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第八章城市水污染及其控制第一节水体污染及其危害第二节城市主要水污染源第三节水体的自净作用第四节水污染综合防治一相关概念1.城市水资源指在当前技术条件下可供城市工业、郊区农业和城市居民生活需要的水资源。2.水体河流、湖泊、沼泽、水库、冰川和海洋等“贮水体”的总称。第一节水体污染及其危害3.水体污染★排入水体的某种物质的介入，超过了水体的自净能力，导致其物理、化学、生物等方面特征的改变，从而影响到水的利用价值，危害人体健康或破坏生态环境，造成水质恶化的现象。二水污染指标1.生化需氧量(BOD)在一定期间内，微生物分解一定体积水中的某些可被氧化物质，特别是有机物质，所消耗的溶解氧量，单位mg/L。BOD测定所需时间较长，一般为20天。而化工废水多由于污染物不易为微生物分解或者对微生物活动有抑制作用，不宜以BOD为指标。2.化学需氧量（COD）用强氧化剂----重铬酸钾，在酸性条件下将单位体积水中有机物氧化成CO2和H2O的耗氧量，单位mg/L。COD测定所需时间较短，不受水质限制，多作为工业废水的污染指标。3.总需氧量（TOD）有机物由C、H、N、S等元素组成，有机物完全被氧化（C、H、N、S分别被氧化成CO2、H2O、NO和SO2）的需氧量，单位mg/L。4.总有机碳(TOC)水体中有机污染物的总含碳量，单位mg/L。原理：水中有机碳高温燃烧生成CO2，用红外气体分析仪测定其含量，然后换算出C量。5.悬浮物用滤膜或滤纸过滤单位体积的水，所截留下的物质，单位mg/L。6.有毒物质指在水体中达到一定浓度就会对人体健康、水生生物生长造成危害的物质。7.pH值反映水的酸碱性的指标，此指标对维护污水处理设施的正常运行、保护生物生长和水体自净功能很重要。8.大肠菌群数单位体积水中大肠菌群的数目，单位个/升。表示水体受粪便污染的程度和作为饮用水的安全程度。三水体中主要污染物及其危害（一）无机无毒物1.颗粒状污染物包括砂粒、土粒、矿渣以及有机性颗粒状污染物质。或浮于水面形成浮渣；或沉于水底；或悬浮于水体。可能危害有：降低光的穿透能力，减弱水中植物的光合作用，降低水体自净能力；对鱼类产生危害，可能堵塞鱼鳃从而使其死亡；可能是各种污染物的载体，吸附一部分水中的其他污染物并随水流迁移。2.酸、碱、无机盐类工业部门排放的酸性或碱性废水，矿区排放的酸性水解物，这些废水相互中和或与地表物质反应产生各种盐类，从而产生无机盐类污染，主要危害是：改变水体pH值，消灭或抑制微生物生长，妨碍水体自净，危害渔业生产，严重时还会使周围土壤酸碱化；增加水中无机盐类含量、增大水的硬度。无机盐会增加水的渗透压，危害淡水生物的生长；硬度增大会增加水处理费用。3.氮、磷等植物营养盐主要来自城市生活污水和某些工业废水。氮磷等植物营养物质大量进入湖泊、水库及海湾等缓流水体，促进水生生物生长，特别是导致浮游植物异常增殖，使水体富营养化。水体富营养化的危害：藻类大量出现，降低水体透明度，危害沉水植物；藻类种类及其数量改变，蓝藻大量繁殖并成为优势种类，但其不能作为鱼类或大多数浮游生物的饵料，且有些属种有毒；藻类过度生长繁殖，大量消耗水中的溶解氧，使水体严重缺氧，危害其它生物。（二）无机有毒物1氰化物（CN）主要来自工业废水，危害：氰化物是剧毒物质，急性中毒抑制细胞呼吸，造成人体组织严重缺氧，极少量就会导致动物死亡。2砷（As）化工、有色冶金、炼焦、火电、造纸、皮革等工业生产都会排放含砷废水，危害：毒性大，会在动物体内累积，还会致癌。3重金属毒性物质，特点与危害：在天然水体中只要有微量浓度即可产生毒性效应，汞、镉产生毒性的浓度更低，在0.001-0.01mg/L以下；微生物不能降解重金属，相反地某些重金属会在微生物作用下转化为金属有机化合物，产生更大的毒性；金属离子在酸、碱条件和氧化还原条件不同的水体中的转化不同，危害也不同；地表水中的重金属可以通过生物的食物链逐渐富集而达到相当高的浓度；重金属进入人体后能够和蛋白质和酶等发生强烈作用并使后者失去活性，也可能累积在人体的某些器官中，造成慢性累积性中毒。（三）有机无毒物（耗氧物质）多属碳水化合物、蛋白质、脂肪等自然生成的有机物，易被微生物分解，向稳定的无机物转化，危害：浓度过高时，微生物大量消耗氧，导致水中溶解氧急剧减少，使鱼类和其它水生生物大量死亡。（四）有机有毒物多属于人工合成的有机物质，如农药、醛、酮、酚、高分子合成聚合物（塑料、合成橡胶、人造纤维）等，污染特征：生化特性比较稳定，不易被微生物分解；都有害于人类健康，但危害程度和作用方式不同；在某些条件下好氧微生物也可对其进行分解，从而也会消耗水中氧气，但速度较慢。（五）石油类污染物石油开采、运输、炼制和石油过程中形成的污染，危害：影响海洋生物的生长；降低海滨环境的使用价值、破坏海岸设施；影响局部地区的水文气象条件；降低海洋的自净能力。（六）放射性污染物指各种放射性核素污染物。由核工业、核动力、核武器生产和试验以及医疗、机械、科研等单位在放射性同位素应用时排放的含放射性物质的粉尘、废水和废弃物，危害：进入人体后，能在一定部位积累，严重时引起遗传变异或癌症。一工业污染源1.钢铁工业主要是焦化厂含有酚、氨、氯化物和硫化物的废水。钢铁工业的用水有：冷却水，不经处理即可排放，也可循环使用；洗涤水，含有悬浮固体颗粒、氧化物、酚、氨和铁屑以及酸性废水和乳化油类，需处理才能排放。第二节城市主要水污染源2.化学工业化学反应不完全产生的废料；副反应产生的废料；冷却水（直接冷却的含污染物质需处理，间接冷却的不需处理）；设备和管道的泄露污染特点：有毒性和刺激性。3.石油化工水量大，废水中悬浮物质少，水溶性和挥发性物质多，常含有对生物有毒的有机化合物。4.造纸工业产生大量带色废水，生化需氧量高，分解缓慢，造成水体缺氧，使所有水生生物及好氧微生物难以生存，使水腐化、发臭。5.制革工业废水碱性大，色度大，耗氧量高，悬浮物多，含多种有毒有害物质，危害动植物，污染土壤。6.纺织印染业废水量大，含染料等有色污染物，色泽深，妨碍阳光透射，对水生动植物危害都很大。二生活污染源除含有大量氮、磷等植物营养物质外，还含有大量碳水化合物、蛋白质、氨基酸、动植物脂肪、尿素、氨、肥皂、合成洗涤剂，此外还含有细菌、病毒等致病微生物。会消耗溶解氧并妨碍空气中的氧溶于水中，使水发臭变质；还会引发流行疾病。网络新闻陕西商洛河水遭污染变红，千人十里外取水—采石场污染黑龙江依兰出现饮用水污染2600余户居民受影响--从4月22日开始，依兰县依兰镇局部街区居民陆续出现腹泻、腹痛症状。据当地政府部门初步认定，此次事件是地下供水管线受到渗水井污染，导致大肠杆菌超标引起饮用水污染。截至24日17时，已有7个小区、2675户居民饮水受到影响，很多人呕吐、发烧、腹泻，小孩发病率尤其高江苏大丰自来水遭污染致数百人中毒2011年4月初，江苏大丰市一个村庄的三百户村民家中自来水出现异常，村民饮用后集体出现腹泻、呕吐等中毒症状，有数百人到医院就医，家禽、家畜也发生不同程度的病变一水体自净1.概念水体在环境容量范围内，经过自身的物理、化学、生物作用，使排入的污染物质的浓度和毒性随时间推移在向下游流动过程中自然降低。第三节水体的自净作用2.水体自净的主要过程物理过程：包括稀释、混合、扩散、挥发、沉淀等作用；化学及物理化学过程：污染物质通过氧化、还原、吸附、凝聚、中和等反应浓度降低；生物化学过程：有机污染物由于水中微生物的代谢活动被分解、氧化并转化为无害和稳定的无机物，从而浓度降低。河流自净作用的场所：1河水与大气之间：CO2、H2S等气体的扩散；2河水中：污染物的稀释、扩散、氧化、还原等；3河水与底质间：悬浮物的沉淀、底泥吸附等；4河流底质中：底质中微生物对有机物的分解。二物理自净过程包括稀释、挥发、沉淀等挥发和沉淀都能使污染物脱离水体，而稀释只是改变了污染物浓度，并不能去除污染物。稀释作用的强弱与污染物和水体的流量及两者的混合程度都有关。污染物在水体中的稀释有两种运动方式：沿水流方向的运动（推流/平流）；污染物从高浓度处向低浓度处的迁移（扩散）。推流运动的强弱与水流速度正相关；扩散运动的强弱主要取决于水中污染物质的浓度差及水体的扩散系数：扩散系数的大小与河流的弯曲程度、河床底部粗糙程度、流速、污染物排放情况等有关。三化学自净过程包括氧化、还原、分解、中和、凝聚等作用酸、碱废水排入天然水体后，会与水中的长石、粘土、石灰岩、白云石、硅石等反应，生成各种盐类；在微生物的促进作用下，氰化物在水中与CO2作用生成氰化氢气体逸散入大气，或与溶解氧作用生成铵离子和碳酸根；蛋白质等则在细菌的作用下，先被氨化，然后经硝化（硝酸）或反硝化（氮气）作用去除。四生物自净过程有机污染物在生物作用下的降解（生物体是水体自净过程中最活跃、最积极的因素）。有机污染物进入水体后，在其它条件都适宜时，微生物必将增殖，消耗氧气降解有机物。同时水生植物通过光合作用放出氧气，水面的复氧作用使水体中的氧得到补充；若排入水体的有机物未超过水体环境容量（即自净能力），水体中溶解氧含量会始终在允许范围内，有机物被好氧分解；若有机物量超过水体环境容量，大量地夺取水中的溶解氧，水体就会缺氧，有机物转入厌氧分解，产生硫化氢、甲烷等，水质变差，腐化发臭。五氧垂曲线水体自净过程中，复氧和耗氧同时进行，溶解氧的变坏状况反映了水体中有机污染物的净化过程，因而把溶解氧作为水体自净标志。受到污染后，水体中的溶解氧逐渐被消耗，到临界点后又逐步回升耗氧曲线氧垂曲线复氧曲线最大缺氧点若Cp点的溶解氧量大于规定值，污水排放量未超过水体的自净能力，有机物进行好氧分解；若排入的有机污染物过多，超过水体自净能力，则Cp点溶解氧含量低于规定的最低值，甚至在排放点下的某一段会出现无氧状态，此时氧垂曲线中断。无氧情况下，水中有机物因厌氧微生物作用进行厌氧分解。六水环境容量水环境可以容纳的污染物的量，即水环境对污染物的最大负荷量。不同水环境对各种污染物的容纳量不同，取决于三个因素：1该水环境单元的自身的物理、化学、生物特性；2污染物的特性；3人及生物机体对该污染物的忍受能力自净能力一水污染综合防治基本原则1.提高水资源利用率与水污染治理相结合2.合理利用环境自净能力与人为治理措施相结合3.污染源分散治理与区域污染集中控制相结合4.技术措施与管理措施相结合第四节水污染综合防治二污水处理概述1.物理法重力分离、过滤、气浮、离心分离、反渗透法重力分离：利用污染物和水比重不同，借重力沉降或上浮作用分离污染物，处理设备有沉砂池、沉淀池和隔油池等；过滤法：利用过滤介质截留污水中的悬浮物；气浮（浮选）：将空气通入水中，以微小气泡形式从水中析出成为载体，使密度相对较小的颗粒状污染物（如乳化油）粘附在气泡上，随气泡上升至水面，形成泡沫，从而从水中分离；离心分离法：污水高速旋转时，因悬浮颗粒和水重力不同，质量大的被甩到外围，小的则留在内圈，从而分离；反渗透：利用特殊的半渗透膜，在一定压力下，将水分子挤压过去，溶解于水的污染物质被膜截留。用于海水淡化、含重金属的废水处理及污水的深度处理。2.化学法包括化学沉淀、混凝、中和和氧化还原法等。化学沉淀法：向污水中投加某种化学物质，使其与污水中的溶解性物质发生反应，生成难溶于水的沉淀物，以降低污水中溶解物质的方法，常用于含重金属、氰化物等工业污水的处理；混凝法：水中呈胶体状态的物质通常都带有负电荷，胶体颗粒之间互相排斥形成稳定的混合液，向水中投加带有相反电荷的电解质；中和法：用于处理酸性和碱性废水；氧化还原法：废水中呈溶解状态的有机或无机污染物，在投加氧化剂或还原剂后，发生氧化或还原作用，使其转化为无害物质。3.物理化学法萃取（液—液）法：将不溶于水的溶液投入污水之中，使污水中的溶质溶于溶剂中，然后利用溶剂与水的比重查，将溶剂分离出来；吸附法：利用多孔性固体物质，使污水中的一种或多种物质吸附在固体表面而去除；