[工学]水污染控制工程 第9章2

水污染控制工程,宫建龙安徽工程大学环境工程教研室,2,课程教材,高廷耀，顾国维，周琪. 水污染控制工程 第3版 下册. 北京：高等教育出版社，2007,1. 唐受印. 废水处理工程 第2版. 化学工业出版社.2. 李圭白，张杰. 水质工程学. 中国建筑工业出版社，2005.3. 张自杰.排水工程 下册 第4版.中国建筑工业出版社，2000.,参考书目,3,环境工程,环境工程是一门运用工程、技术的方法和手段来控制环境污染及改善环境质量的学科。,水污染控制工程,从技术和工程上解决、预测和控制水污染的问题，提供提高水环境质量、合理利用水资源的方法，满足不同用途和要求的用水的工艺技术和工程措施。,课程介绍,4,水体自净及其利用城市污水处理及利用工业废水处理及利用给水净化处理区域、城市和水系的水污染综合防治水环境质量标准和污水排放标准,水污染控制工程主要研究领域,课程介绍,5,废水处理方法,物理法,化学法,物化法,生化法,课程介绍,通过重力或机械力分离污水中悬浮固体或油滴的处理过程。处理对象：漂浮物和悬浮物。处理方法：格栅、筛网、过滤池、沉淀池、隔油池、气浮池等。,利用化学反应去除水中的杂质的方法。处理对象：无机或有机的溶解性物质或胶体物质。处理方法：中和法、化学混凝法、化学沉淀法和氧化还原法等。,利用物理化学的原理和化工单元操作去除水中的杂质的方法。处理对象：与化学法相似。处理方法：吸附法、离子交换法、萃取法、膜分离法等。,利用微生物新陈代谢功能分解和转化水中的污染物。处理对象：大部分有机物和部分无机物。处理方法：活性污泥法、生物膜法、厌氧生物处理法、脱氮除磷等。,6,课程介绍,一级处理,二级处理,三级处理,城市污水处理,去除废水中悬浮固体和漂浮物质。主要包括筛滤、沉淀等物理处理法。BOD去除率为30左右，需进行二级处理。,去除废水中呈胶体和溶解状态有机污染物质。主要采用生物处理法。BOD去除率可达90以上，可达标排放。,对难降解的有机物、磷、氮等营养性物质进一步处理。采用的方法可能有混凝、过滤、离子交换、反渗透、超滤、消毒等。,7,城市污水处理工艺流程,课程介绍,8,城市污水处理厂,课程介绍,9,课程介绍,掌握各类废水处理方法的原理、工艺参数和工艺特点。熟悉各类废水处理设备的工作原理、特点和作用。熟悉各类废水的水质特点、水质指标、排放标准。针对不同废水的水质特点进行废水处理工程初步设计。熟悉废水处理设施的操作运行和管理。了解废水处理新技术。,通过本课程的学习应具备以下知识和技能：,10,第九章 污水水质与污水出路,第一节 污水性质与污染指标第二节 污染物在水体环境中的迁移与转化第三节 污水出路与排放标准,11,第一节 污水性质与污染指标,12,13,1.1 污水的类型和特征,在水循环中，由于自然界中某些原因，以及人类的生产生活的影响，在水循环各个环节中都会有杂质带入而使水质发生变化。,污水的产生,水循环包括水的自然循环和水的社会循环。水的社会循环（即用水循环）由给水系统、排水系统和污水处理系统构成。如果污水未经有效处理而排出，就会造成水体污染。,14,水的社会循环用水的循环,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。,1.1 污水的类型和特征,15,污水的定义,污水(sewage) 可理解为水质发生了变化，被污染了的水，它是生活污水、工业废水和被污染雨水的总称。,1.1 污水的类型和特征,生活污水(domestic sewage) 工业废水(industrial wastewater) 包括生产废水和生产污水初期雨水(被污染的雨水)城镇污水(城市污水),污水的类型,16,水在社会循环中, 由于种种原因而丧失了使用价值而外排, 这种废弃外排的水称为废水。生产废水是指较清洁，不经处理即可排放或回用的工业废水。生产污水是指污染较严重, 须经过处理后方可排放的工业废水。“废水”是指废弃外排的水，强调废弃的一面。“污水”是被污染物污染了的水，强调其脏的一面。实际上有相当数量的废水是不脏的，如冷却水。因而用“废水”一词统称所有排水比较合适。,1.1 污水的类型和特征,问题,废水与污水有何区别？,17,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。,水体污染,水污染控制就是控制废水对环境的污染，防止水资源的破坏和环境质量的下降，将“防”、“治”、“管”结合起来。,水污染控制,一般情况，影响水体生态平衡的关键是水中的DO。,1.1 污水的类型和特征,？,18,1.2 污水的性质与污染指标,水质污染指标是评价水质污染程度、进行污水处理工程设计、反映污水处理厂处理效果、开展水污染控制的基本依据。,水质污染指标,污水水质指标,污水的物理性指标,污水的化学性指标,污水的生物性指标,19,感官性指标，水的色度来源于金属化合物或有机化合物,感官性指标，水的异臭来源于还原性硫和氮的化合物、挥发性有机物和氯气等污染物质,挥发性物质,溶解物质,固定性物质,悬浮固体物质,加速耗氧反应，最终导致水体缺氧或水质恶化,造成水中溶解氧减少,工业废水常引起水体热污染,色度,固体物质,嗅和味,温度,污水的物理性指标,1.2 污水的性质与污染指标,20,固体污染物的分类与形态,按化学性质分类 无机性污染物质和有机性污染物质按物理形态分类 溶解物(DS, Dissolved Solids) d100nm 浑浊甚至肉眼可见,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。,1.2 污水的性质与污染指标,21,水和污水中固体成分的内部相关性,600灼烧,1.2 污水的性质与污染指标,22,水和污水中杂质颗粒分布及去除方法,1.2 污水的性质与污染指标,23,悬浮固体：重力沉降，深层过滤，气浮， 离心分离胶体物质：混凝沉淀，气浮，膜分离无机溶解性物质：化学沉淀，氧化还原，吸附，反渗 透，离子交换，电渗析有机溶解性物质：生物法，高级氧化对城市污水，有机颗粒在0.01100 m，其经初沉池沉淀后，能去除50 m颗粒，剩余需经生物絮凝、吸附和生化法去除。,1.2 污水的性质与污染指标,问题,水中的固体污染物如何去除？,24,无机物,有机物,污水的化学性指标,表面活性剂,有机酸碱,有机农药,苯类化合物,生化需氧量,化学需氧量,总有机碳,总需氧量,重金属,植物营养元素,pH和碱度,油类污染物,酚类污染物,含氮化合物,含磷化合物,1.2 污水的性质与污染指标,含硫化合物,氰化物,砷化物,25,有机物,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。包括有机物和还原性无机物(如Fe2+, S2-, CN-等)，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，在工程实际中采用生化需氧量、化学需氧量、总需氧量和总有机碳来描述。,1.2 污水的性质与污染指标,26,生化需氧量(BOD) (biological oxygen demand,生化需氧量反映在有氧的条件下，水中可生物降解的有机物的量主要污染特性（以mg/L为单位）。有机污染物的好氧生物氧化分解过程可分为两个阶段，即碳化阶段和硝化阶段。污水的生化需氧量通常只指第一阶段有机物生物氧化所需的氧量。生活污水中有机物一般需要20 d左右才能基本完成第一阶段的氧化分解过程（BOD20或BODL或BODU)。实际中，常以5 d作为测定生化需氧量的标准时间，称5日生化需氧量（BOD5）；通常以20为测定的标准温度。生活污水的BOD50.7 BOD20,在规定条件下微生物氧化分解污水或受污染的天然水样中有机物所需要的氧量（20，5 d）。,1.2 污水的性质与污染指标,27,碳化阶段,硝化阶段,碳化阶段,硝化阶段,有机污染物的好氧微生物氧化分解过程,1.2 污水的性质与污染指标,28,常用的氧化剂主要是重铬酸钾K2Cr2O7 （称 CODCr )和高锰酸钾KMnO4 (称CODMn 或OC ) 。酸性条件下，硫酸银作为催化剂，氧化性最强。废水中无机的还原性物质同样被氧化。如果废水中有机物的组成相对稳定，则化学需氧量和生化需氧量之间应有一定的比例关系：生活污水通常在0.40.5。,化学需氧量(COD) (chemical oxygen demand),用化学方法氧化分解废水水样中有机物过程中所消耗的氧化剂量折合成氧量(O2)（mg/L）。,1.2 污水的性质与污染指标,29,废水可生化性,衡量有机物生物可降解性的方法有：OUR（好氧速率）、脱氢酶、氧呼吸速率以及BOD/COD比值等。 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。,1.2 污水的性质与污染指标,30,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。, 采用BOD/COD表征可生化性的适用条件,1.2 污水的性质与污染指标,问题,BOD/COD为何值时废水的可生化性好，可生化性差的废水能否采用生物处理？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？,31,总有机碳(TOC)(Total Organism Carbon),在950高温下，以铂作为催化剂，使水样气化燃烧，然后测定气体中的CO2含量，从而确定水样中碳元素总量。测定中应该去除无机碳的含量。,总需氧量(TOD) (Total Oxygen Demand),在900950高温下，将污水中能被氧化的物质(主要是有机物，包括难分解的有机物及部分无机还原物质), 燃烧氧化成稳定的氧化物后，测量载气中氧的减少量, 称为总需氧量(TOD)。 TOD测定方便而快速。,1.2 污水的性质与污染指标,32,污水有机物指标之间的关系,各种水质之间TOC或TOD与BOD不存在固定的相关关系。在水质条件基本不变的条件下，BOD与TOC或TOD 之间存在一定的相关关系。,1.2 污水的性质与污染指标,33,油类污染物进入水体后影响水生生物的生长、降低水体 的资源价值。油膜覆盖水面阻碍水的蒸发，影响大气和水体的热交换。油类污染物进入海洋，改变海水的反射率和减少进入海洋表层的日光辐射，对局部地区的水文气象条件可能产生一定影响。大面积油膜将阻碍大气中的氧进入水体，从而降低水体的自净能力。石油污染对幼鱼和鱼卵的危害很大，堵塞鱼的鳃部，能使鱼虾类产生石油臭味，降低水产品的食用价值。破坏风景区，危害鸟类生活。,油类污染物,石油类：来源于工业含油污水。动植物油脂：产生于人的生活过程和食品工业。,1.2 污水的性质与污染指标,34,原生质毒物，可使蛋白质凝固，引起神经系统中毒。酚浓度低时，能影响鱼类的洄游繁殖。酚浓度达0.10.2mg/L时，鱼肉有酚味。酚浓度高会引起鱼类大量死亡，甚至绝迹。酚的毒性可抑制水中微生物的自然生长速度，有时甚至使其停止生长。酚能与饮用水消毒氯产生氯酚，具有强烈异臭（0.001 mg/L即有异味，排放标准0.5mg/L）。灌溉用水酚浓度超过5mg/L时, 农作物减产甚至枯死。,酚类污染物,酚污染来源：煤气、焦化、石油化工、木材加工、合成树脂等工业废水。,1.2 污水的性质与污染指标,35,无机物,1.2 污水的性质与污染指标,36,氮的几个指标： 有机氮：主要指蛋白质和尿素。 TN(总氮)：一切含氮化合物以N计量的总称。 KN(凯氏氮)： 包括有机氮和氨氮，不包括亚硝酸盐氮、硝酸盐氮。 氨氮：有机氮化合物的分解，或直接来自含氮工业废水。 NOx-N：亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。,含氮化合物,氮是有机物中除碳以外的一种主要元素，也是微生物生长的重要元素。,1.2 污水的性质与污染指标,氮的主要来源：氮肥厂、洗毛厂、制革厂、造纸厂、印染厂、食品厂等。污水中的氮有四种，即有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。,氮的危害：消耗水体中溶解氧；促进藻类等浮游生物的繁殖，形成水华、赤潮；引起鱼类死亡，导致水质迅速恶化。,37,有机磷,有机磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等,无机磷,磷酸盐:正磷酸盐(PO43-), 磷酸氢盐(HPO42-), 磷酸二氢盐（H2PO4- ) , 偏磷酸盐(PO3-)聚合磷酸盐:焦磷酸盐(P2O74-) 三磷酸盐(P3O105-), 三磷酸氢盐(HP3O92-),含磷化合物,磷也是有机物中的一种主要元素，是仅次于氮的微生物生长的重要元素。,1.2 污水的性质与污染指标,磷的危害：促进藻类等浮游生物的繁殖，破坏水体耗氧和复氧平衡；使水质迅速恶化，危害水产资源。,磷的主要来源：人体排泄物以及合成洗涤剂、牲畜饲养场及含磷工业废水。,38,水体的富营养化是指富含磷酸盐和某些形式的氮素的水，在光照和其他环境条件适宜的情况下，水中所含的这些营养物质足以使水体中的藻类过量生长，在随后的藻类死亡和随之而来的异养微生物代谢活动中，水体中的溶解氧很可能被耗尽, 造成水体质量恶化和水生态环境结构破坏的现象。这种现象在海洋中出现叫赤潮(red current)，在湖泊中出现叫水华(water bloom)。,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0.02 mg/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。磷是淡水水体富营养化控制的关键性元素。,水体的富营养化,1.2 污水的性质与污染指标,39,1.2 污水的性质与污染指标,40,1.2 污水的性质与污染指标,41,1.2 污水的性质与污染指标,42,1.2 污水的性质与污染指标,43,1.2 污水的性质与污染指标,44,使水味变得腥臭难闻。降低水的透明度。消耗水中的溶解氧。向水体中释放有毒物质(如藻毒素、亚硝酸盐和硝酸盐)。影响供水水质并增加供水成本。对水生生态的影响。,1.2 污水的性质与污染指标,水体的富营养化的危害损害人类健康和水体功能,45,细菌总数,大肠菌群,大肠菌群的值可表明水样被粪便污染的程度，间接表明有肠道病菌存在的可能性。常以大肠菌群数/L计。饮用水：3个/L；城市排水：10000个/L；游泳池： 1000个/L。,传播疾病，影响卫生，导致水体缺氧,生活污水：肠道传染病、肝炎病毒、SARS、寄生虫卵等；制革屠宰等工业废水：炭疽杆菌、钩端螺旋体等；医院污水：各种病原体。,来 源,危 害,生物性指标,水中细菌总数反映了水体有机污染程度和受细菌污染的程度。常以细菌个数/mL计。饮用水：100个/ m