水污染控制工程教材

主讲：陈吉春电话mail:jichun_chen3@163.com水污染控制工程教材：张自杰主编.《排水工程》（下册），1996

中国建筑工业出版社，2008第四版参考书：1、顾夏声等.《水处理工程》

清华大学出版社，19852、高廷耀主编.《水污染控制工程》，1999

高等教育出版社

3、《给水排水设计手册》

中国建筑工业出版社

4、李圭白等《水质工程学》

中国建筑工业出版社

5、孙体昌、娄金生主编.《水污染控制工程》，2009.6

机械工业出版社教学时数：42 学分：3考试：闭卷笔试3污水的物理处理（12h）4污水的生物处理（18h）5污水的生物处理（二）（4h）6污水的自然生物处理（2h）

总论（4h）第二篇学时分配第一篇9污水处理厂设计（2h）第一篇：总论第一章污水的性质与水体污染第二章水体自净与水污染控制1污水的性质与水体污染1.1水资源概况1.2污水的性质及污染危害1.3中国的水资源现状1.1水资源概况水在地球上分布富水与贫水的矛盾水的循环1.1.1水在地球上的分布地球上水的储存形式及水量世界各大洲水资源状况世界部分国家水资源状况（1）地球上水的储存形式及水量总量：136亿km3；淡水总量：只占总水量的2.53%，3/4为南、北极的冰帽、冰川，1.7%为地下水，约2/3不能利用；人类能够利用的淡水约占总淡水量的10%，而能直接利用的（江河、湖泊）水只有总淡水量的不足0.3%，占地球总水量的不足0.01%。 具体数据见表1-1

表1-1

地球上水的储存形式及水量

序号

类型

分布面积(106km2)

水

量(1012m3)

占总储量(%)

占淡水量(%)

恢复周期

水资源量(1012m3)

1

海洋

3613

1338000.0

96.5

2500年

地下水

1343

23400.0

1.7

1400年

2

其中：淡水

10530.0

0.76

30.1

7.52

3

土壤水

820

16.5

0.001

0.05

1年

16.5

4

冰川与雪山

162.3

24064.1

1.74

68.7

9700年

2.48

5

永冻土底冰

210

300.0

0.222

0.86

10000年

0.03

湖泊

20.7

176.4

0.013

17年

6

其中：淡水

12.4

91.0

0.007

0.26

5.35

7

沼泽

26.8

11.5

0.0008

0.03

5年

2.3

8

河流

1488

2.1

0.0002

0.006

16天

48.4

9

生物水

5100

1.1

0.0001

0.003

几小时

10

大气水

5100

12.9

0.001

0.04

8天

288.56

总储量

5100

1385984.6

100.00

其中：淡水

1488

35029.2

2.53

100

（2）世界各大洲水资源状况（表1－2）表1－2世界各大洲水资源状况地区水资源量（km3）人口（万人）耕地面积（万公顷）人均水量（m3/人）地均水量(m3/公顷)亚142704.0503133980非洲457057189.516635.9799148035北美洲820040689.726786.82015230612南美洲1176027337.211500.843018102254欧洲321049396.522780.06498140913澳洲3001588.84842.7188826195大洋州2090907.085.32304202450176全世界46850491565.2137573.6953134054（3）世界部分国家水资源状况（表1-3）表1－3世界部分国家水资源状况（1992年）国家或地区水资源量（km3）人口（万人）耕地面积（万公顷）人均水量（m3/人）地均水量(m3/公顷)巴西519042210160500俄罗斯404327130加拿大290113008071550中国2812240025500印尼253018990198000美国24781350015750全世界46850491565.2137573.6953134054

表1－4我国径流地带区划降水分区年降水(mm)年径流(mm)径流分区大致范围多雨>1600>900丰水海南、广东、福建、台湾、湖南山地、广西西部、西藏东北部湿润800~1600200~900多水广西、云南、贵州、四川、长江中下游半湿润400~80050~200中度黄淮海平原，山西、陕西、东北大部、四川西北部、西藏东部半干旱200~40010~50少水东北西部、内蒙古、甘肃、宁夏、新疆西北部、西藏北部干旱<200<10缺水内蒙、宁夏、柴达木、塔里木、准格尔盆地1.1.2富水与贫水的矛盾 即使是可利用淡水，地球上每人每天仍可分配到1t水。 但是，由于下述三个原因，缺水仍然是世界上许多国家和地区面临的紧迫问题之一。生产的发展，人口的增加，生活水平的提高，使：用水量猛增有限的淡水资源日益受到污染，使：可利用水量急剧减少

地球上人口分布，工业分布不平衡，使各地：水资源不成比例

地球上的水是否会增加或减少？答案是否定的。1.1.2水的循环

水的循环有两种基本类型：自然循环社会循环（1）自然循环陆地海洋地表径流地下径流互相补给云气运动蒸发降水降水降水蒸发蒸发（2）社会循环：由人为因素促成的水循环地表或地下水水源取水站净水厂生活用水生产用水(1)污水处理厂生产用水设备(2)废水处理厂自然水体或土壤排水工程给水工程排水管网排放渠雨水1.2污水性质及污染危害水体污染水体污染源水体污染及其危害水体污染

当污染物进入水体后，其含量超过了水体的自净化能力，使水体的水质发生变化，从而降低了水体的使用价值和使用功能的现象，称为水体污染。

1.2.2水体污染源 水体污染源主要有两大类:自然污染源：自然因素造成的污染源自然污染源一般只影响局部地区，具有长期和持续的特点，并且人类还不能完全控制。人为污染源：

人为活动所产生的污染源,主要有三类工业废水生活污水农业退水（1）

工业废水各种工业企业在生产过程中排出的生产废水，污水和废液等统称工业废水特点：种类繁多成分复杂；难以集中处理。（2）生活污水主要指城市生活污水，包括厨房、浴室和厕所的污水以及雨雪对地面的冲洗水。特点：成分复杂但相对稳定可以集中处理，并有成熟的处理工艺。

（3）农业退水称为农业退水而不叫污水或废水，是因为农业大量用水，而绝大部分是通过渗漏、蒸发或排灌返回地下或地表水中，水不见污但已被染，并且是大面积的污染。一般，农药和化肥大约10-20%附着于农作物上或被农作物吸收，80-90%残留在土壤中或挥发到空气中。特点：主要污染物是肥料和农药；无法处理，只能预防。1.2.3水体污染及其危害水体的物理污染水体的无机物污染水体的有机物污染水体的生物污染水体的放射性污染

水体的物理污染水温5～40℃。过低易结冰，过高：热污染色度水无色，色度越高，污染越严重固体物质污染固体物质污染固体污染物有三种表示方法：

DS（Dissolvedsolid溶解性固体）：<3～10μmSS（Suspendedsolid悬浮固体）：>3～10μmTS（Totalsolids总固体量）：DS+SS

国家标准，悬浮固体的最高排放浓度为＜70～100mg/l。

危害：降低光的穿透能力，减少光合作用，妨碍水体的自净化；堵塞鱼鳃，导致鱼的死亡；成为各种污染物的载体，吸附污染物并随水迁移。

水体的无机物污染酸、碱及无机盐污染氮、磷污染硫酸盐及硫化物污染氯化物污染重金属污染其它有毒无机物污染（1）酸碱及无机盐污染

酸污染：矿山废水，酸洗废水，粘胶纤维，酸性造纸，酸雨等碱污染：制碱，制革，碱法造纸，化学纤维，炼油等无机盐污染：酸碱污染的副产物，如钙、镁离子

酸、碱污染的危害酸污染腐蚀金属或混凝土；碱污染引起泡沫，管道结垢，土壤盐碱化破坏水体的自然缓冲作用，消灭或抑制微生物生长，妨碍水体自净化；增加水体硬度。北京每年因降低水的硬度就需耗资两亿多元。（2）氮、磷污染氮、磷能引起水体富营养化，属水体营养物质，富营养化的概念静态水体中生物营养物质（N．P等）过多积蓄引起的水污染现象，（主要发生在湖泊、水库或海湾内）富营养化污染物城市污水：50gN/人·天，含P洗涤剂工业废水：化肥、皮革、造纸、印染、食品等农业退水：肥料残余富营养化过程营养化程度的标志∑P>20mg/m3和无机氮>300mg/m3且∑N和∑P的比值=(12～13):1时,最适宜于藻类生长富营养化过程N、P输入藻类植物繁殖

阻挡阳光，光合作用停止

藻类、鱼类死亡

残骸沉积阳光照射最终将导致荒漠化、沙漠化如此循环:（3）硫酸盐及硫化物污染硫酸盐以SO2-4表示，超过240mg/L，会引起腹泻在缺氧条件下，生成H2S气体，产生恶臭（4）氯化物污染造成无机盐含量过高堵塞管道不宜灌溉（土壤盐碱化）（5）重金属污染重金属离子主要源于化石燃料的燃烧，采矿和冶炼等。即使含量极低，也会经生物浓缩，再经食物链危害人类不能自然分解，只会化学迁移含量较低，不易处理毒性较大的重金属污染汞污染镉污染铬污染铅污染其它重金属污染Hg污染无机金属汞有升华特性，黏附在食物或通过呼吸道进入人体，积累在肝、肾及脑中，抑制酶蛋白的活性可通过药物从泌尿系统排除有机汞有机农药及无机汞的转化毒性远大于无机汞如八大公害中的日本水俣事件，就是Hg2+在鱼类富集，转化为有机汞，人食鱼而痴呆，精神失常；Cd污染典型的富集性毒物在海洋无脊椎动物中的最高富集倍数为250000倍在肾、骨骼中富集肾功能失调取代骨骼中的钙，造成骨骼疏松、自然骨折，“骨痛病”潜伏期可达10－30年，难以治愈Cr污染Cr6+的毒性远大于Cr3+引起神经性中毒有致癌作用Pb污染富集性毒物能与人体中的多种酶络合，干扰机体的生理功能，危及神经系统、肾及大脑，造成永久性脑损伤儿童更易中毒其它重金属污染所有重金属离子都具有一定的脂溶性，能在生物体内富集（见教材P19表2-1）一般在1000倍以上，镉在海洋无脊椎动物体类富集倍数高达250000倍对生物都有不同程度的毒害作用（6）其它有毒无机物污染氰化物主要源于电镀废水和有色矿山废水；剧毒：空气中1mg/l，或口服50～100mg均可致人死亡；危害生物：0.1mg/l能杀死虫类，0.3mg/l能杀死微生物。氟化物损坏人的骨质As（砷）、Se（硒）主要源于冶炼、农药等口服100-130mg致死；慢性中毒，损坏肝、肾、神经，并有致癌作用。

水体的有机物污染耗氧有机物有机有毒物（1）耗氧有机物绝大多数有机物具有一个共同的特征：即生物可降解性，在降解过程中，消耗水中的溶解氧。 如：典型的葡萄糖的降解C6H12O6＋6O2＝6CO2＋6H2O＋150(J)

当溶解氧的消耗量＞补充量，氧浓度下降；当下降到某一限值时（如4mg/l），鱼群大量死亡；当氧浓度为0时：厌氧微生物繁殖，并进行厌氧分解；当发生厌氧分解时，代谢产物有：

H2S：毒害生物 硫醇、氨气：产生恶臭 硫化铁：水变黑，冒泡有机物的种类很多，测定每种有机物的含量是不可能的，通常用综合性的指标来表示有机物的含量水平。表示耗氧有机物含量的指标BOD(biochemicalOxygenDemand)

生物化学需氧量

水中有机物由于好氧微生物的生物化学作用被氧化分解时消耗的氧量，单位：mg/l或ppm。COD（ChemicalOxygenDemand）化学需氧量

用KMnO4或K2CrO7为氧化剂氧化分解有机物所测定的需氧量（用与消耗的氧化剂量相等的当量氧间接表示有机物的多少，单位mg氧/l水或ppm)。TOC（TotalOxganicCarbon）：总有机碳量

TOD（TotalOxygenDemand）：总需氧量

优点：快速、准确； 缺点：设备昂贵，操作复杂

上述几种表示方法的关系见图4-1图4-1几种表示方法的关系图（2）有机有毒物质

指未降解前能直接引起中毒的有机物（其它性质仍同耗氧有机物）主要来源于石油化工的合成生产过程及相关产品的使用过程。 例：有机酚类： 高浓度，急性中毒，致死 低浓度，慢性中毒，致癌有机农药: 有的农药不易分解，如DDT，南极也有发现，DDT在鱼脂中可浓缩125000倍。取代苯类化合物：是芳香族化合物苯环上的氢被取代的芳香族类化合物，大多有毒；聚氯联苯和稠环芳烃：致癌和遗传变异。

生物污染物质来源：来自生活污水，医院污水，肉类，制革工业废水等含大量细菌、病毒、寄生虫。危害：引起疾病传染

放射性物质来源主要来自放射性废物，如放射性矿物的采选废水，原子能工业的废水。危害：

白血病，致癌，污染农作物，通过食物链进入人体。1.3中国的水资源和水污染

概言之： 是“贫血症”和“败血症”的并发症。

1.3.1贫血症水资源概况（亿m3）

我国人均占有地表水资源约2200m3，世界人均量的1／4；我国的用水量80年统计实际用水量500亿m3，占可用水46％我国的水资源分布不均匀我国外流流域土地面积占全国的64％，径流量占全国的96％内陆河流流域土地面积占全国的36％，径流量占全国的4％

径流总量地下水冰川溶水可利用水世界排名人均排名280008000500110006881.3.2败血症基本情况江河湖泊

（1）基本情况一位专家曾说过：如果不及时解决水污染带来的水危机，中国在21世纪就将进口水源。这可能有些夸张，但并非杞人忧天。根据环保局的一项调查：在被统计的131条流径城市的河流中，严重污染的有26条，重度污染的有11条，中度污染的有28条。中科院1996年发布的一份国情研究报告表明，全国532条主要河流中，有436条受到不同程度的污染，七大河流流经的15个主要城市河段中，有13个河段水质严重污染。80年代初，约五分之一的水井水质超过了饮用水质标准，而到了80年代后期，超过饮用水质标准的水井就已达1／3，一半以上的城市地下水受到污染。2013年有关报道：一份由公益人士制作的“中国癌症村地图”正在互联网上被关注，村子数量被认为超过200个。环保部2月20日发布《化学品环境风险防控“十二五”规划》称个别地方因环境污染出现癌症村。此前，地下水污染导致癌症高发甚至牛羊绝育的报道，在诸多地区出现。据国土资源部网站资料，辽宁海城市污水排放造成地下水大面积污染，附近一个村160人因水而亡；由于地下水的严重污染，淄博日供水量51万立方米的大型水源地面临报废。即使是北京，浅层地下水中也普遍检测出了三致(致癌、致畸、致突变)物质。这些“三致”有机物在我国东部其他城市和地区，很可能同样存在。（2）江河

我国有七大水系长江黄河淮河其它水系

死亡之水污水在水库恐怖的沙颖河一泻千里浊浪滚滚浊浪拍岸人心寒伏尸千里带口罩上课食道癌患者张桂芝年仅1岁的癌症患者

黄孟营村最小的肿瘤病患者王瑞雪年仅一周岁，拍照之前，她的爷爷，奶奶刚刚死于肿瘤病，此后一年，她的爸爸，妈妈也死于肿瘤病，小瑞雪成了孤儿。可怜的孩子王瑞雪,年仅一岁,但已经动了一次肿瘤切除手术!

“如果人的健康是1，那么，事业、家庭、金钱、权权力等是跟在1后面的一个个0，0越多，总数越大，但如果1倒了，后面的0也都成了0”。这是关于健康的名言。2004年6月19日国务院新闻办公室的新闻发布会是卫生部的专题发布会，副部长王陇德提到了一些数字：2003年我国艾滋病患者约84万，为0.65‰；2003年登记在册德吸毒人数为105万，为0.81‰；肺结核病人450万，为3.5‰；职业病患者58万，为0.44‰；血吸虫病人84.3万，为0.65‰；癌症患者180-200万（每年死亡150万）,为1.4‰；(按180计)乙肝病患者1.2亿，加丙肝患者合计1.58亿，为122‰。另有报道：我国70％人口为亚健康状态，还有20万张脸毁于整容。（3）湖泊概况洞庭湖鄱阳湖江汉湖群安徽湖群江苏湖群太湖

概况2004年3月11日，在武汉参加“东湖综合管理国际研讨会”的联合国专家认为，全球湖泊主要患有七种病：生活污水直接入湖，导致湖泊“营养过剩”；酸雨，工业废水入湖，导致湖泊酸化；有毒农药经雨水冲刷入湖，令湖泊被迫“吸毒”；水葫芦等外来物种入侵，导致生态平衡破坏；湖泊底泥抬升，导致湖水浑浊；部分盐水湖加速盐化；频繁取水灌溉与饮用，导致湖水水位降低。武汉东湖的主要病症是富营养化。2水体自净与污染控制水体自净的基本规律水环境保护污水处理基本方法与系统2.1水体自净的基本规律水体的自净作用河流的氧垂曲线静态水体的水质模型（略）2.1.1水体的自净作用物理净化作用化学净化作用生物净化作用物理净化作用稀释：效果受对流和扩散作用的影响混合：效果受河流形状、排污口形式（构造、流量等）影响沉淀与挥发：沉淀过多，引发二次污染化学净化作用氧化还原重金属离子易氧化为难溶性的氢氧化物而沉淀硝酸盐在缺氧条件下经反硝化作用被还原成氮而去除酸碱反应酸碱物质具有中和或缓冲能力吸附与凝聚水中胶体或微粒物质依靠表面能或静电吸附其它物质，继而凝聚沉淀生物化学净化作用微生物生命过程中对污染物的分解与转化2.1.2河流的氧垂曲线

（河流中BOD5和DO的变化曲线）氧垂曲线分为三段a-0段：耗氧速率大于复氧速率，DO大幅下降：0点处，DO最低；0-b段：复氧速率开始大于耗氧速率，DO开始回升；B点始：复氧量继续回升，耗氧量继续降低，逐步恢复到排污前。恢复带污染带清洁带清洁带a点o点b点2.2水环境保护水体水质评价自学综合污染指数（K）法（P43）我国水环境法规与标准自学（P51）2.3污水处理基本方法与系统水环境污染防治对策水处理基本方法城市污水处理的典型流程2.3.1水环境污染防治对策主要有四个方面

减少耗水量

建立城市污水处理系统

调整工业布局

加强水资源的规划管理减少耗水量减少耗水量有两个含义，一是节约用水，二是减少水中污染物的含量。措施有:改进生产工艺变更生产原料、工作介质和产品类型;回水利用;污染物回收;加强生产管理等。建立城