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水污染防治工程

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水污染防治工程是防治、減輕直至消除水環境的污染,改善和保持水環境質量,合理利用水資源所採取的工程技術措施。

1簡介

水污染防治工程是環境工程學的一個技術領域,同當地自然條件(地形、氣象、河流、土壤性質等)、社會條件(城市、地區發展、工農業生產、人口密度、交通情況、經濟生活、技術水平等)都有密切關係。因此,必須綜合考慮各種污水的產生、水量和水質的控制、污水輸送集中方式、污水處理方法及排放和回用要求、水體、土壤等自然凈化能力進行全面規劃,綜合防治。從60年代開始發展起來的水系污染綜合防治工程根據水系分佈情況,分段分區研究其環境容量、自凈規律,確定各區段的污染負荷,修建相應處理措施,控制污染源,包括修建區域性聯合污水處理廠、調節水體水量和污染負荷。也可調引附近水系的水或修建曝氣設施,以增加水體自凈能力,改善水質。同時還應進行水系污染底質防治公車功能和農田、礦山等地面徑流的污染防治工程,改進各種污水處理技術,提高處理效率,降低費用能耗,充分利用水資源,進行污水的循環回用等,沿著水污染綜合防治繼續不斷發展。目前,綜合環境保護管理部門要求,對水環境污染物進行濃度控制和總量控制的綜合規劃是水污染防治工程的重要內容。

2沿革

隨著近代工商業的發展,城市人口密集,污水、污物增多,由於長期任意排放,導致城市及其附近水環境日趨惡化。19世紀歐洲一些大城市,因飲用水源遭到污染,曾多次造成霍亂、痢疾等傳染病的流行。為了防止傳染病的流行,開始進行污水處理。最初採用格柵截留、自然沉澱等處理方法,去除漂浮、懸浮和可沉澱物質。這些方法後來稱為一級處理法(見污水一級處理)。隨後又發明了生物濾池和活性污泥法等生物處理方法,在一級處理后實施,以除去可生物降解的有機物質,稱為二級處理法(見污水二級處理)。
第二次世界大戰後的30多年來,工業迅猛發展,工業廢水的處理受到更大的重視,研究成功和實際應用了許多種有效的處理方法,如離子交換、汽提、溶劑萃取、蒸發濃縮、電解、膜分離、氧化還原、電泳、高梯度磁分離等,以及重金屬和放射性廢水處理后所形成濃縮產物的不溶性固化處理方法。根據各種工業廢水的成分、性質和水量的不同,採用不同的處理方法(或稱單元處理過程),分別去除不同的污染成分,使水達到排放或回用標準。
水環境還受到含有農藥、化肥、有機物等的農田徑流以及酸雨等的污染。因此水污染防治工程包括更為廣泛的內容。

3水體自凈規律的利用

首先是對水體污染進行系統的監測,為研究水體污染、自凈規律和環境容量提供數據。根據水體功能制定各種水質標準、廢水排放標準,以保護水環境質量,並確定污水的合理處理程度。

4城市污水處理

傳統的污水處理是根據受納水體對有機污染物BOD5(五日生化需氧量)的容許排放負荷確定污水的處理程度。目前污水二級處理廠,僅能去除可生物降解的有機物和部分地去除氮、磷等營養性物質,而不能去除難以生物降解的有機物,處理后的污水排入水體仍會造成污染。因此,最近有少數污水處理廠加設了除氮、除磷等處理設備。少數缺水城市還採用了三級處理系統(見污水三級處理),即將經過二級處理的水進行脫氮、脫磷處理,用活性炭吸附法或反滲透法等去除水中的剩餘污染物,並用臭氧或氯消毒殺滅細菌和病毒,然後將處理水送入中水道,作為沖洗廁所、噴洒街道、澆灌綠化帶、工業用水、防火等水源。
由生物氧化塘、貯存湖和污水灌溉田等組成的土地處理系統作為污水處理系統是經濟、有效的方法,在有條件的地區已得到實際應用。

5工業廢水處理

工業廢水的成分和性質相當複雜,處理難度大,費用大,必須採用綜合防治措施。最根本的措施是用無毒原料取代有毒原料,以杜絕有毒廢水的產生。在使用有毒原料的生產過程中,採用合理的工藝流程和設備,消除逸漏,以減少有毒原料的耗用量和流失量。重金屬廢水、放射性廢水、無機毒物廢水和難以生物降解的有機毒物廢水,應儘可能與其他廢水分流,就地單獨處理,並要盡量採用閉路循環系統,或在廠內進行適當的預處理,達到排放標準后再排入下水道。相對清潔的廢水如冷卻水,最好在廠內經過簡單處理后循環使用,以節省水資源,減輕下水道和污水處理廠的負荷。性質近似於城市污水的工業廢水可排入下水道,由污水處理廠集中處理。一些能生物降解的有毒廢水如含酚、氰廢水,可按排放標準排入城市下水道,與城市污水混合處理。

6排水系統

為及時地排除城市生活污水、工業廢水和天然降水,並分別把不同的污水集中輸送到污水處理廠或排入水體,或灌溉土地,或處理后重複使用,須按照最經濟合理的方案建設排水系統。制定排水系統的規劃,必須結合本地區的自然條件和社會條件(包括城市規劃)考慮地區內污水收集和處理方式:在全地區是分片還是集中設污水處理廠;採用各種污水的分流制(生活污水、工業廢水、雨水分別建管網系統)還是合流制(各種污水合建管網系統),或兩種適當結合的混合制;排放水口設在何處,還要注意近期建設和遠景規劃的結合,以及對管徑、坡降、管網附屬構築物、施工工程量、運行維護費用等等作出技術經濟比較。也要考慮利用舊有設施,擴建或改建城市原有管道系統。

7水系污染綜合防治工程

水系污染綜合防治工程是從60年代開始發展起來的。這種防治工程根據城市和工礦區內及周圍水系分佈情況,分段(河川)或分區(湖、海)調查研究它們各自的自凈能力和自凈規律,確定各區段的污染負荷,修建相應的處理設施,包括修建大規模的區域性聯合污水處理廠,以及在一些自凈能力小或污染超負荷的區段修建調節水庫或污水庫,以增加枯水期的水流量或減輕枯水期的排污負荷。也可修建曝氣設施,增加水體的進氧量和自凈能力,或者引附近水系的水進行稀釋,以提高自凈能力和改善水質。水系流域內的工業要壓縮用水量,實行循環用水,減少排污量。
水系被污染后,有許多種污染物如重金屬、多氯聯苯、有機氯農藥、重質焦油等沉積於水體底泥中。它們有可能重新返回水中,如汞可經甲基化再往水中釋放劇毒的甲基汞。因此水系污染底質防治工程是水系污染防治工程的重要組成部分。它包括:①對污染底質進行調查研究,以確定其污染範圍和濃度、形態和分佈;②調查研究水生物特別是底棲水生物如貝類、底層魚類對底質污染物的吸收、蓄積狀況和規律,並結合水文、地質等多種因素和水域功能要求確定底質中污染物的最大容許濃度;③對污染物濃度超過容許標準的底質進行處理,可使用挖掘法、粘土覆蓋法、吸附法等。
在水系污染防治工程中還要考慮農田、礦山等地面徑流的污染問題。

8飲用水的除污染

在水源被城市污水、工業廢水、農業廢水以及大氣沉降、降水徑流等挾帶的多種污染物污染的情況下,採用傳統的處理工藝已不能滿足飲用水的水質要求,需要採用更加有效的處理方法。美國已有50多座水廠用粒狀活性炭濾池取代砂濾池,或者在砂濾池之後附加活性炭濾池,通過活性炭的吸附去除多種污染物,尤其是有機污染物。西歐有越來越多的水廠採用臭氧氧化與活性炭吸附相結合的除污染工藝。此外,還在試驗研究用反滲透和超過濾法等去除給水中的污染物。

9發展趨勢

70年代以來,普遍重視水污染綜合防治,今後還會沿這個方向繼續發展。同時,改進水處理技術,提高處理效率、降低費用和能耗仍是重要的研究內容。為了充分利用水資源和節約能源,一些新的分離技術、循環用水技術、土地處理系統和污水省能生物處理技術,是今後水污染防治技術的重要發展趨向。
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