-污水水質(zhì)與污水出路

水污染控制工程黃高凌：E-Mail：集美大學(xué)生物工程學(xué)院講課宗旨以根本概念、根本原理為主；要求透徹理解，能夠融會(huì)貫穿，解決工程問(wèn)題。第一章污水水質(zhì)與污水出路第一節(jié)污水水質(zhì)第二節(jié)污染物在水體環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化第三節(jié)污水出路第一節(jié)污水水質(zhì)我拿什么來(lái)表達(dá)你？——污水國(guó)際通用三大類指標(biāo)：物理性指標(biāo)

化學(xué)性指標(biāo)

生物性指標(biāo)水質(zhì)分析指標(biāo)物理性指標(biāo)感官性指標(biāo)，水的色度來(lái)源于金屬化合物或有機(jī)化合物感官性指標(biāo)，水的異臭來(lái)源于還原性硫和氮的化合物、揮發(fā)性有機(jī)物和氯氣等污染物質(zhì)揮發(fā)性物質(zhì)溶解物質(zhì)固定性物質(zhì)懸浮固體物質(zhì)加速耗氧反應(yīng)，最終導(dǎo)致水體缺氧或水質(zhì)惡化造成水中溶解氧減少工業(yè)廢水常引起水體熱污染色度固體物質(zhì)嗅和味溫度水

和

污

水

中

固

體

成

分

的

內(nèi)

部

相

關(guān)

性

水和污水中雜質(zhì)顆粒分布黏土化學(xué)性指標(biāo)有機(jī)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(jī)物的量主要污染特性〔以mg/L為單位〕。有機(jī)污染物被好氧微生物氧化分解的過(guò)程，一般可分為兩個(gè)階段：第一個(gè)階段主要是有機(jī)物被轉(zhuǎn)化成二氧化碳、水和氨；第二階段主要是氨被轉(zhuǎn)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(jī)物生物氧化所需的氧量，全部生物氧化需要20~100d完成。實(shí)際中，常以5d作為測(cè)定生化需氧量的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，稱5日生化需氧量〔BOD5〕；通常以20℃為測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)溫度。BOD:biologicaloxygendemand在規(guī)定條件下微生物氧化分解污水或受污染的天然水樣中有機(jī)物所需要的氧量〔20℃，5d〕。BOD與CBOD、NBOD時(shí)間/d需氧量/（mg·L-1）BODL與BOD5時(shí)間/d化學(xué)性指標(biāo)有機(jī)物化學(xué)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(qiáng)。廢水中無(wú)機(jī)的復(fù)原性物質(zhì)同樣被氧化。如果廢水中有機(jī)物的組成相對(duì)穩(wěn)定，那么化學(xué)需氧量和生化需氧量之間應(yīng)有一定的比例關(guān)系：生活污水通常在0.4~0.5。

COD:chemicaloxygendemand用化學(xué)方法氧化分解廢水水樣中有機(jī)物過(guò)程中所消耗的氧化劑量折合成氧量〔O2〕〔mg/L〕。根據(jù)BOD/COD的比值可以初步評(píng)介污水的可生化性。BOD/COD越大，表示生化需氧量在總的耗氧量中占的比例越大，那么污水中能生化降解的污染物越多，越容易用生化法處理，即“可生化性〞越好。BOD/COD數(shù)值不是絕對(duì)的，一般來(lái)說(shuō)：BOD/COD0.4可生化性較好，適合于用生化處理方法。BOD/COD=0.3-0.4可生化性一般，可以用生化處理方法。BOD/COD=0.2-0.3可生化性較差，需馴化后用生化處理方法。BOD/COD0.2可生化性很差，不適合于用生化處理方法?；瘜W(xué)性指標(biāo)有機(jī)物總有機(jī)碳〔TOC〕和總需氧量〔TOD〕TOC:totalorganismcarbon在950℃高溫下，以鉑作為催化劑，使水樣氣化燃燒，然后測(cè)定氣體中的CO2含量，從而確定水樣中碳元素總量。測(cè)定中應(yīng)該去除無(wú)機(jī)碳的含量。各種水質(zhì)之間TOC或TOD與BOD不存在固定的相關(guān)關(guān)系。在水質(zhì)條件根本不變的條件下，BOD與TOC或TOD之間存在一定的相關(guān)關(guān)系。TOD:totaloxygendemand在900~950℃高溫下，將污水中能被氧化的物質(zhì)〔主要是有機(jī)物，包括難分解的有機(jī)物及局部無(wú)機(jī)復(fù)原物質(zhì)〕，燃燒氧化成穩(wěn)定的氧化物后，測(cè)量載氣中氧的減少量，稱為總需氧量〔TOD〕。TOD測(cè)定方便而快速。TOC和TOD都是儀器分析指標(biāo)，測(cè)定一個(gè)工程只需要2min，適用于實(shí)驗(yàn)室分析和現(xiàn)場(chǎng)在線分析，而BOD和COD測(cè)定一個(gè)工程分別需要5day和2hr，一般只適用于實(shí)驗(yàn)室分析，難以及時(shí)反映污水水質(zhì)的變化。目前商品COD在線分析儀都不是采用標(biāo)準(zhǔn)的COD分析方法。污水有機(jī)物指標(biāo)之間的關(guān)系有機(jī)碳量需氧量TOCTODCODcrBODLBOD5CODMn化學(xué)性指標(biāo)有機(jī)物油類污染物石油類：來(lái)源于工業(yè)含油污水。動(dòng)植物油脂：產(chǎn)生于人的生活過(guò)程和食品工業(yè)。油類污染物進(jìn)入水體后影響水生生物的生長(zhǎng)、降低水體的資源價(jià)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(jìn)入海洋，改變海水的反射率和減少進(jìn)入海洋表層的日光輻射，對(duì)局部地區(qū)的水文氣象條件可能產(chǎn)生一定影響。大面積油膜將阻礙大氣中的氧進(jìn)入水體，從而降低水體的自凈能力。石油污染對(duì)幼魚和魚卵的危害很大，堵塞魚的鰓部，能使魚蝦類產(chǎn)生石油臭味，降低水產(chǎn)品的食用價(jià)值。破壞風(fēng)景區(qū)，危害鳥類生活?；瘜W(xué)性指標(biāo)有機(jī)物酚類污染物酚污染來(lái)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(zhì)毒物，可使蛋白質(zhì)凝固，引起神經(jīng)系統(tǒng)中毒。酚濃度低時(shí)，能影響魚類的洄游繁殖。酚濃度達(dá)0.1～0.2mg/L時(shí)，魚肉有酚味。酚濃度高會(huì)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(zhǎng)速度，有時(shí)甚至使其停止生長(zhǎng)。酚能與飲用水消毒氯產(chǎn)生氯酚，具有強(qiáng)烈異臭〔0.001mg/L即有異味，排放標(biāo)準(zhǔn)0.5mg/L〕。灌溉用水酚濃度超過(guò)5mg/L時(shí),農(nóng)作物減產(chǎn)甚至枯死。化學(xué)性指標(biāo)無(wú)機(jī)性指標(biāo)植物營(yíng)養(yǎng)元素pH和堿度重金屬過(guò)多的氮、磷進(jìn)入天然水體，易導(dǎo)致富營(yíng)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(yíng)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(hào)21－83，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6～9之間。當(dāng)天然水體遭受酸堿污染時(shí)，pH發(fā)生變化，消滅或抑制水體中生物的生長(zhǎng)，妨礙水體自凈，還可腐蝕船舶。堿度指水中能與強(qiáng)酸定量作用的物質(zhì)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，抑制微生物生長(zhǎng)，使蛋白質(zhì)凝固;逐級(jí)富集至人體，影響人體健康。含氮化合物氮是有機(jī)物中除碳以外的一種主要元素，也是微生物生長(zhǎng)的重要元素。污水中的氮有四種，即有機(jī)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(jìn)藻類等浮游生物的繁殖，形成水華、赤潮；引起魚類死亡，導(dǎo)致水質(zhì)迅速惡化。關(guān)于氮的幾個(gè)指標(biāo)：有機(jī)氮：主要指蛋白質(zhì)和尿素。TN：一切含氮化合物以N計(jì)量的總稱。TKN：TN中的有機(jī)氮和氨氮，不包括亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮。氨氮：有機(jī)氮化合物的分解，或直接來(lái)自含氮工業(yè)廢水。NOx-N：亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮。含磷化合物磷也是有機(jī)物中的一種主要元素，是僅次于氮的微生物生長(zhǎng)的重要元素。磷主要來(lái)自：人體排泄物以及合成洗滌劑、牲畜飼養(yǎng)場(chǎng)及含磷工業(yè)廢水。危害：促進(jìn)藻類等浮游生物的繁殖，破壞水體耗氧和復(fù)氧平衡；使水質(zhì)迅速惡化，危害水產(chǎn)資源。含磷化合物有機(jī)磷有機(jī)磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等無(wú)機(jī)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-)

pH值和堿度酸堿度用pH值表示。pH=7時(shí)，污水呈中性；pH<7時(shí),數(shù)值越小，酸性越強(qiáng)；pH>7時(shí)，數(shù)值越大，堿性越強(qiáng)。當(dāng)pH值超出6～9的范圍時(shí)，會(huì)對(duì)人、畜造成危害，并對(duì)污水的物理、化學(xué)及生物處理產(chǎn)生不利影響。尤其是酸性污水對(duì)管渠、污水處理構(gòu)筑物及設(shè)備產(chǎn)生腐蝕作用。因此pH值是污水化學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo)。堿度指污水中含有的、能與強(qiáng)酸產(chǎn)生中和反響的物質(zhì)，亦即H+離子的受體，主要包括三種：①氫氧化物堿度，即OH-離子含量；②碳酸鹽堿度，即CO32-離子含量；③重碳酸鹽堿度即HCO3-離子含量。污水的堿度可用下式表達(dá)：[堿度]＝[OH-]+[CO32-]+[HCO3-]重金屬重金屬指原子序數(shù)在21—83之間的金屬或相對(duì)密度大于4的金屬。污水中重金屬主要有汞(Hg)、鎘(Cd)、鉛(Pb)、鉻(Cr)、鋅(Zn)、銅(Cu)、鎳(Ni)、錫(Sn)、鐵(Fe)、錳(Mn)等。生活污水中的重金屬離子主要來(lái)源于人類排泄物；冶金、電鍍、陶瓷、玻璃、氯堿、電池、制革、照相器材、造紙、塑料及顏料等工業(yè)廢水，都含有不同的重金屬離子。特別是汞、鎘、鉛、鉻、砷以及它們的化合物，稱為“五毒〞。污水中含有的重金屬難以凈化去除。在污水處理的過(guò)程中，重金屬離子濃度的60％左右被轉(zhuǎn)移到污泥中，往往使污泥中的重金屬含量超過(guò)我國(guó)農(nóng)業(yè)部規(guī)定的?農(nóng)用污泥標(biāo)準(zhǔn)?(GB4284-84)，使污泥不能作為肥料加以利用。我國(guó)?污水排入城市排水系統(tǒng)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)?(CJ18--86)，對(duì)工業(yè)廢水排人城市排水系統(tǒng)的重金屬離子最高允許濃度有明確規(guī)定，超過(guò)此標(biāo)準(zhǔn)者，必需在工礦企業(yè)內(nèi)進(jìn)行局部處理。非重金屬無(wú)機(jī)污染物

1)氰化物污水中的氰化物主要來(lái)自電鍍、焦化、高爐煤氣、制革、塑料、農(nóng)藥以及化纖等工業(yè)廢水，氰化物是劇毒物質(zhì)，人體攝人致死量是0.05～0.12g。氰化物在污水中的存在形式是無(wú)機(jī)氰(如氫氰酸HCN，氰酸鹽CN-)及有機(jī)氰化物(稱為腈，如丙烯腈)。

2)砷化物污水中的砷化物主要來(lái)自化工、有色冶金、焦化、火力發(fā)電、造紙及皮革等工業(yè)廢水。砷化物在污水中的存在形式是無(wú)機(jī)砷化物(如亞砷酸鹽，砷酸鹽)以及有機(jī)砷(如三甲基砷)。對(duì)人體的毒性排序?yàn)橛袡C(jī)砷>亞砷酸鹽>砷酸鹽。砷會(huì)在人體內(nèi)積累，屬致癌物質(zhì)(致皮膚癌)之一。生物性指標(biāo)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(dǎo)致水體缺氧來(lái)源及危害水中細(xì)菌總數(shù)反映了水體有機(jī)污染程度和受細(xì)菌污染的程度。常以細(xì)菌個(gè)數(shù)/mL計(jì)。飲用水：<100個(gè)/mL醫(yī)院排水：<500個(gè)/mL細(xì)菌總數(shù)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(shù)/L計(jì)。飲用水：<3個(gè)/L城市排水：<10000個(gè)/L

游泳池：<1000個(gè)/L大腸菌群融會(huì)貫穿各水質(zhì)指標(biāo)間的關(guān)系第二節(jié)污染物在水體環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化水體的自凈作用河流的自凈作用是指河水中的污染物質(zhì)在河水向下游流動(dòng)中濃度自然降低的現(xiàn)象。根據(jù)凈化機(jī)制分為三類物理凈化：稀釋、擴(kuò)散、沉淀化學(xué)凈化：氧化、還原、分解生物凈化：水中微生物對(duì)有機(jī)物的氧化分解作用污水排入河流的混合過(guò)程豎向混合階段：污染物排入河流后因分子擴(kuò)散、湍流擴(kuò)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(dá)到濃度分布均勻，從排放口到深度上達(dá)到濃度分布均勻的階段稱為豎向混合階段，同時(shí)也存在橫向混合作用。

橫向混合階段：當(dāng)深度上達(dá)到濃度分布均勻后，在橫向上還存在混合過(guò)程。經(jīng)過(guò)一定距離后污染物在整個(gè)橫斷面上達(dá)到濃度分布均勻，這一過(guò)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(dòng)的過(guò)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。物理凈化持久污染物的稀釋擴(kuò)散當(dāng)持久性污染物隨污水穩(wěn)態(tài)排入河流后，經(jīng)過(guò)混合過(guò)程到達(dá)充分混合階段時(shí)，污染物濃度可由質(zhì)量守恒原理得出河流完全混合模式：式中：ρ——排放口下游河水的污染物濃度；ρw，qvw——污水的污染物濃度和流量；ρh，qvh——上游河水的污染物濃度和流量。河斷面到達(dá)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(jù)質(zhì)量守恒原理，其變化過(guò)程可用下式描述：式中：u——河水流速；x——初始點(diǎn)至下游x斷面處的距離；Mx——縱向分散系數(shù)；K——污染物分解速度常數(shù)；ρ0——初始點(diǎn)的污染物濃度；ρ——x斷面處的污染物濃度。非持久性污染物的稀釋擴(kuò)散和降解化學(xué)凈化

水體中的污染物通過(guò)氧化、復(fù)原、酸堿反響、分解合成、吸附凝聚(屬物理化學(xué)作用)等過(guò)程，使存在形態(tài)發(fā)生變化及濃度降低，但總量不減.

生物凈化作用有機(jī)物質(zhì)排人河流后，可被水中微生物氧化分解，同時(shí)消耗水中的溶解氧(DO)。所以，受有機(jī)物污染的河流，水中溶解氧的含量受有機(jī)物的降解過(guò)程控制。溶解氧含量是使河流生態(tài)系統(tǒng)保持平衡的主要因素之一。溶解氧的急劇降低甚至消失，會(huì)影響水體生態(tài)系統(tǒng)平衡和漁業(yè)資源，當(dāng)DO<lmg／L時(shí)，大多數(shù)魚類便窒息而死，因此研究DO的變化規(guī)律具有重要的實(shí)際意義。水體污染與恢復(fù)氧垂曲線——Streeter-Phelps方程氧垂曲線可分為三段：第一段：a～o段，耗氧速率大于復(fù)氧速率，水中溶解氧含量大幅度下降，虧氧量增加，直至耗氧速率等于復(fù)氧速率。o點(diǎn)處，溶解氧量最低，虧氧量最大，稱o點(diǎn)為臨界虧氧點(diǎn)、最缺氧點(diǎn)或氧垂點(diǎn)；第二段o~b段，復(fù)氧速率開(kāi)始超過(guò)耗氧速率，水中溶解氧開(kāi)始大幅度上升，虧氧量逐漸減少，直至轉(zhuǎn)折點(diǎn)b；第三段b點(diǎn)以后，溶解氧含量繼續(xù)上升，虧氧量繼續(xù)減少，直至恢復(fù)到排污口前的狀態(tài)。耗氧——有機(jī)物排人河流后，經(jīng)微生物降解而大量消耗水中的溶解氧，使河水缺氧，虧氧量增大；復(fù)氧——另一方面，空氣中的氧通過(guò)河流水面不斷地溶入水中，使溶解氧逐步得到恢復(fù)。氧垂曲線——由于耗氧與復(fù)氧是同時(shí)存在，河水中的DO與BOD5濃度隨河水下流而變化，其模式見(jiàn)以下圖。污水排人后，DO曲線呈懸索狀下垂，故稱為氧垂曲線；BOD5曲線呈逐步下降狀，直至恢復(fù)到污水排人前的基值濃度。氧垂曲線：水體受到污染后，水體中溶解氧逐漸被消耗，到臨界點(diǎn)后又逐步上升的變化過(guò)程，稱氧垂曲線。有機(jī)物降解：氧垂曲線的求解：某點(diǎn)處的氧缺乏量變化速率是該處耗氧速率和復(fù)氧速率之和：求解得某點(diǎn)的虧氧量：某點(diǎn)的溶解氧：ρc=ρcs-ρD到達(dá)最缺氧點(diǎn)時(shí)間dρD/dt=0：氧垂曲線方程式工程意義在于：

1)

用于分析受有機(jī)物污染的河水中溶解氧的變化動(dòng)態(tài)，推求河流的自凈過(guò)程及其工作環(huán)境容量，進(jìn)而確定可排入河流的有機(jī)物的最大限量。

2〕推算確定最大缺氧點(diǎn)即氧垂點(diǎn)的位置及到達(dá)時(shí)間，并以此制定河流水體防護(hù)措施。污染物在河流中的擴(kuò)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(jìn)入海洋前的感潮河段。河口污染物的遷移轉(zhuǎn)化受潮汐影響，受漲潮、落潮、平潮時(shí)的水位、流向和流速的影響。湖泊水庫(kù)的貯水量大，但水流一般比較慢，污染物的稀釋、擴(kuò)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異很大。污染物在地下水中的遷移轉(zhuǎn)化受多種因素影響，地下水一旦污染，要恢復(fù)原狀非常困難。污染物在不同水體中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律第三節(jié)污水出路污水的最終出路排放水體工農(nóng)業(yè)利用地下水回灌污水排放水體的限制污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)GB8978—1996城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)

GB18918—2002

海洋水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3097地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3838—2002對(duì)人體健康不應(yīng)產(chǎn)生不良影響對(duì)環(huán)境質(zhì)量和生態(tài)系統(tǒng)不應(yīng)產(chǎn)生不良影響對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量不應(yīng)產(chǎn)生不良影響應(yīng)符合應(yīng)用對(duì)象對(duì)水質(zhì)的要求或標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為使用者和公眾所接受回用系統(tǒng)在技術(shù)上可行，操作簡(jiǎn)便價(jià)格應(yīng)比自來(lái)水低廉應(yīng)有平安使用的保障污水回用應(yīng)滿足的要求城市污水回用的幾個(gè)方面城市生活用水和市政用水農(nóng)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(chǎn)用水冷卻用水鍋爐補(bǔ)充水其他雜用水補(bǔ)充：水污染的防治

1.清潔生產(chǎn)國(guó)際上的潮流，國(guó)內(nèi)開(kāi)展的方向