第六章 水環(huán)境污染及其防治.pptx

1、第六章 水環(huán)境污染及其防治6.1水環(huán)境概述 人與水的關(guān)系：人體65%是水；成年人身體中平均含水4050千克，而且每天要消耗和補(bǔ)充2.5kg水，失水12%以上就會死亡。6.1 水環(huán)境概述6.1.1 天然水資源分布地球總儲水量：1.4109km3海水：97.5%淡水：2.5%能夠被人類開發(fā)利用的淡水：僅占淡水總量的0.34%6.1.2 天然水在環(huán)境中的循環(huán) 水屬于可更新的自然資源，處在不斷的循環(huán)之中。 水循環(huán)的特點(diǎn)： （1）全球每年水分的總蒸發(fā)量與總降水量相等，均為5.0*105km3； （2）全球海洋的總蒸發(fā)量為4.3*105km3，海洋總降水量為3.9*105km3，兩者的差值為4*104km

2、3，它以水蒸氣的形式移向陸地。 （3）地上的降水量比蒸發(fā)量多4*104km3，其中，一部分滲入地下補(bǔ)給地下水，一部分暫存于湖波中，一部分被植物所吸收，多余部分最后以河川徑流的形式回歸海洋，從而完成了海陸之間的水量平衡。 隨著人口的膨脹和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類不僅對水資源的需求日益增加，而且在利用過程中對水體造成了污染，使水資源短缺的現(xiàn)象在許多地區(qū)相繼出現(xiàn)。6.2水體污染與水體自凈作用6.2.1水體污染1.水體的概念 水體又稱水域，是指海洋、河流、湖泊、水庫、沼澤、冰川、地下水等地表與地下貯水體的總稱。 在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域中，水體不僅包括水，而且也包括水中的懸浮物、底泥及水中生物。2.水體污染 指排入水體

3、的污染物在數(shù)量上超過該物質(zhì)在水體中的本底含量和水體的環(huán)境容量，從而導(dǎo)致水體的物理特征、化學(xué)特征和生物特征發(fā)生不良變化，破壞了水中固有的生態(tài)系統(tǒng)，破壞了水體的功能及其在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活中的作用。3.水體污染源 是指造成水體污染的污染物的發(fā)生源，通常是指向水體排入污染物或?qū)λw產(chǎn)生有害影響的場所、設(shè)備和裝置。點(diǎn)污染：廢水通過排水管道集中的排出，又被稱為點(diǎn)污染。面污染：農(nóng)田排水及地表徑流分散地、成片地排入水體，其中往往也含有化肥、農(nóng)藥、石油及其它雜質(zhì)，形成所謂的面污染源。 4.污染類型（1）化學(xué)性污染 酸堿污染：會改變水體的PH值，抑制細(xì)菌和其它微生物的生長，影響水體的生物自凈作用，還會腐蝕船舶和

4、水下建筑物，影響漁業(yè)，破壞生態(tài)平衡，并使水體不適于作飲用水源或其它工、農(nóng)業(yè)用水。 重金屬污染：排放于天然水體后不可能減少或消失，卻可能通過沉淀、吸附及食物鏈而不斷富集，達(dá)到對生態(tài)環(huán)境及人體健康有害的濃度。 需氧性有機(jī)物污染：生活污水和很個多工業(yè)廢水。會引起微生物繁殖和溶解氧的消耗，水中溶解氧耗盡后，有機(jī)物將由于厭氧生物的作用而發(fā)酵，生成大量硫化氫、氨、硫醇等帶惡臭的氣體，使水質(zhì)變黑發(fā)臭。 營養(yǎng)物質(zhì)污染：造成藻類大量繁殖 有機(jī)毒物污染2）物理性污染 懸浮污染物：影響水體外觀和透明度，還有吸附凝聚重金屬及有毒物質(zhì)的能力。 熱污染：高溫廢水排入水體時(shí)，使水溫升高，物理性質(zhì)發(fā)生變化，危害水生動物、植物

5、的繁殖與生長。 放射性污染（3）生物性污染 病原菌、寄生蟲卵和病毒6.2.2水體自凈作用和水環(huán)境容量1.水體自凈作用 定義：污染物進(jìn)入天然水體后，通過一系列物理、化學(xué)和生物因素的共同作用，使排入的污染物質(zhì)的濃度和毒性自然降低，這種現(xiàn)象稱為水體的自凈。 按凈化機(jī)制分類：物理凈化、化學(xué)凈化、生物凈化 按其發(fā)生場所分類：水中的自凈作用、水與大氣間的自凈作用、水與底質(zhì)間的自凈作用、底質(zhì)中的自凈作用2.水環(huán)境容量 定義：一定水體所能容納污染物的最大負(fù)荷被稱為水環(huán)境容量，即某水域所能承擔(dān)外加的某種污染物的最大允許負(fù)荷量。水體功能越強(qiáng)，對其要求的水質(zhì)目標(biāo)越高，其水環(huán)境容量必將減少。水體的水質(zhì)目標(biāo)不甚嚴(yán)格時(shí)，

6、水環(huán)境容量可能會大一些。6.2.3水質(zhì)及水質(zhì)指標(biāo)1.水質(zhì) 定義：是指水與其中所含雜質(zhì)共同表現(xiàn)出來的物理學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)的綜合特性。2.水質(zhì)指標(biāo) 物理性水指標(biāo)：感官物理性狀指標(biāo)、總固體、懸浮固體、溶解固體、可沉固體等 化學(xué)性指標(biāo)：PH、堿度、硬度、各種陽離子、各種陰離子等。 有毒的化學(xué)指標(biāo)：重金屬、氰化物、多環(huán)芳烴、各種農(nóng)藥等。 有關(guān)氧平衡的水質(zhì)指標(biāo)：溶解氧、化學(xué)需氧量、生物需氧量、總需氧量 生物學(xué)指標(biāo)：細(xì)菌總數(shù)、總大腸菌群數(shù)、各種病原細(xì)菌、病毒。3.水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)（1）水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)、農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)等（2）污水排放標(biāo)準(zhǔn) 污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)、工業(yè)

7、三廢排放試行標(biāo)準(zhǔn)、農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)等6.3污染物在水體中的擴(kuò)散及遷移轉(zhuǎn)化6.3.1水中污染物的遷移和轉(zhuǎn)化模式 進(jìn)入水環(huán)境中的污染物可以分為兩大類：保守物質(zhì)和非保守物質(zhì)。 保守物質(zhì)：進(jìn)入水環(huán)境后，隨著水流的運(yùn)動而不斷變換所處的空間位置，還由于分散作用不斷向周圍擴(kuò)散而降低其初始濃度，但它不會因此而改變總量。 非保守性物質(zhì)：進(jìn)入水環(huán)境后，除了隨著水流流動而改變位置，并不斷擴(kuò)散而降低濃度外，還會因污染物自身的衰減而加速濃度的下降。6.3.2常見水體污染物的轉(zhuǎn)化1.耗氧污染物的分解 此類物質(zhì)生物降解作用的共同特點(diǎn)：首先在細(xì)胞外發(fā)生水解，復(fù)雜的化合物分解成較簡單的化合物，然后在透入細(xì)胞內(nèi)部進(jìn)一步發(fā)

8、生水解，復(fù)雜的化合物分解成較簡單的化合物，然后再透入細(xì)胞內(nèi)部進(jìn)一步發(fā)生分解。分解產(chǎn)物有兩方面的作用：一是被合成為細(xì)胞材料，二是變成能量釋放，供細(xì)菌生長繁殖。2.需氧有機(jī)污染物降解與溶解氧平衡 耗氧作用：指有機(jī)物分解和有機(jī)體呼吸時(shí)耗氧，使水中溶解氧降低； 復(fù)氧作用：指空氣中的氧溶解于水以及水生植物的光合作用放出氧，使水中溶解氧增加。 在污染河流中溶解氧曲線呈下垂?fàn)睿Q為溶解氧下垂曲線。3.植物營養(yǎng)物在水中的轉(zhuǎn)化(1)水體富營養(yǎng)化 富營養(yǎng)化定義：是指湖泊等水體接納過量的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，使藻類及其他浮游生物迅速繁殖，引起水體透明度和溶解氧的變化，造成水質(zhì)惡化，加速湖泊老化，從而導(dǎo)致湖泊生態(tài)系統(tǒng)和水

9、功能的破壞。(2)N、P化合物在水中的轉(zhuǎn)化 氮在生態(tài)系統(tǒng)中具有氣、液、固三相循環(huán)，被稱為“完全循環(huán)”，而磷只存在液、固相形式的循環(huán)，被稱為“底質(zhì)循環(huán)”。4.重金屬在水體中的遷移轉(zhuǎn)化 特征： 毒性效應(yīng)：一般重金屬產(chǎn)生毒性效應(yīng)的濃度范圍大致在110mg/L,汞和鎘的毒性濃度范圍在0.0010.01mg/L。 生物富集放大作用:金屬毒物可以通過食物鏈的富集作用進(jìn)入人體，逐漸積累，引起慢性中毒。 轉(zhuǎn)化作用：某些重金屬可在微生物的作用下，轉(zhuǎn)化為毒性更大的金屬化合物。重金屬在水體中遷移轉(zhuǎn)化的主要表現(xiàn)形式水解、配合、沉淀 重金屬元素大多以水合配粒子的形式存在，在適宜的PH條件下可發(fā)生水解反應(yīng)生成金屬氫氧化物

10、沉淀。氧化還原 水體表面具有氧化性，而水體底部則具有還原性。膠體化學(xué)效應(yīng)6.4水環(huán)境污染的危害6.4.1水污染嚴(yán)重影響人的健康 污染水對人體的危害一般有兩類： 一類是污水中的致病微生物、病毒等引起傳染性疾??； 另一類是污水中含有的有毒物質(zhì)和致癌物質(zhì)導(dǎo)致人中毒或死亡。不但江河水、湖泊水遭到污染，地下水也難逃一劫。6.4.2水污染造成水生態(tài)系統(tǒng)破壞 導(dǎo)致水生生物資源的減少、中毒，以致滅絕。 水污染惡化了水域原有的清潔的自然生態(tài)環(huán)境。6.4.3水污染加劇了缺水狀況 水污染減少了可用水資源量。中國缺水城市有300多個。南方城市因水污染導(dǎo)致的缺水占這些城市總?cè)彼康?0%70%，北方和沿海城市缺水則更為

11、嚴(yán)重。6.4.4水污染對農(nóng)作物的危害 污染物會引起農(nóng)作物變種，如只開花不結(jié)果，或者只長桿不結(jié)籽等6.4.5水污染造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失 每年因水污染造成的經(jīng)濟(jì)損失約300億600億元人民幣。6.5水環(huán)境污染防治6.5.1水污染防治的原則 根本原則是將防、治、管三者結(jié)合起來。 防：是指對污染源的控制，通過有效的控制使污染源排放的污染物減到最少量。 治：對污水進(jìn)行妥善處理，確保再排入水體前達(dá)到國家或地方規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。 管：指對污染源、水體及處理設(shè)施的管理。6.5.2污水處理技術(shù)概述 污水處理的目的：就是降污水中的污染物以某種方法分離出來，或?qū)⑵浞纸廪D(zhuǎn)化為無害穩(wěn)定物質(zhì)，從而使污水得到凈化。1.污水處

12、理方法分類(1)物理法 定義：通過物理作用，以分離、回收污水中不溶解的、呈懸浮狀的污染物，在處理過程中不改變其化學(xué)性質(zhì)。 特點(diǎn)：操作簡單、經(jīng)濟(jì)。重力分離法 定義：利用污水中懸浮狀的污染物與水密度不同的原理，借重力沉降作用或上浮作用，使水中懸浮物分離出來。 所用設(shè)備：沉降池、沉淀池和隔油池 特點(diǎn)：沉淀法與上浮法常常作為其它處理方法前的預(yù)處理。過濾法 定義：利用過濾介質(zhì)截流污水中的懸浮物。 過濾介質(zhì)：篩網(wǎng)、紗布、微孔管等 過濾設(shè)備：隔柵、柵網(wǎng)、微濾機(jī)等氣浮法 定義：將氣流通入污水中，并以微小氣泡形式從水中析出稱為載體，污水中相對密度接近于水的微小顆粒狀的污染物質(zhì)粘附在氣泡上，并隨氣泡上升到水面，從

13、而使污水中的污染物質(zhì)得以從污水中分離出來。 分類：加壓溶氣氣浮法、葉輪氣浮法和射流氣浮法。離心分離法 定義：含有懸浮污染物質(zhì)的污水在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于懸浮顆粒和污水受到的離心力不同，從而達(dá)到分離目的的方法。 常用設(shè)備：旋流分離器、離心分離器。(2)化學(xué)法 定義：利用污染物的化學(xué)特性（如酸堿性、電離性、氧化還原性）來改變污染物的性質(zhì)，使其從有害變?yōu)闊o害的處理方法。 沉淀法 定義：化學(xué)沉淀法是向廢水中投加某些化學(xué)藥劑，使其與廢水中的污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成難溶的沉淀物，從而達(dá)到去除污染物的目的。 混凝法 定義：向污水中投加混凝劑，使污水中的膠體顆粒失去穩(wěn)定性，凝聚成大顆粒而下沉。 常用的混凝劑有：明

14、礬KAL（SO4）212H2O、綠礬FeSO47H2O、硫酸鐵Fe2（SO4）3、氯化鐵FeCl3、氯化亞鐵FeCl2、表面活性劑等。中和法 定義：向酸性廢水中加入堿性物質(zhì)或向堿性廢水中加入酸性物質(zhì)使廢水變?yōu)橹行缘姆椒?。氧化還原法 利用高錳酸鉀、液氯、臭氧等強(qiáng)氧化劑或電極的陽極反應(yīng)，將廢水中的有害物質(zhì)氧化分解為無害物質(zhì)；利用鐵粉等還原劑或電極的陰極反應(yīng)，將廢水中的有害物質(zhì)還原為無害物質(zhì)的方法。（3） 物理化學(xué)法萃取法：利用廢水中的雜質(zhì)在水中和有機(jī)萃取劑中溶解度的不同，將雜質(zhì)提取出來。 吸附法：利用多孔性的固體材料吸附污水中的一種或多種污染物質(zhì)。 吸附法工作步驟： 選擇吸附劑； 確定吸附操作方法

15、； 靜態(tài)吸附 動態(tài)吸附 通過靜態(tài)和動態(tài)試驗(yàn)來確定廢水預(yù)處理和后處理措施。 離子交換法 通過離子交換劑上的可交換離子與廢水中的其它同性離子發(fā)生交換反應(yīng)，將其提取出來。 膜分離技術(shù) 在外加直流電場的作用下，陰、陽離子交換膜對水中離子有選擇性透過，使一部分溶液中的離子遷移到另一部分去，從而達(dá)到濃縮、純化、分離的目的。反滲透法 利用半透膜，在一定的外加壓力下，水分子透過膜，水中的污染物質(zhì)（溶質(zhì)）被膜截留，達(dá)到污水處理的目的。（4） 生物法 定義：利用微生物對有機(jī)物及部分無機(jī)物的降解作用，使水中呈溶解和膠體狀態(tài)的有機(jī)或無機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)。 好氧生物處理法 在有氧的條件下，借助于好氧菌的作用來處理污

16、水的方法。 根據(jù)好氧微生物在處理系統(tǒng)中所呈的狀態(tài)，可分為活性污泥法和生物膜法。 活性污泥法：以活性污泥為主體的廢水生物處理方法?；钚晕勰喾üに嚵鞒?曝氣池：利用活性污泥法進(jìn)行污水處理的構(gòu)筑物。池內(nèi)提供一定污水停留時(shí)間，滿足好氧微生物所需要的氧量以及污水與活性污泥充分接觸的混合條件。 在曝氣池中，好氧生物分解污水中有機(jī)物。衡量活性污泥數(shù)量和性能好壞的指標(biāo) ： a. 活性污泥的濃度（MLSS）：指1L混合液（廢水與活性污泥）內(nèi)所含懸浮固體或揮發(fā)性懸浮固體的量，單位為g/L或mg/L。 b. 污泥沉降比（SV）：指一定量的曝氣池廢水靜置30分鐘后，沉淀污泥與廢水的體積百分比。 c. 污泥容積指數(shù)（SVI）：又稱污泥指數(shù)，指一定量的曝氣池廢水經(jīng)30分鐘沉淀后，1g干污泥所占有沉淀污泥容積的體積，單位為mL/g。 生物膜法：污水連續(xù)流經(jīng)碎石、煤渣或塑料填料，微生物在填料上大量繁殖形成污泥狀的生物膜，生物膜上的微生物起到和活性污泥同樣的凈化作用，吸附并講解水中的有機(jī)污染物，從填料上脫落的衰老微生物膜隨處理后的污水流入沉淀池，經(jīng)過沉淀池沉淀分離后，使得污水得以凈化。 生物膜法填充式浸漬式生物濾池生物轉(zhuǎn)