的场所、设备和装置 10/10/202210第十页，共73页。水体污染源分类 10/10/202211第十一页，共73页。三、水体中主要污染物 物理性污染物： SS、热、辐射、 化学性污染物 生物性污染物： 细菌、病毒 10/10/202212第十二页，共73页。（一）物理性污染（SS、热、放射性污染物）1颗粒状污染物(SS,Suspended Solid)来源:水力冲灰、洗煤、食品、屠宰、建筑、冶金、造纸、采矿等工业废水及生活污水浮渣。危害:水体浊度增加，透明度减弱，影响水生

5、生物光合作用，妨碍水体自净。可能堵塞鱼鳃，导致鱼类窒息死亡；有机悬浮颗粒被微生物代谢时会消耗水中溶解氧；悬浮颗粒沉积于河底，造成底泥积累与腐化；悬浮颗粒胶体吸附其他污染物形成次生污染源。 10/10/202213第十三页，共73页。2热污染来源:企业生产时向水体中排放超过60的高温废水（如冷却水）造成的危害:破坏水体生态系统3放射性污染物来源:铀矿开采和精炼、原子能工业、放射性同位素的使用、核试验、核电站等危害:、等射线可损害机体组织 , 蓄积在机体内造成贫血、白细胞增生，造成遗传变易和诱发癌症。10/10/202214第十四页，共73页。（二）化学性污染1无机无毒物：无机酸、碱、盐和N、P等

6、植物营养物质 2.无机有毒物：重金属如Hg、Cd、Cr、Pb和类金属As、 CN-3有机无毒物：耗氧有机物4.有机有毒物：酚类化合物、有机农药(DDT、有机氯、有机磷等)、聚氯联苯、多环芳烃、合成洗涤剂等10/10/202215第十五页，共73页。1无机无毒物（1）无机酸、碱、盐来源:酸性污水主要来自矿山排水、酸法造纸、粘胶纤维、冶金、金属加工酸洗废水以及酸雨。碱性污水主要来自碱法造纸、人造纤维、制碱、制革等工业污水。无机盐类污染酸碱中和产生各种盐类，或酸碱分别与地表物质反应生成无机盐类。危害改变水体 pH 值，破坏水体自然缓冲作用和自净功能抑制水生物生长，破坏水生生态水质逐渐恶化，腐蚀管道和

7、船舶，可能使周围土壤酸化无机盐类增加水的硬度，增加水的渗透压，不利于淡水生物生长，使工业锅炉水垢增厚，令工业用水能耗和水处理费用提高。10/10/202216第十六页，共73页。 （2） 植物营养物 农田施肥(N、P、K) 、硝石、鸟粪 1)来源 农业废弃物(豆科植物,牲畜粪便) 生活和工业废水 雨雪对大气淋洗和地面径流 水体富营养化,使水体衰老死亡 2)危害 判断标准：与N、P含量有关 总P20mg/m3 富养化指标 总无机N300mg/m3 叶绿素300mg/m3 10/10/202217第十七页，共73页。10/10/202218第十八页，共73页。10/10/202219第十九页，共7

8、3页。1)重金属 （重金属一般指比重大于5、原子量大于40的金属元素）重金属多具有生物毒性（以Pb、Cr、Cd、Hg、As危害最大，俗称“五毒”），有些重金属是生物体必需微量元素（如Zn 、Cu）,当超过一定限时才造成中毒。 燃料燃烧 来源 采矿冶炼 三废排放 沉淀：M(OH)x、MS、MCl 迁移变化 吸附：底泥 配合螯合： 氧化还原： 毒性效应：110mg 危害 不易降解,价态可变,可生化为有毒物 可以分散或生物富集2.无机有毒物：重金属、CN-10/10/202220第二十页，共73页。汞(Hg)：来源： 有色金属冶炼、电池厂等工业废水。危害：在肝、肾、脑组织内积累,破坏神经功能，严重时

9、能造成死亡（水俣病）。镉(Cd)：来源：有色金属冶炼、冶金制造、电池、电镀、油漆和颜料等工业废水。危害：降低机体免疫能力及导致骨质疏松软化、萎缩变形和骨折等。（骨痛病）铬(Cr)：（二价、三价、六价）三价铬是人体必需元素来源：冶金、电镀、机械加工、制革、颜料等工业废水。危害：六价铬毒性最大，具强氧化性,对皮肤、黏膜有强烈腐蚀性, 有致畸、致突变与致癌等作用。铅（Pb）：来源：矿山开采、金属冶炼及燃煤、汽车废气随降雨进入水体。危害：引起累积并产生贫血、肾炎、神经炎、智商下降。10/10/202221第二十一页，共73页。类金属（ As）砷(As)：来源：有色金属冶炼、含砷杀虫剂生产等。三价砷如砒

10、霜（AS203），五价砷毒性较小（雄黄）。危害：慢性中毒、神经衰弱、中枢神经紊乱、消化系统障碍,癌发病率增高。10/10/202222第二十二页，共73页。 2)氰化物(CN-) 来源 ：化学、电镀、煤气、炼焦含氰废水 水体中的净化作用 挥发可达90%： CN- +CO2 +H2OHCN+ HCO3- 氧化分解可净化10%：2CN-+O2 2CNO- CNO-+2H2O NH4+CO32- 危害：剧毒,口服50(0.30.5)mg就使人致死.急性 中毒抑制细胞呼吸,破坏血液送氧机能致（人体组织）严重缺氧死亡. 生活水： 0.05ppm 地面水： 0.2ppm 工业废水： 0.5ppm10/10

11、/202223第二十三页，共73页。3有机无毒物（耗氧有机物）来源：生活污水、食品加工、肉类屠宰、造纸、印染、制革、焦化等工业废水危害：需氧有机物（碳水化合物、蛋白质、脂肪和木质素等），没有毒性，可分解。但有机物分解过程消耗大量氧气，造成水中溶解氧缺乏,还可能进行厌氧分解,产生CH4、H2S、NH3等,引起水体发黑发臭。10/10/202224第二十四页，共73页。相关指标： 溶解氧(DO,dissolved oxygen) 生化需氧量(BOD, biochemical oxygen demand) 化学需氧量(COD, chemical oxygen demand) 总有机碳(TOC, to

12、tal organic carbon) 总需氧量(TOD, total oxygen demand ) 10/10/202225第二十五页，共73页。反映有机污染的指标：（1）化学需氧量(COD)：指用化学氧化剂氧化水中有机污染物时所需的氧量,以每升水消耗氧的量表示(单位为mg/L), 称为COD(Chemical Oxygen Demend)。COD值越高,表示水中有机污染物越多,污染越重。目前常用的氧化剂主要是重铬酸钾和高锰酸钾：重铬酸钾法(CODcr) 适用于分析污染较严重的工业废水水样。高锰酸钾法(CODMn)适用于测定较清洁的地表水水样。10/10/202226第二十六页，共73页。

13、五日生化需氧量 BOD5, biochemical oxygen demand定义：水中有机物经微生物分解所需氧量（单位：mg/L ) 含碳有机物 BOD来源 含氮有机物 还原性无机离子BOD分解的两个阶段 有机物碳化阶段: 蛋白质 氨基酸 氨,共需20天,5天可以分解70% 氨硝化阶段: 氨 硝酸、亚硝酸, 变化缓慢,该阶段对环境影响较小.BOD5 ：国内外普遍采用在20条件下培养5天生物化学需氧量BOD5作为指标.BOD5越高,表示水中可生物降解的有机物越多。(BOD510 水质很差）10/10/202227第二十七页，共73页。（3）溶解氧(DO)：指溶解于水中的氧气的量,以水中氧的含量

14、表示(单位为mg/L)，称为DO(Dissolved Oxygen)。水中有机物较多，则DO变小。意义：水质好坏的一个重要标志 饮用水 DO5mg/L DO 34mg/L许多鱼类难以生存 DO 2mg/L以下时,水体就发臭10/10/202228第二十八页，共73页。（4）总有机碳(TOC):水中溶解性和悬浮性有机物存在的全部碳量，称为总有机碳TOC(Total Organic Carbon)。通常采用高温燃烧生成CO2的方法测定。（5）总需氧量（TOD）：水中能被氧化的有机物在燃烧中变成稳定的氧化物所需的氧量，称为TOD（Total Oxygen Demand）。由于水中的有机物除含有机碳外

15、，还含有H、N、S等元素。当有机物全部被氧化时，碳被氧化为CO2，而H、N、S则被氧化为H2O、NO、SO2等。10/10/202229第二十九页，共73页。以上各有机物指标关系一般为：TODTOCCODcrBODBOD5CODMn。BOD5/CODcr的比值是衡量废水可生化处理的一项重要指标,其比值愈高,可生化性愈好。一般认为（BOD5/CODCr ）03 即可生化处理。10/10/202230第三十页，共73页。4.有机有毒物有机有毒物多是人工合成有机物,难以被生化降解,毒性很大，且大多是较强的致癌、致突变、致畸物质。（1）酚类化合物来源：冶金、煤气、炼焦、石油化工、塑料、合成纤维等工业废

16、水及城市粪便污水（粪便分解产生少量酚类化合物）。危害：使蛋白质变性，影响鱼类的洄游和繁殖；酚浓度为0.10.2mg/L时鱼肉有酚味；酚高浓度污染时，会使蛋白质沉淀和凝固，引起鱼类死亡和绝迹；引起人类头昏、出疹、瘙痒、贫血和各类神经系统症状。10/10/202231第三十一页，共73页。（2）有机农药（杀虫剂、杀菌剂和除草剂）来源：喷洒农药、地表径流和农药厂的生产废水危害：水溶性低而脂溶性高,难化学和生物降解，易在动物体内累积,对动物和人体危害较大，造成中毒， 10/10/202232第三十二页，共73页。 （3）有机氯化合物 来源：农药、石油化工的合成生产过程及有关产品使用过程中排放的污水 比

17、较稳定 特性 脂溶性物质 有害健康 可被耗氧微生物分解而消耗水中氧气 例如多氯联苯(PCB),一种无色或淡黄色粘稠液体,微溶于水(S.：1mg/L),可生物富集几十万倍浓度. 10/10/202233第三十三页，共73页。多氯联苯(PCB)PCB是联苯分子中一部分或全部氢被氯取代后形成的各类异构体混合物的总称。来源：电力电容器、浸渍剂和油漆添加剂等行业的工业废水。危害：在环境中不易降解，易聚集在脂肪组织、肝和脑中，引起皮肤、肝脏损害和中毒。（米糠油事件） 10/10/202234第三十四页，共73页。（4）多环芳烃（PAH）来源：废油、含油废水、煤气站废水、柏油路面排水危害：致癌、致遗传变异性

18、，如3,4-苯并芘(简记为BaP) 10/10/202235第三十五页，共73页。（5）石油类污染物来源：石油的开采、运输、加工和使用过程中泄漏和排放造成的。危害：油膜覆盖在水体表面,降低了水体中的溶解氧, 影响水体自净,危害水生生物生存。人吸入石油蒸气可出现头晕、恶心、呕吐、血压下降等症状。10/10/202236第三十六页，共73页。（三）生物性污染 （包括病菌、病毒、寄生虫等）我国衡量生物性污染的水质指标有细菌总数、总大肠菌群两项 10/10/202237第三十七页，共73页。四、水体污染的危害 1危害人体健康 2影响工农业生产 3对水生生态系统的危害10/10/202238第三十八页，

19、共73页。5-3 水体的自净作用(self-purification)一、定义：污染物排入水体后,经物理、化学和生物等的综合净化过程,使 污染物浓度自然降低的作用.二、净化机制1物理净化：稀释、扩散、沉淀等2化学净化 氧化还原 酸碱反应 分解、化合、吸附反应 络合螯合 放射性蜕变3生物净化 微生物对有机物的氧化分解作用（生物富集、生物转化） 10/10/202239第三十九页，共73页。水体的自然净化能力是有限的，应注意合理利用水环境容量！环境容量：水环境对污杂物质的承受能力。 10/10/202240第四十页，共73页。5-4 污水防治技术一 、概述 1水体污染控制的基本途径减少污水排放量(

20、节水工艺、循环回用、中水回用等案例）妥善处理城市及工业废水（治理技术）加强对水体污染源的监测和管理（达标排放、总量控制）保护水资源遵循的3R原则： REDUCE(减污)、 RECYCLE(循环)、 REUSE(再用)10/10/202241第四十一页，共73页。10/10/202242第四十二页，共73页。中水利用工艺流程图 10/10/202243第四十三页，共73页。 二、污水处理技术 物理法 按处理原理 化学法 好氧 生化法 厌氧 兼氧 一级(初级)-物理法：达不到排放标准 按处理精度 二级(中级)-生物法：可达到排放标准 三级(高级)-物化法：可达到饮用标准 10/10/202244第

21、四十四页，共73页。污水处理方法分类基本方法基本原理单元技术物理法物理或机械的分离过程过滤、沉淀、离心分离、上浮等化学法加入化学物质与污水中的有害物质发生化学反应的转化过程中和、氧化、还原、分解、混凝、化学沉淀等物理化学法物理化学的分离过程吸附、离子交换、萃取、电渗析、反渗透等生物法微生物在污水中对有机物进行氧化、分解的新陈代谢过程活性污泥、生物滤池、生物转盘、氧化塘、厌气消化、膜分离等10/10/202245第四十五页，共73页。（一)物理处理法 （重力分离、过滤、气浮、离心分离）1重力分离法 利用污水中悬浮物和水密度不同的原理,借重力沉降(或上浮)作用,使水中悬浮物分离出来。主要处理设备：

22、沉砂池、沉淀池和隔油池。沉砂池10/10/202246第四十六页，共73页。沉淀池通常分为平流式、竖流式、辐流式等：平流式辐流式10/10/202247第四十七页，共73页。2.过滤法 利用过滤介质截流污水中的悬浮物。过滤设备有隔栅、栅网、微滤机、砂滤机、真空滤机、压滤机10/10/202248第四十八页，共73页。 3.气浮法利用分散的微小气泡压入废水中，水中乳状油粒和悬浮颗粒随气泡浮到水面，再用机械法去除 10/10/202249第四十九页，共73页。4离心分离法 含有悬浮物的污水在高速旋转时,由于悬浮颗粒(如乳化油)和污水质量不同,受到的离心力大小不同而被分离的方法。10/10/2022

23、50第五十页，共73页。（二）化学处理法（化学沉淀法、混凝法、中和法、氧化还原法）1化学沉淀法 向废水投加化学药剂，使它与废水中污染物生成难溶盐（氢氧化物、硫化物等）沉淀下来,从而降低水中污染物浓度。化学沉淀法一般用于含重金属(汞、镉、铅)、氰化物等工业废水的处理。10/10/202251第五十一页，共73页。2混凝法 向废水中投加混凝剂,使废水中细小颗粒、乳状油、胶体颗粒凝聚成大颗粒而下沉分离的方法。常用混凝剂：硫酸铝、氯化铝、铁盐(硫酸亚铁、三氯化铁及硫酸铁)和明矾等。10/10/202252第五十二页，共73页。3、中和法用于处理酸性废水和碱性废水，调节酸碱度 。向酸性废水投加碱性物质如

24、石灰、氢氧化钠、石灰石,使废水变为中性；对碱性废水吹入含有C02烟道气中和,也可用其他酸性物质中和。10/10/202253第五十三页，共73页。4、氧化还原法（1）氧化法利用空气氧气、臭氧、氯气、次氯酸钠、液氯、高锰酸钾等强氧化剂，将废水中污染物氧化成无毒无害物质。如：溶解性Fe2+ Fe3+ （易生成Fe（OH）3沉淀） 空气氧化除硫 S2- SO42-（2）还原法利用铁、锌、亚硫酸氢钠等还原剂，将废水中有害物质还原成无毒无害物质。如：Fe+Hg2+ Fe2+ +Hg 10/10/202254第五十四页，共73页。（三）物理化学法利用萃取、吸附、离子交换、膜分离技术、气提等操作过程,处理或

25、回收利用工业废水的方法。 1萃取法利用有机溶剂萃取废水中的污染物（溶质），再利用溶剂与溶质的沸点差分离、回收污染物溶质，实现废物资源化。10/10/202255第五十五页，共73页。2.吸附法利用多孔物质（活性炭、焦碳、磺化煤、活性硅石、腐殖酸、树脂等）做吸附剂，吸附分离废水中的污染物（酚、苯、石油、染料、洗涤剂等）10/10/202256第五十六页，共73页。3.离子交换法利用离子交换剂与离子污染物发生离子交换反应，去除污水中离子污染物。常用离子交换剂：磺化煤离子交换树脂 阳离子交换树脂去除废水中重金属阳离子 阴离子交换树脂去除F-、PO43-、NO-等阴离子10/10/202257第五十七

26、页，共73页。4.膜分离 利用选择透过性膜对废水中不同杂质浓缩和分离，有4种技术：超滤、微滤、电渗析、反渗析分离过程推动力传递机理透过物截留物膜类型微滤超滤反渗透电渗析压力差约100kPa压力差0 . 11.0Mpa压力差0.51.0Mpa颗粒大小、形状分子特性大小、形状溶剂的扩散、传递电解质离子选择性传递水、剂、溶解物水、溶剂水、溶剂电解质、离子悬浮物、纤维胶体大分子溶质、盐非电解质大分子多孔膜 非对称膜非对称性膜或复合膜 离子交换膜 几种膜分离技术的特点： 电位差10/10/202258第五十八页，共73页。 10/10/202259第五十九页，共73页。（四）生物处理法 利用微生物新陈代

27、谢功能,使污水中呈溶解和胶体状态的有机污染物降解并转化为无害物质,使污水得以净化的方法。 两类：好氧生物处理、厌氧生物处理 10/10/202260第六十页，共73页。1好氧生物处理法分活性污泥法(悬浮生长型)和生物膜法(附着生长型)两类。（1）活性污泥法：曝气池繁殖有巨量好氧性微生物的絮凝体（活性污泥），吸附和降解水中的有机污染物。BOD5去除率90%常见工艺：普通活性污泥法、SBR法(序批式活性污泥法)、氧化沟法、A/O生物脱氮工艺、A2/O脱氮除磷工艺等。10/10/202261第六十一页，共73页。生物脱氮常见流程（A1/O工艺）缺氧池好氧池沉淀池出水进水混合液回流剩余污泥回流污泥10/10/202262第六十二页，共73页。生物除磷工艺（A2/O工艺）格栅沉砂池厌氧池好氧池沉淀池回流污泥剩余污泥排放10/10/202263第六十三页，共73页。生物脱氮除磷工艺（A2/O工艺）进水厌氧 缺氧 好氧沉淀池混合液回流回流污泥剩余污泥排放厌氧： DO0.2mg/L缺氧 ： DO0.5mg/L好氧 ： DO12mg/L10/10/202264第六十四页，共73页。氧化沟：由环形曝气池组成 10/10/202265第六十五页，