水污染與治理(第一章)

第二章水污染與治理2.1水污染治理的一般概念2.1.1水資源現(xiàn)狀2.1.2水體污染源與污染物2.1.3水質(zhì)指標(biāo)與排放標(biāo)準(zhǔn)2.1.4水循環(huán)與水體自凈2.1.5水污染治理的一般過程2.1.1水資源現(xiàn)狀由于陸地水資源分布與人口分布的不一致，以及地理?xiàng)l件限制等原因，可供利用的水資源遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于以上比例。例如：北京市人均可利用水資源只有300m3,遠(yuǎn)小于上述人均值。14.1億立方公里人均2.35億m3人均1萬2千m3我國水資源特點(diǎn)1.

人均占有量少淡水總量在全世界占第6位。但人均占有量只有2340m3/人年（以12億人口計(jì)），是世界平均值的1/4，占88位。

2.

空間分布不均81％的水資源分布在長江流域及其以南東南地區(qū)降水量可達(dá)1600mm，造成澇災(zāi)西北地區(qū)降水只有500mm，少的地區(qū)不到200mm3.

年內(nèi)及年際變化大60－80％降水集中在夏季；年際變化差3－6倍（大時(shí)）

4.

許多地區(qū)缺水嚴(yán)重三北（西北、華北、東北）和沿海（青島、大連）在640個(gè)城市中，300多個(gè)城市缺水,但同時(shí)水污染問題嚴(yán)重。我國的水污染現(xiàn)狀污水處理率低：污水年排放排放量接近400億m3。工業(yè)廢水處理率約80％，達(dá)標(biāo)排放的只有60％城市污水處理率<60％90％以上的城市水域受到污染。特別嚴(yán)重的水系：三河：淮河、海河、遼河。湖泊富營養(yǎng)化嚴(yán)重：滇池、巢湖、太湖50％左右地下水水質(zhì)受到污染50％以上的重點(diǎn)城鎮(zhèn)飲用水源不符合標(biāo)準(zhǔn)

2.1.2水體污染源與污染物污染源工業(yè)廢水城市生活廢水交通運(yùn)輸污染養(yǎng)殖業(yè)污染農(nóng)業(yè)、農(nóng)村面源污染

水體污染物固體污染物—懸浮物危害：沉淀后產(chǎn)生污泥淤積降低水體透光度，降低水體生物活性及生物量,危害水生生物，特別是水生動(dòng)物衡量指標(biāo)：懸浮顆粒物SS(suspendedsolid)測量標(biāo)準(zhǔn)：0.45微米濾膜過濾截留耗氧（或需氧）有機(jī)物容易被微生物分解的動(dòng)植物殘骸或代謝物等。由于其快速分解耗盡水體中的溶解氧，導(dǎo)致水體好氧生物死亡，厭氧生物繼發(fā)性占優(yōu)勢地位，于是有機(jī)物厭氧分解產(chǎn)生有毒氣、液產(chǎn)物，繼而毒害其他水生動(dòng)植物。無機(jī)物營養(yǎng)物質(zhì)一般指N、P等營養(yǎng)元素。如果水體中營養(yǎng)元素超標(biāo)，在適當(dāng)條件下會導(dǎo)致光合細(xì)菌爆發(fā)，繼后大量死亡分解，耗盡水體溶解氧，導(dǎo)致水體失衡甚至死亡。該現(xiàn)象稱之為富營養(yǎng)化現(xiàn)象。富營養(yǎng)化越來越被發(fā)現(xiàn)是一項(xiàng)難于解決的重要環(huán)境問題。毒性物質(zhì)無機(jī)毒物：重金屬（Hg,Cd,Cr,As,

Pt)有機(jī)毒物：有機(jī)農(nóng)藥，多氯聯(lián)苯、稠環(huán)芳烴、鹵代酚、雜環(huán)化合物其它無機(jī)毒物（亞硝酸鹽、氟化物）生物污染物病毒、細(xì)菌、寄生蟲等油脂類污染物石油及其產(chǎn)品污染稱為第一類水體污染物，為嚴(yán)格控制的水質(zhì)指標(biāo)2.1.3水質(zhì)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)常用廢水水質(zhì)指標(biāo)物理性質(zhì)：色度，水溫，濁度，懸浮顆?；瘜W(xué)性質(zhì)：pH、有機(jī)物、耗氧量（DO）、溶解性固體、有毒物、NH3-N、TN、TP有機(jī)物綜合指標(biāo)：生物需氧量（BOD）、化學(xué)需氧量（COD）、TOD（總需氧量）單項(xiàng)指標(biāo)：重金屬含量等生物學(xué)指標(biāo)：細(xì)菌總數(shù)、大腸菌數(shù)

幾個(gè)常見的簡化表示說明:SS(SuspendedSolid)DO(DssolvedOxygen)BOD(Bio-chemicalOxygenDemand)COD(ChemicalOxygenDemand)TOD(TotalOxygenDemand)TN（TotalNitrogen)TP(TotalPhosphorus)其他水質(zhì)指標(biāo)（略）地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)污水排放質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)各種工業(yè)污水排放標(biāo)準(zhǔn)飲用水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田灌溉用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GHZB1-1999）

水體分類：I類主要適用于源頭水、國家自然保護(hù)區(qū)；II類主要適用于集中式生活飲用水水源地一級保護(hù)區(qū)、珍貴魚類保護(hù)區(qū)、魚蝦產(chǎn)卵區(qū)；III類主要適用于集中式生活飲用水水源地二級保護(hù)區(qū)、一般魚類保護(hù)區(qū)及游泳區(qū)；IV類主要適用于一般工業(yè)用水區(qū)及人體非直接接觸的娛樂用水區(qū)；V類主要適用于農(nóng)業(yè)用水區(qū)及一般景觀要求區(qū)域劣V類低于以上五類標(biāo)準(zhǔn)的天然水體。污水排放質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)各種工業(yè)污水排放標(biāo)準(zhǔn)污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB8978－1996）將污染物分成兩類：

I類（13項(xiàng)）對人體健康產(chǎn)生長遠(yuǎn)影響，不允許稀釋，一律執(zhí)行嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)

II類（56項(xiàng)）長遠(yuǎn)影響小于I類按排放區(qū)域不同執(zhí)行不同的標(biāo)準(zhǔn)。

第一類污染物最高允許排放濃度2.1.4水循環(huán)與水體自凈水的自然循環(huán)水體自凈概念：進(jìn)入水體的污染物，通過自然界的物理、化學(xué)和生物等方面作用，使污染物濃度逐步降低，經(jīng)過一段時(shí)間后，水體恢復(fù)到受污染之前的狀態(tài)。機(jī)理：物理過程：擴(kuò)散、稀釋、沉淀、混合等化學(xué)或物化過程：氧化、還原、分解、中和、吸附等生化及生物過程：微生物氧化分解有機(jī)物典型城市污水處理系統(tǒng)流程廢水的三級處理系統(tǒng)一級處理系統(tǒng)：主要解決懸浮固體、膠體、懸浮油類等污染物質(zhì)的分離。主要處理方法有：格柵、沉淀、過濾、混凝等。二級處理系統(tǒng)：主要解決可分解或氧化的呈膠狀或溶解狀的有機(jī)污染物的去除問題，多采用較為經(jīng)濟(jì)的生物化學(xué)處理法。三級處理系統(tǒng)：主要用以處理難以分解的有機(jī)物和溶液中的無機(jī)物等污染物。處理方法一般有：吸附、消毒、離子交換、膜過濾、化學(xué)處理法等。城市污水處理系統(tǒng)組成（1）格柵：廢水進(jìn)入處理廠遇到的第一個(gè)設(shè)施通常就是格柵。目的：去除會阻塞或卡住泵、閥及其它機(jī)械設(shè)備的大顆粒物質(zhì)，下水道廢水中的破布、木材及其它顆粒較大的物質(zhì)被格柵去除。以機(jī)械方式清除格柵上的攔截物。定期填埋。格柵的種類有粗隙柵（間隙大于40mm）、細(xì)隙柵（間隙5～40mm),從清渣方式上分為人工清渣與機(jī)械清渣，一般機(jī)械清渣格柵的間隙范圍在5～40mm。城市污水處理系統(tǒng)（2）沉沙池：目的：去除惰性的、較重的物質(zhì)，如沙子、碎玻璃、淤泥及卵石。若這些物質(zhì)在廢水中未被去除，將會磨損泵及其它機(jī)械設(shè)備。初沉池：經(jīng)過格柵與沉砂池后，廢水中仍含有較輕的有機(jī)懸浮固體，其中一部分可在沉淀池中通過重力沉降除去，沉淀下來的固體稱為初沉池污泥（rawsludge）。可利用機(jī)械刮除器或泵從沉淀池中去除，再進(jìn)一步處理。城市污水處理系統(tǒng)（3）生化系統(tǒng)：將廢水與活性污泥（微生物）混合攪拌（厭氧或者好氧），使廢水中的有機(jī)污染物分解，生物固體隨后從已處理廢水中分離，并可根據(jù)需要將部分污泥回流到曝氣池中。微生物與有機(jī)物完全混合，微生物利用有機(jī)物為食物而生長。微生物通過自身作用，單個(gè)微生物就會凝聚而形成微生物團(tuán)塊（生物絮體），稱為污泥（活性和顆粒）城市污水處理系統(tǒng)（3）二次沉淀池：曝氣池中活性污泥和廢水混合液從曝氣池流到二次沉淀池，以使活性污泥沉降下來。二沉池中大部分的沉淀污泥又回流到曝氣池中，以維持較高的微生物濃度，快速去除有機(jī)物。該工藝中污泥產(chǎn)生量通常多于需要量，多余的污泥排放到污泥處理系統(tǒng)中被進(jìn)一步處置或利用。城市污水處理系統(tǒng)（4）三級處理單元雖然二級處理加上消毒工藝可去除85%以上的BOD5和懸浮固體以及幾乎所有的致病菌,但對氮、磷、溶解性COD、重金屬等污染物的去除較少。在許多情況下，這些污染物可能更令人關(guān)心。無法在二級處理中去除的污染物可以通過三級廢水處理或高級廢水處理過程去除。這些工藝除了可以解決不易處理的污染問題外，還可改善出水水質(zhì)，以滿足許多回用的目的，將廢水轉(zhuǎn)變?yōu)榭稍倮玫馁Y源。深度處理單元往往由于三級出水的使用目的及達(dá)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)而有很大的不同。例如對富營養(yǎng)化物質(zhì)N、P的去除就可能選用生物強(qiáng)化脫氮除磷，也可能選擇化學(xué)沉淀或吸附工藝。

水處理與水工業(yè)水工業(yè)概念水工業(yè)包含了從事水的開采、凈化、供給、保護(hù)和再生的一條龍模式。是經(jīng)過多次檢驗(yàn)的行之有效的，既使水資源合理利用，又能夠保護(hù)水資源免遭破壞的“水的可持續(xù)利用與保護(hù)”的良性開發(fā)模式。

水處理與水工業(yè)水處理在水工業(yè)鏈條中的作用給水處理：天然水源水――》凈化處理——》生活用水＋生產(chǎn)用水廢水處理：生活／工業(yè)廢水――》凈化處理――》排放到環(huán)境中(或回用)水處理與水工業(yè)水的梯級利用與水再生技術(shù)城市廢水處理一般工藝單元過程：包括過濾、沉淀、反應(yīng)（化學(xué)、生化）、氧化消毒等，可歸類為物理過程、化學(xué)過程、物化過程、生化過程。第二章水污染與治理

2.2廢水物理處理方法與過程2.2.1調(diào)節(jié)2.2.2過濾2.2.3沉淀2.2.4氣浮

2.2廢水物理處理方法2.2.1調(diào)節(jié)由于廢水流量在時(shí)間分布的差異及濃度分布的差異，在進(jìn)入廢水處理過程之前往往需要設(shè)置調(diào)節(jié)池。調(diào)節(jié)池的目的為保證污水處理單元的進(jìn)水流量與污染物濃度變化盡量平緩。0:006:0012:0018:0024:00廢水流量平均日流量調(diào)節(jié)池式型

調(diào)節(jié)池型式多樣，其中一種如下圖所示特點(diǎn)：兩路相對水流行走路徑長短不等，等于不同時(shí)刻的來水進(jìn)行混合。池底設(shè)有重力沉渣收集斗，便于清除污泥。調(diào)節(jié)池的均量均量調(diào)節(jié)池的目的是在進(jìn)水流量不穩(wěn)定條件下，保證出水流量穩(wěn)定，這就涉及到均量池的大小設(shè)計(jì)問題。以下舉例講解：24小時(shí)進(jìn)水流量曲線累積進(jìn)水量與池中水量曲線均量調(diào)節(jié)池的容積計(jì)算：1、為保證出水穩(wěn)定，在0時(shí)刻，池中至少應(yīng)存有前18小時(shí)的累積最大負(fù)流量偏差體積；圖中該值為220m3。2、在24時(shí)存水與0時(shí)存水為同一點(diǎn)情況下，推算之前6小時(shí)內(nèi)的最大累積正流量偏差體積；圖中該值為90m3。3、該調(diào)節(jié)池的最小體積為：220+90=310m3。均量調(diào)節(jié)池流程調(diào)節(jié)池的均質(zhì)均質(zhì)的目的：保證后續(xù)反應(yīng)器進(jìn)水（調(diào)節(jié)池出水）在一個(gè)較為恒定的操作條件下，以便后續(xù)反應(yīng)能夠正常進(jìn)行。均質(zhì)池的計(jì)算：

簡單均質(zhì)池的物料衡算

其中：V為均質(zhì)池容積，Q為進(jìn)出水流量，C1、C2分別為進(jìn)出水濃度。調(diào)節(jié)池的均量均質(zhì)實(shí)際調(diào)節(jié)池出水的平均濃度計(jì)算

其中：Ci為ΔTi時(shí)段廢水平均濃度，qi為Δ

Ti時(shí)段廢水平均流量，其中ΔT＝ΣΔTi調(diào)節(jié)池容積計(jì)算：

V＝qΔT／λ=Σ(qiΔ

Ti)／λ

其中λ為容積利用系數(shù)。對于示例調(diào)節(jié)池型式，λ＝2×0.7例題已知某化工廠的酸性廢水的日平均流量為1000m3/d,廢水流量及鹽酸濃度如下表，求6h的平均濃度及調(diào)節(jié)池容量解：由表作圖可以看出，廢水流量及濃度的較高時(shí)間段在12－18h之間。此6h的廢水平均濃度為：

采用前述調(diào)節(jié)池型式，調(diào)節(jié)池容積為：

取調(diào)節(jié)池有效水深1.5m，則面積137m2,

取池寬9m，池長15m，縱向隔板間距1.5m，將池寬分為6格，沿長度方向設(shè)3個(gè)沉渣斗，寬度方向設(shè)2個(gè)沉渣斗，共設(shè)6個(gè)沉渣斗。沉渣斗底坡角度取45。。均質(zhì)調(diào)節(jié)池的形式2.2.2過濾格柵與篩網(wǎng)過濾格柵間隙尺寸：5－75mm篩網(wǎng)孔隙尺寸：<5mm作用與功能：去除較大顆粒固體，減輕后續(xù)處理負(fù)荷；回收部分有用物質(zhì)；保護(hù)水力輸送機(jī)械免受破壞。粗格柵耙式鉸鏈傳動(dòng)除渣細(xì)格柵螺旋式除渣濾料過濾作用：去除濁度，濁度<5度，同時(shí)可去除一部分細(xì)菌、病毒機(jī)理：表層細(xì)砂層粒徑為0.5mm，濾料孔隙率為80um，但進(jìn)入濾池的顆粒尺寸大部分小于30um，但仍能被去除。不光是簡單的機(jī)械篩濾，還有接觸粘附的作用。主要有兩個(gè)過程：遷移和粘附

應(yīng)用：?給水處理原水－混凝沉淀/澄清－過濾原水－微絮凝－過濾（微絮凝過濾）原水－加藥－過濾（接觸過濾）?廢水處理原水－生物處理－過濾過濾罐2.2.3沉淀沉淀原理利用顆粒與水的密度之差，比重>1，下沉； 比重<1，上浮水處理中沉淀類型自由沉淀：離散顆粒、在沉淀過程中，下沉速度不受干擾（沉砂池、初沉池前期）絮凝沉淀：絮凝性顆粒，在沉淀過程中沉速增加（互相粘結(jié)）（初沉池后期、二沉池前期、給水混凝沉淀）擁擠沉淀：顆粒濃度大，相互間發(fā)生干擾，分層（高濁水、二沉池、污泥濃縮池）壓縮沉淀：顆粒間相互擠壓，下層顆粒間的水在上層顆粒的重力下擠出，污泥得到濃縮應(yīng)用場合給水處理――混凝沉淀，高濁預(yù)沉廢水處理――沉砂池（去除無機(jī)物）初沉池（去除懸浮有機(jī)物）二沉池（活性污泥與水分離）

沉淀池分類平流式

輻流式豎流式斜板式沉淀區(qū)設(shè)計(jì)需要了解兩個(gè)重要參數(shù)：絮體沉降速率Vs和沉降池運(yùn)行的設(shè)計(jì)速率V0。顆粒向下沉降的同時(shí)，水流垂直地上升。顆粒從沉降池底部去除而不會隨出水流走的條件：Vs>V0。設(shè)計(jì)中需要確定顆粒的沉降速率，并將溢流率設(shè)定為較低的數(shù)值。對于上流式沉降池，V0=50%~70%Vs。V1VsV0Vs流速Q(mào)，顆粒+液體沉淀顆粒V0=Q/As表面積As液體上流式沉淀池中的沉降情況V0-水流速率；Vs-顆粒的最終沉降速率輻流式沉淀池

重要設(shè)計(jì)指標(biāo)：溢流率（overflowrate）：水的上升速率，有時(shí)也稱為表面負(fù)荷率，單位為m3/(d?m2)，表示單位面積上的流量（m3/d）。可以看成每天每平方米的沉淀池表面積上所流經(jīng)的水量，與負(fù)荷類似。與液體速率相同（m/s）。平流式沉淀池理想的平流式沉淀池符合以下三個(gè)假設(shè)：①顆粒與水流的流速均勻地分布在沉淀池截面上；②顆粒均勻分布，沉速不變，等速下沉，水平分速等于v；③任何顆粒只要接觸到池底就認(rèn)為被去除。理想的平流式沉淀池中顆粒去除情況假設(shè)一顆粒在A點(diǎn)，若要將其從水中去除，則該顆粒需要有足夠大的沉降速度，以確保在水流通過沉淀池的停留時(shí)間內(nèi)能夠到達(dá)沉淀池的底部，即沉降速度至少應(yīng)該等于沉淀池的深度除以停留時(shí)間：Vs=h/t0。顆粒的沉降速率必須大于或等于沉降池的溢流率。當(dāng)顆粒沉降速率Vs大于或等于溢流率V0時(shí)，如果沉淀池深度較大時(shí)則沉降速率等于V0的顆粒將無法完全去除。不過在較低深度處進(jìn)入沉淀池的顆粒，可以到達(dá)底部，所以會發(fā)生部分去除的現(xiàn)象。hlVlVsA沉淀池計(jì)算示例某水處理廠的設(shè)計(jì)流量為0.5m3/s，設(shè)計(jì)溢流率為32.5m3/(dm2)，確定沉淀池的表面積。假設(shè)典型溢流設(shè)計(jì)值為20m3/(dm2)，計(jì)算沉淀池的表面積，并將這兩個(gè)值進(jìn)行比較。停留時(shí)間為95分鐘，確定沉淀池的深度。解：（1）計(jì)算表面積：首先換算流量單位：0.5m3/s=43200m3/d；As=Q/V0=43200/32.5=1330m2。一般沉淀池的長寬比介于2：1~5：1之間，而長度很少超過100米。一般情況下，最少設(shè)計(jì)2個(gè)沉淀池。若按照2個(gè)池設(shè)計(jì)，假定池寬12米，總表面積為1330m2：1330m2/(2*12m)=55m。長寬比為55m/12m=4~5，符合一般沉淀池長寬比要求。（2）確定沉淀池的深度：沉淀區(qū)的總體積：V=Qt