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文檔簡介
水污染控制工程主講教師:翁覓離2014年2月主要任務(wù):研究預(yù)防和治理水體污染,保護(hù)和改善水環(huán)境質(zhì)量,合理利用水資源以及提供不同用途和要求的用水的工藝技術(shù)和工程措施。主要研究領(lǐng)域:水體自凈及其利用;城市污水處理與利用;工業(yè)廢水處理與利用;給水凈化處理;城市、區(qū)域和水系的水污染綜合整治;水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。教材:《水污染控制工程》高庭耀,顧國維,周琪.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)》等第一節(jié)污水性質(zhì)與污染指標(biāo)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)第一章
污水水質(zhì)和污水出路知識目標(biāo)
了解污染物在水體中的遷移與轉(zhuǎn)化,了解污水出路,了解水污染凈化的基本原則和方法。能力目標(biāo)
理解水體的自凈作用,掌握污水水質(zhì)指標(biāo)及污水排放標(biāo)準(zhǔn)。一、歷史回顧總的印象:任意排放隨意修建規(guī)劃修建第一節(jié)水污染控制工程沿革、現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢公元前3750年:公元前2600年:公元前80年:印度Nippur修拱型下水道巴格達(dá)附近阿斯馬爾城修下水道古羅馬修建巨大下水道無進(jìn)展。未考慮地下水污染,城市附近水體污染?;魜y、傷寒、痢疾流行國外公元20世紀(jì)初:歐洲完成了下水道系統(tǒng)。并開始對所排污水進(jìn)行處理,建立了污水處理設(shè)施。如美國在1915年時大城市均完成了下水道系統(tǒng)。公元1800年:瘟疫猖獗公元19世紀(jì)初:(1800-1820年左右)英國、德國、法國、美國開始規(guī)劃進(jìn)行排水管道系統(tǒng),并有了一些處理方法(氧化塘,污灌等)歐洲污水處理設(shè)施氧化塘污灌物理處理二級處理,甚至三級處理公元前3世紀(jì):秦朝時有了排水管道(阿房宮)但規(guī)模小由于我國城市化,工業(yè)化進(jìn)程慢、程度低,至今還處于完善排水系統(tǒng)初步有所處理的階段真正的污水處理是近30年的事情。我國污水處理任重道遠(yuǎn)我國初期雨水工業(yè)廢水城鎮(zhèn)污水生活廢水第二節(jié)污水性質(zhì)與污染指標(biāo)二、水污染1、水與水體概念的區(qū)分在環(huán)境學(xué)中,水體包括了水本身及其中存在的懸浮物、膠體、溶解物、水生生物和底泥等完整的生態(tài)系統(tǒng)。2、水體污染自然水體受到來自廢水、大氣、固體廢物中污染物的污染——水污染(簡單定義)水體污染是指排入水體的污染物在數(shù)量上超過了該物質(zhì)在水體中的本底含量和水體環(huán)境容量,從而導(dǎo)致了水體的物理、化學(xué)及微生物特性發(fā)生變化,破壞了水中固有的生態(tài)系統(tǒng),破壞了水體的功能及其在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活中的作用。3、水污染現(xiàn)狀污水處理率低:90%以上的城市水域受到污染,特別嚴(yán)重的水系:三河:淮河、海河、遼河湖泊富營養(yǎng)化嚴(yán)重:滇池、巢湖(安徽)、太湖(江蘇)50%左右地下水水質(zhì)受到污染三、污水性質(zhì)與污染指標(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)嗅和味溫度化學(xué)性指標(biāo)有機(jī)物指標(biāo)無機(jī)性指標(biāo)生物化學(xué)需氧量(BOD)化學(xué)需氧量(COD)
總有機(jī)碳(TOC)與總需氧量(TOD)
油類污染物
酚類污染物
植物營養(yǎng)元素
pH值
重金屬
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)BOD測定注意事項: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)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);廢水中無機(jī)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: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)2.化學(xué)需氧量(COD)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?;瘜W(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。3.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。污水有機(jī)物指標(biāo)之間的關(guān)系需氧量TODCODcrBOD5CODMn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。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4.無機(jī)非金屬毒物重要的非金屬毒物有砷、硒、氰、氟、硫、亞硝酸鹽等。如砷中毒時能引起中樞神經(jīng)紊亂,誘發(fā)皮膚癌等。亞硝酸鹽在人體內(nèi)還能與仲胺生成亞硝胺,具有強(qiáng)烈的致癌作用。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/升大腸菌群水質(zhì)指標(biāo)測定人們通常用水質(zhì)指標(biāo)來衡量水質(zhì)的好壞或水體被污染的程度。
CODBODpH色度DOSS細(xì)菌有毒物質(zhì)第三節(jié)污染物在水體環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)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(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水體的自凈作用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
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(kuò)散和降解水體污染與恢復(fù)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(jī)物降解:有機(jī)物含量時間或距離氧垂曲線的求解:虧氧量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=ρcs-ρD到達(dá)最缺氧點時間dρD/dt=0:氧垂曲線污染物在河流中的擴(kuò)散和分解受到河流的流量、流速、水深等因素影響。河口是指河流進(jìn)入海洋前的感潮河段。河口污染物的遷移轉(zhuǎn)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,對污染物的稀釋、擴(kuò)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(zhuǎn)化受多種因素影響,地下水一旦污染要恢復(fù)原狀非常困難。污染物在不同水體中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律第四節(jié)污水出路工業(yè)利用污水的最終出路排放水體市政回用污水回用的幾個主要方向?qū)θ梭w健康不應(yīng)產(chǎn)生不良影響對環(huán)境質(zhì)量和生態(tài)系統(tǒng)不應(yīng)產(chǎn)生不良影響對產(chǎn)品質(zhì)量不應(yīng)產(chǎn)生不良影響應(yīng)符合應(yīng)用對象對水質(zhì)的要求或標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為使用者和公眾所接受回用系統(tǒng)在技術(shù)上可行、操作簡便價格應(yīng)比自來水低廉
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