水污染控制工程讲义-笔记

55专题一

污水水质与污出路污水水质国通三类标物理性指标化性指标物性指标水分指物理性指标温度：工业废水常引起水体热污染造成水中溶解氧减少加速耗氧反应，最终导致水体缺氧或水恶化色度：感官性指标，水的色度来源于金属化合物或有机化合物嗅和味：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固体物质：溶物质悬浮固体物质挥性物质固定性物质水污中体分内相性水污中质粒布化性标有机物生化需氧量BOD）biologicaloxygendemand在一定条件下，好氧微生物氧化分解水中有机物所需要的氧量℃，5d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20~100d完成。实际中，常以作为定生化氧量的标准时间，称5生化需氧量BOD常20℃为测的标准温度。讨：任何日BOD与第一阶段的系生化研究试验表明,生反应的度决定于微生物和有机物的含量,至于水中溶解氧的含量只要足微生物的生命活动就可以,在反应期,微生的数量是增加的,到一定时间后,微物的量就受有机物含量的限制而达到最大值,此反应速度受到有机物含量的限制,即机物的降解速度和该时刻水中

LLK有机物的含量成正比由于机可以用生化需氧量表示,以水中的耗氧速率和该时刻的生化需量成LLK-L0tttt式中:、─别表示开始t刻水中剩余的第一阶段的BOD0t─反应速率常数d积分得：任何时刻水中剩余的BOD为Lt=L从而求得经t时反应消耗的溶解氧BODt为:

BODt=L-L=L(1-e)=L(1-10)(k=K/2.303)(经验表明20℃时k=0.1日1,t=5天则BOD=0.68L)系②反应速度常数k与温度的关系利用阿累尼乌斯经验公式可求:K=kθ式中:K─20℃时反应速率常数d

k℃反应速率常数，

θ──温度系数(经验在10--30时，θ=1.047)③第一阶段BOD(L)与温度的关L随温增加而增大,关系式为=L〕式中:L─T℃时的第一阶段的BODL─20时的第一阶段的化性标有机物化学需氧量COD）chemicaloxygen用化学方法氧化水中有机物过程中所消耗的氧化剂量折合成的氧量O常用的氧化剂主要是重铬酸钾（称COD）高锰酸(称COD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：生污水通常在0.4。当前测定COD常的方法有:(1)重铬酸钾法(CODCr):以重铬酸钾溶液为氧化,以硫酸银为催化,加水样加热回流两小时然后将重铬酸钾的消耗量折算成每升水样耗氧的毫克数。此法氧化程度高，用于污染严重的和工业废水的测定。(2)高锰酸钾法(或CODMn):用0.01N高锰酸钾溶液为氧化加入水样煮沸10分钟(水浴为30钟,然后将高锰酸钾的消耗量折算成每升水样耗氧的毫克数。此法用于较清洁的水样。讨论：与BOD的比比较CODBOD

测试时间耗短小时时长天代表性较面反映有机物只映可生物降解的有机物成本仅化学试剂需要培养微生物COD与BOD优点：BOD优点基本上反映了有机物入水体后，能被生物氧化分解的有机物的量，比较符合实际情况，较为确切的说明问题。缺点：完成全部检验需时5天，于指导生产实践不够迅速、及时，且毒性强的废水可抑制微生物的作用而影响测定结果，有时甚至无法测定。COD优：几乎可以表示出有机物全部氧化所需要的氧它的测定不受废水水质的限,并且在3小时内即能完成。缺点：不能反映出被生物氧化分解的有机物的量。BOD虽有少缺点,但从有机物水体的影响角度,没有比BOD更好的指标。在没有条件测定BOD时，可采用COD方。化性标有机总有机碳（TOC）和总需氧量（）

TOC:totalorganism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CO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:totaloxygen在900~950℃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烧氧化成稳定的氧化物后，测量载气中氧的减少量，称总需氧量（TOD测定方便而快速。各种水质之间TOC或TOD与BOD不存固定的相关关系。在水质条件基本不变的条件下BOD与TOC或TOD之存在一定的相关关系。污有物标间关化性标有机油污染物石油类：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，降低水产品的用价值。破坏风景区，危害鸟生活。化性标有物酚污染物酚污染来源：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，能影响鱼类的洄游繁殖。酚浓度达0.1～0.2mg/L时鱼有酚味。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有强烈异（0.001mg/L即有异味排标准0.5mg/L灌溉用水酚浓度超过5mg/L时农物减产甚至枯死。化性标无物性质指标植物营养元素：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，造成水中溶解氧急剧变化，影响鱼类生存，并可能使某些湖泊由贫营养湖发展为沼泽和干地。pH和碱度：一般要求处理后污水的pH在6～9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：氢氧化物碱度；碳酸盐碱；重碳酸盐碱度。重金属：作为微量金属元素。重金属的主要危害：生物毒性，抑制微生物生长，使蛋白质凝;逐级富集至人体，影响人体健康。含氮化合物氮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。污水中的氮有四种，即有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。危害：消耗水体中溶解氧；促进藻类等浮游生物的繁殖，形成水华、赤潮；引起鱼类死亡，导水质迅速恶化。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。NO：硝酸盐氮和硝酸盐氮含磷化合物磷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。危害进藻类等浮游生物的繁水耗氧和复氧平衡质速恶化水资源。磷化合物有机磷：有机磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等无机磷：磷酸盐:正磷酸(PO、磷酸氢(HPO)、酸二氢盐（HPO-）、聚合磷酸盐焦酸(O4)、磷酸(PO、三磷酸氢盐HPO)生性标来源及危害：生活污水：肠道染病、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：各种病原体危：传播疾病，影响卫生，导致水体缺氧细菌总数：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医排水<500/mL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：个/城排水<10000个/L游泳池：个L融会贯通各水质指标间的关系

含污染物在体环境中的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净：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污水排入河流的混合过程竖向混合阶段：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。持久污染物的稀释扩散

qwvwhvhqvw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，污染物浓度可由量守恒原理得出河流完全混合模式：式中：ρ—排放口下游河水污染物浓度；ρ，q——污水的污染物浓度流量；ρ，q—上游河水的污染物浓度和流量。d2xx非持久性污染物的稀释扩散和降解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分解作用不断减小。根质量守恒原理，其变化过程可用下式描述：

LdD021KKLdD021KKtexp0

2M

x

1

4KMu

x

式中：u——河水流速；x——初始点至下游x断处的距离；M——向分散系数；K——污染物分解速度常数；ρ——始点的污染物浓度；ρ——x断面处的污染物浓度。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：Ltdt

KDL

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：DKL2D求解得某点的亏氧量：

DD0

K1L0K1

)某点的溶解氧：C

ρ=-ρccsD)C0

K1(eK1

)到达最缺氧点时间dρ/dt=0：DK1L0KK2讨论：①垂曲线反映：废水排河流后溶解氧的变化表河流的自净过程；最缺氧点的位置及其溶解氧含量②溶解氧的来源：原有水中的氧；大气复氧；水生植物光合作用。③氧的消耗有机物的生物氧化；硝化作用；水底沉泥的分解；水生植物的呼吸作用；无机原性物质的影响。④若点的解(DO)大规的标准值，从溶解氧的角度，污水的排放未超过河段的自净能力⑤若Cp的解氧(DO)小于规定标准，从溶解氧的角度，污水的排放超过河段的自净能力，甚至出现无氧状态，此时氧垂曲线中断，水体失去自净能力，产生厌氧分解，水质变坏，河水发臭。⑥水体存在的生物群可反映河流自净的进程。如污染重时，真菌、蓝、绿藻占优势；水质变好，后生动物钟、轮虫、藻就会现。因此，可用水生物群落结构来判断和评价水体自净的状况。污染物在不同水体中的迁移转化规律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。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。

污水出路污水的最终出路：排放水体工业利用处后回用污水排放水体的限制污综排放标准GB8978—1996城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918—2002地表水环境质量标准GB3838—2002海洋水质量标准GB3097污水回用应满足的要求对人体健康不应产生不良影响对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：供水、城市绿地灌溉、市政与建筑用水、城市景观农业、林业、渔业和畜牧业工业：工艺生产用水、冷却用水、锅炉补充水、其他杂用水、地下水回灌、其他方面废水处理法一废处方通分为物理处理法、化学处理法、生物处理法三大类；物理处理法：利用物理作用分离或回收废水中的悬浮或油的处理方法。通常有重力分离法沉池、沉砂池、气浮)、离心分(心机和水旋分离和筛选分离(格栅、筛网、砂滤池、滤机。外，利用蒸发法浓缩废水中的溶解性不挥发物质也是一种物理处理法。化学处理法：通化学反应和传质作用来分离、去除废水中呈溶解、胶体状的污染物或将其化为无害物质的处理方法。在化学处理法中，以投加化学药剂为基础的处理单元有：混凝、中和、氧还原反应等；以传质作用为基础的处理单元有：萃取、汽提、吹脱、吸附、离子交换、电崐渗折和反渗后二种又称膜分离技)。在传质作用的处理单元中，既有化学反应，又有与之相关的物理作用，所以以从化学处理法中分离出另一类处理方法，称为物理化学法。生物处理法：通过微生物的代谢作用废水中呈溶解胶体和微细悬浮状态的有机物转化稳定、无害的物质的废水处理方法。根据作