第三章-水体污染与污染源.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第三章 水体污染与污染源,3.1 水体污染的概念,人类直接或间接地把物质或能量引入河流、湖泊、水库、海岸与水域，因而污染水体和底泥，使其物理化学性质、生物组成及底泥情况恶化，降低了水体的使用价值称为水体污染。引自中国大百科全书环境科学,3.2 污染源分类,3.2.1 分类 凡排出或释放的污染物能引起水污染的来源和场所称为水体污染源。污染源可按下述原则分类：(1)按污染物的成因。可将污染源分为自然污染源和人为污染源。(2)按排放污染物的性质。可分成物理污染源(如热能、放射性物质等)，化学污染源和生物污染源(如细菌病毒、寄生虫等)。,(3)按产生污染物的行业性质。可分成工业污染源、农业污染源、生活污水污染源和交通运输污染源等。(4)按污染源的时空分布特征。可分为连续排放源、间接排放源和瞬时排放源等，以及点污染源和非点污染源。此外，还可以根据污染源是否移动，分为固定污染源和移动污染源；按受纳水体类型分为降水、地表水和地下水的污染源等。,3.2.2 非点污染源 没有确定空间位置的污染源称为非点污染源(面源)。它们分散、范围大，难于监测和控制，又不能用排放标准来衡量。在水污染中，点与非点污染源污染的差别有：非点污染源的数量随时间变化可达几个数量级，而点源的变化很小；非点污染源在暴雨或暴雨后对水质的影响最大而点源却在水体流量较小时影响大；一般说来，最经济、最有效的控制非点污染源的方法是良好的土地经营管理技术，未开发地区的自然保护，以及控制城市的建筑群等。,随着对点污染源的控制和治理，非点污染的污染问题将日益突出。如美国非点污染源造成的水质问题占全部水质问题的一半以上，每年排入江河的泥沙一半来自农田，还有80%氮和90%的磷是随土壤进入水体的。因此，在考虑水体污染源时，非点污染源是一个不容忽视的问题。,3.3 污染源的调查与评价,3.3.1 调查 为准确地掌握污染源排放的废、污水量及其中所含污染物的特性，找出其时空变化规律，需要对污染源进行调查。污染源调查的内容包括：污染源所在地周围环境状况；单位生产、生活活动与污染源排污量的关系；污染治理情况；废、污水量及其所含污染物量；排放方式与去向；纳污水体的水文水质状况及其功能；污染危害及今后发展趋势等。污染源调查可以采用调查表格普查、现场调查、经验估算和物料衡算等方法。,3.3.2 污染源评价 污染源评价是将调查所得到的大量数据进行处理，以确定各行业、各地区或各流域中的主要污染物和主要污染源。评价过程的实质，就是将污染源调查的数据进行“标准化”处理，将其转换成相互可比较的量，据此确定污染源和污染物的相对重要性。,3.3.2.1 排污量法 简单地统计各污染源的排污量，而后，以最大排污量居首，由大到小，依次排列。评价中所用的排污量，可以使用废水量，也可以使用污染物总量。采用这种方法的最大优点是简便。当采用废水量为排污量指标时，其缺点是未考虑废水中污染物的浓度，因为，即使同量的废水，其中所含污染物量也许相差极大。选用污染物量作为排污量指标时便可克服这一缺点。然而，这一方法仍不能克服不同浓度或量的污染物所引起污染毒害的程度。尽管排污量法简单、粗糙，但正由于其简单易行，至今仍然在不少场合下袭用。,3.3.2.1 污径比法,此法基于比较污染源所排放的废、污水流量与纳污水体径流量之比。,优点是考虑了纳污水体流量大小不同这一特点。排污量相同的污染源，在排入流量大的水体的重要性显然要小于流量小的纳污水体。,弱点：其一，只考虑了纳污水体的流量，而未考虑纳污水体的本底水质。较大污染源排入十分清洁的水体与较小污染源排入已污染水体的情况无法区别；其二，未考虑废、污水的浓度及污染物质类别不同而引起环境效应的差异。,3.3.2.3 超标法 在环境管理中，往往要求对污染源实行限期治理，使其达到规定的排放标准，以保证环境质量。为此，常常根据污染源是否达到排放标准进行评价与统计。在这一方法中，常使用工业废水排放标准或行业的废水排放标准来度量废水是否超标。其所排污物中有一项超标即列为超标排放污染源，超标排放污染源占调查区域中污染源的总数便是污染源超标排放率。由于制定废水排放标准时，已考虑了污染物的毒性，所以这一方法已含有其对环境污染的危害程度。,3.3.2.4 等标污染负荷与等标污染负荷比,(1)等标污染负荷是以污染物排放标准作为评价标准，对各种污染物进行标准化处理，求出各种污染物的等标污染负荷，并通过求和得到某个污染源(工厂)、某个地区和全区域的等标污染负荷。某污染物的等标污染负荷(P,i,)定义为：P,i,=C,i,/C,oi,*Q,i,式中：P,i,为某污染物的等标污染负荷(t/d或t/a)；C,i,为某污染物的实测浓度(mg/L)；C,oi,为某污染物的排放标准(mg/L)；Q,i,为含某污染物废水排放量(t/d或t/a)。,各污染物的综合等标污染负荷(P,n,)，是其所排入的若干种污染物的等标污染负荷之和。P,n,=P,i,=C,i/C,oi,*Q,i,(i=1，2，3，n)某个流域(或区域)的等标污染负荷(P,m,)，是其中若干(m个)工厂(污染源)的综合等标污染负荷之和。P,m,=P,n,根据各类等标污染负荷值，即可相应计算出某流域(或区域)、某工厂、某污染物的污染负荷比。对污染负荷比进行分析、比较，就可确定出主要污染源与主要污染物。,某污染物的等标污染负荷(P,i,)，占综合等标污染负荷(P,n,)的百分比，称为等标污染负荷比(K,i,)，计算公式为：K,i,=P,i,/P,n,某流域内工厂污染负荷比用Kn表示：K,n,=P,n,/P,m,3.3.2.5 排毒系数,污染物的排毒系数(F,i,)，是假设污染物充分、长期作用于人体时，可以引起慢性中毒的人数，其基本计算公式为：F,i,=m,i,/d,i,式中，F,i,为某污染物排毒系数(人)；m,i,为某污染物排放量(kg)；d,i,为某污染物的评价标准(g/人)，指能够导致一个人出现中毒反应的污染物最小摄入量(g)。对于废水，d=某种污染物的慢性中毒阈剂量(mg/kg)成年人平均体重(55kg)。,据此基本公式，可以求出一个工厂、一个地区或一个流域的排毒系数：F,n,=F,i,F,m,=F,n,F,i,值完全是一个反映污染物排放水平的系数，它不反映任何外环境的影响，因此可以作为污染评价的一个客观指标。各种不同性质的污染物，通过这种标准化计算，具有了相同量纲，相互之间就有了可比性，为进一步运算打下了基础。,3.3.2.6 等标排放量 等标排放量(P)是污染物的绝对流失量m与卫生标准C的比值，基本计算公式为：P,i,=m,i,/C,i,P=m,i,/C,i,式中，P为某工厂的等标排放量m,i,为某污染物质的流失量(g/a)；C,i,为某污染物质卫生标准的阈浓度(mg/L)；P,i,为某污染物等标排放量(g/a)。,3.3.2.7 其它,污染物和污染源对环境潜在污染能力的评价以及污染源的污染程度的比较，除了上述介绍的几种评价方法之外，还可以用单位产量排污系数和单位产值排污系数来评价和比较。这种方法不但可以掌握污染物和污染源对环境污染的潜在影响程度，同时，也可以衡量企业的管理水平和技术水平。,(1)单位产量的某污染物排放量M,i,=Q,i,/W 式中，M,i,为每吨产品某污染物的排放量(kg/t)；Q,i,为某污染物的排放量(kg/a)；W为产品的产量(t/a)。(2)单位产值的排污系数N,i,=Q,i,/U 式中，N,i,每万元产值的某污染物排放量(kg/万元)；Q,i,为某污染物排放量(kg/a)；U为产品的产量(万元/a)。,3.4 污染源预测,3.4.1 工业污水量预测3.4.1.1 经济发展预测V=V,0,(1+),n,：经济年均增长率；n：间隔年数；V,0,：基准年产值；V：预测年产值,3.4.1.2 工业废水量预测,(1)例1 Q,t,=V,tij,d,i,(1-P,t,)10,-4,Q,t,：t年工业废水排放量(万吨/年)；V,tij,：为t年j地区i行业的工业产值(万元/年)；d,i,：为基准年行业的排污系数(吨/万元)；P,t,：为t年工业用水重复率(%)的增量；j：为预测区域的地区数；i：为预测的行业数。,(2)例2 Q,i,=DG(1-op)=DG(1-(P,2,-P,1,)/(1-P,1,)式中：Q,i,：预测年份的工业废水量(万立方米)；D：预测年份工业产值(亿元)；G：基准年万元产值工业废水量(立方米/万元)op：预测年份工业用水循环利用率的增量(%)P,2,、P,1,：分别为预测年和基准年工业用水循环利用率(%)。,3.4.2 工业污染物排放量预测(1)例1：D,ij,=C,i,j,V,tij,(1-f,1,)(1-f,2,),式中：D,ij,：为t年j污染物排放量(吨/年)；C,ij,：为基准年i行业j污染物排放系数(吨/万元)；V,tj,：为t年i至j行业的产值(万元/年)；f,1,、f,2,：分别为环境管理和污水治理水平系数与行业工艺科技水平系数。,(2)例2：W,i,=(qi-qo)C,0,10,-2,+wo式中：W,i,：预测年份某污染物排放量(吨/年)；qi：预测年份工业废水排放量(万立方米)；qo：基准年工业废水排放量(万立方米)；C,0,：含某污染物废水工业排放标准(mg/L)；W,0,：基准年某污染物排放量(吨/年)。,3.4.3 生活污染排放量预测(1)人口预测A=A,0,(1+p),n,式中：A：预测年份人口数；A,0,：基准年人口；p：人口增长率；n：规划年与基准年的年数差值。一般预测年份人口数，可采用地方人口规划量、无地方规划量时，采用上述人口预测方法进行预测。,(2)生活污水量预测 Q=0.365AF式中：Q：生活污水量(万立方米/年)；A：预测年份人口数(万人)；F：人均生活污水量(升/(日人)。(3)生活污染物排放量预测 Q,t,=Qa,t,式中：a,t,：为t年人均生活污染物排放浓度；a,t,的一般取值为：COD,cr,为100300mg/L；BOD,5,为100150mg/L。,3.4.4 面污染源排放量计算方法3.4.4.1 年平均面污染源产生量计算公式M,ss,=C,rsi,Q,fi,10,-3,式中：M,ss,：降雨径流中污染物流失量(kg/年)；C,rsi,：径流中污染物浓度(mg/L)，表 3.4.4-1为九洲江流域中采用的值：Q,fi,：径流量(m,3,/年)。,(2)Q,fi,=F,i,i,H,r,10,-3,式中：F,i,：流失区面积(m,2,)；,i,：径流系数，H,r,：降雨量(mm/年)。i为不同下垫面，分为 i=1 稻田 2 山地 3 旱地 4 村镇,3.4.4.2 计算方法(1)a.据资料求得流域中稻田、山地、旱地和村镇的面积F,i,(单位m,2,)；b.求得年降雨量H,r,；c.查表3.4.4.1-2得,i,。(2)据F,i,、H,r,、,i,据公式3.4.4.1-2求得径流量Q,fi,。(3)查表3.4.4.1-1得C,rsi,，据C,rsi,和Q,fi,，利用公式得面污染源发生量M,ss,。,3.5 水体污染物的来源及危害,3.5.1 水体污染来源 人类活动将大量未经处理的废水、废物直接排放江河湖海，污染地面水和地下水。人类活动造成水体污染的主要来源有：(1)工业生产过程排出的废水、污水和废液等,统称工业废水。这类废水成份极其复杂，量大面广，有毒物质含量高，其水质特征及数量随工业类型而异，大致可分三大类：含无机物的废水，包括冶金、建材、无机化工等废水；含有机物的废水，包括食品、塑料、炼油、石油化工以及制革等废水；兼含无机物和有机物的废水，如炼焦、化肥、合成橡胶、制药、人造纤维等。,(2)人们日常生活中排出的各种污水混合液，统称生活污水。随着人口的增长与集中，城市生活污水已成为一个重要污染源。生活污水包括厨房、洗涤、浴室用水以及粪便等，这部分污水大多通过城市下水道与部分工业废水混合后排入天然水域，有的还汇合城市降水形成的地表径流。由城市下水道排出的废污水成分也极为复杂，其中大约99%以上的是水，杂质约占0.1%1%。,生活污水中悬浮杂质有泥沙、矿物质、各种有机物、胶体和高分子物质(包括淀粉、糖、纤维素、脂肪、蛋白质、油类、洗涤剂等)；溶解物质则有各中含氮化合物、磷酸盐、硫酸盐、氯化物、尿素和其它有机物分解产物；还有大量的各种微生物如细菌、多种病原体，据统计，每毫升生活污水中含有几百万个细菌。污水呈弱碱性，pH约为7.27.8。生活污水中杂质含量与生活习惯水平有关，通常用平均情况描述。我国生活污水的指标为：沉淀后的5d生化需氧量(BOD,5,)为2030g/(人d)，悬浮物(SS)为2045g(人d)。,(3)通过土壤渗漏或排灌渠道进入地表和地下水的农业用水回归水，统称农田排水。农业用水量通常要比工业用水量大得多，但利用率很低，灌溉用水中的80%90%要经过农田排水系统或其它途径排泄。随着农药、化肥使用量的日益增加，大量残留在土壤里、飘浮于大气中或溶解在水田内的农药和化肥，通过灌溉排水和降水径流的冲刷进入天然水体，形成面污染源。,现代化农业和畜牧业的发展，特别是大型饲养场的增加，会使各类农业废弃物的排入量增加，给天然水体增加污染负荷。水土流失使大量泥沙及土壤有机质进入水体，是我国许多地区主要的面污染源。此外，大气环流中的各种污染物质的沉降如酸雨等，也是水体污染的来源。这些污染源造成了性质各异的水体污染，并产生性质各异的危害。,3.5.2 危害 (1)无机悬浮物污染的危害。主要指泥沙、土粒煤渣、灰尘等颗粒状物质，在水中可能呈悬浮状态。这类物质一般无毒，会使水变浑浊，带颜色，因此属于感官指标,但这类物质常吸附和携带一些有毒物质，扩大有毒物质污染。(2)有机污染物污染的危害。有机污染物分耗氧有机物和难降解有机物。耗氧有机物在水体中即发生生物化学分解作用，消耗水中的氧，从而造成破坏水生态系统，对渔业影响较大。,难降解有机物一旦污染环境，其危害时间较长。如有机氯农药，由于化学性质稳定，在环境中毒性减低一半需要十几年，甚至几十年；而水生生物对有机氯农药有极高的富集能力，其体内蓄积的含量可比水中的含量高几千倍到几百万倍，最后通过食物链进入人体。如有机氯农药DDT可引起破坏激素的病症，给人的神经组织造成障碍，影响肝脏的正常功能，并使人产生恶心、头痛、麻木和痉挛等。这类中毒往往呈慢性，弄清症状需要花很长时间。,(3)植物营养素污染的危害。正如前面已经提到的，这类物质超量，会引起水体的富营养化，藻类过量繁殖。在阳光和水温最适宜的季节，藻类的数量可达100万个/L以上，水面出现一片片“水花”，称为“赤潮”。水面在光合作用下溶解氧达到过饱和，而底层则因光合作用受阻，藻类和底生植物大量死亡，它们在厌氧条件下腐败、分解，又将营养素重新释放进水中，再供给藻类，周而复始，因此，水体一旦出现富营养化就很难消除。,富营养化水体，对鱼类生长极为不利，过饱和的溶解氧会产生阻碍血液流通的生理疾病，使鱼类死亡；缺氧也会使鱼类死亡。而藻类太多堵塞鱼鳃，影响鱼类呼吸，也能致死。含氮化合物的氧化分解会产生硝酸盐，硝酸盐本身无毒，但硝酸盐在人体内可被还原为亚硝酸盐。研究认为，亚硝酸盐可以与仲胺作用形成亚硝胺，这是一种强致癌物质。因此，有些国家的饮用水标准对亚硝酸盐含量提出了严格要求。,(4)重金属污染的危害。重金属毒性强，对人体危害大，是当前人们最关注的问题之一。重金属对人体危害的特点：饮用水含微量重金属，即可对人体产生毒性效应。一般重金属产生毒性的浓度范围大致是110mg/L，毒性强的汞、镉产生毒性的浓度为0.10.01mg/L。重金属多数是通过食物链对人体健康造成威胁。重金属进入人体后不容易排泄，往往造成慢性累积性中毒。,日本的“水俣病”是典型的甲基汞中毒引起的公害病，是通过鱼、贝类等食物摄入人体的；日本的“骨痛病”则是由于镉中毒，引起肾功能失调，骨质中钙被镉取代，使骨骼软化，极易骨折。砷与铬毒性相近，砷更强些，三氧化二砷(砒霜)毒性最大，是剧毒物质。,(5)石油类污染的危害。石油类比水轻又不溶于水，覆盖在水面形成薄膜，阻碍水与大气的气体交换，抑制水中浮游植物的光合作用，造成水体溶解氧减少，产生恶臭，恶化水质，油膜还会堵塞鱼鳃，引起死鱼。(6)酚类化合物污染的危害。人口服酚的致死量215g。长期摄入超过人体解毒剂量的酚，会引起慢性中毒。苯酚对鱼的致死浓度为520mg/L当浓度为0.10.5mg/L时，鱼肉就有酚味。,(7)氰类化合物污染的危害。氰化物能抑制细胞呼吸，引起细胞内窒息，造成人体组织严重缺氧的急性中毒。0.12g氰化钾或氰化钠可使人立即致死。(8)病原微生物的危害。最常见的是引起各类肠道传染病，如霍乱、伤寒、痢疾、胃肠炎及阿米巴、蛔虫、血吸虫等寄生虫病。另外还有致病的肠道病毒、腺病毒、传染性肝炎病毒等。,