水污染控制工程講義_筆記

1、同濟大學環(huán)境科學與工程學院水污染控制工程講義+筆記專題一污水水質與污水出路污水水質國際通用三大類指標： 物理性指標 化學性指標 生物性指標水質分析指標物理性指標溫度：工業(yè)廢水常引起水體熱污染造成水中溶解氧減少加速耗氧反應，最終導致水體缺氧或水質惡化色度：感官性指標，水的色度來源于金屬化合物或有機化合物嗅和味：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固體物質：溶解物質懸浮固體物質揮發(fā)性物質固定性物質水和污水中固體成分的內部相關性水和污水中雜質顆粒分布化學性指標有機物生化需氧量（ BOD） biological oxygen demand在一定條件下，好氧微生物

2、氧化分解水中有機物所需要的氧量。（20， 5d）。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化成二氧化碳、水和氨；第二階段主要是氨被轉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20100d 完成。實際中，常以5d 作為測定生化需氧量的標準時間，稱5 日生化需氧量（ BOD5）；通常以 20為測定的標準溫度。討論： 任何日 BOD與第一階段 BOD(L0)的關系生化研究試驗表明 , 生化反應的速度決定于微生物和有機物的

3、含量,至于水中溶解氧的含量只要滿足微生物的生命活動就可以, 在反應初期 , 微生物的數(shù)量是增加的,但到一定時間后, 微生物的量就受到有機物含量的限制而達到最大值, 此時反應速度受到有機物含量的限制,即有機物的降解速度和該時刻水中有機物的含量成正比, 由于有機物可以用生化需氧量表示, 所以水中的耗氧速率和該時刻的生化需氧量成正比d(L 0-L t )/dt=KLtdLt /dt=-KL t式中 : L0、 Lt分別表示開始、 t 時刻水中剩余的第一階段的BODK反應速率常數(shù)， d-1積分得：任何時刻水中剩余的BOD為 Lt=L 0 e -Kt從而求得經(jīng) t時間反應消耗的溶解氧BODt為:BODt

4、=L0-L t =L0(1-e -Kt )=L 0(1-10 -kt)(k =K /2.303)( 經(jīng)驗表明 :20 時 ,k=0.1日 -1, 若 t=5 天 , 則 BOD5=0.68L 0) 系反應速度常數(shù)k 與溫度的關系第1頁共6頁同濟大學環(huán)境科學與工程學院水污染控制工程講義+筆記利用阿累尼烏斯經(jīng)驗公式可求得: K (t)=k(20) (T-20)式中 :K (t) 20時反應速率常數(shù)，d-1k(20) T時反應速率常數(shù)，d-1 溫度系數(shù) ( 經(jīng)驗 : 在 10-30時， =1.047)第一階段 BOD(L) 與溫度的關系0L0 隨溫度增加而增大 , 關系式為 : L 0(t) =L0

5、(20) 0.02T+0.6 式中 : L 0(t) T時的第一階段的BODL0(20) 20時的第一階段的BOD化學性指標有機物化學需氧量（ COD） chemical oxygen demand用化學方法氧化水中有機物過程中所消耗的氧化劑量折合成的氧量（O）（ mg/L）。2常用的氧化劑主要是重鉻酸鉀（稱CODCr）和高錳酸鉀 ( 稱 CODMn 或 OC ) 。酸性條件下，硫酸銀作為催化劑，氧化性最強。廢水中無機的還原性物質同樣被氧化。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有一定的比例關系：生活污水通常在 0.4 0.5 。當前測定COD常用的方法有 :(1) 重

6、鉻酸鉀法 (CODCr): 以 0.25N 重鉻酸鉀溶液為氧化劑, 以硫酸銀為催化劑, 加入水樣 , 加熱回流兩小時 , 然后將重鉻酸鉀的消耗量折算成每升水樣耗氧的毫克數(shù)。此法氧化程度高，用于污染嚴重的水和工業(yè)廢水的測定。(2) 高錳酸鉀法 (OC 或 CODMn):用 0.01N 高錳酸鉀溶液為氧化劑, 加入水樣 , 煮沸 10 分鐘 ( 水浴為 30 分鐘 ), 然后將高錳酸鉀的消耗量折算成每升水樣耗氧的毫克數(shù)。此法用于較清潔的水樣。討論： COD與 BOD5的比較比較CODBOD5測試時間耗時短 2 小時時間長5天代表性較全面反映有機物只反映可生物降解的有機物成本僅需化學試劑需要培養(yǎng)微生

7、物COD與 BOD優(yōu)缺點：5BOD5優(yōu)點：基本上反映了有機物進入水體后，能被生物氧化分解的有機物的量，比較符合實際情況，較為確切的說明問題。缺點：完成全部檢驗需時 5 天，對于指導生產實踐不夠迅速、及時，且毒性強的廢水可抑制微生物的作用而影響測定結果，有時甚至無法測定。COD優(yōu)點：幾乎可以表示出有機物全部氧化所需要的氧量, 它的測定不受廢水水質的限制, 并且在 3 個小時內即能完成。缺點：不能反映出被生物氧化分解的有機物的量。BOD5雖有不少缺點 , 但從有機物對水體的影響角度看, 還沒有比BOD5更好的指標。在沒有條件測定BOD時，可采用COD方法?；瘜W性指標有機物總有機碳（ TOC）和總需

8、氧量（TOD）TOC: total organism carbon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。測定中應該去除無機碳的含量。TOD: total oxygen demand在 900950高溫下，將污水中能被氧化的物質（主要是有機物，包括難分解的有機物及部分無機還原物質），燃燒氧化成穩(wěn)定的氧化物后，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。各種水質之間TOC或 TOD與 BOD不存在固定的相關關系。在水質條件基本不變的條件下，BOD與 TOC或 TOD 之間存在一定的相關關系。污水有機物指

9、標之間的關系化學性指標 有機物油類污染物第2頁共6頁同濟大學環(huán)境科學與工程學院水污染控制工程講義+筆記石油類：來源于工業(yè)含油污水。動植物油脂：產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，改變海水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，能使魚蝦類產生石油臭味，降低水產品的食用價值。破壞風景區(qū)，危害鳥類生活?；瘜W性指標有機物酚類污染物酚污染

10、來源：煤氣、焦化、石油化工、木材加工、合成樹脂等工業(yè)廢水。原生質毒物，可使蛋白質凝固，引起神經(jīng)系統(tǒng)中毒。酚濃度低時，能影響魚類的洄游繁殖。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 ）。灌溉用水酚濃度超過5mg/L 時 , 農作物減產甚至枯死?；瘜W性指標無機物性質指標植物營養(yǎng)元素：過多的氮、磷進入天然水體，易導致富營養(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

11、能使某些湖泊由貧營養(yǎng)湖發(fā)展為沼澤和干地。pH 和堿度：一般要求處理后污水的pH 在 6 9 之間。當天然水體遭受酸堿污染時，pH 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定量作用的物質總量，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。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，使蛋白質凝固 ; 逐級富集至人體，影響人體健康。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。污水中的氮有四種，即有機氮、氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮。危害：消耗水體中溶解氧；促進藻類等浮游生物的繁殖，形成水華

12、、赤潮；引起魚類死亡，導致水質迅速惡化。關于氮的幾個指標：有機氮：主要指蛋白質和尿素。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。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， 破壞水體耗氧和復氧平衡； 使水質迅速惡化， 危害水產資源。 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(PO3-) 、磷酸

13、氫鹽2-) 、磷酸二氫鹽（-） 、(HPOH PO4424聚合磷酸鹽 : 焦磷酸鹽 (P 2O74 ) 、三磷酸鹽 (P3O105- ) 、三磷酸氫鹽 (HP3O92- )生物性指標來源及危害：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，導致水體缺氧細菌總數(shù)：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。第3頁共6頁同濟大學環(huán)境科學與工程學院水污染控制工程講義+筆記常以細菌個數(shù)/mL 計。飲用水： <100 個 /mL 醫(yī)院排水： <500 個 /mL大腸菌群：大腸菌群的值可表明

14、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。飲用水： <3 個 /L城市排水： <10000 個 /L游泳池：<1000 個 /L融會貫通各水質指標間的關系污染物在水體環(huán)境中的遷移與轉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污水排入河流的混合過程豎向混合階段：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

15、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。w qvwh qvhqvwqvh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濃度； w， qv

16、w污水的污染物濃度和流量； h， qvh上游河水的污染物濃度和流量。非持久性污染物的稀釋擴散和降解dd2u d xM x d x 2K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分解作用不斷減小。根據(jù)質量守恒原理，其變化過程可用下式描述：0 expux4KM x1122M xu式中： u 河水流速；x初始點至下游x 斷面處的距離；M縱向分散系數(shù)；xK污染物分解速度常數(shù)； 0初始點的污染物濃度； x 斷面處的污染物濃度。第4頁共6頁同濟大學環(huán)境科學與工程學院水污染控制工程講義+筆記水體污染與恢復氧垂曲線：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

17、氧垂曲線。有機物降解：氧垂曲線的求解：d LK1LdDK 2Dd tdtxL0 (1 e K 1 t )L0 e K1 tL某點處的氧不足量變化速率是該處耗氧速率和復氧速率之和：dDK1LK 2DdtDD0 e K 2 tK1L0 (e K 1 te K 2 t )求解得某點的虧氧量：K 1K 2某點的溶解氧：c= cs -DCCS( CSC0 ) e K 2 tK 1L0 (e K1 te K 2 t )dD /dt=0K 1K 2到達最缺氧點時間：lnK 21D0K 2K1tkK1K1L0K 2K1討論： 氧垂曲線反映：廢水排入河流后溶解氧的變化, 表示河流的自凈過程；最缺氧點的位置及其溶

18、解氧含量溶解氧的來源：原有水中的氧；大氣復氧；水生植物光合作用。氧的消耗：有機物的生物氧化；硝化作用；水底沉泥的分解；水生植物的呼吸作用；無機還原性物質的影響。若 Cp點的溶解氧 (DO)大于規(guī)定的標準值，從溶解氧的角度，污水的排放未超過河段的自凈能力。若 Cp 的溶解氧 (DO)小于規(guī)定的標準，從溶解氧的角度，污水的排放超過河段的自凈能力，甚至出現(xiàn)無氧狀態(tài)，此時氧垂曲線中斷，水體失去自凈能力，產生厭氧分解，水質變壞，河水發(fā)臭。水體存在的生物群可反映河流自凈的進程。如污染重時，真菌、藍、綠藻占優(yōu)勢；水質變好時，后生動物 ( 鐘蟲、輪蟲 ) 、硅藻就會出現(xiàn)。因此，可用水生物群落結構來判斷和評價水

19、體自凈的狀況。污染物在不同水體中的遷移轉化規(guī)律污染物在河流中的擴散和分解受到河流的流量、流速、水深等因素的影響。河口是指河流進入海洋前的感潮河段。河口污染物的遷移轉化受潮汐影響，受漲潮、落潮、平潮時的水位、流向和流速的影響。湖泊水庫的貯水量大，但水流一般比較慢，污染物的稀釋、擴散能力較弱。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別很大。污染物在地下水中的遷移轉化受多種因素影響，地下水一旦污染，要恢復原狀非常困難。污水出路污水的最終出路：排放水體工農業(yè)利用處理后回用污水排放水體的限制污水綜合排放標準GB8978 1996城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準GB 18918 2002地

20、表水環(huán)境質量標準GB 3838 2002海洋水質量標準GB3097污水回用應滿足的要求對人體健康不應產生不良影響對環(huán)境質量和生態(tài)系統(tǒng)不應產生不良影響對產品質量不應產生不良影響應符合應用對象對水質的要求或標準第5頁共6頁同濟大學環(huán)境科學與工程學院水污染控制工程講義+筆記應為使用者和公眾所接受回用系統(tǒng)在技術上可行，操作簡便價格應比自來水低廉應有安全使用的保障城市污水回用的幾個方面城市生活用水和市政用水：供水、城市綠地灌溉、市政與建筑用水、城市景觀農業(yè)、林業(yè)、漁業(yè)和畜牧業(yè)工業(yè)：工藝生產用水、冷卻用水、鍋爐補充水、其他雜用水、地下水回灌、其他方面廢水處理方法一、廢水處理方法通常分為物理處理法、化學處理

21、法、生物處理法三大類；物理處理法：利用物理作用分離或回收廢水中的懸浮物( 或油 ) 的處理方法。通常有重力分離法( 沉淀池、沉砂池、氣浮池 ) 、離心分離法 ( 離心機和水旋分離器 ) 和篩選分離法 ( 格柵、篩網(wǎng)、砂濾池、微濾機 ) 。此外，利用蒸發(fā)法濃縮廢水中的溶解性不揮發(fā)物質也是一種物理處理法?；瘜W處理法：通過化學反應和傳質作用來分離、去除廢水中呈溶解、膠體狀的污染物或將其轉化為無害物質的處理方法。在化學處理法中，以投加化學藥劑為基礎的處理單元有：混凝、中和、氧化還原反應等；以傳質作用為基礎的處理單元有：萃取、汽提、吹脫、吸附、離子交換、電崐滲折和反滲透等( 后二種又稱膜分離技術 ) 。在傳質作用的處理單元中，既有化學反應，又有與之相關的物理作用，所以可以從化學處理法中分離出另一類處理方法，稱為物理化學法。生物處理法：通過微生物的代謝作用，使廢水中呈溶解、膠體和微細懸浮狀態(tài)的有機物，轉化為穩(wěn)定、無害的物質的廢水處理方法。根據(jù)作用微生物的不同，生物處理又可分為好氧生物處理和厭氧生物處理兩種類型。好氧生物處理又分為活性污泥法( 完全混合、多點進水、延時曝氣)? 和生物膜法 ( 生物濾池、生物轉盤、生物接觸氧化、生物硫化床)二、廢水處理的分級和處理程度一級處理： 從廢水中除去呈懸浮