污水生物處理技術(shù)課件

第四節(jié)水環(huán)境污染控制及管理第四節(jié)水環(huán)境污染控制及管理1一。水體污染的防治和管理1。制定水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)：水環(huán)境中污染物的允許含量，污染源排放污染物的數(shù)量和濃度等的技術(shù)規(guī)范。一。水體污染的防治和管理1。制定水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：2按照水體類型：地面水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。按水的用途：生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，漁業(yè)用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，農(nóng)業(yè)灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，娛樂用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。按照水體類型：地面水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。3工業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)中將排放的污染物按其性質(zhì)分為兩類：1。第一類污染物是指能在動植物體內(nèi)蓄積，對人體健康產(chǎn)生長遠不良影響的。2。第二類污染物指其長遠影響小于第一類污染物質(zhì)。兩類污染物的允許排放濃度見附表11（1），11（2）工業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)中將排放的污染物按其性質(zhì)分為兩類：1。4水環(huán)境污染防治對策：1。減少耗水量2。建立城市污水處理系統(tǒng)3。調(diào)整工業(yè)布局4。加強水資源的規(guī)劃管理為了有效控制水污染，在管理上應(yīng)沖濃度管理逐步向總量控制管理過渡。水環(huán)境污染防治對策：5二。廢水處理方法廢水處理目的：對廢水中的污染物以某種方式分離出來，或者將其分解轉(zhuǎn)化為無害穩(wěn)定物質(zhì)，從而使污水得到凈化。廢水處理方法選擇：廢水水質(zhì)和水量，廢水處理后的用途等；取決于廢水中污染物的性質(zhì)，組成，狀態(tài)及對水質(zhì)的要求。分類：物理法，化學(xué)法及生物法二。廢水處理方法廢水處理目的：對廢水中的污染物以某種方式分離6物理法：利用物理作用處理，分離和回收廢水中污染物。沉淀法，浮選法，過濾法，蒸發(fā)法?；瘜W(xué)法：利用化學(xué)反應(yīng)或物理化學(xué)作用處理回收可溶性廢物或膠狀物質(zhì)。中和法，萃取法，氧化還原法。生物法：利用微生物的生化作用處理廢水中的有機污染物。生物過濾法，活性污泥法。物理法：利用物理作用處理，分離和回收廢水中污染物。沉淀法，浮7城市污水處理步驟劃分為：一級，二級和三級處理。一級處理：篩濾，重力沉淀和浮選，處理后的污水達不到排放標(biāo)準(zhǔn)。二級處理：生物法和絮凝法。有機物，無機懸浮物和膠體顆粒物極低濃度有機物。三級處理：曝氣，吸附，化學(xué)凝聚，電滲析等。控制富營養(yǎng)化或達到使廢水能夠重新回用。城市污水處理步驟劃分為：一級，二級和三級處理。8

1。生物處理的基本概念2。生物處理法在廢水處理中的地位3。生物處理法的分類

91

生物處理的基本概念1.1生物處理的目的和重要性

一、廢水生物處理的目的：絮凝和去除廢水中不可自然沉淀的膠體狀固體物

穩(wěn)定和去除廢水中的有機物去除營養(yǎng)元素氮和磷1

生物處理的基本概念1.1生物處理的目的和重101

生物處理的基本概念二、廢水生物處理的重要性：城市污水中約有60%以上的有機物只有用生物法去除才最經(jīng)濟；廢水中氮的去除一般來說只有依靠生物法；目前世界上已建成的城市污水處理廠有90%以上是生物處理法；大多數(shù)工業(yè)廢水處理廠也是以生物法為主體的。1

生物處理的基本概念二、廢水生物處理的重要性：111.2

微生物在廢水生物處理中的作用

去除有機物（以COD或BOD5表示），去除其它無機營養(yǎng)元素如N、P等絮凝沉淀和降解膠體狀固體物穩(wěn)定有機物1.2

微生物在廢水生物處理中的作用

121.3廢水生物處理中的重要微生物微生物非細胞形態(tài)的微生物細胞形態(tài)的微生物病毒、噬菌體真核生物酵母菌原生動物后生動物原核生物細菌放線菌藍藻（藍細菌）真菌霉菌藻類1.3廢水生物處理中的重要微生物微生物非細胞形態(tài)的微生物131.3生物處理中的重要微生物細菌：——是廢水生物處理工程中最主要的微生物

真細菌(eubacteria)、古細菌(archaebacteria)

根據(jù)需氧情況不同：

好氧細菌、兼性細菌、厭氧細菌；

根據(jù)能源碳源利用情況的不同：

光合細菌——光能自養(yǎng)菌、光能異養(yǎng)菌； 非光合細菌——化能自養(yǎng)菌、化能異養(yǎng)菌

根據(jù)生長溫度的不同：低溫菌(10~15oC)、中溫菌(15~45oC)、高溫菌(>45oC)1.3生物處理中的重要微生物細菌：——是廢水生物處理工14真菌：特點：

1)能在低溫和低pH值的條件生長2)在生長過程中對氮的要求較低（1/2）3)能降解纖維素。應(yīng)用：

1)處理某些特殊工業(yè)廢水2)固體廢棄物的堆肥處理真菌：15原生動物：原生動物主要以細菌作為食物；種屬與數(shù)量的變化，與出水水質(zhì)相關(guān)，可作為指示生物。后生動物：后生動物以原生動物和細菌作為食物；也可作為指示生物。原生動物：162

生物處理法在廢水處理中的地位2.1有機物在廢水中的存在形式及其主要去除方法顆粒狀有機物(>1m)：可采用機械沉淀法去除膠體狀有機物(1nm~100nm)：不能用機械沉淀法去除溶解性有機物(<1nm)：以分散的分子狀態(tài)存在于水中2

生物處理法在廢水處理中的地位2.1有機物在廢水172.2廢水處理程度的分級

一級處理——預(yù)處理或前處理；

二級處理——生物處理；

三級處理——深度處理2.2廢水處理程度的分級18城市污水處理廠的典型流程北京市酒仙橋污水處理廠一級處理二級處理城市污水處理廠的典型流程北京市酒仙橋污水處理廠一級處理二級處19城市污水處理廠的典型流程污泥回流原廢水粗細格柵進水泵房沉砂池初沉池曝氣池二沉池接觸池出水泥餅外運集泥井污泥回流泵房污泥濃縮池一級消化池二級消化池污泥脫水機房空氣CL2或其它消毒劑絮凝劑上清液回流二級處理一級處理三級處理城市污水處理廠的典型流程污泥回流原廢水粗細格柵進水泵房沉砂池202.2廢水處理程度的分級一級處理：

去除效果：EBOD

30

功能：

1）去除大顆粒狀有機物，以減輕后續(xù)生物處理的負擔(dān)；2）調(diào)節(jié)水量、水質(zhì)、水溫等，有利于后續(xù)的生物處理。

主要方法：物化法，沉砂、沉淀、氣浮、除油、中和、調(diào)節(jié)、加熱或冷卻等2.2廢水處理程度的分級一級處理：212.2廢水處理程度的分級二級處理：

去除效果：EBOD

85~90%

功能：大量去除膠體狀和溶解狀有機物，保證出水達標(biāo)排放

方法：各種形式的生物處理工藝2.2廢水處理程度的分級二級處理：222.2廢水處理程度的分級三級處理：

目的：去除二級處理出水中殘存的SS、有機物，或脫色、殺菌，或脫氮、除磷——防止水體富營養(yǎng)化

方法：

物化法——超濾、混凝、活性炭吸附、臭氧氧化、加氯消毒等；生物法——生物脫氮除磷、生物陶粒、生物活性炭、曝氣生物濾池等2.2廢水處理程度的分級三級處理：232.3我國水環(huán)境中有機物污染現(xiàn)狀廢水排放量巨大

——總廢水量達400億m3(1.1108m3/d)，其中工業(yè)廢水和城市生活污水近各50%，處理率低主要污染物是有機物和氮磷營養(yǎng)鹽2.3我國水環(huán)境中有機物污染現(xiàn)狀24我國城市污水處理概況

年份污水廠處理能力處理率1921

上海北區(qū)污水廠4104m3/d

1926上海東、西區(qū)污水廠到1980全國238個城市,僅有16個建有39個污水廠

85104m3/d1.7%其中二級處理廠19.3萬m3/d0.39%到1985年底33個城市，63個污水廠220104m3/d2.2%其中一級處理廠20個73104m3/d0.66%二級處理廠43個147104m3/d1.54%到1996年底全國640多個城市,共建有160多個污水廠812104m3/d6.7%

目前，在全國范圍內(nèi)已經(jīng)建成很多城市廢水處理廠，估計目前我國的城市廢水處理率已經(jīng)達到近20%。我國城市污水處理概況

年份污水廠處理能力處理率125我國已有的大型污水處理廠

年份污水廠處理能力1985天津紀(jì)莊子污水廠26104m3/d1990北京高碑店污水廠50104m3/d(一期，90～93)100104m3/d(二期，95～99)1994天津東郊污水廠34104m3/d其它西安大白楊污水廠32104m3/d南京污水廠26104m3/d上海天山污水廠10.5104m3/d杭州四堡污水廠20104m3/d鄭州污水廠12104m3/d我國已有的大型污水處理廠年份污水廠處理能力1985天津紀(jì)莊26污染物的主要來源：生活污水：COD=400~500mg/l,BOD5=200~300mg/l工業(yè)廢水：輕工、食品、石油化工等

啤酒廢水：8~20m3廢水/m3酒,COD=2000~3500mg/l

酒精廢水：12~15m3廢水/m3酒,COD=3~6萬mg/l

味精廢水：25~35m3廢水/噸味精,COD=6~10萬mg/l

造紙黑液：120~600m3廢水/噸紙漿,COD=10~15萬mg/l

污染物的主要來源：生活污水：COD=400~500mg/27生物處理法的分類生物處理法天然生物處理人工生物處理生物穩(wěn)定塘土地處理系統(tǒng)好氧生物處理厭氧生物處理活性污泥法生物膜法傳統(tǒng)厭氧消化現(xiàn)代高速厭氧反應(yīng)器生物處理法的分類生物處理法天然生物處理人工生物處理生物穩(wěn)定塘28例1：生活污水或城市污水的處理進水水質(zhì)：COD400mg/lBOD200mg/l出水水質(zhì)：COD40mg/lBOD15mg/l排放標(biāo)準(zhǔn)：COD100mg/lBOD30mg/l例1：生活污水或城市污水的處理進水水質(zhì)：出水水質(zhì)：排放標(biāo)準(zhǔn)：29例1：生活污水或城市污水的處理高碑店污水處理廠的工藝流程圖污泥的厭氧消化活性污泥系統(tǒng)例1：生活污水或城市污水的處理高碑店污水處理廠的工藝流程圖污30高碑店污水處理廠的工藝流程圖初沉池曝氣池二沉池一期二期污泥處理高碑店污水處理廠的工藝流程圖初沉池曝氣池二沉池一期二期污泥處31曝氣池活性污泥好氧微生物曝氣池活性污泥32曝氣池0.1mm鐘蟲小口鐘蟲草履蟲蓋纖蟲腎形蟲變形蟲活性污泥中的后生動物輪蟲線蟲曝氣池0.1mm鐘蟲小口鐘蟲草履蟲蓋纖蟲腎形蟲變形蟲輪蟲線蟲33第三章復(fù)習(xí)1。水體環(huán)境概述2。污染物在水體中的擴散3。污染物在水體中的轉(zhuǎn)化4。水環(huán)境污染控制及管理第三章復(fù)習(xí)1。水體環(huán)境概述34目前世界各國每年消耗的淡水為2088km3/a,連同可循環(huán)用水，總量為3300km3/a，約占全球全年總徑流量的90％，其余10％流入海洋，總體看來水量豐富。世界人口增加和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展，水量需求增加；淡水資源分布不均，水源和人口分布不成比例；水污染加劇，水資源供應(yīng)不足稱為世界各國面臨的嚴(yán)重問題。目前世界各國每年消耗的淡水為2088km3/a,連同可循環(huán)用35天然水化學(xué)組成天然水中幾乎包括化學(xué)元素周期表中所有化學(xué)元素

溶解氣體：主要氣體O2,N2等，微量氣體：CH4，H2等主要離子：陰離子：Cl-,SO42-等,陽離子：K+,Na+等微量元素：I，F(xiàn)－等膠體：無機膠體，有機膠體固體懸浮物質(zhì)：砂礫，粘土等天然水化學(xué)組成36水體概念及水體污染水體：水體是地表水圈的重要組成部分，指的是以相對穩(wěn)定的陸地為邊界的天然水域，包括一定流速的河渠，江河和相對靜止的塘堰，水庫，湖泊，沼澤，以及受潮汐影響的三角洲與海洋。包括：水中懸浮物質(zhì)，溶解物質(zhì)，底泥和水生生物等水體概念及水體污染水體：37水體分類：

按類型分：海洋水體陸地水體：地表水體，地下水體區(qū)域：某一具體的被水覆蓋的地段，如太湖，洞庭湖等。水體分類：38概念判別：水質(zhì)：水相的質(zhì)量，通過水體的物理，化學(xué)和生物特征及組成狀況，反映了水體環(huán)境自然演化過程和人類活動影響的程度。水體：包括除水相以外的其他固相物質(zhì)，內(nèi)容廣泛。概念判別：39水體污染及污染源水污染指標(biāo):

懸浮物

生物化學(xué)需氧量(BOD)

化學(xué)需氧量(COD)

總有機碳(TOC)

pH值

大腸菌群數(shù)

有毒物質(zhì)水體污染及污染源水污染指標(biāo):40在人工控制的條件下，使水樣中的有機物在微生物作用下進行生物氧化，在一定時間內(nèi)所消耗的溶解氧的數(shù)量，可以間接反映出有機物的含量，以每升水（所含的污染物）所消耗的氧的毫克數(shù)來表示(mg/L)，簡稱生化需氧量(BOD)。BOD越高，表示水中需氧有機物質(zhì)越多。20℃條件下培養(yǎng)5天→BOD5在人工控制的條件下，使水樣中的有機物在微生物作用下進行生物氧41用化學(xué)氧化劑氧化水中有機污染物時所需的氧量，以每升水所消耗的氧的毫克數(shù)來表示(mg/L)，簡稱化學(xué)耗氧量(COD)。。COD越高，表示水中有機污染物污染越重。常用的氧化劑:高錳酸鉀(KMnO4)高錳酸鹽指數(shù)重鉻酸鉀(K2Cr2O7)COD用化學(xué)氧化劑氧化水中有機污染物時所需的氧量，以每升水所消耗的42水體污染源工業(yè)污染源生活污染源農(nóng)村污水和灌溉水船舶廢水點源非點源水體污染源工業(yè)污染源生活污染源農(nóng)村污水和灌溉水船舶廢水點源43水體污染物造成水體的水質(zhì)、底質(zhì)、生物質(zhì)等質(zhì)量惡化或形成水體污染的各種物質(zhì)或能量均可能成為水體污染物。

無機無毒物無機有毒物有機無毒物有機有毒物放射性污染物熱污染物病原體污染物水體污染物造成水體的水質(zhì)、底質(zhì)、生物質(zhì)等質(zhì)量惡化或形成水體污44水體的自凈所謂水體的自凈作用，是指受污染的各種水體在物理、化學(xué)和生物等作用下，水中污染物濃度自然降低的過程。水體自凈作用往往需要一定的時間，一定范圍的水域以及適當(dāng)?shù)乃臈l件，另外還決定于污染物的性質(zhì)、濃度以及排放方式等。包括:(1)物理自凈(2)化學(xué)自凈(3)生物自凈水體的自凈所謂水體的自凈作用，是指受污染的各種水體在物理、化45污染物在水體中的運動特征污染物在水體的運動形式有三種：①推移遷移；②擴散；③衰減。三種運動的作用使污染物濃度降低，稱水體“自凈作用”。

污染物在水體中的運動特征污染物在水體的運動形式有三種：46綜上所述可知：①推移作用：總量不變，分布狀態(tài)也不變；②推移+分散：總量不變，分布狀態(tài)發(fā)生變化；③推移+分散+衰減：總量變化，分布狀態(tài)變化。綜上所述可知：471、一維穩(wěn)態(tài)模型

Dx

2c/x2－ux

c/x－Kc=0(1)其特征方程為：Dx2－ux－k=0特征根為：

1,2=ux/2Dx(1+m)式中：m=1、一維穩(wěn)態(tài)模型48當(dāng)x=0，c=c0時，上式的解為（取負值）

C=c0exp{uxx/2Dx[1－(1+4kDx/ux2)1/2]}彌散項忽略，則一維穩(wěn)態(tài)模型解為：c=c0exp(-Kxx/ux)式中c0=(Qc1+qc2)/(Q+q)

Q為河流流量；c1為河流中污染物的本底濃度；q為排入河流的污水的流量；c2為無水中的某污染物濃度；c為污染物的濃度；Dx縱向彌散系數(shù)；ux斷面平均流速；K污染物的衰減速度常數(shù)當(dāng)x=0，c=c0時，492、二維穩(wěn)態(tài)模型：

Dx

2c/x2+Dy

2c/y2－ux

c/x－uy

c/y－kc=0(2)在均勻流場中其解析解為：C(x,y)=Q/4h(x/ux)2√(DxDy))*[exp(y-uyx/ux)2/4Dyx/ux)]*exp(-kx/ux)(2-1)忽略Dx,ux:C(x,y)=Q/(ux*h√(4Dxx/ux))*exp(-uxy2/4Dyx)*exp(-kx/ux)(2-2)

2、二維穩(wěn)態(tài)模型：50在河流有邊界條件下：才用鏡像法：C(x,y)=2*Q/(ux*h√(4Dxx/ux))*[exp(-uxy2/4Dyx)+∑exp(-ux(2nB-y)2/4Dyx+∑exp(-ux(2nB+y)2/4Dyx]*exp(-kx/ux)(2-3)

h—水深；B—河寬；其它符號同前。在河流有邊界條件下：51河流中的水質(zhì)問題一、污染物與河水的混合污染物排入河流后，從污水排放口到污染物在河流橫斷面上達到均勻分布，通常需經(jīng)歷豎向混合和橫向混合兩個階段。河流中的水質(zhì)問題一、污染物與河水的混合52豎向混合——污染物進入河流后，在較短距離內(nèi)即達到豎向的均勻分布橫向混合——污染物達到豎向均勻分布到污染物在整個斷面上達到均勻分布的過程

注：直道中，主要動力為橫向彌散作用;彎道中，橫向環(huán)流大大加速了橫向擴散豎向混合——污染物進入河流后，在較短距離內(nèi)即達到豎向的均勻分53二、生物化學(xué)分解

1.河流中的有機物經(jīng)過生物降解所產(chǎn)生的濃度變化，可由一級反應(yīng)式表示：L=L0e-Kc*t

L－t時刻有機物的剩余生物化學(xué)需氧量L0－初始時刻有機物的總生物化學(xué)需氧量Kc—含碳有機物的降解速度常數(shù)，為溫度的函數(shù)

實驗室測定Kc值：通過實驗室中測定生化需氧量（BOD）和時間的關(guān)系2.1961年，托馬斯（H·Thomas）提出了河流中BOD衰減的另一個原因—沉淀，如果反映生化作用和沉淀作用的BOD衰減速度常數(shù)分別為Kd和Ks，則Kc＝Kd+Ks

二、生物化學(xué)分解543.1966年，K·Bosko研究了河流中生化作用的BOD衰減速度常數(shù)Kd和實驗室的數(shù)值Kc之間的關(guān)系：η為河床活度常數(shù)，綜合反映河流對有機物生化降解作用的影響。4.穩(wěn)態(tài)河流中BOD的變化規(guī)律滿足下式：5.含氮有機物排入河流后，同樣發(fā)生生物化學(xué)氧化過程：Kd＝Kc+η

uxHLc=L0〔exp（-Kcxux）〕LN=LN0〔exp（-KNxux）〕3.1966年，K·Bosko研究了河流中生化作用的55三、大氣復(fù)氧

水中溶解氧的主要來源是大氣。氧氣由大氣進入水中的質(zhì)量傳遞速度：

C-河流水中溶解氧的濃度Cs-河流水中飽和溶解氧的濃度KL-質(zhì)量傳遞系數(shù)A-氣體擴散的表面積V-水的體積

dtdC=KLAV(Cs-C)三、大氣復(fù)氧dtdC=KLAV(Cs-C)56

歐康奈爾（D.O’·Conner）和多賓斯（W·Dobbins）在1958年提出根據(jù)河流的流速、水深計算大氣復(fù)氧速度常數(shù)的方法：

飽和溶解氧濃度Cs是溫度、鹽度和大氣壓力的函數(shù)。在760mmHg壓力下，淡水中的飽和溶解氧濃度為

T為0cKL=CuxnHmCs=46831.6+T歐康奈爾（D.O’·Conner）和多賓斯（W·Do57四、光合作用

水生植物的光合作用是河流溶解氧的另一個重要來源。歐康奈爾假定光合作用的速度隨著光照強度的變化而變化。中午光照強度最大時，產(chǎn)氧速度最快，夜晚沒有光照時，產(chǎn)氧速度為零。五、藻類的呼吸作用

藻類的呼吸作用要消耗河水中的溶解氧，通常把藻類呼吸耗氧速度看作是常數(shù).六、底棲動物和沉淀物的耗氧

底泥耗氧的主要原因是由于底泥中的耗氧物返回到水中和底泥頂層耗氧物質(zhì)的氧化分解.四、光合作用58單一河段水質(zhì)模型定義：在所研究的河段內(nèi)只有一個排放口時稱該河段為單一河段坐標(biāo)：在研究單一河段時，一般把排放口置于河段的起點，即定義排放口處的縱向坐標(biāo)x＝0.S-P模型—描述河流水質(zhì)的第一個模型，由斯特里特（H?Streeter）和菲而普斯（E?Phelps）在1925年建立?；炯僭O(shè)：河流中的BOD的衰減和溶解氧的復(fù)氧都是一級反應(yīng)，反應(yīng)速度為常數(shù)；河流中的耗氧是由BOD衰減引起的，而河流中的溶解氧來源則是大氣復(fù)氧。單一河段水質(zhì)模型定義：在所研究的河段內(nèi)只有一個排放口時稱該59生物降解反應(yīng)的類別微生物參與的生物化學(xué)反應(yīng)，屬于生物降解反應(yīng)的主要有這樣一些基本反應(yīng)：氧化、水解、脫水、脫氫、脫氨基、脫羧基等.

水體中耗氧有機物的降解生物降解反應(yīng)的類別水體中耗氧有機物的降解60含氮有機物的降解

有機氮化合物降解的最終產(chǎn)物是氨，所以這個過程也被稱作氨化作用（或無機化作用）。在自然環(huán)境中，這類作用大多屬于有微生物介入的生物降解過程。含氮有機物的降解61

含氮有機物:蛋白質(zhì)、氨基酸、尿素、胺類、硝基化合物等等。它們的元素組成，除氮外還含有碳、氫、氧、硫、磷等。含氮有機物生物降解較不含氮有機物更難，其產(chǎn)物污染性強；同時，它的降解產(chǎn)物與不含氮有機物的降解產(chǎn)物會發(fā)生相互作用，影響整個降解過程。含氮有機物:蛋白質(zhì)、氨基酸、尿素、胺類、硝基化合物等等。62硝化作用

由固氮作用生成的氨或由蛋白質(zhì)等高分子含氮化合物經(jīng)降解作用后產(chǎn)生的氨，都可能在有氧條件下，經(jīng)細菌作用而硝化

硝化作用對土壤中的植物有特殊意義:1.一般植物容易吸收NO3-形態(tài)的氮，不易吸收NH3或NH4+形態(tài)的氮。2.硝酸鹽有極大可溶性，不易為土壤所阻留，這又是對植物不利的。硝化作用63反硝化作用又稱脫氮作用。在土壤中以及在水體的底泥或中間水層環(huán)境介質(zhì)中都可能發(fā)生這種作用。反硝化過程可簡單地表示如下：

其中N2和N2O是反硝化作用的主要產(chǎn)物，但一般情況下，在生成過量N2O條件下才能產(chǎn)生N2。反硝化作用642.水體中富營養(yǎng)污染物

水體富營養(yǎng)化問題湖泊、水庫、河口、港灣等水流較緩的區(qū)域，最容易發(fā)生富營養(yǎng)化問題。這是一種由磷和氮的化合物過多排入水體后引起的二次污染現(xiàn)象。主要表現(xiàn)為水體中藻類大量繁殖，嚴(yán)重影響了水質(zhì)。2.水體中富營養(yǎng)污染物65在適宜的光照、溫度、pH值和具備充分營養(yǎng)物質(zhì)的條件下，天然水體中藻類進行光合作用，合成本身的原生質(zhì)，其總反應(yīng)式可寫為:

藻類繁殖所需要各成分,控制性因素是磷和氮，藻類繁殖的程度主要決定于水體中這兩種成分的含量，并且已經(jīng)知道能為藻類吸收的是無機形態(tài)的含磷、氮的營養(yǎng)物。在適宜的光照、溫度、pH值和具備充分營養(yǎng)物質(zhì)的條件下，天然66湖水的營養(yǎng)化程度

在湖泊水體中，凡生產(chǎn)者、還原者、消費者達到生態(tài)平衡者是屬調(diào)和型的湖泊.依據(jù)湖水營養(yǎng)化程度:貧營養(yǎng)化湖、低營養(yǎng)化湖、中營養(yǎng)化湖和富營養(yǎng)化湖。湖水的營養(yǎng)化程度67調(diào)和型湖泊的營養(yǎng)化程度可用總磷含量、總氮含量、葉綠素a含量和透明度等指標(biāo)來度量。具體數(shù)值見表1。表1湖水的營養(yǎng)化程度調(diào)和型湖泊的營養(yǎng)化程度可用總磷含量、總氮含量、葉綠素a含量68表2水體富營養(yǎng)化防治的各種方法

表2水體富營養(yǎng)化防治的各種方法

69水體富營養(yǎng)化營養(yǎng)物質(zhì)負荷模型

湖泊富營養(yǎng)化相關(guān)模型：P作為自變量，湖泊營養(yǎng)狀況作為因變量水體富營養(yǎng)化營養(yǎng)物質(zhì)負荷模型湖泊富營養(yǎng)化相關(guān)模型：P作70

湖泊、水庫完全混合箱式水質(zhì)模型：沃倫威德爾，70年代初研究北美大湖。

模型從宏觀上研究湖泊、水庫中營養(yǎng)物質(zhì)平衡的輸入－產(chǎn)出關(guān)系的模型。湖泊、水庫完全混合箱式水質(zhì)模型：沃倫威德爾，70年代初71模型建立了輸入湖泊的某一水質(zhì)組份的總量，湖泊中該水質(zhì)組份的濃度與湖泊的自然特征，如：平均水深，水流停留時間等的關(guān)系。模型不描述發(fā)生在湖泊內(nèi)的物理，化學(xué)和生物學(xué)過程，同時也不考慮湖泊和水庫的熱分層。模型建立了輸入湖泊的某一水質(zhì)組份的總量，湖泊中該水質(zhì)組721.沃倫威德爾模型停留時間很長，水質(zhì)基本處于穩(wěn)定狀態(tài)的湖泊和水庫，可作為一個均勻混合的水體進行研究。沃倫威德爾假設(shè)：湖泊中某中營養(yǎng)物的濃度隨時間的變化率，是輸入，輸出和在湖泊內(nèi)沉積的該種營養(yǎng)物質(zhì)的量的函數(shù)。1.沃倫威德爾模型停留時間很長，水質(zhì)基本處于穩(wěn)定狀態(tài)的湖泊和73V-湖泊水庫的容積（m3)；c－某中營養(yǎng)物質(zhì)的濃度(g/m3)；Ic－某中營養(yǎng)物質(zhì)的總負荷(g/a);S－營養(yǎng)物在湖泊或水庫中的沉積速度常數(shù)(l/a)；Q－湖泊出流的流量(m3/a)V-湖泊水庫的容積（m3)；742.吉柯奈爾－迪龍模型針對上一模型中營養(yǎng)物質(zhì)在水庫中的沉積速度常數(shù)S難于確定而建立。吉柯奈爾－迪龍：1975年，引入滯留系數(shù)Rc－營養(yǎng)物在湖泊和水庫中的滯留分?jǐn)?shù)。2.吉柯奈爾－迪龍模型針對上一模型中營養(yǎng)物質(zhì)在水庫中的沉積速75式中：Rc－營養(yǎng)物在湖泊和水庫中的滯留分?jǐn)?shù)。t=0,c=c0,方程解析解為:式中：Rc－營養(yǎng)物在湖泊和水庫中的滯留分?jǐn)?shù)。76J出－湖泊輸出的總P量J入－湖泊輸入的總P量迪龍通過多次回歸分析，得出：Rc與面積水負荷qs相關(guān)。（Q輸出水量，A湖泊表面積）J出－湖泊輸出的總P量77由迪龍模型繪制總P負荷圖。h(g)Lp(1-RP)/r(g/m2)允許界限危險界限過渡區(qū)富營養(yǎng)區(qū)貧營養(yǎng)區(qū)由迪龍模型繪制總P負荷圖。h(g)Lp(1-RP)/r(g/78重金屬在水體中的遷移轉(zhuǎn)化一。重金屬元素在水環(huán)境中的污染特征1。在自然界中的分布:分布廣,含量低,危害明顯2。屬于過渡性元素:化學(xué)性質(zhì)由電子層結(jié)構(gòu)決定,價態(tài)變化較多,配位絡(luò)合能力強3。在水環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化:機械遷移,物理化學(xué)遷移,生物遷移4。毒性效應(yīng):易與蛋白質(zhì)和酶高分子化物質(zhì)結(jié)合,產(chǎn)生不可逆變性,使生理或代謝過程障礙,或與脫氧核糖核酸等相互作用而致突變重金屬在水體中的遷移轉(zhuǎn)化一。重金屬元素在水環(huán)境中的污染特征79二.重金屬在水體中的遷移轉(zhuǎn)化1.重金屬化合物的沉淀-溶解作用

重金屬化合物在水中的溶解度可以直觀地表示其在水體中的遷移能力，溶解度大者遷移能力大，溶解度小者遷移能力小。水作為一種溶劑對許多物質(zhì)都有很強的溶解能力。二.重金屬在水體中的遷移轉(zhuǎn)化802.重金屬的氧化還原轉(zhuǎn)化重金屬的遷移轉(zhuǎn)化趨勢和污染效應(yīng)均與此有密切關(guān)系

天然水具有相應(yīng)的Pε，故有可能使水中重金屬元素進行氧化——還原轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生價態(tài)的變化。一般說來，重金屬元素在高Pε水中，將從低價態(tài)氧化成高價態(tài)或較高價態(tài)。而在低Pε的水中將被還原成低價態(tài)，或與其中硫化氫反應(yīng)形成難溶硫化物。

2.重金屬的氧化還原轉(zhuǎn)化813.重金屬元素絡(luò)合作用在水環(huán)境中存在著多種多樣的天然和人工合成的配位體，它們能與重金屬離子形成穩(wěn)定度不同的絡(luò)合物或螯合物，對重金屬元素在水環(huán)境中的遷移在很大影響。

3.重金屬元素絡(luò)合作用824.重金屬的膠體化學(xué)吸附遷移轉(zhuǎn)化

在水體中的懸浮顆粒物和底泥中含有豐富的膠體，能夠強烈地吸附各種分子和離子，對重金屬離子在水環(huán)境中的遷移有明顯影響，膠體的吸附作用是使重金屬從不飽和的溶液中轉(zhuǎn)入固相的主要途徑。在天然水體中，重金屬發(fā)生的許多現(xiàn)象和污染過程在固、液、氣三相界面上進行，而與膠體吸附作用關(guān)系密切。

4.重金屬的膠體化學(xué)吸附遷移轉(zhuǎn)化83（1）水環(huán)境中膠體的吸附機制：膠體微粒吸附重金屬離子的機制主要有三種；A、離子交換吸附：粘土礦物微粒通過層狀結(jié)構(gòu)邊緣的羥基氫和——OM基中M+離子以及層狀結(jié)構(gòu)之間的M+離子，交換水中重金屬離子而將其吸附。B、溶液中水解，而后吸附。C、吸附、并在表面上水解。D、腐殖質(zhì)微粒對重金屬離子的吸附。（1）水環(huán)境中膠體的吸附機制：膠體微粒吸附重金屬離子的機制主84總之，各種吸附機制基本上可分為物理吸附和化學(xué)吸附兩大類?；瘜W(xué)吸附具有選擇性，而物理吸附則無選擇性?；瘜W(xué)鍵又顯著大于分子間作用力，化學(xué)吸附熱效應(yīng)就比物理吸附大得多。物理吸附的活化能小、因而物理吸附速度較快容易達到平衡?；瘜W(xué)吸附的活化能則較大，所以化學(xué)吸附在常溫下速度較慢不容易達到平衡?？傊鞣N吸附機制基本上可分為物理吸附和化學(xué)吸附兩大類。化學(xué)85（2）水體中膠體微粒的凝聚：天然水體中有機和無機膠體微粒帶有負電荷，外電層吸附陽離子。溶液中存在大量某些其他陽離子時，會引起膠體發(fā)生凝聚作用。重金屬化合物被吸附在有機膠體、無膠體和礦物微粒上以后，就隨它們在水體中運動。如果這些膠體微粒能夠相互聚集到一起，形成比較粗大的絮狀物，就可能在水流中沉降下來，沉積在水體底部，最終成為沉積物。（2）水體中膠體微粒的凝聚：天然水體中有機和無機膠體微粒帶有865.某些重金屬的甲基化作用：汞的環(huán)境污染問題所以特別為人們所重視，不僅是因為無機汞的毒性，而且還因為無機汞在水環(huán)境中，由于在微生物的作用下，可轉(zhuǎn)化為毒性更強的甲基汞。甲基汞脂溶性強，可以通過食物鏈在生物體內(nèi)逐漸濃集，最后進入人體。所以無機汞的甲基化問題研究者們廣泛注意。1。在淡水水體淤泥中的厭氧細菌能夠使無機汞甲基化，形成甲基汞和二甲基汞2。在天然水溶液中，在非生物的作用下，只要存在甲基給予體，汞也可被甲基化。5.某些重金屬的甲基化作用：汞的環(huán)境污染問題所以特別為人們所87作業(yè)：名詞解釋：水體，水質(zhì)，COD，BOD，水體的自凈，水體富營養(yǎng)化問題簡答題：簡述污染物在水體的運動形式有哪三種形式，其運動有何特點簡述河流水質(zhì)模型S-P模型基本假設(shè)是什么？簡述水體富營養(yǎng)化負荷模型中吉柯奈爾－迪龍模型對沃倫威德爾模型做了什么改進？簡述湖水富營養(yǎng)化判定的指標(biāo)有哪些？水體富營養(yǎng)化的主要防治方法有哪些？簡述廢水處理方法有哪三類，分別有哪些代表性的處理方法？作業(yè)：88其他：水體中污染物的主要來源？水污染指標(biāo)有哪些？水體中耗氧有機物的生物降解反應(yīng)的有哪些類別？水體富營養(yǎng)化時水體中主要的營養(yǎng)物質(zhì)是什么，依據(jù)湖水的營養(yǎng)化狀況可將湖水分為哪幾種營養(yǎng)級？水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)有哪些分類？重金屬在水體中的遷移轉(zhuǎn)化主要表現(xiàn)在哪些方面？其他：89第四節(jié)水環(huán)境污染控制及管理第四節(jié)水環(huán)境污染控制及管理90一。水體污染的防治和管理1。制定水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)：水環(huán)境中污染物的允許含量，污染源排放污染物的數(shù)量和濃度等的技術(shù)規(guī)范。一。水體污染的防治和管理1。制定水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：91按照水體類型：地面水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。按水的用途：生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，漁業(yè)用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，農(nóng)業(yè)灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，娛樂用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。按照水體類型：地面水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。92工業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)中將排放的污染物按其性質(zhì)分為兩類：1。第一類污染物是指能在動植物體內(nèi)蓄積，對人體健康產(chǎn)生長遠不良影響的。2。第二類污染物指其長遠影響小于第一類污染物質(zhì)。兩類污染物的允許排放濃度見附表11（1），11（2）工業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)中將排放的污染物按其性質(zhì)分為兩類：1。93水環(huán)境污染防治對策：1。減少耗水量2。建立城市污水處理系統(tǒng)3。調(diào)整工業(yè)布局4。加強水資源的規(guī)劃管理為了有效控制水污染，在管理上應(yīng)沖濃度管理逐步向總量控制管理過渡。水環(huán)境污染防治對策：94二。廢水處理方法廢水處理目的：對廢水中的污染物以某種方式分離出來，或者將其分解轉(zhuǎn)化為無害穩(wěn)定物質(zhì)，從而使污水得到凈化。廢水處理方法選擇：廢水水質(zhì)和水量，廢水處理后的用途等；取決于廢水中污染物的性質(zhì)，組成，狀態(tài)及對水質(zhì)的要求。分類：物理法，化學(xué)法及生物法二。廢水處理方法廢水處理目的：對廢水中的污染物以某種方式分離95物理法：利用物理作用處理，分離和回收廢水中污染物。沉淀法，浮選法，過濾法，蒸發(fā)法?；瘜W(xué)法：利用化學(xué)反應(yīng)或物理化學(xué)作用處理回收可溶性廢物或膠狀物質(zhì)。中和法，萃取法，氧化還原法。生物法：利用微生物的生化作用處理廢水中的有機污染物。生物過濾法，活性污泥法。物理法：利用物理作用處理，分離和回收廢水中污染物。沉淀法，浮96城市污水處理步驟劃分為：一級，二級和三級處理。一級處理：篩濾，重力沉淀和浮選，處理后的污水達不到排放標(biāo)準(zhǔn)。二級處理：生物法和絮凝法。有機物，無機懸浮物和膠體顆粒物極低濃度有機物。三級處理：曝氣，吸附，化學(xué)凝聚，電滲析等?？刂聘粻I養(yǎng)化或達到使廢水能夠重新回用。城市污水處理步驟劃分為：一級，二級和三級處理。97

1。生物處理的基本概念2。生物處理法在廢水處理中的地位3。生物處理法的分類

981

生物處理的基本概念1.1生物處理的目的和重要性

一、廢水生物處理的目的：絮凝和去除廢水中不可自然沉淀的膠體狀固體物

穩(wěn)定和去除廢水中的有機物去除營養(yǎng)元素氮和磷1

生物處理的基本概念1.1生物處理的目的和重991

生物處理的基本概念二、廢水生物處理的重要性：城市污水中約有60%以上的有機物只有用生物法去除才最經(jīng)濟；廢水中氮的去除一般來說只有依靠生物法；目前世界上已建成的城市污水處理廠有90%以上是生物處理法；大多數(shù)工業(yè)廢水處理廠也是以生物法為主體的。1

生物處理的基本概念二、廢水生物處理的重要性：1001.2

微生物在廢水生物處理中的作用

去除有機物（以COD或BOD5表示），去除其它無機營養(yǎng)元素如N、P等絮凝沉淀和降解膠體狀固體物穩(wěn)定有機物1.2

微生物在廢水生物處理中的作用

1011.3廢水生物處理中的重要微生物微生物非細胞形態(tài)的微生物細胞形態(tài)的微生物病毒、噬菌體真核生物酵母菌原生動物后生動物原核生物細菌放線菌藍藻（藍細菌）真菌霉菌藻類1.3廢水生物處理中的重要微生物微生物非細胞形態(tài)的微生物1021.3生物處理中的重要微生物細菌：——是廢水生物處理工程中最主要的微生物

真細菌(eubacteria)、古細菌(archaebacteria)

根據(jù)需氧情況不同：

好氧細菌、兼性細菌、厭氧細菌；

根據(jù)能源碳源利用情況的不同：

光合細菌——光能自養(yǎng)菌、光能異養(yǎng)菌； 非光合細菌——化能自養(yǎng)菌、化能異養(yǎng)菌

根據(jù)生長溫度的不同：低溫菌(10~15oC)、中溫菌(15~45oC)、高溫菌(>45oC)1.3生物處理中的重要微生物細菌：——是廢水生物處理工103真菌：特點：

1)能在低溫和低pH值的條件生長2)在生長過程中對氮的要求較低（1/2）3)能降解纖維素。應(yīng)用：

1)處理某些特殊工業(yè)廢水2)固體廢棄物的堆肥處理真菌：104原生動物：原生動物主要以細菌作為食物；種屬與數(shù)量的變化，與出水水質(zhì)相關(guān)，可作為指示生物。后生動物：后生動物以原生動物和細菌作為食物；也可作為指示生物。原生動物：1052

生物處理法在廢水處理中的地位2.1有機物在廢水中的存在形式及其主要去除方法顆粒狀有機物(>1m)：可采用機械沉淀法去除膠體狀有機物(1nm~100nm)：不能用機械沉淀法去除溶解性有機物(<1nm)：以分散的分子狀態(tài)存在于水中2

生物處理法在廢水處理中的地位2.1有機物在廢水1062.2廢水處理程度的分級

一級處理——預(yù)處理或前處理；

二級處理——生物處理；

三級處理——深度處理2.2廢水處理程度的分級107城市污水處理廠的典型流程北京市酒仙橋污水處理廠一級處理二級處理城市污水處理廠的典型流程北京市酒仙橋污水處理廠一級處理二級處108城市污水處理廠的典型流程污泥回流原廢水粗細格柵進水泵房沉砂池初沉池曝氣池二沉池接觸池出水泥餅外運集泥井污泥回流泵房污泥濃縮池一級消化池二級消化池污泥脫水機房空氣CL2或其它消毒劑絮凝劑上清液回流二級處理一級處理三級處理城市污水處理廠的典型流程污泥回流原廢水粗細格柵進水泵房沉砂池1092.2廢水處理程度的分級一級處理：

去除效果：EBOD

30

功能：

1）去除大顆粒狀有機物，以減輕后續(xù)生物處理的負擔(dān)；2）調(diào)節(jié)水量、水質(zhì)、水溫等，有利于后續(xù)的生物處理。

主要方法：物化法，沉砂、沉淀、氣浮、除油、中和、調(diào)節(jié)、加熱或冷卻等2.2廢水處理程度的分級一級處理：1102.2廢水處理程度的分級二級處理：

去除效果：EBOD

85~90%

功能：大量去除膠體狀和溶解狀有機物，保證出水達標(biāo)排放

方法：各種形式的生物處理工藝2.2廢水處理程度的分級二級處理：1112.2廢水處理程度的分級三級處理：

目的：去除二級處理出水中殘存的SS、有機物，或脫色、殺菌，或脫氮、除磷——防止水體富營養(yǎng)化

方法：

物化法——超濾、混凝、活性炭吸附、臭氧氧化、加氯消毒等；生物法——生物脫氮除磷、生物陶粒、生物活性炭、曝氣生物濾池等2.2廢水處理程度的分級三級處理：1122.3我國水環(huán)境中有機物污染現(xiàn)狀廢水排放量巨大

——總廢水量達400億m3(1.1108m3/d)，其中工業(yè)廢水和城市生活污水近各50%，處理率低主要污染物是有機物和氮磷營養(yǎng)鹽2.3我國水環(huán)境中有機物污染現(xiàn)狀113我國城市污水處理概況

年份污水廠處理能力處理率1921

上海北區(qū)污水廠4104m3/d

1926上海東、西區(qū)污水廠到1980全國238個城市,僅有16個建有39個污水廠

85104m3/d1.7%其中二級處理廠19.3萬m3/d0.39%到1985年底33個城市，63個污水廠220104m3/d2.2%其中一級處理廠20個73104m3/d0.66%二級處理廠43個147104m3/d1.54%到1996年底全國640多個城市,共建有160多個污水廠812104m3/d6.7%

目前，在全國范圍內(nèi)已經(jīng)建成很多城市廢水處理廠，估計目前我國的城市廢水處理率已經(jīng)達到近20%。我國城市污水處理概況

年份污水廠處理能力處理率1114我國已有的大型污水處理廠

年份污水廠處理能力1985天津紀(jì)莊子污水廠26104m3/d1990北京高碑店污水廠50104m3/d(一期，90～93)100104m3/d(二期，95～99)1994天津東郊污水廠34104m3/d其它西安大白楊污水廠32104m3/d南京污水廠26104m3/d上海天山污水廠10.5104m3/d杭州四堡污水廠20104m3/d鄭州污水廠12104m3/d我國已有的大型污水處理廠年份污水廠處理能力1985天津紀(jì)莊115污染物的主要來源：生活污水：COD=400~500mg/l,BOD5=200~300mg/l工業(yè)廢水：輕工、食品、石油化工等

啤酒廢水：8~20m3廢水/m3酒,COD=2000~3500mg/l

酒精廢水：12~15m3廢水/m3酒,COD=3~6萬mg/l

味精廢水：25~35m3廢水/噸味精,COD=6~10萬mg/l

造紙黑液：120~600m3廢水/噸紙漿,COD=10~15萬mg/l

污染物的主要來源：生活污水：COD=400~500mg/116生物處理法的分類生物處理法天然生物處理人工生物處理生物穩(wěn)定塘土地處理系統(tǒng)好氧生物處理厭氧生物處理活性污泥法生物膜法傳統(tǒng)厭氧消化現(xiàn)代高速厭氧反應(yīng)器生物處理法的分類生物處理法天然生物處理人工生物處理生物穩(wěn)定塘117例1：生活污水或城市污水的處理進水水質(zhì)：COD400mg/lBOD200mg/l出水水質(zhì)：COD40mg/lBOD15mg/l排放標(biāo)準(zhǔn)：COD100mg/lBOD30mg/l例1：生活污水或城市污水的處理進水水質(zhì)：出水水質(zhì)：排放標(biāo)準(zhǔn)：118例1：生活污水或城市污水的處理高碑店污水處理廠的工藝流程圖污泥的厭氧消化活性污泥系統(tǒng)例1：生活污水或城市污水的處理高碑店污水處理廠的工藝流程圖污119高碑店污水處理廠的工藝流程圖初沉池曝氣池二沉池一期二期污泥處理高碑店污水處理廠的工藝流程圖初沉池曝氣池二沉池一期二期污泥處120曝氣池活性污泥好氧微生物曝氣池活性污泥121曝氣池0.1mm鐘蟲小口鐘蟲草履蟲蓋纖蟲腎形蟲變形蟲活性污泥中的后生動物輪蟲線蟲曝氣池0.1mm鐘蟲小口鐘蟲草履蟲蓋纖蟲腎形蟲變形蟲輪蟲線蟲122第三章復(fù)習(xí)1。水體環(huán)境概述2。污染物在水體中的擴散3。污染物在水體中的轉(zhuǎn)化4。水環(huán)境污染控制及管理第三章復(fù)習(xí)1。水體環(huán)境概述123目前世界各國每年消耗的淡水為2088km3/a,連同可循環(huán)用水，總量為3300km3/a，約占全球全年總徑流量的90％，其余10％流入海洋，總體看來水量豐富。世界人口增加和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展，水量需求增加；淡水資源分布不均，水源和人口分布不成比例；水污染加劇，水資源供應(yīng)不足稱為世界各國面臨的嚴(yán)重問題。目前世界各國每年消耗的淡水為2088km3/a,連同可循環(huán)用124天然水化學(xué)組成天然水中幾乎包括化學(xué)元素周期表中所有化學(xué)元素

溶解氣體：主要氣體O2,N2等，微量氣體：CH4，H2等主要離子：陰離子：Cl-,SO42-等,陽離子：K+,Na+等微量元素：I，F(xiàn)－等膠體：無機膠體，有機膠體固體懸浮物質(zhì)：砂礫，粘土等天然水化學(xué)組成125水體概念及水體污染水體：水體是地表水圈的重要組成部分，指的是以相對穩(wěn)定的陸地為邊界的天然水域，包括一定流速的河渠，江河和相對靜止的塘堰，水庫，湖泊，沼澤，以及受潮汐影響的三角洲與海洋。包括：水中懸浮物質(zhì)，溶解物質(zhì)，底泥和水生生物等水體概念及水體污染水體：126水體分類：

按類型分：海洋水體陸地水體：地表水體，地下水體區(qū)域：某一具體的被水覆蓋的地段，如太湖，洞庭湖等。水體分類：127概念判別：水質(zhì)：水相的質(zhì)量，通過水體的物理，化學(xué)和生物特征及組成狀況，反映了水體環(huán)境自然演化過程和人類活動影響的程度。水體：包括除水相以外的其他固相物質(zhì)，內(nèi)容廣泛。概念判別：128水體污染及污染源水污染指標(biāo):

懸浮物

生物化學(xué)需氧量(BOD)

化學(xué)需氧量(COD)

總有機碳(TOC)

pH值

大腸菌群數(shù)

有毒物質(zhì)水體污染及污染源水污染指標(biāo):129在人工控制的條件下，使水樣中的有機物在微生物作用下進行生物氧化，在一定時間內(nèi)所消耗的溶解氧的數(shù)量，可以間接反映出有機物的含量，以每升水（所含的污染物）所消耗的氧的毫克數(shù)來表示(mg/L)，簡稱生化需氧量(BOD)。BOD越高，表示水中需氧有機物質(zhì)越多。20℃條件下培養(yǎng)5天→BOD5在人工控制的條件下，使水樣中的有機物在微生物作用下進行生物氧130用化學(xué)氧化劑氧化水中有機污染物時所需的氧量，以每升水所消耗的氧的毫克數(shù)來表示(mg/L)，簡稱化學(xué)耗氧量(COD)。。COD越高，表示水中有機污染物污染越重。常用的氧化劑:高錳酸鉀(KMnO4)高錳酸鹽指數(shù)重鉻酸鉀(K2Cr2O7)COD用化學(xué)氧化劑氧化水中有機污染物時所需的氧量，以每升水所消耗的131水體污染源工業(yè)污染源生活污染源農(nóng)村污水和灌溉水船舶廢水點源非點源水體污染源工業(yè)污染源生活污染源農(nóng)村污水和灌溉水船舶廢水點源132水體污染物造成水體的水質(zhì)、底質(zhì)、生物質(zhì)等質(zhì)量惡化或形成水體污染的各種物質(zhì)或能量均可能成為水體污染物。

無機無毒物無機有毒物有機無毒物有機有毒物放射性污染物熱污染物病原體污染物水體污染物造成水體的水質(zhì)、底質(zhì)、生物質(zhì)等質(zhì)量惡化或形成水體污133水體的自凈所謂水體的自凈作用，是指受污染的各種水體在物理、化學(xué)和生物等作用下，水中污染物濃度自然降低的過程。水體自凈作用往往需要一定的時間，一定范圍的水域以及適當(dāng)?shù)乃臈l件，另外還決定于污染物的性質(zhì)、濃度以及排放方式等。包括:(1)物理自凈(2)化學(xué)自凈(3)生物自凈水體的自凈所謂水體的自凈作用，是指受污染的各種水體在物理、化134污染物在水體中的運動特征污染物在水體的運動形式有三種：①推移遷移；②擴散；③衰減。三種運動的作用使污染物濃度降低，稱水體“自凈作用”。

污染物在水體中的運動特征污染物在水體的運動形式有三種：135綜上所述可知：①推移作用：總量不變，分布狀態(tài)也不變；②推移+分散：總量不變，分布狀態(tài)發(fā)生變化；③推移+分散+衰減：總量變化，分布狀態(tài)變化。綜上所述可知：1361、一維穩(wěn)態(tài)模型

Dx

2c/x2－ux

c/x－Kc=0(1)其特征方程為：Dx2－ux－k=0特征根為：

1,2=ux/2Dx(1+m)式中：m=1、一維穩(wěn)態(tài)模型137當(dāng)x=0，c=c0時，上式的解為（取負值）

C=c0exp{uxx/2Dx[1－(1+4kDx/ux2)1/2]}彌散項忽略，則一維穩(wěn)態(tài)模型解為：c=c0exp(-Kxx/ux)式中c0=(Qc1+qc2)/(Q+q)

Q為河流流量；c1為河流中污染物的本底濃度；q為排入河流的污水的流量；c2為無水中的某污染物濃度；c為污染物的濃度；Dx縱向彌散系數(shù)；ux斷面平均流速；K污染物的衰減速度常數(shù)當(dāng)x=0，c=c0時，1382、二維穩(wěn)態(tài)模型：

Dx

2c/x2+Dy

2c/y2－ux

c/x－uy

c/y－kc=0(2)在均勻流場中其解析解為：C(x,y)=Q/4h(x/ux)2√(DxDy))*[exp(y-uyx/ux)2/4Dyx/ux)]*exp(-kx/ux)(2-1)忽略Dx,ux:C(x,y)=Q/(ux*h√(4Dxx/ux))*exp(-uxy2/4Dyx)*exp(-kx/ux)(2-2)

2、二維穩(wěn)態(tài)模型：139在河流有邊界條件下：才用鏡像法：C(x,y)=2*Q/(ux*h√(4Dxx/ux))*[exp(-uxy2/4Dyx)+∑exp(-ux(2nB-y)2/4Dyx+∑exp(-ux(2nB+y)2/4Dyx]*exp(-kx/ux)(2-3)

h—水深；B—河寬；其它符號同前。在河流有邊界條件下：140河流中的水質(zhì)問題一、污染物與河水的混合污染物排入河流后，從污水排放口到污染物在河流橫斷面上達到均勻分布，通常需經(jīng)歷豎向混合和橫向混合兩個階段。河流中的水質(zhì)問題一、污染物與河水的混合141豎向混合——污染物進入河流后，在較短距離內(nèi)即達到豎向的均勻分布橫向混合——污染物達到豎向均勻分布到污染物在整個斷面上達到均勻分布的過程

注：直道中，主要動力為橫向彌散作用;彎道中，橫向環(huán)流大大加速了橫向擴散豎向混合——污染物進入河流后，在較短距離內(nèi)即達到豎向的均勻分142二、生物化學(xué)分解

1.河流中的有機物經(jīng)過生物降解所產(chǎn)生的濃度變化，可由一級反應(yīng)式表示：L=L0e-Kc*t

L－t時刻有機物的剩余生物化學(xué)需氧量L0－初始時刻有機物的總生物化學(xué)需氧量Kc—含碳有機物的降解速度常數(shù)，為溫度的函數(shù)

實驗室測定Kc值：通過實驗室中測定生化需氧量（BOD）和時間的關(guān)系2.1961年，托馬斯（H·Thomas）提出了河流中BOD衰減的另一個原因—沉淀，如果反映生化作用和沉淀作用的BOD衰減速度常數(shù)分別為Kd和Ks，則Kc＝Kd+Ks

二、生物化學(xué)分解1433.1966年，K·Bosko研究了河流中生化作用的BOD衰減速度常數(shù)Kd和實驗室的數(shù)值Kc之間的關(guān)系：η為河床活度常數(shù)，綜合反映河流對有機物生化降解作用的影響。4.穩(wěn)態(tài)河流中BOD的變化規(guī)律滿足下式：5.含氮有機物排入河流后，同樣發(fā)生生物化學(xué)氧化過程：Kd＝Kc+η

uxHLc=L0〔exp（-Kcxux）〕LN=LN0〔exp（-KNxux）〕3.1966年，K·Bosko研究了河流中生化作用的144三、大氣復(fù)氧

水中溶解氧的主要來源是大氣。氧氣由大氣進入水中的質(zhì)量傳遞速度：

C-河流水中溶解氧的濃度Cs-河流水中飽和溶解氧的濃度KL-質(zhì)量傳遞系數(shù)A-氣體擴散的表面積V-水的體積

dtdC=KLAV(Cs-C)三、大氣復(fù)氧dtdC=KLAV(Cs-C)145

歐康奈爾（D.O’·Conner）和多賓斯（W·Dobbins）在1958年提出根據(jù)河流的流速、水深計算大氣復(fù)氧速度常數(shù)的方法：

飽和溶解氧濃度Cs是溫度、鹽度和大氣壓力的函數(shù)。在760mmHg壓力下，淡水中的飽和溶解氧濃度為

T為0cKL=CuxnHmCs=46831.6+T歐康奈爾（D.O’·Conner）和多賓斯（W·Do146四、光合作用

水生植物的光合作用是河流溶解氧的另一個重要來源。歐康奈爾假定光合作用的速度隨著光照強度的變化而變化。中午光照強度最大時，產(chǎn)氧速度最快，夜晚沒有光照時，產(chǎn)氧速度為零。五、藻類的呼吸作用

藻類的呼吸作用要消耗河水中的溶解氧，通常把藻類呼吸耗氧速度看作是常數(shù).六、底棲動物和沉淀物的耗氧

底泥耗氧的主要原因是由于底泥中的耗氧物返回到水中和底泥頂層耗氧物質(zhì)的氧化分解.四、光合作用147單一河段水質(zhì)模型定義：在所研究的河段內(nèi)只有一個排放口時稱該河段為單一河段坐標(biāo)：在研究單一河段時，一般把排放口置于河段的起點，即定義排放口處的縱向坐標(biāo)x＝0.S-P模型—描述河流水質(zhì)的第一個模型，由斯特里特（H?Streeter）和菲而普斯（E?Phelps）在1925年建立?；炯僭O(shè)：河流中的BOD的衰減和溶解氧的復(fù)氧都是一級反應(yīng)，反應(yīng)速度為常數(shù)；河流中的耗氧是由BOD衰減引起的，而河流中的溶解氧來源則是大氣復(fù)氧。單一河段水質(zhì)模型定義：在所研究的河段內(nèi)只有一個排放口時稱該148生物降解反應(yīng)的類別微生物參與的生物化學(xué)反應(yīng)，屬于生物降解反應(yīng)的主要有這樣一些基本反應(yīng)：氧化、水解、脫水、脫氫、脫氨基、脫羧基等.

水體中耗氧有機物的降解生物降解反應(yīng)的類別水體中耗氧有機物的降解149含氮有機物的降解

有機氮化合物降解的最終產(chǎn)物是氨，所以這個過程也被稱作氨化作用（或無機化作用）。在自然環(huán)境中，這類作用大多屬于有微生物介入的生物降解過程。含氮有機物的降解150

含氮有機物:蛋白質(zhì)、氨基酸、尿素、胺類、硝基化合物等等。它們的元素組成，除氮外還含有碳、氫、氧、硫、磷等。含氮有機物生物降解較不含氮有機物更難，其產(chǎn)物污染性強；同時，它的降解產(chǎn)物與不含氮有機物的降解產(chǎn)物會發(fā)生相互作用，影響整個降解過程。含氮有機物:蛋白質(zhì)、氨基酸、尿素、胺類、硝基化合物等等。151硝化作用

由固氮作用生成的氨或由蛋白質(zhì)等高分子含氮化合物經(jīng)降解作用后產(chǎn)生的氨，都可能在有氧條件下，經(jīng)細菌作用而硝化

硝化作用對土壤中的植物有特殊意義:1.一般植物容易吸收NO3-形態(tài)的氮，不易吸收NH3或NH4+形態(tài)的氮。2.硝酸鹽有極大可溶性，不易為土壤所阻留，這又是對植物不利的。硝化作用152反硝化作用又稱脫氮作用。在土壤中以及在水體的底泥或中間水層環(huán)境介質(zhì)中都可能發(fā)生這種作用。反硝化過程可簡單地表示如下：

其中N2和N2O是反硝化作用的主要產(chǎn)物，但一般情況下，在生成過量N2O條件下才能產(chǎn)生N2。反硝化作用1532.水體中富營養(yǎng)污染物

水體富營養(yǎng)化問題湖泊、水庫、河口、港灣等水流較緩的區(qū)域，最容易發(fā)生富營養(yǎng)化問題。這是一種由磷和氮的化合物過多排入水體后引起的二次污染現(xiàn)象。主要表現(xiàn)為水體中藻類大量繁殖，嚴(yán)重影響了水質(zhì)。2.水體中富營養(yǎng)污染物154在適宜的光照、溫度、pH值和具備充分營養(yǎng)物質(zhì)的條件下，天然水體中藻類進行光合作用，合成本身的原生質(zhì)，其總反應(yīng)式可寫為:

藻類繁殖所需要各成分,控制性因素是磷和氮，藻類繁殖的程度主要決定于水體中這兩種成分的含量，并且已經(jīng)知道能為藻類吸收的是無機形態(tài)的含磷、氮的營養(yǎng)物。在適宜的光照、溫度、pH值和具備充分營養(yǎng)物質(zhì)的條件下，天然155湖水的營養(yǎng)化程度

在湖泊水體中，凡生產(chǎn)者、還原者、消費者達到生態(tài)平衡者是屬調(diào)和型的湖泊.依據(jù)湖水營養(yǎng)化程度:貧營養(yǎng)化湖、低營養(yǎng)化湖、中營養(yǎng)化湖和富營養(yǎng)化湖。湖水的營養(yǎng)化程度156調(diào)和型湖泊的營養(yǎng)化程度可用總磷含量、總氮含量、葉綠素a含量和透明度等指標(biāo)來度量。具體數(shù)值見表1。表1湖水的營養(yǎng)化程度調(diào)和型湖泊的營養(yǎng)化程度可用總磷含量、總氮含量、葉綠素a含量157表2水體富營養(yǎng)化防治的各種方法

表2水體富營養(yǎng)化防治的各種方法

158水體富營養(yǎng)化營養(yǎng)物質(zhì)負荷模型

湖泊富營養(yǎng)化相關(guān)模型：P作為自變量，湖泊營養(yǎng)狀況作為因變量水體富營養(yǎng)化營養(yǎng)物質(zhì)負荷模型湖泊富營養(yǎng)化相關(guān)模型：P作159

湖泊、水庫完全混合箱式水質(zhì)模型：沃倫威德爾，70年代初研究北美大湖。

模型從宏觀上研究湖泊、水庫中營養(yǎng)物質(zhì)平衡的輸入－產(chǎn)出關(guān)