污水的性质与特征PPT课件.ppt

第一章污水的性质与特征,教学要求：熟练掌握SS、VSS、碱度、COD、BOD、TN、KN、可生化性等概念，认真理解pH、碱度、可生化性等对生物化学和化学作用的影响，了解生物降解有机物的过程和生化需氧量曲线；了解N、P、S的生物化学反应。,1,一、污水,1.污水（sewage）：是生活污水（domesticsewage）、工业废水（industrialwastewater）和被污染雨水的总称。其中工业废水又分为生产污水和生产废水。城市污水：指生活污水和生产污水的混合污水。2.污水处理后的出路：排放水体自然归属。灌溉或土地处理。重复使用（循序使用和循环使用）。,2,二、城市污水性质与污染指标,1.污水的物理性质及指标（与第二章第一节结合）水温（watertemperature）：城市污水水温一般1020，其温度高低与生产污水的性质及比例有关。城市污水温度过高（40)和过低(50m颗粒，剩余需生物絮凝、吸附和生化法去除。,5,2.污水的化学性质及指标（与第二章第一节结合）1）无机物酸碱度碱度：指污水中含有能与H+产生中和反应的物质。包括氢氧化物碱度、碳酸盐碱度和重碳酸盐碱度。用公式表达为：碱度=OH+CO32+HCO3-H+。碱度一般用CaCO3浓度表示。污水中碱度非常重要，它使污水处理系统具有一定的缓冲能力，使pH维持相对稳定，避免了因pH的急剧变化而对生物处理系统带来不良影响。pH值：一般要求pH值范围控制在69。思考题：为什么要控制pH值的大小？能否用pH试纸测试pH值的大小？,6,pH变化可能对污水处理系统带来的影响：对微生物生命活动、物质代谢有影响。a.pH的改变引起微生物表面的电荷变化，进而影响微生物对营养物的吸收；b影响污水中的有机物和无机物的离子化作用（如物质成分）及其毒性（如硫化物）；c.影响生物活性，酶只在最适宜pH值时才能发挥最大活性；d.过高或过低pH值都会降低微生物对温度和毒性的抵抗能力。在城市污水处理系统中，pH可能会发生一些变化，如氨氮的降解，硫的氧化还原等，为保持较高的生物活性，对高氨氮废水和高硫化物废水等需适当补充碱度。对城市管网系统、处理构筑物及各种机械设备具有腐蚀作用.对pH值可以用pH试纸初步检测或初步判断，不能用其测试大小。其一，其精度非常低；其二，颜色的观测因人而异，有色度废水对其观测也有影响；其三，实践显示，pH试纸一般低pH计测定值0.31.0，且测定无显著规律性。,7,8,9,10,11,氮（nitrogen）、磷（phosphorus）植物营养素含氮化合物：有机氮、氨氮（ammonia-nitrogen）、硝酸氮和亚硝酸氮四种。四者总和叫总氮（TNtotalnitrogen）；有机氮和氨氮的之和称凯氮（KNKjeldahlnitrogen）。凯氮基本代表了进水的氮含量，常被用来判断污水的生物处理时氮素是否适宜，根据C：N：P100：5：1的比例，若氮的比例偏低则要补氮，反之要脱氮。有机氮在生物作用下能转变为氨氮、硝酸氮和亚硝酸氮。在缺氧条件下，有机氮变为氨氮；在好氧条件下会继续变为亚硝酸氮和硝酸氮，但此时碱度会减少，pH会降低，而反硝化相反。（思考题：在污水处理厂进水口、沉砂池和初沉池出口能否检测出一定量的硝酸氮和亚硝酸氮？）氮控制对海洋具有重要影响，它是海洋富营养化的控制性组分。硝酸氮和亚硝酸氮还原对人类有影响(亚硝胺具有“三致”作用)。新的水处理标准（GB189182002）对污水处理厂出水氨氮和TN要求更加严格，具有科学性。TN（一级15，二级20），氨氮（一级5（8），二级8（15）注：括号内为低于12的要求）。,12,磷化合物：污水中磷化合物分有机磷和无机磷二种。有机磷大多呈胶体和颗粒状，宜通过沉淀去除，但其水解后易转化为无机磷。无机磷是可溶解性的，其包括正磷酸盐(PO43-)、偏磷酸盐(PO3-)、磷酸氢盐(HPO42-)和磷酸二氢盐(H2PO4-)。pH对磷化合物的组成有影响（请大家去查相关资料），并对化学除磷有显著影响。磷是淡水水体富营养化控制的关键性元素。.硫酸盐与硫化物：自学。.氯化物：自学。.非重金属无机有毒物质：氰化物和砷化物。CN-产生于电镀、焦化、高炉煤气、化肥制造等，其毒性与pH有关。在碱性条件下，其呈CN-，毒性降低，含CN-废水可通过冷却塔和生物滤池加以去除。反之，在酸性条件下，呈HCN，毒性加大，难生物处理，需采用吹脱方法处理。砷化物自学。,13,重金属（heavymetal）：指相对密度大于4的金属。特别是Hg、Cd、Pb、Cr、As以及其化合物(简称“五毒”)，为第一类污染物。其毒理特点：a.在很低含量时即有毒性效应；b.微生物不能降解，相反易被有机化，毒性增加，且易生物富集(p19表21)，并通过食物链传播；与酶和蛋白质发生作用，而使微生物失活；生物毒性具有滞后性。Hg易转变成甲基汞，导致水俣病；Cd易在骨骼中积累，导致骨痛病；Cr的毒性与价态有关（6价和3价），能引起神经中毒和致癌作用；Pb易在骨骼中沉淀，抑制大肠的葡萄糖代谢，使脑组织缺氧：As化物也叫砒霜，剧毒，破坏酶系统，抑制新陈代谢，导致皮肤癌。美国曾在越南大量使用亚砷酸盐（除草剂），导致新生儿致畸。,14,2）有机物与可生化性按易生物降解的难易程度分为可生物降解和难生物降解二大类、4小类(考虑毒性)。可生化性：衡量有机物生物可降解性的方法较多，如OUR（好氧速率）、脱氢酶、氧呼吸速率以及BOD/COD比值。在科学研究中常用前3种方法表征，在实际工程中常用后者表示。这里介绍BOD/COD表征可生化性：0.4为易生物降解。0.3为可生物降解。0.2为较难生物降解。0.2为生物难降解。该评价方法是建立在好氧条件下。采用BOD/COD表征可生化性需注意：只适用好氧条件，在厌氧条件下能变成易降解。污水必须是无毒无害的，要无抗生素。污水有机物浓度必须适宜，若浓度过高，则具有抑制作用。要考虑分析测试方法。如重铬酸钾法并不氧化环乙烷。测定BOD的污泥是经过驯化的。,15,3）有机物污染指标有机物种类繁多，定量分析及可比性难以评判，但其均有好氧特性,故采用好氧量作为有机物总量的综合指标。a.生化需氧量：BOD(Biochemicaloxygendemand)，指在20和有氧条件下微生物降解有机物所需的氧量。其降解过程如下：,16,从上图可以看出，在有氧条件下，有机物降解分二个阶段、四个过程：碳化阶段：微生物为异养菌，将有机物氧化成CO2、H2O和NH3；当基质(有机物)不足时，发生内源呼吸，此阶段耗氧量为OaOb，叫碳氧化需氧量(BODu或La)。硝化阶段：微生物为亚硝化和硝化细菌，前者将氨氮氧化成亚硝酸盐，后者将其继续氧化成硝酸盐。此阶段耗氧为OcOd，即硝化需氧量(NODu或Ln)。耗氧量曲线见p9图31BOD反映了有机物进入水体后消耗DO的情况。BOD反应速率与微生物的种类、数量、温度和时间密切相关。最早采用此指标的为欧洲，其地面水平均温度接近20，有机物进入水体20d否碳化BOD变化非常缓慢，故用20dBOD(即BOD20)作为碳化需氧量(BODu或La)。由于泰晤士河污染严重，其从伦敦到出海口的水力停留时间为5d，为表征耗氧情况，常用20、5d的BOD5来表征。BOD5约为BOD20的7080，基本反映了污染物的状况，且测试时间短，后来均以此表征。,17,思考题：BOD/COD能否大于1？BOD/COD作为可生化性评价指标能否在厌氧和缺氧条件下以及抗生素废水中使用？能否说出水BOD55mg/L一定较10mg/L好？（结合BOD分析系统误差说明）,18,化学需氧量：COD(chemicaloxygendemand)，指在强酸性条件下，用强氧化剂将有机物氧化成CO2和H2O所消耗的氧量，其用CODCr表示，一般写成COD，它对支链有机物氧化8090。但当测低浓度有机物时（如饮用水源水），其误差较大，此时应采用高锰酸钾法，用CODMn或OC表示。采用COD的优点：能精确表示污水中的有机物；测定时间短；不受水质限制。但不足之处为：不能反映生物的可降解性；当污水中存在还原性物质时，也会耗氧而存在误差，故最好将COD和BOD测试结合起来加以表征。TOD（totaloxygendemand）、ThOD、TOC（totalorganiccarbon）自学。对难降解有机物不能用BOD作指标，而用TOC、COD或TOD等表征。,19,3.污水的生物性质及指标表征指标：大肠菌群（coliform-groupbacteria）数、大肠菌群指数、病毒（virus）及细菌总数。其中大肠菌裙指数1000/大肠菌群数。细菌总数是大肠菌群数、病原菌，病毒及其它细菌数的总和。污水中含有大量微生物（细菌和病菌为主），即使通过生物处理后，其出水仍含有较多的微生物，并会对环境、人类带来不良影响。,20,第二章水体污染净化模型及其污水处理基本方法,教学要求：掌握水体自净的概念、原理；理解氧垂曲线的概念，了解水处理的基本方法和典型的工艺流程。,21,一、水体污染及其危害,1.水体污染：是指排入水体的污染物在数量上超过该物质在水体中的本底含量和水体的环境容量，从而导致水体的物理性质和化学性质发生变化，使水体的固有生态系统和水体功能受到破坏。污染来源：点源污染、非点源污染、大气沉降。2.水体的物理性污染及危害（第一章已述）3.无机物污染及危害（第一章已述）4.有机物污染及危害（第一章已述）5.病源微生物污染及危害（第一章已述）,22,二、水体自净的基本原理,1.水体的自净作用水体自净（self-purificationofwaterbody）：污染物在进入天然水体后，通过物理、化学和生物因素的共同作用，使污染物的总量减少或浓度降低，曾受污染的天然水体部分或完全地恢复原状。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。1）物理净化作用污染物通过稀释、混合（mixing）、沉淀（sedimentation）、挥发（volatile），使浓度降低。,23,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.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：如漓江中的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。,24,3）生物化学净化作用水体生物化学净化过程如下：讨论题：水体自净的工程意义是什么？哪一环节起主要作用？微生物学特征如何？,25,物理和化学净化只能使污染物的存在形态发生变化，使水体中的污染物浓度降低，但不能减少污染物的总量。生物化学净化作用包括生物吸附和生物净化。生物首先是吸附有机物；生物化学净化则是借助微生物的增殖将有机物转变成CO2、将含氮物质部分同化成微生物自身，剩余部分变成硝酸盐和氮气，最终使有机污染物无机化。生物化学净化过程（污水生物处理原型）：排污口河流净化段污染物浓度：重轻消除(多污带中污带寡污带清洁带)DO(大气复氧)：厌氧缺氧（兼氧）好氧DO恢复,26,污染物成分：含氮有机物小分子有机物、氨氮和无机磷酸盐CO2、H2O和亚硝酸盐硝酸盐氮气微生物：异养菌自养菌后生动物或细菌植物型鞭毛虫动物型鞭毛虫游泳型纤毛虫固着型纤毛虫轮虫.2.水体水质模型（在环境评价中讲述）3.河流氧垂曲线1）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.,27,曲线分三段：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。2）氧垂曲线方程有机物耗氧动力学、DO变化过程动力学、曲线方程应用在环境评价中讲述。,28,三、水环境保护,1.水质评价（在环境评价中讲述）2.水环境容量（在环境评价中讲述要求弄懂）3.我国环境法规与标准水环境标准及排放标准（见p613635），但污水排放标准已被修改，于2003.7.1执行新标准。,29,30,标准说明a.地面水环境质量标准，见p613614，分、和劣于类。b.污水综合排放标准，见p618627。排入不同水域、管网的污水执行不同级的标准（4.1条款）。污染物排放标准：第一类污染物不允许超标排放，不允许设超越管。c.农田灌溉水质标准：见p627631。因农作物具有生物积累功能，故其水质标准严格，重金属、部分有害有机物排放浓度低。d.污水排入城市下水道水质标准，一类污染物浓度不变。e.景观娱乐用水水质标准：比较严格，不能出现第一类污染物，其与地面水环境质量标准也有区别。,31,四、污水处理基本方法与系统,1.按原理分：物理、化学、生物和复合技术处理法四类。物理法（physicaltreatment）：利用物理作用实现固液分离，去除呈悬浮状污染物。包括：筛滤、沉淀法、上浮法、过滤法、反渗透法等。化学法（chemicaltreatment）：利用化学反应分离、转化、破坏或回收废水中的污染物，并使其转化为无害化物质。包括中和、混凝、电解、氧化还原、汽提、萃取