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1、一、水体污染的概念,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体的环境容量，从而导致水体的物理、化学、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。,一般情况，影响水体生态平衡的关键是水中的DO。,第二章 水体污染与自净,第一节 水体污染及其危害,影响水中氧平衡的因素,（1）有机污染的进入；（2）影响大气复氧的物质；（3）热污染。,其他影响水体生态平衡造成水体污染的因素：（1）有毒物；（2）酸碱物污染；（3）悬浮污染；（4）NP营养性污染。,一、水体的自净概念 指水体在流动中或随着时间的推移，水体中的污染物自然降低的现象。通过化学作用和生物作用对水体中有机物的氧化
2、分解，使污染物质浓度衰减，是水体自净的主要过程。可以用两个相关的水质指标来描述水体的自净过程。一个是生化需氧量BOD，该值越高说明有机物含量越多，水体受污染程度越严重；另一个是水中溶解氧DO，它是维持水生物生态平衡和有机物能够进行生化分解的条件。,第二节 水体自净,水体自净的过程十分复杂，受很多因素的影响。从机理上看，水体自净主要由下列几种过程组成：1）物理过程：其中包括稀释、扩散、挥发、沉淀等过程；2）化学和物理化学过程：其中包括氧化、还原、吸附、絮凝、中和、络合等反应过程；3）生物学和生物化学过程：进入水体中的污染物质，被水生生物吸附、吸收、吞噬消化等过程，特别是有机物质，由于水中微生物的
3、代谢活动而被氧化分解并转化为无机物的过程。,被污染的水体都是自净水体！但自净恢复的程度不同，或称污染现状不同。,衡量水体污染与自净的指标,水体外观、化学指标、生物种类、数量及比例关系、溶解氧等等,山东小清河,水体外观,外观特征：混浊程度、颜色及气味等原 因：水中细菌种类数量、悬浮物种类数量,二、废水在水体中的稀释和扩散,1）稀释机理：污染物质进入水体后,存在两种运动形式：推流(平流)：由于水流的推动而产生的沿着水流前进方向的运动；扩散：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。,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。
4、,推流运动 Q1v扩散运动 Q2-k d/dx 其中，v河流流速m/s 污染物质量浓度mg/m3 Q1污染物质推流量mg/m2.s Q2污染物质扩散量mg/m2.s 推流和扩散是两种同时存在而又相互影响的运动形式。由此而产生河流中污染物质的浓度从排入口往下游逐渐降低的稀释现象。,2）水体的混合稀释 影响因素主要有：(1)废水流量与河水流量的比值:此值大时，就需要通过较长的距离，才能在整个河流断面上，达到完全均匀的混合；(2)废水排放口的形式:如果废水在岸边集中排放，则完全混合所需的时间和距离较长，如果是分散地排放于河流中央，则完全混合所需时间较短；(3)河流的水文条件：如河深、流速、河道弯曲状
5、况、是否有急流、跌水等都会影响混合程度。,参与混合稀释的河水流量与河水总流量之比称为混合系数。混合系数 Q1/Q Q河水总流量mg/m2.s Q1参与混合稀释的河水流量 在完全混合断面前，混合系数1；而在完全混合的河道断面上及其下游，1。混合系数通常可采用经验数值：对于流速在的河流，取；流速较低时，取；流速较高时，取=0.9左右。,水流断面上污染物质的浓度可用下式求出:=（1q+2Q）/（Q+q）式中，计算断面上污染物质的浓度mg/L q废水流量m3/s;Q河水总流量m3/s 1废水中污染物质的浓度，mg/L 2原来河水中污染物质的浓度，mg/L,三、水体的生化自净,水体的生化自净作用：有机污
6、染物进入水体后在微生物作用下逐渐氧化分解为无机物，此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。,1）水体中氧的消耗和溶解 生化自净作用需要消耗氧，氧的消耗过程（碳化作用和硝化作用、还原性物质以及水生植物的呼吸）主要取决于排入水体的有机污染物的数量，也要考虑排入水体中氨氮的数量。,2）氧的补充和恢复途径：除了水体和废水中原来含有的氧外，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，溶于水。,BOD和DO变化曲线,由图可见，在排放口附近，水体中溶解氧含量急剧下降，这是因为此时排入的有机物较多，耗氧速度大于复氧
7、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（氧垂点）。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。如果不再受到新的污染，河水中的溶解氧会逐渐恢复到废水排入口之前的含量。,3）氧垂曲线公式 设河流经过t日后，消耗的氧量为X1，溶入的氧量为X2，河水中实际的溶解氧量为X，则XX2X1。于是，在此时间内，水中溶解氧量的实际增加速率为：,式中：L河水中的BOD值；K1耗氧速度常数。是耗氧速率。是复氧速率。复氧速率的大小与该时刻水中的溶解氧亏缺量(简称亏氧量)成正比。,亏氧量
8、是指在某一温度时水中溶解氧的平衡浓度(即该温度下的饱和溶解氧量)与实际浓度(即实际溶解氧量)之差：D=S X 那么 式中：D亏氧量 S饱和溶解氧量 K2复氧速率常数,对dt微分，可以得到亏氧量的变化速率：所以,氧垂曲线公式：或者式中，Dt一废水排入河流t日后，河水与废水混合水中的亏氧量；Do废水排入点(受污点)处河水与废水混合水中的亏氧量；La一废水排入点处河水与废水混合水的第一阶段BOD；Kl，K2分别为耗氧速度常数和复氧速度常数，Kl0.434K1；K20.434K2。,在很多情况下，人们希望找到废水排入河流后溶解氧最低的点临界点。令，就可以得到：,复氧速度常数K2与许多因素有关，其中包括
9、河流的湍急情况、水流速度、河床特征、水深、河水表面积以及水温等。K2与水温的关系可用下式表示：式中，K2（T），K2(20)分别表示温度为T和20时的K2值；是温度系数，在多数情况下，可取1.016。,例1-6：某城市污水处理厂的出水排入一河流。最不利的情况将发生在夏季气温高而河水流量小的时候。已知废水的最大流量为15000m3d，BOD540mg/L，DO2mg/L，水温25。废水排入口上游处河流最小流量为0.5 m3s，BOD53mgL，DO8mgL，水温22。假定废水和河水能瞬时完全混合，耗氧速度常数为Kl0.10d，复氧速度常数K20.17d(20)。试求临界亏氧量及其发生的时间。,四
10、、水体中细菌的衰亡,当含有一般有机物的废水排入水体后，开始时水体中的细菌会大量增加，以后就逐渐减少。微生物物种和数量变化的示意图,在此图中可分为四个区，各区特征如下：区(降解区)水质浑浊，污泥下沉或上浮；溶解氧下降；鱼类和绿藻减少、蓝绿藻蔓生、底泥中出现颤蚓等蠕虫。区(强分解区)一一水质变灰变黑，可能形成浮渣，腐败情况发生；溶解氧降至40饱和度以下乃至零，有甲烷、硫化氢逸出；细菌大量繁殖，厌氧取代好氧，物种减少，藻类极少，没有鱼，到处可见污水蝇和蚊子。,区(恢复区)水质变得较清；溶解氧在40饱和度以上，出现硝酸盐；出现真菌、浮游动物，藻类增加，苔藓植物出现，底栖生物中包括颤蚓、胎贝等介壳类以及
11、昆虫的幼虫，有一般鱼类。I和区(清洁区)水质如一般天然河流；溶解氧可高达饱和；物种增加，可发现观赏鱼类。,促使细菌在水体中死亡的原因有：(l)作为细菌食料的水体中有机物因氧化分解而逐渐减少，这对于依靠有机物生存的细菌极为不利；(2)污染水体中有大量吞食细菌的生物，如纤毛类原生动物、浮游动物等；(3)生物物理因素，如生物絮凝、沉淀等；(4)其它因素如pH、水温、日光等对细菌生活的影响很大，pH和水温若不合适，细菌会逐渐死亡，日光也具有杀菌能力。,一、水环境容量,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质的最大负荷量就称为水环境容量。水环境容量的大小与下列因素有关：1）水体特征 2）污
12、染物特征 3）水质目标,第三节 水环境保护,假如某种污染物排入某地面水体，此水体的水环境容量可用下式表示：,河流:全国407个重点监测断面中，38.1%的断面满足类水质要求，32.2的断面属、类水质，29.7%的断面属劣类水质；水系的主要污染指标是石油类、NH4+-N、挥发酚等。重点湖泊水库中，满足类水质的湖库只有1个，占3.6%；类水质的湖库有6个，占21.4%；类水质湖库有7个，占25.0%；类水质湖库有4个，占14.3%；劣类水质湖库有10个，占35.7%。许多湖泊、水库已经处于富营养化水平。,二、我国水污染状况,地下水总体水质较好，但水位总体仍呈下降趋势；海水倒灌，盐度增加。水质在基本
13、稳定的基础上也有恶化趋势，大部分城市和地区的地下水存在一定程度的点状或面状污染，污染区仍然以人口密集和工业化程度较高的城市中心区为主，超标指标有矿化度、总硬度、硝酸盐、亚硝酸盐、NH4+-N、铁、锰、氯化物、硫酸盐、pH值、氟化物、酚等。,水污染造成的经济损失,我国1996-2000年投资4500亿用于污染控制，其中40%用于水污染控制，折合450亿/年。我国水污染造成的健康损失成本至少每年为20亿美元；污染对我国渔业生产、旅游资源、供水设施及运行费用、工农业产品的质量及工业生产设施等都有巨大的不利影响，据估计每年造成的损失约为400亿美元,水污染事件,吉林石化爆炸产生的污染物硝基苯和苯对松花
14、江流域造成了巨大的环境破坏，震惊了全国，影响国际。自松花江水污染事件发生以来，在极短时间内我国向俄方提供了6台水质检测仪和150吨活性炭,2005年11月，航拍受污染的松花江,1、水污染防治的主要目标：确保地面水和地下水饮用水源地的水质，为向居民供应安全可靠的饮用水提供保证。恢复各类水体的使用功能，如自然保护区、珍稀濒危水生动植物保护区，水产养殖区,公共游泳区，海上娱乐体育活动区，工业用水取水区及盐场等，为经济建设提供水资源。保证各类水体具有良好的水质，确保水生生态系统的繁荣昌盛。,三、水污染防治,2、水污染防治的主要任务:进行区域、流域或城镇的水污染防治规划，在调查分析现今水环境质量及水资源
15、利用需求的基础上，明确水污染防治的具体任务，制订应采取的防治措施。加强对污染源的控制，包括工业污染源，城市居民区污染源，畜禽养殖业污染源，以及农田径流等面污染源，采取有效措施减少污染源排放的污染物量。,对各类废水进行妥善的收集和处理，建立完善的排水系统及污(废)水处理厂，使污(废)水排入水体前达到排放标准。加强对水环境水资源的保护，通过法律、行政、技术等一系列措施，使水环境水资源免受污染。,进行水污染防治，根本的原则是将“防”“治”“管”三者结合起来。1）改革生产工艺，减少废物排放量2）重复利用废水3）回收有用物质4）对废水进行妥善处理5）选择处理工艺与方法时，必须经济合理，并尽量采用先进技术
16、。,3、水污染防治的原则,一、污水出路,排放,工业废水（生产）,城市污水处理厂,回用,地下水回灌、市政、农牧畜业、工业,生活污水（生活）,水体（如河流）,水污染控制,给水处理,第四节 污水处理基本方法与工艺流程,1、废水处理方法 废水处理技术有物理法、化学法和生物法三大类。物理法是利用物理作用来分离废水中呈悬浮状态的污染物质，在处理过程中不改变其化学性质。例如截留、沉淀、气浮、筛网过滤、超滤、离心分离、膜分离和反渗透。,二、废水处理技术概述,化学法是利用化学反应的原理来处理水中的溶解性污染物质或胶体物质。用于化学处理方法的有：中和法、氧化还原法、混凝法、电解法、汽提法、萃取法、吹脱法、吸附法、
17、离子交换法、电渗析法等。生物法主要是利用微生物的作用，使废水中呈溶解和胶体状态的有机污染物转化为无害的物质。根据微生物的类别，目前常用的生物法可分为好氧生物处理和厌氧生物处理。好氧处理法中又有活性污泥法、生物膜法、生物氧化塘、土地处理系统等。,2、废水处理流程 按照不同的处理程度，废水处理系统可分为一级处理、二级处理、三级处理等。一级处理只去除废水中较大的悬浮物质。物理法中的大部分方法是用于一级处理的。一级处理有时也叫做机械处理。废水经一级处理后，可除掉35%的BOD和60%的SS，一般仍达不到排放要求，从这个角度上说，一级处理只是预处理。尚须进行二级处理。,二级处理的主要任务是去除废水中呈溶
18、解和胶体状态的有机物质。生物处理法是最常用的二级处理方法，比较经济有效。因此二级处理也叫生物处理或生物化学处理。通过二级处理，可大幅度去除污水中呈胶体态和溶解态的有机物，去除75%95%的BOD，出水BOD可达标排放。一般废水均能达标排放。但无法显著地去除N、P或重金属，也难以完全去除病原菌和病毒。,三级处理也称为高级处理或深度处理。当出水水质要求很高时，为了进一步去除废水中的营养物质(氮和磷)、生物难降解的有机物质和溶解盐类等，以便达到某些水体要求的水质标准或直接回用于工业及供冲厕、绿化等生活杂用，就需要在二级处理之后再进行三级处理。主要采用物理化学法实现。能够去除99%的BOD、P、SS和细菌以及95%的含氮物质，出水相当干净，无色无味，与饮用水相近。,污水一级处理工艺流程图,城市污水处理的一般流程,废水处理步骤,污水二级处理工艺流程图,某焦化厂废水处理和利用的流程,典型的污水处理流程,
