矿山水污染及其控制课件.ppt
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1、1,水污染及其防治,环境工程(第四专题),2,水是地球上一切生命赖以生存、也是人类生活和生产中不可缺少的基本物质之一。20世纪以来,由于世界各国工农业的迅速发展,城市人口的剧增,缺水已是当今世界许多国家面临的重大问题,尤其是城市缺水状况越来越加剧。因此水资源问题已成为举世瞩目的重要问题之一。,3,4,5,6,7,8,本专题主要内容,9,1 水资源开发利用现状,1.1 水资源及其重要作用,1.1.1 水资源,定义,通常是指可供人们经常可用的水量,即大陆上有大气降水补给的各种地表、地下淡水体的储存量和动态水量。,可供人类直接利用的水资源是十分有限的,10,地球上水资源的分布,11,12,1.1.2
2、 水循环,13,1.1.3水资源的重要作用,调节气候 水磨塑造地球表面的形态 水具有物质运输的功能 水是一切生物必不可少的物质水是人类生存和生产最基本的物质基础,14,1.1.4影响水资源丰缺的主要因素,地理位置:降水是水资源的最主要来源,常以年平均降水量与年平均蒸发量之比(P/E)来判断一个地区湿润程度。全球不同纬度地带的P/E值相差很大:,15,水资源分布状况,16,地形条件:在同一地区,海拔越高,气温越低,大气湿度越大,降水量越大。,土壤和植被:土壤和植被也是影响一个地区水分入渗、蒸发、径流、降水各个循环环节的重要因素。,17,积极,消极,人类活动对于水资源的影响,兴修水利,拦蓄径流,植
3、树造林,保持水土,跨流域调水,可以改善一个地区的水资源状况。,不合理地开发利用水土资源,使植被遭到破坏,土壤受到侵蚀,气候逐年变得干燥,土地荒漠化,生态条件恶化以及过多水体污染排放,必然造成水资源的衰减。,18,1.2世界水资源的利用状况,19,1.2.2世界水资源供给与利用 全球水资源总量为47000km3,但在全球分布不均匀,各国相差很大。世界用水量每年以3%5%的速度递增,即每20年左右增长一倍。到2000年,世界总用水量达到6000亿m3,占世界总水量的15%。,20,生活用水量只占总用水量的一小部分,只占河川径流量的7%,但随着人类生活水平的提高,生活用水量在不断增长。在工业用水中,
4、主要是能源部门的冷却用水量大,农业用水的耗水量主要是灌溉用水。,工业冷却用水,农业生产用水,21,1.2.3水危机产生的原因,自然条件的影响 城市与工业区集中发展 水体污染 用水浪费 盲目开发地下水,22,1.2.4我国水资源利用的主要问题 水资源人均和亩均水量少 水资源时空分布不均匀,水土资源组合不平衡 水土流失严重,许多河流含沙量大 我国水资源开发利用各地不平衡,23,地表水位下降示意图,24,由于过量开发地下水,导致上海、天津市都发生了严重的地面下沉。一些沿海城市出现了海水入侵,使地下水含盐量过高,失去饮用价值。,25,1.3 水资源利用与保护,随着人口的增长,城市化、工业化以及灌溉对水
5、需求的日益增加,21世纪将出现用水紧缺问题。在可供淡水有限的情况下,应积极采取措施保护宝贵的资源。一般采用以下几种措施:(1)提高水的利用效率,开辟第二水源(2)调节水源流量,增加可靠供水(3)加强水资源管理(4)完善下水道建设,发展城市污水处理厂,26,2.1.1水体概念与分类,2 水体污染和主要污染物,水体系河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、冰川和海洋等“贮水体”的总称。在环境科学领域中,水体不仅包括水,而且还包括水中的悬浮物、底泥及水中生物等。从自然地理的角度看,水体是指地表水被覆盖的自然综合体。,2.1水体污染,概念,分类,27,2.1.2水体污染,概念,水体污染是指排入水体的污染物在数
6、量上超过了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特性、化学特性和生物特性发生不良的变化,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。,28,分类,自然污染:,人为污染:,按产生原因分,如矿石的自然溶解,对水体危害大,搂污染物类型分,化学性污染,物理性污,生物性污染,29,2.1.3水质(污染)指标,COD:即化学需氧量,指用化学氧化剂氧化水中有机污染物时所需的氧量,以每升水消耗氧的毫克数表示。BOD:即生物化学需氧量,简称生化需氧量,表示在有氧条件下,好氧微生物氧化分解单位体积水中有机物所消耗的游离氧的数量。,30,TOD:当有机物完全被氧
7、化时,C、H、N、S分别被氧化为CO2、H2O、NO和SO2,此时的需氧量称为总需氧量(TOD)。TOC:表示的是污水中有机污染物的总含碳量。DO:水中氧溶解的量。该指标是水生生物生存的基本条件,一般含量低于4mg/L时鱼类就会窒息死亡。,31,悬浮物:指水中呈固体状的不溶解物质。细菌污染指标:在水处理工程中,对污水进行细菌分析主要用两种指标表示水体被细菌污染的程度:1ml水中细菌(杂菌)的总数与水种大肠菌的多少。水中含有大肠菌,即说明已被污染。有毒物质指标:我国已制定了“地面水中有害物质的最高允许浓度”的指标,列出汞、隔、铅、铬铜、锌、镍、砷、氰化物、氟化物、挥发性酚、石油类、六六六、DDT
8、等40种有毒物质,32,2.2水体中的主要污染物,(1)无机无毒物 无机无毒物主要指排入水体中的酸、碱及一般的无机盐类。其大致可以分为三种类型:一是属于砂粒、矿渣一类的颗粒状的物质;二是酸、碱无机盐类、三则是氮、磷的植物营养物质。,33,(2)无机有毒物 这类污染物可分为两类:重金属如Pb、Hg、Cd、Cr等与非金属的无机毒性物质如氰化物、砷、硒等。,喝了含砷的地表水而中毒的孩子,34,(3)有机无毒物有机无毒物主要指需氧有机物。有机污染物排入河流后,主要引起两个方面的影响,一是生态效应,一是溶解氧效应。,(4)有机有毒物 这类物质多属于人工合成的有机物质,往往含量低,毒性大,异构体多,毒性大
9、小差别悬殊。,35,(5)水体中的其他污染物 另外的污染物像石油类污染物,还有如火电站和原子能发电站大量的热废水排入水体造成的热污染;原子能反应堆、原子能电站等排泄物又引起水体的放射性污染。,36,37,2.3水体自净作用,(1)物理自净:稀释、扩散、挥发、沉淀等(2)化学自净:氧化、还原、吸附、凝聚、中和等(3)生物自净:微生物分解代谢等,水体能够在其环境容量的范围以内,经过水体的物理、化学和生物作用,使排入污染物质的浓度和毒性随着时间的推移在向下游流动的过程中自然降低,称为水体的自净作用。,概念,分类,按作用机理分,38,3.1水体中有机物的生物降解 有机物在水中的降解主要通过化学氧化、光
10、化学氧化和生物化学氧化来实现,其中生物化学氧化作用具有最重要的意义。3.2水体中重金属的转化 重金属化合物在水中不能被微生物降解,只能发生形态间的相互转化及分散和富集过程。这些过程通称重金属迁移。重金属在水体中的迁移主要与沉淀、络合、螯合、吸附和氧化还原等作用有关。,3水体中污染物的转化,39,3.3水体富营养化,(1)富营养化的发生,云南滇池发生蓝藻,水体发生富营养化,40,(2)富营养化的危害与防治 富营养化发生后,将先引起水底有机物消耗速度超过其生长速度,处于腐化污染状态,并逐渐向上层扩展,在严重时可使一部分水体区域完全变为腐化区。这样,由富营养而引起有机体大量生长的结果,倒过来又走向反
11、面,藻类、植物及水生物、鱼类趋于衰亡以至绝迹。这些现象可能周期性地交替出现,破坏生态平衡并且加速湖泊等水域衰亡过程。,41,42,对污染源、水体及处理设施的有效管理。,4 水污染防治,防,通过有效控制使污染源排放的污染物量降到最小,4.1水污染防治的原则,对污水进行妥善处理,确保在排入水体前达到相关排放标准;,治,管,“防”、“治”、“管”相结合,根本原则,43,4.2污水处理技术概述 一般废水的处理方法大致可分为物理法、化学法、物理化学法以及生物法四大类。,4.2.1物理处理法 是利用物理作用,将废水中的悬浮物、油类、可溶性盐以及其他固体质分离出来,从而保护后续处理设施能正常运行,降低其他处
12、理设施的处理负荷。,44,调节:在废水治理装置之前设置调节池,用来调节废水的水质、水量和温度等,使之均衡地流入处理装置。如将酸性废水和碱性废水在调节池内进行混合,同时还可以达到调节PH值的目的,使废水得到中和。,45,沉淀:水中悬浮颗粒的去除,可通过颗粒和水的密度差,在重力作用下进行分离。密度大于水的颗粒将下沉,小于水的则上浮。沉淀法一般只适于去除20100um以上的颗粒(与颗粒的性质和比重有关)。,46,过滤:以具有孔隙的粒状滤料层,如石英砂等,截留水中的杂质从而使水获得澄清的工艺过程。离心分离:利用高速旋转所产生的离心力,使废水中的悬浮颗粒进行分离,用于水处理中的离心分离设备有:离心机、水
13、力旋流器及旋流池等。,47,48,4.2.2化学处理法,原理:向废水中投加某种化学物质,利用化学反应来分离、回收废水中的某些污染物质,或使其转化为无害的物质。处理对象:废水中的无机或难以生物降解的有机溶解物质或胶体物质。主要方法:化学混凝法、中和法,化学沉淀法和氧化还原法等。,49,4.2.2化学处理法,中和法对酸性废水中和处理的方法:酸性废水和碱性废水混合、投药中和、过滤中和。对碱性废水中和处理的方法:鼓入烟道气;注入压缩二氧化碳气体;投入酸或酸性废水等。,50,化学混凝,处理对象:主要是水中的微小悬浮物和胶体杂质。混凝剂种类:无机混凝剂:铝盐:如硫酸铝、明矾、聚合氯化铝等 铁盐:硫酸铁、硫
14、酸亚铁、三氯化铁等 有机混凝剂:人工合成的混凝剂与天然高分子物质(如甲壳素等)。混凝沉淀处理流程:投药混合反应沉淀分离,51,化学沉淀,原理:向废水中投加某些化学药剂,使其与废水中的污染物发生化学反应,形成难溶的沉淀物。工艺流程和设备:与化学混凝法相类似,包括:(A)化学药剂(沉淀剂)的配制和投加设备;(B)混合、反应设备;(C)使沉淀物与水分离的设备(如沉淀池、浮上池等)。,52,氧化还原,原理:通过氧化还原反应,将废水中的污染物质转变为无毒无害(如 CO2、H2O等)或微毒的新物质。分类:还原处理法:废水中的有毒污染物处于氧化型,用还 原剂将其转变为无毒物质的方法。氧化处理法:废水中的有毒
15、污染物处于还原型,用氧化剂将其转变为无毒物质的方法。,53,(3)物理化学处理法,吸附 吸附法是利用多孔固体物质作为吸附剂,以吸附剂的表面吸附废水中的某种污染物的方法。离子交换 利用离子交换剂的可交换离子与水相中离子进行当量交换的过程称为离子交换,也叫离子交换反应。提供离子交换的物质叫离子交换剂。,54,电渗析 电渗析最初发展于海水淡化。这对去除废水中的无机营养物(磷、氮)是很有前途的一种方法,而在废水处理流程中可以作为最后一个步骤。反渗透 反渗透技术主要用来分离水中的分子态或离子态溶解物质。它是利用某种特殊的半透膜具有能渗析水而溶质被阻留的特性来进行工作的。,55,超过滤 超过滤法简称超滤法
16、,它是与反渗透法很相似的一种膜分离技术。它同样是利用半渗透膜的选择透过性质,在一定的压力条件下,使水可以通过半渗透膜,而胶体、微小颗粒等不能通过,从而达到分离或浓缩的目的。,56,萃取(液液)法 将不溶于水的溶剂投入污水之中,使污水中的溶质溶于溶剂中,然后利用溶于水的密度差,将溶剂分离出来。再利用溶剂于溶质的沸点差,将溶质蒸馏回收,再生后的溶剂可循环使用。常采用的萃取设备有脉冲筛板塔、离心萃取机等。,57,(4)生物处理法,58,(a)活性污泥法,能除去可生物降解有机物以及能被活性污泥吸附的悬浮固体和其他一些物质,部分无机盐类。,处理城市生活污水最广泛使用的方法,59,60,61,(b)生物膜
17、法,原理:微生物附着介质“滤料”表面上,形成生物膜,污水同生物膜接触后,溶解有机污染物被微生物吸附转化为H2O、CO2、NH3 和微生物细胞质,污水得到净化,所需氧气一般直接来自大气。应用:主要用于从废水中去除溶解性有机污染物,是一种被广泛采用的生物处理方法。主要设施:生物滤池、生物转盘和生物接触氧化池。生物滤池有间歇生物滤池、普通(单层)生物滤池、塔式(多层)生物滤池等多种型式。,生物膜的基本结构和污染物降解过程,62,63,64,(c)厌氧生物处理,好氧生物处理法是在有氧条件下,由好氧微生物降解废水中有机污染物质得处理方法。污泥及某些工业废水,其有机物含量大大高于城市污水,是不宜直接采用好
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