5-第五章-全球水资源利用和保护

水资源及其利用和保护,第一节 水资源极其开发利用 第二节 水体污染概述 第三节 水污染的影响与危害 第四节 污水处理技术概述 第五节 城市污水的处理与回用 第六节 水体污染控制与防治,第一节 水资源及其开发利用,全球水资源,淡水资源,可利用的淡水资源只有江河、淡水湖和地下水的一部分,一、水圈与水资源,按人均拥有水量计，我国仅有2200m3/人，约占世界平均水平的1/4。,据上海2000年的统计，上海淡水资源：,总量：595.6亿m3,地表水593.5 亿m3 可利用118.8亿m3,地下水2.1亿m3,上海2000年需水量为158.5亿m3,2.水资源特性： 资源的循环性 储量的有限性 时空分布的不均性 利用的多样性,3.天然水循环,2 我国水资源的特点 1)水资源总量多，人均占有量少 2)地区分配不均，水土资源不平衡 3)年内季节分配不均，年际变化很大 4)部分河流含沙量大,二、水资源危机,1.水资源紧缺状况 （1）全球的水资源短缺 据联合国最近几年的统计显示： 全世界淡水消耗自20世纪初以来增加了67倍，比人口增长速度高2倍。目前世界上有80个国家约15亿人严重的淡水不足，其中26个国家3亿多人口完全生活在缺水状态之中，据专家们估计到2010年还将有8个国家加入缺水国行列。而到2025年，将会有大约50个国家的占全世界30%（即23亿人）的人口面临水危机。在淡水消费增长的同时，淡水资源污染也日益严重。,二、水资源危机,1.水资源紧缺状况及原因 （2）中国的水资源短缺 根据世界水资源研究所提出的标准，中国人均水资源量处于缺水上下限（10005000 m3/人）的中低值，总体缺水。 而且中国的水资源分布也极不均匀。黄河、淮河、海河流域及内陆河流域共有11个省、市、区的人均水资源拥有量低于1750 m3的缺水紧张线，联合国已将中国列为全球13个最缺水的国家之一。,2.水危机产生的原因,1.自然条件影响 2.城市与工业区集中发展 3.水体的污染 4.用水浪费和盲目开采,三、我国水资源的主要问题,1.我国水资源人均和亩均水量少 2.水资源在地区分布上很不均匀 3.水量年内及年际变化大，水旱灾害频繁 4.水土流失严重，许多河流含沙量大 5.我国水资源开发利用各地很不平衡,四、水资源的利用和保护,1.提高水的利用效率，开辟第二水源 降低工业用水量，提高水的重复利用率 减少农业用水，实行科学灌溉 回收利用城市污水，开辟第二水源,四、水资源的利用和保护,2.调节水源流量，增加可靠供水 建造水库 跨流域调水 地下蓄水 海水淡化 拖移冰山 恢复河、湖水质 合理利用地下水,四、水资源的利用和保护,3.加强水资源管理 4.增加下水道建设，发展城市污水处理厂,第二节 水体污染概述,一、天然水水质 1 天然水的化学成分 (1)溶解气体 (2)主要离子： (3)微量元素：Br、F、I、Fe、Cu、Ni、Ti、Pb、Zn、Mn、V 钒、Ba (4)生物生成物：NH4+、HPO42-、H2PO4- (5)胶体 (6)悬浮物质：硅、铝酸盐颗粒、砂粒、粘土。,主要阴离子：Cl-、SO42-、HCO3-、CO32- 主要阳离子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+,二 水体污染 （一）.水污染定义： 1984年颁布的中华人民共和国水污染防治法中说明，水污染即指“水体因某种物质的介入而导致其物理、化学、生物或者放射性等方面特性的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或破坏生态环境，造成水质恶化的现象。”,（二） 水体污染源 向水体排放污染物的场所、设备、装置和途径统称水体污染源。 自然污染源 人为污染源：按人类活动方式：工业、农业、生活 污染源 按排放污染物空间分布方式，可分为点源 和非 点源。,工业废水,工业废水是造成水体污染的主要来源，包括废水（工业冷却水）、污水（与产品直接接触受污染的排水）、废液（在生产工艺中流出的废液）。 工业废水源自各行业，种类繁多，污染情况复杂。,工业废水,特点 SS含量高，1003000mg/L左右 需氧量高， COD可达4001000mg/L，BOD可达2005000mg/L 酸碱度变化大，pH在213之间 温度高达40以上可造成热污染 易燃，含低沸点的挥发性液体，易酿成水面火灾 含多种多样有毒有害成分：酚、氰、油、农药、多环芳烃、染料、重金属(Hg、Cr、Cd、As等)，放射性等,农业污染源： 污水面广、分散、难收集、难治理。 有机质、植物营养素、病原微生物、悬浮物及杂质含量高 含较高的化肥、农药,过量施用农药污染水体,过量施用化肥污染水体,生活污水,生活污水是人们日常生活中产生的各种污水的混合液，包括厨房、洗涤室、浴室、厕所排放的废水。 生活污水不同于城市污水。 城市污水指排入城市污水管网的各种污水的总和，有生活污水、一定量的各种工业废水、地面的降雪、融雪水及垃圾、废物、污泥等。,生活污水,特点 SS、需氧量低于工业废水； 水质成分有日变化规律，含N、P高； 有机物质主要有纤维素、淀粉、糖类、脂肪、蛋白质、尿素等； 含多种微生物，每毫升污水中可含几百万个细菌，病原菌也多； 产生恶质、腐臭和阴沟臭； 不能直接农灌。,过量使用洗涤剂,过量使用洗衣粉,把剩饭倒入下水道,河边洗车,生活垃圾堆于河边,（三）.水体污染物,概念：造成水体质量恶化或引起水体污染的各种物质和能量。 物理方面 化学方面 生物方面,（三）水体污染物 物理方面 颜色 真色：去除悬浮杂质，由胶体溶解物造成的颜色 表色：包括悬浮杂质，水体显示的颜色 例：印染废水 浊度 水中悬浮物和胶体物质对光线透过时的阻碍程度。,（三）水体污染物 物理方面 温度 地表水温度随季节发生变化 河水月平均水温月平均气温；水中各部位温差不大； 湖泊夏季水深越深，温度越低，冬季下层温度上层水温，春秋两季，湖泊上下层发生循环，处于同温状态。,（三）水体污染物 物理方面 悬浮固体 主要来源于各种废水中的胶体或细小悬浮固体。 影响水体的透明度，降低藻类光合作用，限制水生生物正常运动。 放射性 天然铀矿的开采和选矿、精炼厂的废水中含放射性杂质铀。,（三）水体污染物 物理方面 溶解氧 一般鱼类生活所需的氧量视鱼种、发育阶段、活动强度和水温等因素而定。如暖水鱼群每天至少有16小时生活在DO5PPM和8小时生活在DO3PPM的水中。 一天之内DO的含量不相同，主要受到各种因素的影响，如光合作用、呼吸、再充气过程和有机废物的氧化作用。,（三）水体污染物 化学方面 无机无毒物质 主要指排入水体中的酸、碱及一般无机盐类 来源： 酸性废水 碱性废水 无机盐类废水,矿山排水：美国水体中70%的酸来自于此 冶金和金属加工酸洗废水：日本工业每天用硫酸两万吨，一半用于酸洗,碱法造纸、人造纤维、制碱、制革业,酸、碱废水中和 酸碱废水与地表物质反应,（二）水体污染物 化学方面 无机无毒物质 主要指排入水体中的酸、碱及一般无机盐类 来源： 危害： 破坏水体的自然缓冲作用； 抑制或消灭细菌及微生物的生长； 妨碍水体自净功能； 腐蚀管道和船舶。,（三）水体污染物 化学方面 无机有毒物质 主要指重金属、氰化物和氟化物 重金属 五毒：汞、镉、铅、铬、砷,无机汞：易沉积于底层沉积物中，在微生物作用下转为有机汞。 有机汞：脂溶性强，易进入生物组织，并有很高的蓄积作用。,汞,第一节 水体环境概述,（二）水体污染物 重金属 五毒：汞、镉、铅、铬、砷 汞 镉：蓄积性强，进入动物体内不易排出 铅：影响智力发育，有色素沉淀 铬：+2、+3、+6价 三致作用 砷：砒霜As2O3 致癌,由表皮角化发展成皮肤溃烂，最终导致皮肤癌,电镀照明灯，超标一万倍,第一节 水体环境概述,（二）水体污染物 重金属 污染特点 在天然水体中只要有微量浓度即可产生毒性效应。一般110mg/l，汞镉0.0010.01mg/l 重金属进入食物链中，通过食物链的生物放大作用，在生物体体内富集。富山事件1931年-1972年，历时40多年，潜伏期长达30年。 可转化为毒性更强的金属化合物：无机汞甲基汞,第一节 水体环境概述,（三）水体污染物 化学方面 无机有毒物质 氰化物 来源：化学、电镀、煤气、炼焦工业 危害：毒性极强，人误服0.2克左右的氰化钾或氰化钠，立即死亡；水中CN含量0.3-0.5mg/l，鱼类死亡；0.3mg/l，微生物死亡；0.1mg/l，虫类死亡。 水体对氰化物的自净能力强，主要靠挥发和氧化分解两种途径完成。 挥发： 氧化分解,90%,10%,第一节 水体环境概述,（三）水体污染物 化学方面 无机有毒物质 氟化物 来源：电镀加工企业 危害：F离子浓度1mg/l时，出现氟危害，如牙齿出现氟斑、骨骼变形、肾脏损害。,第一节 水体环境概述,（三）水体污染物 化学方面 有机无毒物质（有机耗氧物质） 进入水体后，通过微生物作用分解为CO2、H2O，分解过程中需消耗DO，在缺氧条件下，发生腐败分解、恶化水质。 常用指标有4种：COD、BOD、TOC和TOD。,第一节 水体环境概述,（三）水体污染物 化学方面 有机无毒物质（有机耗氧物质） 化学需氧量(COD, Chemical Oxygen Demand) 定义：指用化学氧化剂氧化水中有机污染物时所需的氧量(mg/L)。CODCr（重铬酸钾）、CODMn（高锰酸钾） 生化需氧量(BOD, Bio-Chemical Oxygen Demand) 定义：指在好气条件下，微生物分解水中有机物质的生物化学过程中所需溶解氧的量，是反映水体中有机污染程度的综合指标之一。,第一节 水体环境概述,（三）水体污染物 化学方面 有机无毒物质（有机耗氧物质） 生化需氧量(BOD, Bio-Chemical Oxygen Demand) BOD5，室温条件下，培养5天的生化需氧量，即五日生化需氧量。 CODBOD5，一方面因为BOD5生物氧化不彻底，彻底氧化需20天，导致BOD5实际量；另一方面COD氧化剂将其它低价无机物氧化，导致COD实际量。,第一节 水体环境概述,（三）水体污染物 化学方面 有机无毒物质（有机耗氧物质） 总有机碳量(TOC, Total Oxygen Carbon) 定义：水中溶解性和悬浮性有机物中存在的全部碳量。 总需氧量(TOD, Total Oxygen Demand) 定义：水中有机物全部被氧化所需的氧量。 TODTOC：有机物不但含C，还有S、H、N等也可被氧化。,河流污染分布带和沿途溶解氧的变化,BOD生物化学分解遵循一级反应式，即： 大气复氧与氧亏量成正相关，KaD； 假设一维稳态河流中溶解氧的变化是由BOD的衰减和溶解氧的复氧过程决定，即：,河流水质S-P模型,氧垂曲线oxygen sag curve,第一节 水体环境概述,（三）水体污染物 化学方面 有机有毒物质 酚类化合物 来源：冶金、煤气、炼焦、石油化工、塑料等工业 含酚废水的浓度、成分差别较大 高浓度 低浓度,挥发酚：2300-3000mg/l 不挥发酚:700-2000mg/l,挥发酚：40-60mg/l 不挥发酚:10-20mg/l,第一节 水体环境概述,（三）水体污染物 化学方面 有机有毒物质 酚类化合物 危害： 使蛋白质凝固，损伤神经系统 水体中酚浓度为0.10.2mg/l，鱼肉带有异味，影响食用 饮用水中挥发酚浓度不应超过0.001mg/l,第一节 水体环境概述,（三）水体污染物 化学方面 有机有毒物质 有机农药 有机氯类：半衰期长、毒性高 如DDT 有机磷类：半衰期短、毒性高 如对硫磷 有机硫类：毒性低 危害：通过食物链对神经产生影响，并有致癌作用，并可诱发突变。,第一节 水体环境概述,（三）水体污染物 化学方面 有机有毒物质 聚氯联苯 来源：电器绝缘材料、塑料增塑剂 危害：不易降解、进入生物体内后相当稳定，不易排泄，易聚积在脂肪组织、肝、脑中，引起皮肤和肝脏损害 多环芳烃类 来源：石油、煤、木材、可燃气体的不完全