第三章全球性環(huán)境問(wèn)題第二部分：水體污染及其防治

第三章全球性環(huán)境問(wèn)題第二部分：水體污染及其防治2023/4/202思考1：水與人類的關(guān)系？人可以幾天不吃飯，但不能3天不喝水。一個(gè)成年人體內(nèi)含水量約占人體重的65％。水是人體組織細(xì)胞的主要成分，其中腦組織含水75％，血液含水83％，肌肉含水76％，骨骼含水23％。一個(gè)健康的人每天大約需要消耗2公斤的水，其中一半是經(jīng)過(guò)腎臟形成尿液，把體內(nèi)的廢物排泄體外，其余半數(shù)由肺、腸及皮膚排出。2023/4/203思考2：地球的水資源分布如何？可利用淡水資源==1.07ⅹ1016m3地球水總量

13.86億km3（咸水占97.47%；淡水占2.53%）“水資源”：地球水中易于被人類利用而且可不斷循環(huán)更新的淡水資源海洋占地表面積的71%

海水的水量占總水量的97.41%淡水占2.59%,除兩極外可用的為0.0342%.2023/4/204

地球上水的分配情況%

地球上的水的總量分配所占百分率%

海水(seawater)97.41

淡水(landwater)2.59

（其中淡水的分配）

冰蓋、冰川1.984

地下水0.592

水凍層中的冰0.0216

湖泊水0.0127

土壤水0.0012

大氣水0.0009

沼澤水0.0008

河流水0.0002

生物體水0.0001

2023/4/205地球上淡水量示意圖2023/4/206地球上水資源分布不均2023/4/207我國(guó)水資源特性水資源豐富，總量世界第6(年徑流量為27100億m3),人均109位分布不均衡污染嚴(yán)重2023/4/2085-1概述一水體的概念

1．水體：是指表面被水覆蓋的自然綜合體.

水懸浮物底泥水生生物

2023/4/209二、天然水中的主要物質(zhì)2023/4/20105-2水體的污染一、水體污染定義

是指排入水體的污染物使水體的感觀、性狀、物理化學(xué)性質(zhì)、化學(xué)成分、水中的生物組成以及底質(zhì)等發(fā)生變化，從而影響水的有效利用，危害人體健康或者或者破壞生態(tài)環(huán)境，造成水質(zhì)惡化的現(xiàn)象。二、水體污染源造成水體污染的污染物發(fā)生源，包括向水體排放污染物或?qū)λw產(chǎn)生有害影響的場(chǎng)所、設(shè)備和裝置

2023/4/2011水體污染源分類2023/4/2012三、水體中主要污染物

物理性污染物：SS、熱、輻射、

化學(xué)性污染物

生物性污染物：細(xì)菌、病毒

2023/4/2013（一）物理性污染（SS、熱、放射性污染物）1．顆粒狀污染物(SS,SuspendedSolid)來(lái)源:水力沖灰、洗煤、食品、屠宰、建筑、冶金、造紙、采礦等工業(yè)廢水及生活污水浮渣。危害:水體濁度增加，透明度減弱，影響水生生物光合作用，妨礙水體自凈?？赡芏氯~鰓，導(dǎo)致魚類窒息死亡；有機(jī)懸浮顆粒被微生物代謝時(shí)會(huì)消耗水中溶解氧；懸浮顆粒沉積于河底，造成底泥積累與腐化；懸浮顆粒膠體吸附其他污染物形成次生污染源。2023/4/20142．熱污染來(lái)源:企業(yè)生產(chǎn)時(shí)向水體中排放超過(guò)60℃的高溫廢水（如冷卻水）造成的危害:破壞水體生態(tài)系統(tǒng)3．放射性污染物來(lái)源:鈾礦開采和精煉、原子能工業(yè)、放射性同位素的使用、核試驗(yàn)、核電站等危害:α、β、γ等射線可損害機(jī)體組織,蓄積在機(jī)體內(nèi)造成貧血、白細(xì)胞增生，造成遺傳變易和誘發(fā)癌癥。2023/4/2015（二）化學(xué)性污染

1．無(wú)機(jī)無(wú)毒物：無(wú)機(jī)酸、堿、鹽和N、P等植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)2.無(wú)機(jī)有毒物：重金屬如Hg、Cd、Cr、Pb和類金屬As、

CN-3．有機(jī)無(wú)毒物：耗氧有機(jī)物4.有機(jī)有毒物：酚類化合物、有機(jī)農(nóng)藥(DDT、有機(jī)氯、有機(jī)磷等)、聚氯聯(lián)苯、多環(huán)芳烴、合成洗滌劑等2023/4/20161．無(wú)機(jī)無(wú)毒物（1）無(wú)機(jī)酸、堿、鹽來(lái)源:酸性污水——主要來(lái)自礦山排水、酸法造紙、粘膠纖維、冶金、金屬加工酸洗廢水以及酸雨。堿性污水——主要來(lái)自堿法造紙、人造纖維、制堿、制革等工業(yè)污水。無(wú)機(jī)鹽類污染——酸堿中和產(chǎn)生各種鹽類，或酸堿分別與地表物質(zhì)反應(yīng)生成無(wú)機(jī)鹽類。危害①改變水體pH值，破壞水體自然緩沖作用和自凈功能②抑制水生物生長(zhǎng)，破壞水生生態(tài)③水質(zhì)逐漸惡化，腐蝕管道和船舶，可能使周圍土壤酸化④無(wú)機(jī)鹽類增加水的硬度，增加水的滲透壓，不利于淡水生物生長(zhǎng)，使工業(yè)鍋爐水垢增厚，令工業(yè)用水能耗和水處理費(fèi)用提高。2023/4/2017

（2）植物營(yíng)養(yǎng)物

農(nóng)田施肥(N、P、K)、硝石、鳥糞

1)來(lái)源農(nóng)業(yè)廢棄物(豆科植物,牲畜糞便)

生活和工業(yè)廢水

雨雪對(duì)大氣淋洗和地面徑流

水體富營(yíng)養(yǎng)化,使水體衰老死亡

2)危害

判斷標(biāo)準(zhǔn)：與N、P含量有關(guān)

總P>20mg/m3

富養(yǎng)化指標(biāo)總無(wú)機(jī)N>300mg/m3

葉綠素300mg/m3

2023/4/20182023/4/20192023/4/20201)重金屬（重金屬一般指比重大于5、原子量大于40的金屬元素）重金屬多具有生物毒性（以Pb、Cr、Cd、Hg、As危害最大，俗稱“五毒”），有些重金屬是生物體必需微量元素（如Zn、Cu）,當(dāng)超過(guò)一定限時(shí)才造成中毒。

燃料燃燒來(lái)源采礦冶煉

三廢排放

沉淀：M(OH)x、MS、MCl遷移變化吸附：底泥

配合~螯合：

氧化~還原：

毒性效應(yīng)：1~10mg危害不易降解,價(jià)態(tài)可變,可生化為有毒物

可以分散或生物富集2.無(wú)機(jī)有毒物：重金屬、CN-2023/4/2021汞(Hg)：來(lái)源：有色金屬冶煉、電池廠等工業(yè)廢水。危害：在肝、腎、腦組織內(nèi)積累,破壞神經(jīng)功能，嚴(yán)重時(shí)能造成死亡（水俁?。ｆk(Cd)：來(lái)源：有色金屬冶煉、冶金制造、電池、電鍍、油漆和顏料等工業(yè)廢水。危害：降低機(jī)體免疫能力及導(dǎo)致骨質(zhì)疏松軟化、萎縮變形和骨折等。（骨痛?。┿t(Cr)：（二價(jià)、三價(jià)、六價(jià)）三價(jià)鉻是人體必需元素來(lái)源：冶金、電鍍、機(jī)械加工、制革、顏料等工業(yè)廢水。危害：六價(jià)鉻毒性最大，具強(qiáng)氧化性,對(duì)皮膚、黏膜有強(qiáng)烈腐蝕性,有致畸、致突變與致癌等作用。鉛（Pb）：來(lái)源：礦山開采、金屬冶煉及燃煤、汽車廢氣隨降雨進(jìn)入水體。危害：引起累積并產(chǎn)生貧血、腎炎、神經(jīng)炎、智商下降。2023/4/2022類金屬（As）砷(As)：來(lái)源：有色金屬冶煉、含砷殺蟲劑生產(chǎn)等。三價(jià)砷如砒霜（AS203），五價(jià)砷毒性較?。ㄐ埸S）。危害：慢性中毒、神經(jīng)衰弱、中樞神經(jīng)紊亂、消化系統(tǒng)障礙,癌發(fā)病率增高。2023/4/20232)氰化物(CN-)來(lái)源：化學(xué)、電鍍、煤氣、煉焦含氰廢水水體中的凈化作用

揮發(fā)可達(dá)90%：CN-+CO2+H2OHCN+HCO3-

氧化分解可凈化10%：2CN-+O22CNO-

CNO-+2H2ONH4++CO32-危害：劇毒,口服50(0.3~0.5)mg就使人致死.急性中毒抑制細(xì)胞呼吸,破壞血液送氧機(jī)能致（人體組織）嚴(yán)重缺氧死亡.

生活水：<0.05ppm

地面水：<0.2ppm

工業(yè)廢水：<0.5ppm2023/4/20243．有機(jī)無(wú)毒物（耗氧有機(jī)物）來(lái)源：生活污水、食品加工、肉類屠宰、造紙、印染、制革、焦化等工業(yè)廢水危害：需氧有機(jī)物（碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪和木質(zhì)素等），沒有毒性，可分解。但有機(jī)物分解過(guò)程消耗大量氧氣，造成水中溶解氧缺乏,還可能進(jìn)行厭氧分解,產(chǎn)生CH4、H2S、NH3等,引起水體發(fā)黑發(fā)臭。2023/4/2025相關(guān)指標(biāo)：

溶解氧(DO,dissolvedoxygen)生化需氧量(BOD,biochemicaloxygendemand)化學(xué)需氧量(COD,chemicaloxygendemand)總有機(jī)碳(TOC,totalorganiccarbon)總需氧量(TOD,totaloxygendemand)

2023/4/2026反映有機(jī)污染的指標(biāo)：（1）化學(xué)需氧量(COD)：指用化學(xué)氧化劑氧化水中有機(jī)污染物時(shí)所需的氧量,以每升水消耗氧的量表示(單位為mg/L),稱為COD(ChemicalOxygenDemend)。COD值越高,表示水中有機(jī)污染物越多,污染越重。目前常用的氧化劑主要是重鉻酸鉀和高錳酸鉀：重鉻酸鉀法(CODcr)

適用于分析污染較嚴(yán)重的工業(yè)廢水水樣。高錳酸鉀法(CODMn)適用于測(cè)定較清潔的地表水水樣。2023/4/2027五日生化需氧量BOD5,biochemicaloxygendemand定義：水中有機(jī)物經(jīng)微生物分解所需氧量（單位：mg/L)

含碳有機(jī)物BOD來(lái)源含氮有機(jī)物還原性無(wú)機(jī)離子BOD分解的兩個(gè)階段

有機(jī)物碳化階段:

蛋白質(zhì)氨基酸氨,共需20天,5天可以分解70%

氨硝化階段:

氨硝酸、亞硝酸,變化緩慢,該階段對(duì)環(huán)境影響較小.BOD5

：國(guó)內(nèi)外普遍采用在20℃條件下培養(yǎng)5天生物化學(xué)需氧量BOD5作為指標(biāo).BOD5越高,表示水中可生物降解的有機(jī)物越多。(BOD5<2清潔水；BOD5>10水質(zhì)很差）2023/4/2028（3）溶解氧(DO)：指溶解于水中的氧氣的量,以水中氧的含量表示(單位為mg/L)，稱為DO(DissolvedOxygen)。水中有機(jī)物較多，則DO變小。意義：水質(zhì)好壞的一個(gè)重要標(biāo)志飲用水DO>5mg/LDO3~4mg/L許多魚類難以生存

DO2mg/L以下時(shí),水體就發(fā)臭2023/4/2029（4）總有機(jī)碳(TOC):水中溶解性和懸浮性有機(jī)物存在的全部碳量，稱為總有機(jī)碳TOC(TotalOrganicCarbon)。通常采用高溫燃燒生成CO2的方法測(cè)定。（5）總需氧量（TOD）：水中能被氧化的有機(jī)物在燃燒中變成穩(wěn)定的氧化物所需的氧量，稱為TOD（TotalOxygenDemand）。由于水中的有機(jī)物除含有機(jī)碳外，還含有H、N、S等元素。當(dāng)有機(jī)物全部被氧化時(shí)，碳被氧化為CO2，而H、N、S則被氧化為H2O、NO、SO2等。2023/4/2030以上各有機(jī)物指標(biāo)關(guān)系一般為：TOD>TOC>CODcr>BOD>BOD5>CODMn。BOD5/CODcr的比值是衡量廢水可生化處理的一項(xiàng)重要指標(biāo),其比值愈高,可生化性愈好。一般認(rèn)為（BOD5/CODCr）>03即可生化處理。2023/4/20314.有機(jī)有毒物有機(jī)有毒物多是人工合成有機(jī)物,難以被生化降解,毒性很大，且大多是較強(qiáng)的致癌、致突變、致畸物質(zhì)。（1）酚類化合物來(lái)源：冶金、煤氣、煉焦、石油化工、塑料、合成纖維等工業(yè)廢水及城市糞便污水（糞便分解產(chǎn)生少量酚類化合物）。危害：使蛋白質(zhì)變性，影響魚類的洄游和繁殖；酚濃度為0.1～0.2mg/L時(shí)魚肉有酚味；酚高濃度污染時(shí)，會(huì)使蛋白質(zhì)沉淀和凝固，引起魚類死亡和絕跡；引起人類頭昏、出疹、瘙癢、貧血和各類神經(jīng)系統(tǒng)癥狀。2023/4/2032（2）有機(jī)農(nóng)藥（殺蟲劑、殺菌劑和除草劑）來(lái)源：噴灑農(nóng)藥、地表徑流和農(nóng)藥廠的生產(chǎn)廢水危害：水溶性低而脂溶性高,難化學(xué)和生物降解，易在動(dòng)物體內(nèi)累積,對(duì)動(dòng)物和人體危害較大，造成中毒，2023/4/2033

（3）有機(jī)氯化合物

來(lái)源：農(nóng)藥、石油化工的合成生產(chǎn)過(guò)程及有關(guān)產(chǎn)品使用過(guò)程中排放的污水

比較穩(wěn)定特性脂溶性物質(zhì)

有害健康

可被耗氧微生物分解而消耗水中氧氣

例如多氯聯(lián)苯(PCB),一種無(wú)色或淡黃色粘稠液體,微溶于水(S.：1mg/L),可生物富集幾十萬(wàn)倍濃度.

2023/4/2034多氯聯(lián)苯(PCB)PCB是聯(lián)苯分子中一部分或全部氫被氯取代后形成的各類異構(gòu)體混合物的總稱。來(lái)源：電力電容器、浸漬劑和油漆添加劑等行業(yè)的工業(yè)廢水。危害：在環(huán)境中不易降解，易聚集在脂肪組織、肝和腦中，引起皮膚、肝臟損害和中毒。（米糠油事件）2023/4/2035（4）多環(huán)芳烴（PAH）來(lái)源：廢油、含油廢水、煤氣站廢水、柏油路面排水危害：致癌、致遺傳變異性，如3,4-苯并[α]芘(簡(jiǎn)記為BaP)2023/4/2036（5）石油類污染物來(lái)源：石油的開采、運(yùn)輸、加工和使用過(guò)程中泄漏和排放造成的。危害：油膜覆蓋在水體表面,降低了水體中的溶解氧,影響水體自凈,危害水生生物生存。人吸入石油蒸氣可出現(xiàn)頭暈、惡心、嘔吐、血壓下降等癥狀。2023/4/2037（三）生物性污染

（包括病菌、病毒、寄生蟲等）我國(guó)衡量生物性污染的水質(zhì)指標(biāo)有細(xì)菌總數(shù)、總大腸菌群兩項(xiàng)2023/4/2038四、水體污染的危害

1．危害人體健康

2．影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

3．對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)的危害2023/4/20395-3水體的自凈作用(self-purification)一、定義：污染物排入水體后,經(jīng)物理、化學(xué)和生物等的綜合凈化過(guò)程,使污染物濃度自然降低的作用.二、凈化機(jī)制1．物理凈化：稀釋、擴(kuò)散、沉淀等2．化學(xué)凈化

氧化還原酸堿反應(yīng)分解、化合、吸附反應(yīng)絡(luò)合螯合放射性蛻變3．生物凈化微生物對(duì)有機(jī)物的氧化分解作用（生物富集、生物轉(zhuǎn)化）

2023/4/2040水體的自然凈化能力是有限的，應(yīng)注意合理利用水環(huán)境容量！環(huán)境容量：水環(huán)境對(duì)污雜物質(zhì)的承受能力。

2023/4/20415-4污水防治技術(shù)一、概述

1．水體污染控制的基本途徑減少污水排放量(節(jié)水工藝、循環(huán)回用、中水回用等——案例）妥善處理城市及工業(yè)廢水（治理技術(shù)）加強(qiáng)對(duì)水體污染源的監(jiān)測(cè)和管理（達(dá)標(biāo)排放、總量控制）保護(hù)水資源遵循的3R原則：

REDUCE(減污)、RECYCLE(循環(huán))、REUSE(再用)2023/4/20422023/4/2043中水利用工藝流程圖

2023/4/2044

二、污水處理技術(shù)

物理法按處理原理化學(xué)法好氧生化法厭氧兼氧一級(jí)(初級(jí))----物理法：達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)按處理精度二級(jí)(中級(jí))----生物法：可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)三級(jí)(高級(jí))----物化法：可達(dá)到飲用標(biāo)準(zhǔn)

2023/4/2045污水處理方法分類基本方法基本原理單元技術(shù)物理法物理或機(jī)械的分離過(guò)程過(guò)濾、沉淀、離心分離、上浮等化學(xué)法加入化學(xué)物質(zhì)與污水中的有害物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化過(guò)程中和、氧化、還原、分解、混凝、化學(xué)沉淀等物理化學(xué)法物理化學(xué)的分離過(guò)程吸附、離子交換、萃取、電滲析、反滲透等生物法微生物在污水中對(duì)有機(jī)物進(jìn)行氧化、分解的新陳代謝過(guò)程活性污泥、生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、氧化塘、厭氣消化、膜分離等2023/4/2046（一)物理處理法

（重力分離、過(guò)濾、氣浮、離心分離）1．重力分離法利用污水中懸浮物和水密度不同的原理,借重力沉降(或上浮)作用,使水中懸浮物分離出來(lái)。主要處理設(shè)備：沉砂池、沉淀池和隔油池。沉砂池2023/4/2047沉淀池通常分為平流式、豎流式、輻流式等：平流式輻流式2023/4/20482.過(guò)濾法利用過(guò)濾介質(zhì)截流污水中的懸浮物。過(guò)濾設(shè)備有隔柵、柵網(wǎng)、微濾機(jī)、砂濾機(jī)、真空濾機(jī)、壓濾機(jī)2023/4/2049

3.氣浮法——利用分散的微小氣泡壓入廢水中，水中乳狀油粒和懸浮顆粒隨氣泡浮到水面，再用機(jī)械法去除

2023/4/20504．離心分離法含有懸浮物的污水在高速旋轉(zhuǎn)時(shí),由于懸浮顆粒(如乳化油)和污水質(zhì)量不同,受到的離心力大小不同而被分離的方法。2023/4/2051（二）化學(xué)處理法

（化學(xué)沉淀法、混凝法、中和法、氧化還原法）1．化學(xué)沉淀法向廢水投加化學(xué)藥劑，使它與廢水中污染物生成難溶鹽（氫氧化物、硫化物等）沉淀下來(lái),從而降低水中污染物濃度?；瘜W(xué)沉淀法一般用于含重金屬(汞、鎘、鉛)、氰化物等工業(yè)廢水的處理。2023/4/20522．混凝法

向廢水中投加混凝劑,使廢水中細(xì)小顆粒、乳狀油、膠體顆粒凝聚成大顆粒而下沉分離的方法。常用混凝劑：硫酸鋁、氯化鋁、鐵鹽(硫酸亞鐵、三氯化鐵及硫酸鐵)和明礬等。2023/4/20533、中和法——用于處理酸性廢水和堿性廢水，調(diào)節(jié)酸堿度

。向酸性廢水投加堿性物質(zhì)如石灰、氫氧化鈉、石灰石,使廢水變?yōu)橹行?；?duì)堿性廢水吹入含有C02煙道氣中和,也可用其他酸性物質(zhì)中和。2023/4/20544、氧化還原法（1）氧化法——利用空氣氧氣、臭氧、氯氣、次氯酸鈉、液氯、高錳酸鉀等強(qiáng)氧化劑，將廢水中污染物氧化成無(wú)毒無(wú)害物質(zhì)。如：溶解性Fe2+Fe3+

（易生成Fe（OH）3沉淀）空氣氧化除硫S2-SO42-（2）還原法——利用鐵、鋅、亞硫酸氫鈉等還原劑，將廢水中有害物質(zhì)還原成無(wú)毒無(wú)害物質(zhì)。如：Fe+Hg2+

Fe2+

+Hg

2023/4/2055（三）物理化學(xué)法

利用萃取、吸附、離子交換、膜分離技術(shù)、氣提等操作過(guò)程,處理或回收利用工業(yè)廢水的方法。

1．萃取法——利用有機(jī)溶劑萃取廢水中的污染物（溶質(zhì)），再利用溶劑與溶質(zhì)的沸點(diǎn)差分離、回收污染物溶質(zhì)，實(shí)現(xiàn)廢物資源化。2023/4/20562.吸附法——利用多孔物質(zhì)（活性炭、焦碳、磺化煤、活性硅石、腐殖酸、樹脂等）做吸附劑，吸附分離廢水中的污染物（酚、苯、石油、染料、洗滌劑等）2023/4/20573.離子交換法——利用離子交換劑與離子污染物發(fā)生離子交換反應(yīng)，去除污水中離子污染物。常用離子交換劑：磺化煤離子交換樹脂陽(yáng)離子交換樹脂——去除廢水中重金屬陽(yáng)離子陰離子交換樹脂——去除F-、PO43-、NO-等陰離子2023/4/20584.膜分離——利用選擇透過(guò)性膜對(duì)廢水中不同雜質(zhì)濃縮和分離，有4種技術(shù)：超濾、微濾、電滲析、反滲析分離過(guò)程推動(dòng)力傳遞機(jī)理透過(guò)物截留物膜類型微濾超濾反滲透電滲析壓力差約100kPa壓力差0.1—1.0Mpa壓力差0.5—1.0Mpa顆粒大小、形狀分子特性大小、形狀溶劑的擴(kuò)散、傳遞電解質(zhì)離子選擇性傳遞水、劑、溶解物水、溶劑水、溶劑電解質(zhì)、離子懸浮物、纖維膠體大分子溶質(zhì)、鹽非電解質(zhì)大分子多孔膜非對(duì)稱膜非對(duì)稱性膜或復(fù)合膜離子交換膜

幾種膜分離技術(shù)的特點(diǎn)：

電位差2023/4/2059

2023/4/2060（四）生物處理法利用微生物新陳代謝功能,使污水中呈溶解和膠體狀態(tài)的有機(jī)污染物降解并轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì),使污水得以凈化的方法。兩類：好氧生物處理、厭氧生物處理

2023/4/20611．好氧生物處理法

分活性污泥法(懸浮生長(zhǎng)型)和生物膜法(附著生長(zhǎng)型)兩類。（1）活性污泥法：曝氣池繁殖有巨量好氧性微生物的絮凝體（活性污泥），吸附和降解水中的有機(jī)污染物。BOD5去除率90%常見工藝：普通活性污泥法、SBR法(序批式活性污泥法)、氧化溝法、A/O生物脫氮工藝、A2/O脫氮除磷工藝等