水体污染及生物防治

1、第七章 水体污染及 生物防治,水资源短缺和水体污染已经严重影响我国经济的发展。 我国地表径流总量为2.7万亿m3。占世界第六位。但我国人均占有水量非常少，人均占有地表水仅2639m3，居世界第110位，为世界人均径流量的四分之一。 我国城市缺水更为严重，在中国668个建制城市中，约有434座城市缺水，其中严重缺水城市108个，北方城市更为严重，如天津、哈尔滨、长春、青岛、唐山和烟台等地水资源已全面告急，而大多数南方城市则陷入水质性缺水的困境。据专家估计，2000年我国城市缺水量达400亿m3，因缺水影响的国民生产总值达2400亿元。 我国有3亿多亩农田受干旱威胁，成灾面积约1亿亩，14亿亩草场缺水。农村有5000多万人饮水困难，3000多万头牲畜缺水。,我国水资源短缺情况： 世界水资源研究所提出评估四级水平： 1000 m3 严重缺水； 人均占有水量 1000-5000 m3 缺水； 5000-10000 m3 中等水平，不缺水； 10 000 m3 高水平，水资源丰富。 联合国可持续发展委员会将人均1750 m3确定为缺水警告数字。按照这个标准，我国人均水资源量处于缺水上下限的中低值

2、，总体缺水。 同时我国水资源分布也极不均衡：北方：988 m3/人，低于1000 m3的重度缺水标准，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，其中山东为380 m3，河北为330 m3，北京不足300m3，天津仅为150m3，成为世界上最缺水的地区之一。 联合国已将我国列为全球13个最缺水的国家之一。,我国水体污染情况： 全国七大重点流域地表水有机污染普遍，各流域干流有42.3%的河段不能满足饮用水源的水质要求，13.8%的河段不能满足景观、工业、农业用水功能，流经城市的河段污染更加严重，63.8%的城市河段不能作饮用水源地。主要湖泊如太湖、滇池、巢湖等有机污染问题突出，富营养化现象相当严重。 根据全国118座大城市浅层地下水的调查，97.5%的城市受到不同程度的污染，40%受重度污染，更为严重的是，全国已有近90%的城镇饮用水源受到污染。 目前全国70%以上的河流湖泊遭受不同程度污染，水污染加剧了水资源的短缺，水质的恶化，严重威胁着人民群众的身心健康。据初步调查，全国农村有3亿多人饮水不安全，其中约6300多万人饮用高氟水

3、，200万人饮用高砷水，3800多万人饮用苦咸水，1.9亿人饮用有害物质含量超标的水，血吸虫病区约1100多万人饮水不安全；相当一部分城市水源污染严重，威胁到饮水水质，严重影响人们身体健康。,一、污水灌溉的概念 污水灌溉(sewage Irrigation)一般是指使用经过一定处理的城市污水灌溉农田、森林和草地。 污水灌溉可分为： 纯污水灌溉(全年污灌) 清污混灌（清、污混灌或轮灌） 间歇污水灌溉(冬季或作物生长期污灌),第一节 污水灌溉,二、污水灌溉的效益 (一)提供灌溉水源 污水灌溉能满足农作物的需水要求，已成为干旱、半干旱地区的稳定灌溉水源。 (二)提高土壤肥力 污水中含有大量的各种营养元素，如氮、磷，钾、硼、铜、锰、锌等元素。这些营养元素能被作物吸收和利用，可节省大量化肥和有机肥。污灌能增加土壤肥力、改善土壤物理性质、增强土壤微生物活性。因此，污灌能增加作物产量。 (三)净化污水 利用农田灌溉比其他措施对污水的净化力强。污灌能除去水体中的有机污染物和重金属。,三、净化机制 物理化学吸附和交换吸附作用。 生物氧化作用。 化学和光化学降解作用。 植物的吸收和代谢作用。 四、存在的问

4、题 农田生态系统有很强的净化能力，但污染物含量一旦超过生态系统的净化阈值，系统的结构和功能就会受到严重破坏，不仅失去净化能力，还会导致污染物沿食物链迁移和富集。,五、措施 (1)利用氧化塘处理污水，再用于农灌。 经氧化塘处理的污水，COD、BOD、悬浮物、酚、氰、农药及汞、镉、铅、铬等含量均明显低于未经处理的同类污水，有的已达到或接近农田灌溉水质标准。 (2)利用排灌渠道的净化作用。 污染物在渠道中迁移时，由于凝聚、沉降作用，其含量迅速降低。渠道越长，流速愈慢，沉降的效果越好。,六五、开展污灌技术研究 (1)各类污水污灌的可能性和措施。 污水划分为城市生活污水和工业废水两大类。污灌前要研究污水的属性、类型、数量以及污水处理措施，并探讨污灌可能引起的后果和对策。 (2)研究污染物在土壤植物系统中迁移、转化和富集的规律，合理调整作物布局。 如在镉污染区可种植玉米和高梁，不宜种小麦和水稻。大气污染区不宜栽种叶菜类，宜种瓜果。土壤污染区不宜栽种块根类作物。,(3)土壤环境容量和净化功能的研究。 主要研究内容有：污染物的种类、数量；每年灌溉量及每年进入农田的污染物数量；农田土壤的污染物背景值或现

5、状值；土壤自净能力。并计算土壤环境容量和年容量，提出灌溉定额和期限。实行对污染物的总量控制。 (4)污灌的监测与管理。 加强水质监测，保证污灌水中的污染物不超过土壤环境容量所规定的范围。监测污灌区农作物产品品质及卫生指标，加强污水灌溉的科学管理。 (5)污水的预处理。 重金属等污染物含量高的污水必须进行预处理，达到农业灌溉水质标准后再引灌。,第二节 富营养化,水体富营养化与水中氧平衡有密切的联系。因此，常用一些反映水体氧平衡的指标来描述水体富营养化。 指标：DO、BOD、COD、TOC、TOD。 一、富营养化形成的条件 1. 营养元素 2光 3温度,二、富营养化的指标与评价 1.富营养化指标：包括物理指标、化学指标和生物学指标。 2.富营养化的评价：为了对水质宫营养化程度进行综合评价，已经提出了若干个水质富营养化评价与防治的数学模型。,三、富营养化的危害,(1) 感官恶化，不利观光 (2) 鱼类窒息或中毒死亡 (3) 影响作物生长 (4) 水质变劣，净化费用增高 (5) 加速湖泊衰亡,四、富营养化的生物治理 (1) 污泥法除氮 三段污泥法是生物脱氯的最经典的方法。三段污泥法是由去除BO

6、D硝化脱氮3个独立工序组成， (2) 活性污泥法除磷 利用微生物对磷的过量摄取使磷进入活性污泥中。 (3) 种植高等水生植物 植物能降低水体中的BOD和COD。 (4) 建立良好的水生生态系统 以初级生产者、消费者(食草动物、杂食性动物等)和分解者组成的水生生态系统，既能防治水体富营养化，又能提供足够的生物产量，是治理湖泊富营养化的最佳方案。,第三节 氧化塘,氧化塘(oxidation ponds)：又称稳定塘或生物塘。它是利用库塘等水生生态系统对污水的净化作用，进行污水处理和利用的生物工程措施。氧化塘作用的基本原理是生物降解。 氧化塘基建、运行、管理费用低廉，节能，操作简易，性能稳定可靠，具有广谱和高效的去除能力，可实现污水资源化。 目前世界上已有一万多座氧化塘在40多个国家中运转，我国也有100多座氧化塘分布在自东北一直到华南的不同纬度的广大地区，承担起净化生活污水和工业废水的任务。,一、我国氧化塘的主要特点,(1) 充分利用地形，工程简易。 (2) 超大型氧化塘工程。 (3) 净化和利用相结合。 (4) 广谱、高效和稳定的净化能力。 (5) 人工强化系统塘的研究和应用。,二、氧化

7、塘结构及净化机理,目前国内外普遍采用厌氧、兼性和好氧串联氧化塘。每塘又由于水深浅不同区分为好氧区、兼性区和厌氧区。 (一)厌氧塘 厌氧塘是在处理高浓度有机污染物时，在兼性塘和好氧塘前的预处理塘，有机负荷高，厌氧占优势。 厌氧降解包括两个阶段，第一阶段是产酸阶段，主要靠厌氧菌把大分子的碳水化合物、脂肪、蛋白质分解为较小分子的有机化合物(羧酸和醇类)。 第二阶段是甲烷发酵，由绝对厌氧的甲烷菌将羧酸和醇类等转化为甲烷、二氧化碳等最终产物。甲烷发酵阶段COD和BOD明显降低。,厌氧塘的关键是保证甲烷发酵正常。甲烷菌要求pH 6.57.5(低于6.2则对生长有害)；最适温度3035，不能低于15等；其中的关键是保证绝对厌氧，不能有溶解氧。 为使进水与底部沉积的带菌种的熟污泥充分接触，进水管应设在塘首的底部，使厌氧菌和污水充分混合。 在塘内设置网式或挂帘式的纤维填料，可增加厌氧菌的分布空间和生物总量。这种强化氧化塘与一般氧化塘相比，有机负荷可增加3040。或在相同的处理条件和有机负荷下，污水在塘中的停留时间可缩短3040，而悬浮物的去除增加6065。,厌氧塘的设计参数： BOD5：最低负荷 l00

8、 150kghm2d ， 最高负荷 20003000kghm2d COD：最低负荷 200300kghm2d， 最高负荷 30005000 kghm2d 水停留时间：35 d 塘深(水深)： 35 m 去除率：BOD5：60(冬季) 90(夏季) COD： 50(冬季) 80(夏季) 有机氮：60 90 硝酸盐氮：8095,(二)兼性塘 兼性塘在氧化塘系统中是最常用和起主要作用的塘，广泛应用于处理工业、农业和生活污水。 上层：阳光充沛，藻类光合作用旺盛，溶解氧充足，为 好氧菌藻类共生系统； 中层：光照弱，溶解氧少，兼性微生物占优势； 底层：厌氧层，厌氧微生物占优势，对塘底污泥进行厌 氧发酵。 兼性塘的BOD去除率取决于水中藻类浓度，一般可达7090。比好氧塘更广谱地去污。 在兼性塘中放养水葫芦、狐尾藻等植物时，能增强其除污能力。,兼性塘的设计参数： BOD5 负荷：普通兼性塘20(北方)50(南方) kghm2d 有水葫芦等的兼性塘40(北方)100(南方) kghm2d 水停留时间：715d 塘深(水深)： BOD5 浓度较高时，塘深11.5m为宜 BOD5浓度较低时(100mg/L

9、)，152.5m为宜 北方寒冷地区，单塘深可达3m。 BOD5 去除率：7090。,(三)好氧塘,塘水深应保证阳光透射到塘底，使藻类能在整个塘内进 行光合作用，好氧塘中藻一菌共生系统能很好地除去BOD、 氮、磷等无机营养，但由于藻类大量繁殖，致使出水水质 含藻类过多而使悬浮物、BOD、COD、总氮等含量偏高，造成水体第二次污染。第二级好氧塘(最后氧化塘)处理的污水污染程度轻，BOD、COD含量低，氮、磷营养物质含量较多，导致藻类大量繁殖。 最简便、经济和合理的除藻技术是养鱼、虾、贝、鸭、鹅等，消耗藻类，维持水体营养平衡，实现污水资源化。好氧塘如果水质差，塘浅不宜养鱼，可种植耐污而有净化能力的水葱、芦苇、菖蒲、水花生、水葫芦等。,好氧塘的设计参数： （1）处理原生污水或沉淀污水的好氧塘 BOD5负荷： 100200kghm2d 水停留时间： 26d 塘深(水深)： 0.20.3m BOD5去除率：8095 (2)第二级好氧塘(最后氧化塘) DOD5负荷：1020mg/L 水停留时间：310d 塘深(水深)： 1 1.5m(养鱼) 0.51m(养鸭、鹅) 0.20.5m(种芦苇、水葱等) SS(悬浮物)：90 BOD5：8090 COD：7080 总氮：90 总磷：90 氨氮：8090 细菌、大肠杆菌99%,三、氧化塘的效益,1. 净化效率: 李建华等(1992)对安达市氧化塘系统进行研究，得出其氮和磷的去除有明显的季节性，并且与生态系统的类型及生物量成正相关关系。,2. 经济效益: 氧化塘具有较好的经济效益，其基建投资，运转费用与耗电量均比二级污水处理厂低。,四、氧化塘系统的类型 根据不同地区环境特点、差异以及污水的性质，可设计不同类型的氧化塘： (一)处理一贮存塘系统,(二)多级生态处理与利用系统,(三)高浓度有机废水的多级氧化塘处理系统,(四)病原微生物污水氧化塘处理系统,五、氧化塘发展趋势 氧化塘技术已越来越受到重视，今后氧化塘的发展趋势包括： 厌氧、兼性、好氧、曝气和水葫芦塘的技术日趋成熟

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