污水

污水

污水,通常指受一定污染的、來自生活和生產的排出水。污水主要有生活污水、工業廢水和初期雨水。污水的主要污染物有病原體污染物、耗氧污染物、植物營養物和有毒污染物等。

  • 中文名稱
    污水
  • 外文名稱
    wastewater
  • 定義
    在生產與生活中排放水的總稱
  • 分類
    生活污水、工業廢水和初期雨水
  • 水質指標分類
    分為物理、化學、生物三大類

名稱釋義

英文:wastewater

定義:在生產與生活活動中排放的水的總稱。

污水:(英文:sewage;wastewater)喪失了原來使用功能的水簡稱為污水。污水是由于水裏摻入了新的物質或者因為外界條件的變化,導致水變質不能繼續保持原來的使用功能。

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分類

根據污水來源的觀點,污水可以定義為從住宅、機關、商業或者工業區排放的與地下水、地表水、暴風雪等混合的攜帶有廢物的液體或者水。污水由許多類別,相應地減少污水對環境的影響也有許多技術和工藝。按照污水來源,污水可以分為這四類。

第一類:工業廢水 來自製造採礦和工業生產活動的污水,包括來自與工業或者商業儲藏、加工的徑流活滲瀝液,以及其它不是生活污水的廢水。

第二類:生活污水 來自住宅、寫字樓、機關或相類似的污水;衛生污水;下水道污水,包括下水道系統中生活污水中混合的工業廢水。

第三類:商業污水 來自商業設施而且某些成分超過生活污水的無毒、無害的污水[2]。如餐飲污水。洗衣房污水、動物飼養污水,發廊產生的污水等。

第四類:表面徑流 來自雨水、雪水、高速公路下水,來自城市和工業地區的水等等,表面徑流沒有滲進土壤,沿街道和陸地進入地下水。

污染成因

人類生產活動造成的水體污染中,工業引起的水體污染最嚴重。如工業廢水,它含污染物多,成分復雜,不僅在水中不易凈化,而且處理也比較困難。工業廢水,是工業污染引起水體污染的最重要的原因。它佔工業排出的污染物的大部分。工業廢水所含的污染物因工廠種類不同而千差萬別,即使是同類工廠,生產過程不同,其所含污染物的質和量也不一樣。工業除了排出的廢水直接註入水體引起污染外,固體廢物廢氣也會污染水體。

工業廢水工業廢水

農業污染首先是由于耕作或開荒使土地表面疏松,在土壤和地形還未穩定時降雨,大量泥沙流入水中,增加水中的懸浮物

還有一個重要原因是農葯、化肥的使用量日益增多,而使用的農葯和化肥隻有少量附著或被吸收,其餘絕大部分殘留在土壤和漂浮在大氣中,通過降雨,經過地表徑流的沖刷進入地表水和滲入地表水形成污染。城市污染源是因城市人口集中,城市生活污水、垃圾和廢氣引起水體污染造成的。城市污染源對水體的污染主要是生活污水,它是人們日常生活中產生的各種污水的混合液,其中包括廚房、洗滌房、浴室和洗手間排出的污水。

生活污水生活污水

世界上僅城市地區一年排出的工業和生活廢水就多達500立方公裏,而每一滴污水將污染數倍乃至數十倍的水體。

主要污染物源

病原體污染物

生活污水、畜禽飼養場污水以及製革、洗毛、屠宰業和醫院等排出的廢水,常含有各種病原體,如病毒、病菌、寄生蟲。水體受到病原體的污染會傳播疾病,如血吸蟲病、霍亂、傷寒、痢疾、病毒性肝炎等。歷史上流行的瘟疫,有的就是水媒型傳染病。如1848年和1854年英國兩次霍亂流行,死亡萬餘人;1892年德國漢堡霍亂流行,死亡750餘人,均是水污染引起的。受病原體污染後的水體,微生物激增,其中許多是致病菌、病蟲卵和病毒,它們往往與其他細菌和大腸桿菌共存,所以通常規定用細菌總數和大腸桿菌指數及菌值數為病原體污染的直接指標。病原體污染的特點是:⑴數量大;⑵分布廣;⑶存活時間較長;⑷繁殖速度快;⑸易產生抗葯性,很難絕滅;⑹傳統的二級生化污水處理及加氯消毒後,某些病原微生物、病毒仍能大量存活。常見的混凝、沉淀、過濾、消毒處理能夠去除水中99%以上病毒,如出水濁度大于0.5度時,仍會伴隨病毒的穿透。病原體污染物可通過多種途徑進入水體,一旦條件適合,就會引起人體疾病。

污水處理污水處理

耗氧污染物

在生活污水、食品加工和造紙等工業廢水中,含有碳水化合物、蛋白質、油脂、木質素等有機物質。這些物質以懸浮或溶解狀態存在于污水中,可通過微生物的生物化學作用而分解。在其分解過程中需要消耗氧氣,因而被稱為耗氧污染物。這種污染物可造成水中溶解氧減少,影響魚類和其他水生生物的生長。水中溶解氧耗盡後,有機物進行厭氧分解,產生硫化氫、氨和硫醇等難聞氣味,使水質進一步惡化。水體中有機物成分非常復雜,耗氧有機物濃度常用單位體積水中耗氧物質生化分解過程中所消耗的氧量表示,即以生化需氧量(BOD)表示。一般用20℃時,五天生化需氧量(BOD5)表示。

污水中的魚污水中的魚

植物營養物

植物營養物主要指氮、磷等能刺激藻類及水草生長、幹擾水質凈化,使BOD5升高的物質。水體中營養物質過量所造成的"富營養化"對于湖泊及流動緩慢的水體所造成的危害已成為水源保護的嚴重問題。

富營養化(eutrophication)是指在人類活動的影響下,生物所需的氮、磷等營養物質大量進入湖泊、河口、海灣等緩流水體,引起藻類及其他浮遊生物迅速繁殖,水體溶解氧量下降,水質惡化,魚類及其他生物大量死亡的現象。在自然條件下,湖泊也會從貧營養狀態過渡到富營養狀態,沉積物不斷增多,先變為沼澤,後變為陸地。這種自然過程非常緩慢,常需幾千年甚至上萬年。而人為排放含營養物質的工業廢水和生活污水所引起的水體富營養化現象,可以在短期內出現。

植物營養物質的來源廣、數量大,有生活污水(有機質、洗滌劑)、農業(化肥、農家肥)、工業廢水、垃圾等。每人每天帶進污水中的氮約50g。生活污水中的磷主要來源于洗滌廢水,而施入農田的化肥有50%~80%流入江河、湖海和地下水體中。天然水體中磷和氮(特別是磷)的含量在一定程度上是浮遊生物生長的控製因素。當大量氮、磷植物營養物質排入水體後,促使某些生物(如藻類)急劇繁殖生長,生長周期變短。藻類及其他浮遊生物死亡後被需氧生物分解,不斷消耗水中的溶解氧,或被厭氧微生物所分解,不斷產生硫化氫等氣體,使水質惡化,造成魚類和其他水生生物的大量死亡。藻類及其它浮遊生物殘體在腐爛過程中,又把生物所需的氮、磷等營養物質釋放到水中,供新的一代藻類等生物利用。因此,水體富營養化後,即使切斷外界營養物質的來源,也很難自凈和恢復到正常水準。水體富養化嚴重時,湖泊可被某些繁生植物及其殘骸淤塞,成為沼澤甚至幹地。局部海區可變成"死海",或出現"赤潮"現象。

常用氮、磷含量,生產率(O2)及葉綠素-α作為水體富營養化程度的指標。表3-7是用總磷無機氮劃分水體富養化程度的指標。防治富營養化,必須控製進入水體的氮、磷含量。

有毒污染物

有毒污染物指的是進入生物體後累積到一定數量能使體液和組織發生生化和生理功能的變化,引起暫時或持久的病理狀態,甚至危及生命的物質。如重金屬和難分解的有機污染物等。污染物的毒性與攝入機體內的數量有密切關系。同一污染物的毒性也與它的存在形態有密切關系。價態或形態不同,其毒性可以有很大的差異。如Cr(Ⅵ)的毒性比Cr(Ⅲ)大;As(Ⅲ)的毒性比As(Ⅴ)大;甲基汞的毒性比無機汞大得多。另外污染物的毒性還與若幹綜合效應有密切關系。從傳統毒理學來看,有毒污染物對生物的綜合效應有三種:⑴相加作用,即兩種以上毒物共存時,其總效果大致是各成分效果之和。⑵協同作用,即兩種以上毒物共存時,一種成分能促進另一種成分毒性急劇增加。如銅、鋅共存時,其毒性為它們單獨存在時的8倍。⑶拮抗作用,兩種以上的毒物共存時,其毒性可以抵消一部分或大部分。如鋅可以抑製鎘的毒性;又如在一定條件下硒對汞能產生拮抗作用。總之,除考慮有毒污染物的含量外,還須考慮它的存在形態和綜合效應,這樣才能全面深入地了解污染物對水質及人體健康的影響。

有毒污染物主要有以下幾類:⑴重金屬。如汞、鎘、鉻、鉛、釩、鈷、鋇等,其中汞、鎘、鉛危害較大;砷、硒和鈹的毒性也較大。重金屬在自然界中一般不易消失,它們能通過食物鏈而被富集;這類物質除直接作用于人體引起疾病外,某些金屬還可能促進慢性病的發展。⑵無機陰離子,主要是NO2-、F-、CN-離子。NO2-是致癌物質。劇毒物質氰化物主要來自工業廢水排放。⑶有機農葯多氯聯苯。世界上有機農葯大約6000種,常用的大約有200多種。農葯噴在農田中,經淋溶等作用進入水體,產生污染作用。有機農葯可分為有機磷農葯和有機氯農葯。有機磷農葯的毒性雖大,但一般容易降解,積累性不強,因而對生態系統的影響不明顯;而絕大多數的有機氯農葯,毒性大,幾乎不降解,積累性甚高,對生態系統有顯著影響。多氯聯苯(PCB)是聯苯分子中一部分氫或全部氫被氯取代後所形成的各種異構體混合物的總稱。

污水污水

多氯聯苯劇毒,脂溶性大,易被生物吸收,化學性質十分穩定,難以和酸、鹼、氧化劑等作用,有高度耐熱性,在1000~1400℃高溫下才能完全分解,因而在水體和生物中很難降解。⑷致癌物質。致癌物質大體分三類:稠環芳香烴(PAHs),如3,4-苯並芘等;雜環化合物,如黃曲酶素等;芳香胺類,如甲、乙苯胺,聯苯胺等。⑸一般有機物質。如酚類化合物就有2000多種,最簡單的是苯酚,均為高毒性物質;腈類化合物也有毒性,其中丙烯腈的環境影響最為註目。

石油類污染物

石油污染是水體污染的重要類型之一,特別在河口、近海水域更為突出。排入海洋的石油估計每年高數百萬噸至上千萬噸,約佔世界石油總產量的千分之五。石油污染物主要來自工業排放,清洗石油運輸船隻的船艙、機件及發生意外事故、海上採油等均可造成石油污染。而油船事故屬于爆炸性的集中污染源,危害是毀滅性的。

黃河幹流石油污染嚴重黃河幹流石油污染嚴重

石油是烷烴、烯烴和芳香烴的混合物,進入水體後的危害是多方面的。如在水上形成油膜,能阻礙水體復氧作用,油類粘附在魚鰓上,可使魚窒息;粘附在藻類、浮遊生物上,可使它們死亡。油類會抑製水鳥產卵和孵化,嚴重時使鳥類大量死亡。石油污染還能使水產品質量降低。

放射性污染物

放射性污染是放射性物質進入水體後造成的。放射性污染物主要來源于核動力工廠排出的冷卻水,向海洋投棄的放射性廢物,核爆炸降落到水體的散落物,核動力船舶事故泄漏的核燃料;開採、提煉和使用放射性物質時,如果處理不當,也會造成放射性污染。水體中的放射性污染物可以附著在生物體表面,也可以進入生物體蓄積起來,還可通過食物鏈對人產生內照射

水中主要的天然放射性元素有40K、238U、286Ra、210Po、14C、氚等。在世界任何海區幾乎都能測出90Sr、137Cs。

無機污染物

各種酸、鹼、鹽等無機物進入水體(酸、鹼中和生成鹽,它們與水體中某些礦物相互作用產生某些鹽類),使淡水資源的礦化度提高,影響各種用水水質。鹽污染主要來自生活污水和工礦廢水以及某些工業廢渣。另外,由于酸雨規模日益擴大,造成土壤酸化、地下水礦化度增高。

水體中無機鹽增加能提高水的滲透壓,對淡水生物、植物生長產生不良影響。在鹽鹼化地區,地面水、地下水中的鹽將對土壤質量產生更大影響。

熱污染

熱污染是一種能量污染,它是工礦企業向水體排放高溫廢水造成的。一些熱電廠及各種工業過程中的冷卻水,若不採取措施,直接排放到水體中,均可使水溫升高,水中化學反應、生化反應的速度隨之加快,使某些有毒物質(如氰化物、重金屬離子等)的毒性提高,溶解氧減少,影響魚類的生存和繁殖,加速某些細菌的繁殖,助長水草叢生,厭氣發酵,惡臭。

魚類生長都有一個最佳的水溫區間。水溫過高或過低都不適合魚類生長,甚至會導致死亡。不同魚類對水溫的適應性也是不同的。如熱帶魚適于15~32℃,溫帶魚適于10~22℃,寒帶魚適于2~10℃的範圍。又如鱒魚雖在24℃的水中生活,但其繁殖溫度則要低于14℃。一般水生生物能夠生活的水溫上限是33~35℃。

除了上述八類污染物以外,洗滌劑等表面活性劑對水環境的主要危害在于使水產生泡沫,阻止了空氣與水接觸而降低溶解氧,同時由于有機物的生化降解耗用水中溶解氧而導致水體缺氧。高濃度表面活性劑對微生物有明顯毒性。水體污染的例子很多,如京杭大運河(杭州段)兩岸有許多工廠,每天均有大量廢水排入運河,使水體中固體懸浮物、有機物、重金屬(Zn,Cd,Pb,Cu等)及酚、氰化物等含量大大超過地面水標準,有的超過幾十倍,使水體處于厭氧的還原狀態,烏黑發臭,魚蝦絕跡,不能用于生活、農業等用水;水體自凈能力差,若不治理,並控製污染源,水體污染還會進一步擴大。

京航大運河北段遭污染京航大運河北段遭污染

水環境中的污染物,整體上可劃分為無機污染物和有機污染物兩大類。在水環境化學中較為重要的,研究得較多的污染物是重金屬和有機物。中國水污染化學研究始于70年代,從重金屬、耗氧有機物、DDT、六六六等農葯污染開始,研究的重點已轉向有機污染物,特別是難降解有機物,因其在環境中的存留期長,容易沿食物鏈(網)傳遞積累(富集),威脅生物生長和人體健康,因而日益受到人們重視。本章著重介紹重金屬和有機污染物在水體中遷移轉化的環境化學行為。

污染運動過程

污染物進入水體後立即發生各種運動。下面以海洋為例作一簡介,其他水體的情況,可以類推。污染物排入水體後的運動過程如圖3-2所示。

污染物在海水中停留時間τ可用下式計算:

τi = Ai / dAi / d t

式中Ai為排入水體污染物i 的總量,dAi/dt為污染物i在海洋中的沉積速率。一般情況下,污染物在海水中的活性越大,停留時間就越短。

圖中過程5為污染物在海洋中的富集過程,它主要取決于吸附等物理化學的富集沉降以及食物鏈的選擇性吸收,其結果是污染物脫離海水,使後者得到凈化,同時將在不同程度上有害于生物,並將增加底質中污染物的積累,有可能引起海水的二次污染。

對水生生物的危害

自然界中有著各種各樣的水生動物和植物。生物與水、生物與生物之間進行著復雜的物質和能量的交換,從數量上保持著一種動態的平衡關系。但在人類活動的影響下,這種平衡遭到了破壞。當人類向水中排放污染物時,一些有益的水生生物會中毒死亡,而一些耐污的水生生物會加劇繁殖,大量消耗溶解在水中的氧氣,使有益的水生生物因缺氧被迫遷棲他處,或者死亡。特別是有些有毒元素,既難溶于水又易在生物體內累積,對人類造成極大的傷害。如汞在水中的含量是很低的,但在水生生物體內的含量卻很高,在魚體內的含量又高得出奇。假定水體中汞的濃度為1,水生生物中的底棲生物(指生活在水體底泥中的小生物)體內汞的濃度為700,而魚體內汞的濃度高達860。由此可見,當水體被污染後,一方面導致生物與水、生物與生物之間的平衡受到破壞,另一方面一些有毒物質不斷轉移和富集,最後危及人類自身的健康和生命。

石英砂過濾

石英砂過濾是去除水中懸浮物最有效手段之一,是污水深度處理、污水回用和給水處理中重要的單元。其作用是將水中已經絮凝的污染物進一步去除,它通過濾料的截留、沉降和吸附作用,達到凈水的目的。

1.用于要求出水濁度≤5mg/L能符合飲用水質標準的工業用水、生活用水及市政給水系統;

2.工業污水中的懸浮物、固體物的去除;

3.可用作離子交換法軟化、除鹽系統中的預處理設備,對水質要求不高的工業給水的粗過濾設備;

以及用在遊泳池迴圈處理系統、冷卻迴圈水凈化系統等。

水體污染影響

水體污染的危害是多方面的,這裏簡單介紹一下水體污染對人體健康的影響。

● 引起急性和慢性中毒。水體受有毒有害化學物質污染後,通過飲水或食物鏈便可能造成中毒。著名的水俁病、痛痛病是由水體污染引起的。

● 致癌作用。某些有致癌作用的化學物質如砷、鉻、鎳、鈹、苯胺、苯並(a)芘和其他多環芳烴、鹵代烴污染水體後,可被懸浮物、底泥吸附,也可在水生生物體內積累,長期飲用含有這類物質的水,或食用體內蓄積有這類物質的生物(如魚類)就可能誘發癌症。

● 發生以水為媒介的傳染病。人畜糞便等生物污染物污染水體,可能引起細菌性腸道傳染病如傷寒、痢疾、腸炎、霍亂等;腸道內常見病毒如脊髓灰質類病毒、柯薩奇病毒、傳染性肝炎病毒等,皆可通過水體污染引起相應的傳染病。1989年上海的"甲肝事件",就是由水體污染引起的。在開發中國家,每年約有6000萬人死于腹瀉,其中大部分是兒童。

● 間接影響。水體污染後,常可引起水的感官性狀惡化,如某些污染物在一定濃度下,對人的健康雖無直接危害,但可使水發生異臭、異色,呈現泡沫和油膜等,妨礙水體的正常利用。銅、鋅、鎳等物質在一定濃度下能抑製微生物的生長和繁殖,從而影響水中有機物的分解和生物氧化,使水體自凈能力下降,影響水體的衛生狀況。

水體污染既可嚴重危害生態系統,還可造成嚴重的經濟損失。

主要污染物的影響:

鉛: 對腎髒、神經系統造成危害,對兒童具高毒性,致癌性已被證實

鎘: 對腎髒有急性之傷害

砷: 對皮膚、神經系統等造成危害,致癌性已被證實

汞: 對人體的傷害極大,傷害主要器官為腎髒、中樞神經系統

硒: 高濃度會危害肌肉及神經系統

亞硝酸鹽: 造成心血管方面疾病,嬰兒的影響最為明顯(藍嬰症),具致癌性

總三鹵甲烷: 以氯仿對健康的影響最大,致癌性方面最常發生的是膀光癌

三氯乙烯(有機物): 吸入過多會降低中樞神經、心髒功能,長期暴露對肝髒有害

四氯化碳(有機物): 對人體健康有廣泛影響,具致癌性,對肝髒、腎髒功能影響極大

水質指標分類

一般分為物理、化學、生物三大類。

物理性指標

溫度、色度、嗅和味、固體物質的三種存在形態:懸浮的、膠體的、溶解的。固體物質用總固體量(TS)作為指標,污水處理中常用懸浮固體(SS)表示固體物質的含量(TDS指標高于1000以上)。

污水污水

化學性指標

一、化學需氧量(COD):指用強化學氧化劑(中國法定用重鉻酸鉀)在酸性條件下,將有機物氧化成CO2與H2O所消耗的氧量(mg/L),用CODcr表示,簡寫為COD。化學需氧量越高,表示水中有機污染物越多,污染越嚴重。

cod的測定方法:

隨著測定水樣中還原性物質以及測定方法的不同,其測定值也有不同。套用最普遍的是酸性高錳酸鉀氧化法與重鉻酸鉀氧化法。

1、高錳酸鉀(KmnO4)法:氧化率較低,但比較簡便,在測定水樣中有機物含量的相對比較值時,可以採用。

2、重鉻酸鉀(K2Cr2O7)法:氧化率高,再現性好,適用于測定水樣中有機物的總量。 有機物對工業水系統的危害很大。含有大量的有機物的水在通過除鹽系統時會污染離子交換樹脂,特別容易污染陰離子交換樹脂,使樹脂交換能力降低。有機物在經過預處理時(混凝、澄清和過濾),約可減少50%,但在除鹽系統中無法除去,故常通過補給水帶入鍋爐,使爐水pH值降低。有時有機物還可能帶入蒸汽系統和凝結水中,使pH降低,造成系統腐蝕。在迴圈水系統中有機物含量高會促進微生物繁殖。

因此,不管對除鹽、爐水或迴圈水系統,COD都是越低越好,但並沒有統一的限製指標。在迴圈冷卻水系統中COD(KmnO4法)>5mg/L時,水質已開始變差。

二、生化需氧量(BOD):水中有機污染物被好氧微生物分解時所需的氧量稱為生化需氧量(mg/L)。

如果污水成分相對穩定,則一般來說,COD> BOD5。

一般BOD5/COD大于0.3,認為適宜採用生化處理。三、總需氧量(TOD):有機物主要元素是C、H、O、N、S等,當有機物被全部氧化時,將分別產生CO2、H2O、NO、SO2等,此時需氧量稱為總需氧量(TOD)。

四、總有機碳(TOC):包括水樣中所有有機污染物質的含碳量,也是評價水樣中有機物質質的一個綜合參數。

五、總氮(TN):污水中含氮化合物分為有機氮、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮,四種含氮化合物總量稱為總氮(TN)。凱氏氮(TKN)是有機氮與氨氮之和。

六、總磷(TP):包括有機磷與無機磷兩類。

七、pH值

八、重金屬

生物性指標

大腸菌群數:每升水樣中所含有的大腸菌群的數目,以個/L計。

⑵細菌總數:是大腸菌群數、病原菌、病毒及其他細菌數的總和,以每毫升水樣中的細菌菌落總數表示。

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