【正文】 黑發(fā)臭。幾乎所有的廢水中都含有數(shù)量不等的懸浮物，因此除去懸浮物是廢水處理的一項(xiàng)基本任務(wù)。在水質(zhì)分析中規(guī)定， 1 L 水中含有 1 mgSiO2 所構(gòu)成的濁度為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)濁度單位，簡(jiǎn)稱 1 度。水中含有泥土、粉砂、微細(xì)有機(jī)物、無機(jī)物、浮游生物等懸浮物和膠體物都可以使水體變得混濁而呈現(xiàn)一定濁度。懸浮物的多少用單位體積的水中所含懸浮物的質(zhì)量表示，即質(zhì)量濃度，單位一般為 mg/L。值得指出的是這種分類僅僅適合于水處理工程中。可沉降固體懸浮物是指能在兩小時(shí)內(nèi)靠重力沉降的固體，兩小時(shí)內(nèi)不能沉降的稱為難沉降固體。實(shí)際區(qū)分二者是用特制的微孔濾膜（孔徑 μm）來過濾，能透過的為溶解性固體，被膜截留的為懸浮性固體。但在水處理中把膠體顆粒的上限擴(kuò)大到 1000~2020 nm。 固體污染物 固體物質(zhì) 在水中有三種存在狀態(tài)：溶解態(tài)、膠體態(tài)和懸浮態(tài)。這里需要區(qū)分水和水體。 廢水污染 是廢水對(duì)水體、大氣、土壤或生物的污染，這里廢水是污染的原因。據(jù)不同的來源可分為 生活廢水 和 工業(yè)廢水 兩大類；據(jù)污染物的化學(xué)類別又可分 為 無機(jī)廢水 與 有機(jī)廢水 ；也有按工業(yè)部門或產(chǎn)生廢水的生產(chǎn)工藝分類的，如焦化廢水、冶金廢水、制藥廢水、食品廢水等。但一般這兩種術(shù)語(yǔ)也沒有嚴(yán)格的界限。實(shí)際上有相當(dāng)數(shù)量的廢水是不臟的，如冷卻水。這里需要強(qiáng)調(diào)的是平常文獻(xiàn)及生活中使用的“廢水”和“污水”的術(shù)語(yǔ)比較混亂。 廢水、廢水污染及水污染 水在社會(huì)循環(huán)中，由于種 種原因而喪失了使用價(jià)值而外排，這種廢棄外排的水稱為 廢水 。 3 水體受污染后，對(duì)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)會(huì)造成很大的危害，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使水體生態(tài)平衡破壞，物質(zhì)循環(huán)中止，水生動(dòng)物因急性或慢性中毒而死亡，甚至危及人類生命，并使經(jīng)濟(jì)嚴(yán)重受損。水污染對(duì)人體健康及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的持續(xù)發(fā)展帶來了極大的危害。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人口的增長(zhǎng)，造成了所謂的“環(huán)境危機(jī)”。其中除極少一部分被飲用、進(jìn)人產(chǎn)品、鍋爐蒸發(fā)、植物吸收、蒸騰以外，大部分僅是用于地面沖刷、洗滌或簡(jiǎn)單地用于冷卻。目前，我國(guó)的湖泊大多呈富營(yíng)養(yǎng)化，面積也不斷萎縮；近海水域亦因受污染而赤潮頻發(fā)。目前，我國(guó)大江大河干流水質(zhì)尚好，但臨近大城市河段及城市附近的小河支流均已程度不同地受到了污染，嚴(yán)重的已成了臭水溝。此外，對(duì)水資源的開發(fā)利用各地也很不平衡，南方多水地區(qū)水的利用程度較低，北方少水地區(qū)地表水、淺層地下水開發(fā)利用程度較高。此外年際變化也很大，豐水年與枯水年降水量可相差 5~6 倍之多。我國(guó)大部地區(qū)冬春少雨，多春旱；夏秋多雨，多洪澇。 2）水量在地區(qū)上分布不平衡 由于我國(guó)地域遼闊，地形復(fù)雜，南北、東西氣候差異大，因此水資源的分布特點(diǎn)是水量的分布與降水分布基本一致，呈東南多、西北少，由東南沿海地區(qū)向西北內(nèi)陸遞減，分布不均勻。全國(guó)河川年均徑流量約為 1012 m3，加上冰川融雪和地下水補(bǔ)給，初步估算全國(guó)水資源總量約為 1012 m3。專家預(yù)計(jì)， 21 世紀(jì)水源問題會(huì)代替能源問題而居各種問題之首。再加上水資源污染嚴(yán)重，致使水資源越來越緊張。這造成一些地區(qū)嚴(yán)重缺水。地球上水的分布大致如下：不能被直接利用的海 水占總水量的 ％，陸地上的淡水又有大部分是以兩極的冰川及高山頂上的冰蓋的形式存在，目前人類能夠直接利用的只是河水、淡水湖及淺層地下水，三者加在一起，大約為總水量的 ％，約為 3 106 km3，所以人類能夠直接利用的淡水儲(chǔ)量是極其有限的。 表 11 地球上 水資源及其存在狀態(tài)分布 存在狀態(tài) 體積 /km3 分布率 /％ 地表水 : 230 250 1 其中：淡水湖 125 000 咸水湖 104 000 河 流 1 250 1 地表以下的水： 8 407 000 其中：土壤及滲透水 67 000 地下水（ 800 m 以內(nèi)） 4 170 000 深層地下水 4 170 000 其它水 : 1 349 219 000 5 其中：冰帽及冰川 29 200 000 大 氣 13 000 海 洋 1 320 000 000 生物體內(nèi) 6 000 5 總 計(jì) 1 357 856 250 按上述條件，地球上是不應(yīng)該缺水的，人類也不應(yīng)該為用水而發(fā)愁。水是地球上最豐富的化合物，約占地球外層五公里地殼中的 50％，覆蓋著地球 71％的表面積，其平均深度達(dá)到 km，總量約有 108 km3。任何生態(tài)系統(tǒng)都離不開水。 1 第一章 緒論 水與水資源 世界的水資源及其特點(diǎn) 水是一種寶貴的自然資源，工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)灌溉、交通運(yùn)輸和日常生活都需要水。水也是生命賴以生存的重要條件，沒有水生命就不可能存在。水在地球上是不斷循環(huán)的，這種循環(huán)為地球表面調(diào)節(jié)氣候，也有凈化環(huán)境的作用。地球上水的存在狀態(tài)及各種水所占的比例見表 11。但由于水在地球上的存在狀態(tài)和分布不均勻，能被人類利用的水量很小，只占總水量的極少一部分。還有，由于世界各地的水文、氣象條件的差異，地區(qū)和季節(jié)的不同，水的分布也極不均衡。再者，地球上可用的 2 水資源是基本不變的，而隨著時(shí)代的前進(jìn)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和人類生活水平的提高，全世界的用水量迅速增加。 據(jù)統(tǒng)計(jì)現(xiàn)有 43個(gè)國(guó)家缺水。 我國(guó)的水資源及其污染現(xiàn)狀 （ 1）我國(guó)水資源的特點(diǎn) 1）總量大，人均量少 我國(guó)年均降水總量約為 6 1012 m3，其中約有 56％的水量為植物蒸騰或地表水分蒸發(fā)所消耗，只有 44％形成徑流。 與世界各國(guó)相比，我國(guó)河川年徑流總量占第六位，但如按人口平均占有徑流量計(jì)算，每人每年平均約為 2400 m3，只相當(dāng)于世界人均占有量的 1/4，位于世界各國(guó)的第 88 位，因此，我國(guó)水資源并不豐富。 3）水量在時(shí)程分配上很不均勻 由于受季風(fēng)氣候影響，降水量在年內(nèi)分配不勻，年際變化很大。全年降水多集中在夏季。 4）水土資源組合不相適應(yīng) 東北、西北、黃淮河流域徑流量只占全國(guó)總量的 17％，但土地面積卻占全國(guó)的 65％；長(zhǎng)江以南江河徑流量占全國(guó)的 83％，土地面積僅占 35％。 （ 2）我國(guó)水污染現(xiàn)狀 我國(guó)水污染現(xiàn)狀是“局部有所改善，整體仍在惡化”。目前，隨著鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的發(fā)展和工業(yè)重心的轉(zhuǎn)移， 污染已有向農(nóng)村、向內(nèi)地轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)，由地表水受污染向地下水受污染轉(zhuǎn)移。 人類對(duì)水的使用主要是生活用水、工業(yè)用水及農(nóng)業(yè)灌溉用水。在這些過程中，水中混入了一部分工業(yè)生產(chǎn)中的原料、中間體、產(chǎn)物及各類污染物，它們重新排入受納水體，并造成污染。水資源的不足，加上地表水、淺層地下水 的污染又減少了可供利用水資源的數(shù)量，形成了所謂的污染性缺水，造成了水荒。據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)目前有 200 多個(gè)城市嚴(yán)重缺水。據(jù)專家預(yù)測(cè)，我國(guó)每年由于水污染造成的直接經(jīng)濟(jì)損失約 150 億元，在 1985~2020 年間，水污染造成的損失達(dá)到 2735 億元。導(dǎo)致水喪失使用價(jià)值的基本原因是水中混入了各種污染物。嚴(yán)格講“廢水”是指廢棄外排的水，強(qiáng)調(diào)廢棄的一面，“污水”是被污染物污染了的水，強(qiáng)調(diào)其臟的一面。因而用“廢水”一詞統(tǒng)稱所有排水比較合適。 廢水的分類方法較多，從不同的角度有不同的分類方法。實(shí)際使用中據(jù)不同的條件使用不同的分類方法。而 水污染 是指水體受到廢水、廢氣、固體廢棄物中污染物的污染，這里水體是受害者，但造成水體污染的主要原因是廢水。 廢水中的污染物分類及其危害簡(jiǎn)介 廢水中的污染物種類繁多，分類方法也不相同，一般按污染產(chǎn)生的原因可分為以下幾類：固體污染物、需氧污染物、有毒污染物、 營(yíng)養(yǎng)污染物、生物污染物、感官污染物、酸堿污染物、油類污染物和熱污染物等。一般認(rèn)為溶解態(tài)的顆粒粒度小于 1 nm，膠體態(tài)顆粒的直徑在 1~100 nm 之間，懸浮態(tài)顆粒的直徑大于 100 nm。在水處理中常把其中的固體污染物分為 溶解性固體 ，簡(jiǎn)稱 DS（ dissolved solid）和 懸浮性固體 ，簡(jiǎn)稱 SS（ suspension solid） ，二者之和稱為 總固體， 簡(jiǎn)稱 TS（ total solid）。懸浮固體又可分為 可沉降性固體 和 難沉降性固體 。還把密度小于 1 的固體稱為漂浮固體懸浮物。 懸浮物是水中最常見的污染物，也是一項(xiàng)重要的水質(zhì)指標(biāo)。 4 廢水中懸浮物含量的多少也可用 濁度 表示。濁度是在外觀上判斷水是否被污染的主要特征之一。 懸浮物的危害主要是造成溝渠、管道和抽水設(shè)備的阻塞、淤積和磨損；造成水生生物的呼吸困難；造成給水水源渾濁；干擾廢水處理設(shè)施和回收設(shè)備的工作；有些懸浮物還有一定的毒性。 需氧污 染物 需氧污染物 主要是指廢水中所含的能被微生物降解的有機(jī)物，有些是有毒的，但這類有機(jī)物的大部分本身是無毒的。由于此類有機(jī)物的種類太多，成分太復(fù)雜，直接用有機(jī)物的濃度來表示其含量幾乎是不可能的。常用的指標(biāo)有以下幾種： （ 1）生物化學(xué)需（耗）氧量（ biochemical oxygen demand 簡(jiǎn)稱 BOD） 生物化學(xué)需（耗）氧量 表示在一定條件下，單 位體積廢水中所含的有機(jī)物被微生物完全分解所消耗的分子氧的數(shù)量。由于有機(jī)物降解的過程是生物化學(xué)反應(yīng)，因此所須時(shí)間較長(zhǎng)，一般需要 20 d 左右才能完成，因此需氧量與測(cè)定時(shí)間有關(guān)，測(cè)定時(shí)間不同所得結(jié)果也不同。為了便于比較，一般都用 20℃時(shí) 5 d 生化需氧量來表示，即廢水中的有機(jī)物在 20℃ 時(shí)被微生物分解 5 d 所消耗的氧量，記為 BOD5。對(duì)于同一廢水 BOD5 與 BOD20 之間有一定的關(guān)系，如生活廢水 BOD5 :BOD20≈ 。生化需氧量能較準(zhǔn)確地表達(dá)水中耗氧污染物的污染程度， BOD5 越高的廢水，所產(chǎn)生的污染越嚴(yán)重。 （ 2）化學(xué)耗氧量（ chemical oxygen demand 簡(jiǎn)稱 COD） 生化需氧量的缺點(diǎn)是測(cè)定時(shí)間長(zhǎng)，一般需要 5 d，實(shí)際使用不方便，特別是對(duì)于指導(dǎo)廢水處理過程更不方便。即用化學(xué)氧化劑氧化分解廢水中的有機(jī)物，用所消耗的氧化劑中的氧來表示有機(jī)物的多少，單位仍為 mg/L。同一種廢水用不同的氧化劑所得結(jié)果不同，一般是用下標(biāo)表示不同的氧化劑，用 K2Cr2O7 時(shí)表示為 CODCr，用 KMnO4 時(shí)表示為 CODMn。 COD 的測(cè)定較快，僅需 2 小時(shí)。 （ 3）總需氧量（ total oxygen demand 簡(jiǎn)稱 TOD）和總有機(jī)碳（ total anic carbon 簡(jiǎn)稱 TOC） COD 的測(cè)定比 BOD5 快了許多，但對(duì)于指導(dǎo)廢水處理過程的操作仍嫌太慢。方法是在 900℃ 下，以鉑為催化劑，使水樣汽化燃燒，然后測(cè)定氣體載體中氧的減少量，作為有機(jī)物完全氧化所需的氧量，稱為 總需氧量 ；在同 5 樣條件下測(cè)定氣體中二氧化碳的增量，從而確定出水樣中碳元素的含量，稱為 總有機(jī)碳 。 以上指標(biāo)各有特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況選擇使用，使用 最多的是 BOD5 和CODCr。工業(yè)上使用的有毒化學(xué)物質(zhì)已超過 12 000 種，而且仍以每年大約 500 種的速度遞增，因而已成為人們最為關(guān)注的污染物。慢性中毒的初期效應(yīng)不明顯，但長(zhǎng)期積累可引起突變、致畸、致死，甚至引起遺傳畸變，這種效應(yīng)不易察覺，但后果更嚴(yán)重，一旦發(fā)現(xiàn)，很難在近期內(nèi)處理，甚至不可逆轉(zhuǎn)。所以對(duì)新的化學(xué)物質(zhì)一定要采取慎重的態(tài)度。 化學(xué)上一般把密度大于 4 的金屬稱為重金屬。不同重金屬的來源不同，主要來自工業(yè)廢水。如汞進(jìn)入人體后被轉(zhuǎn)化成甲基汞，在腦組織內(nèi)積累，破壞神經(jīng)功能，且無治療藥物，嚴(yán)重時(shí)能造成死亡。其它的重金屬中毒分別有不同的癥狀。 重金屬污染有如下特點(diǎn) ：（ a）毒性以離子狀態(tài)最大，且不同價(jià)態(tài)的毒性不同。還有，大多數(shù)重金屬還可以在生物體內(nèi)富集，這樣雖然在水中重金屬的濃度不高，但通過生物富集以后，也有可能造成危害。如鋅，兒童缺鋅時(shí)會(huì)出現(xiàn)厭食、異食等癥狀，但鋅中毒是也會(huì)有相同的癥狀。主要有：農(nóng)藥（ DDT、有機(jī)氯、有機(jī)磷等）、 6 酚類化合物、聚氯聯(lián)苯、稠環(huán)芳烴和芳香族氨基化合物等。其特點(diǎn)是：（ a）毒性大，如農(nóng)藥有劇度，極少量即可致死，且大多是三致（致癌、致畸、致突變）物質(zhì)；（ b）化學(xué)穩(wěn)定性好，在環(huán)境中存在的時(shí)間長(zhǎng)，在自然界的半衰期為十幾年到幾十年；（ c）大多較難被生物降解，且都 可通過食物鏈富集，危害人體健康，如DDT 能積蓄于魚脂中，可比水體中的質(zhì)量濃度高 12 500 倍。有害射線主要有 X 射線、?射線、 ?射線、 ?射線和質(zhì)子束等。放射性污染物對(duì)人體的危害也是嚴(yán)重的，主要引起慢性疾病、誘發(fā)癌癥等。另外還與環(huán)境條件有關(guān)，如溫度、 pH 值、溶解氧濃度 等，也與生物的種類及生物自身的適應(yīng)能力有關(guān)。 營(yíng)養(yǎng)污染物 營(yíng)養(yǎng)污染物 主要是指植物和微生物生長(zhǎng)過程中所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并非有毒，主要是氮和磷。當(dāng)水中的生物大量死亡時(shí)會(huì)使水中的 BOD 值猛增，導(dǎo)致水中的溶解氧降低，影響水體功能，影響魚類生存。長(zhǎng)期的富營(yíng)養(yǎng) 化會(huì)使水體消失，湖泊變成沼澤，最后變成陸地。營(yíng)養(yǎng)污染物主要來自氮肥廠、洗毛廠、制革廠、印染廠、食品廠等。一般的水處理廠也是氮和磷的來源之一，因?yàn)樵谒幚磉^程中，有機(jī)物中的氮被轉(zhuǎn)化成硝酸鹽，磷被轉(zhuǎn)化為磷酸鹽。除氮和磷外， BOD、溫度、維生素類物質(zhì)也能觸發(fā)和促 進(jìn)富營(yíng)養(yǎng)化污染。但由于氮在水中的存在形式較多，又把不同形式的氮分別表示。若使有機(jī)氮在有氧的條件下進(jìn)行生物氧化，可逐步分解為 NH NH4 +、 NO2─、 NO3─等形態(tài)， NH3