水污染控制工程绪论.ppt

水污染控制工程,主讲教师 包 海 峰：1-4周，主讲绪论和废水物理处理。 欧阳文璟：5-8周，主讲化学、物理化学处理。 贾 丹：9-16周，主讲废水的生物处理。 考核方式 考试。期末采用闭卷笔试(笔试成绩占80%，平时成绩占20%)。无故旷课3次者平时成绩为0，累计出勤率少于2/3不准参加考试。,水污染控制工程主要学习内容 污水处理技术的基本术语、理论及理念； 污水处理技术的基本计算方法； 污水处理主要构筑物的构造及工作原理； 污水处理技术的应用范围和运行特点。,第一章 绪论,第一节 水资源及水环境 第二节 废水来源与特性 第三节 水质标准 第四节 废水处理方法综述 第五节 水体自净的基本规律 第六节 废水处理反应器及动力学基础,一.全球水资源的分布,三.我国的水资源现状及质量状况,第一节 水资源及水环境,二.水循环,一、全球水资源的分布及水循环,地球上水的总量约有13.8亿立方公里，其中97.5是海水，海水含有大量的矿物质盐类，不宜直接被人类使用。地球的淡水资源仅占其总水量的2.5%，而在这极少的淡水资源中，又有70%以上被冻结在南极和北极的冰盖中，加上难以利用的高山冰川和永冻积雪，有87%的淡水资源难以利用。人类真正能够利用的淡水资源是江河湖泊和地下水中的一部分，约占地球总水量的0.26%。全球淡水资源不仅短缺而且地区分布极不平衡。按地区分布，巴西、俄罗斯、加拿大、中国、美国、印度尼西亚、印度、哥伦比亚和刚果等9个国家的淡水资源占了世界淡水资源的60%。约占世界人口总数40%的80个国家和地区严重缺水。 21世纪水资源正在变成一种宝贵的稀缺资源，水资源问题已不仅仅是资源问题，更成为关系到国家经济、社会可持续发展和长治久安的重大战略问题。,海洋：97.3%（咸水） 冰川：2.1% （固体淡水） 地下水：0.59% 地表水：0.009% 大气水和生物水：0.001% 能够被人类直接利用的水不足1%,水圈的构成,二、水循环 (1)自然循环 (2)社会循环,(1)自然循环 在太阳能及其他自然力的作用下，通过降水、径流、渗流和蒸发等方式，构成水的自然循环。 图,自然界的水循环,(2) 水的社会循环,人类为了满足生活和生产的需求，不断取用天然水体中的水，经过使用，一部分天然水被消耗，但绝大部分却变成生活污水和生产废水排放，重新进入天然水体。 在水的社会循环中，水的性质在不断地发生变化。另外生活污水和生产废水是形成水污染的主要根源，也是防治水污染的主要对象。,给水系统的水源和排水系统接纳水体的地方大多是邻近的河流。取之于河流，还之于河流，形成一种受人类社会活动作用的水循环。,自然循环,平衡破坏,取水,排放,水污染控制工程,平衡破坏,给水处理,社会循环,(3)水的社会循环与自然循环的关系,三、我国的水资源现状,我国淡水资源总量为28000亿立方米，占全球水资源的6%，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，名列世界第四位。但是，我国的人均水资源量只有2400立方米，仅为世界平均水平的1/4，是全球人均水资源最贫乏的国家之一。 中国从20世纪70年代以来就开始闹水荒，这不是危言耸听，而是客观存在的事实。80年代以来，中国的水荒由局部逐渐蔓延至全国，情势越来越严重，对农业和国民经济已经带来了严重影响。,我国的水资源存在严重的时空分布不均衡性。 中国水资源南北分配的差异非常明显，长江流域及其以南地区人口占了中国的54，但是水资源却占了81。北方人口占46，水资源只有19。 根据环境部门对全国河流、湖泊、水库的水质状况的监测，由于近年来工业废水和城镇生活污水的排放等原因，我国主要水系的水体都遭到了不同程度的污染。 全国600多个城市缺水量600亿m3。 北方资源性缺水！ 南方水质性缺水！中西部工程性缺水！,2006 年，全国地表水总体水质属中度污染。在国家环境监测网（简称国控网）实际监测的745 个地表水监测断面中（其中，河流断面593 个，湖库点位152 个），类，、类，劣类水质的断面比例分别为40%、32%和28%。主要污染指标为高锰酸盐指数、氨氮和石油类等。与上年相比，全国地表水总体水质保持稳定。,三、 全国水环境质量状况,七大水系水质,2006 年，长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河和辽河七大水系总体水质与上年基本持平。国控网七大水系的197 条河流408 个监测断面中，类，、类和劣类水质的断面比例分别为46%、28%和26%。其中，珠江、长江水质良好，松花江、黄河、淮河为中度污染，辽河、海河为重度污染。主要污染指标为高锰酸盐指数、石油类和氨氮。七大水系监测的98 个国控省界断面中，类，、类和劣类水质的断面比例分别为43%、31%和26%。海河和淮河水系的省界断面水体为中度污染。,水体功能划分,海河干流为重度污染，与上年相比，水质无明显变化。海河水系其它主要河流为重度污染，水质较上年无明显变化。滦河水质良好，永定河为轻度污染；北运河、漳卫新河、大沙河、子牙河、马颊河、徒骇河为重度污染。海河国控省界断面总体属重度污染。20 个断面中，类水质断面占30%，、类占30%，劣类占40%。,第二节 废水来源与特性,即水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、生物或者放射性等方面特征的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或者破坏生态环境，造成水质恶化的现象称为水污染。,1984年颁布的中华人民共和国水污染防治法（第8章附则）中为“水污染”下了明确的定义。,Water Pollution,一、水污染的定义及废水：,水的集合体。是地表水圈的重要组成部分，是以相对稳定的陆地为边界的天然水域，包括江、河、湖、海、冰川、积雪、水库、池塘等，也包括地下水和大气中的水汽。,二、废水的定义： 清洁水在使用过程中受到一定程度的污染后丧失其使用价值，这种水称为废水。,生活污水是人们在日常生活中使用过的，并被生活废料所污染的水。 工业废水是工矿企业生产活动中所排出的废水。工业废水分为生产污水和生产废水。,根据来源不同，废水主要可分为生活污水和工业废水两大类。,城市污水： 是排入城镇排水系统的污水的总称，生活污水和工业废水的混和污水。,工业废水: 指工业企业各行业生产过程中产生和排放的废水。 生产污水 生产废水,是指在生产过程中形成、并被生产原料、半成品或成品等废料所污染，也包括热污染（指生产过程中产生的、水温超过60的水）。,是指生产过程中形成，但未直接参与生产工艺，未被生产原料、半成品或成品污染或只是温度稍有上升的水。,工业废水是指工业生产过程中产生的废水、污水和废液，其中含有随水流失的工业生产用料、中间产物和产品以及生产过程中产生的污染物。 随着工业的迅速发展，废水的种类和数量迅猛增加，对水体的污染也日趋广泛和严重，威胁人类的健康和安全。对于保护环境来说，工业废水的处理比城市污水的处理更为重要。工业废水的处理虽然早在19世纪末已经开始，并且在随后的半个世纪进行了大量的试验研究和生产实践，但是由于许多工业废水成分复杂，性质多变，至今仍有一些技术问题没有完全解决。这点和技术已臻成熟的城市污水处理是不同的。,三、工业废水分类(三种),第一种是按工业企业的产品和加工对象分类，如冶金废水、造纸废水、炼焦煤气废水、金属酸洗废水、化学肥料废水、纺织印染废水、染料废水、制革废水、农药废水、电站废水等。 第二种是按工业废水中所含主要污染物的化学性质分类，含无机污染物为主的为无机废水，含有机污染物为主的为有机废水。例如电镀废水和矿物加工过程的废水，是无机废水。食品或石油加工过程的废水，是有机废水。 第三种是按废水中所含污染物的主要成分分类，如酸性废水、碱性废水、含氰废水、含铬废水、含镉废水、含汞废水、含酚废水、含醛废水、含油废水、含硫废水、含有机磷废水和放射性废水等。 前两种分类法不涉及废水中所含污染物的主要成分，也不能表明废水的危害性。第三种分类法，明确地指出废水中主要污染物的成分，能表明废水一定的危害性。,P442,另外，根据废水中的主要污染物处理难易程度和危害性，将废水分为：,易处理危害性小的废水 易生物降解无明显毒性的废水 难生物降解又有毒性的废水。,水污染物：是指直接或者间接向水体排放的，能导致水体污染的物质。 有毒污染物：是指那些直接或者间接被生物摄入体内后，可能导致该生物或者其后代发病、行为反常、遗传异变、生理机能失常、机体变形或者死亡的污染物。,四、水污染的原因 (1)自然活动 如矿石溶解、火山爆发灰飞、干旱地区风蚀灰尘落入水体等，是目前尚无法控制的污染。 (2)人类活动 工业生产工业废水 人类生活生活污水,五、水污染源 1、水污染源定义 指向水体中排放污染物质而导致水体的某些物理、化学和生物学特性发生变化，并使水质恶化的场所、设备和装置等。,2、水污染源的分类 介绍四种分类方式 ,（1）按造成水体污染的原因分 天然污染源 人为污染源。,（2）按受纳水体分 地面水污染源 地下水污染源 海洋污染源。,（3）按污染源释放的有害物质的种类分 物理性污染源 化学性污染源 生物性污染源。,（4）按污染源的分布特征分： 点污染源 非点污染源（面污染源）,五、水污染源,水污染物的主要来源,人类活动所排放的各类污水是将上述污染物带入水体的一大类污染源，由于这些污水、废水多由管道收集后集中排除，因此常被称为点污染源。 大面积的农田地面径流或雨水径流也会对水体产生污染，由于其进入水体的方式是无组织的，通常被称为非点污染源，或面污染源。,六、水污染及其危害,工农业的飞速发展，带来巨大环境问题-水污染，产生一系列的严重后果，甚至是灾难性事件。,世界性水污染事件,早在18世纪，英国由于只注重工业发展，而忽视了水资源保护，大量的工业废水废渣倾入江河，造成泰晤士河污染，已基本丧失了利用价值。 19世纪初，德国莱茵河也发生严重污染，德国政府为此运用严格的法律和投入大量资金致力于水资源保护，经过数十年不懈努力，才使莱茵河碧水畅流，达到饮用水标准。 在上世纪90年代美国发生寄生虫侵入密尔沃基供水系统事件，造成100人死亡，40万人致病后，水质问题备受关注。,米糠油事件 1968年3月日本北九州市、爱知县一带 生产米糠油用多氯联苯作脱臭工艺中的热载体，由于生产管理不善，混入米糠油，食用后中毒，患病者超过1400人，至七八月份患病者超过5000人，其中16人死亡，实际受害者约13000人。,早期的“八大公害”：马斯河谷事件，多诺拉事件，洛杉矶光化学烟雾事件，伦敦烟雾事件，四日市哮喘事件，米糠油事件，水俣病事件，骨痛病事件。,水俣病事件 1953年，水俣镇发现了一个怪病人，开始时步态不稳，面部呆痴，进而是耳聋眼瞎，全身麻木，最后精神失常，身体弯弓，嚎叫而死。 1956年又有同样病症的女孩住院，引起当地熊本大学医院专家注意，开始调查研究。最后发现原来是当地一个化肥厂在生产氯乙烯和醋酸乙烯时，采用成本低的汞催化剂工艺，把大量含有有机汞的废水排入水俣湾，1972年日本环境厅公布：水俣湾和新县阿贺野川下游有汞中毒者283人，其中60人死亡。,胎儿性水俣病发笑症（3岁开始）,汞污染引起的胎儿性水俣病患者,痛痛病事件 19551972年，在日本富山县神通川流域两岸出现了一种怪病，患者中妇女比男士多，患上此病，则全身骨骼疼痛，不能行走，故取名为“痛痛病” ，起因是附近的电镀厂、蓄电池制造厂及熔接工厂或因采矿工业含镉之废水未经适当处理而径行排水，污染了神通川水体，两岸居民利用河水灌溉农田，稻米和饮用水含镉而中毒。 1963年至1979年3月共有患者130人，其中死亡81人。,水危害的关注,日趋加剧的水污染，已对人类的生存安全构成重大威胁，成为人类健康、经济和社会可持续发展的重大障碍 ； 每年因饮用不卫生水至少造成全球2000万人死亡，因此，水污染被称作“世界头号杀手“，已引起世界人们的关注。,我国水污染状况,水污染使水资源紧张状况严峻。 据三部门联合第一次全国污染源普查公报 (2010年2月6日 )，主要污染物全国排放总量如下： 各类源废水排放总量2092.81亿吨，废气排放总量637203.69亿立方米。主要污染物排放总量：化学需氧量3028.96万吨，氨氮172.91万吨，石油类78.21万吨，重金属（镉、铬、砷、汞、铅）0.09万吨，总磷42.32万吨，总氮472.89万吨；二氧化硫2320.00万吨，烟尘1166.64万吨，氮氧化物1797.70万吨。在现有的水处理技术水平和资金来源机制条件下，污水处理新债不断出现。,我国水污染事件,2005年吉林石化双苯厂爆炸产生的污染物硝基苯和苯对松花江流域造成了巨大的环境破坏， 震惊了全国，影响国际。 外交部发言人秦刚12月16日介绍说，自松花江水污染事件发生以来，中方本着高度负责和友好的精神，在极短时间内向俄方提供了6台水质检测仪和150吨活性炭，受到俄方欢迎,2005年11月，航拍受污染的松花江,松花江水污染,松花江上游吉林中石油的双苯厂爆炸导致约100吨苯类污染物进入松花江，导致哈尔滨全市停水4天。,经济损失？,工业废水造成环境污染的种类 含无毒物质的有机废水和无机废水的污染； 含有毒物质的有机废水和无机废水的污染； 含有大量不溶性悬浮物废水的污染； 含油废水产生的污染； 含高浊度和高色度废水产生的污染； 酸性和碱性废水产生的污染； 含有多种污染物质废水产生的污染； 含有氮、磷等工业废水产生的污染。,P443,七、国内外水污染控制对策,1、我国的对策 方针：“防治结合、以防为主、综合治理”； 对策：执行“三同时”和环境影响评价制度； 制订规划，调整布局，环境补偿，技术改造； 实施排污总量控制制度和征收排污费； 鼓励对“三废”进行综合利用，使其资源化。,2、国外水污染控制对策,（1）采用无害化生产工艺，不排或少排废水； （2）推广水的重复利用技术； （3）研究开发水处理新工艺、设备、材料； （4）重视污泥的处理、处置与利用； （5）重视水资源评价； （6）水污染防治由点源走向区域； （7）水污染监测精确化、快速、连续、自动。,八、控制工业废水污染源的基本途径 1、减少废水排出量： 废水进行分流； 节约用水； 改革生产工艺； 避免间断排出工业废水。 2、降低废水污染物的浓度： 改革生产工艺，尽量采用不产生污染物的工艺； 改进装置的结构和性能； 废水进行分流； 废水进行均和； 回收有用物质； 排出系统的控制。（废水浓度超过规定，停止）,P443-444,水处理的主要任务：改善水质。 即采用各种方法将废水中的污染物分离出来，或将其转化为无害的物质，从而使废水得到净化。,给水处理：将原水中的杂质去掉，加工成符合生产和生活使用水质要求的成品水； 排水处理：收集使用过的废水并处理到水质符合循环使用或排放要求。,1、水质的定义： 水质，即水的品质，是指水与其中所含杂质共同表现出来的物理学、化学和生物学的综合特性。,九、废水的水质特性,2、水中杂质的分类 (水污染物) 按杂质在水中的存在状态可分为： 悬浮物质（颗粒尺寸100nm ） 溶解物质（颗粒尺寸1nm ） 胶体物质（1nm颗粒尺寸100nm ）,3、水质指标 污水和受纳水体的物理学、化学、生物学等方面的特征是通过水质指标来表示的。 水质指标是控制和掌握污水处理设备的处理效果和运行状态的重要依据。 第一类 物理性水质指标 第二类 化学性水质指标 第三类 生物性水质指标,第一类，物理性水质指标 感官物理性状指标 温度、色度、嗅和味、浊度等。 其它物理性状指标 总固体（TS）、悬浮固体（SS）、溶解固体（DS）、可沉固体、电导率（电阻率）等。,第二类、化学性水质指标 一般的化学性指标。 有毒的化学性指标。 有关氧平衡的指标。 ,一般的化学性指标 pH、碱度、硬度、各种阴离子、各种 阳离子、总含盐量、一般有机物质等。,有毒的化学性指标 如重金属、氰化物、多环芳烃、农药等。,有关氧平衡的指标 如溶解氧（DO）、化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、总需氧量（TOD）、总有机炭（TOC）等。,第三类，生物学水质指标 包括细菌总数、总大肠菌群数、各种病原细菌、病毒等。,4、 废水的特性,废水中的污染物种类大致可如下区分：固体污染物、需氧污染物、营养性污染物、酸碱污染物、有毒污染物、油类污染物、生物污染物、感官性污染物和热污染等。 为了表征废水水质，规定了许多水质指标。主要有有毒物质、有机物质、悬浮物总数、pH值、色度、温度等。一种水质指标可能包括几种污染物；而一种污染物也可有几种水质指标。,return,(一)固体污染物 固体污染物常用悬浮物和浊度两个指标来表示。 悬浮物是一项重要水质指标，它的存在不但使水质浑浊，而且使管道及设备阻塞、磨损，干扰废水处理及回收设备的工作。 浊度是对水的光传导性能的一种测量，其值可表征废水中胶体相悬浮物的含量。 固体污染物在水中以三种状态存在：溶解态(直径小于1nm)、胶体态(直径介于1100nm)和悬浮态(直径大于100nm)。几个概念：总固体量、悬浮固体、可沉固体、VSS、NVSS 书：P2-3页。,return,固体污染带,(二)需氧污染物 废水中能通过生物化学和化学作用而消耗水中溶解氧的物质，统称为需氧污染物。绝大多数的需氧污染物是有机物，无机物主要有Fe3+、Fe2+、S2-、CN-等。因而在一般情况下，需氧物即指有机物。 由于有机物的种类非常多，现有的分析技术难以将其区分与定量。在工程实际中主要用生化需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)、总需氧量(TOD)、总有机碳(TOC)等指标来描述。,return,1、生化需氧量（BOD）,在水温20条件下，由于微生物（主要是细菌）的生活活动，将有机物氧化成无机物所消耗的溶解氧量，称为生物化学需氧量或生化需氧量。,书：P8-9页。,(BOD),1,生化需氧量,1生化需氧量(BOD) 存在一些缺点： (1)当污水中含大量难降解物质时，BOD5测定误差较 大； (2)每次测定需5天，不能及时指导实际工作； (3)废水中如存在抑 制微生物生长繁 殖的物质或不含 微生物生长所需 的营养时，将影 响测定结果。,2化学需氧量(COD) 化学需氧量是指在酸性条件下，用强氧化剂特有机物氧化为CO2、H20所消耗的氧量。 氧化剂一般采用重铬酸钾。由于重铬酸钾氧化作用很强，所以能够较完全地氧化水中大部分有机物和无机性还原物质(但不包括硝化所需的氧量)，此时化学需氧量用CODcr，或COD表示。 如采用高锰酸钾作为氧化剂，则写作CODMn或OC。,return,(COD),2,化学需氧量,3总需氧量(TOD) 有机物主要元素是C、H、O、N、S等。在高温下燃烧后，将分别产生CO2和H2O，所消耗的氧量称为总需氧量TOD。TOD的值一般大于COD的值。TOD的测定方法是：向氧含量已知的氧气流中注入定量的水样，并将其送入以铂为触媒的燃烧管中，在900高,return,温下燃烧，水样中的有机物即被氧化。消耗掉氧气流中的氧气，剩余氧量可用电极测定并自动记录。氧气流原有氧量减去剩余氧量即得总需氧量TOD。TOD的测定仅需几分钟。,书：P10页。,4.总有机碳(TOC) 有机物都含有碳，通过测定废水中的总含碳量可以表示有机物含量。 总有机碳(TOC)的测定方法是：向氧含量已知的氧气流中注入定量的水样，并将其送入以铂为触媒的燃烧管中，在900高温下燃烧，用红外气体分析仪测定在燃烧过程中产生的CO2量，再折算出其中的含碳量，就是总有机碳T0C值。为排除无机碳酸盐的干扰，应先将水样酸化，再通过压缩空气吹脱水中的碳酸盐。TOC的测定时间也仅需几分钟。,return,书：P11页。,（1）生化需氧量,值得注意的问题： (1) 5天的生化需氧量(BOD5)占总生化需氧量的70%-80%; (2) 废水中存在抑制微生物生长繁殖的物质或不含微生物 生长所需的营养时，将影响测定结果。,（2）化学需氧量,值得注意的问题： (1) 有2种测定方法，CODcr和CODMn。 氧化能力CODcrCODMn (2) CODcr法对环境造成污染，因此发达国家使用CODMn 法，工程设计时采用CODcr法。 TODCODBODTOC,废水可生化性的评价方法,用BOD5COD值评价废水的可生化性是广泛采用的一种最为简易的方法。在一般情况下BOD5COD值愈大，说明废水可生物处理性愈好。 表1 废水可生化性评价参考数据,一般认为：该比值0.3，可采用生化处理法：该比值0.25，不宜采用生化法；该比比值0.3，难生化处理。,(三)营养性污染物 当废水排入受纳水体，使水中N和P的浓度分别超过0.3和0.02mg/L时，就会引起受纳水体的富营养化，促进各种水生生物的活性，刺激它们的异常增殖，这样会造成一系列的危害。藻类占据的空间越来越大，使鱼类活动空间越来越小，衰死藻类将沉积水底，增加水体有机物量。藻类种类逐渐减少，从以硅藻和绿藻为主转为以迅速繁殖的蓝藻为主，蓝藻不是鱼类的良好饲料，并且有些还会产生出毒素。藻类过度生长，将造成水中溶解氧的急剧减少，使水体处于严重缺氧状态，造成鱼死亡，水体腐败发臭。 N的主要来源是氮肥厂、洗毛厂、制革厂、造纸厂、印染厂食品厂等。P的主要来源是磷肥厂和含磷洗涤剂等。生活污水经普通生化法处理，也会转化为无机的P和N等。此外BOD、温度、维生素类物质也能促进和触发营养性污染。,return,书：P16-17页。,湖泊富营养化造成的大面积水华,云南滇池爆发蓝藻,水葫芦,又名凤眼莲,水葫芦的繁殖能力极其旺盛，一旦有适合它生长的环境，它便快速生长，并成为当地的优势物种，抑制或影响其他物种的生长，破坏生态多样性，极易造成该地区生态恶化，物种单一。全球大约有60个国家遭此危害 。,营养性污染物,N、P是植物和活性污泥中微生物生长繁殖所 必需的营养物质； N、P是水体富营养化的主要原因； 生化处理中BOD:N:P=100:5:1； N、P的主要来源：生活污水、工业废水、肥 料等。 含氮化合物：有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮与 硝酸盐氮，四种含氮化合物的总量称为总氮。,(四)酸碱污染物 酸碱污染物主要由工业废水排放的酸碱以及酸雨带来。水质标准中以pH值来反映其含量水平。 酸碱污染物使水体的PH值发生变化，破坏自然缓冲作用。抑制微生物生长，妨碍水体自净，使水质恶化、土壤酸化或盐碱化。各种生物都有自己的PH适应范围，超过该范围，就会影响其生存。对渔业水体而言，pH值不得低于6或高于9.2，当PH值为5.5时，一些鱼类就不能生存或生殖率下降农业灌溉用水的pH值应为6.58.5。此外酸性废水也对金属相混凝土材料造成腐蚀。,return,书：P14-16页。,(五)有毒污染物 废水中能对生物引起毒性反应的化学物质，称有毒污染物。工业上使用的有毒化学物已经超过12000种，而且每年以500种的速度递增。毒物是重要的水质指标，各类水质标准对主要的毒物都规定了限值。 废水中的毒物可分为三大类：无机化学毒物、有机化学毒物和放射性物质。,return,书：P18-19页。,1无机化学毒物 无机化学毒物包括金属和非金属两类。 金属毒物主要为汞、铬、镉、铅、锌、镍、铜、铁、锰、放、钒、钼和铋等，特别是前几种危害更大。金属毒物具有以下特点：不能被微生物降解；其毒性以离子态存在时最严重，金属离子在水中容易被带负电荷的胶体吸附，吸附金属离子的胶体可随水流迁移，但大多数会迅速沉降；能被生物富集于体内，既危害生物，又通过食物链危害人体；重金属进入人体后，能够和生理高分子物质发生作用而使这些生理高分子物质失去活性，也可能在人体的某些器官积累，造成慢性中毒。 重要的非金属毒物有砷、硒、氰、氟、硫、亚硝酸很等。如砷中毒时能引起中枢神经紊乱，诱发皮肤癌等。亚硝酸盐在人体内还能与仲胺生成亚硝胺，具有强烈的致癌作用。,return,2有机化学毒物 这类毒物大多是人工合成有机物，难以被生化降解，并且大多是较强的三致物质(致癌、致突变、致畸)，毒件很大。主要有：农药(DDT、有机氯、有机磷等)、酚类化合物、聚氯联苯、稠环芳烃(如苯并芘)、芳香族氨基化合物等。以有机氯农药为例，首先其具有很强的化学稳定性，在自然环境中的半衰期为十几年到几十年，其次它们都可能通过食物链在人体内富集，危害人体健康。如DDT能蓄积于鱼脂中，浓度可比水体中高12500倍。,return,3放射性物质 放射性是指原子核衰变而释放射线的物质属性。主要包括X射线、射线、射线、射线及质子束等。废水中的放射性物质主要来自铀、镭等放射性金属生产和使用过程，如核试验、核燃料再处理、原料冶炼厂等。其浓度一般较低，主要引起慢性辐射和后期效应，如诱发癌症、对孕妇和婴儿产生损伤，引起遗传性伤害等。,(六)油类污染物 油类污染物包括“石油类”和“动植物油”两项。油类污染物能在水面土形成油膜，隔绝大气与水面，破坏水体的复氧条件。它还能附着于土壤颗粒表面和动植物体表，影响养分的吸收和废物的排出。 当水中含油0.010.1mg/L，对鱼类和水生生物就会产生影响。当水中含油0.30.5mg/L就会产生石油气味，不适合饮用。,return,海底油田井喷造成的石油污染,西班牙被原油污染的海岸,受石油污染的小鸟,(七)生物污染物 生物污染物主要是指废水中的致病性微生物，它包括致病细菌、病虫卵和病毒。 未污染的天然水中细菌含量很低，当城市污水、垃圾淋溶水、医院污水等排入后将带入各种病原微生物。如生活污水中可能会有能引起肝炎、伤寒、霍乱、痢疾、脑炎的病毒和细菌以及蛔虫卵和钩虫卵等。生物污染物污染的特点是数量大，分布广，存活时间长，繁殖速度快。必须予以高度重视。 水质标准中的卫生学指标有细菌总数和总大肠苗群数两项。后者反映水体中动物粪便污染的状况。,return,(八)感官性污染物 废水中能引起异色、浑浊、泡沫、恶臭等现象的物质，虽无严重危害，但能引起人们感官上的极度不快，被称为感官性污染物。对于供游览和文体活动的水体而言，感官性污染物的危害则较大。 异色、浑浊的废水主要来源于印染厂、纺织厂、造纸厂、焦化厂、煤气J等。恶臭废水来源于炼油厂、石化厂、橡胶厂、制药厂、屠宰厂、皮革厂等。当废水中含有表面活性物质时，在流动和曝气过程中特产生泡沫，如造纸废水、纺织废水等。 各类水质标准中，对色度、臭味、浊度、漂浮物等指标都作了相应的规定。,return,被污染的河流,(九)热污染 废水温度过高而引起的危害，叫做热污染，热污染的主要危害有以下几点。 （1）使水体溶解氧浓度降低，相应的亏氧量随之减少，大气中的氧向水体传递的速率也减慢； （2）导致生物耗氧速度加快，促使水体中溶解氧更快被耗尽，水质迅速恶化，造成鱼类和水生生物缺氧死亡； （3）加快藻类繁殖，从而加快水体富营养化进程； （4）导致水体中的化学反应加快，使水体的物化性质发生变化，可能对管道和容器造成腐蚀。 （5）加速细菌生长繁殖，增加后续水处理的费用。,return,第三节 水质标准,水质标准分为水环境质量标准和污水排放 标准两大类。 制订水质标准应遵循科学性、技术可行 性、经济可行性、地区差异性、时效性 （按不同时期分阶段制定标准）的原则。,书：P51-52页。,水环境质量标准,我国已有的水环境质量标准有： 地面水环境质量标准 （GB3838-2002） 渔业水质标准 （GB11607-89） 景观娱乐用水水质标准（GB12941-91） 农田灌溉水质标准 （GB5084-92） 2002年颁布的地面水环境质量标准规定的 基本项目24项、补充项目5项、特定项目80项。 水域划分为5类（类），同一水域兼有多 类功能的，依最高功能划分类别。,类 主要适用于源头水，国家自然保护区； 类 主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、仔稚幼鱼的梭饵场等； 类 主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区； 类 主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区； 类 主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。,返回,污水排放标准,我国已有的污水排放标准有： 污水综合排放标准GB8978-1996） 行业排放标准。 需要注意的是：污水综合排放标准和 行业排放标准不交叉执行。,污水排放标准（续）,污水综合排放标准分一级、二级、三级标准 ；排放的污染物按其性质及控制方式分为两类 ；还按照年限规定了两类污染物最高允许排放浓度和部分行业最高允许排水量 。,污水排放标准（续）,污水排入城市下水道水质标准（CJ3082-1999）和城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）。 行业排放标准,第四节 废水处理方法概述,水处理的主要任务：改善水质。 即采用各种方法将废水中的污染物分离出来，或将其转化为无害的物质，从而使废水得到净化。,书：P52-53页。,废水处理方法大体上可分为两类： 1.分离处理法：把有害物从废水中分离出来； 2.转化处理法：通过化学或生化的作用，使其转 化为无害的物质或可分离的物质。 按处理原理不同，将处理方法分为物理法、化 学法、物理化学法和生物处理法四类。,分离法分类一览表,转化法分类一览表,废水处理技术，按处理程度划分为一级、二级 和三级处理。 一级处理：主要去除废水中悬浮固体和漂浮物质，同时还通过中和或均衡等预处理对废水进行调节。主要包括中和、混凝、气浮、沉淀等。BOD去除率为30%左右。 2. 二级处理：主要去除废水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质,主要采用生物处理等方法。BOD去除率为90%左右。 3. 三级处理：对难降解的有机物、磷、氮等营养性物质进一步处理。采用的方法有生物脱氮除磷法、过滤、离子交换、反渗透、超滤、消毒等。,(预处理？),城市污水处理典型流程,废水中的污染物是多种多样的，不能预期只用一种处理方法就能够把所有的污染物质去除殆尽，一种废水往往需要把几种处理方法联合成有机整体，并合理配置其主次关系和前后顺序，才能达到最经济有效地处理要求的程度。这种处理系统，叫废水处理流程(废水处理系统)。,设计废水处理流程的原则： 先易后难，先简后繁,即：首先使用物理法，然后再使用生化法和物化法。,具体原则：首先去除大块漂浮物质，然后再依次去除悬浮固体，胶体物质、溶解性物质。,污水处理典型流程,污水处理典型流程,（1）一级处理厂流程,污水处理典型流程,（2）二级处理厂（活性污泥法）流程,二级生化污水处理厂,污水处理典型流程,（3）三级处理厂流程,污水处理典型流程,污水处理典型流程,（4）工业废水处理流程,污水处理典型流程,图1-9 造纸废水处理工艺流程图,污水净化后的处置方式（出路）,排入水体，作为水体的补给水： 排入水体是污水的自然归宿，是造成水体遭受污染的原因之一。 同时由于水体自净作用，可使污水得到进一步净化。,灌溉田地 灌溉田地可使污水得到充分利用，但符合农溉标准，使土壤与农作物免遭污染。,重复利用：是最合理的出路。 循环冷却水外排水回用。 污水进一步净化作城市、工矿企业给水源； 城市污水为给水源，处理后作生活杂用水或饮用水。 建筑中水回用。,地下水回灌,污水回用应满足下列要求： 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。,废水处理方法的确定,参考已有的相同工厂的工艺流程确定，如无资 料可参考时，可通过试验确定，同时还可以得到一些可供参考的设计参数。 1. 有机废水的试验确定方法 含悬浮物时，用滤纸过滤，测定滤液的BOD5、COD。 若滤液中的BOD5、COD高于要求值，采用生物处理法。 若生物处理后COD不达标时，考虑采用深度处理。,2. 无机废水的试验确定方法 含悬浮物时，需进行沉淀试验。 自然沉淀法达不到要求值时，进行混凝沉淀试 验。 废水中仍含有有害物质时，采用中和、化学沉 淀、氧化还原等化学方法。 对上述方法仍不能去除的溶解性物质，考虑采 用吸附、离子交换等深度处理方法。 3.含油废水 首先做静止上浮试验分离浮油。 进行分离乳化油的试验。,习题： 1、何谓水污染？造成水体污染的途径有哪些？ 2、控制水污染的途径有哪些？ 3、按照废水处理的作用原理分类，废水处理可分为几类处理方法？ 4、按照水处理的程度分类，废水处理可分为几级？分别说明其去除对象和主要采用的方法。它们之间有何区别和联系？,return,第五节 水体自净的基本规律,污染物随污水进入水体后，经过物理的、化学的和生物化学的作用，使污染物的总量减少或浓度降低，受污染的水体部分地或完全地恢复原状，这种现象称为水体的自净。 水体所具备的这种能力称为水体自净能力或自净容量。,1、水体的自净作用,书：P20-23页。,如何理解：? 以生物化学作用为主体，物理、化学和生物共同协同； 污染物的总量和浓度随时间和空间逐步降低； 生物的分解作用及其种群变化。,水体自净作用,物理净 化作用,化学净 化作用,生物化学 净化作用,氧化还原、酸碱反应 分解合成、吸附凝聚,微生物对有机 进行氧化分解,稀释、混合 沉淀、挥发,1）物理净化作用 稀释: 污水排在流动过程中逐渐和水体相混合，污染物浓度降低。 （稀释效果受两种运动形式的影响：对流与扩散） 混合：污水与水体水的彼此分散。完全混合断面某污染物的平均浓度为CCiq/Q。 沉淀：污染物因重力作用、物理化学性质变化以及被水体悬浮物吸附而沉于水底。但河水扰动时可能会造成二次污染。 挥发：污水中的挥发组分因挥发而使其在水体中的浓度降低。,混合： 混合效果-混合系数（）-通过混合达到稀释的目的 = Q总-河水总流量 Q混-与污水混合的河水流量 混合系数受河流形状、排污口形式、排水量影响。 特定断面混合系数的计算： = L计算-排污口到计算断面的距离（距离好算，流量不好算） L全混-排污口到混合断面的距离（已知，可实测或查表） -混合系数，当L计算L全混， =1,书P22 表2-2,完全混合断面污染物浓度C：(持久性污染物) CW- 原污水中某污染物的浓度，mg/L； CR- 河水中该污染物的原有浓度，mg/L； q- 污水流量，m3/s； Q- 河水流量，m3/s； - 混合系数。,特殊情况：CR=0，Qq时 n- 河水与污水的稀释比,2）化学净化作用 氧化还原：如Fe2+被水中DO氧化而最终变成了Fe(OH)3。 酸碱反应：如水体中的HCO3遇到Ca2+而沉淀；硫酸盐遇到石灰石。 吸附与凝聚:悬浮泥沙及胶体因吸附各种离子后凝并而沉淀。,3）生物化学净化作用 水体生物化学净化过程如下：以含氮有机物为例,生物化学净化作用包括生物吸附和生物净化。,2、河流氧垂曲线方程-菲里普斯（Phelps）方程,研究河流中DO的变化规律-DO的重要性（生态平衡） 1)河流中的溶解氧(DO)变化 存在两种变化趋势： 有机物被微生物降解，消耗水中的溶解氧，使DO下降； 降解耗氧速率-与有机物浓度成正比 河流流动过程中，接受大气复氧，使DO上升。 复氧速率-与亏氧量成正比 两种作用的结果-形成氧垂曲线,氧垂曲线：污水排入水体后水体中的DO曲线呈悬索状下垂，故称之。原因:有机物被生物降解耗氧、同时大气复氧.,书：P37-53页。,2)河流氧垂曲线, 第一段（ao）：有机物浓度高，耗氧速率大于复氧速率， DO大幅度下降，亏氧量增加，直至耗氧速率等于复氧速率； o点溶解氧最低-氧垂点（最不利点） 第二段（ob）：有机物浓度降低，耗氧速率小于复氧速率，DO开始逐渐回升,亏氧量逐渐减少，直至折点b。 第三段（b以后）：溶解氧回升至起始阶段。,污染段：耗氧速率大于复氧速率，水中DO下降，亏氧量增加，直至耗氧速率等于复氧速率。 恢复段：复氧速率大于耗氧速率，水中DO回升。 清洁段：DO回升至原状。 对于大气复氧：除与有机物浓度有关外，还与温度、水动力学条件以及水面是否有油膜（对淡水水体影响较大，而海洋影响较小）等有关。 水中DO浓度是维持水生生态系统的重要因素，它是检验水体水质的重要参数。,3）氧垂曲线方程 有机物耗氧动力学、DO变化过程动力学 河水中有机物降解与溶解氧平衡的数学模式,（1）有机物耗氧动力学 当沿水流方向输移的有机物量扩散稀释量，Q河,q污不变，T水不变时，有机物的生化降解的耗氧量正比于河水中有机物量。,想一想： 你知道怎么求吗？,Ltt时刻水中残留的有机污染物的量； t时间，d； Lo初始时刻，有机物总量，即氧化全部有机物所需的氧量 k1，K1耗氧速率常数，k1=0.434K1。,或者,你知道吗,（1）有机物耗氧动力学 耗氧速率常数K1或k1因污水性质不同而异，须经实验确定。 书P39 表2-4 生活污水耗氧速率常数k1,不同水温下耗氧速率常数k1可以计算，公式如下：,温度系数，=1.047,（2）DO变化过程动力学 氧溶与水的速率与氧亏量成正比,Dtt 时刻河流中亏氧量； Do初始时刻河流中亏氧量； k2复氧速率常数。,C0一定温度（T）下，水中饱和溶解氧，mg/L； Cx河水中溶解氧含量，mg/l。,亏氧量：,在某一时刻，溶解氧增加的量为：,（3）氧垂曲线公式的推导菲里普斯（Phelps）方程,由于水中溶解氧的消耗与 BOD的衰减是一致的，可得：,为耗氧速度常数,而氧气的恢复速率正比于水中饱和溶解氧量与河水实际溶解氧量之间的差值，即：,K2为复氧速率常数，D称为亏氧量,因此，一定温度下，水中溶解氧的变化速率为：,用亏氧量的变化速率表示为：,这是一个 y + Py = Q 一元线性非齐次方程。,（3）氧垂曲线公式的推导菲里普斯（Phelps）方程,对上式方程积分得到亏氧量的解：,即氧垂曲线公式（Streeter-Phelps方程）,溶解氧的最低点临界点，从混合开始到达临界点的时间为：,（3）氧垂曲线公式的推导菲里普斯（Phelps）方程,菲里普斯（Phelps）方程 应用注意事项：,（3）氧垂曲线公式的推导菲里普斯（Phelps）方程,公式只考虑了有机物生化耗氧和大气复氧两个因素，故仅适用于河流截面变化不大，藻类等水生博物和底泥影响可忽略不计的河段；,仅适用于河水与污水在排放点处完全混合的条件；,所使用的k1，k2值必须与水温相适应； ,如沿河有几个排放点，则应根据具体情况合并成一个排放点计算或逐段计算。,耗氧速率常数k1和复氧速率常数k2是在水温20摄氏度时的值，水温不在20时分别用下式计算：,（3）氧垂曲线公式的推导菲里普斯（Phelps）方程,一般取1.016,一般取1.047,（3）氧垂曲线公式的推导菲里普斯（Phelps）方程,例题：某城市污水处理厂的出水排入一河流。最不得的情况将发生在夏季气温高而河水流量小的时候。已知废水的最大流量为15000m3/d，BOD5=30mg/L， DO=2mg/L，水温25。废水排入口上游河流最小流量为0.5m3/s， BOD5=4mg/L， DO=5mg/L，水温22。假定废水和河水能瞬时完全混合，耗氧速率常数k1=0.10d-1，复氧速率常数k2=0.17d-1（20 ）。 试求临界亏氧量及其发生的时间。,解：, 确定废水与河水混合后各项指标,废水流量：,河水流量：,混合后流量：,废水BOD5：,河水BOD5：,混合后BOD5：,混合后水中DO：,混合后水温：,解：,对k1、k2进行温度校正：,计算L0：,计算初始亏氧量D0：,计算临界亏氧量及其发生时间：,书P40：例2-4,（3）氧垂曲线公式的推导菲里普斯（Phelps）方程,3）水环境容量 P45,定义：在满足水环境质量标准的条件下，水体所能接纳的最大允许污染物负荷量，又称为水体纳污能力。单位为Kg/d。,注意事项（影响因素）：,水体特征：如水体的各种水文参数（河宽、河深、流量、流速等）、背景参数（水的pH、碱度、硬度、污染物质的背景值等）、自净参数（物理的、化学的、物理化学的、生物化学的）和工程因素（各水上构筑物如闸、坝、堤以及排污口位置方式等）。,污染物特征：如污染物的扩散性、持久性、生物降解性等。一般来说，污染物的物理化学性质越稳定，则环境容量越小。耗氧有机物水环境容量大，难降解有机物水环境容量小，而重金属的水环境容量则甚微。,水质目标：即水体的功能区划（5类）。,习题： 1、什么是水体自净？ 2、何