第09章 污水水质和污水出路

,水污染控制工程,生活的理想就是为了理想的生活,环境工程,环境工程是一门运用工程、技术方法和手段控制环境污染、改善环境质量的学科。,水污染控制工程,从技术和工程上解决、预测和控制水污染问题，提供提高水环境质量、合理利用水资源的方法，满足不同用途和要求用水的工艺技术和工程措施。,水污染控制工程概述, 研究对象：点源污染、面源污染、水环 境修复 控制方法：物理、物理化学和生物化学 成果体现：工程（工艺）、装备（设备）,点源：通过某种装置集中排放的固定点状源，如排污管等。面源：在一定区域范围内，以低矮密集的方式自地面或近 地面的高度排放污染物的源。,9章 污水水质和污水出路10章 污水的物理处理11章 废水生物处理的基本概念和生化反应动力学12章 活性污泥法13章 生物膜法14章 稳定塘和污水的土地处理15章 污水的厌氧生物处理16章 污水的化学处理17章 城市污水回用18章 污泥的处理和处置,水污染控制工程,第九章 污水水质和污水出路,第一节 污水性质与污染指标第二节 污染物在水环境中的迁移与转化 第三节 污水出路与排放标准,掌握：BOD、COD、TOC 概念及相互关系了解：物理、化学及生物性指标内容,第一节 污水性质与污染指标,一、废水、废水污染及水体污染,1、废水 在社会循环中，由于种种原因丧失了使用价值而外排的水。“废水”指废弃外排水，强调废弃的一面。 2、污水 被污染了的水，强调污染物的含量较高。实际相当数量的废水中污染物含量并不高，如冷却水。,4、水污染 指水体因某种物质的介入，导致其物理、化学、生物或放射性等特性的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或破坏生态环境，造成水质恶化的现象。,3、废水污染 指废水对水体、大气、土壤或生态的污染，这里废水是污染的原因。,二、水污染的类型,水体污染,自然污染,人为污染,物理性污染,化学性污染,生物性污染,热污染: 废热引起水体升温，DO下降。色 度: 透光性、水生植物的光合作用及水体自净 能 力下降。悬浮物污染: 透光性、光合作用下降，沉积造成底 泥积累和腐化，悬浮物作为其它污染物载 体，污染下游水体。 臭 味: 腐烂、硫化氢。放射性污染: 核工业发展、放射性矿藏开采、核试 验、核电站、同位素在医学、工业、研究 等领域的应用。,1、物理性污染,2、化学性污染,（1）无机物污染,酸碱污染：影响水体pH、细菌和其他微生物生 长、腐蚀。无机盐污染：Ca、Mg导致水硬度增加，增加自 来水处理成本，引起腹泻、结石。 N、P污染：“富营养化”、“水华”、“湖靛”。 “赤潮”（甲藻）硫酸盐与硫化物污染：可能出现硫化氢，特别在 pH较低时。,氯、氟化物：导致使无机盐含量偏高，水味 变咸，腐蚀金属管道及设备氰化物：含CN-物质，常见氰化物有氰化钠、 氰化钾、氰化烃，能溶于水剧毒！慢性中毒主要症状为头痛、呕吐、头晕、动作不协调等。砷化物：三价砷化物比五价砷化物毒性更大重金属污染：Hg（水俣病）、镉（痛痛病）、 铅、铬等。,（2）有机物污染,需氧有机物：碳水化合物、蛋白质、脂肪、酚、醇 等有机物的好氧分解会引起微生物繁殖 和DO下降，DO0.2mg/L，TP0.02mg/L时为富营养化。,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中有机氮和氨氮，不包括亚硝酸及硝酸盐氮 氨氮：有机氮化合物分解，或直接来自含氮工业废水NOx-N：亚硝酸盐氮和硝酸盐氮,含磷化合物,磷主要来源：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。,有机物,生化需氧量( Biological Oxygen Demand, BOD ),反映有氧条件下水中可生物降解有机物的主要污染特 性（以mg/L为单位）。 有机污染物被好氧微生物氧化分解过程可分为两个阶 段：第一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 所需氧量，全部生物氧化需要20100d完成。 实际中常以5d作为测定生化需氧量的标准时间，称5日 生化需氧量（BOD5）；以20为测定标准温度。,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(20，5d)。,化学性指标,有机物,化学需氧量(Chemical Oxygen Demand, COD),常用氧化剂是重铬酸钾K2Cr2O7 （称 CODCr )和高锰 酸钾KMnO4 (称CODMn ) 。 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：生活污水通常 在0.40.5。,用化学方法氧化分解废水中的有机物所消耗的氧化剂量折合成氧量（O2）（mg/L）。,化学性指标,有机物,总有机碳（TOC）和总需氧量（TOD）,TOC: total organism carbon 950时以铂作为催化剂，使水样气化燃烧，然后测定气 体中CO2的含量，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。,各水质间TOC或TOD与BOD无固定相关关系。水质条件基本不变时，BOD与TOC或TOD间存在一定相关关系。,TOD: total oxygen demand 在900950高温下，将污水中能被氧化的物质, 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）。 TOD测定方便而快速。,化学性指标,有机物,油类污染物,石油类：炼油厂废水、石油运输泄漏、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，降低水体的自 净能力。 石油污染对幼鱼和鱼卵危害大堵塞鱼的鳃部，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。,化学性指标,有机物,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,化学性指标,有机物,表面活性剂,一般由一个强憎水基团和一个强亲水基团构成的有机 大分子物质。憎水基团含有1020个碳原子的烃基， 有在水中能电离和不能电离的两种憎水基团。 阴、阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂 表面活性剂容易聚集在气水表面，亲水基团在水中， 憎水基团在空气中。曝气过程中这些化合物聚集在气 泡表面，形成一层非常稳定的泡沫，影响处理过程。,化学性指标,两种检测方法 亚甲基蓝活性物质测试法：检测阴离子表面活性，衡量表面活性剂在亚甲基蓝标准溶液中颜色的变化。 硫氢酸钴活性物质测试法：检测非离子表面活剂，非离子表面活剂与硫氢酸钴反应生成一种含钴物质，萃取后进行测量。,单个有机组分,优先污染物：筛选出潜在危害性大、在环境中出现频 率高的污染物作为监测和控制对象。 美国确定65类约129种优先污染物，我国18类约70种 共同特点：致癌性、致突变性、致畸性或强毒性；生 物难以降解；在环境中有持久性和生物积累性。,化学性指标,挥发性有机化合物：沸点100或25 蒸汽压一 个大气压的有机化合物。 共同特点：一旦处于气态易释放到环境中会给公共健 康带来威胁；增加大气中的活性组分，导致光化学氧 化剂的产生。,消毒、降解副产品：毒性更大或具有潜在的三致作用 改进常规处理工艺，提高副产品的去除。,新出现的有机化合物：抗生素、新化学药品等。,来源及危害,细菌总数,大肠菌群,生物性指标,病毒,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,一定量的污染物随污水排入水体后，经过物理、化学及生物化学作用，使污染物的浓度降低或总量减少，受污染的水体部分地或完全恢复原状，这种现象称为水体自净。水体的这种自然净化能力称为水体自净能力或自净容量。,水环境容量,在满足水环境质量标准要求的前提下，最大允许污染负荷量，或称纳污能力。,水体对某种污染物的水环境容量可用下式表示：,式中:W某地面水体对某污染物的水环境容量，kg； V该地面水体的体积，m3； cs地面水中某污染物的环境标准 (水质目标)，mg/L；cB地面水中某污染物的环境背景值，mg/L； P地面水对该污染物的自净能力，kg。,水体的自净作用,河流的自净作用是指河水中的污染物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，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,当持久性污染物随污水稳态排入河流后，经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： C 排放口下游河水的污染物浓度 Cw, Qw污水的污染物浓度和流量 Ch, Qh上游河水的污染物浓度和流量,持久污染物的稀释扩散,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 c0初始点的污染物浓度; cx断面处的污染物浓度,非持久性污染物的稀释扩散和降解,氧垂曲线,水体受污染后，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：,有机物含量,时间或距离,氧垂曲线方程的工程意义,1、分析受有机污染河水中 DO 的变化动态，推求 河流的自净过程及其环境容量，进一步确定极 限排污量。,2、推算最大缺氧点的位置及到达时间，并以此制 定河流水体防护措施。,2、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、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。,第三节 污水出路与排放标准,1、污水最 终出路,排放水体,工业利用,地下水回灌,农业利用,市政回用,2、水质标准（对不同水体的水质指标作出定量规范）,环境标准,国家环境标准,地方环境标准,国家污染物排放标准,地方污染物排放标准,跨行业综合性排放标准,行业性排放标准,/hjbhbz/index.htm,一、水环境质量标准,水质标准：针对水的不同用途所确定的水的相应的物理、化学和生物学的质量标准，包括水环境质量标准和污水排放标准两类。,针对某种特定用途的水所规定的必须达到的水质指标,依据地表水水域环境功能和保护目标，按功能高低划分为5类：类：主要适用于源头水，国家自然保护区；类：主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一 级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产 卵场、仔稚幼鱼的梭饵场等；类：主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二 级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产 养殖区等渔业水域及游泳区；类：主要适用于一般工业用水区及人体非直接接 触的娱乐用水区；类：主要适用于农业用水区及一般景观要求水域,二、水污染物排放标准（35个）,三、相关监测规范、方法标准,四、相关标准,作 业,课本p13：2、3、4,什么是“水华”现象？,“水华”是淡水中的一种自然生态现象，只是仅由藻类引起的，如蓝藻(严格意义上应称为蓝细菌)、绿藻、硅藻等，也就是水的富营养化。“水华”发生时，水一股呈蓝色或绿色。,武汉水果湖蓝藻水华,长江支流香溪河蓝藻水华,滇池出现蓝藻水华,太湖、滇池、巢湖、洪泽湖都有“水华”，长江最大支流-汉江下游汉口江段也出现“水华”。,1、饮用水源受到威胁，藻毒素通过食物链影响人类的健康，蓝藻“水华”的次生代谢