第九章 污水水质和污水出路

第一节 污水性质与污水出路 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,第九章、污水水质和污水出路, 第一节 污水的类型与特征,人类活动所排放的各类污水是将上述污染物带入水体的一大类污染源，由于这些污水、废水多由管道收集后集中排除，因此常被称为点污染源。大面积的农田地面径流或雨水径流也会对水体产生污染，由于其进入水体的方式是无组织的，通常被称为非点污染源，或面污染源。,1生活污水 生活污水主要来自家庭、商业、学校、旅游服务业及其他城市公用设施，包括厕所冲洗水、厨房洗涤水、洗衣机排水、沐浴排水及其他排水等。 污水中主要含有悬浮态或溶解态的有机物质，还含有氮、硫、磷等无机盐类和各种微生物。,污水的类型与特征,2、工业废水 工业废水产自工业生产过程，其水量和水质随生产过程而异，根据其来源可以分为工艺废水、原料或成品洗涤水、场地冲洗水以及设备冷却水等；根据废水中主要污染物的性质，可分为有机废水、无机废水、兼有有机物和无机物的混合废水、重金属废水、放射性废水等；根据产生废水的行业性质，又可分为造纸废水、印染废水、焦化废水、农药废水、电镀废水等。,污水的类型与特征,3、初期雨水 初期雨水是雨雪降至地面形成的初期地表径流。初期雨水的水质水量随区域环境、季节和时间变化，成分比较复杂。 主要影响因素有大气质量、气候条件、地面及建筑物环境质量等。,污水的类型与特征,4、城镇污水 城镇污水包括生活污水、工业废水等，在合流制排水系统中包括雨水，在半分流制排水系统中包括初期雨水。 影响因素：排水体制及所在地区生活污水与工业废水的特点及比例等。,污水的类型与特征,（一）污水的物理性质与污染指标1、温度2、色度3、嗅和味4、固体物质：TS、DS、SS，VS、FS,二、污水的性质与污染指标,（一）污水的物理性质与污染指标4、固体物质：TS、DS、SS，VS、FS 固体污染物在水中以三种状态存在：溶解态(直径小于1nm)、胶体态(直径介于1100nm)和悬浮态(直径大于100nm)。水质分析中把固体物质分为两部分：能透过滤膜(孔径约310m)的叫溶解固体(DS)；不能透过的叫悬浮固体或悬浮物(SS)，两者合称为总固体(TS)。,二、污水的性质与污染指标,（一）污水的物理性质与污染指标悬浮物（SS） 动水中呈悬浮状，静水中可下沉或上浮。 包括泥砂、大颗粒粘土、矿物废渣等无机易沉悬浮物和草木、浮游生物体等有机易浮悬物。 通常用重力沉降法去除。,二、污水的性质与污染指标,（二）污水的化学性质与污染指标 表示污水化学性质的污染指标可分为有机物指标和无机物指标。1、有机物 生活污水和某些工业废水中含有糖、蛋白质、氨基酸、酯类、纤维素等有机物质，这些物质以悬浮状态或溶解状态存在于水中，排入水体后能在微生物作用下分解为简单的无机物，在分解过程中消耗氧气，使水体中的溶解氧减少，微生物繁殖。 宏观表征：(BOD ，COD, TOC ，TOD , DO,),二、污水的性质与污染指标,（二）污水的化学性质与污染指标 （1）生化需氧量（BOD） 在有氧的条件下，水中可分解的有机物由于好氧微生物的作用被氧化分解或无机物所需要的氧量称为生物化学需氧量，简称生化需氧量（BOD），结果以氧的mg/L表示。,二、污水的性质与污染指标,（二）污水的化学性质与污染指标 （1）生化需氧量（CBOD） 有机物好氧分解分为两个阶段：第一阶段称为碳氧化阶段，主要是有机物在异氧菌的作用下，含碳有机物被氧化为CO2和H2O，含氮有机物被氧化为NH3。碳氧化阶段所消耗的氧量称为碳化生化需氧量。总的碳化生化需氧量常称为第一阶段生化需氧量或完全生化需氧量，常以CBODu表示。,二、污水的性质与污染指标,（二）污水的化学性质与污染指标 （1）生化需氧量（NBOD）第二阶段称为硝化阶段，主要是第一阶段产生的NH3和原有的氨在自养菌的作用下，被氧化为NO2NO3的过程，由于这种硝化作用所消耗的氧量称为硝化生化需氧量或第二阶段生化需氧量，用LN或NBOD表示。通常测定污水的生化需氧量只是指碳化生化需氧量，即第一阶段CBOD，需时大约20天，因此，在一般情况下，各国都规定统一采用5d，20作为生化需氧量测定的标准条件，一般记为BOD5，约为总生化需氧量的70左右。,二、污水的性质与污染指标,（二）污水的化学性质与污染指标 （2）化学需氧量（COD）化学需氧量是指在酸性条件下，用强氧化剂特有机物氧化为CO2、H2O所消耗的氧量。氧化剂一般采用重铬酸钾。由于重铬酸钾氧化作用很强，所以能够较完全地氧化水中大部分有机物和无机性还原物质(但不包括硝化所需的氧量)，此时化学需氧量用CODcr，或COD表示。如采用高锰酸钾作为氧化剂，则写作CODMn。,二、污水的性质与污染指标,二、污水的性质与污染指标,（二）污水的化学性质与污染指标 （3）总有机碳（TOC）与总需氧量（TOD） 有机物主要元素是C、H、O、N、S等。在高温下燃烧后，将分别产生CO2和H2O，所消耗的氧量称为总需氧量TOD。TOD的值一般大于COD的值。TOD的测定方法是：向氧含量已知的氧气流中注入定量的水样，并将其送入以铂为触媒的燃烧管中，在900高温下燃烧，水样中的有机物即被氧化。消耗掉氧气流中的氧气，剩余氧量可用电极测定并自动记录。氧气流原有氧量减去剩余氧量即得总需氧量TOD。TOD的测定仅需几分钟。,二、污水的性质与污染指标,有机物都含有碳，通过测定废水中的总含碳量可以表示有机物含量。 总有机碳(TOC)的测定方法是：向氧含量已知的氧气流中注入定量的水样，并将其送入以铂为触媒的燃烧管中，在900高温下燃烧，用红外气体分析仪测定在燃烧过程中产生的CO2量，再折算出其中的含碳量，就是总有机碳TOC值。为排除无机碳酸盐的干扰，应先将水样酸化，再通过压缩空气吹脱水中的碳酸盐。TOC的测定时间也仅需几分钟。,（二）污水的化学性质与污染指标 （4）油类污染物,二、污水的性质与污染指标,石油类产品的废水进入水体后会漂浮在水面并迅速扩散，形成一层油膜，阻止大气中的氧进入水中，妨碍水生植物的光合作用。 石油在微生物作用下的降解也需要消耗氧，造成水体缺氧。 石油还会使鱼类呼吸困难直至死亡。,（二）污水的化学性质与污染指标 （5）酚类污染物 （6）表面活性剂 （7）有机酸碱 （8）有机农药 （9）苯类化合物,二、污水的性质与污染指标,（二）污水的化学性质与污染指标 表示污水化学性质的污染指标可分为有机物指标和无机物指标。2、无机物（1）pH：主要指示水样的酸碱性。,二、污水的性质与污染指标,酸 碱 污 染,当水体pH小于6.5或大于8.5时，水中微生物的生长会受到抑制，致使水体自净能力减弱，并影响渔业生产，严重时还会腐蚀船只、桥梁及其他水上建筑。用酸化或碱化的水浇灌农田，会破坏土壤的理化性质，影响农作物的生长。酸碱对水体的污染，还会使水的含盐量增加，提高水的硬度，,二、污水的性质与污染指标,（2）植物营养元素,( N, P) 植物性营养物主要指含有氮磷等植物所需营养物的无机、有机化合物，如氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐和含氮和磷的有机化合物。这些污染物排入水体，特别是流动较缓慢的湖泊、海湾，容易引起水中藻类及其他浮游生物大量繁殖，形成富营养化污染。,二、污水的性质与污染指标,太湖的富营养化N, P污染,富营养化的危害：,1、溶解氧下降鱼类死亡,二、污水的性质与污染指标,2、富营养化污染水源, 我国水体富营养化，藻类过量繁殖，有 些水体几千万个/L，堵塞水处理设备；, 藻类影响常规水处理工艺，而且在消毒 过程中会与氯作用生成氯化消毒副产物, 藻类在代谢过程中产生的藻毒素直接危 害人体健康,（3）重 金 属,（汞，镉，铅，铬，镍）（锌、铜、钴、锡） 很多重金属对生物有显著毒性，并且能被生物吸收后通过食物链浓缩千万倍，最终进入人体造成慢性中毒或严重疾病。例如，著名的日本水俣病就是由于甲基汞破坏了人的神经系统而引起的；骨痛病则是镉中毒造成骨骼中钙的减少的后果，这两种疾病最终都会导致人的死亡。,二、污水的性质与污染指标,（4）无机性非金属有害有毒物,（砷、含硫化合物、氰化物）,二、污水的性质与污染指标,（三）污水的生物性质与污染指标 表示污水生物性质的污染指标1、细菌总数,二、污水的性质与污染指标,病 原 体,生活污水、医院污水和屠宰、制革、洗毛、生物制品等工业废水，常含有病原体，会传播霍乱、伤寒、胃炎、肠炎、痢疾以及其他病毒传染的疾病和寄生虫病。大肠杆菌群：最基本的粪便污染的指标菌群，并间接表明有肠道病菌存在的可能性。,其他污染物,难降解有机物:这类毒物大多是人工合成有机物，难以被生化降解，并且大多是较强的三致物质(致癌、致突变、致畸)，毒件很大。主要有：农药(DDT、有机氯、有机磷等)、酚类化合物、聚氯联苯、稠环芳烃(如苯并芘)、芳香族氨基化合物等。以有机氯农药为例，首先其具有很强的化学稳定性，在自然环境中的半衰期为十几年到几十年，其次它们都可能通过食物链在人体内富集，危害人体健康。如DDT能蓄积于鱼脂中，浓度可比水体中高12500倍。,其他污染物,放射性物质:放射性是指原子核衰变而释放射线的物质属性。主要包括X射线、射线、射线、射线及质子束等。废水中的放射性物质主要来自铀、镭等放射性金属生产和使用过程，如核试验、核燃料再处理、原料冶炼厂等。其浓度一般较低，主要引起慢性辐射和后期效应，如诱发癌症、对孕妇和婴儿产生损伤，引起遗传性伤害等。,其他污染物,废水温度过高而引起的危害，叫做热污染，热污染的主要危害有以下几点。 （1）使水体溶解氧浓度降低，相应的亏氧量随之减少，大气中的氧向水体传递的速率也减慢； （2）导致生物耗氧速度加快，促使水体中溶解氧更快被耗尽，水质迅速恶化，造成鱼类和水生生物缺氧死亡；（3）加快藻类繁殖，从而加快水体富营养化进程； （4）导致水体中的化学反应加快，使水体的物化性质发生变化，可能对管道和容器造成腐蚀。 （5）加速细菌生长繁殖，增加后续水处理的费用。,第二节、污染物在水体环境中的迁移与转化,一、 水体的自净作用概念： 污染物随污水排入水体后，经物理、化学和生物等方面的作用，使污染物的浓度或总量减少，经过一段时间后，受污染的水体将恢复到受污染前的状态，这一现象称为水体的自净作用。水体自净的机制（1）、物理过程：污染物质由于稀释、混合、沉淀、上浮等作用而使水体污染物质浓度降低的过程。（2）、化学及物理化学过程：污染物质通过中和、絮凝、吸附、络合、氧化、还原等反应使其浓度降低的过程。（3）、生物化学过程：由于水体中微生物的代谢活动、污染物中的有机物质被分解氧化并转化为无害、稳定的无机物过程。上述三项过程同时、同地产生，相互影响，相互交织在一起。其中生物化学过程是最活跃、最积极的因素。,第二节、污染物在水体环境中的迁移与转化,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）段面充分混合后阶段：,第二节、污染物在水体环境中的迁移与转化,2、持久性污染物的稀释扩散 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定律得出河流完全混合模式： （9-1）,第二节、污染物在水体环境中的迁移与转化,例：一个发电厂在流量为5.3m3/s的河中用泵抽取0.76m3/s的水量，工厂灰池的排水量为0.74m3/s，上游水中和排放污水的硼浓度分别为0.051和8.9mg/L。请计算完全混合后河水中硼的浓度。,第二节、污染物在水体环境中的迁移与转化,解：,第二节、污染物在水体环境中的迁移与转化,3、非持久性污染物的稀释扩散和降解 （9-2）,第二节、污染物在水体环境中的迁移与转化,（9-3）,式中：v-河水流速； x-初始点到下游x断面处的距离； Mx-纵向分散系数； K-污染物分解速率常数； c0-初始点的污染物浓度； c-x断面处的污染物浓度。,第二节、污染物在水体环境中的迁移与转化,3、非持久性污染物的稀释扩散和降解,第二节、污染物在水体环境中的迁移与转化,4、水体的氧平衡（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。 氧垂曲线可分为三段：,第二节、污染物在水体环境中的迁移与转化,氧垂曲线方程斯蒂特-菲里普斯方程（S-P） （9-4） （9-5）,第二节、污染物在水体环境中的迁移与转化,在cL（x=0）=cL0，Cc（x=0）=Cc0，cD（X=0）=cD0的初值条件下求得上述微分方程的解为： （9-6） （9-7）,第二节、污染物在水体环境中的迁移与转化,式中：cL，cL0x和x=0处的河水BOD5浓度，mg/L； cD，cD0x和x=0处的河水亏氧浓度，mg/L，cD=ccs-cC； cC，cC0x和x=0处的河水溶解氧浓度，mg/L； ccs-河水的饱和溶解氧浓度，mg/L； K1河水中BOD 衰减（耗氧）系数； K2河流复氧系数； t初始点至下游x断面处的河水流经时间，d，t=x/u。,第二节、污染物在水体环境中的迁移与转化,氧垂曲线方程的工程意义：1）用于分析受有机物污染的河水中溶解氧的变化动态，推求河流的自净过程及其环境容量，进而确定可排入河流的有机物最大限量。2）推算确定最大缺氧点即氧垂点的位置及到达时间，并依此制定河流水体防护措施。3）按氧垂曲线方程计算，在氧垂点的溶解氧含量达不到地表水最低溶解氧含量要求时，则应对污水进行适当处理，故该方程式可用于确定污水处理厂的处理程度。,第二节、污染物在水体环境中的迁移与转化,例：某城市人口35万人，排水量标准150L/（Pd），每人每日排放于污水中的BOD5为27g，换算成BODu为40g。河水流量为3m3/s，河水夏季平均水温为20，在污水排放口前，河水溶解氧含量为6mg/L，BOD5为2mg/L（BODu=2.9mg/L）。根据溶解氧含量求该河流的自净容量和城市污水应处理的程度。排放污水中的溶解氧含