水污染控制工程1-5(16)

1、水污染控制工程水污染控制工程主講：主講：2012-20132012-2013學年夏季學期學年夏季學期課課 程程 要要 求求l 本門課程的成績由平時成績和期末考試成績兩部本門課程的成績由平時成績和期末考試成績兩部分組成，其中分組成，其中平時成績占平時成績占30%，期末考試成績占，期末考試成績占70%。l 平時成績由課后作業(yè)，課題講座研討和考勤組成。平時成績由課后作業(yè)，課題講座研討和考勤組成。凡無故曠課達凡無故曠課達3 3次及以上者，考試不及格。次及以上者，考試不及格。l 期末考試形式為閉卷。期末考試形式為閉卷。課程介紹課程介紹 水污染控制工程水污染控制工程是環(huán)境工程專業(yè)的專業(yè)主干課是環(huán)境工程專業(yè)

2、的專業(yè)主干課程，并相應另設有一門課程設計、一門水污染控制工程，并相應另設有一門課程設計、一門水污染控制工程實驗課、環(huán)境工程專業(yè)的畢業(yè)設計以及認識實習等。程實驗課、環(huán)境工程專業(yè)的畢業(yè)設計以及認識實習等。主要講述水體的污染和自凈，水的物理處理、化學處主要講述水體的污染和自凈，水的物理處理、化學處理、生物處理、物理化學處理、污泥處理、污水處理理、生物處理、物理化學處理、污泥處理、污水處理廠的規(guī)劃設計等。共廠的規(guī)劃設計等。共6464學時（講座約學時（講座約6-86-8學時）。學時）。 通過學習，學生可以掌握水污染控制的基本原理、通過學習，學生可以掌握水污染控制的基本原理、方法、各種污染物處理的主要儀器

3、、設備以及污水污方法、各種污染物處理的主要儀器、設備以及污水污泥處理的簡單工藝，可以設計污水處理的整套方案。泥處理的簡單工藝，可以設計污水處理的整套方案。 2012年發(fā)布的年發(fā)布的中國環(huán)境狀況公報中國環(huán)境狀況公報顯示，全顯示，全國地表水水質總體輕度污染，湖泊國地表水水質總體輕度污染，湖泊(水庫水庫)富營養(yǎng)化富營養(yǎng)化問題突出。長江、黃問題突出。長江、黃 河、珠江、松花江、淮河、海河、珠江、松花江、淮河、海河、遼河、浙閩片河流、西南諸河和內陸諸河等十河、遼河、浙閩片河流、西南諸河和內陸諸河等十大水系大水系469個國控斷面中個國控斷面中類水質的斷面比例為類水質的斷面比例為61.0%。黃河、松花江、。

4、黃河、松花江、 淮河、遼河總體為輕度污淮河、遼河總體為輕度污染，海河總體為中度污染。在監(jiān)測的染，海河總體為中度污染。在監(jiān)測的26個湖泊個湖泊(水庫水庫)中中 ，富營養(yǎng)化狀態(tài)的湖泊，富營養(yǎng)化狀態(tài)的湖泊(水庫水庫)占占53.8%。第九章 污水水質與污水出路第一節(jié)第一節(jié) 污污 水水 水水 質質污水類型工業(yè)廢水城鎮(zhèn)污水初期雨水生活污水我拿什么來表達你？污水水質分析指標物理性指標感官性指標，水的色度來源于金屬化合物或有機化合物感官性指標，水的異臭來源于還原性硫和氮的化合物、揮發(fā)性有機物和氯氣等污染物質揮發(fā)性物質溶解物質固定性物質懸浮固體物質加速耗氧反應，最終導致水體缺氧或水質惡化造成水中溶解氧減少工業(yè)廢

5、水常引起水體熱污染色度固體物質嗅和味溫度化 學 性 指 標有機物生化需氧量（BOD）反映了在有氧的條件下，水中可生物降解的有機物的量（以mg/L為單位）。有機污染物被好氧微生物氧化分解的過程，一般可分為 兩個階段：第一個階段主要是有機物被轉化成二氧化碳、 水和氨；第二階段主要是氨被轉化為亞硝酸鹽和硝酸鹽。污水的生化需氧量通常只指第一階段有機物生物氧化所 需的氧量，全部生物氧化需要20100d完成。實際中，常以5d作為測定生化需氧量的標準時間，稱5 日生化需氧量（BOD5）；通常以20為測定的標準溫度。BOD: biological oxygen demand在規(guī)定條件下微生物氧化分解污水或受污

6、染的天然水樣中有機物所 需要的氧量（20，5d）。BOD與CBOD、NBOD時間/d需氧量/（mgL-1）BODL與BOD5時間/d70%化 學 性 指 標有機物化學需氧量（COD）常用的氧化劑主要是重鉻酸鉀K2Cr2O7 （稱 CODCr )和高錳酸鉀 KMnO4 (稱CODMn 或OC ) 。酸性條件下，硫酸銀作為催化劑，氧化性最強。廢水中無機的還原性物質同樣被氧化。如果廢水中有機物的組成相對穩(wěn)定，則化學需氧量和生化需氧量之 間應有一定的比例關系：生活污水通常在0.40.5。 COD: chemical oxygen demand用化學方法氧化分解廢水水樣中有機物過程中所消耗的氧化劑量折合

7、 成氧量（O2）（mg/L）?；?學 性 指 標有機物總有機碳（TOC）和總需氧量（TOD）TOC: total organism carbon在950高溫下，以鉑作為催化劑，使水樣氣化燃燒，然后測定氣體 中的CO2含量，從而確定水樣中碳元素總量。測定中應該去除無機碳的含量。各種水質之間TOC或TOD與BOD不存在固定的相關關系。在水質條 件基本不變的條件下，BOD與TOC或TOD 之間存在一定的相關關系。TOD: total oxygen demand在900950高溫下，將污水中能被氧化的物質（主要是有機物， 包括難分解的有機物及部分無機還原物質），燃燒氧化成穩(wěn)定的氧 化物后，測量載氣中氧

8、的減少量，稱為總需氧量（TOD）。TOD測定方便而快速。污水有機物指標之間的關系有機碳量需氧量TOCTODCODcrBODLBOD5CODMn化 學 性 指 標有機物油類污染物石油類：來源于工業(yè)含油污水。動植物油脂：產生于人的生活過程和食品工業(yè)。油類污染物進入水體后影響水生生物的生長、降低水體 的資源價值。油膜覆蓋水面阻礙水的蒸發(fā)，影響大氣和水體的熱交換。油類污染物進入海洋，改變海水的反射率和減少進入海洋表 層的日光輻射，對局部地區(qū)的水文氣象條件可能產生一定影 響。大面積油膜將阻礙大氣中的氧進入水體，從而降低水體 的自凈能力。石油污染對幼魚和魚卵的危害很大，堵塞魚的鰓部，能使魚蝦 類產生石油臭

9、味，降低水產品的食用價值。破壞風景區(qū)，危害鳥類生活?；?學 性 指 標有機物酚類污染物酚污染來源：煤氣、焦化、石油化工、木材加工、 合成樹脂等工業(yè)廢水。原生質毒物，可使蛋白質凝固，引起神經系統(tǒng)中毒。酚濃度低時，能影響魚類的洄游繁殖。酚濃度達0.10.2mg/L時，魚肉有酚味。酚濃度高會引起魚類大量死亡，甚至絕跡。酚的毒性可抑制水中微生物的自然生長速度，有時甚 至使其停止生長。酚能與飲用水消毒氯產生氯酚，具有強烈異臭（0.001 mg/L即有異味，排放標準0.5mg/L ）。灌溉用水酚濃度超過5mg/L時, 農作物減產甚至枯死。化 學 性 指 標無機性指標植物營養(yǎng)元素pH和堿度重金屬 過多的氮、

10、磷進入天然水體，易導致富營養(yǎng)化，使水生植物尤其是藻類大量繁殖，造成水中溶解氧急劇變化，影響魚類生存，并可能使某些湖泊由貧營養(yǎng)湖發(fā)展為沼澤和干地。重金屬主要指汞、鎘、鉛、鉻、鎳，以及類金屬砷等生物毒性顯著的元素，一般指序號2183，比重大于4的金屬，也包括具有一定毒害性的一般重金屬，如鋅、銅、鈷、錫等。 一般要求處理后污水的pH在69之間。當天然水體遭受酸堿污染時，pH發(fā)生變化，消滅或抑制水體中生物的生長，妨礙水體自凈，還可腐蝕船舶。 堿度指水中能與強酸定量作用的物質總量，按離子狀態(tài)可分為三類：氫氧化物堿度；碳酸鹽堿度；重碳酸鹽堿度。 作為微量金屬元素。 重金屬的主要危害：生物毒性，抑制微生物生

11、長，使蛋白質凝固;逐級富集至人體，影響人體健康。 關于氮的幾個指標： 有機氮：主要指蛋白質和尿素。 氨氮：有機氮化合物的分解，或直接來自含氮工業(yè)廢水。 TN：一切含氮化合物以N計量的總稱。 TKN： TN中的有機氮和氨氮，不包括亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮。 NOx-N：亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮。含氮化合物 氮是有機物中除碳以外的一種主要元素，也是微生物生長的重要元素。 污水中的氮有四種，即有機氮、氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮。 危害：消耗水體中溶解氧；促進藻類等浮游生物的繁殖，形成水華、赤潮；引起魚類死亡，導致水質迅速惡化。凱凱氏氏氮氮含磷化合物 磷也是有機物中的一種主要元素，是僅次于氮的微生物生長的重要

12、元素。 磷主要來自：人體排泄物以及合成洗滌劑、牲畜飼養(yǎng)場及含磷工業(yè)廢水。 危害：促進藻類等浮游生物的繁殖，破壞水體耗氧和復氧平衡；使水質迅速惡化，危害水產資源。含磷化合物有機磷有機磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等無機磷磷酸鹽:正磷酸鹽(PO43-)、磷酸氫鹽(HPO42-) 、 磷酸二氫鹽（H2PO4- ) 、偏磷酸鹽(PO3-)聚合磷酸鹽:焦磷酸鹽(P2O74) 、三磷酸鹽(P3O105-) 、 三磷酸氫鹽(HP3O92-) 生 物 性 指 標生活污水：腸道傳染病、肝炎病毒、SARS、 寄生蟲卵等制革屠宰等工業(yè)廢水：炭疽桿菌、鉤端螺旋體等醫(yī)院污水：各種病原體危害：傳播疾病，影響衛(wèi)生，導致水體缺氧來

13、源及危害 水中細菌總數反映了水體有機污染程度和受細菌污染的程度。 常以細菌個數/mL計。 飲用水：100個/ mL 醫(yī)院排水： 500個/ mL細菌總數 大腸菌群的值可表明水樣被糞便污染的程度，間接表明有腸道病菌存在的可能性。 常以大腸菌群數/L計。 飲用水：3個/L 城市排水：10000個/L 游泳池： 1000個/L大腸菌群融會貫通各水質指標間的關系水體的自凈作用 河流的自凈作用是指河水中的污染物質在河水向下游流動中濃度自然降低的現象。根據凈化機制分為三類物理凈化：稀釋、擴散、沉淀化學凈化：氧化、還原、分解生物凈化：水中微生物對有機物的氧化分解作用水體的自凈作用污水排入河流的混合過程 豎向

14、混合階段：污染物排入河流后因分子擴散、湍流擴散、彌散作用逐步向河水中分散，由于一般河流的深度與寬度相比較小，所以首先在深度方向上達到濃度分布均勻，從排放口到深度上達到濃度分布均勻的階段稱為豎向混合階段，同時也存在橫向混合作用。 橫向混合階段：當深度上達到濃度分布均勻后，在橫向上還存在混合過程。經過一定距離后污染物在整個橫斷面上達到濃度分布均勻，這一過程稱為橫向混合階段。斷面充分混合后階段：在橫向混合階段后，污染物濃度在橫斷面上處處相等。河水向下游流動的過程中，持久性污染物的濃度將不再變化，非持久性污染物濃度將不斷減少。持久污染物的稀釋擴散-零維水質模型 當持久性污染物隨污水穩(wěn)態(tài)排入河流后，經過

15、混合過程達到充分混合階段時，污染物濃度可由質量守恒原理得出河流完全混合模式：式中：c排放口下游河水的污染物濃度；cw，Qw污水的污染物濃度和流量； ch，Qh上游河水的污染物濃度和流量。hwhhwwQQQcQcc500mg/L730.68mg/L3.832.833.833102.831300hwhhwwQQQcQcc非持久性污染物的稀釋擴散和降解-一維水質模型 河斷面達到充分混合后，污染物濃度受到縱向分散作用和污染物的自身分解作用不斷減小。根據質量守恒原理，其變化過程可用下式描述：式中：u河水流速； x初始點至下游x斷面處的距離； Mx縱向分散系數； K污染物分解速度常數； c0初始點的污染物

16、濃度； cx斷面處的污染物濃度。2xx0uKM411M2uxccexpKcxcMxcu22xdddd)/exp(, 01001vxKccccxcKdxdcvx初始條件下，其解為：在)/( .)./.exp(.)/exp(Lmg4269130500086400204831vxkcc10)mg/L( .)./.(.exp.)(exp)(exp42731500030108640020411102304831xvDk411D2vcxm1D2vcc22100）（Lmg4831208530205085QQcQcQcphpphh0/ .氧垂曲線： 水體受到污染后，水體中溶解氧逐漸被消耗，水體受到污染后，水體

17、中溶解氧逐漸被消耗，到臨界點后又逐步回升的變化過程，稱氧垂曲線。到臨界點后又逐步回升的變化過程，稱氧垂曲線。L1LddcKtctK1cceL0L)e(L0tKx11cc氧垂曲線的求解：DDddcKtc2DLDddcKcKtc21)ee (eL0D0DtKtK211tK212KKcKcc)ee (e)(L0C0CSCSCtKtK211tK212KKcKcccc 某點處的氧不足量變化速率是該處耗氧速率和復氧速率之和： 求解得某點的虧氧量：某點的溶解氧： cc= ccs- cD氧垂曲線有機物降解S-P公式：K1河流耗氧系數河流耗氧系數K2河流復氧系數河流復氧系數cL0 、 cL 河流起始點和下游河流

18、起始點和下游X米處的米處的BOD值值cD0、 cD河流起始點和下游河流起始點和下游X米米處的氧虧值處的氧虧值cC0、 cC河流起始點和下游河流起始點和下游X米米處的溶解氧濃度處的溶解氧濃度cCS河水的飽和溶解氧濃度河水的飽和溶解氧濃度t河流流經時間河流流經時間水體污染與恢復污染物在河流中的擴散和分解受到河流的流量、流速、水深等因素的影響。河口是指河流進入海洋前的感潮河段。河口污染物的遷移轉化受潮汐影響，受漲潮、落潮、平潮時的水位、流向和流速的影響。湖泊水庫的貯水量大，但水流一般比較慢，污染物的稀釋、擴散能力較弱。海洋雖有巨大的自凈能力，但是海灣或海域局部的納污和自凈能力差別很大。污染物在地下水

19、中的遷移轉化受多種因素影響，地下水一旦污染，要恢復原狀非常困難。污染物在不同水體中的遷移轉化規(guī)律污水的污水的最終出路最終出路排放水體再生利用污水排放水體的限制污水綜合排放標準GB89781996城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準 GB 189182002 海洋水質量標準GB3097地表水環(huán)境質量標準GB 38382002 對人體健康不應產生不良影響對環(huán)境質量和生態(tài)系統(tǒng)不應產生不良影響對產品質量不應產生不良影響應符合應用對象對水質的要求或標準應為使用者和公眾所接受回用系統(tǒng)在技術上可行，操作簡便價格應比自來水低廉應有安全使用的保障污水回用應滿足的要求城市污水回用的幾個方面城市生活用水和市政用水農業(yè)、林業(yè)、漁業(yè)和畜牧業(yè)地下水回灌其他方面工 業(yè)城 市綠地灌 溉供 水市政與建筑用水城 市 景 觀工 藝生產用 水冷 卻 用 水鍋 爐 補 充 水其 他 雜 用 水第九章第九章1.污水的類型污水的類型 p12.生化需氧量和化學需氧量的概念生化需氧量和化學需氧量