第十讲 水体污染与水处理基本方法

河流污染1

河流污染2

重金属的毒害

主要内容 一、水的循环 二、水质指标与水质标准 三、水体自净 四、水体污染 五、水处理的基本方法 六、污水处理的级别 教材参考内容：P114-130,131-152.

一、水的循环 （一）水资源及其现状       水是构成生命的重要物质。人体体重的2／3是水，它是所有生物新陈代谢的介质。 为了维恃生命活动，每人每天至少需要2～2.5L水，城市生活用水量较高，如巴黎每人每天耗水约450L，纽约和大阪约600L，华盛顿约700L，芝加哥甚至达到824L左右。

地球上的海洋、河流、冰川、地下水、湖泊等构成了水圈，水圈就是地球表面不连续的水壳。在太阳能和人类的推动下，地球上的水在不断循环变化(自然循环和社会循环)。通过三种形态的变化，水在地球上起到热量输送和气候调节的作用。海洋和陆地间的水分交换是自然界水循环的主要联系，洋面上的水汽上升至大气，经凝结为降水到达地面；冰山的冰融化后流入河流、湖泊及地下径流，地面水体的部分进入生物体，部分经蒸发而返回大气，其余则形成地面径流和地下径流，通过江河网及海岸排回海洋。这种不断往复的循环，使海洋中的水量在长时间内保持相对平衡。

水循环的主要方式：蒸发和输运

水的社会循环对自然（原始）循环的影响 平衡破坏 给水处理 取水 自然循环 社会循环 排放 平衡破坏 水污染控制工程

全球总储水量估计为13. 9×108km3，但其中淡水总量仅为0 全球总储水量估计为13.9×108km3，但其中淡水总量仅为0.375×108km3，除冰川和冰冒外，可利用的淡水总量不足世界总储水量的1%。淡水与人类的关系最密切，并且具有经济利用价值。虽然在较长时间内，它可以保持平衡，但在一定时间、空间范围内，它的数量却是有限的。目前，人类面临水资源的危机越来越严重，其主要原因是： 1、水资源分布不均匀，季节变化大。 2、水资源消耗的增长速度过快。 3、城市和工业区过分集中。 4、水体污染严重。 5、浪费过大，不合理的开发与使用水资源。

二、水质指标与水质标准 1、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。 2 、水质指标（水污染防治工作中最常用的水质指标）： ①pH：天然水的pH一般在6～9之间；饮用水的适宜pH应在6.5～8.5之间。废水达标排放的pH应在6～9之间。 ②悬浮固体；SS ③溶解氧（DO）：溶解于水中的分子态氧(O2mg/L )。 ④有机物：常用COD、BOD表示。 化学需氧量（COD)：是指在一定条件下，水中各种有机物与外加的化学强氧化剂作用时消耗的氧化剂量，以氧量（mg/L）表示。 生化需氧量（BOD）：表示有氧条件下，当温度为20℃时，由于微生物（主要是细菌）的活动，使可降解的有机物氧化达到稳定状态时所需的氧量。以单位体积污（废）水所消耗的氧量（mg/L）表示。

⑤细菌污染指标：在水处理工程中用细菌总数和大肠杆菌两种指标表示水体被细菌污染的程度。以个/mL表示。 ⑥有毒有害物质：我国已制定“地面水中有害物质的最高允许浓度”标准，其中列出了53种有毒物质。如重金属、氰化物、酚类、农药、多氯联苯，3、4－苯并芘。

（3）、水质标准 地面水环境质量标准：见P119表7－2； 污水综合排放标准：见P121表7－3、4；

三、水体自净 污染物进入水体后，首先被大量水稀释，随后进行一系列复杂的物理、化学变化和生物转化，这些变化包括挥发、絮凝、水解、络合、氧化还原及微生物降解等，其结果使污染物浓度降低。该过程称为水体自净。 以河流为例：当一定量的污水流入河流时，污水首先被流水混和、稀释和扩散，比水重的粒子沉淀积存在河床上，称为物理自净；同时，被流水混和、稀释和扩散的物质开始发生氧化、还原、分解等作用降低污染物浓度，称为化学自净；水体中的有机物可通过水中生物，尤其是微生物进行氧化分解而使浓度降低，称为生物自净。河流的表面不断从大气中获得氧气补充消耗的氧，经过一定时间，河水流到一定距离时，随着有机物的氧化，河水就恢复到原来的清洁状态。这就是河流的自净作用。

四、水体污染 1、何谓水体污染：水体虽然具有自净能力,但对合成洗涤剂、有机氯农药、多氯联苯、氰化物、重金属、放射性物质等的自净作用非常有限，当污染物不断地排入，超过水体的自净能力时，就会造成污染物积累，导致水质日趋恶化。 水体因受过多的杂质而导致其物理、化学及生物学特性的改变和水质的恶化，从而影响水的有效利用，危害人体健康的现象。 或:外来物质进入水体的数量达到了破坏水体原有用途的程度,称为水污染。 2、水体污染源： （1）点污染源：工业废水、矿山及废渣渗透废水、生活污水等； （2）面污染源：农田排水、有害雨水地表径流。

3、污染水质的物质--水体污染的类型： 水体污染类型 物理性污染 热污染 悬浮物污染 放射性污染 营养物质污染 重金属污染 酸碱污染 需氧性有机物污染 重金属污染 酸碱污染 化学性污染 有机毒物污染 生物性污染

(1).需氧型污染 (2).毒物型污染 (3).富营养型污染 (4).感官型污染

(1).需氧型污染 原因（水体接纳了过量的有机物（能量）） 途径（废水排放引起的点源污染） 后果（直接和间接） 防止措施 （生物处理）

(2).毒物型污染 原因（有机、无机、重金属） 途径（点源污染，废水排放） 后果（短期和长期） 防止措施 （化学与物理化学处理）

(3).富营养型污染 原因（氮、磷） 途径 （点源、面源） 后果（间接） 防止措施 （生物处理）

(4).感官型污染 原因（色、味、悬浮物） 途径（点源污染，废水排放） 后果（直接和间接） 防止措施 （物理、化学、生物化学）

污染水质的主要物质有: 有毒物质:氰化物、汞、有机农药、酚、砷及化合物、致癌物,等. 致病微生物 耗氧物质:BOD 、 COD 、 TOC 、 TOD 植物营养物质 油类物质 无机化学物质和矿物质 热污染 放射性物质

4、水体污染酿成的环境之灾 (1)汞污染－水俣病：二十世纪50年代，日本熊本县水俣镇随着化工、渔业的发展而繁荣起来。却发生了震惊世界的污染事件。 ①在海域中发现异常：鱼类漂浮在海面，鸟儿在飞翔中掉进海里，贝类腐烂，海藻枯死。 ②动物发现异常：猫儿发疯痉挛，犹如酒醉，步态蹒跚，最后跳海“自杀”，不到几年，水俣地区连猫的踪影都见不到了； ③1956年初，出现了与猫症状相似的病人。语言不畅,动作不协调,眼睛只能直视前方。水俣病可以隔代发生。

导致水俣病的主要原因： 水俣镇上游的氮肥厂，1949年开始生产氯乙烯与醋酸乙烯，为了降低成本，采用水银催化剂（氯化汞、硫酸汞）等工艺，其生产废水中含有汞，废水排入海湾后经过某些生物的转化、富集而形成甲基汞中毒(水体中能生成维生素B12的微生物可以使无机汞变成甲基汞)。 1964年日本的新泻县也发现水俣病，原因是由60千米以外阿贺野川上游的昭和电气公司排放出含汞废水引起的。

日 本 水 俣 病 事 件1

胎儿性水俣病发笑症（3岁开始）

（2）镉污染—“痛痛病”： 在1955－1972年，日本富士县神通川流域部分地区发生。患者大多是子女多的妇女，年龄在30－70岁。症状：初期，腰、背、膝关节疼痛，随后髋关节活动障碍，步态象鸭子似的左右摇摆。数年后骨骼变形，身长缩短（比健康时约缩短20－30cm），骨骼严重畸形。骨脆易折，甚至连轻微活动或咳嗽都能引起多发性病理骨折。

痛痛病的主要原因： 神通川上游有一家炼锌厂，这个厂建于1913年，炼锌厂排放出含镉废水，污染了神通川水体。当地居民长期引用受镉污染的河水、并食用此水灌溉的含镉“镉米”（含镉量大于1mg/kg的米）而引起。

日本痛痛病事件

（3）营养物质污染又称富营养污染 生活污水和某些工业废水中常含有一定数量的氮、磷等营养物质，农田径流中也常夹带大量残留的氮肥、磷肥、这类营养物质排入湖泊、水库、港湾、内海等水流缓慢的水体，会造成藻类大量繁殖，这种现象被成为“富营养化”。在淡水体中常称为“水华”，在海洋中常成为“赤潮”。

“赤潮”并非都是红色的，它随着引起赤潮的浮游生物的种类不同而有各种各样的颜色，有红色、褐色、绿色、黄色等。世界上形成赤潮的生物有180种，在我国有20多种。 目前，赤潮也成为一种世界性公害，美国、日本、加拿大、法国、韩国、中国等30多个国家和地区赤潮发生都很频繁。赤潮的发生，造成三分之一的海域没有生物生存，成为“死亡的海域”、“阴冷的坟墓”。

我国沿海从30年代记录第一次赤潮起，到二十世纪60年代只有4次，70年代不足10次，但80年代却猛增到30多次，仅1992年我国就发生50起“赤潮”现象。 90年代以来，每年造成的经济损失达数千万元甚至亿元以上。1989年发生在渤海湾的赤潮最为严重的是河北、辽宁、山东、天津等四省市，养殖业损失估计达3亿元多。

“赤潮”的危害： 消耗大量溶解氧：藻类呼吸和其死亡后的分解，消耗大量的溶解氧。 严重影响水生动物的生存： 许多藻类能产生毒素，不仅危害水生动物，而且通过食物链对人体健康产生严重的影响。 在天然的条件下，使某些湖泊从贫营养湖变为富营养湖，最后变成沼泽或干地。

海 藻 泛 滥

出现了“赤潮”的海洋

五、 水处理的基本方法 1、给水处理的基本方法 人们从江、河、湖、海以及地下含水层中取得原水，经过一定的净化过程达到人们使用要求后输送给各种用户，此称为给水工程；水经过人们使用后被污染成为废水，废水经过收集、处理后又重新回到天然水体，此称为排水工程。给水工程和排水工程共同完成水的社会循环。 原水 混凝 沉淀 过滤 消毒 供水 典型的给水处理工艺流程

2、废水处理的基本方法 （1）废水处理的目标： ①确保地面水和地下水饮用水源地的水质(达到规定水质指标)，为向居民供应安全可靠的饮用水做保证； ②恢复各种水体的使用功能； ③还清地面水体的水质，恢复其美好的观瞻，增加人类居住区的悦人景色。

(2)、 废水处理的原则(出发点) “管”是指对污染源、水体及处理设施的管理。 “防”、“治”、“管”三者结合： (2)、 废水处理的原则(出发点) “防”、“治”、“管”三者结合： “防”是指对污染源的控制，通过有效控制使污染源排放的污染物量减少到最少值。 “治”是必须对污（废）水进行妥善的处理，确保在排入水体前达到国家或地方规定的排放标准。 “管”是指对污染源、水体及处理设施的管理。 以防为主,以治为辅,防治结合,创造社会效益和经济效益。 革新工艺，减少水量；提高水的循环利用率；回收利用，综合治理；净化处理，达标排放。

(3)、废水处理的基本方法 水污染控制技术从技术路线上大体可以划分为二类：第一类是废水中的杂质在排入环境（主要指水体）以前，用物理、化学、物理化学或生化等方法去除掉。这就意味着必须建立污水处理厂或车间，配备一整套处理设施。对工业废水来说，如何改进原有生产工艺，尽量减少水中污染物浓度和废水量，也包括在这一类中。第二类是在受纳水体环境容量容许下的前提下进行排放控制，确定排放形式、排放位置，利用自然界的水体自净能力进行处理。废水的排江排海工程、湿地净化系统、生态工程处理系统等就属于这一类。随着水资源的日益匮乏，在废水处理领域也越来越强调水资源的回收利用，尤其是对浓度较高的水以及含贵重金属材料的废水。废水的资源回收在第一类技术和第二类技术中都应得到体现。

废水处理方法主要有: 分离法: a.澄清法:沉淀法, 澄清法, 浮选法, b.离心法, c.阻留法, d.吸附法, e.离子交换法, f.吹脱法 g.膜法:电渗析法,反渗透法,超滤法, h.蒸馏法, i.萃取法, j.结晶法, 转化法: a.化学法: 化学中和, 化学沉淀, 化学氧化,化学还原, b.生物法: 自然生物法, 活性污泥法, 生物膜法, 厌氧生物法

(4)、废水处理流程举例 典型的城市污水处理工艺流程

丙烯腈生产工业废水处理工艺流程 水解酸化池 SBR反应池 生物活性炭滤塔 陶粒压滤器 出水 丙烯腈污水 1＃集水池 1＃中和池 1＃事故池 丙烯腈污水 1＃集水池 1＃中和池 1＃事故池 混凝气浮池 3＃集水池 腈纶污水 2＃集水池 2＃中和池 2＃事故池 水解酸化池 SBR反应池 生物活性炭滤塔 陶粒压滤器 出水 丙烯腈生产工业废水处理工艺流程

六、污水处理的级别 预处理（物理法）：Preliminary treatment，去除粗大悬浮物； 一级处理（物理法）：Primary treatment，去除悬浮物； 二级处理（生物法）：Secondary treatment，去除胶体和溶解性有机物； 三级或深度处理（物化或生化）：Tertiary or advanced treatment，去除氮磷营养物和有机物，深度处理一般以污水回收、再用为目的。

污水二级处理的不足 在一般情况下，城市污水经二级处理后还含有相当数量的污染物，如BOD5 20～30mg/L；CODCr 60～100mg/L；SS 20～30mg/L；NH3-N 15~25mg/L；P 6～10mg/L，此外还含有致病细菌、病毒和重金属等有害物质。 含有以上污染物的处理水，如排放至河流、湖泊、水库等水体会导致水体的富营养化。而且在淡水缺乏地区，这种处理排放的方式是对水资源的极大浪费。

污水深度处理的目标 1. 去除水中残存的悬浮物(包括活性污泥颗粒)；脱色、 除臭，使水得到进一步澄清； 2 污水深度处理的目标 1. 去除水中残存的悬浮物(包括活性污泥颗粒)；脱色、 除臭，使水得到进一步澄清； 2. 进一步降低BOD5 、CODCr 、TOC等指标，使水进 一步稳定； 3. 脱氮、除磷，消除能导致水体富营养化的因素； 4. 消毒去菌，去除水中有毒有害物质 经过深度处理后的水的应用 1. 排放，包括具有较高经济价值水体及缓流水体在内的 任何水体，补充地面水源。 2. 回用于农田灌溉、市政杂用，如灌溉城市绿地、冲洗 街道、车辆、景观用水等。 3. 居民小区中水回用于冲洗厕所； 4. 作为冷却水和工艺水的补充用水，回用于工业企业； 5. 用于防止地面下沉或海水入侵，回灌地下。

利用中水浇花

复习思考题： 1、水体自净主要有哪三种方式？以河流为例讨论水体自净的过程及水污染的形成。 2、何谓水污染？ 3、何谓BOD？何谓COD？水体中BOD、COD较高，说明什么问题？ 4、水体中耗氧物质用哪几种指标表示？ 5、城镇自来水处理的基本流程如何？各步的作用原理及作用是什么？ 6、城市污水处理的基本流程如何？各步的作用原理及作用是什么？ 7、废水水质指标主要有哪些? 8、为了减少废水处理投入，处理时考虑的原则有哪些？

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