环境学概论 第6章水污染及其防治

1、第六章 水污染及防治,本章主要内容,地面水环境质量标准和污水综合排放标准 典型水体污染物及危害 水体自净作用及水环境容量 城市污水处理技术,一 、水体污染,定义：污染物进入水体中，其含量超过了水体的自然净化能力，使水质变坏，水的用途受到影响，这种情况就称水体污染,水质,即水的品质，水的质量，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征,二 水环境保护标准,水环境质量标准 水污染物排放标准 水监测规范、方法标准 相关标准,二 水环境保护标准,（一）地面水环境质量标准(GB 38382002),保护地面水（江、河、湖泊、水库）免受污染,地面水环境质量标准,类：主要适用于源头水、

2、国家自然保护区 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 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 类：主要适用于一般工业用水及人体非直接接触的娱乐用水 类：主要适用于农业用水区及一般景观用水,（二）污水综合排放标准 （GB 8978-1996）,根据污染物的排放去向，分年限规定各类（69种）污染物的允许排放浓度,污染物分类,类污染物： 类污染物：,类 污染物,能在环境或植物体内蓄积，对人体健康 产生长远不良影响者。,类 污染物,指其长远影响小于第类的污染物质。,常见类 污染物,总汞、烷基汞、总镉、总铬、六价铬、 总砷、总 铅、总

3、镍、苯并(a)芘等。,常见类 污染物,pH、色度、悬浮物、BOD、CODcr、 石油类、动植物油、挥发酚、氰化物、硫化物、 氨氮、氟化物、磷酸盐、甲醛、苯胺类、 硝基苯类、阴离子合成洗涤剂、铜、锌、锰等。,排放要求,类污染物 不分其排放的方式和方向，也不分受 纳水体的功能级别，一律执行严格的标准值 并规定含此类污染物的废水一律在车间或车间处理设施的排放口取样检测。,类污染物最高允许排放浓度 mg/L,类污染物： 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（新、改、扩、现有）分为1、2、3级标准，规定含此类污染物的废水在工厂企业或其处理设施排放口取样检测。,类污染物最高允许排放浓

4、度 mg/L,三 典型水体污染物及其危害,pH 悬浮固体SS 耗氧污染物 植物营养物质 毒物污染 其它,（ 一）pH,反映水的酸碱性,（二）悬浮固体 （ SS ，suspended solid ）,污水中固体状的不溶解性物（mg/L） （悬浮在水体中、无法通过0.45 m滤纸或过滤器的有机和无机颗粒物）,危害,（三）耗氧污染物,生化需氧量BOD 化学需氧量(COD),（三）耗氧污染物,1 生化需氧量BOD (Biochemical Oxygen Demand) 定义： 表示在有氧条件下，当温度为20 时，水中有机物经微生物(主要是细菌)分解达稳定状态时所需的氧量,有机物经微生物分解的过程通常为

5、两个阶段： 第一阶段 有机物CO2、H2O、NH3等 第二阶段 NH3NO2、NO3,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。 BOD（碳化需氧量）,第二阶段对环境卫生的影响较小,由于微生物的活动与温度有关，所以测定BOD时一般以200C作为测定的标准温度，在200C时，一般生活污水中预计需20 天 左右才能基本完成第一阶段的分解过程，这给实际测定工作带来困难，而试验表明一般有机物五日生化需氧量约占第一阶段生化需氧量的7075，所以目前都以五日生化需氧量作为测定生化需氧量的标准时间，称为五日生化需氧量，用BOD5表示。,生活污水 BOD57075BOD20 指标意义 BOD

6、越大（mg/L） ，表示水中的有机物含量就越高,2、化学需氧量(COD)Chemical Oxygen Demand,定义：在一定条件下，水中各种有机物与外加的强氧化剂作用时所消耗的氧化剂量，换算成以氧气为氧化剂时的质量来表示。 （即用氧 mg/L表示） 强氧化剂： ：K2Cr2O7 & KMnO4 CODcr CODMn,重铬酸钾标准法（原理）,CODCr结果计算,式中 c硫酸亚铁铵标准滴定溶液的浓度，molL； V0滴定空白时硫酸亚铁铵标准滴定溶液用量，mL； V1滴定水样时硫酸亚铁铵标准滴定溶液的用量，mL； V水样的体积，mL； M(1/2O)氧(1/2O)的摩尔质量，8g/mol。,

7、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。,COD与BOD关系？,COD BOD，因为水中的绝大多数的有机物质（除苯、甲苯等芳香烃化合物）均能被氧化，同时水中的无机性还原物质也会消耗强氧化剂。 BOD /COD 值越大，表示污水的可生化性越好。,需氧污染物对水体的危害,消耗水中的溶解氧,防治方法,减少排污量 对污水进行处理 在水体内进行人工曝气 合理组织污水排放,（四）植物营养物质,1 水体富营养化概念,它是由氮、磷等无机污染物引起的藻类过度生长污染水体的现象。 (水华、赤潮),无锡蓝藻爆发,水体营养状态分类,2、 水体

8、富营养化的危害,使水味变得腥臭难闻 向水体释放有毒物质 ，对人体健康产生危害 （麻痹性贝毒、神经性贝毒、腹泻性贝毒、健忘性贝毒、西加鱼毒） 影响供水水质并增加制水成本 对水生生态的影响,3 水体富营养化的防治,根本措施是将各种污水和废水中氮和磷的排放量控制在低水平,具体方法： 源消减（使用无磷洗衣粉、适度使用化肥） 末端治理（污废水脱氮脱磷）,（五）毒物,重金属 氰化物 酚类,重金属污染,水体中重金属主要来自于工矿企业排出的废水。不同生产企业排放的污水中所含的重金属及其存在形态不一样。,水体中重金属污染的特点,a、微生物不能降解重金属，相反，某些重金属在微生物的作用下会转化成毒性更大的金属化合

9、物。 b 天然水中只要含有微量的重金属即可产生毒性效应。 c、某些重金属离子易被生物富集，通过食物链逐渐积累，再通过食物进入人体，再人体的某些器官中积蓄起来，造成慢性中毒。,（六）其它水体污染物,热污染 石油污染,四 主要废水的成分和性质（一）生活污水,1 来源： 日常生活产生的污水，主要含 有人的排泄物和生活废料 2 水质特征：水质稳定、浑浊、深色、 呈微碱性、一般不含有毒 物、但含有植物营养物质、 含有大量的细菌、病毒和 寄生虫卵,（二）工业废水,1 来源：工业生产过程 2 特征：水质成分和性质随着行业、生产 工艺、管理水平不同变化大，性质 复杂,某些工业废水中的主要有害物质,（三）农业退

10、水 农药污染和水体富营养化（四）畜禽养殖业废水 悬浮物、BOD5、氨氮浓度高,第二节 水体自净作用与水环境容量,水体自净作用 水环境容量,一 水体自净,（一）定义： 天然水体接纳了一定量的污染物后，在物理、化学和水生生物等因素的综合作用后得到净化，水质恢复到污染前状态的现象，叫做水体的自净。,物理过程：稀释、扩散、挥发、沉淀 弱 化学和物理化学过程：氧化、还原、吸附、凝聚、中和等反应 弱 生物和生物化学过程： 生物、生化降解 强,（二）主要水体自净作用1 废水在水体中的稀释,污染物在水体中因扩散而降低了浓度，稀释不能改变，也不能去除污染物质。 表观为污染物由排放口至水体下游逐渐降低。,2 水体

11、生物自净,污染物进入水体后是否发生污染几乎完全取决于食物链中各种生物对于污染物的净化能力,河流中生物食物链,进入水体污染物量在一定范围内时，可以被食物链生物净化掉，这一过程就是水体生物自净,水体的生化自净,3 水体的生化自净,有机污染物进入水体后在微生物的作用下氧化分解为无机物，可以使水体中的有机物浓度大大减小。 溶氧 溶解氧 好氧菌 好氧菌 有机物降解 厌氧菌 自然溶氧、藻类产氧,水体的生化自净（续）,问：不同河段到底处于水体自净的哪个阶段 （清洁区、分解区、腐败区、恢复区、清洁区） ， 如何进行判别? （衡量指标） 氧垂曲线 水体外观 水中指示生物,a 氧垂曲线,定义1： 表示水体受到污染

12、后，水中溶解氧浓度沿河道的分布呈下垂状曲线 定义2 ： 在河流受到大量有机物污染时，由于有机物氧化分解，水体溶解氧发生变化，随着污染源到河流下游一定距离内，溶解氧由高到低，再恢复至原来溶解氧水平，可绘制成一条溶解氧下降曲线，称之为氧垂曲线。,污染前 污染 净化开始 恢复 结束 DO 大 缩小 至最低点 扩大 大,清洁区 分解区 腐败区 恢复区 清洁区,耗氧速率 复氧速率,耗氧速率 = 复氧速率,耗氧速率 复氧速率,b 水体外观,污染前 污染 净化开始 持续 净化 结束 外观 无色 暗灰色 灰色 继续变清 无色 澄清透明 很混浊、臭 混浊 浊度下降 澄清透明 水面有泡沫 泡沫减少,外观特征：混浊

13、程度、颜色及气味等 原 因：水中细菌种类数量、悬浮物 种类数量,c 水中指示生物,可作为指示生物的生物种类很多，包括细菌、真菌、藻类、原生动物、轮虫、浮游甲壳动物、底栖动物有寡毛类的颤体虫、软体动物和植物和水生昆虫等,污染前 污染 净化开始 持续 结束,污染前 污染 净化开始 持续 结束 植物 消失 藻类、原生 鱼虾 植物 鱼 动物出现 出现 鱼,二 水环境容量,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。 水体的自净能力是有限的 1 定义：一定水体所能容纳污染物的最大负荷被称为水环境容量,2 水环境容量计算 W=V(CS-CB)+C V: 地面水体体积 CS：地面水体某污染物的环境

14、标准 CB：地面水体中某污染物的环境背景值 C：地面水体对该污染物的自净能力 3 影响水环境容量的相关因素 （1）水体的用途和功能 （2）水体本身特性 （3）污染物的特性,第四节 水污染防治,污染物在废水中存在状态,悬浮物：粒径为1100mm； 胶体：粒径为1nm1mm； 溶解物：粒径为1nm。,一 废水处理方法概述,物理法 化学法 物理化学法 生物法,物理法,截留 沉淀 过滤 离心分离,（一）物理法,1 截留： 格栅： 去除水中大悬浮物 目的：保护泵、管道不堵塞,进水粗格栅,2 沉淀,（1 ） 沉砂池,去除水中砂粒、煤渣等比重大的无机颗粒物（d0.2mm） 类型：平流式、竖流式、曝气式,（2

15、）沉淀池 功能：去除粒径20-100um以上的SS，同时通过去除SS可去除部分的有机物 类型：平流式、竖流式、幅流式,平流式沉淀池教学图,中心进水周边出水辐流式沉淀池示意图,进水,出水,排泥,辐流式沉淀池（乐百氏食品废水）,3 过滤 功能：利用粒状介质截留水中细小悬浮物,4 离心分离 功能：使水高速旋转，利用离心力分离水中的SS及乳 化油,（二）化学法,中和 化学沉淀 氧化还原。,化学沉淀（重金属） 原理：向水中投加化学药剂，使其与水中的溶解性的污染物质发生互换反应，生成难溶于水的盐类从水中沉淀出来,氧化还原（重金属） 原理：利用化学药剂与污染物间氧化还原反应，将水中的有毒有害污染物转化为无毒

16、或微毒 Cr2O72-+6Fe2+14H+ 2Cr3+6 Fe3+ +14H2O 2Cr3+ + 3OH- Cr(OH)3 氧化剂：臭氧、次氯酸钠、三氯化铁 还原剂：二氯化铁、铁屑、硫酸亚铁,（三）物理化学法,混凝 气浮 吸附 离子交换 膜分离,混凝（水中胶体） 原理：投加化学药剂破坏水中胶体和悬浮颗粒在水中形成的稳定分散系，使其聚集为具有沉降性能的絮体 药剂：聚合硫酸铝、聚合氯化铝、硫酸亚铁、三氯化铁、有机高分子絮凝剂,气浮,主要处理对象： 乳化油、疏水性细小SS,利用高度分散的微小气泡作为载体去粘附水中的悬浮物， 并随着气泡升到水面，而从水中去除,吸附 原理：一种物质附着在另一种物质表面（

17、气固、液固、气液相间转移） 吸附剂：活性炭、活化煤、焦炭、煤渣、吸附树脂、木屑,膜分离 利用过滤膜的选择性对水中杂质浓缩、分离 过滤膜：有机膜、无机膜、半透膜、离子交换膜,胶体,溶解物质,悬浮物质,电渗析：离子交换膜,（四）生物法,好氧生物法 活性污泥法 生物膜法：微生物附着生长于某种载体表面，形成一定厚度的生物膜并利用生物膜处理废水 厌氧生物法,生物处理方法的确定,好氧生物法一般当BOD/COD1/5，COD1000 mg/L时，可用好氧生物法。 厌 氧 法一般当BOD/COD1/5，或COD1000 mg/L时，可先采用厌氧法后再加好氧生物法。,好氧法的运行费用高，但投资和占地小。,厌氧好

18、氧的运行费用低，但投资和占地大。,好氧生物法-活性污泥法,活性污泥： 大量繁殖的悬浮状的微生物絮体组成,游仆虫属捕食,放线杆菌,葡萄球菌,丝状细菌,大量丝状细菌,发硫细菌,轮虫捕食,太阳虫,太阳虫捕食,原生动物,变形虫,轮虫彩图,The Antarctic rotifer Philodina gregaria,活性污泥在何处生长？,生化池（曝气池）的作用？ 提供微生物生长条件：氧、营养物 通过微生物作用，去除水的有机物 吸附 有机物分解,氧化沟转碟,Orbal型氧化沟,卡鲁塞尔氧化沟 (英国ASH Vale 污水处理厂),二 城市污水处理工艺,工艺= 方法 ？,城市污水处理深度,城市污水中BO

19、D较高，固体物质仅占0.030.06根据对污水的不同净化要求，废水处理可分为： 一级处理 二级处理 三级处理,一级处理 （初级处理） 一级处理的任务是去除废水中的达颗粒物质（粒径100um以上），可由筛滤、重力沉淀、浮选等物理方法串联而成。,废水经一级处理后通常达不到排放标准， 主要是悬浮物的去除（去除率达7080） 而对废水中的胶体和溶解性污染物的 去除作用不大(2040%)。,二级处理 生物法/絮凝法,水中还存留一定的悬浮物、 生物不能降解的有机物、溶解性无机盐 和N、P等，并含有病毒和细菌。,主要任务是大幅度地去除废水中呈胶体和溶解状态的有机物。 经过二级处理的水8090的有机物被除去, 一般可达到农灌标准和废水排放标准,不能作为饮用水、工业用水和地下水的补给用水,三级处理（深度处理）,物理、化学等方法进行处理。,其任务是进一步去除二级处