第九章-污水水質(zhì)與污水出路

第一節(jié)污水性質(zhì)與污水出路

第二節(jié)污染物在水體環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化第三節(jié)污水出路與排放標(biāo)準(zhǔn)第九章、污水水質(zhì)和污水出路第一節(jié)

污水的類型與特征人類活動所排放的各類污水是將上述污染物帶入水體的一大類污染源，由于這些污水、廢水多由管道收集后集中排除，因此常被稱為點(diǎn)污染源。大面積的農(nóng)田地面徑流或雨水徑流也會對水體產(chǎn)生污染，由于其進(jìn)入水體的方式是無組織的，通常被稱為非點(diǎn)污染源，或面污染源。1．生活污水生活污水主要來自家庭、商業(yè)、學(xué)校、旅游服務(wù)業(yè)及其他城市公用設(shè)施，包括廁所沖洗水、廚房洗滌水、洗衣機(jī)排水、沐浴排水及其他排水等。污水中主要含有懸浮態(tài)或溶解態(tài)的有機(jī)物質(zhì)，還含有氮、硫、磷等無機(jī)鹽類和各種微生物。

污水的類型與特征2、工業(yè)廢水工業(yè)廢水產(chǎn)自工業(yè)生產(chǎn)過程，其水量和水質(zhì)隨生產(chǎn)過程而異，根據(jù)其來源可以分為工藝廢水、原料或成品洗滌水、場地沖洗水以及設(shè)備冷卻水等；根據(jù)廢水中主要污染物的性質(zhì)，可分為有機(jī)廢水、無機(jī)廢水、兼有有機(jī)物和無機(jī)物的混合廢水、重金屬廢水、放射性廢水等；根據(jù)產(chǎn)生廢水的行業(yè)性質(zhì)，又可分為造紙廢水、印染廢水、焦化廢水、農(nóng)藥廢水、電鍍廢水等。污水的類型與特征3、初期雨水

初期雨水是雨雪降至地面形成的初期地表徑流。初期雨水的水質(zhì)水量隨區(qū)域環(huán)境、季節(jié)和時間變化，成分比較復(fù)雜。

主要影響因素有大氣質(zhì)量、氣候條件、地面及建筑物環(huán)境質(zhì)量等。污水的類型與特征4、城鎮(zhèn)污水城鎮(zhèn)污水包括生活污水、工業(yè)廢水等，在合流制排水系統(tǒng)中包括雨水，在半分流制排水系統(tǒng)中包括初期雨水。

影響因素：排水體制及所在地區(qū)生活污水與工業(yè)廢水的特點(diǎn)及比例等。污水的類型與特征（一）污水的物理性質(zhì)與污染指標(biāo)1、溫度2、色度3、嗅和味4、固體物質(zhì)：TS、DS、SS，VS、FS二、污水的性質(zhì)與污染指標(biāo)（一）污水的物理性質(zhì)與污染指標(biāo)4、固體物質(zhì)：TS、DS、SS，VS、FS

固體污染物在水中以三種狀態(tài)存在：溶解態(tài)(直徑小于1nm)、膠體態(tài)(直徑介于1～100nm)和懸浮態(tài)(直徑大于100nm)。水質(zhì)分析中把固體物質(zhì)分為兩部分：能透過濾膜(孔徑約3～10μm)的叫溶解固體(DS)；不能透過的叫懸浮固體或懸浮物(SS)，兩者合稱為總固體(TS)。二、污水的性質(zhì)與污染指標(biāo)（一）污水的物理性質(zhì)與污染指標(biāo)懸浮物（SS）動水中呈懸浮狀，靜水中可下沉或上浮。包括泥砂、大顆粒粘土、礦物廢渣等無機(jī)易沉懸浮物和草木、浮游生物體等有機(jī)易浮懸物。

通常用重力沉降法去除。

二、污水的性質(zhì)與污染指標(biāo)（二）污水的化學(xué)性質(zhì)與污染指標(biāo)表示污水化學(xué)性質(zhì)的污染指標(biāo)可分為有機(jī)物指標(biāo)和無機(jī)物指標(biāo)。1、有機(jī)物生活污水和某些工業(yè)廢水中含有糖、蛋白質(zhì)、氨基酸、酯類、纖維素等有機(jī)物質(zhì)，這些物質(zhì)以懸浮狀態(tài)或溶解狀態(tài)存在于水中，排入水體后能在微生物作用下分解為簡單的無機(jī)物，在分解過程中消耗氧氣，使水體中的溶解氧減少，微生物繁殖。

宏觀表征：(BOD，COD,TOC，TOD,DO,)二、污水的性質(zhì)與污染指標(biāo)（二）污水的化學(xué)性質(zhì)與污染指標(biāo)（1）生化需氧量（BOD）在有氧的條件下，水中可分解的有機(jī)物由于好氧微生物的作用被氧化分解或無機(jī)物所需要的氧量稱為生物化學(xué)需氧量，簡稱生化需氧量（BOD），結(jié)果以氧的mg/L表示。

二、污水的性質(zhì)與污染指標(biāo)（二）污水的化學(xué)性質(zhì)與污染指標(biāo)（1）生化需氧量（CBOD）有機(jī)物好氧分解分為兩個階段：第一階段稱為碳氧化階段，主要是有機(jī)物在異氧菌的作用下，含碳有機(jī)物被氧化為CO2和H2O，含氮有機(jī)物被氧化為NH3。碳氧化階段所消耗的氧量稱為碳化生化需氧量?？偟奶蓟柩趿砍７Q為第一階段生化需氧量或完全生化需氧量，常以CBODu表示。

二、污水的性質(zhì)與污染指標(biāo)（二）污水的化學(xué)性質(zhì)與污染指標(biāo)（1）生化需氧量（NBOD）第二階段稱為硝化階段，主要是第一階段產(chǎn)生的NH3和原有的氨在自養(yǎng)菌的作用下，被氧化為NO2－—→NO3－的過程，由于這種硝化作用所消耗的氧量稱為硝化生化需氧量或第二階段生化需氧量，用LN或NBOD表示。通常測定污水的生化需氧量只是指碳化生化需氧量，即第一階段CBOD，需時大約20天，因此，在一般情況下，各國都規(guī)定統(tǒng)一采用5d，20℃作為生化需氧量測定的標(biāo)準(zhǔn)條件，一般記為BOD5，約為總生化需氧量的70％左右。二、污水的性質(zhì)與污染指標(biāo)（二）污水的化學(xué)性質(zhì)與污染指標(biāo)（2）化學(xué)需氧量（COD）化學(xué)需氧量是指在酸性條件下，用強(qiáng)氧化劑特有機(jī)物氧化為CO2、H2O所消耗的氧量。氧化劑一般采用重鉻酸鉀。由于重鉻酸鉀氧化作用很強(qiáng)，所以能夠較完全地氧化水中大部分有機(jī)物和無機(jī)性還原物質(zhì)(但不包括硝化所需的氧量)，此時化學(xué)需氧量用CODcr，或COD表示。如采用高錳酸鉀作為氧化劑，則寫作CODMn。

二、污水的性質(zhì)與污染指標(biāo)二、污水的性質(zhì)與污染指標(biāo)（二）污水的化學(xué)性質(zhì)與污染指標(biāo)（3）總有機(jī)碳（TOC）與總需氧量（TOD）有機(jī)物主要元素是C、H、O、N、S等。在高溫下燃燒后，將分別產(chǎn)生CO2和H2O，所消耗的氧量稱為總需氧量TOD。TOD的值一般大于COD的值。TOD的測定方法是：向氧含量已知的氧氣流中注入定量的水樣，并將其送入以鉑為觸媒的燃燒管中，在900℃高溫下燃燒，水樣中的有機(jī)物即被氧化。消耗掉氧氣流中的氧氣，剩余氧量可用電極測定并自動記錄。氧氣流原有氧量減去剩余氧量即得總需氧量TOD。TOD的測定僅需幾分鐘。二、污水的性質(zhì)與污染指標(biāo)

有機(jī)物都含有碳，通過測定廢水中的總含碳量可以表示有機(jī)物含量?？傆袡C(jī)碳(TOC)的測定方法是：向氧含量已知的氧氣流中注入定量的水樣，并將其送入以鉑為觸媒的燃燒管中，在900℃高溫下燃燒，用紅外氣體分析儀測定在燃燒過程中產(chǎn)生的CO2量，再折算出其中的含碳量，就是總有機(jī)碳TOC值。為排除無機(jī)碳酸鹽的干擾，應(yīng)先將水樣酸化，再通過壓縮空氣吹脫水中的碳酸鹽。TOC的測定時間也僅需幾分鐘。（二）污水的化學(xué)性質(zhì)與污染指標(biāo)

（4）油類污染物二、污水的性質(zhì)與污染指標(biāo)石油類產(chǎn)品的廢水進(jìn)入水體后會漂浮在水面并迅速擴(kuò)散，形成一層油膜，阻止大氣中的氧進(jìn)入水中，妨礙水生植物的光合作用。石油在微生物作用下的降解也需要消耗氧，造成水體缺氧。石油還會使魚類呼吸困難直至死亡。

（二）污水的化學(xué)性質(zhì)與污染指標(biāo)（5）酚類污染物（6）表面活性劑（7）有機(jī)酸堿（8）有機(jī)農(nóng)藥（9）苯類化合物

二、污水的性質(zhì)與污染指標(biāo)（二）污水的化學(xué)性質(zhì)與污染指標(biāo)表示污水化學(xué)性質(zhì)的污染指標(biāo)可分為有機(jī)物指標(biāo)和無機(jī)物指標(biāo)。2、無機(jī)物（1）pH：主要指示水樣的酸堿性。二、污水的性質(zhì)與污染指標(biāo)酸堿污染當(dāng)水體pH小于6.5或大于8.5時，水中微生物的生長會受到抑制，致使水體自凈能力減弱，并影響漁業(yè)生產(chǎn)，嚴(yán)重時還會腐蝕船只、橋梁及其他水上建筑。用酸化或堿化的水澆灌農(nóng)田，會破壞土壤的理化性質(zhì)，影響農(nóng)作物的生長。酸堿對水體的污染，還會使水的含鹽量增加，提高水的硬度，

二、污水的性質(zhì)與污染指標(biāo)（2）植物營養(yǎng)元素(N,P)

植物性營養(yǎng)物主要指含有氮磷等植物所需營養(yǎng)物的無機(jī)、有機(jī)化合物，如氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽、磷酸鹽和含氮和磷的有機(jī)化合物。這些污染物排入水體，特別是流動較緩慢的湖泊、海灣，容易引起水中藻類及其他浮游生物大量繁殖，形成富營養(yǎng)化污染。

二、污水的性質(zhì)與污染指標(biāo)太湖的富營養(yǎng)化——N,P污染富營養(yǎng)化的危害：1、溶解氧下降魚類死亡

二、污水的性質(zhì)與污染指標(biāo)2、富營養(yǎng)化污染水源—我國水體富營養(yǎng)化，藻類過量繁殖，有些水體幾千萬個/L，堵塞水處理設(shè)備；—藻類影響常規(guī)水處理工藝，而且在消毒過程中會與氯作用生成氯化消毒副產(chǎn)物—藻類在代謝過程中產(chǎn)生的藻毒素直接危害人體健康（3）重金屬

（汞，鎘，鉛，鉻，鎳）（鋅、銅、鈷、錫）

很多重金屬對生物有顯著毒性，并且能被生物吸收后通過食物鏈濃縮千萬倍，最終進(jìn)入人體造成慢性中毒或嚴(yán)重疾病。例如，著名的日本水俁病就是由于甲基汞破壞了人的神經(jīng)系統(tǒng)而引起的；骨痛病則是鎘中毒造成骨骼中鈣的減少的后果，這兩種疾病最終都會導(dǎo)致人的死亡。二、污水的性質(zhì)與污染指標(biāo)（4）無機(jī)性非金屬有害有毒物

（砷、含硫化合物、氰化物）

二、污水的性質(zhì)與污染指標(biāo)（三）污水的生物性質(zhì)與污染指標(biāo)表示污水生物性質(zhì)的污染指標(biāo)1、細(xì)菌總數(shù)二、污水的性質(zhì)與污染指標(biāo)病原體生活污水、醫(yī)院污水和屠宰、制革、洗毛、生物制品等工業(yè)廢水，常含有病原體，會傳播霍亂、傷寒、胃炎、腸炎、痢疾以及其他病毒傳染的疾病和寄生蟲病。大腸桿菌群：最基本的糞便污染的指標(biāo)菌群，并間接表明有腸道病菌存在的可能性。其他污染物難降解有機(jī)物:這類毒物大多是人工合成有機(jī)物，難以被生化降解，并且大多是較強(qiáng)的三致物質(zhì)(致癌、致突變、致畸)，毒件很大。主要有：農(nóng)藥(DDT、有機(jī)氯、有機(jī)磷等)、酚類化合物、聚氯聯(lián)苯、稠環(huán)芳烴(如苯并芘)、芳香族氨基化合物等。以有機(jī)氯農(nóng)藥為例，首先其具有很強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性，在自然環(huán)境中的半衰期為十幾年到幾十年，其次它們都可能通過食物鏈在人體內(nèi)富集，危害人體健康。如DDT能蓄積于魚脂中，濃度可比水體中高12500倍。其他污染物放射性物質(zhì):放射性是指原子核衰變而釋放射線的物質(zhì)屬性。主要包括X射線、α射線、β射線、γ射線及質(zhì)子束等。廢水中的放射性物質(zhì)主要來自鈾、鐳等放射性金屬生產(chǎn)和使用過程，如核試驗(yàn)、核燃料再處理、原料冶煉廠等。其濃度一般較低，主要引起慢性輻射和后期效應(yīng)，如誘發(fā)癌癥、對孕婦和嬰兒產(chǎn)生損傷，引起遺傳性傷害等。

其他污染物廢水溫度過高而引起的危害，叫做熱污染，熱污染的主要危害有以下幾點(diǎn)。（1）使水體溶解氧濃度降低，相應(yīng)的虧氧量隨之減少，大氣中的氧向水體傳遞的速率也減慢；（2）導(dǎo)致生物耗氧速度加快，促使水體中溶解氧更快被耗盡，水質(zhì)迅速惡化，造成魚類和水生生物缺氧死亡；（3）加快藻類繁殖，從而加快水體富營養(yǎng)化進(jìn)程；（4）導(dǎo)致水體中的化學(xué)反應(yīng)加快，使水體的物化性質(zhì)發(fā)生變化，可能對管道和容器造成腐蝕。（5）加速細(xì)菌生長繁殖，增加后續(xù)水處理的費(fèi)用。

第二節(jié)、污染物在水體環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化一、水體的自凈作用概念：污染物隨污水排入水體后，經(jīng)物理、化學(xué)和生物等方面的作用，使污染物的濃度或總量減少，經(jīng)過一段時間后，受污染的水體將恢復(fù)到受污染前的狀態(tài)，這一現(xiàn)象稱為水體的自凈作用。水體自凈的機(jī)制（1）、物理過程：污染物質(zhì)由于稀釋、混合、沉淀、上浮等作用而使水體污染物質(zhì)濃度降低的過程。（2）、化學(xué)及物理化學(xué)過程：污染物質(zhì)通過中和、絮凝、吸附、絡(luò)合、氧化、還原等反應(yīng)使其濃度降低的過程。（3）、生物化學(xué)過程：由于水體中微生物的代謝活動、污染物中的有機(jī)物質(zhì)被分解氧化并轉(zhuǎn)化為無害、穩(wěn)定的無機(jī)物過程。上述三項(xiàng)過程同時、同地產(chǎn)生，相互影響，相互交織在一起。其中生物化學(xué)過程是最活躍、最積極的因素。

第二節(jié)、污染物在水體環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化1、污水排入河流的混合過程（1）豎向混合階段：（2）橫向混合階段：（3）段面充分混合后階段：第二節(jié)、污染物在水體環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化2、持久性污染物的稀釋擴(kuò)散經(jīng)過混合過程到達(dá)充分混合段時，污染物濃度可由質(zhì)量守恒定律得出河流完全混合模式：（9-1）第二節(jié)、污染物在水體環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化例：一個發(fā)電廠在流量為5.3m3/s的河中用泵抽取0.76m3/s的水量，工廠灰池的排水量為0.74m3/s，上游水中和排放污水的硼濃度分別為0.051和8.9mg/L。請計(jì)算完全混合后河水中硼的濃度。第二節(jié)、污染物在水體環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化解：第二節(jié)、污染物在水體環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化3、非持久性污染物的稀釋擴(kuò)散和降解（9-2）第二節(jié)、污染物在水體環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化（9-3）式中：v-河水流速；x-初始點(diǎn)到下游x斷面處的距離；Mx-縱向分散系數(shù)；K-污染物分解速率常數(shù)；c0-初始點(diǎn)的污染物濃度；c-x斷面處的污染物濃度。第二節(jié)、污染物在水體環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化3、非持久性污染物的稀釋擴(kuò)散和降解第二節(jié)、污染物在水體環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化4、水體的氧平衡（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。氧垂曲線可分為三段：第二節(jié)、污染物在水體環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化氧垂曲線方程—斯蒂特-菲里普斯方程（S-P）（9-4）（9-5）第二節(jié)、污染物在水體環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化

在cL（x=0）=cL0，Cc（x=0）=Cc0，cD（X=0）=cD0的初值條件下求得上述微分方程的解為：（9-6）（9-7）第二節(jié)、污染物在水體環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化式中：cL，cL0—x和x=0處的河水BOD5濃度，mg/L；cD，cD0—x和x=0處的河水虧氧濃度，mg/L，cD=ccs-cC；cC，cC0—x和x=0處的河水溶解氧濃度，mg/L；ccs-河水的飽和溶解氧濃度，mg/L；K1—河水中BOD衰減（耗氧）系數(shù)；K2—河流復(fù)氧系數(shù)；t—初始點(diǎn)至下游x斷面處的河水流經(jīng)時間，d，t=x/u。第二節(jié)、污染物在水體環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化氧垂曲線方程的工程意義：1）用于分析受有機(jī)物污染的河水中溶解氧的變化動態(tài)，推求河流的自凈過程及其環(huán)境容量，進(jìn)而確定可排入河流的有機(jī)物最大限量。2）推算確定最大缺氧點(diǎn)即氧垂點(diǎn)的位置及到達(dá)時間，并依此制定河流水體防護(hù)措施。3）按氧垂曲線方程計(jì)算，在氧垂點(diǎn)的溶解氧含量達(dá)不到地表水最低溶解氧含量要求時，則應(yīng)對污水進(jìn)行適當(dāng)處理，故該方程式可用于確定污水處理廠的處理程度。第二節(jié)、污染物在水體環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化例：某城市人口35萬人，排水量標(biāo)準(zhǔn)150L/（P·d），每人每日排放于污水中的BOD5為27g，換算成BODu為40g。河水流量為3m3/s，河水夏季平均水溫為20℃，在污水排放口前，河水溶解氧含量為6mg/L，BOD5為2mg/L（BODu=2.9mg/L）。根據(jù)溶解氧含量求該河流的自凈容量和城市污水應(yīng)處理的程度。排放污水中的溶解氧含量