【正文】 3，其中，%為海水，%，而且絕大部分為極地冰雪冰川（%）和地下水（%）。其中，地表水為河流、冰川、湖泊、沼澤等水體；地下水為地下匯水的動(dòng)態(tài)水量；土壤水為分散于巖石圈表面的疏松表層中的水。狹義水資源就是在水循環(huán)中，富集于江河、湖泊、冰川和埋藏在地下較淺的含水層中的水。從這個(gè)意義上講，水圈中的任何水對(duì)人類都有著直接或者間接的利用價(jià)值，都可以視為水資源。 1）水資源概念廣義水資源是指自然界中以固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)形式廣泛存在于地球表面和地球的巖石圈、大氣圈、生物圈中的水，是包括海水在內(nèi)的地球水量的總體。1．水資源及水資源現(xiàn)狀水之所以成為資源是由其自身的物理特性、化學(xué)特性及自然特性所決定的。20世紀(jì)90年代以來(lái)，水污染不再是局部的，而是跨國(guó)度、遍布于整個(gè)流域的水污染問(wèn)題。但是，隨著社會(huì)的發(fā)展，人口激增，城市化進(jìn)程加快，污水的成分和性質(zhì)也發(fā)生巨大變化。一、有關(guān)水污染的概念21世紀(jì)水正在變成一種寶貴的稀缺資源，水資源問(wèn)題已不僅僅是資源問(wèn)題，更成為關(guān)系到國(guó)家經(jīng)濟(jì)、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展和長(zhǎng)治久安的重大戰(zhàn)略問(wèn)題。按人類活動(dòng)方式可分為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、生活等不同種類的水污染，按其排放的污染物種類可分為無(wú)機(jī)、有機(jī)、熱、放射性、重金屬、病原體等不同污染物。如特殊的地質(zhì)條件使某些地區(qū)的某些或某種化學(xué)元素大量富集（例如，氟磷灰石等礦區(qū)可能引起地下水或地表水中氟含量增高，造成水體的氟污染），天然植物在腐爛過(guò)程中產(chǎn)生某種毒物，以及降雨淋洗大氣和地面后挾帶各種物質(zhì)流入水體，都會(huì)影響該地區(qū)的水質(zhì)。水污染按污染物的來(lái)源可分為天然水污染和人為水污染兩大類，而后者是主要的，本書主要討論人為水污染。為了發(fā)展，人類在實(shí)踐上、理論上進(jìn)行著不懈的努力。發(fā)展，是當(dāng)今世界共同關(guān)注的熱點(diǎn)；發(fā)展，使世界呈現(xiàn)勃勃生機(jī)。第一章 緒 論世界正處在一個(gè)飛速發(fā)展的時(shí)代。經(jīng)濟(jì)在快速發(fā)展、社會(huì)在飛速發(fā)展，人們的生活在改變，世界的面貌在改變。安全與水污染防治是人類生存發(fā)展過(guò)程中永恒的主題，隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，安全與水污染防治問(wèn)題已經(jīng)受到越來(lái)越多的關(guān)注。第一節(jié) 水污染基本概念水污染指污染物進(jìn)入河流、海洋、湖泊或地下水等水體后，使水體的水質(zhì)和水體沉積物的物理、化學(xué)性質(zhì)或生物群落組成發(fā)生變化，從而降低了水體的使用價(jià)值和使用功能的現(xiàn)象。天然水污染主要由自然因素所造成，自然界自行向水體釋放有害物質(zhì)或造成有害的影響。人為水污染是指人類在生產(chǎn)、生活過(guò)程中產(chǎn)生的污染物（主要是污水）對(duì)水體形成的污染。此外，污染氣體及氣溶膠的沉降，廢渣和垃圾傾倒在水中或岸邊，或堆積在土地上，經(jīng)降雨淋洗流入水體，都能造成污染。伴隨著人類的產(chǎn)生，污水作為人類排泄物的一部分就已存在，數(shù)量較少時(shí)，通過(guò)環(huán)境的自凈就足以將這部分污染物降解消除。量大而復(fù)雜的化學(xué)污染物，如重金屬、放射性核素與多氯聯(lián)苯硝基苯、洗滌劑、化肥和殺蟲劑等不能或難以生物降解和去除的污染物，被排放水體，使水和水體的物理、化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，導(dǎo)致水資源急劇劣化污染和減少。伴隨日益嚴(yán)重的水污染和水資源減少，水污染治理工作日益變得重要，也促進(jìn)了污水作為再生水資源的回收和再用，更帶動(dòng)了水污染治理技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，以實(shí)現(xiàn)污水的凈化和利用以及水循環(huán)。水資源有廣義和狹義之分，通常所說(shuō)的水資源是指狹義水資源。人類生活的地球是一個(gè)水的星球，海洋、河流、湖泊、溪流……通過(guò)水文循環(huán)彼此間相互聯(lián)系，相互影響，共同構(gòu)成了完整的地球水圈，它是生命的發(fā)源地。它包括可更新水資源和不可更新水資源。它來(lái)源于大氣降水，可以通過(guò)水循環(huán)逐年得到補(bǔ)充和更新，易于為人類所利用，包括地表水、地下水和土壤水。2）世界水資源狀況地球表面約有70%以上面積為水所覆蓋，其余約占地球表面30%的陸地也有水的存在，%的水是供人類利用的淡水。由于開發(fā)困難或技術(shù)經(jīng)濟(jì)的限制，海水淡化技術(shù)還未成熟、普及，同時(shí)，在地球上的淡水資源中，分布在南北兩極地區(qū)的固體冰川及永凍土底冰是目前人類尚不能利用的，另外，在地下淡水中，由于它們非常分散，而且絕大部分埋藏很深，因此，只有很少一部分淺層水可供人類利用。全球淡水資源不僅短缺而且地區(qū)分布極不均勻。預(yù)計(jì)到2025年，全世界將有30億人口缺水，涉及的國(guó)家和地區(qū)達(dá)40多個(gè)。 圖11 全球水總量分布簡(jiǎn)圖3）中國(guó)水資源現(xiàn)況我國(guó)是一個(gè)水資源短缺、水旱災(zāi)害頻繁的國(guó)家，如果按水資源總量考慮，我國(guó)水資源總量約28000億m3，水資源總量居世界第六位，但是我國(guó)人口眾多，若按人均水資源量計(jì)算，人均占有量只有2240立方米，僅為世界人均水量的1/4，在世界排第110位（按149個(gè)國(guó)家統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)一采用聯(lián)合國(guó)1990年人口統(tǒng)計(jì)結(jié)果），已經(jīng)被聯(lián)合國(guó)列為13個(gè)貧水國(guó)家之一，在世界銀行連續(xù)統(tǒng)計(jì)的153個(gè)國(guó)家中居第88位。中國(guó)目前有16個(gè)省(區(qū)、市)人均水資源量低于重度缺水線，有6個(gè)省、區(qū)(寧夏、河北、山東、河南、山西、江蘇)人均水資源量低于500立方米，為極度缺水地區(qū)。僅2002年，全國(guó)淡水取用量達(dá)到5497億立方米，大約占世界年取用量的13%。長(zhǎng)江流域及其以南地區(qū)人口占中國(guó)的54％，但是水資源卻占了81％。最近幾年，北方連年干旱，資源性缺水日益嚴(yán)重令人憂心，南方地區(qū)由于不注意污水的處理，把未經(jīng)處理的污水大量排到天然河道，污染了水體，影響了水資源的有效性，造成有水不能用，形成了水質(zhì)性缺水的嚴(yán)重狀況。綜上所述，我國(guó)水資源具有總量多，人均占有量少，地區(qū)分布不均勻，季節(jié)分布不均勻，河流含沙量大，水污染日益嚴(yán)重，地下水開采過(guò)量等特點(diǎn)。其中，生活污水是人類在日常生活中使用過(guò)的，并被生活廢料所污染的水；工業(yè)廢水是在工礦企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中用過(guò)的水，工業(yè)廢水包括生產(chǎn)污水與生產(chǎn)廢水兩部分；生活污水與工業(yè)廢水中的生產(chǎn)污水(或經(jīng)工礦企業(yè)局部處理后的生產(chǎn)污水)的混合污水，稱為城市污水。由于初期雨水沖刷了地表的各種污物，污染程度很高，需要作凈化處理。這些改變了原來(lái)的組成，甚至喪失了使用價(jià)值而廢棄外排的水稱為污水。 1）生活污水 城鄉(xiāng)居民在日常生活中所產(chǎn)生的污水，主要包括生活廢料和人的排泄物，包括廚房洗滌、沐浴、洗衣等廢水以及沖洗廁所等污水。污染物的濃度與用水量有關(guān)。由于生活污水適于各種微生物的生長(zhǎng)繁殖，所以往往含有大量的細(xì)菌、病毒和寄生蟲卵。此外，生活污水中還含有氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。生產(chǎn)污水是指在生產(chǎn)過(guò)程中形成、并被生產(chǎn)原料、半成品或成品等廢料所污染的水，也包括熱污染(指生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的、水溫超過(guò)60℃的水)。生產(chǎn)廢水是指在生產(chǎn)過(guò)程中形成，但未直接參與生產(chǎn)工藝、未被生產(chǎn)原料、半成品或成品污染或只是溫度稍有上升的水。3）農(nóng)業(yè)污水 隨著農(nóng)藥與化肥的大量使用，農(nóng)業(yè)徑流排水已成為水體的主要污染源之一。此外，農(nóng)業(yè)廢棄物(包括農(nóng)作物的稈、莖、葉以及牲畜糞便等)也會(huì)隨各種途徑帶入水體中，造成水體的污染。1）嗅覺感官污染 被污染了的水體在顏色、濁度和嗅味等方面將發(fā)生變化，如水色發(fā)紅或變黑，水體惡臭渾濁，產(chǎn)生大量泡沫等。3）富營(yíng)養(yǎng)化污染 富營(yíng)養(yǎng)化污染是指植物營(yíng)養(yǎng)物（如磷和氮的化合物）過(guò)多排入水體后所引起的二次污染現(xiàn)象。湖沼學(xué)家認(rèn)為，富營(yíng)養(yǎng)化是湖泊衰老的一種表現(xiàn)。藻類的種類數(shù)逐漸減少，而個(gè)體數(shù)則迅速增加。藻類過(guò)度生長(zhǎng)繁殖還將造成水中溶解氧的急劇變化。在自然界物質(zhì)的正常循環(huán)過(guò)程中，也有可能使某些湖泊由貧營(yíng)養(yǎng)湖發(fā)展為富營(yíng)養(yǎng)湖，進(jìn)一步發(fā)展為沼澤和干地。水體中氮、磷含量的高低與水體富營(yíng)養(yǎng)化程度有密切關(guān)系。4）有毒物質(zhì)污染 有毒物質(zhì)分為無(wú)機(jī)和有機(jī)毒物質(zhì)，水體中的無(wú)機(jī)有毒物質(zhì)主要指重金屬污染。重金屬作為有色金屬在人類的生產(chǎn)和生活方面有廣泛的應(yīng)用。采礦和冶煉是向環(huán)境中釋放重金屬的最主要的污染源。由于人類活動(dòng)進(jìn)入環(huán)境的重金屬量幾乎相當(dāng)于自然過(guò)程中的遷移量。5）病原微生物污染 生活污水、醫(yī)院污水以及屠宰、鞣革等工業(yè)廢水，含有各類病毒、細(xì)菌、寄生蟲等病原微生物，流入水體會(huì)傳播各種疾病。油類污染物進(jìn)入水體后將影響水生生物的生長(zhǎng)、降低水體的資源價(jià)值。⑤破壞風(fēng)景區(qū)，危害鳥類生活。屬于原生質(zhì)毒物，可使蛋白質(zhì)凝固，引起神經(jīng)系統(tǒng)中毒。～，魚肉有酚味。酚的毒性可抑制水中微生物的自然生長(zhǎng)速度，有時(shí)甚至使其停止生長(zhǎng)。二、水污染治理基本原理、方法與系統(tǒng)（一）水污染治理基本原理 1．水體自凈水體自凈（或稱水體凈化）作用是指污染物（污水）排入各種水體后，在水體本身和污染物自身的物理、化學(xué)和生物等過(guò)程機(jī)理作用下，使水中污染物濃度自然降低或總量減少，受污染的水體部分或完全地恢復(fù)原狀的現(xiàn)象。另外，也取決于污染物性質(zhì)、濃度以及排放方式等，當(dāng)排入水體的污染物一旦超過(guò)了水體的最大自凈“容量”，正常的生物循環(huán)或生態(tài)平衡將被破壞，水體即被污染。在自凈過(guò)程中，各種機(jī)理或同時(shí)或斷續(xù)起作用，并互相影響和交織地進(jìn)行。通過(guò)混合、稀釋、擴(kuò)散、沉淀、揮發(fā)等物理過(guò)程，水中污染物濃度降低。（2）化學(xué)自凈 化學(xué)自凈是指污水或污染物在水體中以簡(jiǎn)單或復(fù)雜的離子或分子狀態(tài)遷移，并發(fā)生化學(xué)元素性質(zhì)或形態(tài)、價(jià)態(tài)上的轉(zhuǎn)化，使水質(zhì)也發(fā)生了化學(xué)性質(zhì)的變化，但未參與生物作用的過(guò)程?；瘜W(xué)作用能改變污染物在水體中的遷移能力、毒性大小，也能改變水環(huán)境的化學(xué)元素反應(yīng)條件。（3）生物自凈 水體的生物自凈是指水體中的污染物經(jīng)生物吸收、降解作用使污染物消失或濃度降低的過(guò)程。水體生物自凈作用也被稱為狹義的自凈作用，主要是指懸浮物和溶解有機(jī)污染物在微生物作用下，發(fā)生氧化分解過(guò)程。（4）水體自凈舉例 以河流自凈為例，其自凈作用是指河水中的污染物質(zhì)在河水向下游流動(dòng)過(guò)程中濃度自然地逐漸降低的現(xiàn)象，如圖12所示?？煞譃槿齻€(gè)相連接的河段，即污染物(污水)排入水體的初期階段為嚴(yán)重污染的重污染段、其后的中等污染階段和污水排入水體的后期階段為污染較輕的輕污染段。 （a）河水物理凈化過(guò)程（b）河水生物化學(xué)凈化過(guò)程 （c）BOD5和DO的變化過(guò)程圖12 水體的自凈作用接納大量污水的河流從污水排放后，經(jīng)一定的距離和時(shí)間后，被排放的污水將與河水完全混合，最終實(shí)現(xiàn)水體自凈。污水中的無(wú)機(jī)污染物和一些難溶或可溶性污染物通過(guò)稀釋、擴(kuò)散、氧化還原、分解化合、沉淀、揮發(fā)等物理或化學(xué)過(guò)程降低了污染濃度，而污水中呈懸浮膠體和溶解狀態(tài)的有機(jī)污染物，在有溶解氧的條件下，被河流中好氧微生物（如腐生細(xì)菌等）氧化降解為簡(jiǎn)單和穩(wěn)定的無(wú)機(jī)物如水、二氧化碳、氨氮和磷酸鹽等。好氧生物凈化過(guò)程中所消耗的溶解氧由水面復(fù)氧和水體中水生植物的光合作用產(chǎn)生的氧來(lái)補(bǔ)充，耗氧和復(fù)氧過(guò)程同時(shí)進(jìn)行。圖12(b)簡(jiǎn)單描繪了河流中污水生物化學(xué)凈化過(guò)程。由圖12(c)可見，對(duì)BOD變化曲線來(lái)說(shuō)，當(dāng)污水排入河中時(shí)（以此點(diǎn)為0點(diǎn)），其值急劇上升，隨著河水的下流有機(jī)污染物被分解BOD值逐漸降低，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后又恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)。2）污染物在水體環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化污染物在不同水體中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律不同。河流流量大，流速快，水流更新期短，易稀釋擴(kuò)散，使水中化學(xué)成分變化迅速，溶解氧含量迅速恢復(fù)，因此，水流受到污染后能較快地恢復(fù)到原水平。污染物在河流中的擴(kuò)散和分解受到河流的流量、流速、水深等因素影響。受水體可能是海洋、湖泊、水庫(kù)和河流等，因而河口可分為入海河口、入湖河口、入庫(kù)河口和支流河口等。湖泊、水庫(kù)的貯水量大，但水流一般比較慢，對(duì)污染物的稀釋、擴(kuò)散能力較弱。當(dāng)湖泊和水庫(kù)的平均水深超過(guò)一定深度時(shí)，由于水溫變化使湖(庫(kù))水產(chǎn)生溫度分層，當(dāng)季節(jié)變化時(shí)易出現(xiàn)翻湖現(xiàn)象，湖底的污泥翻上水面。海灣污水的水溫較高，含鹽量少，密度較海水小，易于浮在表面，在排放口處易形成污水層。污染物在地下水中的遷移轉(zhuǎn)化受對(duì)流與擴(kuò)散、機(jī)械過(guò)濾、吸附與解吸、化學(xué)反應(yīng)、溶解與沉淀、降解與轉(zhuǎn)化等受多種因素與過(guò)程的影響。但是，水體的自凈能力有一定限度，如果排入的污染物數(shù)量過(guò)多，水體溶解氧被大量消耗或破壞而不能及時(shí)補(bǔ)充，在缺氧條件下，由于厭氧菌作用，就會(huì)產(chǎn)生腐敗現(xiàn)象，使水體受到嚴(yán)重污染。水污染治理就是采用各種技術(shù)與手段，將污水中所含的污染物質(zhì)分離去除（回收利用），或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)，使污水得到凈化。具有代表性的單元操作有自然沉降和自然浮上法、凝聚沉降和凝聚浮上法、過(guò)濾法、膜濾法、氧化還原法、活性污泥法、生物膜法、厭氧消化法、生物硝化脫氮法等。因此，在實(shí)際污水處理中，往往需要通過(guò)幾種處理方法組合起來(lái)進(jìn)行處理。究竟采用哪些基本方法或哪幾種方法組合的污水處理系統(tǒng)，需要根據(jù)污水的水質(zhì)和水量、排放標(biāo)準(zhǔn)、處理方法的特點(diǎn)、處理成本和回收經(jīng)濟(jì)價(jià)值等，通過(guò)調(diào)查、分析、比較后才能決定，必要時(shí)還要進(jìn)行小試、中試等試驗(yàn)研究。污水中所含有的污染物，就其存在的形態(tài)可分為溶解性的和不溶解性的兩大類。形態(tài)不同的污染物在去除時(shí)的難易程度相差較大，所采用的方法也不相同。現(xiàn)代水污染治理技術(shù)，按原理可分為物理處理方法，化學(xué)處理方法和生物化學(xué)處理方法三類。主要方法有：篩濾法，沉淀法，上浮法，氣浮法，過(guò)濾法和反滲透法等。主要方法有中和、混凝、電解、氧化還原、汽提、萃取、吸附、離子交換和電滲析等。3．生物化學(xué)處理方法 利用微生物的代謝作用，使污水中呈溶解、膠體狀態(tài)的有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的無(wú)害物質(zhì)。前者廣泛用于處理城市污水及工業(yè)有機(jī)性生產(chǎn)污水，其中主要有活性污泥法和生物膜法兩種；厭氧法多用于處理高濃度工業(yè)有機(jī)污水與污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的污泥，現(xiàn)在也開始用于處理城市污水與低濃度有機(jī)污水。（三）水污染治理程度與流程污水中的污染物多種多樣，需要采用幾種方法的組合，才能處理不同性質(zhì)的污染物與污泥，從而將不同形態(tài)的污染物依次去除，達(dá)到凈化與排放標(biāo)準(zhǔn)的目的。由多個(gè)污水處理單元（處理方法）串聯(lián)組合構(gòu)成了水污染治理工藝流程（或稱治理系統(tǒng)）。根據(jù)污水的水質(zhì)和處理要求不同，可分別選用其中全部或部分工藝流程。1）一級(jí)治理 主要去除污水中呈懸浮狀態(tài)的固體污染物質(zhì)，物理處理法大部分只能完成一級(jí)處理的要求。一級(jí)治理屬于二級(jí)治理的預(yù)處理。二級(jí)治理一般采用生物化學(xué)處理方法進(jìn)行。主要方法有生物脫氮除磷法，混凝沉淀法，砂濾法，活性炭吸附法，離子交換法和電滲析法等。而深度處理則以污水回收、再用為目的，在一級(jí)或二級(jí)治理后增加的處理工藝。 污泥是污水處理過(guò)程中的產(chǎn)物。污泥處理的主要方法是減量處理(如濃縮法、脫水等)，穩(wěn)定處理(如厭氧消化法、好氧消化法等)，綜合利用(如消化氣利用，污泥農(nóng)業(yè)利用等)，最終