第一章污水水質(zhì)和污水出路

第一章污水水質(zhì)和污水出路第一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四教材：《水污染控制工程》

高庭耀，顧國維，高等教育出版社參考書籍：《廢水處理工程》，唐受印，化學工業(yè)出版社《當代給水與廢水處理原理》，許保玖，高等教育出版社《水處理構(gòu)筑物設(shè)計與計算》，尹士君，化學工業(yè)出版社《污泥處理》，金儒霖，中國建筑工業(yè)出版社《水處理工程師手冊》，唐受印，化學工業(yè)出版社雜志：《中國給水排水》、《給水排水》、《環(huán)境科學》、《環(huán)境科學學報》、《中國環(huán)境科學》等第二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四水的自然循環(huán)：第三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四全球水分布：

總量約：

1.38X109km3世界河流平均年徑流量：468000億m3,亞洲最大占31％我國水資源特點：

總量多，人均占有量少

地區(qū)分布不均勻

季節(jié)分布不均勻

河流含沙量大

水污染日益嚴重

地下水開采過量我國水資源總量：

27000億m3排世界第五，但人均僅2500m3（世界平均10240m3）。第四頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四水的社會循環(huán)第五頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四合流制排水體制第六頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四2002環(huán)境狀況公告廢水和主要污染物排放量2002年，全國工業(yè)和城鎮(zhèn)生活廢水排放總量為439.5億噸，其中工業(yè)廢水排放量207.2億噸；城鎮(zhèn)生活污水排放量232.3億噸，超過環(huán)境容量的82％。廢水中化學需氧量（COD）排放總量1366.9萬噸。其中工業(yè)廢水中COD排放量584.0萬噸；城鎮(zhèn)生活污水中COD排放量782.9萬噸。七大水系：741個重點監(jiān)測斷面中，29.1%的斷面滿足Ⅰ～Ⅲ類水質(zhì)要求，30.0%的斷面屬Ⅳ、Ⅴ類水質(zhì)，40.9%的斷面屬劣Ⅴ類水質(zhì)。七大水系主要污染指標：石油類、生化需氧量、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、揮發(fā)酚和汞等。長江三峽庫區(qū)：干流7個斷面和支流3個斷面均為Ⅲ類水質(zhì)，水質(zhì)保持良好。僅第三季度干流5個斷面因鉛超標。南水北調(diào)工程（東線）：沿線水質(zhì)監(jiān)測13個斷面，3個斷面Ⅲ類水質(zhì)，占23.1%；2個斷面Ⅳ類水質(zhì)，占15.4%；5個斷面Ⅴ類水質(zhì)，占38.4%；3個斷面劣Ⅴ類水質(zhì)，占23.1%。湖泊、水庫：主要湖泊氮、磷污染較重，導(dǎo)致富營養(yǎng)化問題突出。滇池草海為重度富營養(yǎng)狀態(tài)，太湖和巢湖為輕度富營養(yǎng)狀態(tài)。第七頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四2002環(huán)境狀況公告地下水地下水水位有所回升地下水水質(zhì)總體較好，局部受到一定程度的點狀或面狀污染，部分指標超標。近岸海域水質(zhì)2002年近岸海域污染有所減輕，一、二類海水比例為49.7%，；四類、劣四類水質(zhì)比例為35.9%，近岸海域的主要污染指標是無機氮、活性磷酸鹽，部分海域石油類、化學需氧量和鉛超標，個別海域重金屬銅、汞、鎘超標。赤潮2002年，全海域共發(fā)現(xiàn)赤潮79次，累計面積超過10000平方公里。在部分海域多次檢測出亞歷山大藻（Alexandrium）和裸甲藻（Gymnodrium）等有毒赤潮藻類。我國600多座城市中有400多座供水不足，其中100多座嚴重缺水；我國尚有3.6億農(nóng)村人口喝不上符合衛(wèi)生標準的水。

第八頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四第九章污水水質(zhì)與污水出路

第一節(jié)污水水質(zhì)我拿什么來表達你？—污水污水譜儀？國際通用三大類指標：物理性指標化學性指標生物性指標第九頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四水質(zhì)分析指標物理性指標加速耗氧反應(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(zhì)揮發(fā)性物質(zhì)溶解物質(zhì)固定性物質(zhì)色度固體物質(zhì)工業(yè)廢水常引起水體熱污染懸浮固體物質(zhì)嗅和味溫度第十頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四水和污水中固體成分的內(nèi)部相關(guān)性第十一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四水和污水中雜質(zhì)顆粒分布第十二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四總固體，720懸浮固體，220溶解固體，500可沉，160不可沉，60有機，120無機，40有機，45無機，15有機，40無機，10有機，160無機，290膠體，50分子，450生活污水中各部分固體的組成（單位mg/L）第十三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四化學性指標有機物有機物指標用于測定水中有機污染物成分。生活污水中有大量有機物，主要是：人體排泄物、洗滌污物食物殘屑等各種工業(yè)廢水中的有機物有動植物纖維、油脂、糖類、染料有機酸、各種有機合成工業(yè)品、有機原料、廢物等有機物危害：消耗溶解氧、惡化水質(zhì)、破壞水體；抑制水生生物、破壞水生生態(tài)；滋生微生物，傳播疾??；有毒有機物直接危害人體健康和水生生物生長。有機物種類繁雜，很難逐個測定，利用共性，某指標間接反映易被氧化：生物氧化、化學氧化、燃燒氧化根據(jù)主要元素含量來反映：總有機碳、總氮、總磷、總硫等第十四頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四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主要污染特性（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(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物生物氧化所需的氧量，全部生物氧化需要20天－100天完成。實際中，常以5天作為測定生化需氧量的標準時間，稱五日生化需氧量（BOD5）通常以20°C為測定的標準溫度。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物所需要的氧量（20℃，5天）第十五頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四BOD與CBOD、NBODBODL與BOD5第十六頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四溫度對BOD測定的影響一般采用稀釋法：降低有機物濃度，保證充足的溶解氧

蒸餾水、無機營養(yǎng)鹽、確定的pH

工業(yè)廢水往往需要接種和馴化

抑制硝化耗氧時，可加入硝化抑制劑，如亞甲基藍BOD測定注意事項：第十七頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四稀釋與直接測定

BOD5：7mg/L接種培養(yǎng)

103-104個/ml非接種培養(yǎng)第十八頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四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；廢水中無計的還原性物質(zhì)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(yīng)有一定的比例關(guān)系：生活污水通常在0.4-0.5。

COD=CODB+CODNBCOD:ChemicalOxygenDemand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成氧量（O2）（mg/L）第十九頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四COD與BODL的關(guān)系COD=CODB+CODNBBODL=1/3CODB+2/3CODBX(1-0.2)

=0.87CODB可降解有機物好氧微生物O2CO2,H2O…+能量新的細胞質(zhì)CO2,H2O…+能量殘留物80%氧化2/3合成1/3氧化20%殘渣內(nèi)源呼吸BOD5=0.68BODL=0.68X0.87CODB

=0.59CODB污水水質(zhì)相對穩(wěn)定時：

BOD5/COD比值變化不大第二十頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四化學性指標有機物總有機碳（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，然后測定氣體中的CO2含量，從而確定水樣中碳元素總量。測定中應(yīng)該去除無機碳的含量各種水質(zhì)之間TOC或TOD與BOD不存在固定的相關(guān)關(guān)系。在水質(zhì)條件基本不變的條件下，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)，主要是有機物，包括難分解的有機物及部分無機還原物質(zhì)燃燒氧化成穩(wěn)定的氧化物測量載氣中氧的減少量，稱為總需氧量（TOD）。TOD測定方便而快速。第二十一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四污水有機物指標之間的關(guān)系有機碳量需氧量TOCThOCThODTODCODcrBODLBOD5CODMn第二十二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四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(chǎn)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，改變海洋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(chǎn)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(chǎn)生石油臭味，降低水產(chǎn)品的食用價值。破壞風景區(qū)，危害鳥類生活。第二十三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四化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(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，能影響魚類的回游繁殖。酚濃度達0.1～0.2mg/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(chǎn)生氯酚，具有強烈異臭（0.001mg/L即有異味，排放標準0.5mg/L）灌溉用水超過5mg/L時，農(nóng)作物減產(chǎn)，甚至枯死第二十四頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四化學性指標無機性指標過多的氮、磷進入天然水體易導(dǎo)致富營養(yǎng)化，導(dǎo)致水生植物尤其是藻類的大量繁殖，造成水中溶解氧的急劇變化，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值在6～9之間。當天然水體遭受酸堿污染時，pH值發(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發(fā)生中和作用的全部物質(zhì)，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。植物營養(yǎng)元素pH值和堿度重金屬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，使蛋白質(zhì)凝固；逐級富集至人體，影響人體健康第二十五頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四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氮有四種：有機氮、氨氮、亞硝酸鹽氮、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，形成水花、赤潮；引起魚類死亡，水質(zhì)迅速惡化。關(guān)于氮的幾個指標：有機氮：主要指蛋白質(zhì)和尿素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；氨氮：有機氮化合物的分解，或直接來自含氮工業(yè)廢水；NOx-N:亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮第二十六頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四自然界中氮的循環(huán)第二十七頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四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(fù)氧平衡；水質(zhì)迅速惡化，危害水產(chǎn)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-)

第二十八頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四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(dǎo)致水體缺氧來源及危害水中細菌總數(shù)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(shù)/毫升計如：飲用水：<100個/毫升

醫(yī)院排水：<500個/毫升細菌總數(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)/升計如：飲用水：<3個/升城市排水：<10000個/升

游泳池：<1000個/升大腸菌群第二十九頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四融會貫通各水質(zhì)指標間的含義第三十頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四第三十一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四從幾個水質(zhì)標準看水處理工程的任務(wù)幾種水質(zhì)標準中主要指標濃度值（mg/L）主要指標CODcrBOD5SSNH3-NTP一般城市污水250－300100－150150-20030（TKN:40）4-5國家排放標準GB189182002一A5010105（8）1一B6020208（15）1.5二級100303025（30）3三級1206050－5中水回用（沖廁）－10510－地表水I類<15<3無漂浮沉積物0.50.02II類<1530.50.1(0.025)III類15410.1(0.05)IV類20620.2V類251020.2一般景觀用水CODmn：108透明>0.5m0.50.05生活飲用水感觀性狀與一般化學指標/毒理學指標/細菌學指標/放射性指標第三十二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四第二節(jié)污染物在水體環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化第三十三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四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)在河水向下游流動中濃度自然降低的現(xiàn)象根據(jù)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第三十四頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四豎向混合階段：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(jīng)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。污水排入河流的混合過程第三十五頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四水體的自凈作用第三十六頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四持久污染物的稀釋擴散

當持久性污染物隨污水穩(wěn)態(tài)排入河流后，經(jīng)過混合過程達到充分混合階段時，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第三十七頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四

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的分解作用不斷減少。根據(jù)質(zhì)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(shù)K－污染物分解速度常數(shù)ρ0－初始點的污染物濃度ρ－x斷面處的污染物濃度非持久性污染物的稀釋擴散和降解第三十八頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四水體污染與恢復(fù)第三十九頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四第四十頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四氧垂曲線：水體受到污染后，水體中溶解氧逐漸被消耗，到臨界點后又逐步回升的變化過程，稱氧垂曲線。有機物降解：有機物含量時間或距離第四十一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四氧垂曲線的求解：虧氧量第四十二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四某點處的氧不足量變化速率是該處耗氧速率和復(fù)氧速率之和：求解得某點的虧氧量：某點的溶解氧ρc