环境学导论：水体污染控制及相关措施

1. 控制水体污染的基本途径

（1）控制污染物排放量及减少污染源排放的工业废水量

控制污染物排放量是控制水体污染最关键的向题。根据国内外的经验，主要有三个方面的措施：

① 改革生产工艺，尽量不用水或少用易产生污染的原料及生产工艺。如采用无氰电镀工艺代替有氰电镀工艺，可使废水中不含氰化物；采用无水印染工艺代替有水印染工艺，可消除印染废水的排放。

② 重复用水及循环用水，使废水排放量减至最少。重复用水，根据不同生产工艺对水质的不同要求，将甲工段排出的废水送往乙工段，将乙工段的废水排入丙工段，实现一水多用。如图10—5示出碱法造纸废水返回利用的流程。

图10—6 碱法造纸流程简图

③ 回收有用物质，尽量使流失在废水中的原料或成品与水分离，既可减少生产成本或增加经济收益，又可降低废水中污染物质的浓度，或减轻污水处理的负担。

（2）合理利用水体的自净能力

兴建污水处理厂，需要大量投资，在考虑控制水体污染的时候，必须同时考虑水体的自净能力，争取以较少的投资获得较好的水环境质量。

以河流为例，河流的自净作用是指排入河流的污染物质浓度，在河水向下游流动中自然降低的现象。这种现象从净化机制来看，可以分成三类：

① 物理净化——是指污染物质由于稀释、扩散、沉淀等作用使污染物质浓度降低。其中稀释作用是一项重要的物理净化过程。在扩散过程中还有些有毒气体（如H2S）向大气中释放。

② 化学净化——是指污染物质由于氧化分解、凝聚等过程而使河水污染物质浓度降低。其中也包括悬浮物沉淀、污染物质被河底淤泥吸附等。

③ 生物净化——由于微生物对有机物的氧化分解作用，使污染物质浓度降低。其中也包括了水生生物、底栖微生物的作用。

由此看来，河流自净作用内容十分广泛，上面这些作用常是交织在一起发生的。

七十年代以来，发展了环境系统工程中一个新的学科分支——河流水质规划。所谓河流水质规划就是应用数学规划方法（系统分析方法）在一定的水质要求下，合理组织排放既不超过也不浪费河流的天然净化功能，以较小的代价获取良好的水质效果。在第一松花江，进行了“水质规划与管理”的研究，并将研究结论用在黑龙江省松花江水系水污染物排放标准中。

此外，为了进行水体污染控制还必须加强对水体及污染源的监测，发展城市及工厂的污水处理厂，加强和制定防止水污染的法律，这些内容已在第九章详细叙述了。

2. 水污染控制技术概述

（1）污水处理技术

污水处理的目的，就是用各种方法将污水中所含的污染物质分离出来，或将其转化为无害的物质，从而使污水得到净化。

针对不同污染物质的特性，发展了各种不同的污水处理方法，特别是对工业废水的处理。这些处理方法可按其作用原理划分为四大类：

① 物理法——主要是利用物理作用分离废水中呈悬浮状态的污染物质，在处理过程中不改变污染物的化学性质。

② 化学法——利用化学反应的作用，去除污染物质或改变污染物的性质。

③ 生物法——也称生物化学法，简称生化法。生化处理法是处理污水中应用最久、最广和比较有效的一种方法，它是利用自然界存在的各种微生物，将污水中有机物分解和向无机物转化，达到净化的目的。

处理方法的详细分类及其作用见表10—2

（2）污水三级处理及城市污水处理厂(www.xing528.com)

污水的处理装置一般分为三级。按所要求的净化程度决定采用一级、二级或三级处理流程。

一级处理即机械处理，主要是用物理法或化学法将污水中可沉降固体除去，然后加氯消毒即排入水体。一级处理只是去除污水中的漂浮物和部分悬浮状态的污染物质，调节污水PH值，减轻废水的腐化程度和减少后续处理工艺负荷。用这种处理流程建立的污水处理厂称为一级处理厂或低级污水处理厂。

表10—2 污水处理技术分类及其作用

接表10—2

接表10—2

污水二级处理：污水经过一级处理后，再用生物化学方法除去污水中大量有机污染物，使污水进一步净化的工艺过程。长时期以来，把生物化学处理作为污水二级处理的主体工艺，故常将二级处理作为生化处理的同义语使用。

图10—7是利用活性污泥法的二级处理厂流程简图。污水进厂后，首先通过格栅，以除去较大悬浮固体，防止损坏水泵或阻塞管道；有时也可用破碎机将这些杂物弄细，然后送入沉砂池中停留约1分钟，使粗砂、硬渣等沉淀出来，可供作填方材料加以处置。一次沉淀池的作用是使污水流速减小，使绝大多数悬浮固体借重力沉积于池底，然后用连续刮泥机收集并排除出去。污水在一次沉淀池的时间约90—150分钟，可除去50—60％悬浮固体和25—40％BOD6。池上部浮集的油垢脂泥也利用刮板机同时清除出去，如果是一级处理厂，污水经上述处理后即可送去氯化消毒，最后排出。

曝气池是二级处理的主要设备；污水在这里利用活性污泥在充分搅拌和不断鼓入空气的条件下使部分可降解的有机废物被细菌氧化分解为硝酸盐、硫酸盐和二氧化碳等。曝气的时间约需6小时，可除去绝大部分的BOD，氮可除去25—55％，磷可除去10—30％。曝气池也可以改用淋滤器或生物滤池。淋滤器用涂盖一层生物膜的碎石作滤料，滤层高度在3—8英尺之间并需定期将生物泥冲洗；生物滤池是借附着在滤料表面的生物膜来分解污水中的有机废物。

一次沉淀池收集的泥渣称为原污泥和第二次沉淀排出部分活性污泥，经浓缩机浓缩后在消化池中进行厌气分解，慢慢地使废物变成甲烷和二氧化碳。余留的固体残渣已十分稳定化，经过干燥即可作为肥料或供填方用，蒸煮器排出的尾气含甲烷约65—70％，可用作燃料。

图10—7 活性污泥法污水处理工艺流程简图

近年来，有些国家正在研究和采用化学或物理化学法作为二级处理的主体工艺。

污水三级处理：又称污水高级处理或深度处理。污水经过二级处理后，仍含有磷、氮、病原微生物、矿物质和难以生物降解的有机物等，需要进行三级处理，以便进一步去除上述污染物或回收利用有用物质，并能使污水经三级处理后再利用。三级处理主要是采用物理化学方法或大地处理系统予以实现。

用三级处理工艺流程建立起来的城市污水处理厂称为城市三级处理厂或深度处理厂。

表10—3列出各种污水处理流程净化率和优缺点。

表10—3 各种污水处理流程的净化率和优缺点

工业发达国家把普及和完善城市下水道、大量和普遍地兴建污水处理厂，特别是二级处理厂作为防治水污染和水系保护的重要技术措施。在下水道方面，目前以瑞典的普及率为最高，达99％；美、英、德等国家为70—90％。在新发展的城市中，一般都设置分流制下水道（将雨水，污水分开）。同时还兴建流域下水道，将局部地区二个以上的城镇下水道连结在一起，以便降低污水处理费用，提高处理效率，便于运转管理，保护所在流域水系。如日本在28个都道府县的49个地区进行了流域下水道建设。英国伯明翰市地区、西德鲁尔区也采用了这种流域下水道系统。

在城市污水处理厂建设方面，工业发达国家朝着普及化、大型化、合并化、深度化方向发展。

① 普及化 见表10—4

表10—4 若干国家城市污水处理厂数量比较表

为了普及污水处理，一些发达国家花费了大量投资以兴建污水处理厂。如美国，从1970年至1980年，为兴建城市污水处理厂共投资547亿美元；预计1981～2000年再投资2479亿美元，平均每年投资120亿美元。美国从1968年至1976年间，增加污水处理厂10000座；现有城市污水处理厂20000余座，其中一级处理厂约占15％，二级处理厂占80％，三级处理约占5％。

② 大型化 近年来一些发达国家在排水系统的设计规划方面，倾向于集中处理，城市污水处理厂的规模向着大型化发展，以提高处理效率，减少基建与运行费用，便于管理。据1983年不完全统计，各国已建成和正在建设中的规模为50～380万吨/日的污水处理厂41座，其中日处理能力超过100万吨的有18座。如纽约市有2座日处理量100万吨以上的污水处理厂，其处理能力占全市总处理能力的31％。目前国外最大的二级污水处理厂是美国芝加哥市西-西南区污水厂，日处理能力达500万吨。处理能力越大，运行费用越少。

③ 合并化 生活污水与工业废水合并处理可以提供微生物生长所必须的氮、磷等营养物质。十多年来，国外城市污水处理厂有选择地将工业废水与生活污水处理合并化。它具有投资少、占地少、人员少和效果好等优点。目前已与生活污水合并处理的有食品、皮革、造纸、非金属加工等行业的工业废水。在美国的城市污水处理厂中，生活污水占55％，工业废水占45％。工业废水总污染负荷量的三分之一由城市污水厂处理。西德巴斯夫（BASF）大型化工联合企业建有日处理量120万吨的污水厂，不仅把本企业内300个生产单位、5000种化工产品的全部废水加以处理，还处理附近两座城市的全部生活污水。

④ 深度化 为了最大限度地减轻污水对水体的污染，解决水体富营养化的问题以及将处理后的污水注入地下或开辟为第二水源，一些发达国家正向污水处理深度化方向发展。美国自1950年研究深度处理以来，已建成三级污水处理厂810座。现在华盛顿的布鲁普莱茵二级污水处理厂正在扩建为深度处理厂，平均日处理量为120万吨；瑞典三级处理占污水总量的38％。