哈工大_贾玉红_水污染控制_污水水质与污水出路

1、第九章 污水水质与污水出路第一节第一节 污水性质与污染指标污水性质与污染指标 水质分析指标物理性指标感官性指标，水的色度来源于金属化合物或有机化合物感官性指标，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挥发性物质溶解物质固定性物质悬浮固体物质加速耗氧反应，最终导致水体缺氧或水质恶化造成水中溶解氧减少工业废水常引起水体热污染色度固体物质嗅和味温度Dissolved Oxygen (DO)水水和和污污水水中中固固体体成成分分的的内内部部相相关关性性水和污水中杂质颗粒分布水和污水中杂质颗粒分布黏土水中固体的尺寸化 学 性 指 标有机物生化需氧量（生化需氧量（BODBOD）反映了

2、在有氧的条件下，水中可生物降解的有机物的量，反映了在有氧的条件下，水中可生物降解的有机物的量， 是污水的主要污染特性（以是污水的主要污染特性（以mg/Lmg/L为单位）。为单位）。有机污染物被好氧微生物氧化分解的过程，一般可分为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转化成二氧化碳、两个阶段：第一个阶段主要是有机物被转化成二氧化碳、 水和氨水和氨（碳化阶段）（碳化阶段）；第二阶段主要是氨被转化为亚硝酸盐；第二阶段主要是氨被转化为亚硝酸盐和硝酸盐和硝酸盐（硝化阶段）（硝化阶段） 。污水的生化需氧量通常只指污水的生化需氧量通常只指第一阶段第一阶段有机物生

3、物氧化所有机物生物氧化所 需的氧量，全部生物氧化需要需的氧量，全部生物氧化需要2020100d100d完成。完成。实际中，常以实际中，常以5d5d作为测定生化需氧量的标准时间，称作为测定生化需氧量的标准时间，称5 5 日生化需氧量（日生化需氧量（BODBOD5 5）；通常以）；通常以2020为测定的标准温度。为测定的标准温度。BOD: biological oxygen demandBOD: biological oxygen demand在规定条件下微生物氧化分解污水中有机物所需要的氧量在规定条件下微生物氧化分解污水中有机物所需要的氧量( (溶解氧）溶解氧）。BODBOD值高，则水中耗氧有机

4、污染物多。值高，则水中耗氧有机污染物多。BOD与CBOD、NBOD时间/d需氧量/（mgL-1）化 学 性 指 标有机物化学需氧量（化学需氧量（CODCOD）CODCOD值越高，则代表水中有机污染物越多。值越高，则代表水中有机污染物越多。常用的氧化剂主要是重铬酸钾常用的氧化剂主要是重铬酸钾K K2 2CrCr2 2OO7 7( (称称 CODCODCrCr ) )和和 高锰酸钾高锰酸钾KMnOKMnO4 4( (称称CODCODMnMn) ) 。废水中无机的还原性物质同样被氧化。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，则化学需氧量和如果废水中有机物的组成相对稳定，则化

5、学需氧量和 生化需氧量之间应有一定的比例关系：生活污水通常生化需氧量之间应有一定的比例关系：生活污水通常 在在0.40.50.40.5。 COD: chemical oxygen demandCOD: chemical oxygen demand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（成氧量（OO2 2，mg/Lmg/L）。）。化 学 性 指 标有机物总有机碳（总有机碳（TOCTOC）和总需氧量（）和总需氧量（TODTOD）TOC: total organic carbonTOC: total organ

6、ic carbon在在950950高温下，以铂作为催化剂，使水样气化燃烧，然后测定气体高温下，以铂作为催化剂，使水样气化燃烧，然后测定气体 中的中的COCO2 2含量，从而确定水样中碳元素总量。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。测定中应该去除无机碳的含量。各种水质之间各种水质之间TOCTOC或或TODTOD与与BODBOD不存在固定的相关关系。在水质条不存在固定的相关关系。在水质条 件基本不变的条件下，件基本不变的条件下，BODBOD与与TOCTOC或或TODTOD之间存在一定的相关关系之间存在一定的相关关系。TOD: total oxygen demandTOD:

7、total oxygen demand在在900950900950高温下，将污水中能被氧化的物质（主要是有机物，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（化物后，测量载气中氧的减少量，称为总需氧量（TODTOD）。）。TODTOD测定方便而快速。测定方便而快速。污水有机物指标之间的关系污水有机物指标之间的关系有机碳量有机碳量需氧量需氧量TOCTODCODcrBOD5CODMn在污水有机物组成相对稳定时，在污水有机物组成相对稳定时

8、，BOD与与COD之间存在一定比例关系。之间存在一定比例关系。化 学 性 指 标有机物油类污染物油类污染物石油类：来源于工业含油污水。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（厨房污水）和食品工业。动植物油脂：产生于人的生活过程（厨房污水）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。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

9、的日光辐射，对局部地区的水文气象条件可能产生一定影层的日光辐射，对局部地区的水文气象条件可能产生一定影 响。响。大面积油膜将阻碍大气中的氧进入水体，从而降低水体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。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，降低水产品的食用价值。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。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类污染物酚污染来源：煤气、焦化、石油化工、木材加工、酚污染来源：煤气、焦化、石油化工、木材加

10、工、 合成树脂等工业废水。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。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。酚浓度低时，能影响鱼类的洄游繁殖。酚浓度达酚浓度达0.10.10.2mg/L0.2mg/L时，鱼肉有酚味。时，鱼肉有酚味。酚浓度高会引起鱼类大量死亡，甚至绝迹。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。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（酚能与饮用水消毒氯产生氯酚，具有强烈异臭（0.0010.001

11、 mg/L mg/L即有异味）。即有异味）。灌溉用水酚浓度超过灌溉用水酚浓度超过5mg/L5mg/L时时, , 农作物减产甚至枯死农作物减产甚至枯死。Phenol, 通式ArOH化化 学学 性性 指指 标标无无机机性性指指标标植物营植物营养元素养元素pHpH和碱度和碱度重金属重金属 过多的氮、磷进入天然水体，易导致过多的氮、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，影响鱼类殖，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生存，并可能使某些湖泊由贫营养湖发展为沼泽和干地。为沼泽和干地。 一般要

12、求处理后污水的一般要求处理后污水的pH在在69之之间。当天然水体遭受酸碱污染时，间。当天然水体遭受酸碱污染时，pH发发生变化，消灭或抑制水体中生物的生长，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：氢氧化物总量，按离子状态可分为三类：氢氧化物碱度；碳酸盐碱度；重碳酸盐碱度。碱度；碳酸盐碱度；重碳酸盐碱度。 汞、镉、铅、铬、镍等生物毒素显著；汞、镉、铅、铬、镍等生物毒素显著； 重金属的主要危害：生物毒性，抑制重金属的主要危害：生物毒性，抑制微生物生长，使蛋白

13、质凝固微生物生长，使蛋白质凝固; ;逐级富集至人逐级富集至人体，影响人体健康。体，影响人体健康。含氮化合物含氮化合物 氮是有机物中除碳以外的一种主要元素，也是微生物生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。长的重要元素。 污水中的氮有四种，即有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝污水中的氮有四种，即有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。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，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。形成水华、赤潮；引起鱼类死亡，导致水质迅速恶化。 关于氮的几个指标：关于氮的几个指标： 有机氮

14、：主要指蛋白质和尿素。有机氮：主要指蛋白质和尿素。 TN TN：一切含氮化合物以：一切含氮化合物以NN计量的总称。计量的总称。 TKN TKN：TNTN中的有机氮和氨氮，不包括亚硝酸盐氮、硝酸中的有机氮和氨氮，不包括亚硝酸盐氮、硝酸盐氮。盐氮。 氨氮：有机氮化合物的分解，或直接来自含氮工业废水。氨氮：有机氮化合物的分解，或直接来自含氮工业废水。 NONOx x- -N-N：亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。：亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。含磷化合物 磷也是有机物中的一种主要元素，是仅次于氮的微生物生磷也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。长的重要元素。 磷主要来自：人体排泄物、牲畜饲养场以

15、及合成洗涤剂及磷主要来自：人体排泄物、牲畜饲养场以及合成洗涤剂及含磷工业废水。含磷工业废水。 危害：促进藻类等浮游生物的繁殖，破坏水体耗氧和复氧危害：促进藻类等浮游生物的繁殖，破坏水体耗氧和复氧平衡；使水质迅速恶化，危害水产资源。平衡；使水质迅速恶化，危害水产资源。含磷化合物有机磷有机磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等。有机磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等。无机磷磷酸盐磷酸盐: :正磷酸盐正磷酸盐(PO(PO4 43-3-) )、磷酸氢盐、磷酸氢盐(HPO(HPO4 42-2-) ) 、 磷酸二氢盐（磷酸二氢盐（H H2 2POPO4 4- - ) ) 、偏磷酸盐、偏磷酸盐(PO(PO3 3- -) )聚合

16、磷酸盐聚合磷酸盐: :焦磷酸盐焦磷酸盐(P(P2 2OO7 74 4) ) 、三磷酸盐、三磷酸盐(P(P3 3OO10105-5-) ) 、 三磷酸氢盐三磷酸氢盐(HP(HP3 3OO9 92-2-) ) 生物性指标生活污水：肠道传染病、肝炎病毒、生活污水：肠道传染病、肝炎病毒、SARS、 寄生虫卵等；寄生虫卵等；制革屠宰等工业废水：炭疽杆菌、钩端螺旋体等；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；医院污水：各种病原体；危害：传播疾病，影响卫生，导致水体缺氧。危害：传播疾病，影响卫生，导致水体缺氧。来源及来源及危害危害 水中细菌总数反映了水体有机污染程度和水中细菌总数反

17、映了水体有机污染程度和受细菌污染的程度。受细菌污染的程度。 常以细菌个数常以细菌个数/mL计。计。 饮用水：饮用水：100个个/ mL 医院排水：医院排水： 500个个/ mL细菌总数细菌总数 大肠菌群的值可表明水样被粪便污染的程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。度，间接表明有肠道病菌存在的可能性。 常以大肠菌群数常以大肠菌群数/L计。计。 饮用水：饮用水：3个个/L 城市排水：城市排水：10000个个/L 游泳池：游泳池： 1000个个/L大肠菌群大肠菌群融会贯通各水质指标间的关系水体的自净作用 河流的自净作用是指河水中的污染物质在河河流的自净作用是指河

18、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。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根据净化机制分为三类物理净化：物理净化：稀释、扩稀释、扩散、沉淀散、沉淀化学净化：化学净化：氧化、还氧化、还原、分解原、分解生物净化：水中生物净化：水中微生物对有机物微生物对有机物的氧化分解作用的氧化分解作用污水排入河流的混合过程 竖向混合阶段污竖向混合阶段污染物排入河流后因分染物排入河流后因分子扩散、湍流扩散、子扩散、湍流扩散、弥散作用逐步向河水弥散作用逐步向河水中分散，由于一般河中分散，由于一般河流的深度与宽度相比流的深度与宽度相比较小，所以首先在深较小，所以首先在深度方向上达到浓度分

19、度方向上达到浓度分布均匀，从排放口到布均匀，从排放口到深度上达到浓度分布深度上达到浓度分布均匀的阶段称为竖向均匀的阶段称为竖向混合阶段，同时也存混合阶段，同时也存在横向混合作用。在横向混合作用。 横向混合阶段横向混合阶段 当当深度上达到浓度分深度上达到浓度分布均匀后，在横向布均匀后，在横向上还存在混合过程。上还存在混合过程。经过一定距离后污经过一定距离后污染物在整个横断面染物在整个横断面上达到浓度分布均上达到浓度分布均匀，这一过程称为匀，这一过程称为横向混合阶段。横向混合阶段。 断面充分混断面充分混合后阶段：在横合后阶段：在横向混合阶段后，向混合阶段后，污染物浓度在横污染物浓度在横断面上处处相

20、等。断面上处处相等。河水向下游流动河水向下游流动的过程中，持久的过程中，持久性污染物的浓度性污染物的浓度将不再变化，非将不再变化，非持久性污染物浓持久性污染物浓度将不断减少。度将不断减少。持久污染物的稀释扩散持久污染物的稀释扩散 当持久性污染物随污水稳态排入河流后，经过混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，污染物浓度可由质量守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：恒原理得出河流完全混合模式：式中：式中：c排放口下游河水的污染物浓度；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；污水的污染物浓度和流量； ch，Q

21、h上游河水的污染物浓度和流量。上游河水的污染物浓度和流量。hwhhwwQQQcQcc 河横断面达到充分混合后，污染物浓度受到纵向分散作用河横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。根据质量守恒原理，其变和污染物的自身分解作用不断减小。根据质量守恒原理，其变化过程可用下式描述：化过程可用下式描述：式中：式中：v河水流速；河水流速； x初始点至下游初始点至下游x断面处的距离；断面处的距离； Mx纵向分散系数；纵向分散系数； K污染物分解速度常数；污染物分解速度常数； c0初始点的污染物浓度；初始点的污染物浓度； cx断面处的污染物浓度。断面处的污染物浓度。Kc

22、xcMxcvx22dddd204112expvKMMvxccxx非持久性污染物的稀释扩散和降解非持久性污染物的稀释扩散和降解氧垂曲线：氧垂曲线： 水体受到污染后，水体中溶解氧逐渐被消耗，到临水体受到污染后，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。界点后又逐步回升的变化过程，称氧垂曲线。有机物降解：有机物降解：L1LddcKtctKcc1eL0L氧垂曲线的求解：氧垂曲线的求解：)ee (e21221L01D0DtKtKtKKKcKcc)ee (e)(21221L01C0CSCSCtKtKtKKKcKcccc 某点处的氧不足量变化速率是该处耗氧速率和复氧速率某点处的氧不

23、足量变化速率是该处耗氧速率和复氧速率之和：之和： 求解得某点的亏氧量：求解得某点的亏氧量：某点的溶解氧：某点的溶解氧： cc= ccs- cD 到达最缺氧点时间到达最缺氧点时间dcdcD D /d dt t=0 0：12L0112D0121lnKKcKKKcKKtkD2L1DddcKcKtc污染物在河流中的扩散和分解受到河流的流量、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。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。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。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。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，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。地下水一旦污染，要恢复原状非常困难。污染物在不同水体中的迁移转化规律污染物在不同水体中的迁