第一章 污水水質(zhì)和污水出路

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(guó)維，周琪.高等教育出版社參考書(shū)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(jì)與計(jì)算》，尹士君，化學(xué)工業(yè)出版社《污泥處理》，金儒霖，中國(guó)建筑工業(yè)出版社《水處理工程師手冊(cè)》，唐受印，化學(xué)工業(yè)出版社雜志：《中國(guó)給水排水》、《給水排水》、《環(huán)境科學(xué)》、《環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)》、《中國(guó)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(shí)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(shì)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(wú)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(guó)外公元20世紀(jì)初：歐洲完成了下水道系統(tǒng)。并開(kāi)始對(duì)所排污水進(jìn)行處理，建立了污水處理設(shè)施。如美國(guó)在1915年時(shí)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(guó)、德國(guó)、法國(guó)、美國(guó)開(kāi)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(jí)處理，甚至三級(jí)處理公元前3世紀(jì)：秦朝時(shí)有了排水管道（阿房宮）但規(guī)模小由于我國(guó)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(guó)污水處理任重道遠(yuǎn)我國(guó)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(lái)自廢水、大氣、固體廢物中污染物的污染——水污染（簡(jiǎn)單定義）水體污染是指排入水體的污染物在數(shù)量上超過(guò)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(yíng)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(lái)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(lái)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(wú)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(lèi)污染物

酚類(lèi)污染物

植物營(yíng)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(cè)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(dòng)植物纖維、油脂、糖類(lèi)、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，傳播疾病；有毒有機(jī)物直接危害人體健康和水生生物生長(zhǎng)。有機(jī)物種類(lèi)繁雜，很難逐個(gè)測(cè)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(lái)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(guò)程，一般可分為兩個(gè)階段：第一個(gè)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(cè)定生化需氧量的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，稱五日生化需氧量（BOD5）通常以20°C為測(cè)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(cè)定注意事項(xiàng)：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(wú)機(jī)營(yíng)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(shí)，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(wú)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(duì)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(guò)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(wú)機(jī)性還原

物質(zhì)(但不包括硝化所需的氧量)，此時(shí)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(xiě)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(cè)定氣體中的CO2含量，從而確定水樣中碳元素總量。測(cè)定中應(yīng)該去除無(wú)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(wú)機(jī)還原物質(zhì)燃燒氧化成穩(wěn)定的氧化物測(cè)量載氣中氧的減少量，稱為總需氧量（TOD）。TOD測(cè)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(cè)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(cè)定并自動(dòng)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(cè)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(lèi)污染物石油類(lèi)：來(lái)源于工業(yè)含油污水動(dòng)植物油脂：產(chǎn)生于人的生活過(guò)程和食品工業(yè)油類(lèi)污染物進(jìn)入水體后影響水生生物的生長(zhǎng)、降低水體的資源價(jià)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(lèi)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(duì)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(duì)幼魚(yú)和魚(yú)卵的危害很大堵塞魚(yú)的鰓部，能使魚(yú)蝦類(lèi)產(chǎn)生石油臭味，降低水產(chǎn)品的食用價(jià)值。破壞風(fēng)景區(qū)，危害鳥(niǎo)類(lèi)生活。化學(xué)性指標(biāo)有機(jī)物酚類(lèi)污染物酚污染來(lái)源：煤氣、焦化、石油化工、木材加工、合成樹(shù)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(shí)，能影響魚(yú)類(lèi)的回游繁殖。酚濃度達(dá)0.1～0.2mg/L時(shí)，魚(yú)肉有酚味。酚濃度高會(huì)引起魚(yú)類(lèi)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(zhǎng)速度，有時(shí)甚至使其停止生長(zhǎng)。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(guò)5mg/L時(shí)，農(nóng)作物減產(chǎn)，甚至枯死化學(xué)性指標(biāo)無(wú)機(jī)性指標(biāo)過(guò)多的氮、磷進(jìn)入天然水體易導(dǎo)致富營(yíng)養(yǎng)化，導(dǎo)致水生植物尤其是藻類(lèi)的大量繁殖，造成水中溶解氧的急劇變化，影響魚(yú)類(lèi)生存，并可能使某些湖泊由貧營(yíng)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(lèi)金屬砷等生物毒性顯著的元素，一般指序號(hào)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(shí)，pH值發(fā)生變化，消滅或抑制水體中生物的生長(zhǎng)，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(lèi)：氫氧化物堿度；碳酸鹽堿度；重碳酸鹽堿度。植物營(yíng)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(zhǎng)，使蛋白質(zhì)凝固；逐級(jí)富集至人體，影響人體健康4．無(wú)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(shí)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(chóng)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(lái)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(gè)數(shù)/毫升計(jì)如：飲用水：<100個(gè)/毫升

醫(yī)院排水：<500個(gè)/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(jì)如：飲用水：<3個(gè)/升城市排水：<10000個(gè)/升

游泳池：<1000個(gè)/升大腸菌群水質(zhì)指標(biāo)測(cè)定人們通常用水質(zhì)指標(biāo)來(lái)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(dòng)中濃度自然降低的現(xiàn)象根據(jù)凈化機(jī)制分為三類(lèi)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(duì)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(shí)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(guò)程。經(jīng)過(guò)一定距離后污染物在整個(gè)橫斷面上達(dá)到濃度分布均勻，這一過(guò)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(dòng)的過(guò)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(guò)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(guò)混合過(guò)程達(dá)到充分混合階段時(shí)，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(guò)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(diǎn)后又逐步回升的變化過(guò)程，稱氧垂曲線。有機(jī)物降解：有機(jī)物含量時(shí)間或距離氧垂曲線的求解：虧氧量某點(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=ρcs-ρD到達(dá)最缺氧點(diǎn)時(shí)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(shí)的水位、流向和流速的影響。湖泊水庫(kù)的貯水量大，但水流一般比較慢，對(duì)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(gè)主要方向?qū)θ梭w健康不應(yīng)產(chǎn)生不良影響對(duì)環(huán)境質(zhì)量和生態(tài)系統(tǒng)不應(yīng)產(chǎn)生不良影響對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量不應(yīng)產(chǎn)生不良影響應(yīng)符合應(yīng)用對(duì)象對(duì)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(jiǎn)便價(jià)格應(yīng)比自來(lái)水低廉