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1、水质工程学 第 1 章 水质与水处理概论 第1篇 水质与水处理概论 第1章 水质与水质标准 一.教学目的及要求：掌握天然水中杂质的种类和性质、水体污染的规律及其自净过程，熟悉生活饮用水标准和污水综合排放标准。二.教学内容及学时分配（4 学时）1.1 天然水中杂质的种类与性质 水是溶解能力很强的溶剂，水在自然环境中与空气、土壤等相接触，不可避免地会有各种杂质进入水中。在人类使用水的过程中，如人们的生活用水、工农业生产用水等过程中，更会带入水中众多的污染物质。因此我们在研究水处理技 术之前，首先要了解水中的各种杂质。一、天然水体中的杂质 一、天然水体中的杂质 天然水体是指河流、湖泊、水库等水域环境
2、。天然水中存在的杂质主要来源于所接触的大气、土壤等自然环境，同时人类活动产生的各种污染物也会进入天然水体。按不同的原则，可以对天然水体中的杂质进行分类。（1）按水电杂质的尺寸,可以分为溶解物、胶体颗粒和悬浮物3种,它们的尺寸和外观特征如表1-1所示。表中杂质的颗粒尺寸只是大体的概念，不是严格的界限。杂质在水中所呈现的性质往往还与其形状、密度等有关。悬浮物悬浮物主要是泥砂类无机物质和动植物生存过程中产生的物质或死亡后的腐败产物等有机物。这类杂质由于尺寸较大,在水中不稳定,常常悬浮于水流中,当水静置时，相对密度小的会上浮于水面，相对密度大的会下沉，因此容易被除去。胶体胶体主要是细少的泥砂、矿物质等
3、无机物和腐殖质等有机物。胶体颗粒由于比表面积很大，显示出明显的表面活性，常吸附有较多离子而带电，从而由于胶体带有同性电荷而相互排斥、以微小的颗粒稳定存在于水中。水质工程学 第 1 章 水质与水处理概论 溶解物溶解物主要是呈真溶液状态的离子和分子，如Ca2+、Mg2+、Cl-等离子,HCO3-、SO42-等酸根,02、C02、H2S、S02、NH3等溶解气体分子。从外观看含有这些杂质的水与无杂质的清水没有区别。（2）从化学结构上可以将水中杂质分为无机物、有机物、生物等几类。无机杂质无机杂质天然水中所含有的无机杂质主要是溶解性的离子、气体及悬浮性的泥砂。溶解离子有Ca2+、Mg2+、Na+等阳离子
4、和HCO3-、SO4-、Cl-等阴离子。离子的存在使天然水表现出不同的含盐量、硬度、pH值和电导率特性,进而表现出不同的物理化学性质。泥砂的存在使水浑浊。有机杂质有机杂质天然水中的有机物与水体环境密切相关。一般常见的有机杂质为腐殖质类以及一些蛋白质。腐殖质是土壤的有机组分，植物与动物残骸在土壤分解过程中的产物，属于亲水的酸性物质，分子量在几百到数万之间。腐殖质本身一般对人体无直接的毒害作用，但其中的大部分种类可以与其他化合物作用，因而具有危害人体健康的潜能。例如，腐殖酸与氯反应会生成有致癌作用的三氯甲烧。生物(微生物)杂质生物(微生物)杂质这类杂质包括原生动物、藻类、细菌、病毒等。这类杂质会使
5、水产生异臭异味，增加水的色度、浊度，导致各种疾病等。（3）按杂质的来源可以分为天然的和污染性的物质。随着人类活动的不断拓展和人类社会生产种类及规模的不断扩大，导致天然水体中的污染物的种类和数量不断增加，其中数量最多的是人工合成的有机物，以农药、杀虫剂和有机溶剂为主，如多氯联苯、滴滴涕、六六六、四氯化碳等。目前，全世界已在水中检测出2000多种有机化合物。在美国，水中检出700多种有机污染物，其中100多种为致癌、促癌、致畸和致突变物质。二、各种典型水体的水质特点二、各种典型水体的水质特点 一般可以将天然水分为地表水和地下水两大类，地表水又可以分为江河水、湖泊水库水、海水等。各种不同的天然水水质
6、因流域特征、受人类扰动程度等而各不相同。（1）江河水因各地区的自然条件和对水资源的利用情况不同，江河水的水质差别很大，即使同一条河流，也常常因上游和下游、夏季和冬季、雨天和晴天，水质有所不同。一般华东、中南和西南地区因为土质和气候条件较好，草木丛生，水土流失较少，江河水浊度较低，只在雨季较浑浊，年平均浊度在100400NTU之间或更低。东北地区河流的悬浮物含量也不大，一般浊度在数百浊度单位以下。华北和西北的河流，特别是黄土地区，悬浮物含量高，变化幅度大，暴雨时携带大量泥砂，水中悬浮物含量在短短几小时内，可由每升水几百毫克骤增水质工程学 第 1 章 水质与水处理概论 至几万毫克。最突出的是黄河，
7、冬季河水浊度只有几十浊度单位，夏季悬浮物含量可达每升水几万毫克，甚至几十万毫克。江河水的含盐量和硬度都比较低。含盐量一般在70900mg/L之间，硬度通常在50400mg/L(以CaC03计)之间。(2)湖泊、水库水主要由江河水供给，水质特点与江河水类似。但是由于其流动性较小，经过长期自然沉淀，浊度一般较低。水的流动性小和透明度高，给水中的浮游生物、特别是藻类的生长繁殖创造了有利条件，尤其在受到生活污水污染的情况下，氮、磷等物质为浮游生物的生长提供了充分的营养源，促进其大量繁殖。湖泊、水库水的富营养化已成为严重的水源污染问题。由于湖泊、水库较大的水面产生的蒸发，水中的矿物质不断浓缩，一般含盐量
8、和硬度较江河水高。（3）海水海水的主要特点是高含盐量，在7.543.og/L之间。含量最多的是氯化纳(NaCl)，约占81.7%，其他盐类还有MgCl2、CaSO4等。（4）地下水由于通过地层时的过滤作用，所以地下水没有悬浮物，经常是透明的。同时在通过土壤和岩层时溶解了其中的各种可溶性矿物质，所以含盐量、硬度等比地表水高。含盐量一般在1005000mg/L之间，硬度通常在100500mg/L(以CaC03计)之间。地下水的水质和水温一般终年稳定，较少受外界影响。受水体流经地区的地质条件、地形地貌以及气候条件的影响，地表水的水质会有较大差异，例如一些流经森林、沼泽地带的天然水中腐殖质含量较高，流
9、域的地表植被不好、水土流失严重，会使水的浊度较高且变化大。就地区而言，一般北方地下水的Ca2+、Mg2+及重碳酸盐含量高于南方地下水，因而北方地区地下水大多为硬度高的结垢型的水；而南方地区地表水中的Cl-、SO42-含量高于北方地区，水的腐蚀性较强。1.2 水体污染与自净 一、水体污染 水体污染水体污染是指排入水体的污染物在数量上超过该物质在水体中的本底含量和水环境容量，从而导致水体水的物理、化学及微生物性质发生变化，使水体固有的生态系统和水体功能受到破坏。造成水体污染的原因主要有：点源污染与面源污染（或称非点源污染）两类。点源污染水质工程学 第 1 章 水质与水处理概论 来自未经妥善处理的城
10、市污水（生活污水与工业废水）集中排入水体。面源污染来自：农田肥料、农药以及城市地面的污染物，随雨水径流进入水体；随大气扩散的有毒有害物质，由于重力沉降或降雨过程，进入水体。二、污染源分类 污染的原因：天然污染源、人为污染源 受纳水体：地面水污染源、地下水污染源、海洋污染源 污染源释放种类：物理污染源：热、悬浮物、放射性 化学污染源：无机物、有机物 生物污染源：病原体、病毒、寄生虫卵等 污染源分布特征：点污染源、非点污染源：点污染源 概念：即集中在一点或者可当作一点的小范围排放的污染源。特点：污染物排放地点固定；排放污染物种类、特性、浓度、时间相对稳定；集中在小范围高强度排放，对局部水域影响较大
11、；种类：生活污水、工业废水、固体废物渗滤液、初降水径流。非点污染源 概念：是在一个较大的面积范围内沿一条线或离散排放污染物的污染源。特点：污染物排放范围大危害面广；污染物的种类、浓度和排放时间等受客观因素影响，不易人为控制；种类：农田径流、渗流水、大气沉降与降水 农田径流和渗流水 随着农药和化肥的大量使用，农田径流和渗流水已成了水体的主要污染源之一。它是典型的面污染源，其排放特点是沿河流或干渠呈树枝状或片状分布。人们使用的农药和化肥除少量地被农作物吸收外，其余组成部分残留在土壤和飘浮在大气中，经降水淋洗和冲刷后，这些残留农药（杀虫剂、杀菌剂、除草剂、植物生长剂）和化水质工程学 第 1 章 水质
12、与水处理概论 肥会随降水、径流、渗流进入地下水和地表水体中，造成天然水体的农药污染和水体富营养化。农田径流还将农业废弃物（牲畜粪便、植物秸杆）带入水体中，其中含大量致病菌、病毒等。大气沉降与降水 大气中的污染物有相当一部分随着大气沉降与降水进入水体中，造成水体污染。如全世界每天由工厂、船、车辆所排入大气的石油烃约6800多万吨，进入大气中的石油烃绝大部分被氧化，约400万吨通过沉降又回到地面，其中一部分进入各类水体形成有机污染。三、水体自净的基本规律 1、水体自净 污染物在进入天然水体后，通过物理、化学和生物因素的共同作用，使污染物的总量减少或浓度降低，曾受污染的天然水体部分地或完全地恢复原状
13、。2、自净机理 物理净化：污染物通过稀释、扩散、混合、沉淀和挥发，使浓度降低。化学作用：通过水体的氧化还原，酸碱反应，分解化合，吸附与凝聚等作用，使污染物形态发生变化，浓度降低。生物净化：通过水体中的水生生物，微生物的生命活动，使污染物质的存在状态发生变化，污染物总量和浓度降低。非生物降解物质：主要通过混合稀释在河流中得到净化；可生物降解物质：通过混合稀释和生物净化得到降解。（1）水体自净的数学模式 一般而言，物理（主要是混合稀释）过程和好氧生物氧化过程在河流水体自净中占主导地位。因此，水体自净数学模拟也集中在对这两个过程的描述上。1）物理净化作用 物理净化作用：稀释与扩散、混合、沉淀 只降低
14、污染物在水中的浓度，而不能减少污染物质的总量。水质工程学 第 1 章 水质与水处理概论 但在一些较大水体来说，其净化污染物的贡献往往比生物净化的贡献大。2）稀释与扩散 稀释：污染物进入天然水体后，被水体混合，使浓度降低称为稀释；影响稀释的两种运动 对流（平流）)tx(C)tx(vO1 )t,z,y,x(C)t,z,y,x(UO1 O1污染物的“平流”或“对流”率mg/（m2.s）U，C分别为水体断面上平均流速和污染物平均浓度 m/s，mg/L 扩散 污染物进入水体后，在水体中产生浓度梯度场，污染物由高浓度区间低浓度区迁移。扩散三种方式 分子扩散：湖泊、水库等静水体，以此为主要扩散方式 紊流扩散
15、：流动水体的扩散方式 弥散：扩散作用符合虎克定律：x 方向扩散通量：xCDOx2 O2顺流向x的扩散通量值，mg/m2.s Dx为顺流向x的紊动扩散系数，m2/s xC为顺流向x的浓度梯度，mg/m4“”表示沿污染浓度减少方向扩散。如研究x，y，z三维方向的扩散通量，则：)zCDyCDxCD(Ozyx2 稀释扩散程度与速率取决于：水体流动状况：水体对污染物的迁移和稀释作用是由水体的平流运动、离散和扩散因素所决定。水体径流量与废水排放量比 污/qQ河，Q河越大，稀释越充分。对流和扩散是同时存在，相互影响的运动形式。3）混合 混合，指污水与水体的混合状况。计算混合系数 为定量计算水体通过混合稀释的
16、自净能力，需要确定控制（计算）断面上参与混合的河水质工程学 第 1 章 水质与水处理概论 水流量Q混，为此需先求混合系数即参与混合的河水流量与河水总量。例如水流流动越快，湍流越剧，污染物在水体中就混合得越快，越均匀，扩散也就越远；如在奔腾的江河中，稀释、扩散作用就快，如滞流的湖泊、水库中扩散就慢。计算公式：河混Q/Q 混合系统 Q混参与混合的河水流量（m3/s）Q河河水总流量（m3/s）取决于：其距上游排污口的距离、河水流量、河水与排放污水流量比、V河，河流弯曲及河底状况、污水排放形式（排放口特征，排放方式）。计算断面（控制断面）方式)LL(LL计算计算全混全混，当1LL计算，全混 L计算排污
17、口至计算断面（控制）的距离，km L全混排污口至全混断面的距离，km 完全混合断面污染物平均浓度 假设以浓度C1和废水流量q的污染物排入流量为Q的河流中，经河水充分稀释后，在下游某断面上河水中污染物将达到一个平衡浓度C2，该值可表示如下：qQQCqCCRW，适于q/Q、C2/C1值很小时 CR河流中原有的污染物浓度 CW污水污染物浓度 q污水流量 Q河水流量 若原污水中没有该污染物，且河水流量远大于污水流量时 nCQqCCWW n河水与污水的稀释比qQn 4）沉淀 沉降使水体中污染物浓度降低，但增加了水体底层的浓度；长期沉淀积累，一旦受暴雨冲刷，可造成二次污染。沉淀作用大小：Ckdtdc3 C
18、河流中原有的污染物浓度 k3沉降速率常数 水质工程学 第 1 章 水质与水处理概论 5）好氧生物净化 河流氧垂曲线方程菲里普斯（phelps）方程 6）研究河流中DO变化的意义 影响DO变化2个因素：耗氧与复氧。有机物的耗氧作用：使水中DO的含量受有机污染物的降解过程控制，过量有机物的排入，使河流中DO急剧降低甚至消失，会影响水体生态系统平衡和渔业资源。DO1mg/L，大多数鱼类便窒息而死。大气复氧作用：复氧速率与水空气界面面积，界面两侧分压（由D亏氧=C-X，由于这个饱和差使界面两侧产生了分压差）、温度有关。DO含量是使河生态系统保持平衡的主要因素之一，其研究有重要意义，受污染河流DO浓度变
19、化的过程反映河流的自净过程。7）河流中DO变化规律 氧垂曲线 河流受污染前DO：是饱和的 河流受污染后的DO：河中BOD大量增加，好氧分解剧烈，；DOVV22复OO河中耗 随BOD量减少，2OV耗，（DO下降减缓），最终22复OOV（DO下降停止，达到DO最低值，即最大亏氧点）；V耗 接着，22复O，DO逐渐回升，最后DO恢复至饱和DO。OVV耗 氧垂曲线（Oxygen Sag Curve）污水排入后，河流DO曲线呈悬索状下垂，称氧垂曲线。它从耗氧这个侧面反映了河流的自净过程，反映水体自净3方面：DO变化，生物种类、数量变化，无机氮形态的变化；在未超过河流自净容量时，当河流受有机污染后，河水变
20、浑，有机物和细菌含量增加，水质下降，随着水流离沟道出口愈远，河水愈来愈清，有机物和细菌逐渐恢复到原来状态，好象河水未受到污染。当超过河流自净容量时，河流受严重有机污染时：水中存在DO，有机物微生物CO2，H2O，使DO，浓度低于饱和值；好氧O2 另一方面，水面大气中的氧溶解到污水中，补充消耗的氧；如有机物太多，DO消耗太快，大气复氧来不及供应，河水中原有的DO=0，出现水质工程学 第 1 章 水质与水处理概论 无氧状态；有机物无氧分解，有机物中的S元素转化为H2S，从水中逸出臭气，同时它与河水中某些金属（Fe）结合，形成黑色的硫化物；此外，含S有机物无氧分解的中间产物也有挥发性，臭味。因此，河
21、流下游出现黑臭。氧垂曲线分三段：ao段，22复O，DO大幅亏氧量增加22复OOV的O点处最大亏氧点，又称临界亏氧点或氧垂点；OVV耗V耗 ob段：22复O，水中DO回升，亏氧量逐渐减少，至转折点b；OVV耗 b点后，DO继续回升，亏氧量继续减少，直至恢复污染前状态。各污染带特征 各污染带特征 项目 多污带 强中污带 弱中污带 寡污带 有机物 大量有机物 未分解蛋白质 碳水化合物 蛋白质分解 为氨基酸 NH3NO2 NO3有机物 污泥分解NO3 有机物 DO 极少或全天 处于厌氧状态 兼性 好氧 好氧 BOD5 很高 高 低 很低 H2S 很多 很多 少 无 生物菌种 很少 少 多 很多 个别优
22、势菌种 很强 强 弱 弱 细菌个数（个/mg）数十万 数百万 数十万 数万 数万 主要生物群 细菌 纤毛虫 细菌 真菌 绿藻 蓝藻、硅藻、绿藻、动物、甲壳等 蓝藻、硅藻、绿藻、动物、甲壳、鱼 由于养料和O2对生物生长起决定性影响，所以受污点下游河段生物群是变化的，一般：有机物大量存在促进细菌繁殖 细菌繁殖促进原生动物繁殖 原生动物繁殖促进鱼类繁殖 有O2时，好氧菌繁殖；无O2时，厌氧菌繁殖 原生动物不能在无氧状态下生存 黑臭河段，生物品种少，因厌氧菌大量繁殖，个数多 清洁段，生物品种多，个数少 由此可见，污染河流各河段的生物情况也反映了河流自净过程，通过生物观察，也可以知道河流的自净情况。水质
23、工程学 第 1 章 水质与水处理概论 氧垂曲线方程菲里普斯方程的建立 对水体自净能力的定量描述是应用水体自净能力的重要方面，为此应有污水排出以后对局部水体影响以及自净能力估计，必须作认真细致的现场调查研究，要有充足的较长历史资料，而这是困难的。为了定量描述，有人提出用数学模式反映废水自净过程，虽然需要数据量不够，但运用数学模式进行必要的研究是有益的尝试。有机物耗氧动力学（数学模式）条件：水中有足够的O2，水温不变，Q河、q污稳定 依据：有机物耗氧量水中的有机物，呈一级反应，属一维水质模型 表达式：LKdtdL1，耗氧速率与水中有机物浓度成正比 L水中有机物 K1耗氧系数，因污水性质不同而异，由
24、实验定，生活污水耗氧常数见p39表2-4 dL/dt有机物变化速率-dL/dt有机物降解速率，即耗氧速率，与有机物量成正比 讨论：当t=0，L=L0时，积分得：Lt=L0 exp（-k，t）Lt=L010-k1t（k1=0.434K1）设经过t时后，已被氧化的有机物量xt为：)TT(201tk0t0t20i1kk)101(LLLx 当T=20时，k1=0.1，则 t=1d xt20.6%t=5d xt68.0%（BOD5）t=3d xt50.0%t=20d xt99.0%（BOD20）k1温度为T1时耗氧速率常数 温度系数（=1.04）k2020时温度系数，k20=0.1 复氧的数学模式 水中
25、氧来源：废水中的O2、水体中的O2、大气复氧；复氧：河流中，由于水流动等因素，使空气中的O2溶入水中，2复Ov取决于水空水质工程学 第 1 章 水质与水处理概论 气界面积，界面两侧的氧分压，温度等；亏氧量D=C0-Cx 亏氧量D=（氧在水中饱和度）饱和溶解氧C-河流中实际溶解氧浓度X 大气复氧亏氧量 亏氧量D存在界面两侧产生了分压差空气中O2与水中O2建立动态平衡的“推动力”使空气中的O2溶入水中，D越大，氧越易溶入水中 表达式：DKdtdD2，该式意义：复氧速率与水中亏氧量成正比-dD/dt复氧速率；K2复氧系数 积分：t=0、D=D0，得，)tk0t210DD20T()20(2)T(204
26、7.1kkk2复氧速率常数，与水体水温、水文条件有关（搅动、流速等空气接触面大小有关）氧垂曲线方程 菲里普斯对有机污染河流DO变化过程动力学研究后得结论：河流中亏氧量变化速率是耗氧速率与复氧速率之和。数学模式：亏氧=耗氧-复氧，故亏氧方程也属一级反应，可用一维水质模型表达，021LL0D0tDkLkdtdD 氧垂曲线方程为：tk0tktk1201t22110D)1010(kkLkD Dtt时刻河流中亏氧量，mg/L D0河流初始亏氧量，mg/L（排放点前河流氧量是x0CC）L0河流起始点有机物量（河水与污水混合后）k1，k2耗、复氧速率常数 t河流流行时间，d 意义 用于分析受有机污染的河水中
27、DO的变化动态，推求河流的自净过程及其环境容量，进而确定可排入河流的有机物最大限量。如求环境容量：已知Dt、D0、k1、k2，求L0、t及环境容量 据水体用途确定，x0maxtCCDD（4mg/L）解：据氧垂方程，采用试算法确定L0（L0为排放点污水与河水混合后BOD）、t 环境容量（可接受的BOD）=L0-L河本底 水质工程学 第 1 章 水质与水处理概论 求污水处理程度：0污L)qQ(LQLq河河 qLQL)qQ(L0污允河河 处理程度污原污允污原LLL 当有机污染物入水体后，推算确定最大亏氧点即氧垂点到达的位置和时间，并依此制定河流水体防护措施。据数学上求函数的极值办法，：即当时0dtd
28、D 得 120112012ckkLk)kk(D1 kklgt tc从排污点至氧垂点所需时间，d 氧垂方程适用条件：公式只考虑了有机物生化耗氧和大气复氧两因素，故仅适于河流截面变化不大、藻类等水生植物和和底泥影响可忽略不计的河段；仅适于河水与污水在排放点完全混合的条件；所使用的k1、k2必须与水温相适应；如沿河有几个排放点，则应根据具体情况合并成一个排放点或逐段计算。1.3 饮用水水质与健康 水是构成人体的重要成分，体内各种生理、生化活动绝大多数是在水的参与下完成的。为了维持人们肌体内环境的稳定，除有充足的水量外，还需有良好的水质。水中溶解的许多物质对人类的健康有重要作用，水是最重要的营养素。水
29、质不良可引发多种疾病，严重威胁着人类的健康。研究表明，水质与心脑血管疾病、高血压、癌症等都有关系。例如水的硬度与心脏病死亡率有明确的关系；饮用含大约300mg/L TDS(总溶解性固体)、有硬度、偏碱性的水会降低癌症致死的危险性。世界卫生组织认为,80%的成人疾病和50%的儿童死亡率都与饮用水水质不良有关。一、水中的生物对人体健康的影晌一、水中的生物对人体健康的影晌 水中的生物(主要是微生物)与人体健康关系密切，影响比较大的主要有细菌、病毒、致病原生动物，此外还有藻类、真菌、寄生虫、蠕虫等。1.细菌 已发现饮用水中能引起肠道疾病的细菌有：志贺氏菌(属),是细菌性病疾的病原体；沙水质工程学 第
30、1 章 水质与水处理概论 门氏菌(属),可致沙门氏菌病，它导致全身性较严重的疾患，引起毒血症，感染肝、脾、胆囊等，还能导致肠壁溃殇、出血、穿孔等；致病性大肠杆菌，可引起不同症状的腹泻；军团菌，可以使肺部受损，也可出现其他器官如肝、肾、心等受损，引起多种症状，死亡率较高；钩端螺旋体，具有较强的侵袭力，可通过皮肤微小伤口、眼结膜、鼻和口腔蒙古膜侵入体内，引起黄瘟出血、流感伤寒、肺出血等，钩端螺旋体病暴发在世界上曾有多次报道：致病性弧菌(属),霍乱弧菌引起的霍乱是一种烈性消化道传染病，此外还有麦契尼可夫弧菌、河弧菌、副溶血弧菌等均可致病；嗜水气单胞菌，能产生外毒素、可溶性的血凝素，引起人类0、A、B
31、型血红细胞的凝聚，对人具有潜在的致病性；弯曲菌，以空肠弯曲菌最为常见，可引起轻重不等的肠炎；结核杆菌，是人和动物结核病的病原菌。2.病毒 已有100多种血清型肠道病毒，均在水体中检出。其中包括：脊髓灰质病毒，最常见的一种病毒，严重时可导致脊髓灰质炎(小儿麻痹症);柯萨奇病毒，可引起胸痛、脑膜炎等疾病；呼肠弧儿病毒(埃可病毒),可引起胃肠炎、脑膜炎等疾病；非特异性病毒，有的病毒可引起呼吸道疾病和急性出血结膜炎，有的病毒可引起无菌性脑膜炎和脑炎等；腺病毒，能引起呼吸道疾病、眼部感染、胃肠炎等；甲型肝炎病毒，可引起病毒性肝炎，是一种典型而重要的水传染病毒疾病。3.寄生虫 可导致人类疾病的典型寄生虫有
32、：隐于包子虫，由隐于包子虫卵囊可引发隐于包子虫病，是一种介水消化道传染病，是胃肠炎的病原体，许多国家的饮用水卫生标准中将其列为控制指标：兰伯氏贾第鞭毛虫，进入水中的兰伯氏贾第鞭毛虫包囊 可使人感染形成甲第鞭毛虫病，该病是人类10种主要寄生虫病之一，临床症状以腹泻为主；溶组织性变形虫，通过饮水途径，变形虫能在人体宿主内引发慢性传染，引起阿米巴病疾，最终发展成肝肿大，有时还能发展到其他器官。4.藻类 藻类污染是水体富营养化的结果，在水中繁殖令水带有腥味，使人产生恶心、呕吐的症状。对人体健康危害较大的是蓝绿藻。蓝绿藻中的一些藻类能产生微囊藻肝毒 素，这是一种剧毒物质，对肝细胞有破坏作用，并能促进肝细
33、胞癌变，是引起肝 癌的危险因素之一。国外水质工程学 第 1 章 水质与水处理概论 有报道，饮用由产毒藻污染的水，导致家禽、家畜中毒 死亡事件；有游泳者因接触含藻毒素的水而引起皮炎、中毒性肝炎事件；做透析 治疗的病人，因透析液中有藻毒素而死亡等。饮用含有某种病原因子的水，就可能染上相应的传染病。由于病原体的致病能力取决于侵袭性、活力、人的免疫力等，不存在容许浓度下限，人一旦感染，则在人体内迅速繁殖，故世界卫生组织(WHO)推荐饮用水的微生物指标是：肠道病原体以指示菌计，100mL水样中不得检出埃希氏大肠杆菌或耐热型大肠杆菌，不得含肠道病毒、病原性原虫、寄生虫、蠕虫，蓝绿藻毒素的暂定值为1g/L采
34、用指示菌作为卫生控制指标是因为直接逐一测定致病因子是困难的。其他的指示菌还有粪大肠菌、粪球菌等。二、水中的化学物质对人体健康的影晌 二、水中的化学物质对人体健康的影晌 1.微量元素及其他无机物 一般，将在人体内凡占体重万分之一以下的元素叫做微量元素，其他无机物就可称常量元素。不同的微量元素和常量元素对人体健康有不同的影响。铁、锋、锤、铭、铝、钻、砸、镰、铜、硅、氟、腆、锶等20多种元素，是人类和动物所必需的微量元素二这些微量元素含量虽然低微，但功能极大，对人体健康的作用有：构成身体各个部分，调节生理功能，参加酶的活动，完成运送氧的任务和参与人体中激素的活动。例如铸在人体内只含有23g，但其生理
35、功能却极其重要，它不仅有助于人体的生长发育，还可影响人的性格行为，缺铸可引起抑郁、情绪不稳定、易烦躁和性功能锐减等。砸在人体的含量极微，但体内许多重要的生理功能与晒有直接关系，长期危害我国广大农村人民健康的克山病和大骨节病都与晒缺乏有关。健康人头发中的含晒量在0.8g以上，凡头发中含晒量少于0.4g，为癌症嫌疑人。许多常量元素也具有同前述微量元素相似的功能，更是人体所必需的，如氢、碳、氮、氧、锅、镁、磷、硫、氯、饵、钙等。钙是构成水的硬度的主要成分之一。人体内99%的钙存在于骨髓和牙齿中，体内缺钙会引起何倭病和骨质软化。续也是构成水的硬度的主要成分，70%存在于骨髓中，其余分布于各种软组织和体
36、液内。缺续可引起心肌病变、骨质脆弱和牙齿生长障碍等。维持饵、纳离子的动态平衡，是保证心肌正常活动的重要条件。何对心肌坏死有预防作用。磷占人体重量的1%，成年人体内含磷达700g，85%存在于骨髓中，它可强心健脑，增强记忆。这些元素大部分都含于自然界的天然水中，饮水是补充这些元素的重要途径之一。水质工程学 第 1 章 水质与水处理概论 天然水在为人类提供多种有益杂质的同时，也可能含有不少有害的成分。例如录为剧毒物，可致急慢性中毒，主要影响神经系统、心脏、肾脏和胃肠道，乘可在人体内蓄积，亦可蓄积在水生生物(如鱼、虾等)的体内，所以柔能随食物进入人体；锅具有潜在的毒性，铺蓄积在体内的软组织中，使肾脏
37、器官等发生病变及引起骨痛病；硝酸盐过量会导致高铁血红蛋白症，如不及时抢救，可能引起死亡；亚硝酸盐的主要危害是合成亚硝胶，它是公认的致癌物。也有些物质溶于水中，适量对人体有益，超量则对人体有害。例如人体每升血液中含有数百微克碑，参与细胞的代谢过程，并蓄积在人的肝脏、指甲和毛发、脊髓中。但是碑的化合物有剧毒性，若长期持续吸收低剂量碑化物，可导致慢性碑中毒。适量的氟能提高牙齿硬度，预防龋齿，促进骨髓的钙化。但高氟水又会损伤牙齿，影响骨骼密度。铁对人的健康很重要，患缺铁性贫血的儿童除了 抵抗力低以外，还有注意力不集中，记忆力减退的现象。但若每天吸收铁超过12mg，就有可能中毒，超过得太多，会导致急性中
38、毒。同样锺也是人体所需，但过多也会中毒。硫酸盐、氯化物等浓度过高时，会使水产生令人厌恶的味道，在饮用水中也应加以限制。2.有机物 据报道，在世界各种水体中，已检出有机化合物2221种，而饮用水中检出765种，其中117种被认为或怀疑为致癌物。这些物质多数是人工合成的有机物，在水体中出现是环境污染的后果。典型的有机污染物有:(1)农药类。水中最常见的农药是有机氯类及有机磷类，例如DDT、六六六、五氯盼、甲草胶、阿特拉津(秀去津)等，或者具有致癌性，能引起食管癌、胃癌、肝癌、肺癌、白血病等，或者具有生殖毒性，改变人体的激素平衡等，严重影响人类健康。(2)盼类化合物。水中的盼类化合物主要有苯盼、甲苯
39、盼、氯盼、苯二盼等。盼是一种促癌剂，达到一定量就显示出很强的致癌作用。长期饮用含低浓度盼类物质的水，可使人的记忆力减退，产生头晕、失眠、贫血、皮彦等症状。(3)芳香短类化合物。水中此类物质主要是苯系化合物，包括苯、二甲苯、苯乙烯、氯苯、苯并(a)芘等，能引起造血功能障碍、损伤神经、致癌等后果。如苯并(a)芘是一种致癌性极强的物质，在低浓度慢性作用下可诱发各种动物的皮肤癌，人类的各种恶性肿瘤的发生与之有关。水质工程学 第 1 章 水质与水处理概论 3.放射性物质 放射性物质通过饮水进入人体内可产生内照射，发放的电离辐射对所有动物都有不同程度的致癌作用，主要引起皮肤癌、骨肉瘤、肺癌、白血病等，特别
40、是胎儿、青少年对放射性物质的敏感性比成人高，危害更大。如235U、233U可损害肝脏、骨髓、造血功能；131I可损害甲状腺，引起甲状腺炎；89Sr、90Sr可致骨肿瘤和白血病。4.消毒剂及消毒副产物 这是和水处理工艺有关的一类物质。向水中投加消毒剂杀灭细菌和病毒的同时，消毒剂本身以及有些消毒剂的副产物也会对人体健康构成威胁。随消毒剂种类不同，副产物可是有机物，也可能是无机物。氯气是饮用水处理主要的消毒剂，对细菌、病毒等有较好的杀灭作用。但氯气投量过多不仅会影响水的味道，特别是会同天然有机物、腐殖质相结合，形成三卤甲烷(THMs)等氯化消毒副产物。三卤甲烧总的包括诸如氯仿、溴仿之类潜在的致癌物，
41、以氯仿含量最高。研究表明，氯化后饮用水的有机浓集物具有直接致突变性，MX酸性氯化呋喃酮-3-氯-4-(二氯甲基)5 羟基 2(5 氢)-呋喃酮是致突变性的重要成分，具有极强的致突变性。三氯乙酸、二氯乙酸具有致癌性。另一种常用消毒剂二氧化氯会产生亚氯酸盐、氯酸盐副产物，还可与有机物生成多种氧化物，如甲醒、乙隆等。二氧化氯对呼吸道有刺激作用，长期饮用含二氧化氯的水可能损害肝、肾和中枢系统的功能，影响周围血液的生成，提高血浆胆固醇含量。亚氯酸盐对肝和免疫反应有影响，引起肝坏死、肾和心肌营养不良，属于致癌物。氯酸盐是中等毒性的化合物，为高铁血红蛋白的生成剂。对二氧化氯、亚氯酸盐在饮用水中的浓度应该进行
42、限制。氯胶及所产生的三卤甲：皖副产物具有致突变性，但其作用强度远小于氯消毒。然而透析液中含有氯胶，则会对人体产生很大的影响，严重威胁病人的健康。流行病学研究发现，氯化和氯胶化的水与死产增加、出生缺陷增加有密切联系。臭氧消毒可产生某些醒类如甲醒、乙醒、乙二醛、丙酣醛等，若水中含Br-则会产生澳酸盐，这些副产物具有(或可疑具有)致突变性和致癌性，但强度远比氯化消毒的小，是相对较安全的消毒方法。三、水质与地方病 三、水质与地方病 许多地方病都与饮用水水质有密切关系。甲状腺肿的基本病因是缺腆，但有一系列的报水质工程学 第 1 章 水质与水处理概论 告证明，饮用高硬度水，氟化物、硫化物含量高的水，含硫的
43、不饱和怪的水及受微生物和化学物质污染的水，可能诱发甲状腺肿。饮用水含腆量与心血管病发病率呈现显著的负相关，当含腆量低于23g/L时，居民对冠心病的敏感性显著增强。水中含氟量与心血管病和癌症有联系。克山病病因尚不十分清楚，但水中缺晒是一个肯定因素。大骨节病的病因也未查明，有观点认为与饮用水中缺少某种元素或饮用水中有大量腐殖酸有关。1.4 用水水质标准 一、生活饮用水卫生标准生活饮用水卫生标准重点讲清浑浊度的概念 四类指标：1、感官性状和一般化学指标 2、毒理学指标 3、细菌学指标 4、放射性指标 要注意我国生活饮用卫生标准的发展历史。水质参数-凡能反映水的使用性质的一种量都成为水质参数。每一项水
44、质参数表证一项由水质成份所产生的物理的、化学的或生物的特性。浑浊度反映水中悬浮物含量的一个水质替代参数。浊度标准的制定与浊度的测定仪器是密切相关的，相互促进发展。浊度测定的历史：1、1901年二氧化硅浊度：1L蒸馏水中含有1mg二氧化硅（硅藻土）作为标准。标准浊度的单位：1ppm一直沿用至今。SiO2=100ppm1.2m100mm标准浊度的测量工具浊度棒 1902年，Jackson 发明了烛光浊度仪。50年代将ppm改为mg/L，直接改称为tu（度）。但不合理，原因是原浊度单位不存在。2、光电浊度计运用了光的散射远离 当光束碰在水中微粒表面时，由于光的反射和衍射效应，在微粒的任何一个方向都产
45、生一定的光强度，这种光称为散射光。水质工程学 第 1 章 水质与水处理概论 光电浊度计原理：光源入射强度为Po，通过水样槽中的水样后，在水中颗粒浓度为c的微粒作用下，沿光束方向的强度减弱为Pt，并在垂直光束的方向产生强度为Ps的散射光，Po是透射光pt与前进散射光Ps强度之和 Po=Pt+Ps 散射光的强度受颗粒物的数量、大小、形状、表面构造及颜色等参数（还包括水的折射指数）的影响，在其他因素不变的情况下，颗粒的数量越多、越细、则散射光Ps越强，Pt则越弱。在微粒的大小、形状、表面构造和颜色固定的条件下，颗粒物浓度c与Po、Pt、Ps之间存在下列关系 Po光束缝隙检波器bPs缝隙缝隙Pt检波器
46、aKbcPtPolg （1）kbcPoPs （2）按照（1）式原理设计的浊度计属于透射式浊度计。按照（2）式原理设计的浊度计属于散射式浊度计。K,k包括悬浮颗粒的大小、形状、表面构造及颜色等因素。也包括浊度计的构造设计因素，例如光源的波长、光程等。Jackson浊度计实际为透射式的浊度计，人的目光不能分辨极弱的光强度差别。3、低浊度的测量是给水处理的一个重要问题散射浊度计更适合于低浊度的测量因为当浊度很低时，很难测量透射光的变化。散射浊度计的标准浊度：由福尔马肼（forimazin）配成，福尔马肼是一种聚合物。福尔马肼浊度储备液：由硫酸肼溶液（100ml中含1.000g硫酸肼）和六次甲基四胺溶
47、液（100ml中含10.00g六次甲基四胺）各5ml混合稀释为100ml溶液配制而成。这样配制的溶液，其浊度测定为400ntu（散射度散射浊度单位），相当于1ml溶液中含有4ntu福尔马肼聚合物。因此，用无浊水把10ml储备液稀释成100ml，则得40ntu的浊度标准液。由于散射浊度标准都是用福尔马肼配制的，1ntu也成为1Ftu（Forimazin度），F代表Forimazin。水质工程学 第 1 章 水质与水处理概论 1ntu约相当于1Ftu，中国浊度单位“度”可以解释为相当于ntu或Ftu。讨论：由散射浊度仪的讨论可知，用福尔马肼所定义的浊度单位与水中形成浊度的悬浮物类型（主要为泥沙）和
48、重量浓度之间不存在任何关系，ntu与Jtu之间也无直接关系。（浊度能测量d1um的悬浮微粒浓度）。二、工业用水水质标准二、工业用水水质标准 依据行业及不同生产工艺有很大区别。1.5 污水的排放标准 一、目的 随着我国环境保护立法工作的不断完善，有关部门与地方制定了较详细的水环境标准，供设计、规划、管理、监测部门遵循。目的：保护水资源、控制水污染、保障人体健康、促进经济发展。二、水质标准分类 1、水域水质标准 依据：是依据自然水体的用途制定的。根据自然水体用途，可将水源分为：饮水水源 水质要求高 公共用水水源 水质要求较高 工业用水水源 生产用水要求 农业用水水源 不影响动植物生长，不使动植物体
49、内残毒超标为限 渔业用水 不影响动植物生长，不使动植物体内残毒超标为限 游览、航运、水上运动 用途不同对水质要求不同，制定了不同的水环境质量标准；这些标准详细说明了各类水体中污染物的允许最高含量，以便保证水环境质量。地面水环境质量标准 GB3838-2002 渔业水质标准 GB11607-89 景观娱乐用水水质标准 GB12941-91 农田灌溉水质标准 GB5084-92 2、污水排放标准：适用于：当污水排入水体时 水质工程学 第 1 章 水质与水处理概论 分类：一般排放标准 第一类污染物：重金属难降解有毒物质，对健康有害，不分行业和排放方式，不分受纳水体的功能类别，一律在车间排放口取样；第
50、二类污染物：在排污单位排放口取样。包括：污水排入下水道标准 GBJ4-73 污水综合排放标准 GB8978-1996 农用污泥中污染物控制标准 GB4284-84 行业排放标准，可作为设计、管理与监测的依据。制革 石油炼制 造纸 船舶 纺织染整 海洋石油 肉类加工 合成氨 钢铁 航天推进剂 兵器工业污水 磷肥 烧碱、聚氯乙烯 注：综合排放标准与行业标准不交叉执行，有行业标准时执行行业标准，其余执行综合排放标准。讨论：污水综合排放标准GB8978-1996中几个常用指标 污染物 一级标准 二级标准 三级标准 适用范围 COD 60 120 城镇二级污水处理厂 BOD5 20 30 城镇二级污水处