【环境课件】第九章 污水水质与污水出路

水 处 理 工 程（水污染控制工程部分）,教材：,水污染控制工程 高庭耀，顾国维，高等教育出版社,参考书籍：, fourth edition， Metcalf & Eddy, Inc.当代给水与废水处理原理，许保玖，高等教育出版社废水生物处理，C.P.Leslie等，化学工业出版社污泥处理，金儒霖，中国建筑工业出版社杂志：中国给水排水，给水排水，环境科学等,水的自然循环：,全球水分布：总量约：1.38X109km3,世界河流平均年径流量：468000亿m3,亚洲最大占31,我国水资源特点：总量多，人均占有量少地区分布不均匀季节分布不均匀河流含沙量大水污染日益严重地下水开采过量,我国水资源总量：27000亿m3排世界第五，但人均仅2500 m3 （世界平均10240 m3 ）。,水的社会循环,合流制排水体制,2002环境状况公告,废水和主要污染物排放量 2002年，全国工业和城镇生活废水排放总量为439.5亿吨，其中工业废水排放量207.2亿吨；城镇生活污水排放量232.3亿吨，超过环境容量的82。 废水中化学需氧量（COD）排放总量1366.9万吨。其中工业废水中COD排放量584.0万吨；城镇生活污水中COD排放量782.9万吨。七大水系：741个重点监测断面中，29.1%的断面满足类水质要求，30.0%的断面属、类水质，40.9%的断面属劣类水质。七大水系主要污染指标：石油类、生化需氧量、氨氮、高锰酸盐指数、挥发酚和汞等。长江三峡库区：干流7个断面和支流3个断面均为类水质，水质保持良好。仅第三季度干流5个断面因铅超标。南水北调工程（东线）：沿线水质监测13个断面，3个断面类水质，占23.1%； 2个断面类水质，占15.4%； 5个断面类水质，占38.4%； 3个断面劣类水质，占23.1%。湖泊、水库：主要湖泊氮、磷污染较重，导致富营养化问题突出。滇池草海为重度富营养状态，太湖和巢湖为轻度富营养状态。,2002环境状况公告,地下水 地下水水位有所回升 地下水水质总体较好，局部受到一定程度的点状或面状污染，部分指标超标。近岸海域水质 2002年近岸海域污染有所减轻，一、二类海水比例为49.7%，；四类、劣四类水质比例为35.9%，近岸海域的主要污染指标是无机氮、活性磷酸盐，部分海域石油类、化学需氧量和铅超标，个别海域重金属铜、汞、镉超标。 赤潮2002年，全海域共发现赤潮79次，累计面积超过10000平方公里。 在部分海域多次检测出亚历山大藻（Alexandrium）和裸甲藻（Gymnodrium）等有毒赤潮藻类。我国600多座城市中有400多座供水不足，其中100多座严重缺水；我国尚有3.6亿农村人口喝不上符合卫生标准的水。,第九章 污水水质与污水出路第一节 污水水质,我拿什么来表达你？ 污水,污水谱仪？,国际通用三大类指标： 物理性指标 化学性指标 生物性指标,水 质 分 析 指 标,物理性指标,水和污水中固体成分的内部相关性,水和污水中杂质颗粒分布,生活污水中各部分固体的组成 （单位mg/L）,有机物指标用于测定水中有机污染物成分。生活污水中有大量有机物，主要是：人体排泄物、洗涤污物食物残屑等各种工业废水中的有机物有动植物纤维、油脂、糖类、染料有机酸、各种有机合成工业品、有机原料、废物等,有机物危害：消耗溶解氧、恶化水质、破坏水体；抑制水生生物、破坏水生生态；滋生微生物，传播疾病；有毒有机物直接危害人体健康和水生生物生长。,有机物种类繁杂，很难逐个测定，利用共性，某指标间接反映易被氧化：生物氧化、化学氧化、燃烧氧化根据主要元素含量来反映：总有机碳、总氮、总磷、总硫等,生化需氧量（BOD）,反映了在有氧的条件下，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）。有机污染物被好氧微生物氧化分解的过程，一般可分为两个阶段：第一个阶段主要是有机物被转化成二氧化碳、水和氨；第二阶段主要是氨被转化为亚硝酸盐和硝酸盐。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，全部生物氧化需要20天100天完成。实际中，常以5天作为测定生化需氧量的标准时间，称五日生化需氧量（BOD5）通常以20C为测定的标准温度。,BOD: Biological Oxygen Demand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天）,BOD与CBOD、NBOD,BODL与BOD5,温度对BOD测定的影响,一般采用稀释法：降低有机物浓度，保证充足的溶解氧蒸馏水、无机营养盐、确当的pH工业废水往往需要接种和训化抑制硝化耗氧时，可加入硝化抑制剂，如亚甲基蓝,BOD测定注意事项：,稀释与直接测定BOD5：7mg/L,接种培养103-104个/ml,非接种培养,化学需氧量（COD）,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；废水中无计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0.4-0.5。 COD=CODB+CODNB,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）,COD与BODL的关系,COD= CODB+CODNB,BODL= 1/3CODB+2/3CODBX(1-0.2) =0.87CODB,BOD5= 0.68 BODL =0.68X0.87CODB =0.59CODB,污水水质相对稳定时：BOD5/COD比值变化不大,总有机碳（TOC）和总需氧量（TOD）,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,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。,TOD: Total Oxygen Demand在900-950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。,污水有机物指标之间的关系,有机碳量,需氧量,TOC,ThOC,ThOD,TOD,CODcr,BODL,BOD5,CODMn,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,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，改变海洋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。,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，能影响鱼类的回游繁殖。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（0.001mg/L即有异味，排放标准0.5mg/L ）灌溉用水超过5mg/L时，农作物减产，甚至枯死,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污水中氮有四种：有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮危害：消耗水体中溶解氧；促进藻类等浮游生物的繁殖，形成水花、赤潮；引起鱼类死亡，水质迅速恶化。,关于氮的几个指标：有机氮：主要指蛋白质和尿素TN：一切含氮化合物以N计量的总称；TKN： TN中的有机氮和氨氮，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,自然界中氮的循环,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磷主要来自：人体排泄物以及合成洗涤剂、牲畜饲养场及含磷工业废水危害：促进藻类等浮游生物的繁殖，破坏水体耗氧和复氧平衡；水质迅速恶化，危害水产资源。,含磷化合物,生 物 性 指 标,融会贯通各水质指标间的含义,从几个水质标准看水处理工程的任务,几种水质标准中主要指标浓度值（mg/L）,第二节 污染物在水体环境中的迁移与转化,水体的自净作用,河流的自净作用是指河水中的污染物质在河水向下游流动中浓度自然降低的现象,根据净化机制分为三类,物理净化：稀释、扩散、沉淀,化学净化：氧化、还原、分解,生物净化：水中微生物对有机物的氧化分解作用,竖向混合阶段：污染物排入河流后因分子扩散、湍流扩散、弥散作用逐步向河水中分散，由于一般河流的深度与宽度相比较小，所以首先在深度方向上达到浓度分布均匀，从排放口到深度上达到浓度分布均匀的阶段称为竖向混合阶段，同时也存在横向混合作用。,横向混合阶段：当深度上达到浓度分布均匀后，在横向上还存在混合过程。经过一定距离后污染物在整个横断面上达到浓度分布均匀，这一过程称为横向混合阶段。,断面充分混合后阶段：在横向混合阶段后，污染物浓度在横断面上处处相等。河水向下游流动的过程中，持久性污染物的浓度将不再变化，非持久性污染物浓度将不断减少。,污水排入河流的混合过程,水体的自净作用,持久污染物的稀释扩散,当持久性污染物随污水稳态排入河流后，经过混合过程达到充分混合阶段时，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,河断面达到充分混合后，污染物浓度受到纵向分散作用和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污染物分解速度常数0初始点的污染物浓度x断面处的污染物浓度,非持久性污染物的稀释扩散和降解,水体污染与恢复,氧垂曲线：,水体受到污染后，水体中溶解氧逐渐被消耗，到临界点后又逐步回升的变化过程，称氧垂曲线。,有机物降解：,氧垂曲线的求解：,亏氧量,某点处的氧不足量变化速率是该处耗氧速率和复氧速率之和：,求解得某点的亏氧量：,某点的溶解氧c= cs- D,到达最缺氧点时间dD /dt=0：,氧垂曲线,污染物在河流中的扩散和分解受到河流的流量、流速、水深等因素影响。河口是指河流进入海洋前的感潮河段。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。湖泊水库的贮水量大，但水流一般比较慢，对污染物的稀释、扩散能力较弱。海洋虽有巨大的自净能力，但是海湾或海域局部的纳污和自净能力差别很大。污染物在地下水中的迁移转化受多种因素影响，地下水一旦污染要恢复原状非常困难。,污染物在不同水体中的迁移转化规律,第三节 污水出路,污水回用的几个主要方向,排放水体,工业利用,地下水回灌,污水的最终出路,农业利用,市政回用,对人