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1、第二章水污染及其治理的基本概念 1/50Chen Shuixia/Zhongshan University水资源与水资源危机水资源与水资源危机水资源与水资源危机水资源与水资源危机 n n水资源水资源 地球表面的地球表面的7 71%1%覆盖着水，其中：覆盖着水，其中：绝大部分是咸水绝大部分是咸水 淡水只占其中的淡水只占其中的2.2.7%7%地球上的淡水相当一部分为冰川、地球上的淡水相当一部分为冰川、高山所封冻或渗入地下深处高山所封冻或渗入地下深处 可以利用的淡水量还不足世界总可以利用的淡水量还不足世界总贮量的贮量的0.010.01n n水水资源危机资源危机n n产生的原因产生的原因 水资源分布的
2、不均匀性及气候变水资源分布的不均匀性及气候变化的影响化的影响 人口的急剧增长和生产力的提高人口的急剧增长和生产力的提高水体污染水体污染2Chen Shuixia/Zhongshan University3Chen Shuixia/Zhongshan University水体污染水体污染n n水与水体水与水体“水水”和和“水体水体”是不同的概念。是不同的概念。水水水水是简单的是简单的氢氧化合物，包括地球上所有的水，而氢氧化合物，包括地球上所有的水，而水体水体水体水体作作为水的贮存体，不仅包括水，还包括水中的悬为水的贮存体，不仅包括水，还包括水中的悬浮物、底泥及水中生物等。浮物、底泥及水中生物等。
3、水体是海洋、湖泊河流、沼泽、水库、地下水体是海洋、湖泊河流、沼泽、水库、地下水的总称。在环境领域中，则把水体中的水的总称。在环境领域中，则把水体中的悬浮悬浮物、溶解性物质、底泥及水生生物等作为一个物、溶解性物质、底泥及水生生物等作为一个完整的自然综合体。完整的自然综合体。n n水体污染的来源水体污染的来源 工业污染源工业污染源 生活污染源生活污染源 农业污染源农业污染源4Chen Shuixia/Zhongshan University水体污染及废水分类水体污染及废水分类n n工业污染源工业污染源工业废水工业废水 冶金工业废水：冷却水（油、铁氧化物）、洗涤水（除尘和净化煤冶金工业废水：冷却水（
4、油、铁氧化物）、洗涤水（除尘和净化煤气用水，含酚、氰、硫化物、钾盐等）、和冲洗水（酸碱、油脂、气用水，含酚、氰、硫化物、钾盐等）、和冲洗水（酸碱、油脂、锌锡铬等）。锌锡铬等）。化学工业废水：成分复杂。如氰、酚、砷、汞；化学工业废水：成分复杂。如氰、酚、砷、汞；DDTDDT、PCBPCB等。有些等。有些含氮、磷等，易造成水体富营养化。含氮、磷等，易造成水体富营养化。电力工业：热污染电力工业：热污染 炼油工业：含油废水炼油工业：含油废水n n生活污染源生活污染源生活污水生活污水 洗涤水、冲刷物所产生的污水洗涤水、冲刷物所产生的污水 糖类、淀粉、纤维素、油脂、蛋白质、尿素等含氮、磷、硫的污染糖类、淀
5、粉、纤维素、油脂、蛋白质、尿素等含氮、磷、硫的污染物物 此外，还有病菌、病毒、寄生虫等微生物污染此外，还有病菌、病毒、寄生虫等微生物污染n n农业污染源农业污染源农业废水农业废水 畜牧粪便、污物畜牧粪便、污物 农药（杀虫剂）、除草剂、化肥农药（杀虫剂）、除草剂、化肥5Chen Shuixia/Zhongshan UniversitySources of Water Pollutionn nPoint sourcesPoint sources点源点源点源点源 i.e.pipesi.e.pipes Easily controlledEasily controlledn nNonpointNonpo
6、int sources sources非非非非点源点源点源点源 e.g.acid rain,e.g.acid rain,agricultural runoffagricultural runoff,road salt,septic tanksroad salt,septic tanks Hard to identify and Hard to identify and controlcontrol6Chen Shuixia/Zhongshan UniversityAgricultural Water Pollutionn nPrimary cause of water pollution pr
7、oblemsn nCauses eutrophication 超营养作用n nCarries bacteria,organic matter,salts,and pesticides to bodies of watern nErosion leads to increased sedimentationn nFertilizers/pesticides n nFarmers can reduce water pollution in7Chen Shuixia/Zhongshan UniversityIndustrial Water Pollutionn nAs point sources o
8、f pollution,As point sources of pollution,industries can be industries can be regulatedregulatedn nIndustries may dump wastesIndustries may dump wastes into municipal into municipal system or have their own treatment centerssystem or have their own treatment centers waste includes organic materials,
9、oil,metals,acids,waste includes organic materials,oil,metals,acids,particulatesparticulates8Chen Shuixia/Zhongshan UniversityThermal Pollutionn nWater is taken,used for industrial cooling,then returned to the source at a higher temp.n nAffects many aquatic ecosystemsspawning of fish is often tempera
10、ture-sensitivespawning of fish is often temperature-sensitivechange in temp.may change aquatic plant change in temp.may change aquatic plant species in an area,altering the entire food webspecies in an area,altering the entire food webn nThermal pollution can be reduced if water is cooled before it
11、is released to the environment 9Chen Shuixia/Zhongshan UniversityGroundwater Pollutionn nContamination comes from Contamination comes from many sourcesmany sourcesn nOnce groundwater is contaminated,it is Once groundwater is contaminated,it is difficult difficult to clean upto clean upn nMajor sourc
12、esMajor sources include:include:pesticidespesticides underground storage tanks(gasoline,etc.)underground storage tanks(gasoline,etc.)landfillslandfills septic tanksseptic tanks waste treatment pondswaste treatment ponds10Chen Shuixia/Zhongshan University水体污染物的分类及其危害水体污染物的分类及其危害分类分类主要污染物主要污染物无机有害物无机有
13、害物水溶性水溶性氯化物、硫酸盐、酸、碱、硫化物、无毒的盐类氯化物、硫酸盐、酸、碱、硫化物、无毒的盐类无机有毒物无机有毒物铝、汞、砷、镉、铬、氟化物等铝、汞、砷、镉、铬、氟化物等耗氧耗氧有机物有机物碳水化合物、蛋白质、油脂、氨基酸碳水化合物、蛋白质、油脂、氨基酸植物营养物植物营养物铵盐、磷酸盐、磷、钾等铵盐、磷酸盐、磷、钾等有机有毒物有机有毒物酚酚类、有机磷类、有机磷/氯农药、多环芳烃、苯等氯农药、多环芳烃、苯等病源微生物病源微生物病菌、病毒、寄生虫病菌、病毒、寄生虫放射性污染放射性污染铀、钚、锶、铯等铀、钚、锶、铯等热热污染污染含热含热废水废水11Chen Shuixia/Zhongshan
14、University水体污染物的分类及其危害（续）水体污染物的分类及其危害（续）n n无毒污染物无毒污染物 无机无毒污染物无机无毒污染物悬浮状污染物：砂、土、纤维等。降低光穿透力，直接危害鱼类生存悬浮状污染物：砂、土、纤维等。降低光穿透力，直接危害鱼类生存酸碱、无机盐：来自化工行业，妨碍水生生物及微生物，妨碍水体的自净化酸碱、无机盐：来自化工行业，妨碍水生生物及微生物，妨碍水体的自净化氮、磷等营养物：来自化肥、生活污水及某些工业废水。促进水生植物及藻类氮、磷等营养物：来自化肥、生活污水及某些工业废水。促进水生植物及藻类的生长，降低鱼类的活动空间；其分解消耗大量的氧，造成水体缺氧。的生长，降低鱼
15、类的活动空间；其分解消耗大量的氧，造成水体缺氧。有机无毒污染物有机无毒污染物碳水化合物、蛋白质、油脂、氨基酸等碳水化合物、蛋白质、油脂、氨基酸等消耗水体中的氧消耗水体中的氧 热污染热污染n n有毒污染物有毒污染物 氰化物氰化物 砷砷 锌、铬、镉、汞等重金属锌、铬、镉、汞等重金属 农药、杀虫剂、除草剂农药、杀虫剂、除草剂 PCBPCB、多环芳烃多环芳烃12Chen Shuixia/Zhongshan University水质指标水质指标 n n悬浮固体悬浮固体(简称简称SS)SS)水中呈固体状的不溶性物质，如淤泥，粘土、微生物体，不溶性有水中呈固体状的不溶性物质，如淤泥，粘土、微生物体，不溶性有
16、机物、无机物等，结果以机物、无机物等，结果以mg/Lmg/L表示。表示。n n有机物有机物 有机物的种类繁多，组成也较复杂，很难测定出水中各类有机物的有机物的种类繁多，组成也较复杂，很难测定出水中各类有机物的含量，一般采用以下几个间接指标来表示含量，一般采用以下几个间接指标来表示 生物化学需氧量生物化学需氧量(BODBOD)：反映水中可生物降解的含碳有机物的含量反映水中可生物降解的含碳有机物的含量的指标。生化需氧量不反映具体的有机物的含量的指标。生化需氧量不反映具体的有机物的含量，只是间接地反映只是间接地反映出能为微生物分解的有机物的总量，用出能为微生物分解的有机物的总量，用mg/Lmg/L表
17、示表示 化学需氧量化学需氧量(简称简称COD)COD)：在一定条件下用化学氧化剂在一定条件下用化学氧化剂(通常为高锰酸通常为高锰酸钾或重铬酸钾钾或重铬酸钾)氧化水中有机污染物时所需氧的量，它可反映出一定氧化水中有机污染物时所需氧的量，它可反映出一定条件下用化学方法所能氧化的有机物的量。条件下用化学方法所能氧化的有机物的量。总有机碳总有机碳(TOC)(TOC)：以碳的数量表示水体中有机物质总量它是把水样以碳的数量表示水体中有机物质总量它是把水样中所有的有机碳转化成二氧化碳后测定二氧化碳的量。它们不能真中所有的有机碳转化成二氧化碳后测定二氧化碳的量。它们不能真正反映有机物对水体耗氧的影响，多用于进
18、行理论研究。正反映有机物对水体耗氧的影响，多用于进行理论研究。13Chen Shuixia/Zhongshan University水质指标（续）水质指标（续）n npHpH值值反映污水酸碱性大小的一个指标。对污水处理及利用以及水中生物反映污水酸碱性大小的一个指标。对污水处理及利用以及水中生物生长繁殖都有很大影响。生长繁殖都有很大影响。n n其他有害化学物质其他有害化学物质对生物体有害的有毒化合物、重金属的含量如酚类、氰化物，汞、对生物体有害的有毒化合物、重金属的含量如酚类、氰化物，汞、铬等。铬等。n n细菌污染指标细菌污染指标细菌总数细菌总数大肠菌群数大肠菌群数 14Chen Shuixia
19、/Zhongshan UniversityComparison of Comparison of BOD,COD,TOCBOD,COD,TOC in total organic matter in total organic matterTOCOrganic matterCOD CrCOD MnBOD5BiodegradableNon-BiodegradableNitrificationCl-,H2SCl-,H2S15Chen Shuixia/Zhongshan University废水处理的分类及基本方法废水处理的分类及基本方法（按污染物在处理过程中的变化特征）（按污染物在处理过程中的变化特
20、征）n n分离处理分离处理通过各种力的作用使污染物从废水中分离，在分离过程中一通过各种力的作用使污染物从废水中分离，在分离过程中一般不改变污染物的化学本性。故属于物理处理法或物理化学般不改变污染物的化学本性。故属于物理处理法或物理化学处理法。处理法。离子分离方法：离子交换法、离子吸附法、离子浮选法、电离子分离方法：离子交换法、离子吸附法、离子浮选法、电解沉积法、电渗析法等。这些过程都要借助一定的分离介质解沉积法、电渗析法等。这些过程都要借助一定的分离介质如离子交换树脂、吸附剂、离子交换膜等进行。如离子交换树脂、吸附剂、离子交换膜等进行。分子分离法：吹脱法、汽提法、萃取法、蒸馏法、吸附法、分子分
21、离法：吹脱法、汽提法、萃取法、蒸馏法、吸附法、浮选法、结晶法、蒸发法、冷却法、冷冻法、反渗透法等。浮选法、结晶法、蒸发法、冷却法、冷冻法、反渗透法等。胶体分离方法：化学絮凝法、生物絮凝法、机械絮凝法、电胶体分离方法：化学絮凝法、生物絮凝法、机械絮凝法、电泳法和胶粒浮选法等。泳法和胶粒浮选法等。悬浮物分离方法：重力分离法、离心分离法、过滤法（格栅、悬浮物分离方法：重力分离法、离心分离法、过滤法（格栅、筛网、微孔材料过滤等）、磁力分离法等。超滤及前面所提筛网、微孔材料过滤等）、磁力分离法等。超滤及前面所提到的反渗透、电渗析都是借助于膜的分离作用，统称膜分离到的反渗透、电渗析都是借助于膜的分离作用，
22、统称膜分离法。法。16Chen Shuixia/Zhongshan University废水处理的分类及基本方法（续）废水处理的分类及基本方法（续）（按污染物在处理过程中的变化特征）（按污染物在处理过程中的变化特征）n n转化处理转化处理转化处理是通过化学的或生物化学的作用改变污染物的化学转化处理是通过化学的或生物化学的作用改变污染物的化学本性，使其转化为无害的物质或可分离的物质，然后再进行本性，使其转化为无害的物质或可分离的物质，然后再进行分离处理的过程。分离处理的过程。化学转化方法：化学转化方法：pHpH调节法调节法(含中和法、酸化处理法、碱化处理含中和法、酸化处理法、碱化处理法法)、氧化
23、还原法、电化学法、化学沉淀法、水质稳定法、自、氧化还原法、电化学法、化学沉淀法、水质稳定法、自然衰变法等。然衰变法等。生物化学转化法：包括好氧处理法、厌氧处理法及土地处理生物化学转化法：包括好氧处理法、厌氧处理法及土地处理系统等。其中好氧处理法又分活性污泥法、生物膜法、生物系统等。其中好氧处理法又分活性污泥法、生物膜法、生物接触氧化法及氧化塘法。接触氧化法及氧化塘法。消毒转化法：包括药剂消毒法和能源消毒法两类。消毒转化法：包括药剂消毒法和能源消毒法两类。17Chen Shuixia/Zhongshan University废水处理的分类及基本方法（续）废水处理的分类及基本方法（续）（按污染物在
24、处理过程中的变化特征）（按污染物在处理过程中的变化特征）n n稀释处理稀释处理高浓度废水和低浓度废水或天然水体的混合来降低污染物的高浓度废水和低浓度废水或天然水体的混合来降低污染物的浓度，使其达到允许排放的浓度范围，以减轻对水体的污染。浓度，使其达到允许排放的浓度范围，以减轻对水体的污染。n n污泥处理污泥处理主要内容是稳定处理、去水处理和最终处置。主要内容是稳定处理、去水处理和最终处置。污泥的稳定处理是防止有机污泥腐败的措施，包括化学稳定污泥的稳定处理是防止有机污泥腐败的措施，包括化学稳定法法(投加石灰或氯等化学物质杀灭微生物，暂时使污泥不腐败）投加石灰或氯等化学物质杀灭微生物，暂时使污泥不
25、腐败），和生物稳定法，和生物稳定法(通过微生物的作用将有机物分解成无机物或通过微生物的作用将有机物分解成无机物或稳定的有机物）。稳定的有机物）。去水处理是为了降低污的含水率，使污坭便于贮存、运输和去水处理是为了降低污的含水率，使污坭便于贮存、运输和最终处置。最终处置。最终处置方法有填埋、投海，焚烧和综合利用等。最终处置方法有填埋、投海，焚烧和综合利用等。18Chen Shuixia/Zhongshan University废水处理的分类废水处理的分类（按作用原理）（按作用原理）n n物理处理法物理处理法物理处理法物理处理法：通过物理作用，以分离、回收废水中不溶解的呈悬浮状：通过物理作用，以分离
26、、回收废水中不溶解的呈悬浮状态的污染物（包括油膜和油珠）态的污染物（包括油膜和油珠）重力分离法重力分离法 离心分离法离心分离法 筛滤法筛滤法n n化学处理法化学处理法化学处理法化学处理法：通过化学反应和传质作用来分离、去除废水中呈溶解、：通过化学反应和传质作用来分离、去除废水中呈溶解、胶体状态的污染物质或将其转化为无害物质。胶体状态的污染物质或将其转化为无害物质。混凝、中和、氧化还原（化学反应）混凝、中和、氧化还原（化学反应）n n物理化学法物理化学法物理化学法物理化学法：利用物理化学作用去除废水中的污染物。：利用物理化学作用去除废水中的污染物。萃取、汽提、吸附、离子交换、膜分离萃取、汽提、吸
27、附、离子交换、膜分离n n生物处理法生物处理法生物处理法生物处理法：通过微生物的代谢作用，使废水中呈溶液、胶体、及细：通过微生物的代谢作用，使废水中呈溶液、胶体、及细微悬浮状态的有机污染物转化为稳定无害的物质。微悬浮状态的有机污染物转化为稳定无害的物质。好氧生物处理法：好氧微生物在有氧条件下将有机物分解好氧生物处理法：好氧微生物在有氧条件下将有机物分解 厌氧生物处理法：厌氧微生物在无氧条件下将有机物分解厌氧生物处理法：厌氧微生物在无氧条件下将有机物分解 活性污泥法和生物膜法活性污泥法和生物膜法19Chen Shuixia/Zhongshan University废水处理的分级废水处理的分级（按
28、处理程度）（按处理程度）n n根据不同处理程度，废水处理系统可分为一级处理根据不同处理程度，废水处理系统可分为一级处理二级处理和三级处理二级处理和三级处理(深度处理、高级处理深度处理、高级处理)等不等不同处理阶段。同处理阶段。n n 一级处理一级处理一级处理一级处理：去除废水中的漂浮物和部分悬浮状态的：去除废水中的漂浮物和部分悬浮状态的污染物质，调节废水的污染物质，调节废水的pHpH值、减轻废水的腐化程度值、减轻废水的腐化程度和后续处理工艺负荷。一级处理的处理程度低，一和后续处理工艺负荷。一级处理的处理程度低，一般达不到规定的排放要求，属二级处理的预处理阶般达不到规定的排放要求，属二级处理的预
29、处理阶段。通过一级处理，段。通过一级处理，BODBOD可除去可除去30%30%左右。左右。筛滤法筛滤法 沉淀法沉淀法 上浮法上浮法 预曝气法预曝气法Pretreatment Pretreatment(Preliminary(Preliminary&Primary)&Primary):PhysicalTertiaryTertiary:Physical/Chemical PolishingSecondarySecondary:BiologicalClean WaterDirty Wastewater$20Chen Shuixia/Zhongshan University废水处理的分级（续）废水处理
30、的分级（续）二级处理二级处理二级处理二级处理：主要去除可分解或氧化的呈胶状或溶解：主要去除可分解或氧化的呈胶状或溶解状的有机污染物。状的有机污染物。多采用较为经济的生物化学处理法，它往往是废水处多采用较为经济的生物化学处理法，它往往是废水处理的主体部分。主要方法有活性污泥法、生物膜法。理的主体部分。主要方法有活性污泥法、生物膜法。近年来，也采用物理化学处理方法作为二级处理的主近年来，也采用物理化学处理方法作为二级处理的主体方法体方法经过二级处理之后，一般均可达到排放标准，但可能经过二级处理之后，一般均可达到排放标准，但可能会残存有微生物以及不能降解的有机物如氮、磷等无会残存有微生物以及不能降解
31、的有机物如氮、磷等无机盐类，它们数量不多，对水体的危害不大。二级处机盐类，它们数量不多，对水体的危害不大。二级处理可除去理可除去90%90%左右左右BODBOD。21Chen Shuixia/Zhongshan University废水处理的分级（续）废水处理的分级（续）n n三级处理三级处理三级处理三级处理：又称为污水深度处理。：又称为污水深度处理。主要主要用以处理用以处理难以分解的有机物和溶液中的无机物等污染物，难以分解的有机物和溶液中的无机物等污染物，以及去除病毒和病源体，使处理后的水质达到工以及去除病毒和病源体，使处理后的水质达到工业用水和生活用水的标准。业用水和生活用水的标准。n n
32、完善的三级处理完善的三级处理 除磷：化学沉淀。投加石灰或铝、铁盐形成难溶的磷除磷：化学沉淀。投加石灰或铝、铁盐形成难溶的磷酸盐酸盐 除氮：生物硝化除氮：生物硝化反硝化法或物理化学法反硝化法或物理化学法 除有机物：吸附、氧化除有机物：吸附、氧化 溶解性无机物：离子交换、电渗析、反渗透溶解性无机物：离子交换、电渗析、反渗透 病毒的去除：铝盐或铁盐的混凝沉淀、或臭氧杀毒。病毒的去除：铝盐或铁盐的混凝沉淀、或臭氧杀毒。22Chen Shuixia/Zhongshan UniversityPerformance of primary and secondary stages Performance of
33、 primary and secondary stages of sewage treatmentof sewage treatmentPollutants RemovedPollutants RemovedComponent removedComponent removedPrimary Primary treatmenttreatmentSecondary Secondary treatmenttreatmentBiological oxygen Biological oxygen demanddemand30%30%90%90%Suspended solidsSuspended solids60%60%90%90%Nitrogen compoundsNitrogen compounds20%20%50%50%Phosphorus compoundsPhosphorus compounds10%10%30%30%Source:American Chemical Society23Chen Shuixia/Zhongshan University