（市政工程专业论文）城市污水中污染物的分布规律及可处理性评价的研究.pdf

碰8 3 7 1 2 1 西安建筑科技大学硕士学位论文 城市污水中污染物的分布规律 及可处理性评价的研究 专业：市政工程 研究生：赵红梅 导师：王晓昌教授 摘要 城市污水排放是造成水体污染的主要原因，根据污水水质选择技术可靠、经济可 行的处理流程非常重要。本研究以西安市城市污水为对象，系统地研究了城市污水中 污染物的分布特性，并结合污水处理工艺试验考察各种单元处理对污水中各种污染物 的处理效果，目的在于为污水处理工艺的正确选择提供理论依据。 本研究主要以o 4 5 1 x m 滤膜作为城市污水中溶解性污染物与悬浮性污染物的分离 界限，对水中污染物进行分类；运用模糊数学的层次分析法确定城市污水中主要污染 物的权重：利用水质矩阵、水质变换矩阵结合单纯沉淀、混凝+ 沉淀、氧化沟二级处 理、复合式膜生物反应器四种工艺的实验结果对污水中污染物的分布规律进行可处理 性评价。 研究结果表明：( 1 ) 城市污水中悬浮性有机物约占有机物总量的7 0 左右，可生 物降解悬浮性有机物约占总量的6 0 左右，含氮污染物中有8 0 为溶解态，无机氮中 近9 0 为溶解态，有机氮中6 0 为溶解态，含磷污染物中悬浮态与溶解态各占5 0 ； ( 2 ) 城市污水中s s 、c o d 、b o d 、t n 、t p 所占权重分别为0 2 6 2 1 、0 1 0 9 4 、0 1 7 2 4 、 o 0 5 1 9 、0 4 0 4 2 ，评价指标所代表的几种污染物的总量对环境污染的威胁程度由大到 小依次为：含磷污染物、悬浮固体、有机物、含氮污染物，其中含磷污染物、悬浮固 体、有机物在城市污水中主要以悬浮态存在，因此，悬浮态污染物是城市污水中污染 物的重要组成部分：( 3 ) 单纯沉淀对s s 去除率均在5 0 左右，对悬浮性c o d 、悬浮 性b o d 的去除率为7 0 ，其它三种工艺对s s 、悬浮性c o d 、悬浮性b o d 的去除率均 在9 0 左右，而溶解性有机物、氨氮等只有通过生物处理才能得到比较好的去除效果。 ( 4 ) 混凝+ 沉淀强化一级处理对污水中悬浮性污染物的处理效果良好，并可达到9 5 的t p 去除率，显示了该工艺的优越性，对于水中溶解性有机物和氨氮，强化一级处 理的效果虽不及二级生物处理，但以s s 、c o d c r 、b o 风、t p 为代表的主要水质指标 均可达到国家污水综合排放级标准。 西安建筑科技大学硕士学位论文 本课题采用的污染物分类及分析方法具有实用价值，研究结果可为城市污水处理 工艺的选择提供依据。在没有条件进行污水二级处理的地区，尤其是经济欠发达的西 部地区推荐采用强化一级处理，可有效去除污水中悬浮性污染物，达到良好的处理效 果，因此具有重要的现实意义。 关键词：城市污水悬浮物有机物分布规律可处理性评价权重水质矩阵 水质变换矩阵强化一级处理 s t u d y o nt h ed i s t r i b u t i o no fp o l l u t a n t si nd o m e s t i c w a s t e w a t e ra n dt h e i rt r e a t b i l i t ye v a l u a t i o n s p e c i a l t y ：m u n i c i p a le n g i n e e r i n g a d v i s e r ：p r o f x i a o - c h a n gw a n g a b s t r a c t t h e d i s c h a r g eo f d o m e s t i cw a s t e w u t e r i st h em a i nr e a s o no f w a t e r p o l l u t i o n i ti sv e r y i m p o r t a n tt os e l e c tat e c h n i c a l l y r e l i a b l ea n de c o n o m i c a l l yf e a s i b l ep r o c e s sf o rw a s t e w a t e r t r e a t m e n t t h i sp a p e rs y s t e m a t i c a l l ys t u d i e dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fp o l l u t a n t sa n dt h e i r d i s t r i b u t i o ni nd o m e s t i cw a s t e w a t e r , a n di n v e s t i g a t e dt h ee f f e c t so fw a s t e w a t e rt r e a t m e n t u n i t so np o l l u t a n tr e m o v a l t h eo b j e c t i v eo fs t u d yi st op r o v i d et h e o r e t i c a lb a s i sf o ra r a t i o n a ls e l e c t i o no f s e v e r a lt y p i c a lf o rw a s t e w a t e rt r e a t m e n t am e m b r a n ef i l t e rw i t h0 4 5 p a np o r es i z ew a su s e dt os e p a r a t et h ep o l l u t i o n si nt h e w a s t e w a t e ri n t os o l u b l em a t t e ra n ds u s p e n d e dm a t t e r t h em e t h o do f f u z z ya n a l y s i sw a s a p p l i e dt oe v a l u a t et h ew e i g h t o f t h em a i n p o l l u t a n t si nt h e d o m e s t i cw a s t e w a t e r w a t e r q u a l i t ym a t r i x a n dw a t e rq u a l i t yc o n v e r s i o nm a t r i xw a si n t r o d u c e di n t ot h e a n a l y s i s r e g a r d i n g 4 k i n d so fw a s t e w a t e rt r e n l m e n t p r o c e s s s u c ha s s e d i m e n t a t i o n ， c o a g u l a t i o n - s e d i m e n t a t i o n ，s e c o n d a r yt r e a t m e n tb yo x y g e nd i t c ha n dah y b r i dm b rf o r p o l l u t a n tc h a r a c t e r i z a t i o na n dt r e a t h i l i t ye v a l u a t i o n t h em a i nc o n c l u s i o n sc a nb ed r a wa sf o l l o w i n g ：( 1 ) h lt h ed o m e s t i cw a s t e w a t e ra b o u t 7 0 o ft h eo r g a n i cm a t t e ri ss u s p e n d e d ，8 0 o f n i t r o g e ni ss o l u b l e , a b o u t9 0 o fi n o r g a n i c n i t r o g e n i s s o l u b l e ，6 0 o fo r g a n i cn i t r o g e ni ss o l u b l ea n d5 0 o ft h ep h o s p h o r o u s c o m p o u n d i s s o l u b l e ；( 2 ) t h ew e i g h t f a c t o r so f s s ，c o d ，b o d ，t n ，t pa r e 0 2 6 2 1 , 0 1 0 9 4 ，0 1 7 2 4 ，0 0 5 1 9 ，0 4 0 4 2 ，s ot h ec o n t a m i n a n t sw h i c ht h r e a t e nt h ee n v i r o n m e n t a r ep h o s p h o r o u sc o m p o u n d ，s u s p e n d e ds o l i do r g a n i cm a t t e ra n dn i t r o g e ni nas e q u e n c e a c c o r d i n g t ot h e i rd e g r e eo f s i g n i f i c a n c e a m o n gt h e m 。t p , s sa n do r g a n i cp o l l u t a n t ，e x i s t m o s t l ya ss u s p e n d e dm a t t e r , a n dt h e r e f o r eb e c o m et h ei m p o r t a n tp a r to ft h ep o l l u t a n t si n t h ed o m e s t i cw a s t e w a t e r ；( 3 ) s e d i m e n t a t i o nc a n r e m o v e 5 0 o f t h es s 。7 0 o f t h ec o d c r a n ds u s p e n d e db o d s t h es o l u b l e o r g a n i cm a t t e r ，a m m o n i an i t r o g e no n l yc a nb er e m o v e d 西安建筑科技大学硕士学位论文 b yb i o t r e a t m e n t ；( 4 ) t h ec o a g u l a t i o n s e d i m e n t a t i o ns h o w s a h i 曲e f f i c i e n c y o f t r e a t m e n to f s u s p e n d e dm a t t e r i nd o m e s t i cw a s t e w a t e r t h ee f f i c i e n c yo f t p r e m o v i n g c a l lb ea sh i l 曲a s 9 5 a l lt h e s es h o wt h ea d v a n t a g e so ft h ee n h a n c e dp r i m a r yt r e a t m e n t ，a l t h o u g hi tc a nn o t a c h i e v eah i g l ll e v e lo fs o l u b l ep o l l u t a n t sa st h el e v e lo f b i o l o g i c a lt r e a t m e n t t h ew a t e r q u a l i t yi n d e xo fs s ，c o d e r , b o d sa n dt p c a nr e a c ht h eg e n e r a ls t a n d a r do fw a s t e w a t e r d i s c h a r g e t h em e t h o d s a d o p t e d i nt h i sp a p e ra r e a p p l i c a b l ei nt h ef i l e do f w a s t e w a t e rt r e a t m e n t t h er e s u l to ft h e s t u d yc a np r o v i d et h e o r e t i c a lb a s i s f o rt h es e l e c t i o no fw a s t e w a t e r t r e a t m e n tm e t h o d i nt h e a r e a ，w h e r es e c o n d a r yw a s t e w a t e rt r e a t m e n ti sd i 伍c u l tt o i m p l e m e n t ，e s p e c i a l l yi nt h eu n d e r d e v e l o p e dr e g i o n so ft h ew e s tc h i n a , e n h a n c e dp r i m a r y t r e a t m e n ti sr e c o m m e n d a b l eb e c a u s ei tc a l lr e m o v em o s t s u s p e n d e dp o l l u t a n t sa n dg e tg o o d t r e a t m e n tr e s u l t s k e y w o r d s ：t h ed o m e s t i cw a s t e w a t e r s u s p e n d e d m a t t e r s o l u b l em a t t e r t h ed i s t r i b u t i o nt h ew e i g h t w a t e r q u a l i t ym a t r i x w a t e rc o n v e r s i o nm a t r i xe n h a n c e d p r i m a r yt r e a t m e n t 声明 本人郑重声明我所呈交的论文是我个人在导师指导下 进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特 别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含本人或其他人在其它单位已 申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一同工作的同志 对本研究所做的所有贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关 责任。 论文作者签名：起红构 日期：2 叩，6 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论 文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文 被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以 采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在论文解密后应遵守此规定) 论文作者签名：起红桷导师签薏蚴日期： 西安建筑科技大学硕士学位论文 ：= = = ：= = = = ：= = ：= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = ! = = = = = = ! ! = 1 1 问题的提出 1 绪论 水，作为人类所需的不可替代的一种资源，是社会持续发展的重要支柱之一。然 而近百年来随着城市化、工业化和农业集约化的高速发展，人口迅速增长给全球资源、 环境都带来了巨大压力。人类在自身生存发展的过程不但消耗了大量水资源，而且还 向水体中排放了大量的污染物。 目前全球水体污染已经达到了比较严重的程度。据报道，全世界每年约有4 0 0 0 亿m 3 的污水排入江河湖泊，污染了全球径流总量的2 1 4 。在美国1 8 0 万k m 的河流 中有1 6 5 万k m 已受污染；在印度7 0 地表水受到了污染；在我国，1 9 9 6 年所统计 的1 3 l 条河中，遭严重污染的有2 6 条，重度污染1 6 条，中度污染2 8 条，截至2 0 0 0 年，我国河水水质优于i 类的占58 7 ，比上年减少3 7 ，2 4 个受评价的湖泊中， 水质优于i i i 类的为9 个，4 个受污染，1 1 个受到严重污染【2 】。水环境的恶化给生态系 统，人类的健康和生产生活造成了极大的负面影响。 为了控制水污染，节约水资源，人们对城市污水采取了不同程度的处理。按处理 程度划分，城市污水处理可分为一级处理、二级处理和三级处理。 一级处理主要是通过物理方法去除水中的漂浮物( 一般是垃圾) 、油类和部分颗 粒较大的悬浮态的污染物。虽然采用的方法较为简单，但一般可使水中的污染物得到 大量去除。一级处理中采用的方法很多，主要依据水中悬浮物的多少、状态、性质来 决定使用哪种截留方法。 二级处理是对经一级处理后的污水作进一步处理。相当长的时间以来主要采用生 物化学方法除去污水中的溶解性有机物和部分溶解性无机物以及经一级处理后剩余 的悬浮物。对氮、磷的去除虽然在早期并不要求，但技术发展、工艺革新使得脱氮除 磷不断向深度发展。 三级处理又称污水的深度处理和高级处理，是以污水回用为目的，主要通过化学 方法去除二级处理未能去除的污染物，包括微生物未降解的有机物、氮、磷、病毒、 病原菌、少量悬浮物和无机矿物质。 可以看出，不同级别的处理所去除的污染物并不相同，当然每级处理所用的处理 方法对水中的污染物也就存在一定的“偏好”，性质不同的城市污水所适用处理方法 也不相同。因此在选择水处理工艺时应当对原水水质特点、有机物的物化性质、分子 大小分布与组成规律研究分析，这既是选择经济、可靠的水污染解决方案的条件，也 是成功的设计水处理工艺的第一步。另外，污水经过处理后净化度得到了提高，但不 西安建筑科技大学硕士学位论文 同工艺和处理方法到底对污水中的哪类物质有去除作用，去除率又如何，这些情况并 不明确，而这些信息对水处理工艺的选择是非常有价值的。 近几十年水处理技术有了新的发展。目前在欧洲主要是北欧国家，对城市污水强 化一级处理技术( e p t ) 的研究已成为热点，不断引起水处理工程界的重视。一些学 者认为水中的污染物质大部分以颗粒态存在或吸附于颗粒表面，从而强调污水一级处 理的程度【3 “】。在我国，近年来新建的城市污水处理厂多数是生物二级处理，基建投 资大，令多数中小城镇无法接受。然而，“化学强化一级处理”法，有一次性投资少， 运行费用可控制在较低水平优点。因此这些城镇的污水处理厂可以分期建设，在近期 内先大力发展并逐步普及一级处理厂，经过强化一级处理，以较少的投资削减较大 量的污染负荷，到条件成熟后再建设二级处理工艺。这对我国这样经济尚不发达而环 境污染又较严重的国家，具有十分重要的现实意义【5 】。一些发展中国家也采取了类似 的分期建设方案【6 】。但这种工艺对我国城市污水水质是否适用，如果采用是否能达到 国外已有的处理效果等问题，目前人们往往是根据已有的经验来进行判断和评价的， 这样必然会在工艺的选择上造成一定的偏差，这就要求我们对城市污水的特性进行研 究和分析。 在选择水处理工艺时主要参考的水质指标为进出水的s s 、c o d 、b o d ；、t n 、 1 1 p 等，而其它方面的参考资料很少，因此研究污水中主要污染物的分布规律，并且 通过使用不同的方法对同源污水进行处理，监测分析进出水水质，对处理效果及污水 的可处理性进行评价在目前是一项很重要的工作。在国外，早在2 0 世纪5 0 年代就有 研究者采用不同孔径的滤膜对污水进行分类，评价污水的可生化性【7 ，2 0 世纪8 0 年代日本学者提出水质矩阵的概念，并结合凝胶色谱分析评价污水的可处理性【9 】。在 国内这方面的工作还做的很少，因此本课题以西安市城市污水为对象，对污水中污染 物的分布规律及其可处理性进行研究。 1 2 污水处理工艺流程与处理技术 随着水处理技术的不断发展和革新，适用于各种出水水质要求的处理工艺也不断 出现。在选择城市污水处理工艺时【1 0 】，主要根据水处理的规模，污水水质特性，受纳 水体的环境功能及当地的实际情况和要求，经全面的技术经济比较后优选确定。通常 一种水处理工艺需要将几种污水处理技术结合起来，因为单一的处理方法很难将污水 中的各种污染物一并除去。现在通常把城市污水处理工艺归为五类： ( 1 ) 一级强化处理工艺 一级处理常用的处理方法和工艺主要有筛滤、沉淀、上浮、预曝气法等，主要去 除对象为污水中的粗颗粒固体及悬浮固体。 一级强化处理是在城市污水一级处理的基础上选用物理化学或生物法强化一级 西安建筑科技大学硕士学位论文 = ：= = = ：= = ! = ：= = = = = = = = = = = = ! = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = 处理对污水中悬浮态污染物的去除。主要采用的技术有化学絮凝工艺、水解工艺、预 曝气工艺、生物絮凝吸附工艺等l l “。 ( 2 ) 二级处理工艺 二级处理的主要方法有活性污泥法、生物膜法、稳定塘法。其中活性污泥法可分 为常规活性污泥法，好氧、厌氧活性污泥法，氧化沟法，a b 法，s b r 法；生物膜法 包括生物转盘，生物滤池等；稳定塘分为兼性塘，厌氧塘，好氧塘。 近年来生物膜处理革新技术受到关注，应用较多的为膜生物反应器( m b r ) 【1 1 4 1 和移动床生物膜反应器( m b b r ) 1 5 1 7 。 ( 3 ) = 级强化处理工艺 二级强化处理工艺是指在有效的去除碳源污染物外，且具备较强的脱氮除磷功能 的处理工艺。这方面的处理工艺为a o 法、a a o 法、好氧水解法等。 近年来，日本、瑞士、英国等国家相继开发了多种“强化生物除磷脱氮”的组合 工艺。这些组合工艺从系统的泥龄、流态到设备的组合，尤其是在厌氧、缺氧、好氧 三种运行状态的组合和优化方面进行了研究，达到既能去除一般的悬浮物、有机物， 又能除磷脱氮，而且对氮磷的去除率明显提高。主要有b a m a r d 工艺、改进型u c t 工 艺、v i p 工艺、r e n p h o 工艺、b a r d e n p h oi 艺、e a s c 工艺等。 ( 4 ) 自然净化处理工艺 在严格进行环境影响评价，满足国家有关标准要求和水体自净能力要求的条件 下，可谨慎采用城市污水排入大江或深海的处置方法。在有条件的地区，可利用荒地、 闲地等条件，采用各类型的土地处理和稳定塘等自然净化技术。城市污水二级处理出 永不能满足环境要求时，在条件许可的情况下，可采用土地处理系统和稳定塘等自然 净化技术，但应严格防止地下水污染： ( 5 ) 三级处理工艺 城市污水三级处理水处理工艺主要是根据二级出水水质，将多种深度处理技术 合理组合形成污水深度处理工艺。可大体分为传统高级处理工艺( 包含混凝、，沉淀、 过滤、活性炭吸附) ：以膜分离为主的工艺组合( 部分传统工艺+ m f 、u f 、n f 等膜 技术) ；臭氧活性炭工艺：活性炭和膜分离为主工艺等。 图1 3 所示为城市污水处理的流程。一般，城市污水经过一级处理达不到污水排 放标准，经过二级处理后基本就可以满足排放要求。对污水进行三级的处理是主要以 污水再生、回用为目的，因此城市污水处理是v a - 级为主，三级处理通常被考虑为是 一些污水厂的后期扩建工程。 当前我国城市污水厂多采用二级处理并以活性污泥法为主，处理工艺呈多样化趋 势。经过对东北、华北、华东、华南、西北等地区的调查t 1 9 1 ，城市污水处理厂所采用 西安建筑科技大学硕士学位论文 工艺可分为1 2 种类型( 1 a o 法；2 a 2 o ；3 a b 法；4 沉淀法：5 活性污泥法：6 氧 化沟；7 水解一生物接触氧化；8 氧化塘；9 活性污泥法+ a o ：1 0 i c e a s ：1 1 s b r ： 1 2 a o + a 2 o ) ，其中采用普通活性污泥法和氧化沟工艺的城市污水厂占污水厂总数的 6 7 ，处理能力占6 1 。a o 法和a 2 o 工艺随着处理水质要求的不断提高也在逐步 发展，并日益趋向与传统污水处理工艺相结合。 图1 3 常规污水处理流程和污水回用单元1 1 8 】 1 3 研究内容与目的 1 3 1 研究目的 ， 如上节所述，现代污水处理技术多种多样。在满足出水水质要求的前提下，可供 选择的处理方案很多，而且每个方案也是各有千秋。我国城市污水处理方面多采用具 有脱氮除磷效果的二级处理工艺，但是目前用于环境治理的投资量太少，一些经济欠 发达地区，尤其是西部干旱缺水地区，用于污水处理项目的费用更是紧张，新建的处 理厂也大多利用了国外的低息贷款，因此有必要对一些初期投资量小，c 性价比，高的 水处理方法给予关注。 强化一级处理、新型生物膜处理技术和膜分离技术的应用，使得传统的污水处理工 艺也产生了巨大的变革a 欧洲的一些学者通过对污水特性研究，对一些新型处理工艺做 了大量成功的试验，阐述了强化一级处理的实用价值及优点，提出通过强化一级处理去 4 西安建筑科技大学硕士学位论文 除在水中占很大比例的悬浮物，而由生物负责去除溶解性物质的城市污水处理概念弘w 。 围绕这个概念，设计了一系列高速、有效、布局紧凑的工艺。如以移动床膜生物反应+ 混凝沉淀的多种组合，而且这类工艺对污水厂的改造也提供了一种新的参考。 这些新的处理技术固然有其优势，但在我国实用性尚待研究。现在国内有关城市 污水的特性研究及其处理性的评价还很少。我国城市污水以生物二级处理工艺为主， 在这方面有很多经验，而其它的污水处理工艺经验较少，这就影响了污水处理设计过 程中对处理工艺的选取和工艺效果的正确评价。 因此本研究的目的在于通过对城市污水的特性研究，了解城市污水中污染物的分 布规律，通过对不同城市污水处理工艺进行考察、分析，评价城市污水的可处理性。 为城市污水处理工艺的选择提供一些有实用价值的信息，对西部地区污水的再生与回 用提出一些建议。 1 3 2 课题来源 国家自然科学基金重点资助项目( 5 0 1 3 8 0 2 0 ) 西部干旱地区水资源再生利用 1 3 3 研究内容 ( 1 ) 城市污水特性的研究 本实验是以西安市北石桥污水净化中心的进水为研究对象，其进厂污水一部分来 源于城市生活污水，一部分来源于周围的工企业如石化厂、氮肥厂、焦化厂、热电厂 等，这两部分污水各占5 0 左右。 对城市污水特性的研究内容包括：对污水中的悬浮性以及溶解性污染物含量的实 验分析，主要有对水中总有机物、悬浮性有机物、溶解性有机物，以及溶解性可生物 降解有机物、悬浮性可生物降解有机物的考察，另外也对污水中悬浮性、溶解性的氮、 磷的含量进行监测。 ( 2 ) 处理工艺进出水水质的考察 用于城市污水处理的工艺很多，在此仅选择几个具代表性的处理工艺进行实验考 察。所选择的工艺为：单纯沉淀工艺，混凝+ 沉淀工艺，北石桥污水净化中心 生产工艺( d e 型氧化沟) ，复合式膜生物反应器；原水为西安市城市污水。 对这些工艺的水质检测项目与城市污水特性研究相同。同时对城市污水、经混凝 + 沉淀处理或氧化沟二级处理后的出水分别进行分子量分布的测定。 ( 3 ) 城市污水及其处理性评价 对以上实验所获得的数据分析处理，得出城市污水中主要污染物的分布状态；分 析几种处理工艺对水中主要污染物的去除情况，评价城市污水的可处理性。 西安建筑科技大学硕士学位论文 = ：= = ：= = = = = = ! ! ! ! = ! = = = = = = = = ! = = = = = = = = = = 2 城市污水中污染物质的分类 2 1 污染物质的分类方法 2 1 1 城市污水的来源 城市污水主要来源于生活污水、工业废水、大气降水： ( 1 ) 生活污水 生活污水是指人们在日常生活中，洗涤、冲洗厕所、沐浴等过程中产生的污水。 污水中的污染物主要有动物油、悬浮物、碳水化合物、蛋白质、表面活性剂、氮和磷 的化合物、微生物和无机盐等。污水中的有机污染物一般都比较容易被生物降解， b o d c o d 可达到0 5 o 6 ，可生化性能比较好。 ( 2 ) 工业废水 工业废水指工业生产过程中排放的废水。其成分主要由生产中采用的原料以及相 应的工艺决定。工业废水排放量大，所含的污染物质种类多，组成复杂。总的来看， 悬浮物含量高，有一定的酸碱度，含有金属盐及多种有害成分，如油、酚、农药、多 环芳烃、染料等，一般情况下生物降解性比生活污水差。有些工业废水污染过重，所 以按国家要求先自行处理，使水质达到国家要求之后才可排入城市污水系统，如印染 废水、肉类加工废水、糖厂废水等【2 3 】。 ( 3 ) 大气降水 大气降水是指降水( 包括雨、雪) 冲刷地面后进入下水道的水。降水的数量完全 受气候的影响。降水的水质，除初期降水中带有地面污染物较多外，其余水质污染较 轻。 城市污水基本上是由这三部分组成，所以城市污水中的污染物是这三种污水中污 染物的集合。 2 1 2 污染物的分类方法 城市污水的来源决定了污水中的污染物类型多，成分复杂。每种污染物都有其物 理、化学、生化等性质。所以可从各个方面出发，对水中的污染物进行分类。 ( 1 ) 按照污染物在水中的分布状态分类 污染物在水中分布状态不同主要是因为污染物的颗粒尺寸、大小不同。在水处理 理论中t 可根据污染物的尺寸大小把它们粗略的分为f 2 4 】：悬浮物、胶体和超胶体、 溶解性物质。如表2 1 所示，一个尺寸范围表示一类物质，但悬浮物、胶体、溶解性 6 西安建筑科技大学硕士学位论文 物质之间的界限并不像图中所示那么严格，表中颗粒的尺寸是按球形的直径计算的。 表2 1 水中污染物分类 尺寸大小 离子胶体 i 超胶体 l 微粒肉眼可见微粒 ，u m 匾囱回固回国圃 截留分子量 2 0 i1 0 0 1 0 01 0 0 0 1 0 0 0 0 05 0 0 0 0 0 水溶盐类病毒细菌 水中有关的 i藻类 金属离子腐繁酸孢囊泥沙 各种物质 粘土 石棉 纤 维 1 1 悬浮物 悬浮物主要指尺寸较大的一类污染物，如细沙、大颗粒的油脂、石油微滴、浮游 动物和一些较大的细菌，对于城市污水而言当然也包括水面上的漂浮物。这类物质中 较密实的泥沙及矿物废渣，一般易于下沉，而体积较大、密度较小的某些有机物一般 是上浮的。在水处理中，悬浮物般可以用较简单的方法去除，如筛滤、沉淀、上浮。 粒径大于0 2 m m 的悬浮物，如细砂，通过自然沉降便可去除，而粒径小于0 2 m m 的 悬浮物则需要通过的物理或物化方法去除，如混凝沉淀、过滤等。 2 ) 胶体和超胶体 胶体的尺寸很小，它的尺寸界限如上图所示。l o o 帆1 岬之间属于胶体和悬浮 物的过渡阶段虽然尺寸比胶体大，但有时呈现出与胶体相似的性质，所以称为超胶体。 有时小颗粒的悬浮物也具有一定胶体的特性，只有当粒径大于1 0 m n 时才与胶体有明 显差别。胶体在水中很稳定，长期静置也不会下沉，细菌及病毒、腐殖质、蛋白质、 有机高分子物质通常属于胶体一类。当水体受到有机污染时，水中一些比表面积较大 的胶体对水中的有机物有一定的吸附和静电作用，从而改变胶体的电荷特性使胶体更 稳定，更难以通过自然沉淀而分离。 3 ) 溶解性物质 溶解性物质包括有机物和无机物两类。城市污水中的有害的溶解性无机物包括 n 、p 的无机化合物、重金属离子和有毒的无机盐。污水中的溶解性有机物主要有蛋 白质、碳水化合物和阴离子表面活性剂以及一些工业污水中的有机物，如醇、有机酸、 酚等。 在水处理和水质分析中常用0 4 5 岬孔径的滤膜来分离悬浮物和溶解性物质【2 5 】。 通过真空抽滤，被0 4 5 m 微孔膜截留的物质为悬浮性物质，而通过滤膜的为溶解性 物质，这能在一定程度上反映水中污染物质的存在形态。 ( 2 ) 按照污染物的组成、形态和特征分类【2 6 j 7 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 ) 固体污染物 固体污染物常用悬浮物和浊度这两个指标来表示。悬浮物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。由于多数污水中 都有悬浮物，因此去除悬浮物是污水处理的一项基本任务。水质分析中通常把固体物 质分为两部分：溶解固体( d s ) ，悬浮固体( s s ) 。 2 ) 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，通称为需氧污染 物。绝大多数的需氧污染物都是有机物，无机物只有含f e 、f e 2 + 、s 2 _ 、c n 一等还原 性物质。因而在一般情况下，需氧物即指有机物。 3 ) 营养性污染物 废水中所含的n 和p 是植物和微生物的主要营养物质。当废水排入受纳水体， 使水中n 和p 的浓度分别超过0 2 和0 0 2 m g l 时，就会引起受纳水体的富营养化， 促进各种水生生物( 主要是藻类) 的活性，刺激它们的异常增殖，造成一系列的危害。 4 ) 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p h 值来 反映其含量水平。酸碱污染物使水体的p h 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。 5 ) 有毒污染物 废水中能对生物起毒性反应的化学物质，称为有毒污染物。可分为三大类：无 机化学毒物、有机化学毒物和放射性物质。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、钴、锰、钒、钼和铋等，特别是前几种 危害更大。有机化学毒物大多是人工合成有机物，难以被生物降解，并且大多数是较 强的三致物质。放射性物质主要来自铀、镭等放射性金属生产和使用过程，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。 6 ) 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o 0 1 o 1 m g l ，对鱼类和水生生 物就会产生影响。 7 ) 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。 城市污水、垃圾淋溶水、医院污水中有许多病原微生物。如生活污水中就可能存在肝 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。生物污染的特点 是数量大，分布广，存活时间长，繁殖速度快 8 ) 感观性污染物 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 感观上的极度不快，被称为感观性污染物。对于供游览和文化活动的水体而言，感观 性污染物的危害则较大。 ( 3 ) 按照生物可降解性分类 1 ) 可生物降解物质 污染物中可生物降解的物质主要是以蛋白质、脂肪、有机酸、碳水化合物为主 的有机物以及作为生物营养物质的n 、p 化合物。因此这类有机物通常采用生物法进 行处理。 2 ) 难生物降解物质 生物对一些污染物虽然有降解或去除性能，但是降解的速度极慢，如大分子有 机物、天然有机物、腐殖酸类、表面活性剂等，无机盐中除了亚硝酸盐、氨氮外只有 很少一部分能被微生物所利用。因此在水处理中如果用生物法处理这类物质，就需要 对生物进行驯化。 3 ) 生物不可降解物质 微生物对水中的大部分盐类都不起作用，一些金属如铜、钴、锌、汞等对生物 有毒性或对生物有抑制作用；另外生物对污水中一些大颗粒有机物、无机物也无降解 作用。 ( 4 ) 按照有机物的性质、特征分类 有机污染物总的可分为两类f ：7 】：天然有机物( n o m ) ；人工合成有机物( s c o s ) 。 其中，天然有机物包括四类：腐殖质：好氧有机物；藻类有机物；非 溶解性有机物。 由于有机物颗粒大小不同生物降解速率也不同，有机污染物按颗粒大小也可以 分成如表2 2 中所示几类。 表2 2 城市污水中有机污染物的性质f 2 8 】 颗粒尺寸( “m ) 1 0 5 l 1 0 4 i 1 0 41 0 2l o 11 01 0 01 0 0 0 大分子超胶体 颗粒分类溶解态胶体态悬浮态 胶体态态 所占比例( ) 3 1 21 1 82 53 2 预处理的 可以预处理可沉降 难易程度 可生化性能惰性 。直接生化i 可以生化生化较慢惰性 生物化学氧化 0 3 90 2 20 0 9 0 0 8 速率常数( d 4 ) 9 西安建筑科技大学硕士学位论文 ：= = = = = = = = ! 巴= = = = = = = = = = 喜= = = = = = = = = = = = = = 1 2 2 污染物的处理性与水质矩阵 2 2 1 污染物的可处理性 在水处理中污染物的可处理性就是指污水中的各类污染物经过不同水处理工艺 后的去除情况，如有效去除、部分去除或是无效，有时也可用具体的去除率表示。 城市污水中污染物的种类很多，而可用的处理方法也很多。一种处理方法并不是 对污水中所有的污染物的去除都有效，因此污水在经过处理后，所含污染物的浓度会 有不同程度的降低，降低的幅度可用去除率表示。污水中含有的污染物不同使得污水 的性质也存在差异，而各种水处理工艺也都有其针对性，因此对于一种城市污水，要 了解不同工艺对其处理效果如何，对所含不同污染物的去除率分别能达到多少等问 题，就需要结合实验以及污水特性，对污水的可处理性进行评价。 2 2 2 水质矩阵与水质变换矩阵 在国际通用的评价方法不下百种，但比较常用的方法有专家评议法、核查表法、 矩阵法、网络法、透明图重叠法、环境指数法、模型模拟法等。本文采用矩阵法对城 市污水特性以及污水中的污染物的可处理性进行评价。矩阵法的特点是简明扼要，易 于直观表达。许多研究者已利用矩阵法对一些方面进行评价，如环境的影响方面【2 9 】、 大气环境质量方面 3 0 1 。矩阵可以十分有效地向非专业人员提供直观的信息。它具有显 著的实用性，不需要大量的测定参数，省时、省物、简便、快速。 ( 1 ) 水质矩阵与水质变换矩阵的提1 出1 9 1 早在2 0 世纪8 0 年代t a m b o 等就提出了运用矩阵对污水中污染物的可处理性进 行评价，并提出了水质矩阵以及水质变换矩阵的概念。 当时对于工程师来说，要设计一个地区的污水处理系统，传统的水质指标如s s 、 b o d 、c o d 、t o c 等，单独使用无法给出充分有效的信息。因此要克服传统的水质 指标的不明确性，通常需要详细分析水中的有机物( 如葡萄糖、氯酚) 或化合物( 如 氮基酸、糖类、有机酸) 等。然而通过这种方法来分析评价污水的可处理性不仅费时 费力，也不可能满足水中化合物总物质平衡，因此需要有新方法。 从分离的角度来看，处理方法可分为三类：固液分离、表面化学方法( 混凝、吸 附) 和沉淀( 气体和固体) ，生物法可以看成以上三种方法的综合使用。那么评价可 以从此着手：对于尺寸大于几微米的粗颗粒杂质，分离的动力主要是物理作用，因此 颗粒的尺寸和性质决定可处理性；较小的杂质颗粒其化学作用就更重要些；对于胶体 和悬浮物，表面化学( 物理化学) 特性成为处理时的驱动因素；对于溶解性物质，不 同的化学特性( 如溶解度) 也可作为分离驱动力。因此可以通过把水中杂质的粒径分 布和杂质的化学性质作为两个方面叠加起来，这就形成一个综合了处理过程的可处理 1 0 西安建筑科技大学硕士学位论文 性评价方法。 ( 2 ) 水质矩阵与水质变换矩阵的概念 1 ) 水质矩阵 把水中杂质的存在状态与可处理性联系起来可以用三方面表达：杂质的尺寸：杂 质的化学特性：杂质的浓度。从这个角度出发，提出了图2 1 ( a ) 所示的水质矩阵。 水质矩阵中范围因子在横向通过适当的分类来显示。杂质的范围划分可以通过机 械、光学或物化方法分类来完成，或是通过用一些合适的水质指标来进行分类。 对于矩阵列向的水质指标，应当选择那些能显示水中杂质的代表化学特性的一些 综合指标，如：t o c 、c o d 、u v 等。通过对水质指标引入范围概念使得控制水质的 信息价值得到很大的扩展。因此在控制城市污水中的污染物时只用选择- - 4 部分综合 性的水质指标，通过矩阵展开就足够了。 2 ) 水质变换矩阵 水质矩阵通过对传统的综合水质指标引入范围因子，使得传统指标所显示的信息 价值倍增，而且避免了逐个检测大量化学指标时所遇到的系统物质平衡问题。 范围因子 救 12m lm l c l lc l ，c l 丑 2 岛l c “ t 上7 仃 列 n 1 7 n l 去除部分 无效部分 ( b ) 图2 1a 水质矩阵b 水质变换矩阵 9 1 1 l 2 水质变换矩阵是为不同的水处理工艺而建立的，它的行、列与水质矩阵基本相同， 但是元素是用去除率r ( i j ) 来表示的，代替了水质矩阵中的浓度c ( i j ) 。如果水中同种杂 质的浓度相差很多，那么在某些时候，就会得到不同的去除率。在这种情况下，水质 变换矩阵应当把浓度影响因素也考虑在内，形成三维的水质变换矩阵，如图2 1 ( b ) 所 示。 在水质变换矩阵中，如果没有去除率则矩阵元素r 俑k ) 为0 ，在有去除率时r ( i j k ) 为正值。在某些情况下，如果在处理过程中有新的化合物产生，则矩阵中该元素为负 骣颦岷* 西安建筑科技大学硕士学位论文 值。另外，如果某种物质在处理前，水质矩阵中没有代表它的矩阵元素，则应指出这 种物质是从哪几个矩阵元素得出的。如果r ( u k ) 不能由单独的成分决定，则应说明这 个元素与其它物质的关系。 ( 3 ) 水质矩阵与水质变换矩阵在评价中的应用 1 ) 水质矩阵 水质矩阵主要用于对污水的特性评价，是把一系列水质污染因子与范围因子分别 列在一个表格或图中，来表示它们之间的关系。一般常在表中将水质指标