《环境污染与防治专业基础与实务(中级)》考试资料.doc
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1、1.水循环基本原理 最好的沉淀1.水循环是指大自然的水通过蒸发、植物蒸腾、水汽输送、降水、地表径流、下渗、地下径流等环节,在水圈、大气圈、岩石圈、生物圈中进行连续运动的过程。水循环分为大循环和小循环。从海洋蒸发出来的水蒸气,被气流带到陆地上空,凝结为雨、雪、雹等落到地面,一部分被蒸发返回大气,其余部分成为地面径流或地下径流等,最终回归海洋。这种海洋和陆地之间水的往复运动过程,称为水的大循环。仅在局部地区(陆地或海洋)进行的水循环称为水的小循环。环境中水的循环是大、小循环交织在一起的,并在全球范围内和在地球上各个地区内不停地进行着。影响水循环的因素很多。自然因素主要有气象条件(大气环流、风向、风
2、速、温度、湿度等)和地理条件(地形、地质、土壤、植被等)。人为因素对水循环也有直接或间接的影响。2.废水的来源与特性根据来源不同,废水可分为生活污水和工业废水两大类。生活污水是人们在日常生活中所产生的废水,主要包括厨房洗涤、冲洗厕所和洗浴等污水。工业废水是在工业生产过程中所排出的废水。工业废水分为生产污水和生产废水,生产废水是指较清洁,不经处理即可排放或回用的工业废水(例如冷却水)。而那些污染较严重,须经过处理后方可排放的工业废水就称为生产污水。废水的特性生活污水的特性:水质比较稳定、混浊、深色、具恶臭、微碱,一般不含有毒物质,但常含植物营养物质,且含有大量细菌、病毒、寄生虫卵。工业废水的水量
3、及水质污染量很大,它是最重要的污染源,具有以下几个特点:)排放量大,污染范围广,排放方式复杂 工业生产用水量大,相当一部分生产用水中都携带原料、中间产物、副产物及终产物等排出厂外。工业企业遍布全国各地,污染范围广,不少产品在使用中又会产生新的污染。如全世界化肥施用量约5亿t,农药200多万吨,使遍及全世界广大地区的地表水和地下水都受到不同程度的污染。工业废水的排放方式复杂,有间歇排放,有连续排放,有规律排放和无规律排放等,给污染的防治造成很大困难。)污染物种类繁多,浓度波动幅度大 由于工业产品品种繁多,生产工艺也各不相同,因此,工业生产过程中排出的污染物也数不胜数,不同污染物性质有很大差异,浓
4、度也相差甚远。)污染物质毒性强,危害大 被酸碱类污染的废水有刺激性、腐蚀性,而有机含氧化合物如醛、酮、醚等则有还原性,能消耗水中的溶解氧,使水缺氧而导致水生生物死亡。工业废水中含有大量的氮、磷、钾等营养物,可促使藻类大量生长耗去水中溶解氧,造成水体富营养化污染。工业废水中悬浮物含量很高,可达3000mg/L,为生活废水的10倍。 )污染物排放后迁移变化规律差异大 工业废水中所含各种污染物的性质差别很大,有些还有较强毒性,较大的蓄积性及较高的稳定性。一旦排放,迁移变化规律很不相同,有的沉积水底,有的挥发转入大气,有的富集于生物体内,有的则分解转化为其他物质,甚至造成二次污染,使污染物具有更大的危
5、险性。)恢复比较困难 水体一旦受到污染,即使减少或停止污染物的排放,要恢复到原来状态仍需要相当长的时间。 污染物种类及水质指标废水中的污染物种类大致可如下区分:固体污染物、需氧污染物、营养性污染物污染物、有毒污染物、油类污染物、生物污染物、感官性污染物和热污染等。 为了表征废水水质,规定了许多水质指标。主要有有毒物质、有机物质、悬浮物总数、pH值、色度、温度等。一种水质指标可能包括几种污染物;而一种污染物也可以属于几种水质指标。(一) 固体污染物 固体污染物常用悬浮物和浊度两个指标来表示。 悬浮物是一项重要水质指标,它的存在不但使水质浑浊,而且使管道及设备阻塞、磨损,干扰废水处理及回收设备的工
6、作。由于大多数废水中都有悬浮物,因此去除悬浮物是废水处理的一项基本任务。浊度是对水的光传导性能的一种测量,其值可表征废水中胶体相悬浮物的含量。 固体污染物在水中以三种状态存在:溶解态(直径小于1nm)、胶体态(直径介于1100nm)和悬浮态(直径大于100nm)。水质分析中把固体物质分为两部分:能透过滤膜(孔径约310m)的叫溶解固体(DS);不能透过的叫悬浮固体或悬浮物(路),两者合称为总固体(TS)。必须指出,这种分类仅仅是为了水处理技术的需要。(二)需氧污染物 废水中能通过生物化学和化学作用而消耗水中溶解氧的物质,统称为需氧污染物。绝大多数的需氧污染物是有机物,无机物主要有Fe、Fe2+
7、、S2-、CN等。因而在一般情况下,需氧物即指有机物。由于有机物的种类非常多,现有的分析技术难以将其区分与定量。在工程实际中以下几个综合水质污染指标来描述。1生化需氧量(BOD)在有氧条件下,由于微生物的活动,降解有机物所需的氧量,称为生化需氧量。单位为单位体积废水所消耗的氧量。图1-1表示有机物氧化过程的需氧关系。合成Oc有机物(可生物降解)合成Oa呼吸(氧化)CO2,H2O,能,NH3新细胞残存物质CO2,H2O,能,NH3自养菌Ob新细胞H2O,能,NO2-自养菌新细胞合成Od能,NO3-图1-1 好氧生物降解示意图注:1.假定有机物含有C、H、O、N元素,因P、S等极少,未予考虑; 2
8、内部呼吸产生的氨的氧化和硝化均内源呼吸消耗的氧未考虑。可见,废水中有机物的分解,一般可分为两个阶段。第一阶段(碳化阶段)是有机物中的碳氧化为二氧化碳,有机物中的氮氧化为氨的过程。碳化阶段消耗的氧量称为碳化需氧量,用La或BODu表示,其值等于Oa和Ob之和。第二阶段(硝化阶段),氨在硝化细菌作用下,被氧化为亚硝酸根和硝酸根。硝化阶段的耗氧量称为硝化需氧量,用LN或NODu表示,其值等于Oc和Od之和。上述有机物生化耗氧过程与温度、时间有关。在一定范围内温度越高,微生物活力越强,消耗有机物越快,需氧越多;时间越长,微生物降解有机物的数量和深度越大,需氧越多。由于温带地区地面平均温度接近于20,故
9、在实际测定生化需氧量时,温度规定为20。此时,一般有机物需20天左右才能基本完成第一阶段的氧化分解过程,其需氧量用BOD20表示,它可视为完全生化需氧量La。在实际测定时,20天仍嫌太长,一般采用5天作为测定时间,称为BOD5。各种废水的水质差别很大,其BOD20与BOD5相差悬殊,但对某一种废水而言,比值相对固定,如生活污水的BOD5约为BODu的0.7左右。因此把20,5天测定的BOD5作为衡量废水的有机物浓度指标。 BOD5作为有机物浓度指标,基本上反映了能被微生物氧化分解的有机物的量,较为直接、确切地说明了问题。但仍存在一些缺点:(1)当污水中含大量的难生物降解的物质时,BOD5测定误
10、差较大;(2)反馈信息太慢,每次测定需5天,不能迅速及时指导实际工作;(3)废水中如存在抑制微生物生长繁殖的物质或不含微生物生长所需的营养时,将影响测定结果。2化学需氧量(COD) 化学需氧量是指在酸性条件下,用强氧化剂将有机物氧化为CO2、H20所消耗的氧量。氧化剂一般采用重铬酸钾。由于重铬酸钾氧化作用很强,所以能够较完全地氧化水中大部分有机物和无机性还原物质(但不包括硝化所需的氧量),此时化学需氧量用CODcr或COD表示。如采用高锰酸钾作为氧化剂,则写作CODMn。与BOD5相比,COD能够在较短的时间内(规定为2h)较精确地测出废水中耗氧物质的含量,不受水质限制。缺点是不能表示可被微生
11、物氧化的有机物量,此外废水中的还原性无机物也能消耗部分氧,造成一定误差。如果废水中各种成分相对稳定,那么COD与BOD之间应有一定的比例关系。一放说来,CODCrBOD20BOD5C0DMn其中BOD5COD比值可作为废水是否适宜生化法处理的一个衡量指标。比值越大,越容易被生化处理。般认为BOD5COD大于0.3的废水才适宜采用生化处理。3总需氧量(TOD)有机物主要元素是C、H、O、N、S等。在高温下燃烧后,将分别产生CO2、H2O、NO2和SO2,所消耗的氧量称为总需氧量TOD。TOD的值一般大于COD的值。TOD的测定方法是:向氧含量已知的氧气流中注入定量的水样,并将其送入以铂为触媒的燃
12、烧管中,在900高温下燃烧,水样中的有机物即被氧化消耗掉氧气流中的氧气,剩余氧量可用电极测定并自动记录。氧气流原有氧量减去剩余氧量即得总需氧量TOD。TOD的测定仅需几分钟。4.总有机碳(TOC)有机物都含有碳,通过测定废水中的总含碳量可以表示有机物含量。总有机碳(TOC)的测定方法是:向氧含量已知的氧气流中注入定量的水样,并将其送入以铂为触媒的燃烧管中,在900高温下燃烧,用红外气体分析仪测定在燃烧过程中产生的CO2量,再折算出其中的含碳量,就是总有机碳T0C值。为排除无机碳酸盐的干扰,应先将水样酸化,再通过压缩空气吹脱水中的碳酸盐。TOC的测定时间也仅需几分钟。(三)营养性污染物废水中所含
13、的N和P是植物和微生物的主要营养物质。当废水排入受纳水体,使水产N和P的浓度分别超过0.2和0.02mg/L时,就会引起受纳水体的富营养化,促进各种水生生物(主要是藻类)的活性,刺激它们的异常增殖,这样会造成系列的危害。 藻类占据的空间越来越大,使鱼类活动空间越来越小,衰死藻类将沉积水底,增加水体有机物量。 藻类种类逐渐减少,从以硅藻和绿藻为主转为以迅速繁殖的蓝藻为主,蓝藻不是鱼类的良好饲料,并且有些还会产生出毒素。 藻类过度生长,将造成水中溶解氧的急剧减少,使水体处于严重缺氧状态,造成鱼类死亡,水体腐败发臭。N的主要来源是氮肥厂、洗毛厂、制革厂、造纸厂、印染厂、食品厂和饲养厂等。P的主要来源
14、是磷肥厂和含磷洗涤剂等。生活污水经普通生化法处理,也会转化出无机的P和N等。此外BOD、温度、维生素类物质也能促进和触发营养性污染。(四)酸碱污染物酸碱污染物主要由工业废水排放的酸碱以及酸雨带来。水质标准中以pH值来反映其含量水平。酸碱污染物使水体的PH值发生变化,破坏自然缓冲作用,抑制微生物生长,妨碍水体自净,使水质恶化、土壤酸化或盐碱化。各种生物都有自己的PH适应范围,超过该范围,就会影响其生存。对渔业水体而言,pH值不得低于6或高于9.2,当pH值为5.5时,一些鱼类就不能生存或生殖率下降农业灌溉用水的pH值应为6.58.5。此外酸性废水也对金属和混凝土材料造成腐蚀。(五)有毒污染物废水
15、中能对生物引起毒性反应的化学物质,称有毒污染物。工业上使用的有毒化学物已经超过12000种,而且每年以500种的速度递增。毒物是重要的水质指标,各类水质标难对主要的毒物都规定了限值。废水中的毒物可分为三大类:无机化学毒物、有机化学毒物和放射性物质1无机化学毒物无机化学毒物包括金属和非金属两类。金属毒物主要为汞、铬、镉、铅、锌、镍、铜、铁、锰、放、钒、钼和铋等,特别是前几种危害更大。如汞进入人体后被转化为甲基汞,在脑组织内积累,破坏神经功能,无法用药物治疗,严重时能造成死亡。镉中毒时引起全身疼痛、腰关节受损、骨节变形,有时还会引起心血管病。金属毒物具有以下特点:不能被微生物降解,只能在各种形态间
16、相互转化、分散,如无机汞能在微生物作用下,转化为毒性更大的甲基汞;其毒性以离子态存在时最严重,金属离子在水中容易被带负电荷的胶体吸附,吸附金属离子的胶体可随水流迁移,但大多数会迅速沉降,因此重金属一般都富集在排污口下游一定范围内的底泥中;能被生物富集于体内,既危害生物,又通过食物链危害人体。如淡水鱼能将汞富集1000倍、镉300倍、铬200倍等;重金属进入人体后,能够和生理高分子物质如蛋白质和酶等发生作用而使这些生理高分子物质失去活性,也可能在人体的某些器官积累,造成慢性中毒,其危害,有时需1020年才能显露出来。重要的非金属毒物有砷、硒、氰、氟、硫、亚硝酸很等。如砷中毒时能引起中枢神经紊乱,
17、诱发皮肤癌等。亚硝酸盐在人体内还能与仲胺生成亚硝胺,具有强烈的致癌作用。必须指出的是许多毒物元素,往往是生物体所必需的微量元素、只是在超过一定限值时才会致毒。2有机化学毒物这类毒物大多是人工合成有机物,难以被生化降解,并是大多是较强的三致物质(致癌、致突变、致畸),毒性很大。主要有:农药(DDT、有机氯、有机磷等)、酚类化合物、聚氯联苯、稠环芳烃(如苯并芘)、芳香族氨基化合物等。以有机氯农药为例,首先其具有很强的化学稳定性,在自然环境中的半衰期为十几年到几十年,其次它们都可能通过食物链在人体内富集,危害人体健康。如DDT能蓄积于鱼脂中,浓度可比水体中高12500倍。3放射性物质放射性是指原子核
18、衰变而释放射线的物质属性。主要包括X射线、射线、射线、射线及质子束等。废水中的放射性物质主要来自铀、镭等放射性金属生产和使用过程,如核试验、核燃料再处理、原料冶炼厂等。其浓度一般较低,主要引起慢性辐射和后期效应,如诱发癌症、对孕妇和婴儿产生损伤,引起遗传性伤害等。(六)油类污染物油类污染物包括“石油类”和“动植物油”两项。油类污染物能在水面上形成油膜,隔绝大气与水面,破坏水体的复氧条件。它还能附着于土壤颗粒表面和动植物体表,影响养分的吸收和废物的排出。当水中含油0.010.1mg/L,对鱼类和水生生物就会产生影响。当水中含油0.30.5mg/L就会产生石油气味,不适合饮用。(七)生物污染物生物
19、污染物主要是指废水中的致病性微生物,它包括致病细菌、病虫卵和病毒。未污染的天然水中细菌含量很低,当城市污水、医院污水等排入后将带入各种病原微生物。如生活污水中可能会有能引起肝炎、伤寒、霍乱、痢疾、脑炎的病毒和细菌以及蛔虫卵和钩虫卵等。生物污染物污染的特点是数量大,分布广,存活时间长,繁殖速度快。必须予以高度重视。水质标准中的卫生学指标有细菌总数和总大肠菌群数两项。后者反映水体中动物粪便污染的状况。(八)感官性污染物废水中能引起异色、浑浊、泡沫、恶臭等现象的物质,虽无严重危害,但能引起人们感官上的极度不快,被称为感官性污染物。对于供游览和文体活动的水体而言,感官性污染物的危害则较大。异色、浑浊的
20、废水主要来源于印染厂、纺织厂、造纸厂、焦化厂、煤气厂等。恶臭废水来源于炼油厂、石化厂、橡胶厂、制药厂、屠宰厂、皮革厂等。当废水中含有表面活性物质时,在流动和曝气过程中将产生泡沫,如造纸废水、纺织废水等。各类水质标准中,对色度、臭味、浊度、漂浮物等指标都作了相应的规定。(九)热污染废水温度过高而引起的危害,叫做热污染,热污染的主要危害有以厂几点。由于水温升高,使水体溶解氧浓度降低,相应的亏氧量随之减少,故大气中的氧向水体传递的速率也减慢;另一方面,水温升高会导致生物耗氧速度加快,促使水体中溶解氧更快被耗尽,水质迅速恶化,造成鱼类和水生生物因缺氧而死亡。由于水温升高,加快藻类繁殖,从而加快水体富营
21、养化进程。由于水温升高,导致水体中的化学反应加快,使水体的物化性质如离子浓度、腐蚀性发生变化,可能对管道和容器造成腐蚀。由于水温升高,加速细菌生长繁殖,增加后续水处理的费用。如取该水体作为给水水源,则需要增加混凝剂和氯的投加量,且使水中的有机氯化物量增加。水污染对人类的危害水是人们生活和生产中必不可少的物质,水的质量直接影响人体健康,由于水是自然环境中化学物质迁移、循环的重要介质,人类活动产生的污染物很大一部分以水溶液的形式排放。所以化学物质容易进入水体,并产生以下危害: 一、介水传染病病原体可随人畜粪便污水及其它污染进入水体,引起细菌、病毒、寄生虫等污染,导致介水传染的传播流行。一些有害物质
22、如铜、锌、镍、氰化物等进入环境后又毒害水体中的微生物群,从而阻碍水中有机物的无机化过程,影响水体的自净能力,使水的感官状恶化,水体污染还可使水生物的种群优势发生改变,甚至使一些水生物绝迹。 二、急慢性中毒当饮水中有害物质超过允许浓度时,饮用后就可能产生急性或慢性中毒,如氰化物在水中含量过高,饮后就会产生急性中毒,表现为细胞内窒息。如水中甲醇含量过高时,饮后会引起双目失明。但环境污染物常常是低浓度的,长期反复作用于人体,使机体抵抗力和一般健康状况低下,并造成人群中慢性疾病的发病率和死亡率增加,另外环境毒物有的也可在体内畜积引起慢性中毒。 三、致突变、致癌和致畸作用水中比较常见的致突变物质有氯化甲
23、烷、溴化甲烷、溴仿、1,2-二氯乙烷、氯丹、丙烯腈、苯并(A)芘、氯乙烯、芘、四氯乙烯等,而四氯乙烯、氯仿、氯丹、林丹、狄氏剂、艾氏剂、四氯化碳、苯并(A)芘、丙烯腈等到具有潜在的致癌作用。国内外一些调查和研究发现,长期接触或饮用受致突变、致癌物质污染的水,可能使当地人群中一些癌症的发病率增高。如对纽约州7个县的调查表明饮水中氯化有机物的存在可使胃肠道癌和泌尿道癌死亡增高。我国台湾省西南沿海地区的调查发现,当地皮肤癌发病率与饮水中砷浓度具有剂量反应关系,近年来对我国松花江污染的研究中发现:松花江水体中含有260多种有机物污染,江水浓集物具有明显的致突变性,长期饮用江水的哈尔滨市居民中胃肠道恶性
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