① 水污染及危害
(一)水体污染
水体污染是指排入水体中的污染物超过了水体的自净能力,从而导致水体水质恶化的现象。造成水体污染的原因,有自然的和人为的两个方面。通常所说的水体污染,均指人为污染。人为污染是人类生活和生产对水体的污染,它包括生活污水、工业废水、农田排水未经处理而大量排入水体所造成的污染。
凡使水体的水质、生物质、底泥质量恶化的各种物质均可称为水体污染物或水污染物。根据对环境污染危害的情况不同,可将水体污染物分为以下几个类别:固体污染物、生物污染物、需氧有机污染物、富营养性污染物、感官污染物、酸碱盐类污染物、有毒污染物、油类污染物、热污染等。
1.固体污染物
固体物质在水中有3种存在形态:溶解态、胶体态、悬浮态。
2.生物污染物
生物污染是指废水中的致病微生物及其他有害的生物体。主要包括病毒、病菌、寄生虫卵等各种致病体。此外,废水中若生长有铁菌、硫菌、藻类、水草及贝类动物时,会堵塞管道、腐蚀金属及恶化水质,也属于生物污染物。
生物污染物主要来自城市生活废水、医院废水、垃圾及地面径流等。病原微生物的水污染危害历史最久,至今仍是危害人类健康和生命的重要类型。
3.需氧化有机污染物
废水中能通过生物化学和化学作用而消耗水中溶解氧的物质,统称为需氧污染物。绝大多数的需氧污染物是有机物。有机物的共同特点是:这些物质直接进入水体后,通过微生物的生物化学作用而分解为简单的无机物质——二氧化碳和水,在分解过程中需要消耗水中的溶解氧,大量有机物质能导致氧的近似完全的消耗,需氧的鱼类和浮游动物在这种环境下就会死亡。
水体中耗氧有机物的测定,常用化学需氧量(COD)和生物需氧量(BOD)来描述。
4.富营养性污染物
富营养性污染物是指可引起水体富营养化的物质,主要是指氮、磷等元素,其他尚有钾、硫等。此外,可生化降解的有机物、维生素类物质、热污染等也能触发或促进营养化过程。水中营养性物质,主要来自化肥,随着农业排水进入水体,其次,来自于人、畜、禽的粪便及含磷洗涤剂,此外,食品厂、印染厂、制革厂、炸药厂等排出的废水中均含有大量氮、磷等营养性物质。
过多的营养物质进入天然水体,将使水质恶化、影响渔业的发展,危害人体健康。
5.感官性污染物
废水中能引起异色、浑浊、泡沫、恶臭等现象的物质,虽无严重危害,但能引起人们感官上的极度不快,被称为感官性污染物。
6.酸、碱、盐类污染物
酸碱污染物主要由工业废水排放的酸碱以及酸雨引起。酸碱污染物使水体的pH发生变化,破坏自然缓冲作用,消灭或抑制细菌及微生物的生长,妨碍水体自净,使水质恶化、土壤酸化或碱化。
酸与碱同时进入同一水体,从pH角度,酸、碱污染因中和作用而自净,但会产生各种盐类,又成了水体的新污染物。无机盐的增加能提高水的渗透压,对淡水生物、植物生长都有影响。在盐碱化地区,地面水、地下水中的盐危害土壤质量,酸、碱、盐污染造成的水的硬度增加。
7.有毒污染物
废水中能对生物引起毒性反应的物质,称为有毒污染物,简称毒物。工业上使用的有毒化学物已经超过12000种,且每年以500种的速度递增。大量有毒物质排入水体,不仅危及鱼类等水生生物的生存,而且能在食物链中逐级转移、浓缩,最后进入人体,危害人的健康。
废水中的有毒污染物可分为无机毒物、有机毒物和放射性物质3类。
无机毒物,包括金属和非金属两类。金属毒物主要为汞、镉、镍、锌、铜、锰、钴、钛、钒等,轻金属为铍。非金属毒物有砷、硒、氰化物、氟化物、硫化物、亚硝酸盐等。重金属能被生物富集于体内,有时还可被生物转化为毒性更大的物质(如无机汞被转化为烷基汞)。
有机毒物,大多是人工合成,难以被生化降解,毒性很大。在环境污染中具有重要意义的有机毒物包括农药、多氯联苯、稠环芳香烃、芳香胺类、杂环化合物、酚类、腈类等。许多有机毒物有“三致效应”(致畸、致突变、致癌)和蓄积作用(通过食物链体内富集,危害人体健康)。
放射性物质,废水中的放射性物质主要来自铀、镭等放射性金属的生产和使用过程,如核试验、核燃料再处理、原料冶炼厂等。其浓度一般较低,主要会引起慢性辐射和后期效应,如诱发癌症、对孕妇和婴儿产生损伤、引起遗传性伤害等。
8.油类污染物
油类污染物包括矿物油和动植物油。它们均难溶于水,在水中常以粗分散的可浮油和细分散的乳化油等形式存在。漂浮在水面上的油形成一层薄膜,影响大气中氧的溶入,从而影响鱼类的生存和水体的自净作用,也干扰某些水处理设施的正常运行。油脂类污染物还能附着于土壤颗粒表面和动植物体表,影响养分的吸收和废物的排泄。油污染主要是工业排入、海上采油、石油运输船只的清洗及油船意外事故等造成。2010年5月5日,美国墨西哥湾原油泄漏,生态环境严重影响(图6-14,图6-15)。
图6-14 墨西哥湾在原油污染的海水中挣扎的海鸟
图6-15 墨西哥湾原油污染带
9.热污染
废水温度过高而引起的危害,称为热污染。
(二)水污染的危害
水污染的危害主要有以下几点。
1.危害人体健康
水污染直接影响饮用水源的水质。当饮用水源受到合成有机物污染时,将导致腹水、腹泻、肝炎、胃癌、肝癌等疾病的发生。与不洁的水接触也会染上如皮肤病、沙眼、血吸虫、钩虫等疾病。废水中的某些有毒有害物质,即使数量不多,甚至难以检测出来,但由于动植物的富集作用和人体自身的积累作用,仍然可以对人体造成致命的危害。
2.降低农作物的产量和质量
江河湖泊中的水常是农田灌溉水源,一旦这些水体受到污染,水中的有毒有害物质将污染农田土壤,被作物吸收并残留在作物体内。一方面造成作物枯萎死亡,产量下降;另一方面,作物的品质也会有不同程度的下降,如污染物超标,蛋白质、氨基酸和维生素等营养物质含量降低,使蔬菜产生异味等。
3.影响渔业生产
渔业生产与水质紧密相关。水污染而造成淡水渔场鱼类大面积死亡的事故常有发生。一些污染严重的河段鱼虾已经绝迹。水污染还会使鱼类和水生生物发生变异,有毒物质在鱼类体内积累,食用价值大大降低。
4.制约工业的发展
很多工业(如食品、纺织、造纸和电镀等)需要用水,水质的恶化将直接影响产品质量。如水质差的冷却水会造成水循环系的堵塞、腐蚀和结垢,硬度高的水会影响锅炉的寿命和安全。
5.加速生态环境的退化和破坏
水污染除了对水体中的水生生物有危害外,对水体周围生态环境也有影响。污染后水体感观变差,散发臭气,水中的污染物对周围生物产生毒害作用,生物死亡,造成生态环境的退化和破坏。
6.造成经济损失
水污染使环境丧失原有部分或全部功能,造成环境的降级贬值,对人类的生存和经济的发展都带来危害,将这些危害货币化即为水污染造成的经济损失。如人体健康受到危害将减少劳动力,降低劳动生产率,疾病多发需支付更多的医药费,鱼类减产或质量变差则直接造成经济损失,生态环境的污染治理和修复费用都随着污染的加重而增加。
(三)水质标准
目前,我国已经颁布的水质标准有水环境质量标准、排放标准等。
水环境质量标准的:《地表水环境质量标准》(GB3838—2002),《地下水质量标准》(GB/T14848—93),《海水水质标准》(GB3097—1997),《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006),《渔业水质标准》(GB11607—89);《农田灌溉用水水质标准》(GB5084—92)等。
《地表水环境质量标准》(GB3838—2002),依据地表水水域环境功能和保护目标将其划分为5类:
Ⅰ类:主要适用于源头水,国家自然保护区;
Ⅱ类:主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场等;
Ⅲ类:主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场等及游泳区;
Ⅳ类:主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区;
Ⅴ类:主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。
废水排放标准的:《污水综合排放标准》(GB8978—1996),《医院水污染物排放标准》(BGJ48—83)和一些工业水污染物排放标准,如《造纸工业水污染物排放标准》(GB3544—83),《甘蔗制糖工业水污染物排放标准》(GB3546—83),《石油炼制工业水污染物排放标准》(GB3551—83),《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB4287—92)等。
② 印染废水处理工艺
印染废水处理中，常用的物化处理工艺主要是混凝沉淀法与混凝气浮法。此外，电解法、生物活性炭法和化学氧化法等有时也用于印染废水处理中：
1．混凝法
混凝法是印染废水处理中采用最多的方法，有混凝沉淀法和混凝气浮法两种。常用的混凝剂有碱式氯化铝、聚合硫酸铁等。混凝法对去除COD和色度都有较好的效果。
混凝法设置在生物处理前时，混凝剂投加量较大，污泥量大，易使处理成本提高，并增大污泥处理与最终处理的难度。混凝法的COD去除率一般为30%～60%，BOD5去除率一般为20%～50%。
作为废水的深度处理，混凝法设置在生物处理构筑物之后，具有操作运行灵活的优点。当进水浓度较低，生化运行效果好时，可以不加混凝剂，以节约成本；当采用生物接触氧化法时，可以考虑不设二次沉淀池，让生物处理构筑物的出水直接进入混凝处理设施。在印染废水处理中，多数是将混凝法设置在生物处理之后。其COD去除率一般为15%～40%。
当原废水污染物浓度低，仅用混凝法已能达到排放标准时，可考虑只设置混凝法处理设施。
2．化学氧化法
纺织印染废水的特征之一是带有较深的颜色。主要由残留在废水中的染料所造成。此外，有些悬浮物、浆料和助剂也能产生颜色。废水脱色就是去除废水中上述显色有机物。印染废水经生物法或混凝法处理后，随BOD和部分悬浮物的去除，色度也有一定的降低。一般情况下，生物法的脱色率较低，仅为40%～50%。混凝法的脱色率稍高，但因染料品种和混凝剂的不同而有很大的差别，脱色率在50%～90%之间。因此，采用上述方法处理后，出水仍有较深的颜色，对排放和回用都很不利。为此，必须进一步进行脱色处理。常用的脱色处理法有氧化法和吸附法两种。氧化脱色法有氯氧化法、臭氧氧化法和光氧化法三种。
化学氧化法一般作为深度处理设施，设置在工艺流程的最后一级。主要的目的是去除色度，同时也降低部分COD。经化学氧化法处理后，色度可降到50倍以下，COD去除率较低，一般仅5%～15%。
3．电解法
借助于外加电流的作用产生化学反应，把电能转化成化学能的过程称电解。利用电解的化学反应，使废水的有害杂质转化而被去除的方法称为废水电解处理法，简称电解法。
电解法以往多用于处理含氰、含铬电镀废水，近年来才开始用于处理纺织印染废水的治理，但尚缺乏成熟的经验。研究表明，电解法的脱色效果显著，对某些活性染料、直接染料、媒染染料、硫化染料和分散染料印染废水，脱色率可达90%以上，对酸性染料废水脱色率达70%以上。电解法对于处理小水量的印染废水，具有设备简单、管理方便和效果较好的特点。固定床电解法在工程上也有应用，取得了较好的效果。其缺点是耗电较大、电极消耗较多，不适宜在水量较大时采用。电解法一般作为深度处理，设置在生物处理之后。其COD去除率为20%～50%，色度可以降到50倍以下。
当原废水浓度低，仅用电解法已能达到排放标准时，可考虑只设置电解法处理设施。仅用电解法处理时，COD去除率为40%～75%。
4．活性炭吸附法
活性炭吸附技术在国内用于医药、化工和食品等工业的精制和脱色已有多年历史。70年代开始用于工业废水处理。生产实践表明，活性炭对水中微量有机污染物具有卓越的吸附性，它对纺织印染、染料化工、食品加工和有机化工等工业废水都有良好的吸附效果。一般情况下，对废水中以BOD、COD等综合指标表示的有机物，如合成染料、表面性剂、酚类、苯类、有机氯、农药和石油化工产品等，都有独特的去除能力。所以，活性炭吸附法已逐步成为工业废水二级或三级处理的主要方法之一。
吸附是一种物质附着在另一种物质表面上的过程。吸附是一种界面现象，其与表面张力、表面能的变化有关。引起吸附的推动能力有两种，一种是溶剂水对疏水物质的排斥力，另一种是固体对溶质的亲和吸引力。废水处理中的吸附，多数是这两种力综合作用的结果。活性炭的比表面积和孔隙结构直接影响其吸附能力，在选择活性炭时，应根据废水的水质通过试验确定。对印染废水宜选择过渡孔发达的炭种。此外，灰分也有影响，灰分愈小，吸附性能愈好；吸附质分子的大小与炭孔隙直径愈接近，愈容易被吸附；吸附质浓度对活性炭吸附量也有影响。在一定浓度范围内，吸附量是随吸附质浓度的增大而增加的。另外，水温和pH值也有影响。吸附量随水温的升高而减少，随pH值的降低而增大。故低水温、低pH值有利于活性炭的吸附。
③ 活性污泥的性能指标有哪些
活性污泥的性能指标包括：混合液悬浮固体（MLSS），污泥沉降比（SV），污泥指数[污泥体积指数（SVI），污泥密度指数（SDI）。
1、混合液悬浮固体浓度（mixed liquor suspended solids，MLSS），又称为混合液污泥浓度，表示在曝气池单位容积混合液内所含的活性污泥固体的总重量，即 MLSS=Ma+Me+Mi+Mii
Ma--具有代谢功能活性的微生物群体；
Me--微生物（主要是细菌）内源代谢、自身氧化的残留物；
Mi --由原污水挟入的难为细菌降解的惰性有机物质；
Mii--由污水挟入的无机物质。
表示单位为mg/L混合液，或g/L混合液，g/m3混合液，kg/m3混合液。
混合液挥发性悬浮固体浓度（mixed liquor volatile suspended solids，MLVSS），表示混合液活性污泥中有机性固体物质部分的浓度，即
MLVSS=Ma+Me+Mi
MLVSS与MLSS的比值以f表示，即
f=MLVSS/MLSS
在一般情况下，f值比较固定，对生活污水，f值为0.75左右。以生活污水为主体的城市污水也同此值。
以上两项指标都不能精确地表示活性污泥微生物量，而表示的是活性污泥的相对值。但因为其测定简便易行，广泛应用于活性污泥处理系统的设计、运行。
2、污泥沉降比（settling velocity，SV），又称30min沉降率。混合液在量筒内静置30min后所形成沉淀污泥的容积占原混合液容积的百分率，以%表示。
3、污泥容积指数（sludge volume index，SVI），简称污泥指数，其物理意义是在曝气池出口处的混合液，在经过30min静沉后，每g干污泥所形成的沉淀污泥所占的容积，以mL计。
污泥容积指数的计算式为：
SVI= 混合液（1L）30min静沉形成的活性污泥容积（mL）/混合液（1L）中悬浮固体干重（g）
=(SV（mL/L）)/(MLSS（g/L）)
SVI的表示单位为mL/g，习惯上只称数字，而把单位略去。
4、污泥密度指数（SDI），指100ml混合液静止30min后所含活性污泥的g数。单位为g/ml。
一般地， SVI<100 污泥沉降性能较好
100<SVI<200 污泥沉降性能一般
200<SVI 污泥沉降性能差
城市生活污水水质较稳定，其SVI控制在50~150左右。而工业污水水质相差较大，如某些工业污水中COD主要为溶解性有机物，极易合成污泥，且污泥灰份少，微生物数量多，所以虽然其SVI偏高，但却不是真正的污泥膨胀。反之，如果污水中含无机悬浮物多，污泥的密度大，SVI低，但其活性和吸附能力不一定差。