水质与水体自净.ppt

第一章水质与水体自净,水质与水体自净,水资源与水循环水质与水质标准环境水化学基础-水体自净与水环境容量水处理原则和方法概述,水循环与水资源,水资源总量水循环水资源与水污染 水的使用价值分级,地球上水的分布,总量约有 14 10%m3 97.3%的水是海水，不宜被人类直接使用与人类关系最密切、又较易开发利用的淡水贮量约为 400 104km3,仅占地球上总水量的 0.3%。淡水在时空上的分布又很不均衡。,地球上的水量分布,中国水资源特点,1.人均占有量少淡水总量在全世界占第6位。但人均占有量只有2340m3/人年（以13亿人口计），世界平均水准的1/4，占88位。2.空间分布不均81的水资源分布在长江流域及其以南东南地区降水量可达1600mm，造成涝灾西北地区降水只有500mm，少的地区不到200mm 3.年内及年际变化大6080降水集中在夏季，7，8，9月；年际变化差36倍（大时）4.许多地区缺水严重三北（西北、华北、东北）和沿海（青岛、大连）在640个城市中，300多个城市缺水。,按流域计算人均水资源量表1-1水资源流域分布情况,北方地区省、市人均水资源量表1-2北方地区水资源分布情况,国内地表水资源分布状况,国内主要河流湖泊分布,水的循环,水的自然循环水的社会循环 是指人类为了满足生活和生产的需求,不断取用天然水体中的水,经过使用,一部分天然水被消耗,但绝大部分却变成生活污水和生产废水排放,重新进人天然水体。,自然循环,社会循环,污废水不经处理排放，水体污染，水质恶化，水质性缺水。中国七大水系中，63.1%的河段水质为类类或劣类，失去作为饮用水水质的功能。,水污染加剧水资源的紧张,威胁人类生命健康和生态安全。,什么是水污染,水污染是指污染物进入水体，引进水质恶化，使水的使用价值降低的现象。水污染一般指：某种物质进入水体，在数量上超过该物质在水体中的本底含量和水体的环境容量，从而导致水体的物理、化学、生物或放射等特性发生变化，破坏了水中固有的生态系统，破坏了水体的功能及其在经济发展和人民生活中的作用，造成水质恶化的现象。判断 衡量水污染程度一般根据水中某种污染物深度的高低和各种水水质标准进行评价与分类。,1、水污染类型,按水存在形式：地表水污染与地下水污染；按污染物：汞污染，酚污染、有机物水污染、热污染等；按污染物属性：物理水污染、化学水污染和生物水污染；按水域：河流污染、湖泊污染、水库污染、海洋污染等。,2、污染物来源,工业废水。废水中有毒、有害物质成分复杂，是造成目前世界性水污染的主要原因。农田排水。施用的化肥、农药，随农田排水、地表径流注入水体。生活污水。成分复杂，以耗氧有机物最多。城市垃圾和工业废渣。垃圾和废渣倾入水中或堆积在水域附近，经水的溶解或浸渍作用，使垃圾和废渣中有毒有害成分进入水中。大气等天然污染物。大气中污染物种类很多，可以直接降落或溶于雨雪后降落入水体。火山爆发和特殊地层，会使某些有毒物质进入水体。,3、水污染特点,各类工业与大型企业密集在城市，排人城区河段的污染物数量极大，故一般流经城市的河流污染都很严重；海洋污染，其中以石油污染最为突出；污染物种类越来越多，其中毒物、剧毒物、长期残留物特别令人关注；陆地水体中，河流流速大稀释与自净能力强，污染较轻，较易恢复；湖泊交换能力弱，污染物能长期停留，易使水质恶化和引起富营养化；地下水遭受工业废水和城市污水日益严重，而且一旦污染，不易恢复，甚至不能恢复；农田排水和地表径流等非点污染源造成的水污染比较普遍。,4、常见水污染源分类,（l）污染属性：物理污染源、化学污染源、生物污染源和复合污染源。（2）污染源空间分布方式：点源和非点源（3）污染物：汞污染源、酚污染源、热污染源、放射性污染源等。（4）受纳水体：地面水污染源、地下水污染源、海洋污染源。地面水污染源还可分为河流污染源、湖泊污染源和水库污染源。（5）污染源排放时间：连续性污染源，间断性污染源和瞬时性污染源。连续性污染源又可分为连续均匀性和连续非均匀性污染源。（6）污染源位置：固定污染源和流动污染源。（7）社会活动：工业源、农业源、交通运输污染源和生活污染源。,固定污染源数量多、危害大，是造成水污染的最主要污染源。工业源是水污染的最主要来源。工业门类繁多，生产过程复杂，污染物种类多，数量大，毒性各异，污染物不易净化，对水环境危害最大。同一污染源有多种分类名称,化学污染,水中元素及其化合物数量异常的一种水污染现象。天然水是溶有多种元素和化合物的一种混合溶液，其中有天然的和人工合成的物质、有无机物和有机物。在正常情况下，水中元素和化合物含量很低，不致影响水的使用。但人类不断地向水中排放废弃物和污水，使污染水体的化学物质愈来愈多。据估计，水中化学物质种类达100多万种。因此，化学污染物是当今世界性水污染中最大的一类污染物。,化学水污染造成的危害,需氧有机物使水中溶解氧大幅度下降；有毒物质造成水生物慢性中毒或急性中毒；汞、铜、铅等重金属，不仅能使生物发生急性中毒，而且能在水体中沉积成为次生污染源，并易在生物体内累积，造成慢性中毒；砷、铬、镍、铰、苯胺，多环芳香烃、卤代烃等有致突变、致畸、致癌作用；致色物、致具物和油类使水体失去旅游、观光和疗养价值；有机氯农药、多氯联苯等有机氯化合物能毒死幼鱼和虾类，或在成鱼体内累积，使繁殖力衰减，影响胚胎发育和鱼苗成活率。,有机物水污染,耗氧有机污染物引起水体溶解氧含量大幅度下降的现象。水中有机物大多数能够被微生物分解与利用。这类有机物在分解过程中需要消耗水中溶解氧，故称耗氧污染物。溶解氧大幅度下降，是水体遭受有机物污染后的最显著的特征。水中有机物按来源可分：天然有机物（NOM），指生物产品、代谢产物和生物残体，主要为碳水化合物、蛋白质和油脂。人工合成有机物，主要有塑料、合成纤维、洗涤剂、溶剂、染料、涂料、农药、食品添加剂和药品等。有机合成工业发展迅速，人工合成有机物种类和数量也随着增加。,水中有机污染物,主要来源是城市污水、农业污水、工业废水和石油废水。城市污水。水中含有碳水化合物、蛋白质、油脂和合成洗涤剂。农业污水。来源广，数量大，危害严重。农业污水包括农田排水和农副产品加工的有机污水，其中含有化肥、农药、农家肥（人和农畜的粪便，以及动植物残体）和农副产品加工的有机废弃物。工业废水。来自造纸、制革、石油化工、农药、药品、染料、化纤、炼焦、煤气、纺织印染、食品、木材加工等工厂。这类废水所含的有机物种类多，人工合成物所占的比例高，有机毒物多，生物不易降解。石油废水。主要污染物是各种烃类化合物烷烃、环烷烃和芳香烃，其中多环芳香烃具有致癌性。,有机物污染的危害,（l）大量需氧有机物进入水体，被好氧微生物分解，使溶解氧大幅度下降，甚至造成缺氧状态，危害水生物，有时使大批鱼类死亡。溶解氧耗尽时，有机物转入厌氧分解过程，产生甲烷、硫化氢、氨等还原性物质和恶臭，使水质变坏。（2）流动缓慢、更新期长的水体，如湖泊。池塘等封闭性水域，接纳大量含氮、磷有机废水后，促使藻类大量繁殖，形成“水华（参见富营养化）。藻类死亡后沉入水底，厌氧分解，释放出氮、磷等，使藻类更加增殖，形成水体质量恶性循环，不宜鱼类生存。（3）水体遭受油污染后，油膜覆盖水面，阻止气液界面问的气体交换，造成溶解氧短缺，促使发生恶臭。油脂亦可堵塞鱼鳃，使鱼呼吸困难，引起死亡。鱼受石油污染，肉有异味，使食用品质降低或不堪食用。（4）水体遭受高毒性的酚类有机物污染，能使蛋白质变性或沉淀，对生物细胞有直接损害，对皮肤和粘膜有强腐蚀作用。长期饮用酚类污染水，可引起头晕、出疹、发痒、贫血及各种神经系统疾病。低浓度酚影响鱼类回游、繁殖，引起鱼肉酚臭；高浓度酚可使鱼类大批死亡。（5）有机氯农药、多氯联苯、多环芳烃等有机物，大都是剧毒物或强致癌物，进入水体后能长期存在，而且难被分解，常经食物链逐级浓缩、放大，造成危害。,生物水污染,有害生物进入水体或某些水生物繁殖过程引起的一种水污染现象，是由于水体接纳了医院、畜牧场、屠宰场和生物制品厂等的污水以及城市污水和地表径流而引起的。其中含有大量的病原微生物（病原菌、病毒和霉菌）、寄生虫或卵。病原微生物水污染危害的历史最久，病原微生物数量大、来源多、分布广；在水中存活时间长短与微生物种类、水质、水温、pH等环境因素有关，在水中存活时间长的，人畜感染机率大；有些病原微生物不仅在生物体内（包括水生生物），而且在水中也能繁殖；有些病原微生物抗药性很强，一般水处理和加氯消毒的效果不佳。钩端螺旋体、病毒和寄生虫及卵等常与病原菌共存而污染水体。钩端螺旋体来源于带菌宿主一猪和鼠类的尿液，它以水为媒介，经破损的皮肤或粘膜进入人体，引起血性钩端螺旋体病。水中常见病毒有：脊髓灰质炎病毒、柯萨基病毒、腺病毒、肠道病毒和肝炎病毒等。世界各地广泛传播的传染性肝炎，主要是水体受污染后所引起的。水中柯萨基病毒和人肠细胞病变为幼儿病毒侵入人体后，在咽部和肠道粘膜细胞内繁殖，进入血液形成病毒血症，可引起脊髓灰质炎，无菌性脑膜炎等疾病。常见寄生虫有阿米巴、麦地那龙线虫、血吸虫、鞭毛虫、蛔虫等，这些寄生虫通过卵或幼虫直接或经中间宿主侵入人体，使人患寄生虫病。其卵和幼虫在水中可以长期生存。传播疾病的昆虫，如蚊、纳、舌蝇等，其生活史中某一阶段必需在水中度过，它们传播多种疾病（如疟疾、尾丝虫病等），对人类健康危害很大。此外，某些藻类在水中营养元素（如氮。磷等）过剩时，会大量繁殖，改变水体感官特征，使水体带霉烂气味，严重时可危及鱼类等生存。大坝、水库等水利工程的兴建，使原来流动的水体成为静水水体，消落区和较浅的淹没区可能成为传播疾病的昆虫幼虫和某些寄生虫中间宿主适宜生存繁殖场所。,物理性污染,悬浮物质污染热污染放射性污染,常见废水特征,废水直接排放,废水直接排放,水体主要污染物,水质和水质指标,水质：水和其中杂质共同表现出来的物理学、化学和生物学的综合性质。水质指标：水中杂质的种类、成分和数量，是判断水质的具体衡量标准。水质指标的分类：物理、化学和生物学三大类1物理性指标：温度、色度、嗅和味、浊度、透明度、总固体、悬浮固体、溶解固体、电导率等2化学性指标：pH、碱度、硬度、各种离子含量、总含盐量等、有毒化学指标、氧平衡指标（COD、BOD、DO、TOD等）3生物性指标：细菌总数、总大肠杆菌群数、病毒等,水质标准,水质标准 水的用途十分广泛。不同用途的水,均应满足一定的水质要求,也就是水质标准。水质标准是环境标准的一种。几种与水污染防治密切相关的水质标准 地表水环境质量标准 为五类(GB3838-88)污水综合排放标准 为两类(GB8978-88)生活饮用水水质标准(GB5749-85)其他水质标准 工业用水的水质要求、渔业水域水质标准、游泳用水水质要求、农田灌溉水质标准等,水质标准,地表水体水域功能分类（GB3838-88）水质类别水 域 功 能：类主要适用于源头水、国家自然保护区类主要适用于集中式生活饮用水水源地一级保护区、珍贵鱼类保护区、鱼虾产卵场等类主要适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区、一般鱼类保护区及游泳区类主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区类主要适用于农业用水区及一般景观要求水域,污水综合排放标准执行标准等级的确定：(1)特殊保护水域，指国家地表水环境质量标准（GB3838-2002）中的、类水域，不得新建排污口，现有的排污单位由地方环保部门从严控制，以保证受纳水体水质符合规定用途的水质标准。(2)重点保护水域，指国家地表水环境质量标准（GB3838-2002）中的类水域和海水水质标准 类水域，对排入该区水域的污水执行一级标准。,污水综合排放标准（GB8978-1996）(3)一般保护水域，指国家地表水环境质量标准（GB3838-2002）中的、类水域和海水水质标准 类水域，对排入该区水域的污水执行二级标准。(4)对排入城镇下水道并进入二能污水处理厂进行生物处理的污水执行三级排放标准。,水体自净作用及水环境容量,水体自净的定义：指水体依靠自身的物理、化学、生物作用使水质向原有状态恢复的功能称为水体的自净作用。表现：1.废水在水体中的稀释、扩散、沉淀 2.水体的生化自净 3.水体中细菌的衰亡影响因素：物理因素：稀释、扩散、沉淀 化学因素：分解、转化、凝聚 生物因素：积累、吸附、吸收、分解,1.废水在水体中的稀释,稀释作用的实质是污染物质在水体中因扩散而降低了浓度,稀释并不能改变,也不能去除污染物质。污染物质进入水体后,存在两种运动形式,一是由于水流的推动而产生的沿着水流前进方向的运动,称为推流或平流;另一是由于污染物质在水中浓度的差异而形成的污染物从高浓度处向低浓度处的迁移,这一运动被称为扩散。,推流运动 Q1U C 扩散运动 Q2-k dc/dx 混合系数=Q1/Q；=L1/L 断面上水中污染物质的浓度可用下式求出:C=C1q+C2Q/（Q+q）,2.水体的生化自净,有机污染物进入水体后在微生物作用下氧化分解为元机物的过程,可以使有机污染物的浓度大大减少,这就是水体的生化自净作用。生化自净作用需要消耗氧,所消耗的氧如得不到及时的补充,生化自净过程就要停止,水体水质就要恶化生化自净过程实际上包括了氧的消耗和氧的补充(恢复)两方面的作用。,氧的消耗过程主要决定于排入水体的有机污染质的数量,也要考虑排入水体中氨氮的数量,以及废水中无机性还原物质(如 SO32-)的数量氧的补充和恢复一般有以下两个途径:大气中的氧向含氧不足的水体扩散,使水体中的溶解氧增加;水生植物在阳光照射下进行光合作用放出氧气。,图 7-5 表示了有机污染物排入水体后,水体中溶解氧含量变化的情形。图中有三条曲线,累积耗氧量表示的是耗氧过程,累积复氧量反映了复氧过程,其综合结果是水体中溶解氧浓度的变化.由图可见,在排放口附近,水体中溶解氧含量急剧下降,这是因为此时排人的有机物较多,耗氧速度大于复氧速度;随着有机污染物的不断分解氧化,耗氧速度不断降低,在排放口下游的某点终于出现了耗氧速度与复氧速度相等的情况,这时溶解氧的含量最低,此点被称为最缺氧点。根据图中反映溶解氧浓度变化的曲线呈现的形状,它常被称为氧垂曲线。,3.水体中细菌的衰亡,水体中细菌的衰亡也是一种重要的自净作用当水体受到有机物的污染时,水中细菌数量会大量增加,但如果污染负荷没有超过水体的自净能力,就可以观察到细菌数量逐渐减少的现象。,促使水中细菌数量减少的主要作用有:水体的生物净化作用使水中有机物量日渐减少,细菌将因缺少食物及能源而逐渐衰亡;水体中生长的纤毛类原生动物、浮游动物等不断吞食细菌,使细菌数量减少;其他作用,如日光的杀菌作用,对细菌生长不利的温度、pH 值等,均可使细菌数量减少。,水环境容量,概念 水体所具有的自净能力就是水环境接纳一定量污染物的能力,一定水体所能容纳污染物的最大负荷被称为水环境容量。意义 正确认识和利用水环境容量对水污染控制有重要的意义。水环境容量与水体的用途和功能有十分密切的关系,水环境容量,一定水体在规定的环境目标下所能容纳污染物的最大负荷量。水环境容量的影响因素：水体特征、污染物特征、水质目标等W=V(S-B)+CW水环境容量，V水体体积，S水质指标，B环境本底，C水体自净能力,废水处理的基本原则和方法,处理原则改革工艺，清洁生产，减排重复用水回收物质妥善处理并排放经济可行,处理程度的确定1.根据水体的水质要求2.按处理厂所能达到的处理程度3.考虑水体自净能力,处理方法：物理法、化学法、生物法等一级处理：大颗粒悬浮物二级处理（生物处理或生物化学处理）：溶解和胶体有机物三级处理（高级处理或深度处理）：营养物、难降解有机物和溶解盐等,1.减少废水及其污染物的产生量 改革生产工艺 改进生产设备2.减少废水及其污染物的排放量 提高水的重复利用率 回收有用物质 加强工业废水与城市污水的综合治理,水体污染控制的基本途径,污水处理基本方法 按照污水的净化原理，分为物理法、化学法和生物法。1、物理法 利用物理作用处理废水的方法，主要用于分离去除废水中不溶性的悬浮污染物。在处理过程中不改变废水的化学性质。常采用的有沉淀法、过滤法、离心分离法、蒸发法、气浮法、反渗透法。2、化学法 利用化学反应或物理化学作用处理、回收废水中的污染物，或将其转化为无害物质。常用的方法有化学沉淀法、混凝法、中和法、萃取法、吸附法、氧化还原法、离子交换法、电渗析法等。,污水处理基本方法与系统,3、生物法 微生物具有氧化分解有机物并将其转化成稳定无机物的能力，废水生物处理法就是利用微生物的这一功能，并采取一定的人工措施，营造有利于微生物生长繁殖的环境，使微生物大量繁殖，以提高微生物氧化、分解有机物的能力从而使废水中的有机污染物得以净化的方法。根据采用的微生物的呼吸特性，生物处理可分为好氧生物处理和厌氧生物处理两大类。根据微生物的生长状态，废水生物处理又可分为悬浮生长型（如活性污泥法）和附着生长型（如生物膜法）。,污水处理常规工艺,污泥,曝气池,曝气转盘,污水中的污染物质是多种多样的，因此不可能只用一种方法就可以将所有的污染物都去除干净，往往需要集中处理方法的组合以达到预期净化效果与排放标准。根据处理程度的不通，废水处理系统可以分为一级处理、二级处理和三级处理。一级处理主要解决悬浮固体、胶态固体、悬浮油类等污染物的分离，多采用物理法。一级处理通常是二级处理的预处理。,污水处理系统,二级处理主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质（即BOD、COD物质），多采用较为经济的生物处理法。它往往是废水处理的主体部分。经二级处理后，一般均可以达到排放标准。三级处理是在一级、二级处理后，进一步处理难降解有机物、氮和磷等可溶性无机物等。处理后的水质可以达到工业用水和生活用水的标准。,