第一章 污水水质和污水出路（2学时）1

1、第1模块：抛砖引玉之笔，主要解决污水处理指标问题第1章 污水水质与污水排放要求污水的性质和污染指标污染物在水体环境中的迁移与转化污水排放要求物理性指标化学性指标生物性指标温度色度嗅和味固体物质有机物指标无机物指标可生化性判断BODCODTOCTODNP酸碱度重金属非金属有毒物细菌总数大肠菌群病毒总氮凯氏氮硝酸盐氮亚硝酸盐氮有机磷无机磷重点重点第一章 污水水质与污水出路污水的性质和污染指标-污水水质污染物在水体环境中的迁移与转化污水出路与排放标准第一节 污水的性质和污染指标污 水 水 质拿什么来表达你？ 污水污水的类型与特征生活污水工业废水初期雨水城镇污水污水与废水？国际通用三大类指标物理性指标

2、-感官指标为主化学性指标 生物性指标温度物理性水质指标1、地理位置和排水时间的不同2、工业废水常引起水体热污染温度变化原因及其影响1、温度升高造成水中溶解氧减少；2、影响水体中物种的变化；3、加速耗氧反应，最终导致水体缺氧 或水质恶化；但有利于后续生化处理。各地生活污水年平均温度在10200C;生产污水水温与生产工艺有关，变化很大；污水水温过低（低于50C）或过高（低于500C）都会影响污水的生物处理，例如东北地区生活污水处理，江西华腾地毯产业园印染废水处理。废水温度过高，在生物处理前需冷却冷却塔感官性指标，水的色度来源于金属化合物或有机化合物(如染料）；色度新鲜的污水一般为浅灰色，在集水系统

3、流动时间较长变为深灰色，之后再变为黑色。工业废水颜色多样。可由悬浮固体、胶体或溶解物质形成测试方法：比色法（倍）；分光光度法感官性指标，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,例如东北地区地下水中H2S嗅和味臭气的危害：对于人类而言，低浓度的异臭主要造成心理压力，而不是对人体造成的伤害有臭化合物分子量臭阈值ppm臭气特性氨1746.8辛辣，刺激氯710.314辛辣，窒息氯酚1280.00018药味丁烯基硫醇900.000029臭鼬气味甲硫醚620.0001烂菜气味苯硫醚1860.0047令人不快乙硫醇620.00019烂菜气味硫化氢340.00047臭鸡蛋味甲胺312

4、1腐烂鱼腥二氧化硫640.009辛辣刺激市场不够规范臭气的处理方法物理法（吸附、空气稀释、香气喷雾掩蔽、注氧、搅拌、洗涤塔、低温等离子等）化学法（化学氧化、热氧化、碱类洗涤）生物法（生物除致臭有机物）目前污水厂生物池臭气有组织收集、统一处理生物处理构筑物加盖目前污水处理厂（站）采用生物除臭或其组合工艺居多，投资及成本低；包括生物过滤法（淹没式）、生物滴滤法（非淹没式）、生物洗涤法（废气组分转入液相后，再经生物再生处理）等污水处理厂加盖收集臭气集中处理挥发性物质溶解物质固定性物质悬浮固体物质固体物质挥发性物质固定性物质水中固体物质的分类污水中固体成分的内部相关性沉淀物英霍夫锥形管蒸发总固体（TS

5、）过滤（玻璃纤维）滤渣蒸发滤液蒸发总悬浮固体（TSS）马弗炉马弗炉挥发性悬浮固体（VSS）不可挥发性悬浮固体（FSS）挥发性溶解固体（VDS）不可挥发性溶解固体（FDS）总挥发性悬浮固体（TVS）总不可挥发性悬浮固体（TFS）总溶解固体（TDS）总固体（TS）水样过滤和沉淀仪器TSS-与滤纸孔径大小的关系滤纸孔径不同则TSS值不同（定性和定量滤纸，定量滤纸分快、中、慢三种）（快速：孔径为80120微米；中速：孔径为3050微米；慢速：孔径为13微米） 公称孔径为0.452.0 微米不等（如下图）水和污水中杂质颗粒分布黏土水和污水中杂质颗粒分布杂质颗粒状态及其处理方法 分析该指标时要说明滤纸的孔

6、径测量废水中悬浮固体的两种滤纸的显微结构 (a): 聚碳酸酯膜过滤纸，孔径1.0微米； (b): 玻璃纤维滤纸，孔径1.2微米（b）（a）污水的化学性质及其污染指标有机污染物指标有机物+微生物+氧气=无机矿化，耗氧污染物；采用BOD、COD、TOC和TOD等表示。无机物指标酸碱度植物性营养元素重金属有毒非金属有机污染物指标-生化需氧量BOD定义：在水温200C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，称为生物化学需氧量或生化需氧量。意义：反映了在有氧的条件下，水中可生物降解有机物的量。有机物（可生物降解）异养菌呼吸（氧化）OaCO2、H2O、NH3、能

7、量合成新细胞自养菌合成Oc新细胞NO2-、H2O、能量合成新细胞NO3-能量残存物质CO2、H2O、NH3、能量ObOd内源呼吸第一阶段：碳化阶段第二阶段：硝化阶段碳化需氧量：Oa+Ob硝化需氧量：Oc+OdNH3从自养硝化菌和有机物降解异养菌对生化环境的竞争解释硝化菌自养利用废水中NH3、CO32-有机物降解菌异养利用废水中有机物生化反应伊始，废水中有机物浓度高，以降解有机物为主的异养菌大量生长，侵占了硝化自养菌的生长空间，并在一些共享的微量元素等营养成分产生竞争作用；随着生化反应进程不断深化，废水中有机物浓度降低，以降解有机物为主的异养菌生长受限，硝化自养菌才开始大量生长对污废水脱氮的意义

8、：在生物硝化池中，前端以降解有机物为主，后端以硝化为主有机污染物指标-生化需氧量BOD上两阶段需氧量可用曲线表示200C水温条件下，完成碳化、硝化两阶段约需100d以上；5d的生化需氧量约占碳化需氧量BODu的7080%；20d以后的生化反应过程平缓， BOD20 BODu；工程上20d测定时间太长，故用BOD5作为可生物降解有机物的综合浓度指标；硝化一般在碳化阶段开始后57d，故硝化需氧量（NOD）对BOD5不产生干扰。5d10d15dNODBOD20d为什么会出现这一现象？BODL与BOD5时间/dBOD5 = UBOD (1 e kt) （K:反应速率常数）UBOD(BODL)-完全生化

9、需氧量(mg/L)T=20；K=0.23时，BOD5=0.68BODL例题：已知反应速率常数，求BOD；温度变化对BOD的影响。某废水20 下BOD5=200mg/L；反应速率常数K=0.23d-1，确定废水1日BOD和第一阶段的最终BOD；试问25条件下的BOD5是多少？解答：1、求最终BOD（UBOD or BODL）BOD5 = UBOD (1 e kt) 0.68BOD的测试方法1.标准稀释法：5天内溶解氧的差值；2.活性污泥曝气降解法：利用活性污泥曝气降解样品2小时，测定生物降解前后的化学计量需氧量，其差值即为BOD3.测压法：在密闭的培养瓶中，水样中溶解氧被微生物消耗产生与耗氧量相

10、当的CO2,当CO2被吸收后使密闭系统的压力降低，根据压力测得的压降求出水样的BOD值。有机污染物指标-化学需氧量（COD）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）。常用的氧化剂主要是重铬酸钾K2Cr2O7 （称 CODCr )和高锰酸钾KMnO4 (称CODMn ) 。废水中无机物质同样被氧化（Cl-、双氧水)。1mg的Cl-相当于0.225mgCOD测定时用硫酸汞络合屏蔽Cl-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。氧化1分子Cl-需要消耗1/4分子O2，则氧化1g Cl-需要

11、消耗1/4 32/35.5=0.225g O2化学需氧量（COD）中需要阐释的两个问题为此，在课程讲授过程中根据电子得失平衡的原则: 氧化1分子Cl-需要消耗1/4分子O2，则氧化1个质量单位的Cl-需要消耗1/35.51/432=0.225个质量单位的O2，这就是Cl-对COD测定贡献的理论值。K2Cr2O7Cl- 折合需氧量（O2）K2Cr2O7 折合的相当需氧量（O2）电子平衡2Cr6+2Cr3+K2Cr2O73O3/2O2Cl-1/4O21/2OBOD5与COD指标在水处理中的意义了解生物处理法的处理效率；用生物法处理时，确定所需要的大致需氧量；确定废水生物处理设备的大小；确定废水排放

12、是否符合标准要求。BOD5/COD0.45可生化性好，BOD5/COD0.3可生化，0.25难以生化处理，可采用水解酸化-好氧；0.2不易生化，宜采用还原或氧化预处理改善可生化性后，再用生物处理BOD5/COD0.2的污废水如何处理工业废水铁炭还原或零价铁混凝沉淀厌氧（水解酸化）好氧处理二沉池处理出水工业废水芬顿氧化混凝沉淀厌氧（水解酸化）好氧处理二沉池处理出水提高BOD5/COD（工程中简称B/C），改善可生化性；部分削减废水中有机物。BOD5/COD0.2的污废水如何处理 铁碳还原：铁炭具有不同的电极电位，在废水中铁可作为阳极，炭作为阴极从而形成原电池。 芬顿氧化：芬顿体系所产生的中间态活

13、性物种羟基自由基（OH）跟其它氧化剂相比，具有更高的氧化电极电位（E=2.80V）阳极：酸性条件下：阴极：酸性有氧条件下：机理：新生态H 及Fe2+还原、电化学附集、铁离子的混凝沉淀作用氧化剂氧化还原电位（V）F23.06OH2.80O32.07H2O21.77KMnO41.69HClO41.63ClO21.50Cl21.36Cr2O72-1.33O21.23BOD5/COD0.2的污废水如何处理 零价铁（Zero valent iron，ZVI）工艺染料降解有机氯脱氯苯酚降解硝态氮还原金属离子还原、沉淀及吸附硝基芳香化合物脱硝AOX印染废水印染废水Cr6+BOD5/COD0.2的污废水预处理

14、中海油高浓度海上采油废水处理示范工程萧山临江大型印染废水集中处理厂深度处理中试示范浙江巨化集团高浓度有机氯氟化工废水处理生产装置铁碳还原、芬顿氧化示范工程BOD5/COD0.2的污废水预处理印染废水芬顿氧化塔可生化性的判断指标测定法，直接测定污废水中COD、BOD5指标；间歇培养法、连续培养法；实质是生物处理实验研究；根据测定相对耗氧速率判断：耗氧速率就是单位生物量在单位时间内的耗氧量。 以有废水污染物（底物）浓度为横坐标，以相对耗氧速率为纵坐标，通过实验获得相对耗氧曲线。底物浓度相对耗氧速率内源代谢相对耗氧速率ACDBTOC: total organic carbon在950高温下，以铂作为

15、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。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）。总有机碳（TOC）和总需氧量（TOD）污水有机物指标之间的关系有机碳量需氧量TOCTODCODcrBODLBOD5CODMn有时采用O3等氧化法处理废水之后，废水的BOD5指标升高其它有机污染指标油类污染物酚类污染物表面活性剂有机酸碱有机农药 苯类化合物来源与危害处理的意义

16、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。油膜覆盖水面阻碍水的蒸发，影响大气和水体的热交换。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，使鱼类产生石油臭味，降低水产品的食用价值破坏风景区，危害鸟类生活。油类污染物来源：煤气、焦化、石油化工、合成树脂等工业废水。（焦化废水OAO工艺)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。浓度高会引起鱼类大量死亡，甚至绝迹。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

17、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。酚类污染物第一O段：可选择出对适应有毒废水水质的生物菌种，并去除对微生物有较大抑制作用的酚类有毒物质；较常规水解酸化-好氧有机物去除效率提高20%30%。适用于毒性强、处理难度大的化工废水。OAO出水进水污泥回流污泥生物选择器、解毒水解酸化-好氧焦化废水OAO生物处理工艺：预处理蒸氨、脱酚后，进入生物处理典型工程案例哈尔滨气化厂煤气废水处理工程（300m3/d）COD去除率总酚去除率植物营养元素来源广;过多的氮、磷进入天然水体，易导致富营养化，使水生植物尤其是藻类大量繁殖，造成水中溶解氧急剧变化，影响鱼类生

18、存。 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。 污水中的氮形式：有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮，N2。 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。含氮化合物含氮化合物：有机氮、氨氮（NH3-N、 NH4-N ）、硝酸盐氮（NO3-N） 、亚硝酸盐氮（NO2-N） 凯氏氮（KN）：有机氮+氨氮（NH3-N）用来判断污水进行生物处理时，氮源是否充足的依据(微生物简易分子式C5H7NO2)。生活污水中KN约为40mg/L，其中有机氮约15mg/L， NH3-N约25mg/L。总氮（TN）：有机氮+硝酸盐氮（NO3-N）

19、+亚硝酸盐氮（NO2-N）+氨氮（NH3-N）含磷化合物磷是仅次于氮的微生物生长的重要元素，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。有机磷磷酸甘油酸、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-) 酸碱度一般要求处理后污水的pH在69之间。当天然水体遭受酸碱污染时，pH发生变化，消灭或抑制水体中生物的生长，妨碍水体自净，还可腐蚀船舶。碱度指水中能与强酸定量作用的物质总量，按离子状态可分为三类：氢

20、氧化物碱度；碳酸盐碱度；重碳酸盐碱度。重金属重金属主要指汞、镉、铅、铬、镍，以及类金属砷等生物毒性显著的元素，一般指序号21-83，比重大于4的金属，也包括具有一定毒害性的一般重金属，如锌、铜、钴、锡等。重金属的主要危害：生物毒性，抑制微生物生长，使蛋白质凝固;逐级富集至人体，影响人体健康。电镀废水的水质特征？江苏兴达钢帘线股份有限公司 处理思路污染指标：酸碱、铜、锌，还有磷酸盐；有时还有含Cr6+、 Ni2+电镀废水；如以无机物形式存在，分流处理，分段调节化学沉淀、混凝；如以络合物形态存在，需还原（电解、零价铁或铁炭还原）破络后再絮凝沉淀去除。无机性非金属有毒有害物总砷：As2O3、 As2

21、S2、As2S3、As2O3等。含硫化合物：硫酸盐、硫化物和有机硫化物。氰化物：含CN基一类化合物的总称，剧毒。生物性指标来源：医院污水：各种病原体生活污水：肠道传染病、肝炎病毒、寄生虫卵等制革屠宰：炭疽杆菌、钩端螺旋体等养殖、游泳、洗车等废水：病毒危害：传播疾病，影响水质卫生。 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/ mL 医院排水： 500个/ mL细菌总数 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大肠菌

22、群指标描述病毒第二节 污染物在水体环境中的迁移与转化 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水体的自净作用污水排入河流的混合过程竖向混合阶段：一般河流的深度与宽度相比较小，首先在深度方向上达到浓度分布均匀。 横向混合阶段：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。断面充分混合后阶段：污染物浓度在横断面上处处相等。河水向下游流动过程中，持久性污染物浓度将不再变化，非持久性污染物浓度将不断减少。持久污染物的稀释扩散 当持久性污染物随污水稳态排

23、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。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。（氧垂曲线方程的推导）D：亏氧量污染物在不同水体中的迁移转化特点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，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

24、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。第三节 污水出路与排放标准污水处理的工作目标和甲方的要求污水的最终出路排放水体工农业利用地下水回灌污水排放标准浓度标准总量控制标准国家排放标准行业排放标准地方排放标准一证式管理排污许可达标排放第二次全国污染源普查国家污水综合排放标准GB 20425-2006城镇污水处理厂污染物排放标准 GB 189182002 海洋水质量标准GB3097地表水环境质量标准GB 38382002 进一步提标，在水环境敏感地区增加特别排放限值，COD 30.0mg/L；超深度处理序号污染物Cmax序号污染物Cmax1总汞

25、0.058总镍1.02烷基汞不得检出9苯并芘0.000033总镉0.110总铍0.0054总铬1.511总银0.55六价铬0.512总a放射性1 Bq/L6总砷0.513总放射性10 Bq/L7总铅1.0第一类污染物最高排放浓度（mg/L)不分行业和污水排放方式;也不分受纳水体的功能类别。第二类污染物最高允许排放浓度(1997年12月31日前建设)(mg/L)（国家综合污水排放标准）污水回用应满足的要求对人体健康不应产生不良影响对环境质量和生态系统不应产生不良影响对产品质量不应产生不良影响应符合应用对象对水质的要求或标准应为使用者和公众所接受回用系统在技术上可行，操作简便价格应比自来水低廉应有安全使用的保障城市污水回用的几个方面城市生活用水和市政用水农业、林业、渔业和畜牧业地下水回灌其他方面工 业城 市绿地灌 溉供 水市政与建筑用水城 市 景 观工 艺生产用 水冷