① 水污染及危害
(一)水體污染
水體污染是指排入水體中的污染物超過了水體的自凈能力,從而導致水體水質惡化的現象。造成水體污染的原因,有自然的和人為的兩個方面。通常所說的水體污染,均指人為污染。人為污染是人類生活和生產對水體的污染,它包括生活污水、工業廢水、農田排水未經處理而大量排入水體所造成的污染。
凡使水體的水質、生物質、底泥質量惡化的各種物質均可稱為水體污染物或水污染物。根據對環境污染危害的情況不同,可將水體污染物分為以下幾個類別:固體污染物、生物污染物、需氧有機污染物、富營養性污染物、感官污染物、酸鹼鹽類污染物、有毒污染物、油類污染物、熱污染等。
1.固體污染物
固體物質在水中有3種存在形態:溶解態、膠體態、懸浮態。
2.生物污染物
生物污染是指廢水中的致病微生物及其他有害的生物體。主要包括病毒、病菌、寄生蟲卵等各種致病體。此外,廢水中若生長有鐵菌、硫菌、藻類、水草及貝類動物時,會堵塞管道、腐蝕金屬及惡化水質,也屬於生物污染物。
生物污染物主要來自城市生活廢水、醫院廢水、垃圾及地面徑流等。病原微生物的水污染危害歷史最久,至今仍是危害人類健康和生命的重要類型。
3.需氧化有機污染物
廢水中能通過生物化學和化學作用而消耗水中溶解氧的物質,統稱為需氧污染物。絕大多數的需氧污染物是有機物。有機物的共同特點是:這些物質直接進入水體後,通過微生物的生物化學作用而分解為簡單的無機物質——二氧化碳和水,在分解過程中需要消耗水中的溶解氧,大量有機物質能導致氧的近似完全的消耗,需氧的魚類和浮游動物在這種環境下就會死亡。
水體中耗氧有機物的測定,常用化學需氧量(COD)和生物需氧量(BOD)來描述。
4.富營養性污染物
富營養性污染物是指可引起水體富營養化的物質,主要是指氮、磷等元素,其他尚有鉀、硫等。此外,可生化降解的有機物、維生素類物質、熱污染等也能觸發或促進營養化過程。水中營養性物質,主要來自化肥,隨著農業排水進入水體,其次,來自於人、畜、禽的糞便及含磷洗滌劑,此外,食品廠、印染廠、製革廠、炸葯廠等排出的廢水中均含有大量氮、磷等營養性物質。
過多的營養物質進入天然水體,將使水質惡化、影響漁業的發展,危害人體健康。
5.感官性污染物
廢水中能引起異色、渾濁、泡沫、惡臭等現象的物質,雖無嚴重危害,但能引起人們感官上的極度不快,被稱為感官性污染物。
6.酸、鹼、鹽類污染物
酸鹼污染物主要由工業廢水排放的酸鹼以及酸雨引起。酸鹼污染物使水體的pH發生變化,破壞自然緩沖作用,消滅或抑制細菌及微生物的生長,妨礙水體自凈,使水質惡化、土壤酸化或鹼化。
酸與鹼同時進入同一水體,從pH角度,酸、鹼污染因中和作用而自凈,但會產生各種鹽類,又成了水體的新污染物。無機鹽的增加能提高水的滲透壓,對淡水生物、植物生長都有影響。在鹽鹼化地區,地面水、地下水中的鹽危害土壤質量,酸、鹼、鹽污染造成的水的硬度增加。
7.有毒污染物
廢水中能對生物引起毒性反應的物質,稱為有毒污染物,簡稱毒物。工業上使用的有毒化學物已經超過12000種,且每年以500種的速度遞增。大量有毒物質排入水體,不僅危及魚類等水生生物的生存,而且能在食物鏈中逐級轉移、濃縮,最後進入人體,危害人的健康。
廢水中的有毒污染物可分為無機毒物、有機毒物和放射性物質3類。
無機毒物,包括金屬和非金屬兩類。金屬毒物主要為汞、鎘、鎳、鋅、銅、錳、鈷、鈦、釩等,輕金屬為鈹。非金屬毒物有砷、硒、氰化物、氟化物、硫化物、亞硝酸鹽等。重金屬能被生物富集於體內,有時還可被生物轉化為毒性更大的物質(如無機汞被轉化為烷基汞)。
有機毒物,大多是人工合成,難以被生化降解,毒性很大。在環境污染中具有重要意義的有機毒物包括農葯、多氯聯苯、稠環芳香烴、芳香胺類、雜環化合物、酚類、腈類等。許多有機毒物有「三致效應」(致畸、致突變、致癌)和蓄積作用(通過食物鏈體內富集,危害人體健康)。
放射性物質,廢水中的放射性物質主要來自鈾、鐳等放射性金屬的生產和使用過程,如核試驗、核燃料再處理、原料冶煉廠等。其濃度一般較低,主要會引起慢性輻射和後期效應,如誘發癌症、對孕婦和嬰兒產生損傷、引起遺傳性傷害等。
8.油類污染物
油類污染物包括礦物油和動植物油。它們均難溶於水,在水中常以粗分散的可浮油和細分散的乳化油等形式存在。漂浮在水面上的油形成一層薄膜,影響大氣中氧的溶入,從而影響魚類的生存和水體的自凈作用,也干擾某些水處理設施的正常運行。油脂類污染物還能附著於土壤顆粒表面和動植物體表,影響養分的吸收和廢物的排泄。油污染主要是工業排入、海上採油、石油運輸船隻的清洗及油船意外事故等造成。2010年5月5日,美國墨西哥灣原油泄漏,生態環境嚴重影響(圖6-14,圖6-15)。
圖6-14 墨西哥灣在原油污染的海水中掙扎的海鳥
圖6-15 墨西哥灣原油污染帶
9.熱污染
廢水溫度過高而引起的危害,稱為熱污染。
(二)水污染的危害
水污染的危害主要有以下幾點。
1.危害人體健康
水污染直接影響飲用水源的水質。當飲用水源受到合成有機物污染時,將導致腹水、腹瀉、肝炎、胃癌、肝癌等疾病的發生。與不潔的水接觸也會染上如皮膚病、沙眼、血吸蟲、鉤蟲等疾病。廢水中的某些有毒有害物質,即使數量不多,甚至難以檢測出來,但由於動植物的富集作用和人體自身的積累作用,仍然可以對人體造成致命的危害。
2.降低農作物的產量和質量
江河湖泊中的水常是農田灌溉水源,一旦這些水體受到污染,水中的有毒有害物質將污染農田土壤,被作物吸收並殘留在作物體內。一方面造成作物枯萎死亡,產量下降;另一方面,作物的品質也會有不同程度的下降,如污染物超標,蛋白質、氨基酸和維生素等營養物質含量降低,使蔬菜產生異味等。
3.影響漁業生產
漁業生產與水質緊密相關。水污染而造成淡水漁場魚類大面積死亡的事故常有發生。一些污染嚴重的河段魚蝦已經絕跡。水污染還會使魚類和水生生物發生變異,有毒物質在魚類體內積累,食用價值大大降低。
4.制約工業的發展
很多工業(如食品、紡織、造紙和電鍍等)需要用水,水質的惡化將直接影響產品質量。如水質差的冷卻水會造成水循環系的堵塞、腐蝕和結垢,硬度高的水會影響鍋爐的壽命和安全。
5.加速生態環境的退化和破壞
水污染除了對水體中的水生生物有危害外,對水體周圍生態環境也有影響。污染後水體感觀變差,散發臭氣,水中的污染物對周圍生物產生毒害作用,生物死亡,造成生態環境的退化和破壞。
6.造成經濟損失
水污染使環境喪失原有部分或全部功能,造成環境的降級貶值,對人類的生存和經濟的發展都帶來危害,將這些危害貨幣化即為水污染造成的經濟損失。如人體健康受到危害將減少勞動力,降低勞動生產率,疾病多發需支付更多的醫葯費,魚類減產或質量變差則直接造成經濟損失,生態環境的污染治理和修復費用都隨著污染的加重而增加。
(三)水質標准
目前,我國已經頒布的水質標准有水環境質量標准、排放標准等。
水環境質量標準的:《地表水環境質量標准》(GB3838—2002),《地下水質量標准》(GB/T14848—93),《海水水質標准》(GB3097—1997),《生活飲用水衛生標准》(GB5749—2006),《漁業水質標准》(GB11607—89);《農田灌溉用水水質標准》(GB5084—92)等。
《地表水環境質量標准》(GB3838—2002),依據地表水水域環境功能和保護目標將其劃分為5類:
Ⅰ類:主要適用於源頭水,國家自然保護區;
Ⅱ類:主要適用於集中式生活飲用水地表水源地一級保護區、珍稀水生生物棲息地、魚蝦類產卵場等;
Ⅲ類:主要適用於集中式生活飲用水地表水源地二級保護區、魚蝦類越冬場等及游泳區;
Ⅳ類:主要適用於一般工業用水區及人體非直接接觸的娛樂用水區;
Ⅴ類:主要適用於農業用水區及一般景觀要求水域。
廢水排放標準的:《污水綜合排放標准》(GB8978—1996),《醫院水污染物排放標准》(BGJ48—83)和一些工業水污染物排放標准,如《造紙工業水污染物排放標准》(GB3544—83),《甘蔗製糖工業水污染物排放標准》(GB3546—83),《石油煉制工業水污染物排放標准》(GB3551—83),《紡織染整工業水污染物排放標准》(GB4287—92)等。
② 印染廢水處理工藝
印染廢水處理中，常用的物化處理工藝主要是混凝沉澱法與混凝氣浮法。此外，電解法、生物活性炭法和化學氧化法等有時也用於印染廢水處理中：
1．混凝法
混凝法是印染廢水處理中採用最多的方法，有混凝沉澱法和混凝氣浮法兩種。常用的混凝劑有鹼式氯化鋁、聚合硫酸鐵等。混凝法對去除COD和色度都有較好的效果。
混凝法設置在生物處理前時，混凝劑投加量較大，污泥量大，易使處理成本提高，並增大污泥處理與最終處理的難度。混凝法的COD去除率一般為30%～60%，BOD5去除率一般為20%～50%。
作為廢水的深度處理，混凝法設置在生物處理構築物之後，具有操作運行靈活的優點。當進水濃度較低，生化運行效果好時，可以不加混凝劑，以節約成本；當採用生物接觸氧化法時，可以考慮不設二次沉澱池，讓生物處理構築物的出水直接進入混凝處理設施。在印染廢水處理中，多數是將混凝法設置在生物處理之後。其COD去除率一般為15%～40%。
當原廢水污染物濃度低，僅用混凝法已能達到排放標准時，可考慮只設置混凝法處理設施。
2．化學氧化法
紡織印染廢水的特徵之一是帶有較深的顏色。主要由殘留在廢水中的染料所造成。此外，有些懸浮物、漿料和助劑也能產生顏色。廢水脫色就是去除廢水中上述顯色有機物。印染廢水經生物法或混凝法處理後，隨BOD和部分懸浮物的去除，色度也有一定的降低。一般情況下，生物法的脫色率較低，僅為40%～50%。混凝法的脫色率稍高，但因染料品種和混凝劑的不同而有很大的差別，脫色率在50%～90%之間。因此，採用上述方法處理後，出水仍有較深的顏色，對排放和回用都很不利。為此，必須進一步進行脫色處理。常用的脫色處理法有氧化法和吸附法兩種。氧化脫色法有氯氧化法、臭氧氧化法和光氧化法三種。
化學氧化法一般作為深度處理設施，設置在工藝流程的最後一級。主要的目的是去除色度，同時也降低部分COD。經化學氧化法處理後，色度可降到50倍以下，COD去除率較低，一般僅5%～15%。
3．電解法
藉助於外加電流的作用產生化學反應，把電能轉化成化學能的過程稱電解。利用電解的化學反應，使廢水的有害雜質轉化而被去除的方法稱為廢水電解處理法，簡稱電解法。
電解法以往多用於處理含氰、含鉻電鍍廢水，近年來才開始用於處理紡織印染廢水的治理，但尚缺乏成熟的經驗。研究表明，電解法的脫色效果顯著，對某些活性染料、直接染料、媒染染料、硫化染料和分散染料印染廢水，脫色率可達90%以上，對酸性染料廢水脫色率達70%以上。電解法對於處理小水量的印染廢水，具有設備簡單、管理方便和效果較好的特點。固定床電解法在工程上也有應用，取得了較好的效果。其缺點是耗電較大、電極消耗較多，不適宜在水量較大時採用。電解法一般作為深度處理，設置在生物處理之後。其COD去除率為20%～50%，色度可以降到50倍以下。
當原廢水濃度低，僅用電解法已能達到排放標准時，可考慮只設置電解法處理設施。僅用電解法處理時，COD去除率為40%～75%。
4．活性炭吸附法
活性炭吸附技術在國內用於醫葯、化工和食品等工業的精製和脫色已有多年歷史。70年代開始用於工業廢水處理。生產實踐表明，活性炭對水中微量有機污染物具有卓越的吸附性，它對紡織印染、染料化工、食品加工和有機化工等工業廢水都有良好的吸附效果。一般情況下，對廢水中以BOD、COD等綜合指標表示的有機物，如合成染料、表面性劑、酚類、苯類、有機氯、農葯和石油化工產品等，都有獨特的去除能力。所以，活性炭吸附法已逐步成為工業廢水二級或三級處理的主要方法之一。
吸附是一種物質附著在另一種物質表面上的過程。吸附是一種界面現象，其與表面張力、表面能的變化有關。引起吸附的推動能力有兩種，一種是溶劑水對疏水物質的排斥力，另一種是固體對溶質的親和吸引力。廢水處理中的吸附，多數是這兩種力綜合作用的結果。活性炭的比表面積和孔隙結構直接影響其吸附能力，在選擇活性炭時，應根據廢水的水質通過試驗確定。對印染廢水宜選擇過渡孔發達的炭種。此外，灰分也有影響，灰分愈小，吸附性能愈好；吸附質分子的大小與炭孔隙直徑愈接近，愈容易被吸附；吸附質濃度對活性炭吸附量也有影響。在一定濃度范圍內，吸附量是隨吸附質濃度的增大而增加的。另外，水溫和pH值也有影響。吸附量隨水溫的升高而減少，隨pH值的降低而增大。故低水溫、低pH值有利於活性炭的吸附。
③ 活性污泥的性能指標有哪些
活性污泥的性能指標包括：混合液懸浮固體（MLSS），污泥沉降比（SV），污泥指數[污泥體積指數（SVI），污泥密度指數（SDI）。
1、混合液懸浮固體濃度（mixed liquor suspended solids，MLSS），又稱為混合液污泥濃度，表示在曝氣池單位容積混合液內所含的活性污泥固體的總重量，即 MLSS=Ma+Me+Mi+Mii
Ma--具有代謝功能活性的微生物群體；
Me--微生物（主要是細菌）內源代謝、自身氧化的殘留物；
Mi --由原污水挾入的難為細菌降解的惰性有機物質；
Mii--由污水挾入的無機物質。
表示單位為mg/L混合液，或g/L混合液，g/m3混合液，kg/m3混合液。
混合液揮發性懸浮固體濃度（mixed liquor volatile suspended solids，MLVSS），表示混合液活性污泥中有機性固體物質部分的濃度，即
MLVSS=Ma+Me+Mi
MLVSS與MLSS的比值以f表示，即
f=MLVSS/MLSS
在一般情況下，f值比較固定，對生活污水，f值為0.75左右。以生活污水為主體的城市污水也同此值。
以上兩項指標都不能精確地表示活性污泥微生物量，而表示的是活性污泥的相對值。但因為其測定簡便易行，廣泛應用於活性污泥處理系統的設計、運行。
2、污泥沉降比（settling velocity，SV），又稱30min沉降率。混合液在量筒內靜置30min後所形成沉澱污泥的容積占原混合液容積的百分率，以%表示。
3、污泥容積指數（sludge volume index，SVI），簡稱污泥指數，其物理意義是在曝氣池出口處的混合液，在經過30min靜沉後，每g干污泥所形成的沉澱污泥所佔的容積，以mL計。
污泥容積指數的計算式為：
SVI= 混合液（1L）30min靜沉形成的活性污泥容積（mL）/混合液（1L）中懸浮固體乾重（g）
=(SV（mL/L）)/(MLSS（g/L）)
SVI的表示單位為mL/g，習慣上只稱數字，而把單位略去。
4、污泥密度指數（SDI），指100ml混合液靜止30min後所含活性污泥的g數。單位為g/ml。
一般地， SVI<100 污泥沉降性能較好
100<SVI<200 污泥沉降性能一般
200<SVI 污泥沉降性能差
城市生活污水水質較穩定，其SVI控制在50~150左右。而工業污水水質相差較大，如某些工業污水中COD主要為溶解性有機物，極易合成污泥，且污泥灰份少，微生物數量多，所以雖然其SVI偏高，但卻不是真正的污泥膨脹。反之，如果污水中含無機懸浮物多，污泥的密度大，SVI低，但其活性和吸附能力不一定差。