环境管理_水污染控制工程管理

水污染控制工程WastewaterEngineering TreatmentandReuse 主要参考书目 1 排水工程 第四版 张自杰等 中国建工业出版社 2 水质工程学 李圭白 张浩主编 中国建筑工业3 水处理工程 第一版 顾夏声等 清华大学出版社 4 现代废水生物处理新技术 钱易等 中国科技出版社 5 废水生物处理数学模型 第二版 顾夏声 清华大学6 水处理微生物学 第三版 顾夏声等 中国建筑工业7 水污染控制工程 高廷耀 顾国维 高教出版社 8 严煦世编著 给水工程 第四版 中国建筑工业 1 1污水1 2水体污染及危害1 3污水处理基本方法与系统 第1章绪论 1 1污水1 1 1我国水资源现状1 人均水资源占有量偏少水资源总量达28100亿m3 在全世界占第6位 但人均占有量只有2200m3 人年 以13亿人口计 世界平均水准的1 4 被联合国列为13大贫水国之一 正常年份全国缺水量近400亿正常年份全国缺水量近400亿 印度的井 水 当出问题的时候就知道重要了 2 空间分布不均81 的水资源分布在长江流域及其以南东南地区降水量可达1600mm 造成涝灾西北地区降水只有500mm 少的地区不到200mm 水价将在未来10年内与油价持平 并有可能在全球爆发水资源争夺战 06 8 19 环球时报 3 年内及年际变化大60 80 降水集中在夏季 7 8 9月 年际变化差3 6倍 大时 4 许多地区缺水严重三北 西北 华北 东北 和沿海 青岛 大连 在640个城市中 300多个城市缺水 5 水资源污染严重城市的大量污水直接排入河道 多数城市的垃圾堆场地基没有作任何衬垫与防漏处理 对地下水的严重污染已在所难免据报道 全国浅层地下水大约有50 的地区遭到一定程度的污染 约有一半城市市区的地下水污染比较严重 6 水资源的开发利用存在问题水资源利用率低下 水资源的浪费十分惊人 我国农村浇地大多还是延用传统的土渠输水 大水漫灌方式 用水率最高仅达40 而发达国家水资源利用率达70 80 而在工业用水上 我国工业产值用水量是发达国家的10 20倍 水的重复利用率仅为发达国家的1 3 此外 全国各地开采地下水过量的情况十分普遍 地下水缺少补给 地面沉降严重 有的已经造成了严重问题 1 1 2水污染现状1 污水处理率低 污水排放排放量400多亿m3 工业废水处理率约80 达标排放的只有60 城市污水处理率 15 2 90 以上的城市水域受到污染 特别严重的水系 三河 淮河 海河 辽河 松花江污染 2005年11月13日 吉林石化公司爆炸事故引起 污染以苯 硝基苯为主 化肥厂的工业废水从后院管道排向清流河 3 湖泊富营养化严重 滇池 巢湖 安徽 太湖 江苏无锡 4 50 左右地下水水质受到污染5 50 以上的重点城镇饮用水源不符合标准 航母 上装载着一套 高能物理蓝藻处理系统 1 1 3水污染原因1 人口增加和经济增长的压力 2 粗放型发展模式3 面源污染严重4 污水处理率偏低 大量污水直接排放在水设施无法私有化的地方 所有权不变 把经营权交给私营企业 如法国 这样 可以引入竞争 提高效率 5 环境意识淡薄 环境管理薄弱 环境执法力度不够6 排污收费等经济政策未能起到对治污的刺激作用排污收费其税收标准应等于污染的外部成本 而我国对达到环境标准的企业不收取排污费 不是严格意义的排污费 应对所有排污项目均征收相应的排污费 7 历史欠帐太多 资金投入严重不足我国融资主要有财政融资 政策性融资和市场融资3种 以财政融资机制为主 辅以政策性融资机制 市场融资机制所占比例较小 是计划经济体制下事业性的给排水模式的产物 8 污水收集率偏低设施的巨额投人与持续偏低的污水收集率之间的巨大落差已成为现阶段水污染防治 特别是以生活污水排放为主的城市水污染防治问题的主要症结所在 是制约水环境进一步改善的瓶颈因素 根据环境保护部发布的 2007年全国投运城镇污水处理设施清单 截至2007年底 已投产污水处理厂中 负荷率不足0 1的有8个 0 1 0 3的90个 0 3 0 5的有228个 未达运行负荷要求的污水处理厂占总数的50 左右 1 1 4水资源的可持续利用 水资源的开发与利用应该是不断的可持续的 节水 节约工业用水 采取各种有效措施 提高公众的节水意识 大力推广节水技术和节水器具 适量收取水资源费 特别是对超量用水 污水回用城市污水水量大 水量 水质相对稳定 为城市的 第二水源 是解决水资源短缺的有效途径 回用于工业生产 工业用水约占城市用水量的一半左右 生产污水再生 可使城市的自然水耗量减少30 左右 城市污水经处理后回用于城市绿化 农业灌溉 工业冷却以及生活非饮用水 减少了向自然水体的排污量 带来了可观的环境效益 开源海水 微咸水的开发利用 雨水的利用 南水北调工程 减少污染物的排放清洁生产 减少 三废 的排放 4860亿人民币 大力发展水处理技术受污染水源水的处理 远距离输水南水北调 引滦入津 优质优用 合理调配 1 1 5水污染控制工程定义 应用工程学的方法对水质进行控制以达到消除污染和恢复水的原有状态 研究对象 点源污染 面源污染控制方法 物理 化学 物理化学和生物成果体现 工程 工艺 装备 设备 1 1 6 污水 和 废水 污水 是指被污染物污染的水 强调脏的一面 是生活污水 工业废水 生产污水和生产废水 被污染的雨水和排入城市排水系统的其他污染水的总称 废水 水在社会循环中 由于种种原因而丧失了使用价值而外排 这种废弃外排的水 强调 废弃 的一面 水污染 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环境容量 从而导致水的物理 化学及微生物性质发生变化 使水体固有的生态系统和功能受到破坏 水环境容量 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 又称水体纳污能力 1 2水体污染及危害 污染源分类 点源污染面源污染 非点源污染 污染类型 物理性污染 感官型污染 热污染 放射性污染 化学性污染无机物污染 酸 碱及无机盐类 营养物质污染和重金属物质 有机物污染 油类污染 需氧型污染和有毒物质 生物性污染 病原微生物污染 废水中的异色 混浊 泡沫 不良气味等会引起人们感官上不快的污染物称为感官污染物原因 水温 色 味 悬浮物途径 点源污染 废水排放 后果 直接和间接防止措施 物理 化学 生化 Return 富营养型污染eutrophication 原因 氮 磷的排放途径 点源 面源 化肥 后果 间接 富营养化 防止措施 生物处理有机氮凯氏氮总氮氨氮 NH3 NH4 TKN TN 硝酸盐氮亚硝酸盐氮 水体的富营养化 当含有大量营养物质 N P 的污水排入缓流 封闭 水体 海洋 湖泊 中 使水中的氮 磷的浓度超过0 2mg L和0 02mg L 导致藻类异常生长 大量繁殖 覆盖水面 色呈暗红 这种现象在海洋中出现叫 赤潮 redcurrent 在湖泊中出现叫 水华 waterbloom 隔绝水面与大气之间的复氧 加上藻类自身死亡 腐化 消耗溶解氧 一定时间内使水体处于严重缺氧状态 造成鱼类死亡 水体腐败发臭 这就造成了水体的富营养化 TP 0 02mg L TN 0 2mg L 水体的富营养化危害 1 使水味变得腥臭难闻 2 降低水的透明度 3 消耗水中的溶解氧 4 向水体中释放有毒物质 5 影响供水水质并增加供水成本 6 对水生生态的影响 Return 需氧型污染 原因 水体接纳了过量的能被微生物降解的有机物 能量 途径 废水排放引起的点源污染 危害 消耗水体中的溶解氧 DO 防止措施 生物处理 特点 数量大 成分复杂 所以很难分别表示其含量 间接指标 常用的有BOD COD TOC和TOD等 1 生化需氧量 Bio ChemicalOxygenDemand 简称BOD 1 定义 在水温20 的条件下 由于微生物 主要是细菌 的生命活动 将有机物氧化成无机物所消耗的溶解氧量 单位为mg 氧 L 废水 它代表的可生物降解有机物的含量 BOD越高 就说明水中需氧有机物越多 2 在有氧条件下 可生物降解有机物的降解 可分为两个阶段 第一阶段 碳氧化阶段 即在异养菌的作用下 含碳有机物被氧化为CO2 H2O 同时 含氮有机物被氧化为NH3 需氧量称为总生化需氧量或完全生化需氧量 第二阶段 硝化阶段 即在自养菌的作用下 NH3被氧化为亚硝酸盐和硝酸盐 需氧量称为硝化需氧量 污水中BOD通常只指第一阶段有机物氧化所需的氧量 3 BOD20和BOD5BOD20 20 时 一般生活污水中的有机物20d基本才能完成第一阶段的氧化分解过程 完成过程的99 所以把20d的生化需氧量作为总生化需氧量 就是20d作为标准测定时间 所测得的BOD称为BOD20BOD5 实际工程中 20d的时间太长 故用5d作为测定BOD的标准时间 称为 5日生化需氧量 一般的 BOD5 70 80 第一阶段BOD 因此 把BOD5作为衡量有机物的指标 4 特点 准确反映污染的程度 但测定所需时间长 不利于指导实际生产和自动控制 2 化学需氧量 ChemicalOxygenDemand COD 1 定义 是有机物的综合指标 是用强氧化剂 我国法定用重铬酸钾 在酸性条件下 将有机物氧化成CO2与H2O所消耗的氧化剂中的氧量 用CODCr来表示 一般简写为COD mg L 常用的氧化剂为 K2Cr2O7和KMnO4 测得的COD分别为CODCr COD CODMn或耗氧量OC 由于KMnO4氧化能力较K2Cr2O7弱 因此 OC COD 2 特点 测定速度快 但与实际污染的程度有差距 重点3 COD与BOD的关系 COD BOD20 两者差值大致等于难生物降解有机物量 可生化性指标 BOD5 COD的比值称为可生化性指标 是污水是否适宜于采用生物处理的判别标准 所以当BOD5 COD 0 3的污水 才适宜于采用生物处理 3 总需氧量 TotalOxygenDemand TOD 总有机碳 TotalOrganicCarbon TOC 1 定义 有机物的主要组成元素为C H O N S等 被氧化后 分别生成CO2 H2O NO2和SO2 所消耗的氧量称为总需氧量 在900 下 以铂为催化剂 使水样含有的有机物燃烧氧化 然后测定氧气流中氧的减少量 作为有机物完全氧化所需的氧量 在同样条件下测定气体中二氧化碳的增量 从而确定出水样中碳元素的含量 称为总有机碳 是水样中所有有机污染物质的含碳量 是有机物浓度的综合指标 2 特点 测定速度快 但设备复杂 3 适用于有机物含量较少的水样 4 指标之间的关系 TOD CODCr BOD20 BOD5 OC TOC略高于BOD5 Return 毒物型污染 原因 有机 苯类物质 无机 氰化物 砷化物和亚硝酸盐等 重金属 五毒 汞 水俣病 镉 骨痛病 铅 铬 砷 途径 点源污染 废水的排放 危害 短期和长期 Return 微生物污染 原因 病原菌 病毒 制革厂废水中常含有炭疽菌 医院污水中含有病原菌和病毒等 生活废水中含有可能引起肠道系统疾病的细菌和寄生虫卵等 途径 点源 面源污染后果 直接和间接防止措施 消毒 指标 细菌总数 1mL 和大肠菌群数 1 细菌总数 国标 定为每毫升不超过100个 2 大肠菌群 国标 规定大肠杆菌100mL水不得检出 原来3个 L 这在流行病学上是安全的 3 游离性余氯 国标 规定 用氯消毒时出厂水游离性余氯不低于0 3mg L 管网末梢水不低于0 05mg L 1 3污水处理基本方法与系统 1 3 1水质指标评价水的质量必须建立水质和水质指标两个概念 水质是指水和其中所含的杂质共同表现出来的物理学 化学和生物学的综合性质 水质指标是表示水中杂质的种类 成分和数量 是判断水质是否符合要求的具体衡量标准 1 3 2水质标准 地表水环境质量标准 污水排放标准制定的依据首次发布1983年第1次修订1988年第2次修订1999年第2次修订2002年GB3838 2002 2003年1月1日起实施 地表水水域环境功能和保护目标 按功能高低划分为5类 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 珍稀鱼类保护区 鱼虾类产卵场等 类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区 一般鱼类保护区及游泳区 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 污水综合排放标准原有标准 GB8978 88污染物分成两类 I类 9项 对人体健康产生长远影响 不允许稀释 一律执行严格标准II类 20项 长远影响小于I类修订标准 GB8978 1996颁布 98年1月1日开始实施 I类 增加到了13项II类 增加到了56项目 GB18918 2002 城镇污水处理厂污染物排放标准 第一类污染物能在环境或在动植物体内积蓄 对人类健康产生长远的影响 规定含此类污染物的污水必须在车间或车间处理设施排放口处取样分析 同时其含量必须符合表1 1的规定 第二类污染物的长远影响小于第一类 规定的取样地点为排污单位的排出口 其最高允许排放浓度要按地面水使用功能的要求和污水排放去向 分别执行表1 2中的一 二 三级标难 表1 1第一类污染物最高允许排放浓度 mg L 烧碱行业 新扩建 改建企业 采用0 005mg L 为试行标准 二级 三级标准区暂不考虑 第二类污染物 基本控制项目 1 3 3污水出路1 排放水体2 污水回用 1 3 4污水处理基本方法1 按照原理分类物理处理法 利用物理作用分离污水中呈悬浮状态的固体污染物质 方法有 筛滤法 沉淀法 上浮法 气浮法 过滤法和反渗透法等 化学处理法 利用化学反应的作用 分离回收污水中处于各种状态的污染物质 悬浮物 溶解性物质 胶体 方法有 中和法 混凝法 化学沉淀 消毒 吸附 离子交换和电渗析法等 生物处理法 利用微生物的代谢作用 使污水中的有机污染物转化为无害物质 方法 好氧法 城市污水处理即有机性生产废水的处理 有活性污泥法和生物膜法两种 和厌氧法 高浓度有机污水与污泥处理 2 按照处理程度分类1 一级处理 是由格栅 沉砂池和初沉池组成 主要作用 只是预处理 只去除废水中较大的悬浮物质 很难达到排放标准 大部分物理处理法用于一级处理 主要方法 物化法 如 沉砂 沉淀 气浮 除油 中和 调节等 去除效果 EBOD 20 40 ESS 50 70 2 二级处理 即生物处理 去除废水中呈溶解和胶体状态的有机物质 是城市污水处理厂的核心 一般能达到排放标准 主要作用 是去除水中呈胶体和溶解状态的有机污染物 BOD COD物质 主要方法 各种形式的生物处理工艺 去除效果 EBOD 75 95 ESS 75 95 3 三级处理 即深度处理当出水水质要求很高时 进一步去除废水中的营养物质 氮和磷 生物难降解的有机物质 溶解盐类 废水中的胶体及溶解态的污染物或脱色 杀菌 一般可达到回用的目的 是在一级 二级处理后 1 3 5水处理工艺流程1 水处理工艺流程的概念由于单一的水处理单元是难以满足要求 所以将多种基本单元过程互相配合 组成一个水处理工艺过程 称为水处理工艺流程 选择水处理流程的基本出发点是 1 以较低的成本 安全稳定的运行过程 2 获得满足水质要求的水