水体污染与防治.docx

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水是生物维持生命的必要物质,没有水就没有生命,水占人体重量的65%,由此可见水对人类是多么重要。水是贵重的自然资源。地球上所的有水中,其中淡水仅占2。7%.水资源尽管可以更和通过水的循环得到补充长期利用,但是,由于不断遭到污染以及过度开采,以致可供使用的水资源日益枯竭。造成严峻的社会问题。因此防止水体污染和合理开采使用水资源,是摆在我们面前的一项极其重要而又限巨的任务。
一、水体污染
水体污染的概念
水体是指河流、湖泊、池塘、水库、沼泽、海洋以及地下水等水的聚积体。在环境学中,水体不仅包括水本身,还包括了水中的悬浮物、溶解物质、胶体物质、底质〔泥〕。
水体按其类型不同可以分成陆地水体和海洋水体以及地表水体和地下水体。一个沼泽、一条河流、,我们可以称之为黄河水体;长江,。
自然环境是一个动态平衡体系,它对其中各种物质的变化具有肯定的自动调整力量,经过体系内部一系列的连锁反响和相互作用,又会建立起的平衡。水体也有这种在肯定程度下能自身调整和降低污染的力量,通常称之为水体的自净力量。但是,当进入水体的外来杂质含量超过了这种水体自净力量时,就会使水质恶化,对人类环境和水的利用产生不良影响这就是水的污染。
1984年公布的《中华人民共和国水污染防治法》中为“水污染”下了明确的定义,即水体因某种物质的介入,而导致其化学、物理、生物或者放射性等方面特性的转变,从而影响水的有效利用,危害人体安康,或者破坏生态环境,,一是自然缘由,二是人为缘由。这里我们主要争论人为因素所造成的水体污染问题。
水体污染源
在向水体排放污染物的过程中,依据人类活动的不同形式,可以将水体污染源分成下面几种类型。
〔1〕工业污染源
各种工业生产中所产生的废水排入水体就造成了工业污染源。不同的工业所产生的工业废水中所含污染物的成分有很大差异,这是由于各种工业加工的原料不同,工艺过程不同造成的。
冶金工业(包括黑色冶金工业、有色冶金工业〕所产生的废水主要有冷却水、洗涤水和冲洗水等。冷却水中的直接冷却水由于与产品接触,其中含有油、铁的氧化物、悬浮物等;洗涤水为除尘和净化煤气、烟气用水,其中含有酚、氰、硫化氰酸盐、硫化物、钾盐、焦油悬浮物、氧化铁、石灰、氟化物、硫酸等;冲洗水中含有酸、碱、油脂、悬浮物和锌、锡、铬等。在上述废水中,含氰、酚废水危害最大。
从有色冶金工业所排出的废水中,多含汞、砷、锡、铬等元素,是水体中重金属物质的来源。此外,有色冶金遗留的大量矿渣,经雨水冲洗,流入地表和地下水中成为水体中的污染物质。
化学工业的产品很多,因此化学工业废水的成分也很简单,在废水中常含有多种有害、有毒,甚至剧毒物质,如氰、酚、砷、,但却能通过食物链在生物体内富集,造成危害,如DDT、多氯联苯等。此外,化工废水中有的具有较强的酸度,有的则显较强的碱性,PH值不稳定,这些废水对水体的生态环境、水体中的建筑设施和农作物都有危害。一些废水中含氮、磷均很高,易造成水体富养分化。
在电力工业中,电厂冷却水则是热污染源。
在炼油工业中,有大量含油废水排出,由于排放量大,常超出水体的自净力量,易形成油污染。
工业污染源向水体中排放的废水具有量大、面广、成分简单的特点,是重点解决的污染源。
(2〕城市生活污水
城市居民聚拢地区所产生的生活污水是另一类污染源。这种污染源排放的多为洗涤水、冲刷器物所产生的污水,因此,主要由一些无毒有机物,如糖类、淀粉、纤维素、油脂、蛋白质、、磷、硫较高。此外还伴有各种合成洗涤剂。它们对人体有肯定危害。在生活污水中还含有相当数量的微生物,其中一些病原体,如病菌、病毒、寄生虫等,都对人的安康有较大危害。
农村污水和浇灌水
农村污水和浇灌水是水体污染的主要来源。由于农田施用化学农药和化肥,
区、河流、水库、,由于地质溶解作用以及降水淋洗使污染物进入水体.
〔4)船舶废水
船舶在水域中航行时,会对水域造成污染,其主要污染物是油,其次还有因洗刷船舶带来的污水.
水体污染物
生活污水、畜禽饲养场、屠宰场,以及制革、洗毛和医院等排出的废水中常含有各种病原体,如病菌、病毒、寄生虫等。水体受到病原体污染,会传播疾病。历史上流行的瘟疫,有的就是水媒型传染病。水体引起的传染病主要有细菌引起的痢疾、伤寒、副伤寒、霍乱、副霍乱等;病毒引起的小儿麻痹、传染性肝炎;其它病原体引起的姜片虫病、血吸虫病、阿米巴痢疾、钩端螺旋体病等。
〔2)需氧物质污染物
所谓需氧物质污染物是指一些在食品加工、造纸等工业废水和生活污水中,含有碳水化合物、蛋白质、油脂、木质素等有机物质。这些物质以悬浮或溶解状态存在于污水中,需要通过微生物的生物化学作用而分解。在其分解过程中,需要消耗水体中的溶解氧,,,有机质将进展厌氧分解,产生硫化氢、氨和硫醇等,气味难闻,使水质进一步恶化。
〔3)有毒化学物质
有毒化学物质可以分为三类。
①重金属汞(Hg〕、镉〔Cd〕、锌〔Zn)、砷〔Ac)、硒〔Se〕和铜(Cu)等称为亲硫元素,与硫有较大的亲合力,形成硫化物。它们是水体中常见的而且是危害很大的污染物,由于简洁发生价态变化,在水中常发生各种化学反响,很不稳定。它们对人体的主要危害是,进入人体后,抑制酶的生长,、镉、铜危害较大.
②酚和氰酚类化合物,广泛含于冶金焦化、炼油、塑料、农药等工业废水中。酚类属于有较高毒性的化合物,主要破坏细胞原浆,低浓度酚使蛋白质变质,高浓度酚能使蛋白质沉淀,对各种细胞有直接损害,对皮肤和粘膜有猛烈的腐蚀作用。长期饮用含酚污染的水,可引起头昏、出疹、瘙痒、贫血和各种神经系统病症。
氰类化合物,在电镀、煤气、焦化、高炉等工业废水中均含有氰;如氰氢酸及有机氰化物都是剧毒物质。大多数氰的衍生物毒性更强,由于它们能在肌体内产生氰化氢,使细胞呼吸受到麻痹,引起窒息和死亡。
氰与酚一样,虽是很毒的污染物,但在水体中较易降解。pH值低,溶解氧高,水温高时,氰的降解较快。此外,某些细菌能引起氰的分解。
③有机氮化合物、多环芳香烃、有机氯化合物这些化学物质一般难以在水体中降解,据争论认为对人体有致癌作用。
酸性、碱性物质和盐类
各种酸、碱、盐等无机化合物进入水体,使淡水资源的矿化度增高,影响各种用水的水质。水体中酸、碱、盐等污染物的增加,主要来源有三方面:
①工业废水排入水体。
②工业废渣经雨水冲刷带入水体.
③大气降水将大气中的酸、碱、盐带入水体。
石油污染主要发生在海洋,危害是多方面的,如在水面形成油膜,阻碍了水体与大气之间的气体交换;油类粘附在鱼类、藻类和浮游生物上,致使海洋生物死亡,并破坏海鸟生活环境,,造成经济损失。
放射性污染
放射性物质主要来源是核动力装置排出的冷却水,、提炼和使用放射性物质时,因处理不当,,也可以进入物体内蓄积起来。
热污染
,温度增高,水中化学反响、生化反响的速度加快,造成水中溶解氧削减,影响鱼类的生存和生殖。例如,鳟鱼的生殖温度在14℃以下,一般水生生物生存的上限温度33~35℃。此外,水温增高还会增加一些有毒物质,如氰化物、重金属离子等毒性增加。
二、污染物在水体中的迁移转化
污染物进入水体以后会发生一系列变化,通过各种变化,污染物向以下几个方向转化。①分散在水体中;渐渐稀释;②分解和转化为其它物质;③沉淀在底泥中;④消耗水中的溶解氧,使水质恶化;⑤富养分化,污染物不同迁移转化的方式也不一样,并且污染物的迁移转化有时可以沿几个方向同时进展。例如,某一污染物质在转化为其它物质的同时也会被分散和稀释等。了解污染物在水体中迁
移转化规律格外重要,它可以帮助我们更经济、更有效地解决污染物造成的环境问题。
自然有机物的降解
进入水体的自然有机化合物,如糖类、纤维素、脂肪、蛋白质等,:首先,在细胞体外发生水解,。在有氧条件下,这些有机酸可以进展彻底氧化,其最终产物是CO,HO及NO-等;在缺氧条件下,进展
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反硝化,酸性发酵过程,其最终产物除CO和HO外,还有NH、有机酸、醇等。
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这就是有机污染物在水体中进展生物降解时的根本状况。
有机污染物对水体污染的量度——水质指标
有机质在水体中需要消耗大量溶解氧进展降解,降解的过程中释放氮、磷等养分物质,促使藻类丛生。其结果使水体通气不良,溶解氧进一步下降,引起水质恶化;鱼类大量死亡。
溶解氧〔DO〕是指溶解于水中的氧的含量,它以每升水中氧气的毫克数表示。溶解氧是水体净化的重要因素之一,溶解氧高有利于对水体中各类污染物的降解,从而使水体较快得以净化;反之,溶解氧低,,在比较清洁的河流和湖泊中,;当溶解氧在5mg/L以下时,各种浮游生物不能生存;而大多数鱼类要求溶解氧在4mg/L以上;当溶解氧在2mg/L以下时,水体就会发臭。这些数据是评定地面水,工业、农业、,5mg/L,2mg/L,作为河流、湖泊、海洋水体分级指标。我国地面水以溶解氧6mg/L、5mg/L、3mg/L、2mg/L,为分级标准.
水中溶解氧主要来源于两方面:一方面是在水体中溶解氧〔DO〕小于其溶解度时,大气中的氧溶入水体。在水体和大气之间的界面上常常进展气体交换,水体将二氧化碳排入大气,大气中的氧溶入水体。这与生物的呼吸作用格外相像,是水体中氧的主要来源。,从而消耗水中的氧,特别是有机质的降解,对氧的消耗量很大,因此,水体中不断进展着脱氧〔溶解氧削减)和复氧〔溶解氧增加〕的过程。在自然条件下,水在流淌时,复氧过程比较快速,较易补充水中氧的消耗,使水体中溶解氧保持肯定的水平,反之,在静水条件下,复氧过程缓慢,水中含氧得不到准时补充,处于嫌气状态。当工业废水和生活污水携带大量有机物质进入水体时,水体脱氧严峻,这时即使在流淌的河水中,由于复氧过程弥补不了这样大幅度的脱氧,也会消灭溶解氧快速下降,造成鱼类和需氧生物死亡及水质恶化。
由于有机污染物的降解是造成水体脱氧的主要因素,因此,水体中的有机污染物在氧化时所需氧量的多少,即可以表现出水体水质的状况。表达有机物的需氧量有两种指标:一是化学需氧量〔COD〕,另一个是生化需氧量〔BOD〕,下面分别介绍这两个指标.
化学需氧量是用氧化剂〔如重铬酸钾或高锰酸钾〕在肯定条件下氧化水中有机污染物质和一些复原物质所需的氧量,以每升水样消耗氧的毫克数表示。化学需氧量是常用的评价水质的重要指标。化学需氧量具有测定方法简便、快速的特点。氧化剂铬酸钾能较完全地氧化水中的有机物质,而且可以氧化其它复原物质。氧化剂高锰酸钾只能氧化60%左右的有机物质。两种方法都不能反映有机污染物在水中降解的实际状况,由于,两者都没有把微生物所能氧化有机物的量表示出来。因此,在争论有机物污染的水体水质时,多承受生化需氧量。
生化需氧量是指地面水体中微生物分解有机物的过程中消耗水中的深解氧的量。微生物对有机物的降解要经受肯定时间,一般地可以分为两个阶段:第一阶段,主要是有机物转化为二氧化碳、水和氨等,其次阶段则主要是氨被转化为亚硝酸盐和硝酸盐。由于氨的进一步氧化对环境影响较小,所以生化需氧量通常只指第一阶段有机物经生物化学氧化所需的氧量。水体中微生物的耗氧量受水体水温的影响。一般当水温在20℃时完成第一阶段,需20天左右的时间,因此有
时用20天生化需氧量作为检验指标,,在最初5天中,生化
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需氧量大约是第一阶段生化需氧量的70%,因此,通常以5天生化需氧量作为
检验指标,记作BOD。无论是BOD
。还是BOD
均在试管中测定,与自然水体条件
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的差异较大,因此有肯定局限性,不过相对来说仍不失为评价水质的重要指标。
生化需氧量的概念在水质治理中极为重要。例如,一般生活污水的BOD约为
5
200mg/L、工业废水的BOD可高达数千mg/L,而在20℃时水中溶解氧的饱和浓度
5
,水中的溶解氧便会很快耗尽,引起水生生物死亡及厌氧分解.
假设废水中各种有机物的组成相对稳定,那么化学需氧量与生化需氧量之间有肯定比例关系。一般地说,各需氧量之间有下面关系:COD〔重铬酸钾法〕>
BOD
>BOD>COD〔高锰酸钾法〕。并且,COD〔重铬酸钾法)与BOD
差值,可约
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略表示不能被微生物分解的有机物需氧量。
碳氢化合物的降解
石油是水体中分布广,危害较大的污染物。石油中含有烷烃和芳香烃等。石油进入水体后就浮于水面,在水面扩展、漂流。其中一局部挥发在大气中,,附着在水体中的颗粒物或水生生物上,下沉或集中,:一种是在光照下氧化,这种方式作用缓慢;另一种是依靠微生物降解,通过微生物的作用将其转化为酸类、.
重金属在水体中的转化
重金属元素在水体中的转化是通过一系列化学反响来实现的,这些反响有水解、络合、沉淀、氧化复原以及胶体化学效应等等。在反响中,重金属发生着形态和价态的变化。
(1〕水解、络合与沉淀反响
重金属离子往往与肯定数目的水分子络合在一起,形成以水分子为
子,成为金属离子的配位体。在这些阴离子中氢氧根离子有较强的置换性,而水中常常有肯定浓度的氢氧根,这给此种置换供给了较大的时机。
这种生成羟基络合物的反响也就是水解反响。,可以生成金属氢氧化物沉淀,如Fe〔OH〕、Cr〔OH〕、Cd〔OH)
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等。
在水溶液中,高价金属离子如Fe3+、Al3+、Cr3+都趋向于猛烈水解,而2价离子如Cu2+、Pb2+、Zn2+、Hg2+、Ni2+等,在自然水体pH值范围内可以发生不同程度的水解反响。
重金属氢氧化物的沉淀直承受溶液pH值掌握,在适宜的pH值范围内形成沉淀物,在不同水质的条件下,重金属还可以生成碳酸盐硫化物等沉淀。
〔2〕重金属的胶体化学效应
在水体中,以胶体状态存在的物质种类很多,它们都可以产生各种胶体化学效应。影响重金属污染物在水体中的迁移转化过程。
①无机胶体的吸附自然水体中含有肯定量的铁、铝、锰、硅等,通过溶液化学反响,可形成氢氧化物或水合氧化物溶胶体和凝胶物,悬浮分散在水中。例如
Fe〔OH〕、Al〔OH〕、MnO、Si(OH〕、SO等等。它们具有络合吸附力量,可以
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把重金属离子吸附在胶体的外表,
金属离子的吸附与电荷有关。但电荷的数量及正负电性又打算于溶液的pH值。
②有机高分子的螯合。自然水体的有机高分子主要是腐殖质及蛋白质、纤维素、淀粉等的分解物或污水排出物,它们拥有各种含氧、氨、磷的官能基团,可以作为多核配位体与重金属离子生成多配位的环状构造螯合物。
不管是在水中还是在底泥中均含有腐殖质。由于腐殖质中含有羧基、酚基、羰基等很多含氧基团,对重金属离子有较高的螯合力量,使被螯合的重金属离子在肯定程度上失去了独立活动的力量.
此外,如细菌、藻类、浮游生物等一类微生物可以分泌出各种有机配位体和高分子螯合剂,也可以对重金属离子发生络合、螯合作用。
③矿物微粒吸附。自然水体中含有大量的矿物微粒,这些微粒在水中形成溶胶和悬浮液体系,能长时间地分散在水体中而不沉淀,它拥有较宽阔的界面和双层构造,,在配位络合作用下,粘土矿物对水体中的腐殖质也有吸附力量。重金属离子化合物不管是先由腐殖质所螯合,还是先由粘土矿物所吸附,,吸附水中各种无机和有机胶体,其中包括重金属离子各种化合态,构成各种综合聚拢体的过程在水体底泥的形成和沉积中起重要作用.
④沉淀和重溶入水中。水体中的胶体化学效应对重金属的迁移、转化过程起着重要作用,约有60%~90%以上的重金属离子是与各类胶体相结合的。重金属化合物被吸附在有机胶体、无机胶体和矿物微粒上以后,就随它们在水体运动,当这些胶体微粒能够相互聚拢在一起,形成比较粗大的絮状物时,就可能在水体中沉降下来,进入水体底层,最终成为沉积物。
重金属随胶体物质沉入底泥,并不肯定确定稳定地存在于沉积物中。水体中条件变化时还可能重进入水体,再次产生污染效应。例如,水溶液的水质变化,无机配位体氯离子等增多,腐殖质增加或工业废水中有机配位体排入可能使重金属离子生成络合物或螯合物又进入水体。因此,被重金属严峻污染的水体底泥可以看作是一种危急的二次污染源。
〔3)重金属的氧化复原反响
重金属在水体中还会发生氧化复原反响,随着这种反响的进展,,与水体中的氧和有机物的状况有关。影响较大的还有二氧化碳、氮、硫、,在水体中的氧化复原反响同pH值有亲热关系。
农药的降解
农药是水体中常见的污染物。有些农药在水体中较易分解,有些则比较稳定,能长期保持在水体中,对水体影响很大。
水生物降解
①水解作用很多农药,如有机磷和有机氮,在水体中易发生水解作用,这是农药的一个重要降解过程.
②光化作用有机氯、有机氮和有机磷等农药在阳光作用下,发生光化学反响。某些化学键断裂,形成自由基,与水中物质作用,发生异构化、代换和氧化等作用.
③触媒作用农药在环境中无机和有机化合物的触媒作用下,发生复原、氧化、,在水体下层,腐殖质可引起农药中某些官能团发生复原作用;基性氨基酸和复原性铁卟啉能促使有机磷发生水解作用,DDT发生脱氢氯作用;铁、锰和钴的硫化物能催化农药发生氧化和复原反响;铜离子能引起
某些有机磷农药水解;粘粒上的酸根式基性离子在异狄氏剂异构化以及莠去津和DDTT的水解中起触媒作用。这些反响对底泥中农药的降解有较大意义。
生物降解
微生物对农药在环境中的降解起着极重要的作用。从表6—6可以看出,有多种微生物能分解农药.
分解农药的微生物 表6-6
微生物
农药
极毛杆
三氯醋酸、2,4—D、灭草隆、五氯酚、百草枯、敌草快、二硝甲
菌属
酚
棒状杆
2,4-D、百草枯
菌属
芽孢杆
茅草枯、灭草隆
菌属
节核细
三氯醋酸、茅草枯、2,4-D、2,4,5—T、敌稗、二硝甲酚
菌属
黄杆菌
茅草枯、2,4-D、2,4—D丁酸、柳芽丹
属
诺卡氏
茅草枯、2,4-D、2,4—DB、敌稗
菌属
木霉属
三氯醋酸、茅草枯、毒莠定
三、水体污染的掌握
城市污水和工业废水是造成水体污染的主要缘由。据统计,1990年,全国废水排放量〔不包括乡镇企业〕为354亿t,其中工业废水排放量为249亿t,生活污水排放量为105亿t。因此防止水体污染的主要措施是掌握废水排放,除了掌握城市污水和工业废水这些点污染源的排放,对因雨水冲刷将大气中或土壤中的污染物带入水体这类面污染源也应乐观设法治理。目前,对于前者已有了不少有效的措施,而后者尚无较好的解决方法.
掌握废水排放的措施
结合经济进展的产业构造调整,推广技术改造与革,淘汰污染量大、技术落后的生产工艺;承受节水、循环用水和回收利用工艺,把污染物削减在生产过程中,主要措施有以下几种:
改革或改进生产工艺,削减污染物质
改革或改进生产工艺,使生产中尽可能不用水或少用水;转变生产原料,从而不产生或少产生污染物质。例如,在电镀工艺中,承受无氰电镀法,以使电镀废水中不含氰类物质。又如承受无水印染工艺以代替有水印染工艺,从而使印染生产中去除印染废水的排放。
重复利用废水,使废水排放量减到最低水平
重复利用废水包括两种状况:一是循环利用,马上废水回收,连续在该工段中加以利用;,可以依据工艺中不同工段对水质的不同要求,将一个工段中的废水输往另一工段作为该工段用水,这样水被屡次利用,从而削减废水的排放。
回收废水中有用物质
回收废水中有用物质,使之变废为宝,化害为利,这样既可以削减生产本钱增加经济收益,又可以降低水污染物质的浓度,同时也减轻废水处理的负担。例如,从含酚废水中回收酚,从碱法造纸的“黑液”中回收碱等。
加强对水体及污染源的监测与治理
加强对水体及污染源的监测,制定和健全废水排放的法规,加强排污治理。从制度和治理上掌握随便排污和超标排污的现象。
充分利用水体自净力量
以河流为例,河流的自净作用主要是指排入河流的污染物浓度,在河水流向下游时的浓度自然降低的现象。假设在一段河流中排污,用系统分析的方法,在肯定水质要求下,充分利用河流的自净力量,合理布点组织废水排放。
废水处理方法
在目前的生产水平条件下,,这些方法是针对不同性质和形式的污染物而建立的。依据这些方法的不同机理可以分为下面四种类型。
〔1)物理方法
、沉淀、浮选等技术分别废水中的悬浮污染物.
〔2)化学处理法