1、第九章 污水水质与污水出路第一节第一节 污污 水水 水水 质质我拿什么来表达你？污水水质分析指标物理性指标感官性指标，水的色度来源于金属化合物或有机化合物感官性指标，水的异臭来源于还原性硫和氮的化合物、挥发性有机物和氯气等污染物质挥发性物质溶解物质固定性物质悬浮固体物质加速耗氧反应，最终导致水体缺氧或水质恶化造成水中溶解氧减少工业废水常引起水体热污染色度固体物质嗅和味温度水和污水中固体成分的内部相关性水和污水中杂质颗粒分布黏土化 学 性 指 标有机物生化需氧量（BOD）反映了在有氧的条件下，水中可生物降解的有机物的量 主要污染特性（以mg/L为单位）。有机污染物被好氧微生物氧化分解的过程，一般
2、可分为 两个阶段：第一个阶段主要是有机物被转化成二氧化碳、水和氨；第二阶段主要是氨被转化为亚硝酸盐和硝酸盐。污水的生化需氧量通常只指第一阶段有机物生物氧化所 需的氧量，全部生物氧化需要20100d完成。实际中，常以5d作为测定生化需氧量的标准时间，称5 日生化需氧量（BOD5）；通常以20为测定的标准温度。BOD:biological oxygen demand在规定条件下微生物氧化分解污水或受污染的天然水样中有机物所 需要的氧量（20，5d）。BOD与CBOD、NBOD时间/d需氧量/（mgL-1）BODL与BOD5时间/d化 学 性 指 标有机物化学需氧量（COD）常用的氧化剂主要是重铬酸
3、钾K2Cr2O7（称 CODCr)和高锰酸钾 KMnO4(称CODMn 或OC)。酸性条件下，硫酸银作为催化剂，氧化性最强。废水中无机的还原性物质同样被氧化。如果废水中有机物的组成相对稳定，则化学需氧量和生化需氧量之 间应有一定的比例关系：生活污水通常在0.40.5。COD:chemical oxygen demand用化学方法氧化分解废水水样中有机物过程中所消耗的氧化剂量折合 成氧量（O2）（mg/L）。化 学 性 指 标有机物总有机碳（TOC）和总需氧量（TOD）TOC:total organism carbon在950高温下，以铂作为催化剂，使水样气化燃烧，然后测定气体 中的CO2含量，
4、从而确定水样中碳元素总量。测定中应该去除无机碳的含量。各种水质之间TOC或TOD与BOD不存在固定的相关关系。在水质条 件基本不变的条件下，BOD与TOC或TOD 之间存在一定的相关关系。TOD:total oxygen demand在900950高温下，将污水中能被氧化的物质（主要是有机物，包括难分解的有机物及部分无机还原物质），燃烧氧化成稳定的氧 化物后，测量载气中氧的减少量，称为总需氧量（TOD）。TOD测定方便而快速。污水有机物指标之间的关系有机碳量需氧量TOCTODCODcrBODLBOD5CODMn化 学 性 指 标有机物油类污染物石油类：来源于工业含油污水。动植物油脂：产生于人的
5、生活过程和食品工业。油类污染物进入水体后影响水生生物的生长、降低水体 的资源价值。油膜覆盖水面阻碍水的蒸发，影响大气和水体的热交换。油类污染物进入海洋，改变海水的反射率和减少进入海洋表 层的日光辐射，对局部地区的水文气象条件可能产生一定影 响。大面积油膜将阻碍大气中的氧进入水体，从而降低水体 的自净能力。石油污染对幼鱼和鱼卵的危害很大，堵塞鱼的鳃部，能使鱼虾 类产生石油臭味，降低水产品的食用价值。破坏风景区，危害鸟类生活。化 学 性 指 标有机物酚类污染物酚污染来源：煤气、焦化、石油化工、木材加工、合成树脂等工业废水。原生质毒物，可使蛋白质凝固，引起神经系统中毒。酚浓度低时，能影响鱼类的洄游繁
6、殖。酚浓度达0.10.2mg/L时，鱼肉有酚味。酚浓度高会引起鱼类大量死亡，甚至绝迹。酚的毒性可抑制水中微生物的自然生长速度，有时甚 至使其停止生长。酚能与饮用水消毒氯产生氯酚，具有强烈异臭（0.001 mg/L即有异味，排放标准0.5mg/L）。灌溉用水酚浓度超过5mg/L时,农作物减产甚至枯死。化 学 性 指 标无机性指标植物营养元素pH和碱度重金属 过多的氮、磷进入天然水体，易导致富营养化，使水生植物尤其是藻类大量繁殖，造成水中溶解氧急剧变化，影响鱼类生存，并可能使某些湖泊由贫营养湖发展为沼泽和干地。重金属主要指汞、镉、铅、铬、镍，以及类金属砷等生物毒性显著的元素，一般指序号2183，比
7、重大于4的金属，也包括具有一定毒害性的一般重金属，如锌、铜、钴、锡等。一般要求处理后污水的pH在69之间。当天然水体遭受酸碱污染时，pH发生变化，消灭或抑制水体中生物的生长，妨碍水体自净，还可腐蚀船舶。碱度指水中能与强酸定量作用的物质总量，按离子状态可分为三类：氢氧化物碱度；碳酸盐碱度；重碳酸盐碱度。作为微量金属元素。重金属的主要危害：生物毒性，抑制微生物生长，使蛋白质凝固;逐级富集至人体，影响人体健康。含氮化合物 氮是有机物中除碳以外的一种主要元素，也是微生物生长的重要元素。污水中的氮有四种，即有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。危害：消耗水体中溶解氧；促进藻类等浮游生物的繁殖，形成水华、赤
8、潮；引起鱼类死亡，导致水质迅速恶化。关于氮的几个指标：有机氮：主要指蛋白质和尿素。TN：一切含氮化合物以N计量的总称。TKN：TN中的有机氮和氨氮，不包括亚硝酸盐氮、硝酸盐氮。氨氮：有机氮化合物的分解，或直接来自含氮工业废水。NOx-N：亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。含磷化合物 磷也是有机物中的一种主要元素，是仅次于氮的微生物生长的重要元素。磷主要来自：人体排泄物以及合成洗涤剂、牲畜饲养场及含磷工业废水。危害：促进藻类等浮游生物的繁殖，破坏水体耗氧和复氧平衡；使水质迅速恶化，危害水产资源。含磷化合物有机磷有机磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等无机磷磷酸盐:正磷酸盐(PO43-)、磷酸氢盐(HPO42-)、磷酸
9、二氢盐（H2PO4-)、偏磷酸盐(PO3-)聚合磷酸盐:焦磷酸盐(P2O74)、三磷酸盐(P3O105-)、三磷酸氢盐(HP3O92-)生 物 性 指 标生活污水：肠道传染病、肝炎病毒、SARS、寄生虫卵等制革屠宰等工业废水：炭疽杆菌、钩端螺旋体等医院污水：各种病原体危害：传播疾病，影响卫生，导致水体缺氧来源及危害 水中细菌总数反映了水体有机污染程度和受细菌污染的程度。常以细菌个数/mL计。饮用水：100个/mL 医院排水：500个/mL细菌总数 大肠菌群的值可表明水样被粪便污染的程度，间接表明有肠道病菌存在的可能性。常以大肠菌群数/L计。饮用水：3个/L 城市排水：10000个/L 游泳池：
10、1000个/L大肠菌群融会贯通各水质指标间的关系第二节第二节 污染物在水体环境中的污染物在水体环境中的迁移与转化迁移与转化水体的自净作用 河流的自净作用是指河水中的污染物质在河水向下游流动中浓度自然降低的现象。根据净化机制分为三类物理净化：稀释、扩散、沉淀化学净化：氧化、还原、分解生物净化：水中微生物对有机物的氧化分解作用污水排入河流的混合过程 竖向混合阶段：污染物排入河流后因分子扩散、湍流扩散、弥散作用逐步向河水中分散，由于一般河流的深度与宽度相比较小，所以首先在深度方向上达到浓度分布均匀，从排放口到深度上达到浓度分布均匀的阶段称为竖向混合阶段，同时也存在横向混合作用。横向混合阶段：当深度上
11、达到浓度分布均匀后，在横向上还存在混合过程。经过一定距离后污染物在整个横断面上达到浓度分布均匀，这一过程称为横向混合阶段。断面充分混合后阶段：在横向混合阶段后，污染物浓度在横断面上处处相等。河水向下游流动的过程中，持久性污染物的浓度将不再变化，非持久性污染物浓度将不断减少。水体的自净作用持久污染物的稀释扩散 当持久性污染物随污水稳态排入河流后，经过混合过程达到充分混合阶段时，污染物浓度可由质量守恒原理得出河流完全混合模式：式中：排放口下游河水的污染物浓度；w，qvw污水的污染物浓度和流量；h，qvh上游河水的污染物浓度和流量。vhvwvhhvwwqqqq 河断面达到充分混合后，污染物浓度受到纵
12、向分散作用和污染物的自身分解作用不断减小。根据质量守恒原理，其变化过程可用下式描述：式中：u河水流速；x初始点至下游x断面处的距离；Mx纵向分散系数；K污染物分解速度常数；0初始点的污染物浓度；x断面处的污染物浓度。KxMxux22dddd204112expuKMMuxxx非持久性污染物的稀释扩散和降解水体污染与恢复氧垂曲线：水体受到污染后，水体中溶解氧逐渐被消耗，到临界点后又逐步回升的变化过程，称氧垂曲线。有机物降解：L1LddKttK 1eL0L)e1(1L0tKx氧垂曲线的求解：D2Ddd KtD2L1DddKKt)ee(e21221L01D0DtKtKtKKKK)ee(e)(21221
13、L01C0CSCSCtKtKtKKKK 某点处的氧不足量变化速率是该处耗氧速率和复氧速率之和：求解得某点的亏氧量：某点的溶解氧：c=cs-D 到达最缺氧点时间dD/dt=0：12L0112D0121lnKKKKKKKtk污染物在河流中的扩散和分解受到河流的流量、流速、水深等因素的影响。河口是指河流进入海洋前的感潮河段。河口污染物的迁移转化受潮汐影响，受涨潮、落潮、平潮时的水位、流向和流速的影响。湖泊水库的贮水量大，但水流一般比较慢，污染物的稀释、扩散能力较弱。海洋虽有巨大的自净能力，但是海湾或海域局部的纳污和自净能力差别很大。污染物在地下水中的迁移转化受多种因素影响，地下水一旦污染，要恢复原状
14、非常困难。污染物在不同水体中的迁移转化规律第三节第三节 污污 水水 出出 路路污水的污水的最终出路最终出路排放水体工农业利用地下水回灌污水排放水体的限制污水综合排放标准GB89781996城镇污水处理厂污染物排放标准 GB 189182002 海洋水质量标准GB3097地表水环境质量标准GB 38382002 对人体健康不应产生不良影响对环境质量和生态系统不应产生不良影响对产品质量不应产生不良影响应符合应用对象对水质的要求或标准应为使用者和公众所接受回用系统在技术上可行，操作简便价格应比自来水低廉应有安全使用的保障污水回用应满足的要求城市污水回用的几个方面城市生活用水和市政用水农业、林业、渔业
15、和畜牧业地下水回灌其他方面工 业城 市绿地灌 溉供 水市政与建筑用水城 市 景 观工 艺生产用 水冷 却 用 水锅 炉 补 充 水其 他 杂 用 水第四节第四节 污水处理方法污水处理方法 给水工程：针对不同的水源水水质，经处理给水工程：针对不同的水源水水质，经处理后满足工农业和生活的对水质与水量的要求后满足工农业和生活的对水质与水量的要求取水取水给水处理给水处理配水。配水。排水工程：污水收集（来源于生活、工业和排水工程：污水收集（来源于生活、工业和农业）农业）污水处理污水处理排放或回用排放或回用水处理：水处理：物理处理化学处理物理化学处理生物处理法 针对不同的污染物特征，发展了各种不同的污水处
16、理方法，这些处理方法可按其作用原理分为四类污水处理污水处理：拦截法：筛滤截流和过滤等，前者使用的设备为格栅，筛网；而后者使用的是砂滤池和微孔滤池等。重力法：沉淀、上浮（气浮、浮选）等，相应的处理设备是沉砂池、沉淀池、除油池、气浮池及其附属装置等。吸附法：用吸附剂吸附去除污染物的方法。1 物理处理法 通过物理作用，以分离、回收污水中不溶解的悬浮状态的污染物的污水处理法。根据其作用的原理不同，它可分为：中和 氧化还原 化学沉淀法 光电化学法2 化学处理法 通过化学反应来分离、去除废水中呈溶解和胶体状态额物质或将其转化为无害的物质的污水处理法。在化学处理中，主要以投加药剂产生化学发应为基础的处理单元
17、有中和、氧化还原等。而以传质为基础的处理单元有混凝、萃取、汽提、吹脱、吸附、离子交换以及电渗析和反渗透等。后两种处理单元又通称膜处理技术。其中运用传质作用的单元同时具有化学作用和物理作用，所以也可以从化学处理法中分离出来，并称为物理化学。3 物理化学法利用物理化学作用去除污水中的污染物的方法。主要有混凝、离子交换、萃取、汽提、吹脱等。4 生物（生物化学）处理法 通过微生物的代谢作用，使废水中有机污染物转化为稳定、无害的物质的污水处理方法。根据起作用的微生物的不同又可分为好氧生物处理法和厌氧生物处理法。a)好氧微生物处理法：是好氧微生物在有氧的条件下，对有机物进行分解，一部分转化为CO2、H2O
18、和NH3等，其余的转化为新细胞（如：活性污泥和生物膜）。污水处理广泛采用的是好氧法。b)厌氧生物处理法：是厌氧微生物在无氧的条件下将高浓度有机废水或污泥中的有机物分解，最后产生甲烷和CO2等气。4 污水处理的分级 4.1一级处理（Primary Treatment）(预处理)主要分离水中的悬浮固体物、胶体物、浮油等，调节pH值、减轻废水的腐化程度和后续处理工艺的处理方法。可以采用水质调节、自然沉降、上浮、隔油、筛滤和预曝气等。对城市污水，对城市污水，一级处理的去除率为2040，SS去除率 5070。经一级处理后，一般不到排放标准，特别是除去溶解性的和呈胶体状态的有机污染物。所以一般以一级处理为
19、预处理，以二级处理为主体，必要时再进行三级处理，即深度处理,使污水达到排放标准或补充工业用水和城市供水。4.2 二级处理（Second Treatment）主要是去除可生物降解的可溶性有机和部分胶体污染物，用以减少废水中的BOD和部分COD，通常采用生物化学方法处理。近年来，有采用化学或生物处理法作为二级处理主体工艺的趋势，并随着化学药剂品种的不断增加，处理设备和工艺的不断改进而得到推广，如含磷酸盐废水和含胶体物质的废水须用化学混凝沉淀法处理。因此，二级处理作为生化处理的同义词已经失去意义。对城市污水，对城市污水，二级处理的去除率为7595 ，SS去除率 7595。4.3 污水的三级处理（Te
20、rtiary Treatment）(深度处理 Advanced Treatment)主要是去除生物难降解的有机物（BOD和COD）和废水中溶解的无机污染物、颜色和异味，特别是除磷和氮等。一个完善的三级处理往往以废水回收和回用为目的。它由处除磷、除氮和除生物难降解有机物、除病毒和病原菌等单元过程。常用的方法有生物硝化和反硝化，活性碳吸附，化学氧化，离子交换或膜分离技术等。常见的废水处理方法常见的废水处理方法从上表可以看出，废水处理的方法很多，从上表可以看出，废水处理的方法很多，一种废水可以采用一种或几种方法处理，一种废水可以采用一种或几种方法处理，也可用几种方法组成的处理系统，才能也可用几种方法
21、组成的处理系统，才能将废水达到处理的要求。因此，应该根将废水达到处理的要求。因此，应该根据废水的水质选择合适的处理方法，使据废水的水质选择合适的处理方法，使既达到处理的要求，又能降低废水处理既达到处理的要求，又能降低废水处理成本和基建投资。成本和基建投资。城市废水处理的一般流程城市废水处理的一般流程废水废水格栅格栅沉砂池沉砂池沉淀池沉淀池生物生物处理处理二次二次沉淀池沉淀池三级三级处理处理污泥污泥处理处理垃圾垃圾处理处理沉渣沉渣处理处理污泥污泥浓缩浓缩一级处理出水一级处理出水沉渣沉渣处理处理二级处理出水二级处理出水部分污泥回流三级处理出水三级处理出水一级处理一级处理二级处理二级处理三级处理三级处理城市污水处理厂城市污水处理厂
