哈工大環(huán)境化學水02水體污染廢水處理課件

1、2. 水體污染及水處理2.1 水體污染2.1.1 水體污染2.1.2 水體自凈2.2 水體污染物2.2.1 水體污染類別2.2.2 污染物來源和危害2.2.3 水質指標和水質標準2.3 水處理2.3.1 水處理方法2.3.2 水處理流程2006 年地表水斷面水質類別比例2006 年，全國地表水總體水質屬中度污染。實際監(jiān)測的745 個地表水監(jiān)測斷面中，類，、類，劣類水質的斷面比例分別為40%、32%和28%。劣類28%類10% 類22%類18%類19%類 3%水體污染指由于自然活動和人類的各種活動排放的污染物進入河流、湖泊、海洋或地下水等水體中，使水和水體的物理、化學性質發(fā)生變化而降低了水體的使

2、用價值。水體污染會嚴重危害人體健康，據世界衛(wèi)生組織報導，全世界75左右的疾病與水有關。常見的傷寒、霍亂、胃炎、痢疾和傳染性肝炎等疾病的發(fā)生與傳播都和直接飲用污染水有關。水體污染包括自然污染和人為污染，而后者是主要的自然污染主要是自然因素所造成，如特殊地質條件使某些地區(qū)有某些或某種化學元素的大量富集，天然植物在腐爛過程中產生某種毒物，以及降雨淋洗大氣和地面后挾帶各種物質流入水體，都會影響該地區(qū)的水質。人為污染是人類生活和生產活動中產生的廢、污水對水體的污染，包括生活污水、工業(yè)廢水、農田排水和礦山排水等。此外，廢渣和垃圾傾倒在水中或岸邊，或堆積在土地上，經降雨淋洗流入水體，都能造成污染。 高物種多

3、樣性，對于維持水生態(tài)系統(tǒng)功能的完整性有著至關重要的作用 次級消費者，在能量流動、物質循環(huán)等過程中起著承上啟下的的關鍵性作用 對污染敏感且缺乏強有力的回避運動能力 生活周期較長 生活場所較為固定photo Ari O. Laine底棲動物-指示生物通常來說，生物群落中生活著各種水生生物，如浮游生物、著生生物、底棲動物、魚類和細菌等，由于它們的群落結構、種類和數(shù)量的變化能反映水質污染狀況，故稱之為指示生物 小頭蟲-有機污染 寡毛類-有機污染 沙蠶-重金屬污染 指示物種法原理： 對于未受擾動的群落,繪出的圖形是生物量的優(yōu)勢度曲線始終位于豐度曲線之上，但當群落受到中等程度的污染擾動時,豐度和生物量曲線

4、接近重合,或出現(xiàn)部分交叉;當環(huán)境被嚴重污染時,豐度曲線位于生物量曲線之上軟件工具： PRIMER 5.0(英國普利茅斯海洋研究所開發(fā)） 圖析法-豐度生物量曲線(ABC) 大型底棲動物污染指數(shù)ABC僅分為3 種污染程度，并且是一種作圖法，由于空間的限制，無污染的尾部曲線因數(shù)據較接近而被認為是交叉或重疊，常被誤解為中度污染 大型底棲動物污染指數(shù)（MPI) 當Ai-Bi為正值時，K=1，當Ai-Bi為正值時，K=-1。當MPI 4時，海域為嚴重污染；MPI = 40時；海域為中度污染；MPI = 0 - 6 時，海域為輕度污染；MPI - 6 時；海域為清潔的海洋環(huán)境深圳灣泥灘大部分站位和大部分年份

5、研究區(qū)域均處于輕度污染到中度污染狀況，從各個年份來看，1998年A3、ET1和ET4 3個站位污染較為嚴重，平均MPI指數(shù)均大于4。1999年除ET4和RB4污染較為嚴重外，其他站位均屬于中度污染。2000年除ET1污染處于嚴重污染的狀況外，其他區(qū)域屬于中度污染或者輕度污染。2001年A3、ET4和RB3平均污染較為嚴重外，其他的站位均屬于中度或者輕度污染。總的來說，深圳灣泥灘棲息地質量基本較為穩(wěn)定，已經受到了一定程度的污染，除某些站位和年份污染較為嚴重外，其他站位基本上屬于中度到輕度污染的程度 大型底棲動物污染指數(shù)Margalef 種類豐度指數(shù) d = ( S - 1) / log2N Sh

6、annon-Weaver多樣性指數(shù) Simpson優(yōu)勢度指數(shù)Pielous 種類均勻度指數(shù) J = H/ log2S 生物指數(shù)法-群落特征指數(shù)Shannon-Weaver多樣性指數(shù) 多樣性指數(shù)在0 3.11之間，多年平均值為1.84，大致處于中度污染的狀態(tài)。其中A斷面的多 樣性指數(shù)最大，多年平均值為2.07，其次是RB斷面，平均值為1.86，ET斷面最小 年際變化：1998年最大，其次為1997、1999、2000、2001年，呈逐年下降的趨勢 季節(jié)變化：冬季為最高，其次為春秋兩季，最低為夏季 月際變化：1月(2.08)10月(1.96)12月(1.93)9月(1.85)3月(1.84)4月(

7、1.76)6月(1.75)7月(1.53) 生物指數(shù)法-群落特征指數(shù)豐度指數(shù) 空間變化：A斷面RB斷面ET 斷面 年際分布：1998 1997 1999 2000 2001 月際變化：1月12月3月4月9月6月10月7月 季節(jié)變化：冬季春季秋季夏季 生物指數(shù)法-群落特征指數(shù)1. 構造參照組第一組中有3個點，為Gp1，是深圳一側A斷面的A1、A2、A3；第二組中有5個點，為Gp2，包括香港一側的RB0、RB3、ET1、ET4和ET2；第三組只有1個點，為Gp3，是香港一側的RB4點 生物指數(shù)法-O/E指數(shù)（快速評估法）3. 選擇環(huán)境變量4. 待測點匹配到參照組 根據辨別模型計算一個新樣點屬于每種

8、參考組的概率 計算該點出現(xiàn)某特定種類概率，將上一步結果乘以該種類 在每一參考組出現(xiàn)的百分比頻率加和所有組特定種類出現(xiàn)的概率以提供一個綜合出現(xiàn)概率（或加權平均） 只有那些出現(xiàn)的綜合概率大于等于50%的種類才進一步考 慮，作為預測種類 新點預期種類的數(shù)目等于所有預測種類出現(xiàn)概率的總和 生物指數(shù)法-O/E指數(shù)（快速評估法）水體污染機制物理作用：改變物理性狀、空間位置化學、物理化學作用：化學成分間作用、化學形態(tài)變化，但未參與生物作用生物作用：生物的生化作用、食物鏈的傳遞作用、轉化作用和富集作用進入水體的外來物質經過水體自身的物理、化學與生物功能而減少或降低的過程稱為水體自凈。水體所具有的自凈能力就是水

9、環(huán)境接納一定量污染物的能力 ,一定水體所能容納污染物的最大負荷被稱為水環(huán)境容量。水環(huán)境容量與水體的用途和功能有十分密切的關系。 水環(huán)境容量影響因素水體的用途和功能：地面水體有不同水質指標，每類水質指標都決定著水環(huán)境容量大小，如水質要求越高，水環(huán)境容量就越小；與水體自身特性有關：河寬、河深、流速、流量等；污染物特性：污染物物理化學性質越穩(wěn)定，越難降解，環(huán)境容量就越小。物理凈化：如混合、稀釋、擴散、揮發(fā)、沉淀等過程化學凈化：如酸堿中和、氧化還原、分解化合、吸附解吸、膠溶凝聚等過程生物凈化：如生物質對有機物的分解、轉化和富集等水體自凈作用水體自凈機制1）稀釋擴散：河流：流量與廢水量之比， 水文條件湖

10、泊：水流方向、風向、風力、水溫2）耗氧與復氧作用易氧化有機物被化學氧化分解生化氧化分解含氮有機物的硝化過程3）重金屬的轉化重金屬化合物的沉淀-溶解作用：與遷移能力有關重金屬的還原氧化作用重金屬的絡合作用：羥基的絡合過程膠體化學吸附轉化：是將重金屬轉為固相的主要途徑水體自凈特征污染物濃度逐漸下降污染物毒性降低重金屬：溶解態(tài)被吸附不溶性化合物底泥復雜有機物簡單有機物不穩(wěn)化合物穩(wěn)定化合物溶解氧經急劇下降 最低點緩緩上升生物種群趨于正常分布 湖泊污染特點 湖泊、水庫是陸地上水交換緩慢的水體，其中非排水湖（如里海）對入湖物質的積累狀況與海洋相同。排水湖也常因流速慢、流量小，某些污染物會長期停留湖中，發(fā)生

11、量的積累和質的變化，改變水體狀況和造成危害。 海洋污染的特點污染源多而復雜：除了在海上航行的船只、海上油井外，還有沿海和內陸地區(qū)的城市和工礦企業(yè)排放的污染物，最后大都進入海洋。如陸地上的污染物可通過河流進入海洋。大氣污染物也可以通過氣流運行到海洋上空，隨雨水降入海洋。海水中檢測出的DDT，大部是通過大氣進入海域的。污染的持續(xù)性強，危害性大：海洋是各地區(qū)污染物的最后歸宿。污染物進入海洋后，很難再轉移出去。不能溶解和不易分解的污染物（如重金屬和有機氯農藥等），便在海洋中積累起來，數(shù)量逐年增多，還能通過遷移轉化而擴大危害。據估計，目前已有100萬噸以上的DDT進入海洋，被海洋生物所富集，對人類構成了

12、潛在的威脅。污染范圍大：世界上的各個海洋是互相溝通的，海水也在不停地運動著，污染物在海洋中可以擴散到任何角落。海洋環(huán)境中原來不存在多氯聯(lián)苯，現(xiàn)在可從在北冰洋和南極洲捕獲的鯨魚體中檢出，也可以在太平洋復活節(jié)島附近海域采集到的浮游生物體中檢出，可見，這種污染物已由近岸擴散到遠洋。 水體富營養(yǎng)化水體富營養(yǎng)化（eutrophication）：當湖泊、水庫水接納過多含磷、氮的污水時，可使藻類等浮游生物大量繁殖。水華 (algal bloom)：由于占優(yōu)勢的浮游生物顏色不同水面呈現(xiàn)不同顏色，出現(xiàn)在淡水時稱為水華，發(fā)生在海灣時稱為赤潮（red tide）按污染物劃分：從衛(wèi)生學角度，多按化學性污染物、物理性污

13、染物和生物性污染物劃分。 從化學角度，多按無機有毒物質、無機有害物質、有機有毒物質、有機有害物質和病原體等劃分。從環(huán)境工程學角度，多按病原體污染，需氧物質污染 、植物營養(yǎng)物質污染 、石油污染 、熱污染 、放射性污染 、有毒化學物質污染、鹽污染劃分。物理污染顏色：說明污染物的含量濁度：膠體或細小懸浮物溫度：地表水一年0-35，地下水穩(wěn)定懸浮物：影響水的透明度光合作用放射性：蓄積在人體內造成長期危害化學污染無機無毒無機有毒有機無毒有機有毒生物污染病原微生物我國水中優(yōu)先控制污染物黑名單2.2.2 水體污染物的來源和危害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對水體產生有

14、害影響的場所、設備和裝置。2.2.2.1 天然源包括巖石礦物的風化和水解、火山噴發(fā)、水流沖蝕地表、大氣顆粒物的沉降、生物（主要是植物）釋放物質。2.2.2.2 人為源按人類活動可分為工業(yè)、農業(yè)、交通、生活等污染源；按排放污染物種類不同，可分為有機、無機、熱放射性、重金屬、病原體等污染源以及同時排放多種污染物的混合源；按排放污染物的空間方式可分為點源和非點源（線源和面源）。工業(yè)廢水是指各種企業(yè)在生產過程中排出的廢水，包括工藝過程用水、冷卻水、煙氣洗滌水、設備、場地清洗水以及生產廢液等。污染特點：1）懸浮物含量高 30000 mgL-1（一般水200500 mgL-1）2）需氧量高 化學需氧量CO

15、D 40010000 mgL-1；生化需氧量BOD5 200500 mgL-1（一般水COD1 mgL-1，BOD510 mgL-1）3）pH值變化幅度大 511（一般69，低限2，高限13）4）溫度較高5）易燃 常含有低沸點易燃物6）含有大量的有毒、有害物質生活污水指日常生活中產生的各種污水混合液，包括廚房、洗滌室、浴室、集體單位公用事業(yè)排出的污水。城市污水指排出城市管網的各種污水的總和。城市生活污水污染特點：1）含N、S、P較高，在厭氧細菌作用下易產生惡臭物質2）含有大量的合成洗滌劑3）含有多種微生物水體中部分有機污染物在人體內的代謝過程及對人體健康的影響 2.2.3 水質指標水質即水的品

16、質，是指水與其中所含雜質共同表現(xiàn)出來的物理學、化學和生物學的綜合特性。 衡量水質好壞的特性指數(shù)叫水質指標。僅僅根據水中雜質的顆粒大小還遠不能反映水的物理學、化學和生物學特性。通常都采用水質指標來衡量水質的好壞。 水質指標項目繁多，可以分為三大類 第一類 , 物理性水質指標 第二類 , 化學性水質指標 第三類 , 生物學水質指標 物理指標：溫度、色度、臭味、渾濁度、透明度、總殘渣、過濾性殘渣、非過濾性殘渣、電導率等 化學指標：pH值、礦化度、總硬度、金屬離子、酸根離子 生物指標：細菌總數(shù)、大腸桿菌天然水污染水體：還有BOD、DO、COD、TOD 、TOC物理性水質指標感官物理性狀指標。如 , 溫

17、度、色度、嗅和昧、渾濁度、透明度等。其他物理性狀指標。如 , 總固體、懸浮固體、溶解固體、可沉固體、電導率 ( 電阻率 ) 等。 化學性水質指標一般的化學性水質指標。如 ,pH 、堿度、硬度、各種陽離子、各種陰離子、總含鹽量、一般有機物質等。有毒的化學性水質指標。如重金屬、氧化物、多環(huán)芳娃、各種農藥等。有關氧平衡的水質指標。如溶解氧 (DO) 、化學需氧量 (COD) 、生化需氧量 (BOD) 、總需氧量 (TOD) 等。生物學水質指標包括細菌總數(shù)、總大腸菌群數(shù)、各種病原細菌、病毒等。一些工業(yè)廢水和城市污水中的BOD5和COD量值 水質標準 水的用途十分廣泛。不同用途的水均應滿足一定的水質要求

18、，也就是水質標準。水質標準是環(huán)境標準的一種。 幾種與水污染防治密切相關的水質標準 地面水環(huán)境質量標準 為五類 (GB3838-88) 污水綜合排放標準 為兩類 (GB8978-2008) 生活飲用水水質標準 (GB5749-85) 其他水質標準 工業(yè)用水的水質要求、漁業(yè)水域水質標準、游泳用水水質要求、農田灌溉水質標準等 地面水環(huán)境質量標準分為五類(GB3838-88)I 類 : 主要適用于源頭水、國家自然保護區(qū)。 類 : 主要適用于集中式生活飲用水水掘地一級保護區(qū)、珍貴魚類保護區(qū)、魚蝦產卵場等。 類 : 主要適用于集中式生活飲用水水源地二級保護區(qū)、一般魚類保護區(qū)及游泳區(qū)。 類 : 主要適用于一

19、般工業(yè)用水區(qū)及人體非直接接觸的娛樂用水區(qū)。V 類 : 主要適用于農業(yè)用水區(qū)及一般景觀要求水域。 2.3.1 水處理方法水處理過程可以簡單的分為給水處理和廢水處理。給水處理是指為滿足用水者的需求而從天然水體中（河川水、湖沼水、地下水等）獲得生活飲用水、工業(yè)用水等而必須進行的處理。廢水處理是為了保護環(huán)境，減弱或者防止工業(yè)廢水、生活污水等可能引起環(huán)境水體污染而必須進行的處理。水處理技術水處理技術可分為物理法、化學法和生物法。物理方法：沉淀法、浮選法、蒸發(fā)法化學方法：中和、萃取、氧化還原生物方法：利用自然界微生物將有機物分解和轉化2.3.1.1 物理法1）沉淀（重力分離） 利用污水中的懸浮物和水密度不

20、同的原理，借重力沉降（或上浮）作用，使其從水中分離出來。沉淀處理的設備有沉砂池、沉淀池及隔油池等沉淀池刮泥機2）篩濾（截留） 利用篩濾介質截留污水中的懸浮物。篩濾介質有鋼條、篩網、砂、布、塑料、微孔管等。屬于篩濾處理的設備有格柵、微濾機、砂濾機、真空濾機、壓濾機等。壓濾機立式格柵3）氣浮 將空氣打入污水中，并使其以微小氣泡的形式由水中析出，污水中密度近似水的微小顆粒狀污染物質黏附到空氣泡上，并隨氣泡上升到水面，形成泡沫浮渣而去除。4）反滲透 用一種特殊的半滲透膜，在一定的壓力下將水分子壓過去，而溶解于水中的污染物則被膜所截留，污水被濃縮，而被壓透過膜的水就是處理過的水。制作半透膜的材料有醋酸纖

21、維素、磺化聚苯醚等高分子材料，操作壓力一般為3050kg/cm2。反滲透法是膜分離技術的一種，屬于膜分離技術的還有電滲析、滲析等。屬于物理法的污水處理技術還有離心分離、磁分離、蒸發(fā)等。2.3.1.2 化學法1）混凝法 向水中投加帶有相反電荷的電解質（混凝劑），使污水中的膠體顆粒變?yōu)殡娭行?，失去穩(wěn)定性，并凝聚成大顆粒而下沉。這種方法適用于處理含油廢水、染色廢水、洗毛廢水等。常用的混凝劑有硫酸鋁、堿式氯化鋁、硫酸亞鐵、三氯化鐵等。2）中和法 向酸性廢水中投加堿性物質如石灰、氫氧化鈉、石灰石等，向堿性廢水可吹入含有CO2的煙道氣進行中和，也可用其它酸性物質進行中和。3）氧化還原法 常用的氧化劑有空氣

22、、漂白粉、氯氣、臭氧等，氧化法多用于處理含酚、氰廢水；常用的還原劑有鐵屑、硫酸亞鐵等，還原法多用于處理含鉻、汞廢水。氧化溝氧化溝連續(xù)環(huán)式反應池（Continuous Loop Reactor，簡稱CLR), 通常稱為氧化溝。它是由荷蘭衛(wèi)生工程研究所(TNO)在五十年代研制成功的 氧化溝是活性污泥法的一種改型，它把連續(xù)環(huán)式反應池用作生物反應池?；旌弦涸谠摲磻刂幸砸粭l閉合式曝氣渠道進行連續(xù)循環(huán)。氧化溝通常在延時曝氣條件下使用，因為這時水和固體的停留時間長，有機物質的負荷低，它使用一種帶方向控制的曝氣和攪動裝置，向反應池中的物質傳遞水平速度，從而使被攪動的液體在閉合式曝氣渠道中循環(huán)4）電解法 在廢

23、水中通電，在陽極產生氧氣，在陰極產生氫氣，新鮮的氧氣和氫氣可以氧化和還原相應的污染物。主要用于處理含鉻及含氰廢水。5）吸附法 將污水通過固體吸附劑，使廢水中溶解的有機或無機污染物吸附到吸附劑上，常用的吸附劑為活性炭，可吸附水中的酚、汞、鉻、氰等，還可以脫色、脫臭。一般用于深度處理。離子交換法也屬于吸附法，只是在吸附過程中，吸附劑每吸附一個離子，同時也放出一個等當量的離子。6）電滲析法 污水通過由陰、陽離子交換膜所組成的電滲析器時，污水中陰、陽離子分離，達到濃縮和處理的目的?？捎糜谒嵝詮U水回收、含氰廢水處理等。屬于化學法的處理技術還有氣提法、吹脫法、萃取法、化學沉淀法等。2.3.1.3 生物法1

24、）活性污泥法 將空氣連續(xù)注入曝氣池的污水中，經過一端時間，水中即形成繁殖有巨量好氧微生物的絮凝體活性污泥。活性污泥能夠吸附水中的有機物，生活在活性污泥上的微生物以有機物為食物，獲得能量并不斷生長增殖，有機物被去除，污水得以凈化。2）生物膜法 使污水連續(xù)流經固體填料，在填料上形成污泥狀的生物膜，繁殖大量的微生物，能夠起到與活性污泥同樣的凈化作用，吸附和降解水中的有機污染物，從填料上脫落的衰死生物膜隨污水流入沉淀池，經沉淀分離，污水得以凈化。3）生物穩(wěn)定塘 使污水在自然或經人工改造、修造的池塘內緩慢流動，通過微生物的代謝活動，降解污水中的有機污染物，從而使污水得到凈化，其過程和自然水體的自凈過程很

25、接近。生物塘按功用和效能劃分為厭氧塘、好氧塘、水生植物塘、生態(tài)塘、完全容納塘和控制排放塘等。4）土地處理法 將污水施于土地上，利用土的凈化能力使污水得到凈化。污水土地處理法有多種形式，如慢速滲濾、快速滲濾、地表漫流、濕地灌溉和地下灌溉等。5）厭養(yǎng)消化法 利用兼性厭氧菌和專性厭氧菌的新陳代謝功能凈化污水，并且可以產生沼氣的生物處理方法，可以用于高、中、低各種濃度的有機污水的處理。人工濕地人工濕地是由人工建造和控制運行的與沼澤地類似的地面，將污水、污泥有控制的投配到經人工建造的濕地上，污水與污泥在沿一定方向流動的過程中，主要利用土壤、人工介質、植物、微生物的物理、化學、生物三重協(xié)同作用，對污水、污泥進行處理的一種技術。其作用機理包括吸附、滯留、過濾、