学科导论论文之水体污染控制.docx

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学科导论论文之水体污染控制

课题名称:

水体污染控制

课题背景:

我国水污染形式与状况

我国的水资源总量为2．8亿立方米，居世界第六位，但人均占有量只有世界平均占有量的1／4左右，居世界第121位。

全国有一半以上的城市缺水，北京是世界十大缺水城之一。

而我国水资源匮乏不单是由于先天性的缺水造成的，更主要的是由于日益严重的人为的水污染所导致的。

1．地下水

我国的饮用水源污染严重，符合饮用水标准者约占30％，在以地下水为饮用水源城市中77．8％受到不同程度的污染。

全国各主要城市地下水超采，且严重超采现象十分普遍。

比较突出的有太原、西安、北京、南京、石家庄、苏州、大同、唐山、保定、青岛、淄博、烟台等。

而大连、青岛、烟台、北海等城市的海水入侵现象日益突出。

2．河水

对我国532条河流的污染状况进行的调查表明，已有436条河流受到不同程度的污染，占调查总数的82％。

到1994年为止，全国各大江河均受到不同程度的污染。

并呈发展趋势，工业发达城市（镇）附近水域的污染尤为突出。

3．湖泊。

水库水我国湖泊达到富营养水平的已达63．6％。

处于富营养状态的湖泊水库面积占湖泊水库总面积的99．5％。

环境监测表明：

大淡水湖泊富营养程度进一步加重。

主要污染物是总磷和总氮。

4．海水

近年来，沿岸海域各海区无机氨和无机磷普遍超标，污染程度有所增加，局部海域营养盐含量已超过国家3类水水质标准，油类污染有减轻，但珠江口、大连湾、胶州等海域污染仍较严重。

我国近海海域内发生赤潮的频次和面积都有所增加。

水产养殖业受到严重影响，局部水域内发生水生生物死亡．

所以。

我国的水污染形势是十分严峻的。

“水是生命之源，没有水就没有生命。

”水资源是基础自然资源，是生态环境的控制因素之一，同时又是战略性经济资源。

当前水资源短缺已经成为我国经济持续发展的限制因素特别是人为的水环境污染，严重威胁着人类自身的健康，因此，世界各国都越来越重视污水的处理和回用技术的发展水资源的短缺，水污染的加重是我国当前水问题的两大主要方面。

实现水资源的可持续利用，遏制水污染加剧的趋势，乃至恢复良好的水环境，是我们急需解决的问题。

课题简介:

水污染控制学科简介:

定义：

在保证实现水质目标的前提下，对污染物的最大允许排放量作出合理的安排，提出较为细致的、在经济技术上可行的水污染管理方案。

水污染控制是控制向水体排放污染物的方法，水污染主要有点污染源和面污染源，点污染源有具体的污染源，如工厂的排污管道口，比较容易治理，只要控制污染物排放政策有足够的执法能力，每种工业都有具体的污染物，都可以通过开发污染物排放控制技术控制住，造成工业污染的主要原因是企业不愿意自行提高成本，治理污染，必须由政府和舆论强制其执行。

污染来源:

农业废水包括农作物栽培、牲畜饲养、食品加工等过程排出的废水和液态废物。

在农业生产方面，农药、化肥的广泛施用也对水环境、土壤环境等造成了严重的污染。

工业废水的水量及水质污染量很大，它是最重要的污染源，具有以下几个特点。

（1）排放量大，污染范围广，排放方式复杂

（2）污染物种类繁多，浓度波动幅度大

（3）污染物质毒性强，危害大

（4）污染物排放后迁移变化规律差异大工业废水中所含各种污染物的性质差别很大，有些还有较强毒性，较大的蓄积性及较高的稳定性。

生活废水是人们日常生活中产生的各种废水的总称。

主要包括粪便水、洗浴水、洗涤水和冲洗水等。

其除家庭生活废水外，还有各种集体单位和公用事业等排出的废水。

处理方法:

面污染源是农田过度使用农药和化肥造成的，随着雨水或灌溉水流入水体，即浪费了农药和化肥，又污染了水体，但没有一个具体的污染物流出的点。

中国农业部已经公布了各种农药的最大使用量标准，但因为标准不是强制执行的，必须要通过教育使所有农民了解和掌握。

由于对工业污染的治理力度加大，城市尤其是中小城市迅速发展，城市生活污水成为主要的污染源，必须以城市污水处理厂的方式解决，生活污水的主要污染物是COD（ChemicalOxygenDemand化学需氧量），是用化学方法监测有机污染物的代称，主要是含氮、磷的有机物，可以被微生物分解吸收，但微生物分解吸收并繁殖增长过程需要大量消耗水中溶解的氧，因此会造成水中生物因缺氧窒息死亡。

COD排放到海洋中，造成一种红色藻类过度繁殖，消耗氧，同时藻类死亡会产生毒素，使鱼类因缺氧和中毒大量死亡，海水因藻类过多呈现黄红色，叫做“赤潮”，在淡水中，促使繁殖的藻类有各种颜色，使水呈现绿色、乳白色或粉色，因此叫做“水华”，都是由于COD含量过高造成的。

也可能是由于营养物质过剩造成的，通称称为富营养化

城市污水处理厂也是利用微生物分解吸收COD，向水中充氧，叫做“曝气”，让微生物快速生长繁殖，形成“活性污泥”，实际是某些藻类、细菌、真菌的混合物，可以分解吸收水中的有机物，使水净化。

污水处理厂有多种不同的技术，有用曝气头曝气的传统技术，有用转刷曝气的氧化沟技术，有先用厌氧菌分解大分子，再曝气的AB法技术等。

但城市污水处理厂不能允许含有毒物质的某些工业废水进入，以防止活性污泥中毒而不能起净化作用，工业废水需要根据其含有的不同污染物质具体设计净化方案，或采用特殊培育的菌种。

运用法律、经济、行政、技术等手段和措施，为保护水体质量，对污染水体的污染物排放量进行监督和管理的行为。

只有实施严格的水污染控制，才能使水资源得到有效的保护，使之可持续利用。

另外，水污染控制还可以促进生产工艺的改革。

水污染控制技术发展现状:

地下水污染的控制修复技术

鉴于地下水有机污染的严重性，国外学者广泛开展地下水有机污染控制及就地恢复技术的研究。

所谓“污染控制”是指采用各种防护策略和工程措施控制污染源，使其进入地下水系统的污染物减少到最低限度；或者是把已污染的地下水控制在一定范围内防止其扩散到未污染区（杨强，李金轩等，2007）。

自开展地下水污染治理至今，地下水修复技术在大量的实践应用中得以不断改进和创新。

目前，较典型的地下水污染修复技术主要有以下2种（张文静等，2006）：

抽出-处理技术（异位处理技术）和原位处理技术。

3.1抽出处理技术

抽出处理（Pump-Treat）技术,简称P&T技术，P&T技术是最早出现的地下水污染修复技术，也是地下水异位修复的代表性技术。

自20世纪80年代开展地下水污染修复至今，地下水污染治理仍以P&T技术为主。

传统的P&T技术是把污染的地下水抽出来，然后在地面上进行处理。

近年来，随着污染治理研究的不断深入，该技术已有了更广泛的含义，只要在地下水污染治理过程中对地下水实施了抽取或注入的，都归类为P&T技术（张文静等，2006）。

P&T技术概念模型见图1。

图1　P&T技术概念模型

P&T技术的修复过程一般可分为两大部分：

地下水动力控制过程和地上污染物处理过程。

该技术根据地下水污染范围，在污染场地布设一定数量的抽水井，通过水泵和水井将污染了的地下水抽取上来，然后利用地面净化设备进行地下水污染治理。

在抽取过程中，水井水位下降，在水井周围形成地下水降落漏斗，使周围地下水不断流向水井，减少了污染扩散。

最后根据污染场地的实际情况，对处理过的地下水进行排放，可以排入地表径流、回灌到地下或用于当地供水等（魏艳民，2009）。

P&T技术适用范围广，对于污染范围大、污染晕埋藏深的污染场地也适用。

但其自身也存在一些局限性：

①当非水相溶液出现时，由于毛细张力而滞留的非水相溶液几乎不太可能通过泵抽的办法清除；②该技术开挖处理工程费用昂贵，而且涉及地下水的抽提或回灌，对修复区干扰大；③如果不封闭污染源，当停止抽水时，拖尾和反弹现象严重；④需要持续的能量供给，以确保地下水的抽出和水处理系统的运行，同时还要求对系统进行定期的维护与监测。

3.2原位修复技术

原位处理法是地下水污染治理技术研究的热点，不但处理费用相对节省，而且还可减少地表处理设施，最大程度地减少污染物的暴露，减少对环境的扰动，是一种很有前景的地下水污染治理技术（魏艳民，2009）。

较典型的原位修复技术有：

渗透性反应墙（PermeableReactiveBarrier）修复技术（简称PRB技术）、土壤气相抽提（SoilVaporExtraction）技术（简称SVE技术）、空气注入（AirSparging）修复技术（简称AS技术）、植物修复（Phytoremediation）技术以及原位稳定-固化技术。

3.2.1渗透性反应墙修复技术

PRB技术的修复原理是：

沿地下水流方向，在污染场地下游安置连续或非连续的渗透性反应墙，使含有污染物质的地下水流经渗透墙的反应区，通过地下水与反应墙中添加剂的化学反应达到去除污染物质的目的，并利用PRB物理屏障阻止污染晕向下游进一步扩散（张文静等，2006）。

其概念模型见图2。

图2　PRB技术概念模型

PRB技术一般根据不同污染场地特点，在反应墙中添加相应的化学试剂。

通常情况下，Fe是最为广泛应用的反应剂，其对常见的有机污染物及无机污染物去除效果较好。

PRB技术的工程设施较简单，安装操作可一次完成，大大降低了修复后期的运转及维护费用。

并且，可根据污染物场地特点及治理目标选择相应的修复设计方案，优化修复过程，提高修复效率（薛敏等，2009）。

但是，该技术也存在一些局限性。

与P&T技术相比较，工程设施投资较大。

抽出-处理工程所采用的钻井等设备在污染治理完毕以后还可以用于其他方面，如地下供水、人工回灌等，而渗透性反应墙设施则不具备这一条件。

另外，渗透性反应墙修复工程一经投入，其设施就已固定在地下，很难再对治理方案做出修改或改动（熊雪萍等，2010）。

3.2.2土壤气相抽提技术

SVE是对土壤挥发性有机污染进行原地恢复、处理的一种新方法，它用来处理包气带中岩石介质的污染问题。

使包气带土（或土-水）中的污染质进入气相，进而排出。

SVE系统要求在包气带中设立抽气井（井群），使用真空泵在地表抽取包气带中的空气，抽出的气体要经过除水汽和碳吸附后排入大气（赵勇胜，2007）。

其概念模型见图3。

图3SVE技术概念模型

根据Michael等的研究工作（赵勇胜等，1994），随着包气带岩性的变化，SVE抽气井的有效半径为6～45m；当平均渗透系数为10-4cm/s时,SVE系统的深度可达7m。

当然，SVE系统还可以增加一些措施进行改进，如：

在地表进行覆盖以避免抽气井附近地表空气直接进入形成“短路”，在这种情况下，抽气井有效半径可以达到90m，可以在污染了的土壤附近设置空气补给井，以加强空气在包气带中的运动，或在补给井中加压注气，等等。

3.2.3空气注入修复技术

AS技术是在SVE技术的基础上发展起来的，20世纪80年代中期最早应用在德国随后迅速发展至美国以及欧洲的其他国家。

近年来，AS技术已成为地下水原位处理技术的首选（张文静等2006）。

其概念模型见图4。

图4　AS修复技术概念模型

该技术通常用来治理地下饱和带（饱水带及毛细饱和带）的有机污染，一般与SVE技术联合使用，其修复原理为：

通过向地下注入空气，在污染晕下方形成气流屏障，防止污染晕进一步向下扩散和迁移，在气压梯度作用下，收集地下可挥发性污染物，并以供氧作为主要手段，促进地下污染物的生物降解（范伟等，2010）。

修复过程中发生的质量迁移转化机制较复杂，在不同的修复阶段，控制修复速率和效率的机理也不同。

另外，随着场所地质条件的变化，各种机理对AS技术修复作用的贡献也不同。

AS技术具有如下特点：

①设备简单，安装方便，易操作；②修复效率高，治理时间短，一般情况下修复期为1～4a；③更适于消除地下水中难移动处理的污染物；④现场原位修复，对修复点干扰小。

该技术的局限性主要有以下几点：

①对于非挥发性的污染物不适用；②受地质条件限制，不适合在低渗透率或高黏土含量的地区使用；③不能应用于承压含水层及土壤分层情况下的污染物治理。

3.2.4植物处理技术

　植物处理方法（Phytoremedia-tion）使用植物来净化污染了的土壤和地下水。

其优点是利用植物天然能力去吸收、聚积和降解土壤和水环境中的污染物。

研究结果表明，植物处理方法可应用于多种污染物的处理，包括多数金属和放射性物质，各种有机化合物（如氯化溶剂、BTEX、PCBs、PAHs、农药、杀虫剂炸药、营养物质和表面活性剂）。

根据资料，该方法适用于大面积低到中等表面土层（0～0.9m）污染的治理，以及大量的水体低浓度污染问题，而且处理目标要求也不十分严格的情形。

对地下水原位处理的深度限于3m，但可通过低地、湿地进行异位处理（薛敏等，2008）。

有5种植物处理方法：

植物根部吸收法、植物吸取法、植物转化法、植物激化或植物辅助下的微生物降解、植物稳定方法（赵勇胜，2007）。

3.2.5原位稳定-固化方法

在已污染的包气带或含水层中注入可使污染物不继续迁移的介质，使有机或无机污染物达到稳定状态。

污染物可以被介质凝固、粘合（固化），或者由于化学反应使其活动性降低（赵勇胜，2007）。

常用于重金属离子和放射性物质的稳定化和固化处理。

一般的步骤包括：

（1）中和过量的酸度；

（2）破坏金属络合物；（3）控制金属的氧化还原态；（4）转化为不溶性的稳定形态；（5）采用固化剂形成稳定的固体形态物质（熊玲等，2009）。

该方法要求对拟处理场地的水文地质条件非常了解,可应用于具有中等或较高渗透性能的地层。

发展趋势: