1、第六章 水環境污染及其防治6.1水環境概述 人與水的關系：人體65%是水；成年人身體中平均含水4050千克，而且每天要消耗和補充2.5kg水，失水12%以上就會死亡。6.1 水環境概述6.1.1 天然水資源分布地球總儲水量：1.4109km3海水：97.5%淡水：2.5%能夠被人類開發利用的淡水：僅占淡水總量的0.34%6.1.2 天然水在環境中的循環 水屬于可更新的自然資源，處在不斷的循環之中。 水循環的特點： （1）全球每年水分的總蒸發量與總降水量相等，均為5.0*105km3； （2）全球海洋的總蒸發量為4.3*105km3，海洋總降水量為3.9*105km3，兩者的差值為4*104km

2、3，它以水蒸氣的形式移向陸地。 （3）地上的降水量比蒸發量多4*104km3，其中，一部分滲入地下補給地下水，一部分暫存于湖波中，一部分被植物所吸收，多余部分最后以河川徑流的形式回歸海洋，從而完成了海陸之間的水量平衡。 隨著人口的膨脹和經濟的發展，人類不僅對水資源的需求日益增加，而且在利用過程中對水體造成了污染，使水資源短缺的現象在許多地區相繼出現。6.2水體污染與水體自凈作用6.2.1水體污染1.水體的概念 水體又稱水域，是指海洋、河流、湖泊、水庫、沼澤、冰川、地下水等地表與地下貯水體的總稱。 在環境科學領域中，水體不僅包括水，而且也包括水中的懸浮物、底泥及水中生物。2.水體污染 指排入水體

3、的污染物在數量上超過該物質在水體中的本底含量和水體的環境容量，從而導致水體的物理特征、化學特征和生物特征發生不良變化，破壞了水中固有的生態系統，破壞了水體的功能及其在經濟發展和人民生活中的作用。3.水體污染源 是指造成水體污染的污染物的發生源，通常是指向水體排入污染物或對水體產生有害影響的場所、設備和裝置。點污染：廢水通過排水管道集中的排出，又被稱為點污染。面污染：農田排水及地表徑流分散地、成片地排入水體，其中往往也含有化肥、農藥、石油及其它雜質，形成所謂的面污染源。 4.污染類型（1）化學性污染 酸堿污染：會改變水體的PH值，抑制細菌和其它微生物的生長，影響水體的生物自凈作用，還會腐蝕船舶和

4、水下建筑物，影響漁業，破壞生態平衡，并使水體不適于作飲用水源或其它工、農業用水。 重金屬污染：排放于天然水體后不可能減少或消失，卻可能通過沉淀、吸附及食物鏈而不斷富集，達到對生態環境及人體健康有害的濃度。 需氧性有機物污染：生活污水和很個多工業廢水。會引起微生物繁殖和溶解氧的消耗，水中溶解氧耗盡后，有機物將由于厭氧生物的作用而發酵，生成大量硫化氫、氨、硫醇等帶惡臭的氣體，使水質變黑發臭。 營養物質污染：造成藻類大量繁殖 有機毒物污染2）物理性污染 懸浮污染物：影響水體外觀和透明度，還有吸附凝聚重金屬及有毒物質的能力。 熱污染：高溫廢水排入水體時，使水溫升高，物理性質發生變化，危害水生動物、植物

5、的繁殖與生長。 放射性污染（3）生物性污染 病原菌、寄生蟲卵和病毒6.2.2水體自凈作用和水環境容量1.水體自凈作用 定義：污染物進入天然水體后，通過一系列物理、化學和生物因素的共同作用，使排入的污染物質的濃度和毒性自然降低，這種現象稱為水體的自凈。 按凈化機制分類：物理凈化、化學凈化、生物凈化 按其發生場所分類：水中的自凈作用、水與大氣間的自凈作用、水與底質間的自凈作用、底質中的自凈作用2.水環境容量 定義：一定水體所能容納污染物的最大負荷被稱為水環境容量，即某水域所能承擔外加的某種污染物的最大允許負荷量。水體功能越強，對其要求的水質目標越高，其水環境容量必將減少。水體的水質目標不甚嚴格時，

6、水環境容量可能會大一些。6.2.3水質及水質指標1.水質 定義：是指水與其中所含雜質共同表現出來的物理學、化學和生物學的綜合特性。2.水質指標 物理性水指標：感官物理性狀指標、總固體、懸浮固體、溶解固體、可沉固體等 化學性指標：PH、堿度、硬度、各種陽離子、各種陰離子等。 有毒的化學指標：重金屬、氰化物、多環芳烴、各種農藥等。 有關氧平衡的水質指標：溶解氧、化學需氧量、生物需氧量、總需氧量 生物學指標：細菌總數、總大腸菌群數、各種病原細菌、病毒。3.水環境標準（1）水環境質量標準及用水水質標準 地表水環境質量標準、生活飲用水衛生標準、農田灌溉水質標準等（2）污水排放標準 污水綜合排放標準、工業

7、三廢排放試行標準、農用污泥中污染物控制標準等6.3污染物在水體中的擴散及遷移轉化6.3.1水中污染物的遷移和轉化模式 進入水環境中的污染物可以分為兩大類：保守物質和非保守物質。 保守物質：進入水環境后，隨著水流的運動而不斷變換所處的空間位置，還由于分散作用不斷向周圍擴散而降低其初始濃度，但它不會因此而改變總量。 非保守性物質：進入水環境后，除了隨著水流流動而改變位置，并不斷擴散而降低濃度外，還會因污染物自身的衰減而加速濃度的下降。6.3.2常見水體污染物的轉化1.耗氧污染物的分解 此類物質生物降解作用的共同特點：首先在細胞外發生水解，復雜的化合物分解成較簡單的化合物，然后在透入細胞內部進一步發

8、生水解，復雜的化合物分解成較簡單的化合物，然后再透入細胞內部進一步發生分解。分解產物有兩方面的作用：一是被合成為細胞材料，二是變成能量釋放，供細菌生長繁殖。2.需氧有機污染物降解與溶解氧平衡 耗氧作用：指有機物分解和有機體呼吸時耗氧，使水中溶解氧降低； 復氧作用：指空氣中的氧溶解于水以及水生植物的光合作用放出氧，使水中溶解氧增加。 在污染河流中溶解氧曲線呈下垂狀，稱為溶解氧下垂曲線。3.植物營養物在水中的轉化(1)水體富營養化 富營養化定義：是指湖泊等水體接納過量的氮、磷等營養物質，使藻類及其他浮游生物迅速繁殖，引起水體透明度和溶解氧的變化，造成水質惡化，加速湖泊老化，從而導致湖泊生態系統和水

9、功能的破壞。(2)N、P化合物在水中的轉化 氮在生態系統中具有氣、液、固三相循環，被稱為“完全循環”，而磷只存在液、固相形式的循環，被稱為“底質循環”。4.重金屬在水體中的遷移轉化 特征： 毒性效應：一般重金屬產生毒性效應的濃度范圍大致在110mg/L,汞和鎘的毒性濃度范圍在0.0010.01mg/L。 生物富集放大作用:金屬毒物可以通過食物鏈的富集作用進入人體，逐漸積累，引起慢性中毒。 轉化作用：某些重金屬可在微生物的作用下，轉化為毒性更大的金屬化合物。重金屬在水體中遷移轉化的主要表現形式水解、配合、沉淀 重金屬元素大多以水合配粒子的形式存在，在適宜的PH條件下可發生水解反應生成金屬氫氧化物

10、沉淀。氧化還原 水體表面具有氧化性，而水體底部則具有還原性。膠體化學效應6.4水環境污染的危害6.4.1水污染嚴重影響人的健康 污染水對人體的危害一般有兩類： 一類是污水中的致病微生物、病毒等引起傳染性疾病； 另一類是污水中含有的有毒物質和致癌物質導致人中毒或死亡。不但江河水、湖泊水遭到污染，地下水也難逃一劫。6.4.2水污染造成水生態系統破壞 導致水生生物資源的減少、中毒，以致滅絕。 水污染惡化了水域原有的清潔的自然生態環境。6.4.3水污染加劇了缺水狀況 水污染減少了可用水資源量。中國缺水城市有300多個。南方城市因水污染導致的缺水占這些城市總缺水量的60%70%，北方和沿海城市缺水則更為

11、嚴重。6.4.4水污染對農作物的危害 污染物會引起農作物變種，如只開花不結果，或者只長桿不結籽等6.4.5水污染造成了較大的經濟損失 每年因水污染造成的經濟損失約300億600億元人民幣。6.5水環境污染防治6.5.1水污染防治的原則 根本原則是將防、治、管三者結合起來。 防：是指對污染源的控制，通過有效的控制使污染源排放的污染物減到最少量。 治：對污水進行妥善處理，確保再排入水體前達到國家或地方規定的排放標準。 管：指對污染源、水體及處理設施的管理。6.5.2污水處理技術概述 污水處理的目的：就是降污水中的污染物以某種方法分離出來，或將其分解轉化為無害穩定物質，從而使污水得到凈化。1.污水處

12、理方法分類(1)物理法 定義：通過物理作用，以分離、回收污水中不溶解的、呈懸浮狀的污染物，在處理過程中不改變其化學性質。 特點：操作簡單、經濟。重力分離法 定義：利用污水中懸浮狀的污染物與水密度不同的原理，借重力沉降作用或上浮作用，使水中懸浮物分離出來。 所用設備：沉降池、沉淀池和隔油池 特點：沉淀法與上浮法常常作為其它處理方法前的預處理。過濾法 定義：利用過濾介質截流污水中的懸浮物。 過濾介質：篩網、紗布、微孔管等 過濾設備：隔柵、柵網、微濾機等氣浮法 定義：將氣流通入污水中，并以微小氣泡形式從水中析出稱為載體，污水中相對密度接近于水的微小顆粒狀的污染物質粘附在氣泡上，并隨氣泡上升到水面，從

13、而使污水中的污染物質得以從污水中分離出來。 分類：加壓溶氣氣浮法、葉輪氣浮法和射流氣浮法。離心分離法 定義：含有懸浮污染物質的污水在高速旋轉時，由于懸浮顆粒和污水受到的離心力不同，從而達到分離目的的方法。 常用設備：旋流分離器、離心分離器。(2)化學法 定義：利用污染物的化學特性（如酸堿性、電離性、氧化還原性）來改變污染物的性質，使其從有害變為無害的處理方法。 沉淀法 定義：化學沉淀法是向廢水中投加某些化學藥劑，使其與廢水中的污染物發生化學反應，形成難溶的沉淀物，從而達到去除污染物的目的。 混凝法 定義：向污水中投加混凝劑，使污水中的膠體顆粒失去穩定性，凝聚成大顆粒而下沉。 常用的混凝劑有：明

14、礬KAL（SO4）212H2O、綠礬FeSO47H2O、硫酸鐵Fe2（SO4）3、氯化鐵FeCl3、氯化亞鐵FeCl2、表面活性劑等。中和法 定義：向酸性廢水中加入堿性物質或向堿性廢水中加入酸性物質使廢水變為中性的方法。氧化還原法 利用高錳酸鉀、液氯、臭氧等強氧化劑或電極的陽極反應，將廢水中的有害物質氧化分解為無害物質；利用鐵粉等還原劑或電極的陰極反應，將廢水中的有害物質還原為無害物質的方法。（3） 物理化學法萃取法：利用廢水中的雜質在水中和有機萃取劑中溶解度的不同，將雜質提取出來。 吸附法：利用多孔性的固體材料吸附污水中的一種或多種污染物質。 吸附法工作步驟： 選擇吸附劑； 確定吸附操作方法

15、； 靜態吸附 動態吸附 通過靜態和動態試驗來確定廢水預處理和后處理措施。 離子交換法 通過離子交換劑上的可交換離子與廢水中的其它同性離子發生交換反應，將其提取出來。 膜分離技術 在外加直流電場的作用下，陰、陽離子交換膜對水中離子有選擇性透過，使一部分溶液中的離子遷移到另一部分去，從而達到濃縮、純化、分離的目的。反滲透法 利用半透膜，在一定的外加壓力下，水分子透過膜，水中的污染物質（溶質）被膜截留，達到污水處理的目的。（4） 生物法 定義：利用微生物對有機物及部分無機物的降解作用，使水中呈溶解和膠體狀態的有機或無機污染物轉化為無害物質。 好氧生物處理法 在有氧的條件下，借助于好氧菌的作用來處理污

16、水的方法。 根據好氧微生物在處理系統中所呈的狀態，可分為活性污泥法和生物膜法。 活性污泥法：以活性污泥為主體的廢水生物處理方法。活性污泥法工藝流程 曝氣池：利用活性污泥法進行污水處理的構筑物。池內提供一定污水停留時間，滿足好氧微生物所需要的氧量以及污水與活性污泥充分接觸的混合條件。 在曝氣池中，好氧生物分解污水中有機物。衡量活性污泥數量和性能好壞的指標 ： a. 活性污泥的濃度（MLSS）：指1L混合液（廢水與活性污泥）內所含懸浮固體或揮發性懸浮固體的量，單位為g/L或mg/L。 b. 污泥沉降比（SV）：指一定量的曝氣池廢水靜置30分鐘后，沉淀污泥與廢水的體積百分比。 c. 污泥容積指數（SVI）：又稱污泥指數，指一定量的曝氣池廢水經30分鐘沉淀后，1g干污泥所占有沉淀污泥容積的體積，單位為mL/g。 生物膜法：污水連續流經碎石、煤渣或塑料填料，微生物在填料上大量繁殖形成污泥狀的生物膜，生物膜上的微生物起到和活性污泥同樣的凈化作用，吸附并講解水中的有機污染物，從填料上脫落的衰老微生物膜隨處理后的污水流入沉淀池，經過沉淀池沉淀分離后，使得污水得以凈化。 生物膜法填充式浸漬式生物濾池生物轉