哈工大环境化学课件水02水体污染废水处理

2.水体污染及水处理2.1水体污染2.1.1水体污染2.1.2水体自净2.2水体污染物2.2.1水体污染类别2.2.2污染物来源和危害2.2.3水质指标和水质标准2.3水处理2.3.1水处理方法2.3.2水处理流程2006年地表水断面水质类别比例2006年，全国地表水总体水质属中度污染。实际监测的745个地表水监测断面中，Ⅰ～Ⅲ类，Ⅳ、Ⅴ类，劣Ⅴ类水质的断面比例分别为40%、32%和28%。劣Ⅴ类28%Ⅴ类10%Ⅳ类22%Ⅲ类18%Ⅱ类19%Ⅰ类3%水体污染指由于自然活动和人类的各种活动排放的污染物进入河流、湖泊、海洋或地下水等水体中，使水和水体的物理、化学性质发生变化而降低了水体的使用价值。水体污染会严重危害人体健康，据世界卫生组织报导，全世界75％左右的疾病与水有关。常见的伤寒、霍乱、胃炎、痢疾和传染性肝炎等疾病的发生与传播都和直接饮用污染水有关。水体污染包括自然污染和人为污染，而后者是主要的自然污染主要是自然因素所造成，如特殊地质条件使某些地区有某些或某种化学元素的大量富集，天然植物在腐烂过程中产生某种毒物，以及降雨淋洗大气和地面后挟带各种物质流入水体，都会影响该地区的水质。人为污染是人类生活和生产活动中产生的废、污水对水体的污染，包括生活污水、工业废水、农田排水和矿山排水等。此外，废渣和垃圾倾倒在水中或岸边，或堆积在土地上，经降雨淋洗流入水体，都能造成污染。 水体污染特征水体物理因素恶化污染物富集或转化为毒性更大的物质群落结构脆弱，可能会出现单一生物区系天然水成分悬浮物质：细菌、藻类、原生动物、泥沙、粘土胶体物质：溶胶、高分子化合物、其他不溶性物质盐类：Ca、Mg、Na、Fe、Mn气体：O2、CO2、H2S、N2、其他

高物种多样性，对于维持水生态系统功能的完整性有着至关重要的作用

次级消费者，在能量流动、物质循环等过程中起着承上启下的的关键性作用对污染敏感且缺乏强有力的回避运动能力

生活周期较长

生活场所较为固定photoAriO.Laine底栖动物-指示生物通常来说，生物群落中生活着各种水生生物，如浮游生物、着生生物、底栖动物、鱼类和细菌等，由于它们的群落结构、种类和数量的变化能反映水质污染状况，故称之为指示生物小头虫-有机污染寡毛类-有机污染沙蚕-重金属污染

指示物种法P/B是生产力与生物量之比，它指生物量轮回的次数，其值上下与生物的生命周期有关，是一个与生物及其环境因子密切相关的比值，它与个体发育速度直接相关。一般来说，个体较小、生活史短、繁殖较快、繁殖率高、对环境变化的适应性强种的P/B值较高，反之，该值较低

大型底栖动物P/B值原理：对于未受扰动的群落,绘出的图形是生物量的优势度曲线始终位于丰度曲线之上，但当群落受到中等程度的污染扰动时,丰度和生物量曲线接近重合,或出现局部交叉;当环境被严重污染时,丰度曲线位于生物量曲线之上软件工具：PRIMER5.0(英国普利茅斯海洋研究所开发〕

图析法-丰度生物量曲线(ABC)

大型底栖动物污染指数ABC仅分为3种污染程度，并且是一种作图法，由于空间的限制，无污染的尾部曲线因数据较接近而被认为是交叉或重叠，常被误解为中度污染大型底栖动物污染指数〔MPI)

当Ai-Bi为正值时，K=1，当Ai-Bi为正值时，K=-1。当MPI>4时，海域为严重污染；MPI=4～0时；海域为中度污染；MPI=0～-6时，海域为轻度污染；MPI<-6时；海域为清洁的海洋环境深圳湾泥滩大局部站位和大局部年份研究区域均处于轻度污染到中度污染状况，从各个年份来看，1998年A3、ET1和ET43个站位污染较为严重，平均MPI指数均大于4。1999年除ET4和RB4污染较为严重外，其他站位均属于中度污染。2000年除ET1污染处于严重污染的状况外，其他区域属于中度污染或者轻度污染。2001年A3、ET4和RB3平均污染较为严重外，其他的站位均属于中度或者轻度污染。总的来说，深圳湾泥滩栖息地质量根本较为稳定，已经受到了一定程度的污染，除某些站位和年份污染较为严重外，其他站位根本上属于中度到轻度污染的程度

大型底栖动物污染指数Margalef

种类丰度指数d=(S-1)/log2NShannon-Weaver多样性指数

Simpson优势度指数Pielous种类均匀度指数J=H′/log2S

生物指数法-Ⅰ群落特征指数Shannon-Weaver多样性指数

多样性指数在0~3.11之间，多年平均值为1.84，大致处于中度污染的状态。其中A断面的多

样性指数最大，多年平均值为2.07，其次是RB断面，平均值为1.86，ET断面最小年际变化：1998年最大，其次为1997、1999、2000、2001年，呈逐年下降的趋势季节变化：冬季为最高，其次为春秋两季，最低为夏季月际变化：1月(2.08)

10月(1.96)

12月(1.93)

9月(1.85)

3月(1.84)

4月(1.76)

6月(1.75)

7月(1.53)

生物指数法-Ⅰ群落特征指数丰度指数空间变化：A断面

RB断面ET断面年际分布：19981997199920002001月际变化：1月

12月3月4月9月6月10月7月季节变化：冬季春季秋季夏季

生物指数法-Ⅰ群落特征指数原理选定一系列不受人为活动干扰或最低限度受损害的地点作为“参照点〞，将这些参照点按照其生物群落的均匀性，划分为不同类型的组形成“参照组〞，然后确定各个组的群落结构及其特征并找出与其密切相关的环境变量，形成参照组信息数据库；将测试点根据环境变量特征匹配到参照组中，预测测试点的生物群落结构及特征：将预测结果同实际情况比照，从而得出评价结果

生物指数法-O/E指数〔快速评估法〕1.构造参照组第一组中有3个点，为Gp1，是深圳一侧A断面的A1、A2、A3；第二组中有5个点，为Gp2，包括香港一侧的RB0、RB3、ET1、ET4和ET2；第三组只有1个点，为Gp3，是香港一侧的RB4点

生物指数法-O/E指数〔快速评估法〕3.选择环境变量4.待测点匹配到参照组根据区分模型计算一个新样点属于每种参考组的概率

计算该点出现某特定种类概率，将上一步结果乘以该种类

在每一参考组出现的百分比频率加和所有组特定种类出现的概率以提供一个综合出现概率〔或加权平均〕

只有那些出现的综合概率大于等于50%的种类才进一步考

虑，作为预测种类

新点预期种类的数目等于所有预测种类出现概率的总和

生物指数法-O/E指数〔快速评估法〕月际变化：9月＞4月＞3月＞1月＞10月＞12月＞6月＞7月年际变化：1997年＞1999年＞1998年=2000年＞2001年空间变化：A断面＞RB断面＞ET断面其中香港ET和RB断面退化严重，A断面退化不太明显

生物指数法-O/E指数〔快速评估法〕水体污染机制物理作用：改变物理性状、空间位置化学、物理化学作用：化学成分间作用、化学形态变化，但未参与生物作用生物作用：生物的生化作用、食物链的传递作用、转化作用和富集作用进入水体的外来物质经过水体自身的物理、化学与生物功能而减少或降低的过程称为水体自净。水体所具有的自净能力就是水环境接纳一定量污染物的能力,一定水体所能容纳污染物的最大负荷被称为水环境容量。水环境容量与水体的用途和功能有十分密切的关系。

水环境容量影响因素水体的用途和功能：地面水体有不同水质指标，每类水质指标都决定着水环境容量大小，如水质要求越高，水环境容量就越小；与水体自身特性有关：河宽、河深、流速、流量等；污染物特性：污染物物理化学性质越稳定，越难降解，环境容量就越小。物理净化：如混合、稀释、扩散、挥发、沉淀等过程化学净化：如酸碱中和、氧化复原、分解化合、吸附解吸、胶溶凝聚等过程生物净化：如生物质对有机物的分解、转化和富集等水体自净作用水体自净机制1〕稀释扩散：河流：流量与废水量之比，水文条件湖泊：水流方向、风向、风力、水温2〕耗氧与复氧作用易氧化有机物被化学氧化分解生化氧化分解含氮有机物的硝化过程3〕重金属的转化重金属化合物的沉淀-溶解作用：与迁移能力有关重金属的复原氧化作用重金属的络合作用：羟基的络合过程胶体化学吸附转化：是将重金属转为固相的主要途径水体自净特征污染物浓度逐渐下降污染物毒性降低重金属：溶解态→被吸附→不溶性化合物→底泥复杂有机物→简单有机物不稳化合物→稳定化合物溶解氧经急剧下降→最低点→缓缓上升生物种群趋于正常分布

<返回>河流污染的特点污染程度随径流量变化：河流的径流量和排入河流中的污水、污物量决定了稀释比。在排污量相同的情况下，如果河流的径流量大，污染程度就轻，反之就重。河流的径流量随时间而变化，因此河流的污染程度也随时间而变化。污染物扩散快：河水是流动的，上游遭受污染会很快影响到下游。从污染对水生生物的生活习性〔如鱼的洄游〕的影响来看，一段河流受到污染，可以影响到整个河道生态环境。因此，河流污染影响范围不限于污染发生区及其下游地区。污染影响大：河流是主要的饮用水源，河水中的污染物可以通过饮水危害人类；不但如此，河流还可以通过食物链和通过河水灌溉农田危害人类。湖泊污染特点湖泊、水库是陆地上水交换缓慢的水体，其中非排水湖〔如里海〕对入湖物质的积累状况与海洋相同。排水湖也常因流速慢、流量小，某些污染物会长期停留湖中，发生量的积累和质的变化，改变水体状况和造成危害。

海洋污染的特点污染源多而复杂：除了在海上航行的船只、海上油井外，还有沿海和内陆地区的城市和工矿企业排放的污染物，最后大都进入海洋。如陆地上的污染物可通过河流进入海洋。大气污染物也可以通过气流运行到海洋上空，随雨水降入海洋。海水中检测出的DDT，大部是通过大气进入海域的。污染的持续性强，危害性大：海洋是各地区污染物的最后归宿。污染物进入海洋后，很难再转移出去。不能溶解和不易分解的污染物〔如重金属和有机氯农药等〕，便在海洋中积累起来，数量逐年增多，还能通过迁移转化而扩大危害。据估计，目前已有100万吨以上的DDT进入海洋，被海洋生物所富集，对人类构成了潜在的威胁。污染范围大：世界上的各个海洋是互相沟通的，海水也在不停地运动着，污染物在海洋中可以扩散到任何角落。海洋环境中原来不存在多氯联苯，现在可从在北冰洋和南极洲捕获的鲸鱼体中检出，也可以在太平洋复活节岛附近海域采集到的浮游生物体中检出，可见，这种污染物已由近岸扩散到远洋。地下水污染特点地下水和地表水都是水资源的组成局部，两者互相转化，是难以截然分开的。地下水具有水质洁净，分布广泛，温度变化小，利于储存和开采等特点，愈来愈成为城镇、工业区，尤其是干旱和半干旱地区的主要供水水源。在中国，据80个大中城市统计，以地下水作为供水水源的城市占60％以上，如北京、沈阳、西安、银川、石家庄、济南等。近年来，这些城市的地下水都遭到不同程度的污染，污染物主要来自工业废水和生活污水。地下水硬度升高，并且含有酚、硝酸盐、汞、铬、砷、锰、氰等。因为过量开采，造成大面积地下水位下降，甚至引起局部地区地面沉降。水体富营养化水体富营养化〔eutrophication〕：当湖泊、水库水接纳过多含磷、氮的污水时，可使藻类等浮游生物大量繁殖。水华(algalbloom)：由于占优势的浮游生物颜色不同水面呈现不同颜色，出现在淡水时称为水华，发生在海湾时称为赤潮〔redtide〕按污染物划分：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、无机有害物质、有机有毒物质、有机有害物质和病原体等划分。从环境工程学角度，多按病原体污染，需氧物质污染、植物营养物质污染、石油污染、热污染、放射性污染、有毒化学物质污染、盐污染划分。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化学污染无机无毒无机有毒有机无毒有机有毒生物污染病原微生物<返回>我国水中优先控制污染物黑名单2.2.2水体污染物的来源和危害水体污染源是指造成水体污染的污染物的发生源，通常是指向水体排入污染物或对水体产生有害影响的场所、设备和装置。2.2.2.1天然源包括岩石矿物的风化和水解、火山喷发、水流冲蚀地表、大气颗粒物的沉降、生物〔主要是植物〕释放物质。2.2.2.2人为源按人类活动可分为工业、农业、交通、生活等污染源；按排放污染物种类不同，可分为有机、无机、热放射性、重金属、病原体等污染源以及同时排放多种污染物的混合源；按排放污染物的空间方式可分为点源和非点源〔线源和面源〕。工业废水是指各种企业在生产过程中排出的废水，包括工艺过程用水、冷却水、烟气洗涤水、设备、场地清洗水以及生产废液等。污染特点：1〕悬浮物含量高30000mg·L-1〔一般水200~500mg·L-1〕2〕需氧量高化学需氧量COD400~10000mg·L-1；生化需氧量BOD5200~500mg·L-1〔一般水COD<1mg·L-1，BOD5<10mg·L-1〕3〕pH值变化幅度大5~11〔一般6~9，低限2，高限13〕4〕温度较高5〕易燃常含有低沸点易燃物6〕含有大量的有毒、有害物质生活污水指日常生活中产生的各种污水混合液，包括厨房、洗涤室、浴室、集体单位公用事业排出的污水。城市污水指排出城市管网的各种污水的总和。城市生活污水污染特点：1〕含N、S、P较高，在厌氧细菌作用下易产生恶臭物质2〕含有大量的合成洗涤剂3〕含有多种微生物水体中局部有机污染物在人体内的代谢过程及对人体健康的影响<返回>2.2.3水质指标水质即水的品质，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。

衡量水质好坏的特性指数叫水质指标。仅仅根据水中杂质的颗粒大小还远不能反映水的物理学、化学和生物学特性。通常都采用水质指标来衡量水质的好坏。水质指标工程繁多，可以分为三大类第一类,物理性水质指标第二类,化学性水质指标第三类,生物学水质指标

物理指标：温度、色度、臭味、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、矿化度、总硬度、金属离子、酸根离子生物指标：细菌总数、大肠杆菌天然水污染水体：还有BOD、DO、COD、TOD、TOC物理性水质指标①感官物理性状指标。如,温度、色度、嗅和昧、浑浊度、透明度等。②其他物理性状指标。如,总固体、悬浮固体、溶解固体、可沉固体、电导率(电阻率)等。

化学性水质指标①一般的化学性水质指标。如,pH、碱度、硬度、各种阳离子、各种阴离子、总含盐量、一般有机物质等。②有毒的化学性水质指标。如重金属、氧化物、多环芳娃、各种农药等。③有关氧平衡的水质指标。如溶解氧(DO)、化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、总需氧量(TOD)等。生物学水质指标包括细菌总数、总大肠菌群数、各种病原细菌、病毒等。一些工业废水和城市污水中的BOD5和COD量值

水质标准水的用途十分广泛。不同用途的水均应满足一定的水质要求，也就是水质标准。水质标准是环境标准的一种。

几种与水污染防治密切相关的水质标准地面水环境质量标准为五类(GB3838-88)污水综合排放标准为两类(GB8978-2021)生活饮用水水质标准(GB5749-85)其他水质标准工业用水的水质要求、渔业水域水质标准、游泳用水水质要求、农田灌溉水质标准等地面水环境质量标准分为五类(GB3838-88)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掘地一级保护区、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用水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。

<返回>2.3.1水处理方法水处理过程可以简单的分为给水处理和废水处理。给水处理是指为满足用水者的需求而从天然水体中〔河川水、湖沼水、地下水等〕获得生活饮用水、工业用水等而必须进行的处理。废水处理是为了保护环境，减弱或者防止工业废水、生活污水等可能引起环境水体污染而必须进行的处理。水处理技术水处理技术可分为物理法、化学法和生物法。物理方法：沉淀法、浮选法、蒸发法化学方法：中和、萃取、氧化复原生物方法：利用自然界微生物将有机物分解和转化2.3.1.1物理法1〕沉淀〔重力别离〕利用污水中的悬浮物和水密度不同的原理，借重力沉降〔或上浮〕作用，使其从水中别离出来。沉淀处理的设备有沉砂池、沉淀池及隔油池等沉淀池刮泥机2〕筛滤〔截留〕利用筛滤介质截留污水中的悬浮物。筛滤介质有钢条、筛网、砂、布、塑料、微孔管等。属于筛滤处理的设备有格栅、微滤机、砂滤机、真空滤机、压滤机等。压滤机立式格栅3〕气浮将空气打入污水中，并使其以微小气泡的形式由水中析出，污水中密度近似水的微小颗粒状污染物质黏附到空气泡上，并随气泡上升到水面，形成泡沫浮渣而去除。4〕反渗透用一种特殊的半渗透膜，在一定的压力下将水分子压过去，而溶解于水中的污染物那么被膜所截留，污水被浓缩，而被压透过膜的水就是处理过的水。制作半透膜的材料有醋酸纤维素、磺化聚苯醚等高分子材料，操作压力一般为30~50kg/cm2。反渗透法是膜别离技术的一种，属于膜别离技术的还有电渗析、渗析等。属于物理法的污水处理技术还有离心别离、磁别离、蒸发等。2.3.1.2化学法1〕混凝法向水中投加带有相反电荷的电解质〔混凝剂〕，使污水中的胶体颗粒变为电中性，失去稳定性，并凝聚成大颗粒而下沉。这种方法适用于处理含油废水、染色废水、洗毛废水等。常用的混凝剂有硫酸铝、碱式氯化铝、硫酸亚铁、三氯化铁等。2〕中和法向酸性废水中投加碱性物质如石灰、氢氧化钠、石灰石等，向碱性废水可吹入含有CO2的烟道气进行中和，也可用其它酸性物质进行中和。3〕氧化复原法常用的氧化剂有空气、漂白粉、氯气、臭氧等，氧化法多用于处理含酚、氰废水；常用的复原剂有铁屑、硫酸亚铁等，复原法多用于处理含铬、汞废水。氧化沟氧化沟连续环式反响池〔ContinuousLoopReactor，简称CLR),通常称为氧化沟。它是由荷兰卫生工程研究所(TNO)在五十年代研制成功的氧化沟是活性污泥法的一种改型，它把连续环式反响池用作生物反响池。混合液在该反响池中以一条闭合式曝气渠道进行连续循环。氧化沟通常在延时曝气条件下使用，因为这时水和固体的停留时间长，有机物质的负荷低，它使用一种带方向控制的曝气和搅动装置，向反响池中的物质传递水平速度，从而使被搅动的液体在闭合式曝气渠道中循环4〕电解法在废水中通电，在阳极产生氧气，在阴极产生氢气，新鲜的氧气和氢气可以氧化和复原相应的污染物。主要用于处理含铬及含氰废水。5〕吸附法将污水通过固体吸附剂，使废水中溶解的有机或无机污染物吸附到吸附剂上，常用的吸附剂为活性炭，可吸附水中的酚、汞、铬、氰等，还可以脱色、脱臭。一般用于深度处理。离子交换法也属于吸附法，只是在吸附过程中，吸附剂每吸附一个离子，同时也放出一个等当量的离子。6〕电渗析法污水通过由阴、阳离子交换膜所组成的电渗析器时，污水中阴、阳离子别离，到达浓缩和处理的目的。可用于酸性废水回收、含氰废水处理等。属于化学法的处理技术还有气提法、吹脱法、萃取法、化学沉淀法等。2.3.1.3生物法1〕活性污泥法将空气连续注入曝气池的污水中，经过一端时间，水中即形成繁殖有巨量好氧微生物的絮凝体——活性污泥。活性污泥能够吸附水中的有机物，生活在活性污泥上的微生物以有机物为食物，获得能量并不断生长增殖，有机物被去除，污水得以净化。2〕生物膜法使污水连续流经固体填料，在填料上形成污泥状的生物膜，繁殖大量的微生物，能够起到与活性污泥同样的净化作用，吸附和降解水中的有机污染物，从填料上脱落的衰死生物膜随污水流入沉淀池，经沉淀别离，污水得以净化。3〕生物稳定塘使污水在自然或经人工改造、修造的池塘内缓慢流动，通过微生物的代谢活动，降解污水中的有机污染物，从而使污水得到净化，其过程和自然水体的自净过程很接近。生物塘按功用和效能划分为厌氧塘、好氧塘、水生植物塘、生态塘、完全容纳塘和控制排放塘等。4〕土地处理法将污水施于土地上，利用土的净化能力使污水得到净化。污水土地处理法有多种形式，如慢速渗滤、快速渗滤、地表漫流、湿地灌溉和地下灌溉等。5〕厌养消化法利用兼性厌氧菌和专性厌氧菌的新陈代谢功能净化污水，并且可以产生沼气的生物处理方法，可以用于高、中、低各种浓度的有机污水的处理。人工湿地人工湿地是由人工建造和控制