水環(huán)境污染控制及管理課件

環(huán)境化學(xué)化學(xué)系

環(huán)境化學(xué)化學(xué)系1第二部分水環(huán)境化學(xué)本章要點(diǎn)：

1、水體中的污染物及其污染途徑；

2、簡(jiǎn)單河段水質(zhì)模型——氧垂曲線；

3、河流自凈作用——耗氧有機(jī)物的降解；

4、影響重金屬在水體中遷移轉(zhuǎn)化的主要因素；

5、水環(huán)境污染控制及管理。第二部分水環(huán)境化學(xué)2主要內(nèi)容：第一節(jié)

水環(huán)境概述第三節(jié)

污染物在水體中的遷移轉(zhuǎn)化第四節(jié)水污染控制及管理主要內(nèi)容：第一節(jié)

水環(huán)境概述3

第一節(jié)水環(huán)境概述

一.水環(huán)境的概念

水環(huán)境是指自然界中由水量、水質(zhì)、水能及水循環(huán)等要素組成的整個(gè)水圈的總稱，包括大氣水環(huán)境、地表水環(huán)境和地下水環(huán)境。水環(huán)境是自然界一切生命賴于生存的基本條件，水環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)劣，對(duì)生態(tài)環(huán)境、大氣環(huán)境、土壤環(huán)境及社會(huì)環(huán)境等都有直接和間接的影響。要點(diǎn)：①水環(huán)境的范圍及組成——整個(gè)水圈；②與人類關(guān)系最密切、最直接的是陸地水環(huán)境中的淡水河流、湖泊；③由于自然界的水具有循環(huán)性，因此水環(huán)境也具有動(dòng)態(tài)特征。

第一節(jié)水環(huán)境概述4

二.天然水及水循環(huán)

地球上的水總儲(chǔ)量為：13.8×108km3，其中96.5%為海洋水。地球上含鹽量不超過(guò)1g/l的淡水僅占總水量的2.5%，其余97.5%為咸水。地球上淡水儲(chǔ)量?jī)H0.35×108km3，淡水中有67.8%被固定在兩極冰改和高山冰川中，約30.9%儲(chǔ)存在下含水層中，而河流、湖泊、沼澤、土壤中所容納淡水還不到0.5%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，可以供人開發(fā)的淡水總量約占地球水總儲(chǔ)量的0.7%。

二.天然水及水循環(huán)5

地球上的水儲(chǔ)量是指某一瞬時(shí)儲(chǔ)存在地球上的各種水的體積。實(shí)際上這些水在太陽(yáng)輻射和地心引力作用下不斷地運(yùn)動(dòng)循環(huán)，反復(fù)交替著。海洋水蒸發(fā)進(jìn)入大氣圈，隨大氣運(yùn)動(dòng)輸送至地球各地，一部分深入內(nèi)陸，一部分在海洋上空。在適當(dāng)條件下又凝結(jié)形成降水，落在陸地的降水，又以地表流、地下流的形式進(jìn)入海洋。由海洋到陸地，再到海洋的水分循環(huán)成為大循環(huán)。由海洋→海洋上空→又回到海洋或由陸面蒸發(fā)→上空→陸地的局部水循環(huán)為小循環(huán)。大循環(huán)包含著許許多多的小循環(huán)。水循環(huán)作用使水成為自然界中的可更新資源。據(jù)估算，全世界河川年平均徑流量為46.8×103km3，大部分以洪水形式流走，可供人類利用的穩(wěn)定可靠的水資源，每年約14×1012m3。按50億人口平均，每人占有穩(wěn)定的水資源量不到3000m3。

地球上的水儲(chǔ)量是指某一瞬時(shí)儲(chǔ)存在地球6

三.水環(huán)境與人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系

水環(huán)境是人類生活、生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，在某種意義上講，水環(huán)境對(duì)人類社會(huì)的發(fā)展、經(jīng)濟(jì)的繁榮起著決定性作用，人們總是把河流稱為人類文明的搖籃。從城市發(fā)展的角度來(lái)看，古人類遺址或古城池總是與水源（河流）有關(guān)，他們的分布具有流域性。就是現(xiàn)代繁華的大都市，幾乎都分布在水環(huán)境優(yōu)越的地域。從農(nóng)業(yè)發(fā)展來(lái)看，富庶的農(nóng)業(yè)區(qū)主要分布在水源充沛的流域、三角洲、沖積平原、河流一二級(jí)階地。不論是城市還是農(nóng)村，不論是工業(yè)還是農(nóng)業(yè)，不論是古代還是現(xiàn)代，不管人們是否認(rèn)識(shí)到水環(huán)境對(duì)人類生存發(fā)展的重要性，在客觀上，水環(huán)境對(duì)人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著極其重要的作用。

三.水環(huán)境與人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系7

人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，一方面依賴于水環(huán)境，另一方面又影響著水環(huán)境，這種影響主要是人類生產(chǎn)、生活活動(dòng)向水環(huán)境大量排放廢物，造成水環(huán)境的惡化。如工業(yè)生產(chǎn)和城市供水取自水環(huán)境中的淡水資源，大量的消耗性用水可以減少淡水資源的量，城市污水排放又使水環(huán)境受到污染?？珙I(lǐng)域調(diào)水、修建水庫(kù)、農(nóng)業(yè)灌溉等生產(chǎn)活動(dòng)在局部對(duì)水環(huán)境進(jìn)行改造、利用，對(duì)人類有著積極意義，但如果不遵循環(huán)境規(guī)律，就會(huì)導(dǎo)致水環(huán)境惡化，造成生態(tài)平衡破壞，從而使人類的生存和發(fā)展受到不良影響。總之，優(yōu)越的水環(huán)境有利于人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，不良的水環(huán)境限制和影響人類社會(huì)的發(fā)展。人類在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，必須保護(hù)水環(huán)境，走可持續(xù)的發(fā)展道路。

人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，一方面依賴于水環(huán)8四.天然水的基本特征1.天然水的組成(1)主要離子組成(2)金屬離子(3)氣體在水中的溶解性五.天然水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)1.物理性指標(biāo)2.化學(xué)性指標(biāo)3.生物性指標(biāo)4.發(fā)射性指標(biāo)四.天然水的基本特征9

第二節(jié)

.水污染與水環(huán)境問(wèn)題

一.水污染目前人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)水中溶解有90多種元素成分，有些成分是人體必須的，有些成分對(duì)人體有害。對(duì)人體有害的元素進(jìn)入水體就認(rèn)為該水體受污染了，就是對(duì)人體無(wú)害的物質(zhì)在水中的含量超過(guò)了某一標(biāo)準(zhǔn)值，也會(huì)造成水質(zhì)惡化或水污染，造成水污染的物質(zhì)稱為污染物?？偠灾?，水污染是指某種污染物進(jìn)入水體，改變了水體原有物理、化學(xué)性質(zhì)，使水體使用價(jià)值降低或喪失的現(xiàn)象稱為水污染。

第二節(jié)

.水污染與水環(huán)境問(wèn)題10

水污染按形成原因可分為自然污染和人為污染兩大類。自然污染是指現(xiàn)代工業(yè)出現(xiàn)之前，自然環(huán)境中受特殊地質(zhì)、地貌、礦藏等條件的影響，某種化學(xué)元素異常富集或天然動(dòng)植物腐爛產(chǎn)生的物質(zhì)而引起的水污染。人為污染指人類生活、生產(chǎn)活動(dòng)排放的廢物引起的水污染。人為活動(dòng)造成水污染的污染物來(lái)源主要有以下幾個(gè)方面：①工業(yè)廢水；②生活廢水；③農(nóng)業(yè)退水；④廢氣；⑤廢渣；⑥農(nóng)藥、化肥。

水污染按形成原因可分為自然污染和人為11

二.主要水環(huán)境問(wèn)題水環(huán)境問(wèn)題是指由于自然因素和人為因素的作用，引起的水量缺乏、水污染、水環(huán)境惡化及其水資源系統(tǒng)失調(diào)對(duì)人類的生存和發(fā)展產(chǎn)生不良影響的現(xiàn)象。目前主要水環(huán)境問(wèn)題有：①世界性水資源缺乏問(wèn)題；②水體污染問(wèn)題；③水土流問(wèn)題；

④次生水環(huán)境問(wèn)題，草場(chǎng)退化，沙化，鹽漬化，水生物減少或滅絕，地面下沉，海水入侵等。

二.主要水環(huán)境問(wèn)題12

水資源十分缺乏的中國(guó)西部干旱區(qū)

1999年甘肅定西地區(qū)發(fā)生百年一遇的大旱，春小麥因干旱不能下種，通渭縣的冬小麥因干旱而枯死。

中國(guó)西部沙漠化趨勢(shì)嚴(yán)峻

水資源十分缺乏的中國(guó)西部干旱區(qū)

1999年甘肅13

中國(guó)西部干旱引起土地鹽漬化甘肅定西打井抗旱現(xiàn)場(chǎng)

中國(guó)西部干旱引起土地鹽漬化甘肅定西打井抗旱現(xiàn)場(chǎng)14

黃土高原水土流失敦煌大泉河源頭林草正在退化

黃土高原水土流失敦煌大泉河源頭林草正在退化15

三.造成水污染的主要污染物

1.無(wú)機(jī)無(wú)毒物質(zhì)：酸、堿及無(wú)機(jī)鹽類，這些物質(zhì)含量高可以增加水的礦化度，改變水的PH值，增加水的硬度，影響水的利用。生活生產(chǎn)用水要求水的PH=6.5～8.5，礦化度﹤1.0g/l，硬度﹤25德度；氮磷含量過(guò)高可造成水體富營(yíng)養(yǎng)化。2.無(wú)機(jī)有毒物質(zhì)：①重金屬Hg、Cd、Pb、Cr、As、Zn、Cu、Mn、Ni、Co、Sn、Se、V、Sb，②氟（F）。3.有機(jī)無(wú)毒物質(zhì)（耗氧有機(jī)物）：碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪、纖維素、木質(zhì)素等。

4.有機(jī)有毒物質(zhì)：酚、苯、多環(huán)芳香烴（PAH）、人工合成有機(jī)化合物（農(nóng)藥、多聯(lián)苯PCB）、氰化物(CN-)5.生物污染物：細(xì)菌、病毒、寄生蟲。6.物理性污染物：色、懸浮物、熱等，放射性污染。

三.造成水污染的主要污染物16

四、水體有機(jī)物污染指標(biāo)化學(xué)耗氧量（COD）：又稱化學(xué)需氧量（ChemicalOxygenDemand）。在規(guī)定條件下，使水樣中能被氧化的物質(zhì)氧化所需用氧化劑的量。以每升水消耗氧的克數(shù)（mg/l）表示。其值用于反映水體受有機(jī)物污染的程度。生化需氧量（BOD）:(BiochemicalOxygenDemand)指在好氣條件下，微生物分解水體中有機(jī)物的生物化學(xué)過(guò)程中所需溶解氧的量，是反映水體中有機(jī)污染程度的綜合指標(biāo)之一。由于微生物分解有機(jī)物是一個(gè)緩慢的過(guò)程，往往需要20天以上時(shí)間，且與環(huán)境溫度有關(guān)。實(shí)際中生物需氧量指標(biāo)普遍采用20℃培養(yǎng)5天的生物化學(xué)過(guò)程需要氧的量為指標(biāo)，它大約只占最終生化需氧量的65%—80%。記為BOD5，以mg/l為單位。溶解氧量（DO）：（disoluedOxygen）指水體中所含溶解氧的量。天然水體中溶解氧濃度一般為5—10mg/l。

四、水體有機(jī)物污染指標(biāo)17

總有機(jī)碳量（TOC）：（TotalOrganicCarbon）水中溶解性和懸浮性有機(jī)物中存在的全部碳量，是評(píng)價(jià)水體需氧有機(jī)物的一個(gè)綜合指標(biāo)。

溶解氧量（DO）：（disoluedOxygen）指水體中所含溶解氧的量。天然水體中溶解氧濃度一般為5—10mg/l。

總有機(jī)碳量（TOC）：（TotalOrganicCarbon）水中溶解性和懸浮性有機(jī)物中存在的全部碳量，是評(píng)價(jià)水體需氧有機(jī)物的一個(gè)綜合指標(biāo)。

總需氧量（TOD）：水中有機(jī)物除含有機(jī)碳外，尚含有氫、氮、硫等元素。當(dāng)有機(jī)物全部被氧化時(shí)，碳被氧化為二氧化碳，而氫、氮、硫則被氧化為水、一氧化氮、二氧化硫等。此時(shí)氧化所需要的氧量稱為總需氧量。

生物化學(xué)作用：在微生物作用下，水體中的有機(jī)物可以發(fā)生分解而轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)物的過(guò)程叫生物化學(xué)作用。這種作用能進(jìn)行的原因是微生物把各種有機(jī)物作為生長(zhǎng)繁殖的營(yíng)養(yǎng)來(lái)源，具有分解有機(jī)物的微生物主要是細(xì)菌。

總有機(jī)碳量（TOC）：（TotalOrganicC18

第二節(jié)污染物在水體中的擴(kuò)散

一.污染物在水體中的運(yùn)動(dòng)特征

污染物在水體的運(yùn)動(dòng)形式有三種：①推移遷移；②擴(kuò)散；③衰減。三種運(yùn)動(dòng)的作用使污染物濃度降低，稱水體“自凈作用”。1.推移只改變污染物位置，而不降低其濃度，模式：fx=uxc,fy=uyc,fz=uzc

第二節(jié)污染物在水體中的擴(kuò)散19

2.分散作用（擴(kuò)散）

①分子擴(kuò)散：由分子隨機(jī)運(yùn)動(dòng)引起的質(zhì)點(diǎn)分散現(xiàn)象。

c

c

cIx=-Em—,Iy=-Em—,Iz=-Em—

x

y

zIx，Iy，Iz，：擴(kuò)散通量；Em：分子擴(kuò)散系數(shù)；c：濃度。②湍流擴(kuò)散：由湍流物質(zhì)點(diǎn)狀態(tài)瞬時(shí)值相對(duì)平均值的隨機(jī)脈動(dòng)引起；

c

c

c

I’x=-EX—,I’y=-Ey—,I’z=-Ez—

x

y

z

2.分散作用（擴(kuò)散）20

③.彌散：由橫斷面流速不均引起，即由湍流時(shí)平均值與時(shí)均值的空間平均值的系統(tǒng)差列所產(chǎn)生的分散現(xiàn)象。

c

c

c

I”x=-Dx—,I”y=-Dy—,I”z=-Dz—

x

y

z

三種擴(kuò)散系數(shù)的量質(zhì)范圍（數(shù)量級(jí)）：分子擴(kuò)散Em：10-5～10-4m2/s湍流擴(kuò)散系Ex,Ey,Ez：10-2～100m2/s彌散系數(shù)Dx,Dy,Dz：101～104m2/s

③.彌散：由橫斷面流速不均引起，即由湍流時(shí)平均值與時(shí)均值的21

3.衰減衰減發(fā)生在非持久污染物的溶解氧化過(guò)程中和放射性物質(zhì)衰變過(guò)程中。持久性污染物不發(fā)生衰減。衰減過(guò)程基本符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律：dc—=－kcdt綜上所述可知：

①推移作用：總量不變，分布狀態(tài)也不變；

②推移+分散：總量不變，分布狀態(tài)發(fā)生變化；

③推移+分散+衰減：總量變化，分布狀態(tài)變化。

3.衰減22

二.河水中污染物擴(kuò)散的穩(wěn)定解

所謂穩(wěn)態(tài)指：dc/dt=0

1、一維穩(wěn)態(tài)模型

Dx2c/x2－uxc/x－Kc=0

其特征方程為：Dx

2－ux

－k=0

特征根為：1,2=ux/2Dx(1+m)

式中：m=(1+4kDx/ux2)1/2

當(dāng)x=0，c=c0時(shí)，上式的解為（取負(fù)值）

C=c0exp{uxx/2Dx[1－(1+4kDx/ux2)1/2]}

彌散項(xiàng)忽略，則一維穩(wěn)態(tài)模型為

Uxc/x=－kc,c/c=－k/uxdx,lnc=－k/uxx

其解為：c=c0exp(-Kxx/ux)

式中c0=(Qc1+qc2)/(Q+q)

二.河水中污染物擴(kuò)散的穩(wěn)定解23

2、二維穩(wěn)態(tài)模型：

Dx2c/x2+Dy2c/y2－uxc/x－uyc/y－kc=0

其解析解為：

C(x,y)=2*Q/(ux*h√(4

Dxx/ux))*[exp(-uxy2/4Dyx)+∑exp(-ux(2nB-y)2/4Dyx+∑exp(-ux(2nB+y)2/4Dyx]*exp(-kx/ux)

h_—水深；B—河寬；其它符號(hào)同前。

2、二維穩(wěn)態(tài)模型：24

三、河流水質(zhì)模型

1、混合

污水排入河流，通過(guò)三維擴(kuò)散后混合均勻。由于水深較河寬要小，故先完成豎向混合，后完成橫向混合。

混合均勻后水質(zhì)模型可簡(jiǎn)化為一維問(wèn)題。

2、有機(jī)物降解模式

一般模式：dL/dt=-kLdL/L=-kdt，lnL=-kt

解為L(zhǎng)=L0e－kt

K—有機(jī)物降解速度常數(shù)，其值是溫度的函數(shù)。

穩(wěn)態(tài)條件下，河水BOD變化規(guī)律uxdL/dx=－kL

解為L(zhǎng)=L0exp(-Kxx/ux)

三、河流水質(zhì)模型25

3、大氣復(fù)氧水中溶解氧的主要來(lái)源是大氣。大氣中氧進(jìn)入水中的質(zhì)量傳遞速度可以表示為：dckLA—=—(Cs-C)dtV

C—河水中溶解氧濃度；

CS—河水中飽和溶解氧的濃度；

KL—質(zhì)量傳遞系數(shù)；

A—?dú)怏w擴(kuò)散的表面積；

V—水的體積，對(duì)于河流，A/V=1/H；H為水深；Cs－C溶解氧不足量，稱氧虧（D）。

上式可改寫為：dD/dt=－KaD

Ka—大氣復(fù)氧速度常數(shù)。Kar=Ka20QT－20Cs=468/(31.6+T)

Q—大氣復(fù)氧速度常數(shù)的溫度系數(shù)；T—溫度。

3、大氣復(fù)氧26

4、簡(jiǎn)單河段水質(zhì)模型（S—P模型）

該模式描述一維穩(wěn)態(tài)河流中的BOD—DO的變化規(guī)律；

基本假設(shè)：河流中的BOD衰減和復(fù)氧都是一級(jí)反應(yīng)，反映速度定量；耗氧由BOD衰減引起，復(fù)氧來(lái)自大氣。

耗氧模式：dL/dt=－KdL

復(fù)氧模式：dD/dt=KdL-KaD

耗氧速率與復(fù)氧速率之差，即氧虧速率。

上式耗氧模式的解為：L=L0e－Kdt

代入復(fù)氧模式積分得D=KdL0/(Ka-Kd)×[e-Kdt-e-Kat]+D0e-Kat

若以河水中溶解氧表示，則

O=Os－D=Os-KdL0/(Ka-Kd)[e–Kdt-e-Kat]-D0e-Kat

據(jù)此式繪制的溶解氧沿程變化曲線稱為氧垂曲線。

4、簡(jiǎn)單河段水質(zhì)模型（S—P模型）27

溶解氧氧垂曲線圖

溶解氧氧垂曲線圖28

溶解氧濃度最低點(diǎn)—臨界點(diǎn)的計(jì)算：

dD——=KdL–KaDc=0dt

由此得：Kd

Dc=—L0e-Kdtc

Ka

臨界點(diǎn)的發(fā)生時(shí)間：1KaD0（Ka-Kd）

tc=

——

-ln{—[1-——————]}

Ka-KdKdL0Kd

臨界氧虧發(fā)生地點(diǎn)：Xc=utc

溶解氧濃度最低點(diǎn)—臨界點(diǎn)的計(jì)算：29

第三節(jié)污染物在水體中的轉(zhuǎn)化

一.水體中耗氧有機(jī)物降解

有機(jī)物降解的過(guò)程實(shí)質(zhì)上就是生化作用過(guò)程。即：在微生物作用下，水中的有機(jī)物發(fā)生分解轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)物的過(guò)程叫生物化學(xué)作用。

有機(jī)物的降解通常有以下幾種作用：1.碳水化合物的降解2.脂肪和油類的降解3.蛋白質(zhì)的降解4.硝化作用和硫化作用

第三節(jié)污染物在水體中的轉(zhuǎn)化30

水體中有機(jī)物能發(fā)生降解作用，其原因是微生物把水中各種有機(jī)物作為生長(zhǎng)繁殖的營(yíng)養(yǎng)來(lái)源，使有機(jī)物不斷分解。具有分解有機(jī)物的微生物主要是細(xì)菌。有機(jī)物主要由碳、氫、氧、氮組成。細(xì)菌對(duì)有機(jī)物的分解主要是脫氫氧化作用，即把有機(jī)物中的氫脫去而放出適當(dāng)?shù)哪芰?。?dāng)然，脫出的氫要相應(yīng)的受氫體來(lái)接受，反應(yīng)才能完成。如果水中有游離的氧分子O2作受氫體則稱為有氧氧化。如果是分子氧以外的化合物作為受氫體，反應(yīng)在缺氧或無(wú)氧條件下進(jìn)行，則稱為無(wú)氧氧化。在兩種情況下作用的細(xì)菌稱為兼氧細(xì)菌。只有缺氧或無(wú)氧條件下作用的細(xì)菌稱厭氧菌。

水體中有機(jī)物能發(fā)生降解作用，其原因是微生物把31

細(xì)菌分解有機(jī)物的最終產(chǎn)物CO2和H2O。下面舉例說(shuō)明：①.碳水化合物的降解（糖類的降解）碳水化合物由C、H、O組成，不含N。有多糖（C5H10O5）n、二糖（蔗糖）（C12H22O11）、單糖（葡萄糖）（C6H12O6）之分。細(xì)菌的養(yǎng)分或能量來(lái)源于碳水化合物的降解。細(xì)菌首先在細(xì)胞膜外通過(guò)水解使碳水化合物由多糖轉(zhuǎn)化為二糖。（C5H10O5）n+n/2H2O→n/2(C12H22O11)此時(shí)細(xì)菌則進(jìn)入細(xì)胞膜內(nèi)，繼續(xù)水解使二糖轉(zhuǎn)化為單糖C12H22O11+H2O→2C6H12O6

這兩步反應(yīng)過(guò)程中的能量變化很小。

細(xì)菌分解有機(jī)物的最終產(chǎn)物CO2和H2O。下面舉例說(shuō)明：32

單糖不論在有氧或無(wú)氧條件下均能轉(zhuǎn)化為丙酮酸，期間有許多反應(yīng)步驟，但總反應(yīng)是：C6H12O6→2CH3COCOOH+4H此過(guò)程稱為糖解過(guò)程。在有氧條件下，丙酮酸在乙銑輔酸A的作用下，最終轉(zhuǎn)化為CO2和H2O：2CH3COCOOH+4H+6O2→6CO2+6H2O在無(wú)氧條件下，這種反應(yīng)不能進(jìn)行到底則形成各種酸、醇、酮等，此過(guò)程稱為發(fā)酵。

2CH3COCOOH+4H→CH3CH2COOH+CH3COOH+HCOOH（丙酸發(fā)酵）

3CH3COCOOH+H2O→CH3（CH2）2COOH+CH3COOH+3CO2+H2（丁酸發(fā)酵）

多糖→二糖→單糖→丙酮酸→氧化，或者發(fā)酵

單糖不論在有氧或無(wú)氧條件下均能轉(zhuǎn)化為33

②.脂肪和油類的降解脂肪和油類也是不含氮的有機(jī)物，只由C、H、O組成。脂肪多來(lái)自于動(dòng)物，油類多來(lái)源于植物，均不溶于水。它比碳水化合物難以被生物所降解。這可能是由于不溶于水而聚集成團(tuán)，缺少其它元素，細(xì)菌不易生長(zhǎng)和繁殖。若有乳化劑存在，把它們分散開，將有利于發(fā)生降解。脂肪的降解過(guò)程為：脂肪→甘油→丙酮酸→有氧氧化，無(wú)氧發(fā)酵CH2OOCR1CH2OHR1COOH∣∣CH2OOCR2+3H2O→CHOH+R2COOH∣∣CH2OOCR3CH2OHR3COOH（脂肪）（甘油）（脂肪酸）

②.脂肪和油類的降解34

甘油可首先轉(zhuǎn)化為丙酮酸：

C3H5（OH）3→CH3COCOOH+4H在有氧條件下，可達(dá)到完全氧化

2CH3COCOOH+4H+6O2→6CO2+6H2O在無(wú)氧條件下就會(huì)發(fā)酵，生成各種有機(jī)酸。

③.蛋白質(zhì)的降解蛋白質(zhì)是由多種氨基酸分子組成的復(fù)雜有機(jī)物。含有羧基（-COOH）和氨基（-NH2），由肽鍵（R-CONH-R’）連接起來(lái)，它的降解首先是肽鍵的斷開和羧基的氨基的脫除，然后逐步氧化。

甘油可首先轉(zhuǎn)化為丙酮酸：35

蛋白質(zhì)→氨基酸→丙酮酸→有氧氧化，無(wú)氧發(fā)酵

蛋白質(zhì)→氨基酸→氨→亞硝酸→硝酸

HOHRHOHR︱︱︱︱︱‖︱︱H2N-C-C-N-C-COOH+H2O→H2N-C-C+N-C-COOH︱

︱︱

︱︱︱RHR

OHHH（蛋白質(zhì)）（氨基酸）（氨基酸）

氨基酸可在有氧或無(wú)氧條件下進(jìn)行脫氨脫碳生成丙酮酸。

蛋白質(zhì)→氨基酸→丙酮酸→有氧氧化，無(wú)氧發(fā)酵36

有氧脫氨：CH3COOH+1/2O2→CH3COCOOH+NH3

︱丙酮酸NH2

（丙氨酸）有氧脫氨、脫碳：CHCHCOOH+O2→CH3COOH+CO2+NH3

︱乙酸NH2

水解脫氨、脫羧：H3CHCOOH+H2O→CH3CH2OH+CO2+NH3

︱NH2

氨基酸分解生成的有機(jī)酸同碳水化合物一樣在氧化條件下完全氧化為CO2和H2O，在無(wú)氧條件下要產(chǎn)生發(fā)酵。

37

④硝化作用氨基酸分解生成的氨，可在亞硝化和硝化細(xì)菌作用下氧化為亞硝酸，再進(jìn)一步氧化為硝酸。2NH3+3O2→2HNO2+2H2O+148千卡2HNO2+O2→2HNO3+48千卡

在缺氧條件下，硝化過(guò)程不能進(jìn)行，相反地卻可發(fā)生反硝化過(guò)程。

2HNO3→2HNO2→（NOH）2→NO2→N2

在整個(gè)蛋白質(zhì)降解過(guò)程中發(fā)生的硝酸氮狀態(tài)的變化,可作為需氧污染物氨氮的出現(xiàn)和自凈過(guò)程的判斷標(biāo)志。

蛋白質(zhì)（有機(jī)氮）→NH3-N→NO2-N→N03-N

（有機(jī)污染）————————————（自凈徹底）

硫化作用：2H2S+O2→2H2O+S2+能量S2+3O2+2H2O→2H2SO4+能量

④硝化作用38

綜上所述，碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)等有機(jī)物降解的共同規(guī)律是：首先在細(xì)菌體外發(fā)生水解，然后在細(xì)胞內(nèi)部繼續(xù)水解和氧化。降解的后期產(chǎn)物都是生成各種有機(jī)酸。在有氧條件下，這些有機(jī)酸可進(jìn)行徹底氧化，其最終產(chǎn)物是CO2、H2O及NO3-等；在缺氧條件下，進(jìn)行發(fā)酵、反硝化過(guò)程，其最終產(chǎn)物除CO2和H2O外，還有NH3、CH4、有機(jī)酸、醇等。這就是有機(jī)污染物在水體中進(jìn)行生物降解的基本概況。

綜上所述，碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)等有39

二.水體富營(yíng)養(yǎng)化

水體富營(yíng)養(yǎng)化是指由于水體中的氮、磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的富集，引起藻類和其它浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧量下降，使魚類和其他生物大量死亡、水質(zhì)惡化的現(xiàn)象。

1.水體富營(yíng)養(yǎng)化的類型

①天然富營(yíng)養(yǎng)化：由于天然降水、土壤侵蝕和淋溶作用以及水體中水生生物繁衍代謝，使（湖泊）水中的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)富集，引起水質(zhì)變化的過(guò)程，稱為湖泊（水體）的天然富營(yíng)養(yǎng)化。

②人為富營(yíng)養(yǎng)化：人為活動(dòng)將含有氮、磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的污水排入湖泊、河流、水庫(kù)，使這些水體的營(yíng)養(yǎng)物負(fù)荷增加，造成水質(zhì)惡化的現(xiàn)象稱為人為富營(yíng)養(yǎng)化。

二.水體富營(yíng)養(yǎng)化40

2.水體富營(yíng)養(yǎng)化的影響因素①營(yíng)養(yǎng)物組成：由氮、磷元素組成營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入水體。這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要指有機(jī)氮化合物（蛋白質(zhì)、氨基酸、尿素）、無(wú)機(jī)氮的化合物（NH3-N、NO2-N、NO3-N），有機(jī)磷化合物和無(wú)機(jī)磷化合物。②營(yíng)養(yǎng)成分比例：日本學(xué)者研究指出，湖水總氮與磷的濃度比為12∶1——13∶1時(shí)，最適宜藻類增殖。我國(guó)學(xué)者研究武漢東胡富營(yíng)養(yǎng)化演變過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，湖水中氮與磷濃度比值范圍為11.8∶1——15.5∶1，平均12∶1。③負(fù)荷量：造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵是連續(xù)不斷流入水體中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)氮、磷的負(fù)荷量。負(fù)荷量有兩種表示方法：?jiǎn)挝惑w積負(fù)荷量（g/m3·a）和單位面積負(fù)荷量（g/m2·a）。

2.水體富營(yíng)養(yǎng)化的影響因素41

3.水體富營(yíng)養(yǎng)化的判斷標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)：總磷＜0.01mg/L——貧營(yíng)養(yǎng)；0.01—0.02——中營(yíng)養(yǎng)；＞0.02mg/L——富營(yíng)養(yǎng)。水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)：湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的臨界負(fù)荷為：總氮5—10g/（m2·a），總磷0.2—0.5g/（m2·a）。水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化標(biāo)準(zhǔn)除總氮、總磷外，還有BOD、COD、透明度、葉綠素、懸浮物等

3.水體富營(yíng)養(yǎng)化的判斷標(biāo)準(zhǔn)42

4.水體富營(yíng)養(yǎng)化的負(fù)荷模型

⑴沃倫威德爾模型：對(duì)于停留時(shí)間很長(zhǎng)，水質(zhì)基本處于穩(wěn)定狀態(tài)的湖泊和水庫(kù)，可以被作為一個(gè)均勻混合的水體進(jìn)行研究。沃倫威德爾假設(shè)，湖泊中某種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度隨時(shí)間的變化率是輸入、輸出和在湖泊內(nèi)沉積的該種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的函數(shù)，可以用下述平衡方程式表示：V×dc/dt=Ic-S×C×V-Q×c

式中：

V—湖泊和水庫(kù)的容積（m3）；c—某種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度（g/m3）；Ic—某種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的總負(fù)荷（g/a）；S—營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)沉積速度常數(shù)（1/a）；Q—湖泊出流量（m3/a）。

引入沖刷系數(shù)r=Q/V，上式可改寫為：

dc/dt=Ic/V-Sc-rc

4.水體富營(yíng)養(yǎng)化的負(fù)荷模型43

當(dāng)t=0，c=c0時(shí)，可得解析解：c=Ic/（V（S+r））+（V（s+r）c0-Ic）/（V（S+r））

exp[-（S+r）t]

當(dāng)t→∞時(shí)，可以達(dá)到營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的平衡濃度Cp：Cp=Ic/（（r+S）V）

若令Tw=1/r=V/Q和V=Ash，則Cp=Lc/（Sh+h/tw）

式中：

tw—水在湖泊、水庫(kù)中停留時(shí)間（a）；As—湖泊、水庫(kù)的水面面積（m2）；h—湖泊、水庫(kù)的平均水深（m）；Lc—單位面積營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷Lc=Ic/As（g/m2·a）。

當(dāng)t=0，c=c0時(shí)，可得解析解：44

⑵吉柯奈爾-迪龍模式：

dc/dt=Ic（1-Rc）/V-rc

式中：Rc—某種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在湖泊、水庫(kù)中的滯留分?jǐn)?shù)；其余符號(hào)同前。

在穩(wěn)態(tài)條件下，解吉柯奈爾-迪龍模式，可得平衡濃度：

Cp=Ic（1-Rc）/（rV）=Lc（1-Rc）/（rh）滯留系數(shù)：Rc=1-J出/J入

J出—湖泊輸入的總磷量（g）；

J入—湖泊輸出的總磷量（g）。

⑵吉柯奈爾-迪龍模式：45

三.重金屬在水環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化

前面我們已經(jīng)討論了有機(jī)污染物在水環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化，與有機(jī)污染物相比，重金屬污染物對(duì)環(huán)境以及人體健康形成的威脅或產(chǎn)生的后果更為嚴(yán)重。這是因?yàn)橛袡C(jī)污染物可發(fā)生降解作用，而重金屬排入環(huán)境后不易除去，而是在環(huán)境中長(zhǎng)期累積，并且可以把某些重金屬轉(zhuǎn)化為毒性更大的金屬——有機(jī)化合物，從而對(duì)生物和人體產(chǎn)生更大的毒性作用，為此研究水環(huán)境中重金屬的遷移轉(zhuǎn)化，對(duì)減小或防治其危害有著重要的意義。（一）水體中重金屬遷移的形態(tài)

1.溶解態(tài)：以簡(jiǎn)單離子或絡(luò)離子形態(tài)遷移2.吸附態(tài)：被吸附于懸浮的膠體顆粒上隨懸浮物以機(jī)械形式遷移3.金屬膠膜態(tài)：以膠膜形態(tài)沉淀或共沉淀于懸浮顆粒表面隨懸浮物而遷移。4.固體有機(jī)物態(tài)：被吸附在固體生物物質(zhì)中，隨固體物質(zhì)的遷移而遷移。5.結(jié)晶礦物態(tài)：結(jié)合在破碎的礦物晶格中隨沉積物一起遷移。

三.重金屬在水環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化46

以上五種形式可以總稱為兩種形式：①溶解態(tài)②懸浮態(tài)

從一定程度上來(lái)講，金屬的性質(zhì)決定著它在水中遷移的形態(tài)。一般言之，①金屬的易溶鹽類(K、Na、Zn、Cu)主要以溶解態(tài)遷移；②其它以懸浮態(tài)遷移，主要是一些稀有金屬元素；③大多數(shù)金屬元素即可以溶解態(tài)遷移，又以吸附態(tài)遷移。例如,對(duì)黑河流域的研究表明：釩(V)僅以懸浮態(tài)形式遷移；Cr、Ni、Be、Ca、Zn等也主要以懸浮態(tài)形式遷移，但某些條件下以溶解態(tài)遷移。Fe、Mn、Ba、Mo、Sr以懸浮態(tài)和溶解態(tài)遷移。有人研究了Fe、Mn、Ni、Co、Cr、Cu在南美赤道附近的亞馬遜河和北美距北極圈不遠(yuǎn)的育空河中遷移的機(jī)制。發(fā)現(xiàn)在這兩條不同自然地理?xiàng)l件下，上述元素的遷移形態(tài)有一定的近似性。

以上五種形式可以總稱為兩種形式：①溶47

Fe、Ni、Co在這兩條河流中的遷移形態(tài)主要是結(jié)晶礦物態(tài)，其次是金屬膠膜態(tài)，再次是固體有機(jī)態(tài)，其它方式的很少。這三種形態(tài)占遷移量的百分比分列為：亞馬遜河(%)

FeNiCo45.537.743.9結(jié)晶礦物態(tài)47.244.127.3金屬膠膜態(tài)6.512.719.3固體有機(jī)態(tài)育空河(%)FeNiCo48.231.051.4結(jié)晶礦物態(tài)40.647.829.2金屬膠膜態(tài)11.016.012.9固體有機(jī)態(tài)

Fe、Ni、Co在這兩條河流中的遷移形態(tài)主要是結(jié)晶礦物態(tài)，48

Cr和Cu的遷移形式最主要為結(jié)晶礦物態(tài)，占遷移總量的64～87%；其次為溶解態(tài)(Cr為10.2～12.6%,Cu為3.3～6.9%)；再次是固體有機(jī)物態(tài)(Cr為7.6～13.2%,Cu為3.3～5.8%)。Mn的遷移以金屬膠膜態(tài)為主，占遷移總量的45.7～50%，其次為結(jié)晶礦物態(tài)27.2～31.7%；再次為溶解態(tài)10.1～17.3%；需要說(shuō)明的是：以上六種金屬在上述兩條河流中的遷移態(tài)是在一定的環(huán)境條件下得出的（該兩條河流均為受污染）。只能說(shuō)明在一定條件下的某種規(guī)律性。但隨著環(huán)境條件的變化和水溶物質(zhì)的變化（氣溫、水溫、PH、水中所含物質(zhì)濃度等變化）其遷移形態(tài)或規(guī)律性也要隨之發(fā)生變化。

Cr和Cu的遷移形式最主要為結(jié)晶礦物49

（二）地表水體中重金屬遷移轉(zhuǎn)化的影響因素

1、天然水中Cl-的含量氯離子是天然水體中最易遷移的離子之一，其遷移形態(tài)為溶解態(tài)。氯離子是一些重金屬離子的絡(luò)合劑，它與重金屬的絡(luò)合程度取決于氯化物自身的濃度，也取決于被絡(luò)合金屬離子的性質(zhì)。水中氯離子的存在，可使氫氧化汞（Hg（OH）2）和硫化汞（HgS）的溶解度分別增加105倍和3.6×107倍?？梢姡蠧l-的存在，可增加水中重金屬的溶解態(tài)，從而加速了重金屬在水中的遷移。

2、水中CO32-與硫化氫的含量當(dāng)水中有CO32-、H2S、HS-、S2-存在時(shí)，可使重金屬元素和離子以碳酸鹽和硫化物的形式沉淀至底泥，從而起到了阻止重金屬元素在水中遷移的作用。

3、pH值pH值控制著水中金屬氫氧化物的形成，在適當(dāng)?shù)膒H條件下，可生成Cr（OH）3、Cd（OH）2、Fe（OH）3等金屬氫氧化物沉淀。從而，影響重金屬元素在水中的遷移。

（二）地表水體中重金屬遷移轉(zhuǎn)化的影響因素50

4、Eh值水體的氧化還原條件，決定了金屬離子化合價(jià)態(tài)的變化。如氧化條件下金屬鉻呈六價(jià)Cr6+，還原條件下為Cr3+，價(jià)態(tài)的變化改變了離子和化合物的溶解度，因此，影響著重金屬污染物在水體中的存在形式和遷移速度。

5、水體中的膠體成分水體中以膠體狀態(tài)存在的物質(zhì)種類很多，主要有：粘土礦物等懸浮物；金屬氫氧化物等無(wú)機(jī)膠體；腐殖質(zhì)等有機(jī)膠體；細(xì)菌、病毒、水藻等生物膠體。它們可產(chǎn)生種種膠體化學(xué)效應(yīng)，影響重金屬在水中的遷移轉(zhuǎn)化。如：礦物微粒的吸附作用、有機(jī)膠體的螯合作用等，都可以使重金屬進(jìn)入底泥暫時(shí)固定下來(lái)。但是，當(dāng)條件發(fā)生變化時(shí)，沉積在底泥的重金屬可泛起再次進(jìn)入水中。

6、水溫、水的流動(dòng)狀態(tài)、水生生物等

4、Eh值51

第四節(jié)水環(huán)境污染控制及管理

一、水體污染的防治和管理

1、制定標(biāo)準(zhǔn)

關(guān)于水體污染防治控制的標(biāo)準(zhǔn)，目前我國(guó)已制定了水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、污染物排放標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。

⑴水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

①地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838—88）

②海水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3079—82）

③漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（GB11607—89）

④景觀娛樂(lè)用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（GB12941—91）

⑤農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（GB5084—92）

⑥地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB/T14848—93）

第四節(jié)水環(huán)境污染控制及管理52

⑵污水排放標(biāo)準(zhǔn)：分綜合性排放標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)性排放標(biāo)準(zhǔn)兩類。如：

①污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB8978—96）

②船舶污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB3552—83）

③造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB3544—92）

④鋼鐵工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB13456—92）

⑶有關(guān)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)

①水質(zhì)詞匯（GB6816—86）（GB11915—89）

②環(huán)境保護(hù)圖形標(biāo)志排放口（源）（GB15562.1—95）

⑵污水排放標(biāo)準(zhǔn)：分綜合性排放標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)性排放標(biāo)準(zhǔn)兩類。如53

54

55

2、采取對(duì)策

減少污水及污染物排放量

建立污水處理系統(tǒng)

加強(qiáng)水環(huán)境規(guī)劃

加強(qiáng)水環(huán)境監(jiān)測(cè)

強(qiáng)化法律意識(shí)，依法管理水環(huán)境

二、廢水處理技術(shù)

1、廢水處理基本方法

物理法：沉淀法（重力分離法）過(guò)濾法（濾網(wǎng)沙層活性碳）離心分離法汽浮（浮選）法高梯度磁分離法

化學(xué)法：中和法混凝法氧化還原法化學(xué)沉淀法

物理化學(xué)法：吸附法離子交換法萃取法膜析法蒸發(fā)法

生物法：活性污泥法生物膜法生物塘法

污泥土地處理法：污水灌溉慢速下滲快速下滲

2、采取對(duì)策56一、廢水的來(lái)源及特征

化工廢水是從每一種化工產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中排放出來(lái)的廢水(包括工藝廢水、冷卻水、廢氣洗滌水、設(shè)備及場(chǎng)地沖洗水等)。(一)化工廢水的主要來(lái)源

(1)化工生產(chǎn)的原料和產(chǎn)品在生產(chǎn)、包裝、運(yùn)輸、堆放的過(guò)程中因一部分物料流失又經(jīng)雨水或用水沖刷而形成的廢水。(2)化學(xué)反應(yīng)不完全而產(chǎn)生的廢料。一般的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率只能達(dá)到70％～80％。(3)化學(xué)反應(yīng)中副反應(yīng)生成的廢水。(4)冷卻水。(5)一些特定生產(chǎn)過(guò)程排放的廢水。如：酸洗或堿洗過(guò)程排放的廢水，溶劑處理中排出的廢溶劑，(6)地面和設(shè)備沖洗水和雨水，因常夾帶某些污染物，最終也形成廢水。一、廢水的來(lái)源及特征57化學(xué)工業(yè)廢水按成分可分為三大類：第一類為含有機(jī)物的廢水，主要來(lái)自基本有機(jī)原料、合成材料(含合成塑料、合成橡膠、合成纖維)、農(nóng)藥、染料等行業(yè)排出的廢水；第二類為含無(wú)機(jī)物的廢水，如無(wú)機(jī)鹽、氮肥、磷肥、硫酸、硝酸及純堿等行業(yè)排出的廢水；第三類為既含有有機(jī)物又含有無(wú)機(jī)物的廢水，如氯堿、感光材料、涂料等行業(yè)。如果按廢水中所含主要污染物分則有含氰廢水、含酚廢水、含硫廢水、含氟廢水、含鉻廢水、含有機(jī)磷化合物廢水、含有機(jī)物廢水等?；瘜W(xué)工業(yè)廢水按成分可分為三大類：58

(三)化工廢水的特點(diǎn)(1)廢水排放量大(2)污染物種類多水(3)污染物毒性大(4)廢水中有害污染物較多(5)化工廢水的水量和水質(zhì)視其原料路線、生產(chǎn)工藝方法及生產(chǎn)規(guī)模不同而有很大差異(6)污染范圍廣

(三)化工廢水的特點(diǎn)(1)廢水排放量大59第三節(jié)

廢水處理技術(shù)

1、按作用原理分

物理法：沉淀法（重力分離法）過(guò)濾法（濾網(wǎng)沙層活性碳）離心分離法汽?。ǜ∵x）法高梯度磁分離法

化學(xué)法：中和法混凝法氧化還原法化學(xué)沉淀法

物理化學(xué)法：吸附法離子交換法萃取法膜析法蒸發(fā)法

生物化學(xué)法：活性污泥法生物膜法生物塘法

第三節(jié)

廢水處理技術(shù)

602、按處理程度分

一級(jí)處理:一級(jí)處理是去除廢水中的漂浮物和部分懸浮狀態(tài)的污染物質(zhì)，調(diào)節(jié)廢水pH、減輕廢水的腐化程度和后續(xù)處理工藝負(fù)荷的處理方法。污水經(jīng)一級(jí)處理后，一般達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)。所以一般以一級(jí)處理為預(yù)處理，以二級(jí)處理為主體，必要時(shí)再進(jìn)行三級(jí)處理，即深度處理，使污水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)或補(bǔ)充工業(yè)用水和城市供水，一級(jí)處理的常用方法如下。(1)篩濾法(2)沉淀法(3)上浮法(4)預(yù)曝氣法2、按處理程度分61二級(jí)處理

二級(jí)處理是污水通過(guò)一級(jí)處理后，再加處理，用以除去污水中大量有機(jī)污染物，使污水進(jìn)一步凈化的工藝過(guò)程。相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，主要把生物化學(xué)處理作為污水二級(jí)處理的主體工藝。近年來(lái)，采用化學(xué)或物理化學(xué)處理法作為二級(jí)處理主體工藝，并隨著化學(xué)藥劑品種的不斷增加，處理設(shè)備和工藝的不斷改進(jìn)而得到推廣。二級(jí)處理的主要方法如下(1)活性污泥法以污水中有機(jī)污染物作為底物，在有氧的條件下，對(duì)各種微生物群體進(jìn)行混合連續(xù)培養(yǎng)，形成活性污泥。利用這種活性污泥在廢水中的凝聚、吸附、氧化、分解和沉淀等作用，去除廢水中有機(jī)污染物。二級(jí)處理62(2)生物膜法生物膜法是使廢水通過(guò)生長(zhǎng)在固定支承物表面的生物膜，利用生物氧化作用和各相之間的物質(zhì)交換，降解廢水中有機(jī)污染物的方法。三級(jí)處理污水三級(jí)處理又稱污水深度處理或高級(jí)處理。為進(jìn)一步去除二級(jí)處理未能去除的污染物質(zhì)，其中包括微生物未能降解的有機(jī)物或磷、氮等可溶性無(wú)機(jī)物。完善的三級(jí)處理由除磷、除氮、除有機(jī)物(主要是難以生物降解的有機(jī)物)、除病毒和病原菌、除懸浮物和除礦物質(zhì)等過(guò)程單元組成。(2)生物膜法63水環(huán)境污染控制及管理課件64物理處理法廢水的物理處理法是利用物理作用來(lái)進(jìn)行廢水處理的方法,主要用于分離去除廢水中不溶性的懸浮污染物。在處理過(guò)程中廢水的化學(xué)性質(zhì)不發(fā)生改變。主要工藝有重力分離、離心分離、篩濾等,使用的處理設(shè)備和構(gòu)筑物有格柵和篩網(wǎng)、沉砂池和沉淀池、氣浮裝置、離心機(jī)、旋流分離器等。物理處理法廢水的物理處理法是利用物理作用來(lái)進(jìn)行廢水處理的方法65一、重力分離

(一)沉淀法

利用重力作用使廢水中重于水的固體物質(zhì)下沉,從而達(dá)到與廢水分離的目的。沉淀法又分為自然沉淀和混凝沉淀兩種。一次沉淀池：在生化處理前，廢水先要通過(guò)沉淀池進(jìn)行沉淀，設(shè)備在生化處理之前的沉淀池，稱為初級(jí)沉淀池二次沉淀池：在生化處理后的沉淀池(二)沉砂池(三)隔油池一、重力分離66圖3—2附有鏈條刮泥機(jī)的平流沉淀池1一進(jìn)水槽；2一進(jìn)水孔；3一進(jìn)水擋板；4一出水擋板；5一出水槽；6一排泥管；7一排泥閘門；8一鏈帶；9一排渣

圖3—2附有鏈條刮泥機(jī)的平流沉淀池67二、離心分離使含有懸浮物的廢水在設(shè)備中高速旋轉(zhuǎn),由于懸浮物和廢水質(zhì)量不同,所受的離心力不同,質(zhì)量大的被甩到外圈，質(zhì)量小的則留在內(nèi)圈，通過(guò)不同的出口將它們分別引導(dǎo)出來(lái)，從而可使懸浮物和廢水分離。三、過(guò)濾法

格柵：格柵是由一組平行的金屬柵條制成的具有一定間隔的框架。將其斜置在廢水流經(jīng)的渠道上,用于去除廢水中粗大的懸浮物和漂浮物。篩網(wǎng)是由穿孔濾板或金屬網(wǎng)構(gòu)成的過(guò)濾設(shè)備,用于去除較細(xì)小的懸浮物。二、離心分離68化學(xué)處理法化學(xué)處理法是利用化學(xué)反應(yīng)來(lái)分離、回收廢水中的污染物,或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì),利用化學(xué)作用來(lái)處理廢水中的溶解物質(zhì)或膠體物質(zhì)，可用來(lái)去除廢水中的金屬離子、細(xì)小的膠體有機(jī)物、無(wú)機(jī)物、植物營(yíng)養(yǎng)素(氮、磷)、乳化油、色度、臭味、酸、堿等，對(duì)于廢水的深度處理有著重要作用。主要工藝有中和、混凝、化學(xué)沉淀、氧化還原、電化學(xué)等方法?；瘜W(xué)處理法化學(xué)處理法是利用化學(xué)反應(yīng)來(lái)分離、回收廢水中的污染物69一、中和法：

中和法是利用化學(xué)方法使酸性廢水或堿性廢水中和達(dá)到中性的方法。在中和處理中,應(yīng)盡量遵循“以廢治廢”的原則,優(yōu)先考慮廢酸或廢堿的使用,或酸性廢水與堿性廢水直接中和的可能性。其次才考慮采用藥劑(中和劑)進(jìn)行中和處理。一、中和法：70(一)中和酸性或堿性廢水的方法1．酸性廢水的中和處理方法對(duì)酸性廢水進(jìn)行中和時(shí)，可采用以下一些方法。①使酸性廢水通過(guò)石灰石濾床；②與石灰乳混合；③向酸性廢水中投加燒堿或純堿溶液；④與堿性廢水混合，使廢水pH近于中性；⑤向酸性廢水中投加堿性廢渣，如電石渣、碳酸鈣、堿渣等。(一)中和酸性或堿性廢水的方法712．堿性廢水處理方法對(duì)堿性廢水，一般可以采用以下途徑進(jìn)行中和。①向堿性廢水中鼓人煙道廢氣；用煙道氣中和堿性廢水，主要是利用煙道氣中的COz和S02兩種酸性氣體對(duì)堿性廢水進(jìn)行中和。②向堿性廢水注入壓縮的二氧化碳?xì)怏w；③向堿性廢水投入酸或酸性廢水等。2．堿性廢水處理方法72二、混凝沉淀法混凝法是通過(guò)向廢水中投入一定量的混凝劑,使廢水中難以自然沉淀的膠體狀污染物和一部分細(xì)小懸浮物形成具有一定大小的絮凝體,在后續(xù)沉淀池中沉淀分離,從而使膠體狀污染物得以與廢水分離的方法。(一)混凝原理混凝法的基本原理是在廢水中投入混凝劑，因混凝劑為電解質(zhì)，在廢水里形成膠團(tuán)，與廢水中的膠體物質(zhì)發(fā)生電中和，形成絨粒沉降?；炷恋聿坏梢匀コ龔U水中的粒徑為10一3～10—emm的細(xì)小懸浮顆粒，而且還能夠去除色度、油分、微生物、氮和磷等富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、重金屬以及有機(jī)物等。廢水中投入混凝劑后，膠體因?qū)щ娢唤档突蛳?，破壞了顆粒的穩(wěn)定狀態(tài)(稱脫穩(wěn))。脫穩(wěn)的顆粒相互聚集為較大顆粒的過(guò)程稱為凝聚。未經(jīng)脫穩(wěn)的膠體也可形成大的顆粒，這種現(xiàn)象稱為絮凝。不同的化學(xué)藥劑能使膠體以不同的方式脫穩(wěn)、凝聚或絮凝。按機(jī)理，混凝可分為壓縮雙電層、吸附電中和、吸附架橋、沉淀物網(wǎng)捕四種。按機(jī)理，混凝可分為壓縮雙電層、吸附電中和、吸附架橋、沉淀物網(wǎng)四種。二、混凝沉淀法73(三)混凝劑和助凝劑按其化學(xué)成分可分為無(wú)機(jī)及有機(jī)兩大類。無(wú)機(jī)鹽主要是鋁和鐵的鹽類及其水解聚合物，有機(jī)類品種很多，主要是高分子化合物，可分為天然的及人工合成的兩部分。無(wú)機(jī)混凝劑主要是利用其中的強(qiáng)水解基團(tuán)水解形成的微絮體使脫粒脫穩(wěn)，無(wú)機(jī)混凝劑以其價(jià)格低廉、原料易得等優(yōu)點(diǎn)得以大量運(yùn)用，有機(jī)混凝劑分為天然有機(jī)混凝劑與人工合成有機(jī)高分子混凝劑。天然有機(jī)混凝劑是人類使用較早的混凝劑，不過(guò)其用量遠(yuǎn)少于人工合成高分子混凝劑。(三)混凝劑和助凝劑74(四)混凝處理流程及設(shè)備混凝處理流程包括投藥、混合、反應(yīng)及沉淀分離幾個(gè)部分，(四)混凝處理流程及設(shè)備75三、化學(xué)氧化還原法廢水經(jīng)過(guò)化學(xué)氧化還原處理，可使廢水中所含的有機(jī)物質(zhì)和無(wú)機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)變成無(wú)毒或毒性不大的物質(zhì)，從而達(dá)到廢水處理的目的。氧化還原法是利用溶解在廢水中的有毒有害物質(zhì),在氧化還原反應(yīng)中能被氧化或還原的性質(zhì),把它們轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)毒無(wú)害物質(zhì)的方法。廢水處理使用的氧化劑有臭氧、氯氣、次氯酸鈉等,還原劑有鐵、鋅、亞硫酸氫鈉等?？梢蕴幚韽U水中的CN-、S2-、Fe2+、Mn2+等。1、空氣氧化法（O2）2、氯氣氧化法（Cl2）3、臭氧氧化法（O3）三、化學(xué)氧化還原法76化學(xué)沉淀法：化學(xué)沉淀法是通過(guò)向廢水中投入某種化學(xué)藥劑,使之與廢水中的某些溶解性污染物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),形成難溶鹽沉淀下來(lái),從而降低水中溶解性污染物濃度的方法?；瘜W(xué)沉淀法一般用于含重金屬工業(yè)廢水的處理。根據(jù)使用的沉淀劑的不同和生成的難溶鹽的種類,化學(xué)沉淀法可分為氫氧化物沉淀法、硫化物沉淀法和鋇鹽沉淀法?；瘜W(xué)沉淀法：77物理化學(xué)處理法一、吸附法：吸附法是采用多孔性的固體吸附劑,利用固一液相界面上的物質(zhì)傳遞,使廢水中的污染物轉(zhuǎn)移到固體吸附劑上,從而使之從廢水中分離去除的方法。具有吸附能力的多孔固體物質(zhì)稱為吸附劑。根據(jù)吸附劑表面吸附力的不同,可分為物理吸附、化學(xué)吸附和離子交換性吸附。在廢水處理中所發(fā)生的吸附過(guò)程往往是幾種吸附作用的綜合表現(xiàn)。廢水中常用的吸附劑有活性炭、磺化煤、沸石等。物理化學(xué)處理法一、吸附法：78二、浮選法三、電滲析1、電滲析原理2、電滲析在廢水處理中的應(yīng)用四、反滲透又稱膜分離技術(shù)：可使溶液中一種或幾種成分不能透過(guò),而其他成分能透過(guò)的膜,稱為半透膜。膜分離是利用特殊的半透膜的選擇性透過(guò)作用,將廢水中的顆粒、分子或離子與水分離的方法。五、超過(guò)濾與反滲透的原理一樣，只是壓力比較低一般在0.1-0.5MPa二、浮選法79

（1）廢水處理的物理方法

廢水的物理處理法是利用物理作用來(lái)進(jìn)行廢水處理的方法,主要用于分離去除廢水中不溶性的懸浮污染物。在處理過(guò)程中廢水的化學(xué)性質(zhì)不發(fā)生改變。主要工藝有篩濾、重力分離、離心分離等,使用的處理設(shè)備和構(gòu)筑物有格柵和篩網(wǎng)、沉砂池和沉淀池、氣浮裝置、離心機(jī)、旋流分離器等。

①格柵與篩網(wǎng)：格柵是由一組平行的金屬柵條制成的具有一定間隔的框架。將其斜置在廢水流經(jīng)的渠道上,用于去除廢水中粗大的懸浮物和漂浮物。篩網(wǎng)是由穿孔濾板或金屬網(wǎng)構(gòu)成的過(guò)濾