第七章水污染及其防治

水污染及其防治

主讲：赵力民

医药化工学院水是生命之源

明代李时珍在本草纲目中著到：“药补不如食补，食补不如水补”，水不愧为百药之王。世界水资源的构成：地球上水占70%的面积，其中海水占97.3%，可用淡水只有2.7%。在近3%淡水中77.2%存在雪山冰川中，22.4%为土壤中和地下水（降水与地表水渗入）。只有0.4%为地表水，地表水指河流、湖泊、冰川等水体。中国的水资源状况

中国水资源紧张，按1998年人口计算，人均水资源占有量为2221立方米，仅为世界人均的1/4。全国300多个城市缺水，其中近百个城市严重缺水。

中国的地表水资源主要集中在七大水系：长江（年径流量：9513亿立方米）、黄河（年径流量：661亿立方米）、松花江（年径流量：762亿立方米）、辽河（年径流量：148亿立方米）、珠江（年径流量：3338亿立方米）、海河（年径流量：228亿立方米）淮河（年径流量：622亿立方米）。

水体水体是指地面水（河流、湖泊、沼泽、水库）、地下水和海洋的总称。

其中陆地水体尤其是与人类生活密切相关的河流、湖泊、水库和地下水是主要研究对象。在环境科学领域，水体是完整的生态系统或完整的自然综合体。不仅包括水本身，还包括水中的溶解物质、悬浮物、胶体物质、底质（泥）和水生生物等。水体污染认识水体污染定义：是指水体因某种物质的介入而导致其化学、物理、生物或放射性方面特性的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或破坏生态环境，造成水质恶化的现象。

在环境污染的研究中，区分“水”和“水体”两个概念十分重要。

例如，在河流重金属污染的研究中，通过各种途径进入水体的重金属污染物易于从水中转移到底泥里，水中的重金属含量一般都不高，但地沉积物中重金属很容易得到积累。若着眼于水，似乎水污染并不严重，但是从整个水体看，污染就可能很严重。可见，水体污染不仅仅是水污染，还包括底泥污染和水生生物污染。

天然水的物质组成天然水体的自净作用污染物质进入天然水体后，通过一系列物理、化学和生物因素的共同作用，使水中污染物质的浓度降低，这种现象称为水体的自净。自净作用按净化机制分为3类：物理净化：天然水体的稀释、扩散、沉淀和挥发等化学净化：天然水体的氧化还原、酸碱反应、分解、凝聚等作用。生物净化：天然水体中的生物活动过程，特别重要的是水中微生物对有机物的氧化分解作用。

物理净化化学净化生物净化水体自净作用稀释扩散沉淀挥发氧化还原分解凝聚中和生物活动水中的自净作用水与大气间的自净作用水与底质间的自净作用底质中的自净作用在水中发生物理、化学、生物作用气体的挥发、释放和氧气溶入沉淀和吸附微生物氧化分解自净作用按发生场所可分为4类：水体污染

污水的水质指标水质指标涉及到物理、化学、生物等各个领域。为了反映水体被污染的程度，通常用悬浮物（SS）、有机物（COD、BOD、TOC）、酸碱度（pH值）、细菌和有毒物质等指标来表示。化学性污染物理性污染生物性污染酸碱污染重金属污染有机物污染毒物污染悬浮物污染热污染放射性污染水体污染致病细菌病毒污染（1）悬浮物：是污水中呈固体状的不溶性物质，它是水体污染的基本指标之一。悬浮物降低水的透明度，降低生活和工业用水的质量，影响水生生物的生长。（2）有机物：由于有机物的组成比较复杂，要分析测定各种有机物的含量比较困难，通常用生物化学需氧量、化学需氧量和总有机碳等三个指标来表示有机物的浓度。生物化学需氧量，简称为生化需氧量，用BOD表示。是指水中的有机污染物经微生物分解所需的氧气量。BOD越高，表示水中需氧有机物越多。有机物经微生物分解的过程通常为两个阶段：

第一阶段有机物→CO2、H2O、NH3等RCH（NH2）COOH+O2=RCOOH+CO2+NH3

第二阶段

NH3→NO2-、NO3-2NH3+3O2=2HNO2+2H2O2HNO2+O2=2HNO3

第二阶段对环境卫生的影响较小，废水的BOD通常只指第一阶段有机物生物氧化所需溶解氧的数量。200C时，一般生活污水中需20天左右才能基本完成第一阶段的分解过程。一般有机物五日生化需氧量约占第一阶段生化需氧量的75％，目前普遍以5天作为测定BOD的标准时间，所测定值称为五日生化需氧量（BOD5）。化学需氧量(COD)

化学需氧量是指用化学氧化剂氧化水中有机物时，所需氧化剂的数量，用O2mg/L表示。常用的化学氧化剂有高锰酸钾和重铬酸钾，前者测定值通常低于后者。

COD不受水质条件的影响，测定费时少，但因不能完全氧化有机物以及不能正确反应生物氧化时的耗氧量，因此不如BOD确切。总有机碳(TOC)

总有机碳表示水体中所有有机污染物的含碳量，也是评价水体中有机污染物的一个综合指标。总需氧量（TOD）

TOD表示水体有机物中C、H、N、S全部被氧化时即生成CO2、H2O、SO2和NO时所需氧气的量。（3）pH值：污水的PH值对污染物的迁移转化、污水处理厂的污水处理、水中生物的生长繁殖等均有很大的影响，因此成为重要的污水指标之一。（4）细菌。一部分细菌是无害的；另一部分细菌，对人、畜是有害的。（5）有毒物质。各国都根据实际情况制定出地面水中有毒物质的最高容许浓度的标准。有毒物质包括无机有毒物质（主要是重金属）和有机有毒物质（主要是指酚类化合物、农药等）。除了上述五种表示水体污染的指标外，还有温度、颜色、总氮(TN)、总磷(TP)、放射性物质浓度等，也是反映水体污染的指标。

水体污染源

水体污染源分为自然污染源和人为污染源两大类型。自然污染源：自然界本身的地球化学变化异常释放有害物质或造成有害影响的场所。人为污染源：①工业污染源：②生活污染源③农业污染源

水体中的污染物质

水体污染物的分类方法不一。如从卫生学角度，多按化学性污染物、物理性污染物和生物性污染物划分；从化学角度，多按无机有毒物质、无机无毒物质、有机有毒物质、有机无毒物质等划分。(1)、无机无毒物

主要指排入水体的酸、碱及一般无机盐类和氮、磷等植物营养物质。酸碱酸主要来自矿山排水及许多工业废水。碱主要来自碱法造纸、化学纤维制造、制碱、制革等工业的废水。酸碱污染会改变水体的pH值，抑制细菌和其它微生物的生长，影响水体的生物自净作用，还会腐蚀船舶和水下建筑物，影响渔业，破坏生态平衡，并使水体不适于作饮用水源或其它工、农业用水。（2）无机有毒物质这类物质具有强烈的生物毒性，排入水体后常会影响水中生物，并可通过食物链危害人体健康。这类污染物都具有明显的累积性，可使污染影响持久和扩大。最典型的无机有毒物质是重金属和氰化物等。氰化物（CN）

水体中氰化物主要来源于电镀、炼焦、煤气、金银选矿及某些化工厂排放的废水等。氰化物是剧毒物质，各种氰化物分离出CN-及HCN的难易程度不同，因而毒性也不相同。氰化物会抑制细胞呼吸，造成人体组织严重缺氧，口服0.3-0.5mg就会致死。对鱼类和其他水生生物也有很大毒性。（3）有机无毒物有机无毒物主要指耗氧有机物。天然水中的有机物一般是水中生物生命活动产物。这些物质的共同特点是，没有毒性，进入水体后，在微生物的作用下，最终分解为简单的无机物质，并在生物氧化分解过程中消耗水中的溶解氧。因此，这些物质过多地进入水体，会造成水体中溶解氧严重不足甚至耗尽，从而恶化水质，并对水中生物的生存产生影响和危害。（4）有机有毒物质有机有毒污染物质的种类很多，且这类物质的污染影响、作用也不同。酚类化合物酚是芳香族碳氧化合物，苯酚是其中最简单的一种。酚类化合物是有机合成的重要原料之一，具有广泛的用途。酚作为—种原生质毒物，可使蛋白质凝固，主要作用于神经系统。水体受酚污染后，会严重影响各种水生生物的生长和繁殖，使水产品产量和质量降低。多氯联苯（PCB）

PCB是一种化学性能极为稳定的化合物。它进入人体主要蓄积在脂肪组织及各种脏器内。多氯联苯可引起皮肤损害和肝脏损害等中毒症状。严重者可发生急性肝坏死而致肝昏迷和肝肾综合症，甚至死亡。米糠油事件：

发生于1968年日本北九州市、爱知县一带，因食用油厂在生产米糠油时，使用多氯联苯作脱臭工艺中的热载体，这种毒物混入米糠油中被人食用后中毒，患病者超过1万人，16人死亡。多环芳烃类指多环结构的碳氢化合物，种类很多，如苯并芘、二苯并芘、苯并蒽等。其中以苯并（α）芘（简记BαP）最受关注，3，4-苯并（α）芘已被证实是强致癌物质之一。在地表水中，已知的多环芳烃类有20多种，其中有七、八种具有致癌作用。（5）热污染热电厂等的冷却水是热污染的主要来源。这种废水直接排入天然水体，可引起水温升高，造成水中溶解氧减少，还会使水中某些毒物的毒性升高。水温升高对鱼类的影响最大，可引起鱼类的种群改变与死亡。（6）放射性物质自然界中的许多元素和同位素具有天然放射性，一般来说其放射剂量性都很微弱，对生物没有什么危害。人工放射性污染主要来源于铀矿开采和精炼、原子能工业、放射性同位素的使用等。这些放射性污染物放出的α、β、γ等射线可损害人体组织，并可蓄积在人体内造成长期危害，促成贫血、白血球增生、恶性肿瘤等各种病症。（7）病原微生物污染“病原生物”是指能引起疾病的微生物和寄生虫的总称。生活污水、医院污水以及屠宰肉类加工等污水，含有各类病毒、细菌、寄生虫等病原微生物，流入水体会传播各种疾病。水污染控制1、污染预防2、污染管理3、污染治理

“防”、“管”、“治”1、“防”（预防）

“防”是指对污染源的控制，通过有效控制使污染源排放的污染物量减少到最少量。推行“清洁生产”工艺减少末端治理，“零排放”节水，减少生活污水排放量施肥和农药的合理使用2、“管”

“管”是指对污染源，水体及处理设施的管理。

①对污染源的经常监测和管理；

②对污水处理厂的监测和管理；

③对水体卫生特征的监测和管理。

例如：例如：限期治理规范排污口关停排污许可证、总量控制指标排污收费（水量→污染物量）环保设施验收3、“治”

“治”是水污染防治中不可缺少的一环。通过各种治理措施，对污（废）水进行妥善的处理，确保在排入水体前达到国家或地方规定的排放标准。水污染常见处理技术化工废水处理技术废水处理的基本任务是采用各种方法将废水中的污染物分离出来，或将其转化为无害的物质，从而使废水得到净化。

利用物理作用使悬浮状态的污染物质与废水分离，在处理过程中污染物质的化学性质不发生变化。

处理对象：悬浮物处理方法：

a截留b沉淀

c过滤d气浮

e离心分离f膜分离①物理法利用某种化学反应使废水中污染物质的性质或形态发生改变，而从水中除去的方法。

处理对象：溶解性污染物质或胶体物质。

处理方法：

a混凝b中和

c氧化还原d电解

e萃取f吸附

g离子交换②化学法、物理化学法

利用微生物的作用去除废水中胶体和溶解性有机物的方法。

A、好氧生物处理法（如活性污泥法、生物膜法、氧化塘等）

B、厌氧生物处理法③生化法（生物法）

（2）按照废水处理程度划分

一级处理（包括预处理）二级处理（生物处理）三级处理（深度处理）

主要任务：

为某种意图而进行的污水处理。去除污水中某些特殊有害物质或降低其浓度。

处理方法：机械法、物化法、生化法（多用厌氧法，如水解酸化法）。①预处理

主要任务：从废水中去除漂浮物和悬浮物，调节废水pH值，减轻废水的腐化程度和后续处理的工艺负荷。

常用方法：

筛滤法、重力沉淀法、上浮法（如隔油法）、气浮、离心分离、滤池、微滤机等。②一级处理（物理处理）

③二级处理（生物处理）

主要任务：

大幅度地去除污水中呈胶体和溶解状态的有机物。

处理方法：以生化处理为主体工艺。

主要有活性污泥和生物膜法。

主要任务：防止受纳水体发生富营养化和受到难降解的有毒化合物的污染。//污水回用。

去除对象：污水中的N、P及难生物降解的有机物、病原菌、矿物质（盐类）等。

处理方法：生物处理、活性炭吸附、离子交换、电渗析、反渗透、消毒等。④三级处理（深度处理或高级处理）

污泥处理：

污泥是污水处理过程中的产物。处理程度不同，污泥成分不同。污泥处置。

废水中的污染物是多种多样的，不能预期只用一种处理方法就能够把所有的污染物质去除殆尽，一种废水往往需要把几种处理方法联合成有机整体，并合理配置其主次关系和前后顺序，才能达到最经济有效地处理要求的程度。这种处理系统，叫废水处理流程(废水处理系统)。2．典型的处理流程简介

设计废水处理流程的原则：

先易后难，先简后繁

即：首先使用物理法，然后再使用生化法和物化法。

具体原则：首先去除大块漂浮物质，然后再依次去除悬浮固体，胶体物质、溶解性物质。

工业废水的水质千差万别，处理要求也极不一致.一般的废水处理程序：

澄清→回收→污染物处理→再用或排放比较成型的流程：城市污水处理流程。（1）一级处理厂流程（2）二级处理厂（活性污泥法）流程二级生化污水处理厂（3）三级处理厂流程去除氮、磷去除剩余有机污染物去除无机盐类杀灭病原菌、病毒二级处理出水出水图1-6三级处理厂流程城市污水三级处理全流程3.污水净化后的处置方式

①排入水体，作为水体的补给水：排入水体是污水的自然归宿，是造成水体遭受污染的原因之一。同时由于水体自净作用，可使污水得到进一步净化。②灌溉田地灌溉田地可使污水得到充分利用，但符合农溉标准，使土壤与农作物免遭污染。③重复利用：是最合理的出路。循环冷却水外排水回用。污水进一步净化作城市、工矿企业给水源；城市污水为给水源，处理后作生活杂用水或饮用水。建筑中水回用。地下水回灌1、好氧生物处理活性污泥法

活性污泥是活性污泥中曝气池的净化主体，生物相较为齐全，具有很强的吸附和氧化分解有机物的能力。生物膜法是靠生物滤池实现的。普通生物滤池的工作原理是：废水通过布水器均匀地分布在滤池表面，滤池中装满滤料，废水沿滤料向下流动，到池底进入集水沟、排水渠并流出池外。在滤料表面覆盖着一层粘膜，在粘膜上长着各种各样的微生物，这层膜被称为生物膜。生物滤池的工作实质，主要靠滤料表面的生物膜对废水中有机物的吸附氧化作用。2、厌氧生物处理水解酸化阶段

产氢产乙酸阶段

产甲烷阶段

基本原理是指在无分子氧的条件下通过厌氧微生物(或兼氧微生物)的作用，将废水中的有机物分解转化为甲烷和二氧化碳的过程。厌氧过程主要依靠三大主要类群的细菌，即水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌的联合作用完成。三个阶段3.生物处理法的技术进展纯氧曝气法

深层曝气法

深井曝气池

生物接触氧化法

活性污泥法新进展生物膜法的新进展认识水体污染的综合防治改革或改进工艺，减少污染

充分利用水体的自净能力加强对水体及污染源的监测与管理

提高废水处理技术水平

控制措施水体污染综合防治是指从整体出发综合运用各种措施，对水环境污染进行防治。就水污染综合防治的实际效果而言，应当从“控制措施”和“废水利用”两个方面入手。废水利用循环使用废水，降低排放量

回收废水中有价值的物质60海洋污染1926年20世纪初1954年1969年第一次世界大战后海上石油运输量增多——航海者注意石油污染美华盛顿会议——企图达成海上油污控制国际协议《国际防止海上油污公约》美国——海上大面积油膜对海洋生物有害影响“托利•卡尼翁”号海难——海洋污染的巨大危害61海洋污染的定义1970年，联合国《海洋污染科学问题专家联合组》：人类直接或间接把物质或能量引入海洋环境，其中包括河口湾，以致造成损害生物资源，危害人类健康，妨碍包括捕鱼在内的各种海洋活动，损坏海洋使用质量及减损环境优美等有害影响。62海洋污染的定义1982年《海洋法公约》：人类直接或间接把物质或能量引入海洋环境，其中包括河口湾，以致造成或可能造成损害生物资源和海洋生物，危害人类健康，妨碍包括捕鱼和海洋其他正常用途在内的各种海洋活动，损坏海水使用质量和减损环境优美等有害影响。63海洋污染的特点污染源多且复杂多渠道：排污管道、河流、大气、海上船只、石油平台等等。海水中的DDT大都同通过大气进入海域。多类别：放射性核素、痕量重金属、无机物、营养盐、难降解有机氯农药、油膜等。64海洋污染的特点污染持续性强、危害性大海洋是地球上污染物的归宿：位于各圈层的最低层——很难转移到别处积累不溶解/难降解物质：重金属、有机氯农药。DDT需要10~50年——分解50%全世界25年300万吨DDT——100万吨在海洋污染物传递、富集、转化：无机汞转化为有机汞——甲基汞的毒性比无机汞大污染物不消失二战时期德国投弃的芥子气——影响现在波罗的海渔民65海洋污染的特点污染扩散范围大世界海洋相互沟通，海水不停运动多氯联苯——海洋中原本不存在，在北冰洋和南极洲捕获的鲸鱼，太平洋复活节岛周围发现。日本海的沥青团块——出现在美国和加拿大西海岸沙滩上。66海洋污染的特点