环境管理_污水处理系统之ch9污水水质和污水出路

水污染控制工程 第二部分 污水处理系统 CH9污水水质和污水出路 3 9 1污水的性质与污染指标9 1 1污水的类型和特征 污水是生活污水 工业废水 被污染的雨水的总称 4 污水所含的污染物质千差万别 可用分析和检测的方法对污水中的污染物质作出定性 定量的检测以反映污水的水质 国家对水质的分析和检测制定有许多标准 其指标可分为物理 化学 生物三大类 污水的检测方法 5 9 1 2城市污水的性质与污染指标9 1 2 1污水的物理性质及指标 水温temperature污水的水温 对污水的物理性质 化学性质及生物性质有直接的影响 我国各地的生活污水的年平均温度均约10 20 污水温度过低或过高都会影响污水的生物处理的效果 色度color生活污水的颜色常呈灰色 但当污水中溶解氧降低至零 污水所含有机物腐烂 则水色转呈黑褐色并有臭味 生产污水的色度视工矿企业的性质而异 差别极大 如印染 造纸等废水 色度可由悬浮固体 胶体或溶解物质形成 6 臭和味odor生活污水的臭味主要由有机物腐败产生的气体造成 工业废水的臭味主要由挥发性化合物造成 臭味大致有鱼腥臭 氨臭 腐肉臭 腐蛋臭 腐甘蓝臭 粪臭以及某些生产污水的特殊臭味 固体含量solids固体物质按存在形态的不同可分为 悬浮的 胶体的和溶解的 按性质的不同可分为 有机物 无机物和生物体三种 固体含量用总固体量作为指标 TS totalsolids 7 总固体量 悬浮物SS 一定量水样在105 110 烘箱中烘干至恒重所得的重量 悬浮固体 suspendedsolids 或叫悬浮物 颗粒粒径在0 1 1 0微米之间者称为细分散悬浮固体 颗粒粒径大于1 0微米者称为粗分散悬浮固体 悬浮固体中 有一部分可在沉淀池中沉淀 形成沉淀污泥 称为可沉淀固体 把水样用滤纸过滤后 被滤纸截留的滤渣 在105 110 烘箱中烘干至恒重 所得重量称为悬浮固体 滤液中存在的固体物即为胶体和溶解固体 比较 8 悬浮固体也由有机物和无机物组成 挥发性悬浮固体 VSS volatilesuspendedsolids 非挥发性固体 NVSS nonvolatilesuspendedsolids 悬浮固体灼烧后失去的重量 悬浮固体灼烧后残留的重量 9 sample 1 2 mfilter Separationofdissolvedandsuspendedsolids Abbrev SymbolTotalsolidsTSCSuspendedsolidsSSXDissolvedsolidsDSSNon settleablesolidsTSCSettleablesolids 10 11 9 1 2 2污水的化学性质和指标 污水中的污染物质 按化学性质可分为无机物与有机物 按存在的形态可分为悬浮状态与溶解状态 1 无机物及指标 酸碱度用pH值表示 pH值等于氢离子浓度的负对数 当pH值超出6 9的范围时 会对人畜造成危害 并对污水的物理 化学剂生物处理产生不利影响 碱度指污水中含有的 能与强酸产生中和反应的物质 亦即氢离子浓度的受体 包括 氢氧化物碱度 碳酸盐碱度和重碳酸盐碱度 无机物包括酸碱度 氮 磷 无机盐类及重金属离子等 1 酸碱度 12 2 氮N 磷P 氮 磷是植物的重要营养物质 也是污水进行生物处理时 微生物所必需的营养物质 主要来源于人类的排泄物及某些工业废水 氮 磷是导致湖泊 水库 海湾等缓流水体富营养化的主要原因 很不稳定 易被微生物分解 生物法处理时 氮营养是否充足的依据 污水中呈游离态与离子态铵盐 总氮 凯氏氮 亚硝酸氮 硝酸氮 凯氏氮 氨氮 有机氮 13 污水中的硫酸盐用硫酸根表示 生活污水的硫酸盐主要源于人类的排泄物 工业废水如洗矿 化工 制药 造纸和发酵等工业废水 污水中的SO42 在缺氧的条件下 由于硫酸盐还原菌 反硫化菌的作用 被脱硫 还原成H2S 在排水管内 释出的H2S与管顶内壁附着的水珠接触 在噬硫细菌的作用下形成H2SO4 硫化物在污水中的存在形式有硫化氢 硫氢化物与硫化物 3 硫酸盐与硫化物 14 生活污水中的氯化物主要来源于人类的排泄物 工业废水以及沿海城市采用海水作为冷却水时 都含有很高的氯化物 氯化物含量高时 对管道及设备有腐蚀作用 如果灌溉农田 会引起土壤板结 4 氯化物 主要有氰化物 CN 与砷 As 5 非重金属无机有毒物质 电镀 焦化 高炉煤气 制革 塑料 农药以及化纤等工业 化工 有色冶金 焦化 火力发电 造纸及皮革等工业 致癌 富集 15 污水中重金属离子主要有汞Hg 镉Cd 铅Pb 铬Cr 锌Zn 铜Cu 镍Ni 锡Sn 铁Fe 锰Mn等 生活污水中的重金属主要来源于人类排泄物 冶金 电镀 陶瓷 玻璃 氯碱 电池 制革 照相器材 造纸 塑料及颜料等工业废水 污水中含有的重金属难以净化去除 6 重金属离子 16 有机物分类 2 有机物 主要来源于人类排泄物及生活活动产生的废弃物 动植物残片等 主要成分是碳水化合物 蛋白质 尿素及脂肪 17 1 碳水化合物污水中的碳水化合物包括糖 淀粉 纤维素和木质素等 主要成分是碳 氢 氧 2 蛋白质与尿素主要成分是碳 氢 氧 氮 蛋白质与尿素是生活污水中氮的主要来源 3 脂肪和油类脂肪和油类是乙醇或甘油与脂肪酸形成的化合物 主要成分时碳 氢 氧 油脂在污水中的存在的物理状态有5种 漂浮油 机械分散态油 乳化油 附着油 溶解油 前4类油脂一般可用隔油 气浮或沉淀等物理方法去除 最后一类油主要可用生物法或气浮法去除 有机物分类 续 按成份分可有以下几类 18 4 酚炼油 石油化工 焦化 合成树脂 合成纤维等工业废水都含有酚 酚类是芳香烃的衍生物 属于难生物降解有机物 并对微生物有毒害或抑制作用 5 有机酸 碱有机酸工业废水含有短链脂肪酸 甲酸 乙酸和乳酸 人造橡胶 合成树脂等工业废水含有有机碱 都属于可生物降解有机物 但对微生物有毒害或抑制作用 6 表面活性剂生活污水与表面活性剂制造工业废水 含有大量表面活性剂 表面活性剂分为两类 1 烷基苯磺酸盐 属难生物降解有机物 2 烷基芳基磺酸盐 属于可生物降解有机物 有机物分类 续 19 7 有机农药有机农药有两大类 即有机氯农药与有机磷农药 有机氯农药毒性大且难分解 会在自然界不断累积 造成二次污染 故我国于70年代起 禁止生产与使用 现在普遍采用有机磷农药 属于难生物降解有机物 并对微生物有毒害于抑制作用 8 取代苯类化合物主要来源于染料废水 炸药工业废水以及电器 塑料 制药 合成效果较等工业废水 都属于难生物降解有机物 并对微生物有毒害与抑制作用 有机物分类 续 20 3 有机污染物指标 生物化学需氧量 Bio ChemicalOxygenDemand 英文缩写为BOD 化学需氧量 ChemicalOxygenDemand 英文缩写为COD 总需氧量 TotalOxygenDemand 英文缩写为TOD 总有机碳 TotalOrganicCarbon 英文缩写为TOC 21 1 生化需氧量BOD 概念 有氧的条件下有机物的生物降解 第一阶段 碳氧化 异样菌作用 含碳有机物被氧化为CO2 H2O 含氮有机物被氧化为NH3 耗氧Oa 第二阶段 硝化阶段 自养菌 亚硝化菌 的作用 NH3被氧化为NO2 和H2O 所消耗的氧量用Oc表示 再在自养菌的作用下 NO2 被氧化为NO3 所消耗的氧量用Od表示 22 由于有机物的生化过程延续时间很长 在20 水温下 完成两阶段约需100d以上 而5d的生化需氧量约占总碳氧化需氧量的70 80 20d以后的生化需氧量BOD20作为总生化需氧量BODu 用符号Sa表示 在工程实用上 20d时间太长 故用5d生化需氧量BOD5作为可生物降解有机物的综合浓度指标 1 测定时间需5d 时间太长 难以及时指导生产实践 缺点 2 如果污水中难生物降解有机物浓度较高 BOD5测定的结果误差较大 3 某些工业废水不含微生物生长所需的营养物质 或者含有抑制微生物生长的有毒有害物质 影响测定结果 为了克服上述缺点 可采用化学需氧量COD指标 23 用强氧化剂 我国法定用重铬酸钾 在酸性条件下 将有机物氧化成二氧化碳和水所消耗的氧量 即称为化学需氧量 用CODCr表示 一般简写为COD 此外 也可用高锰酸钾作为氧化剂 但其氧化能力较重铬酸钾弱 测出的耗氧量也较低 故称为耗氧量 用CODMn或OC表示 2 化学需氧量COD 测定原理 24 注意 1 较精确地表示污水中有机物的含量 优点 2 测定时间仅需数小时 且不受水质的限制 1 不能像BOD那样反映出微生物氧化有机物 直接地从卫生学角度阐明被污染的程度 缺点 2 污水中存在的还原性无机物 如硫化物 被氧化也需消耗氧 上述分析可知 COD的数值大于BOD 两者的差值大致等于 难生物降解有机物量 差值越大 难生物降解的有机物含量越多 越不宜采用生物处理法 把BOD5 COD的比值称为可生化性指标 比值越大 越容易被生物处理 一般认为此比值大于0 3的污水 才适合采用生物处理 以cod值表示也存在一定误差 25 3 总需氧量TOD 4 理论需氧量ThOD 5 总有机碳TOC 由于有机物的主要组成元素是C H O N S等 被氧化后 分别产生二氧化碳 水 二氧化氮和二氧化硫 所消耗的氧量称为总需氧量TOD 如果有机物的化学分子式已知 则可根据化学氧化反应方程式 计算出理论需氧量ThOD 难生物降解有机物不能用BOD作指标 只能用COD TOC或TOD等作指标 26 9 1 2 3污水的生物性质及指标 污水生物性质的检测指标有大肠菌群 或称大肠菌群值 大肠菌群指数 病毒及细菌总数 1 大肠菌群数 大肠菌群值 与大肠菌群指数 大肠菌群数 大肠菌群值 是每升水样中所含有的大肠菌群的数目 以个 L计 大肠菌群指数是查出1个大肠菌群所需的最少水量 以毫升 mL 计 可见大肠菌群数与大肠菌群指数是互为倒数 即 27 大肠菌群数作为污水被粪便污染程度的卫生指标的原因 病毒的检验方法目前主要有数量测定法与噬斑测定法两种 2 病毒 3 细菌总数 细菌总数是大肠菌群数 病原菌 病毒及其他细菌数的总数 以每毫升水样中的细菌菌落总数表示 大肠菌与病原菌都存在于人类肠道系统内 他们生活习性及在外界环境中存活时间都基本相同 每人每日排泄的粪便中含有大肠菌约1011 4 1011个 数量大大多于病原菌 但对人体无害 由于大肠菌的数量多 且容易培养检验 但病原菌的培养检验十分复杂与困难 28 9 2污染物在水体环境中的迁移与转化9 2 1水体自净作用 以河流自净为例 自净作用类型 物理净化 化学净化 生物净化 1 物理净化 是指污染物质由于稀释 扩散 沉淀等作用而使河水污染物质降低的过程 其中稀释作用是一项重要的物理净化过程 2 化学净化 是指污染物质由于氧化 还原 沉淀等作用而使河水污染物质浓度降低的过程 3 生物净化 是指由于水中生物活动 尤其是水中微生物对有机物的氧化分解作用而引起的污染物质浓度降低的过程 29 1 污水排入河流的混合过程 1 竖向混合阶段 2 横向混合阶段 3 段面充分混合阶段 深度方向分布均匀 竖向混合阶段也存在着横向混合作用 深度上分布后 横向还存在混合过程 一定距离后污染物在整个横断面达到浓度分布均匀 持久性污染物浓度不再变化 非持久性污染物浓度将不断减少 30 当持久性污染物随污水稳态排入河流后 经过混合过程到达充分混合段时 污染物浓度可由质量守恒原理得出河流完全混合模式 式中 排放口下游河水的污染物浓度 w qVw 污水的污染物浓度和流量 h qVh 上游河水的污染物浓度和流量 2 持久污染物的稀释扩散 31 河断面达到充分混合后 污染物浓度受到纵向分散作用河污染物的自身的分解作用不断减少 根据质量守恒原理其变化过程可用下式描述 式中 u 河水流速 x 初始点至下游x断面处的距离 Mx 纵向分散系数 K 污染物分解速率常数 0 初始点的污染物浓度 x断面处的污染物浓度 3 非持久性污染物的稀释扩散和降解 32 需氧污染物排入水体后即发生生物化学分解作用 在分解过程中消耗水中的溶解氧 在受污染水体中 有机物的分解过程制约着水体中溶解氧的变化过程 在一维河流河不考虑扩散的情况下 河流中的微生物降解有机物 河流溶解氧的变化可以用S P公式模拟 4 水体的氧平衡 氧垂曲线 33 在 的初值条件下求得 上式中 X和 处的河水BOD5浓度 mg L X和 处的河水亏氧浓度浓度 mg L X和 处的河水溶解氧浓度 mg L 河水的饱和溶解氧浓度 mg L t 初始点至下游X断面处的河水流行时间 d 34 下图表示一条污染河流中生化需氧量和溶解氧的变化曲线 横坐标从左至右表示河流的流向和距离 纵坐标表示溶解氧和生化需氧量的浓度 35 9 2 2污染物在不同水体中的迁移转化规律 1 污染物的迁移特点 污染物排入河流后 在随河水往下游流动的过程中受到稀释 扩散和降解等作用 污染物浓度逐步减小 污染物在河流中的扩散和分解受到河流的流量 流速 水深等因素的影响 大河和小河的纳污能力差别很大 河口 污染物的迁移转化受潮汐影响 受涨潮 落潮 平潮时的水位 流向和流速的影响 污染物排入后随水流不断回荡 在河流中停留时间较长 对排放口上游的河水也会产生影响 湖泊 水库 贮水量大 但水流一般比较慢 对污染物的稀释 扩散能力较弱 2 不同水域的污染物迁移特点 36 海洋 虽然具有巨大的自净能力 但是海湾或局部的纳污和自净能力差别很大 此外 污水的水温较高 含盐量少 易于浮在表面 在排放口处易形成污水层 地下水 埋藏在地质介质中 其污染时一个缓慢的过程 但地下水一旦污染要恢复原装非常困难 污染物在地下水中的迁移转化受对流与弥散 机械过滤 吸附与解吸 化学反应 溶解与沉淀 降解与转化等过程的影响 37 9 3污水出路与排放标准9 3 1污水出路 随着我国初会经济的快速发展 城镇化水平不断提高 城镇污水排放量持续增加 科学合理地处理好城镇污水的出路得生态环境可持续发展的重要保障 城镇污水经过处理后的最终出路是返回到自然水体 或者经过深度处理后再生利用 直接排放水体会破坏水体的环境功能 破坏生态环境 污水处理厂的排放口一般设在城镇江河的下游或海域 以避免污染城镇给水厂水质和影响城镇水环境质量 1 污水经处理后排放水体 污水净化后排放的传统出路和自然归宿 也是目前最常用的方法 处理净化后的污水仍有少量污染物 排入水体后有一个逐步稀释 降解的自然净化过程 38 2 污水的再生利用 原因 1 我国水资源十分短缺 人均量只有世界平均水平的1 4 2 城镇缺水十分严重 制约人民的生活水平提高 3 污水处理后直接排放既浪费资源