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(xué)工業(yè)出版社《當(dāng)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(xué)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(xué)工業(yè)出版社雜志：《中國給水排水》、《給水排水》、《環(huán)境科學(xué)》、《環(huán)境科學(xué)學(xué)報》、《中國環(huán)境科學(xué)》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(diǎn)：

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(yán)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(xué)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(diǎn)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(biāo)：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(biāo)。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(diǎn)狀或面狀污染，部分指標(biāo)超標(biāo)。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(biāo)是無機(jī)氮、活性磷酸鹽，部分海域石油類、化學(xué)需氧量和鉛超標(biāo)，個別海域重金屬銅、汞、鎘超標(biāo)。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(yán)重缺水；我國尚有3.6億農(nóng)村人口喝不上符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)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(dá)你？—污水污水譜儀？國際通用三大類指標(biāo)：物理性指標(biāo)化學(xué)性指標(biāo)生物性指標(biāo)第九頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四水質(zhì)分析指標(biāo)物理性指標(biāo)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(biāo)，水的色度來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)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(jī)，120無機(jī)，40有機(jī)，45無機(jī)，15有機(jī)，40無機(jī)，10有機(jī)，160無機(jī)，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(xué)性指標(biāo)有機(jī)物有機(jī)物指標(biāo)用于測定水中有機(jī)污染物成分。生活污水中有大量有機(jī)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(jī)物有動植物纖維、油脂、糖類、染料有機(jī)酸、各種有機(jī)合成工業(yè)品、有機(jī)原料、廢物等有機(jī)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(jī)物直接危害人體健康和水生生物生長。有機(jī)物種類繁雜，很難逐個測定，利用共性，某指標(biāo)間接反映易被氧化：生物氧化、化學(xué)氧化、燃燒氧化根據(jù)主要元素含量來反映：總有機(jī)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(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程，一般可分為兩個階段：第一個階段主要是有機(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天－100天完成。實(shí)際中，常以5天作為測定生化需氧量的標(biāo)準(zhǔn)時間，稱五日生化需氧量（BOD5）通常以20°C為測定的標(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℃，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(jī)物濃度，保證充足的溶解氧

蒸餾水、無機(jī)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(lán)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(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)；廢水中無計的還原性物質(zhì)同樣被氧化；如果廢水中有機(jī)物的組成相對穩(wěn)定，則化學(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=CODB+CODNBCOD:ChemicalOxygenDemand用化學(xué)方法氧化分解廢水水樣中有機(jī)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(jī)物好氧微生物O2CO2,H2O…+能量新的細(xì)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(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(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(jī)物，包括難分解的有機(jī)物及部分無機(jī)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(jī)物指標(biāo)之間的關(guān)系有機(jī)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(xué)性指標(biāo)有機(jī)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(jìn)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(jìn)入海洋，改變海洋的反射率和減少進(jìn)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(jìn)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(fēng)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(xué)性指標(biāo)有機(jī)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(dá)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(qiáng)烈異臭（0.001mg/L即有異味，排放標(biāo)準(zhǔn)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(xué)性指標(biāo)無機(jī)性指標(biāo)過多的氮、磷進(jìn)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(dāng)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(qiáng)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(jī)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(jī)氮、氨氮、亞硝酸鹽氮、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(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(jī)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(jìn)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(jī)磷有機(jī)磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等無機(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-)

第二十八頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期四生物性指標(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)菌個數(shù)/毫升計如：飲用水：<100個/毫升

醫(yī)院排水：<500個/毫升細(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)/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(biāo)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(biāo)準(zhǔn)看水處理工程的任務(wù)幾種水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中主要指標(biāo)濃度值（mg/L）主要指標(biāo)CODcrBOD5SSNH3-NTP一般城市污水250－300100－150150-20030（TKN:40）4-5國家排放標(biāo)準(zhǔn)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(xué)指標(biāo)/毒理學(xué)指標(biāo)/細(xì)菌學(xué)指標(biāo)/放射性指標(biāo)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(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：水中微生物對有機(jī)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(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程。經(jīng)過一定距離后污染物在整個橫斷面上達(dá)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(kuò)散

當(dāng)持久性污染物隨污水穩(wěn)態(tài)排入河流后，經(jīng)過混合過程達(dá)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(dá)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(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(diǎn)后又逐步回升的變化過程，稱氧垂曲線。有機(jī)物降解：有機(jī)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(diǎn)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(diǎn)的虧氧量：某點(diǎn)的溶解氧ρc