水污染及控制工程

1、水污染与控制工程水污染与控制工程环境科学与工程学院环境科学与工程学院李胜利李胜利, 吴旭吴-mail: 环境工程导论环境工程导论内内 容容p一、水污染和污水来源一、水污染和污水来源p二、常见污水的水质指标二、常见污水的水质指标p三、常见的污水处理工艺三、常见的污水处理工艺p四、四、水水环境污染防治管理环境污染防治管理一一 水污染和污水来源水污染和污水来源p1.水体污染的含义水体污染的含义 指污染物进入河流、湖泊、海洋或地下水等水体后，使水指污染物进入河流、湖泊、海洋或地下水等水体后，使水体的水质和水体沉积物的物理、化学性质或生物群落组成体的水质和水体沉积物的物理、化学

2、性质或生物群落组成发生变化，从而降低了水体的使用价值和使用功能的现象。发生变化，从而降低了水体的使用价值和使用功能的现象。 p2.水体自净作用水体自净作用 水体水体能够在其环境容量范围内，经过水体的物理、化学和能够在其环境容量范围内，经过水体的物理、化学和生物作用，使排入的污染物的浓度和毒性随着时间的推移，生物作用，使排入的污染物的浓度和毒性随着时间的推移，在向下游流动的过程中自然降低。在向下游流动的过程中自然降低。p3.水环境容量水环境容量 在满足环境要求的情况下，受纳水体所能够容纳的最大污在满足环境要求的情况下，受纳水体所能够容纳的最大污染物的量。染物的量。一、水污染与来源分类一、水污染与

3、来源分类p一、水体的富营养化一、水体的富营养化 是指由于氮、磷等植物营养物的排入引起水体中藻类大量繁殖的现象。是指由于氮、磷等植物营养物的排入引起水体中藻类大量繁殖的现象。 发生发生场所场所 湖泊、水库、河口和港湾等水流较缓的区域；湖泊、水库、河口和港湾等水流较缓的区域； 一般来说，总磷和无机氮分别为一般来说，总磷和无机氮分别为20mg/m3和和300mg/m3，就可以认为水体，就可以认为水体已处于富营养化的状态。已处于富营养化的状态。p二、水华现象二、水华现象 湖泊、水库等淡水区域水体富营养化主要表现为湖泊、水库等淡水区域水体富营养化主要表现为绿藻和蓝藻绿藻和蓝藻的大量生长，的大量生长，也称

4、也称水华现象。水华现象。p三、赤潮现象三、赤潮现象 在河口、海湾等区域的水体富营养化会导致红藻等藻类的大量繁殖，在河口、海湾等区域的水体富营养化会导致红藻等藻类的大量繁殖，也称为赤潮现象也称为赤潮现象 。p一、水污染源一、水污染源点源、面源点源、面源葛店化工集团一排污渠葛店化工集团一排污渠大气降水大气降水造纸厂的污水直接排入了洞庭湖造纸厂的污水直接排入了洞庭湖一、水污染和污水来源一、水污染和污水来源p一、物理指标一、物理指标1水温水温 2色度色度 3气味气味 4固体含量固体含量 悬浮态悬浮态:不能通过滤器不能通过滤器(滤纸或滤膜滤纸或滤膜)的固体物质的固体物质 胶体态胶体态； 溶解态溶解态 二

5、、水体的水质指标二、水体的水质指标p二、化学指标二、化学指标1.生物化学需氧量生物化学需氧量BOD 在人工条件控制下，水中微生物将有机物氧化成无机物所在人工条件控制下，水中微生物将有机物氧化成无机物所消耗的溶解氧。因消耗的溶解氧。因5d的生化需氧量占总碳氧化需氧量的的生化需氧量占总碳氧化需氧量的70-80%。故用。故用BOD5作为可生物降解有机物的综合浓度指标。作为可生物降解有机物的综合浓度指标。2.化学需氧量化学需氧量COD 用氧化剂氧化试样中的无机还原性物质和有机污染物的一用氧化剂氧化试样中的无机还原性物质和有机污染物的一部分或全部时所需的氧量。用部分或全部时所需的氧量。用CODCr或或C

6、ODMn表示。表示。 CODCr CODMn BOD5三、水体的水质指标三、水体的水质指标p二、化学指标二、化学指标3.有机碳总量有机碳总量(TOC)和总需氧量和总需氧量(TOD) TOC：指水中溶解态及悬浮态等所有有机污染物的含碳量；：指水中溶解态及悬浮态等所有有机污染物的含碳量； TOD：指当有机物全部被氧化时，碳被氧化为：指当有机物全部被氧化时，碳被氧化为CO2，氢、氮及，氢、氮及硫则被氧化为硫则被氧化为H2O、NO和和SO2等所需全部氧的量。等所需全部氧的量。 4.酸碱度酸碱度(pH值值)；5.总氮总氮(TN)和总磷和总磷(TP)；6.油类污染物。油类污染物。p三、生物化学指标三、生物

7、化学指标1. 细菌总数细菌总数2. 大肠杆菌群数：大肠杆菌群数：指每升水样中所含有的大肠菌群的数目指每升水样中所含有的大肠菌群的数目(个个/L计计)二、水体的水质指标二、水体的水质指标p一、一、地表水环境质量地表水环境质量标准标准(GB 3838-2002)1、地表水环境质量功能区的分类和标准分级、地表水环境质量功能区的分类和标准分级地表水地表水环境质量功能区分为五类：环境质量功能区分为五类： I类类: 源头水、国家自然保护区；源头水、国家自然保护区； II类类: 集中式生活饮用水水源地一级保护区、珍贵鱼类保护区、鱼虾产集中式生活饮用水水源地一级保护区、珍贵鱼类保护区、鱼虾产卵场等；卵场等；

8、III类类: 集中式生活饮用水水源地二级保护区、一般鱼类保护及游泳区；集中式生活饮用水水源地二级保护区、一般鱼类保护及游泳区； IV类类: 一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区；一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区； V类类: 农业用水区及一般景观要求水域。农业用水区及一般景观要求水域。二、水体的水质指标二、水体的水质指标p一、一、地表水环境质量地表水环境质量标准标准(GB 3838-2002)1、地表水环境质量功能区的分类和标准分级、地表水环境质量功能区的分类和标准分级地表水地表水环境质量环境质量标准分级标准分级 对应地表水上述五类功能区，将地表水环境质量基本项目标准值分为五对应

9、地表水上述五类功能区，将地表水环境质量基本项目标准值分为五类，不同功能类别分别执行相应类别的标准值，即一类区执行类，不同功能类别分别执行相应类别的标准值，即一类区执行I级标准；级标准；二类区执行二类区执行II级标准；三类区执行级标准；三类区执行III级标准；级标准；IV类区执行类区执行IV级标准；级标准；V类区执行类区执行V级标准。水域功能类别高的区域执行的标准值严于水域功级标准。水域功能类别高的区域执行的标准值严于水域功能类别低的区域。能类别低的区域。地表水地表水常规项目的标准限值常规项目的标准限值 水温、水温、pH值、溶解氧、高锰酸钾指数、化学需氧量、五日生化需氧量、值、溶解氧、高锰酸钾指

10、数、化学需氧量、五日生化需氧量、氨氮、总氮、总磷氨氮、总氮、总磷二、水体的水质指标二、水体的水质指标项项 目目分类标准值（分类标准值（GB 3838-2002）类类类类类类类类类类水温水温()人为造成的环境水温变化应限制在周平均最大温升人为造成的环境水温变化应限制在周平均最大温升1，周平均最大温降，周平均最大温降2PH值值(无量纲无量纲)90%(或或7.5)69696969溶解氧溶解氧 饱和率饱和率6532高锰酸盐指数高锰酸盐指数 2461015化学需氧量化学需氧量(COD) 1515203040BOD5 334610氨氮氨氮(NH3-N) 0.150.51.01.52.0总磷总磷(以以P计计

11、) 0.02(湖、库湖、库0.01)0.1(湖、库湖、库0.025)0.2(湖、库湖、库0.05)0.3(湖、库湖、库0.1)0.4(湖、库湖、库0.2)总氮（湖、库）总氮（湖、库）0.20.51.01.52.0铜铜 00110101010锌锌 00510102020氟化物氟化物(以以F-计计) 1010101515硒硒 0.010.010.010.020.02砷砷 0050050050101汞汞 0.000050.000050.00010.0010.001镉镉 0.0010.0050.0050.0050.01铬铬(六价六价) 0.010.050.050.050.1铅铅 0.010.010.0

12、50.050.1氰化物氰化物 0.0050.050.20.20.2二、水体的水质标准二、水体的水质标准p一、地表水环境质量功能区的分类和标准分级一、地表水环境质量功能区的分类和标准分级案例分析案例分析 某大型湖泊位于两个不同的行政管理区域，根据省政府对某大型湖泊位于两个不同的行政管理区域，根据省政府对该水域的中长期规划建设要求，必须对该水域进行水环境该水域的中长期规划建设要求，必须对该水域进行水环境容量核算，以确保该水域周边地区发展的需要。其中，该容量核算，以确保该水域周边地区发展的需要。其中，该水域的一侧要求的水质标准为三级，以保证生活饮用水和水域的一侧要求的水质标准为三级，以保证生活饮用水

13、和渔业资源利用的需要，另一侧的水质要求之需要满足工业渔业资源利用的需要，另一侧的水质要求之需要满足工业生产用水生产用水IV类即可。类即可。问题：问题： 1.该水域的水质标准如何确定？该水域的水质标准如何确定？ 2.如何计算确定该水域的水环境容量？如何计算确定该水域的水环境容量？二、水体的水质标准二、水体的水质标准p二、污水综合排放标准二、污水综合排放标准 适用于现有单位水污染物的排放管理，以及建设项目的环适用于现有单位水污染物的排放管理，以及建设项目的环境影响评价、建设项目环境保护设施设计、竣工验收及其境影响评价、建设项目环境保护设施设计、竣工验收及其投产后的排放管理。投产后的排放管理。1标准

14、分级标准分级 排入排入类水域和二类海域的污水，执行一级标准类水域和二类海域的污水，执行一级标准 排入排入、类水域和三类海域的污水，执行二级标准。类水域和三类海域的污水，执行二级标准。 排入二级污水处理厂的污水，执行三级标准。排入二级污水处理厂的污水，执行三级标准。 排入未设置二级污水处理厂的污水，根据排出水受纳水域功能要求，排入未设置二级污水处理厂的污水，根据排出水受纳水域功能要求，执行执行和和的规定。的规定。 、和和类水域中划定的保护区和一类海域。类水域中划定的保护区和一类海域。 二、水体的水质指标二、水体的水质指标p二、污水综合排放标准二、污水综合排放标准2污染物分类污染物分类 第一类污染

15、物，不分行业和污水排放方式，不分受纳水第一类污染物，不分行业和污水排放方式，不分受纳水体功能类别，一律在车间排放口采样，最高允许排放浓度体功能类别，一律在车间排放口采样，最高允许排放浓度必须达到本标准要求。必须达到本标准要求。 第二类污染物，在排污单位排放口采样，最高允许排放浓第二类污染物，在排污单位排放口采样，最高允许排放浓度必须达到本标准要求。度必须达到本标准要求。第一类污染物最高允许排放浓度第一类污染物最高允许排放浓度 单位：单位：mg/L 序号序号污染物污染物最高允许排放浓度最高允许排放浓度1 总汞总汞 0.05 2 烷基汞烷基汞 不得检出不得检出 3 总镉总镉 0.1 4 总铬总铬

16、1.5 5 六价铬六价铬 0.5 6 总砷总砷 0.5 7 总铅总铅 1.0 8 总镍总镍 1.0 9 苯并苯并(a)芘芘 0.00003 10 总铍总铍 0.005 11 总银总银 0.5 12 总总放射性放射性 1Bq/L 13 总总放射性放射性 10Bq/L 三、常见的污水处理工艺三、常见的污水处理工艺p一、基本方法一、基本方法1.按原理分类：按原理分类： 物理处理法：物理处理法： 用物理作用，分离和回收污水中主要呈悬浮状态的不溶解性污染物质，用物理作用，分离和回收污水中主要呈悬浮状态的不溶解性污染物质，在处理过程中不改变其化学性质。在处理过程中不改变其化学性质。 化学处理法化学处理法：

17、 向污水中投加某种化学物质向污水中投加某种化学物质,利用化学反应分离和回收污水中的污染物利用化学反应分离和回收污水中的污染物,或使其转化为无害物。如中和法、化学沉淀法、氧化还原法等或使其转化为无害物。如中和法、化学沉淀法、氧化还原法等 生物处理法：生物处理法： 通过微生物新陈代谢作用，将废水中部分有机物转化为微生物的细胞物通过微生物新陈代谢作用，将废水中部分有机物转化为微生物的细胞物质，另一部分转化为较稳定的化学物质的方法。质，另一部分转化为较稳定的化学物质的方法。三、常见的污水处理工艺三、常见的污水处理工艺p一、基本方法一、基本方法2.按处理程度分类：按处理程度分类： 一级处理一级处理: 预

18、处理或称为物理处理预处理或称为物理处理 二级处理：二级处理： 生物处理：活性污泥法、生物膜法、氧化塘法等生物处理：活性污泥法、生物膜法、氧化塘法等 三级处理三级处理 深度处理及污水回用深度处理及污水回用三、常见的污水处理工艺三、常见的污水处理工艺p二、一级处理对象及设备二、一级处理对象及设备1.处理对象处理对象 悬浮态固体污染物（悬浮态固体污染物（SS）2. 一级处理的物理处理法设备一级处理的物理处理法设备 筛网，格栅，滤池，沉砂池，沉淀池，隔油池，气浮池，筛网，格栅，滤池，沉砂池，沉淀池，隔油池，气浮池，离心机，漩流分离器离心机，漩流分离器三、常见的污水处理工艺三、常见的污水处理工艺p三、二

19、级处理的对象和主要构筑物三、二级处理的对象和主要构筑物1.处理对象处理对象 胶体和溶解态的有机污染物胶体和溶解态的有机污染物;2.处理方法处理方法 好氧生物方法：在有氧气存在的情况下，将有机污染物进行分解；好氧生物方法：在有氧气存在的情况下，将有机污染物进行分解； 厌氧生物方法：在无氧气存在的情况下，将有机污染物进行分解；厌氧生物方法：在无氧气存在的情况下，将有机污染物进行分解；3.主要构筑物为生物处理法的构筑物主要构筑物为生物处理法的构筑物 活性污泥法的曝气池，氧化塘，生物转盘，生物膜反应器，活性污泥法的曝气池，氧化塘，生物转盘，生物膜反应器，湿地处理湿地处理系统等。系统等。三、常见的污水处

20、理工艺三、常见的污水处理工艺p三、二级处理的对象和主要构筑物三、二级处理的对象和主要构筑物3.主要构筑物为好氧生物处理法的构筑物主要构筑物为好氧生物处理法的构筑物 活性污泥：活性污泥： 由细菌、原生动物等与悬浮物质、胶体物质混杂在一起形成的一种絮由细菌、原生动物等与悬浮物质、胶体物质混杂在一起形成的一种絮状体颗粒物的总称。状体颗粒物的总称。 特特 点：点： 具有很强的吸附能力具有很强的吸附能力 ； 具有很强的氧化、分解有机物的能力具有很强的氧化、分解有机物的能力 ； 具有良好的沉降性能。具有良好的沉降性能。 活性污泥法的构筑物：活性污泥法的构筑物： 曝气池，氧化塘，生物转盘，生物膜反应器曝气池

21、，氧化塘，生物转盘，生物膜反应器p活性污泥法的工艺流程活性污泥法的工艺流程进进 水水回流污泥回流污泥出水出水二次沉淀池二次沉淀池曝气池曝气池剩余污泥剩余污泥曝气系统曝气系统图图 传统活性污泥工艺基本流程传统活性污泥工艺基本流程p四、三级处理的对象和主要方法四、三级处理的对象和主要方法1.三级处理处理对象三级处理处理对象 进一步去除污水中进一步去除污水中难降解的有机物质、磷、氮难降解的有机物质、磷、氮等能够导致等能够导致水体富营养化的可溶性无机物质。以及某种特殊的污染物水体富营养化的可溶性无机物质。以及某种特殊的污染物质，如除铁、除锰、除氟等。质，如除铁、除锰、除氟等。2. 常用方法常用方法 生

22、物脱氮除磷法、混凝沉淀法、砂滤法、活性炭吸附法、生物脱氮除磷法、混凝沉淀法、砂滤法、活性炭吸附法、离子交换法、电渗析法等。离子交换法、电渗析法等。三、常见的污水处理工艺三、常见的污水处理工艺p五、土地处理系统五、土地处理系统 湿地处理系统湿地处理系统 将污水投放到土壤经常处水饱和状态，且生长有芦苇、香将污水投放到土壤经常处水饱和状态，且生长有芦苇、香蒲等沼泽地上，在污水沿一定方向流动中，在耐水植物和蒲等沼泽地上，在污水沿一定方向流动中，在耐水植物和土壤联合作用下，污水得到净化的工艺。土壤联合作用下，污水得到净化的工艺。种种 类类 a. 天然湿地系统天然湿地系统 b. 自由水面人工湿地自由水面人

23、工湿地 c. 人工潜流湿地处理系统人工潜流湿地处理系统三、常见的污水处理工艺三、常见的污水处理工艺系统进水与出水水质比较系统进水与出水水质比较 三、常见的污水处理工艺三、常见的污水处理工艺p五、土地处理系统五、土地处理系统 湿地处理系统湿地处理系统 甘坑村位于深圳龙岗区布吉镇，甘坑水库甘坑村位于深圳龙岗区布吉镇，甘坑水库-平湖镇饮用水平湖镇饮用水源上游。鉴于甘坑河及甘坑水库水质日趋恶化，深圳环保源上游。鉴于甘坑河及甘坑水库水质日趋恶化，深圳环保局筹集资金，建立了甘坑人工湿地污水处理工程，处理规局筹集资金，建立了甘坑人工湿地污水处理工程，处理规模为模为16000吨吨/天、处理水为生活污水、少量工

24、业污水和雨天、处理水为生活污水、少量工业污水和雨水的混合水，其进水水质相对较好。该工程水的混合水，其进水水质相对较好。该工程2003年年7月完月完成施工，目前该工程运行情况良好。成施工，目前该工程运行情况良好。已经建成的深圳市甘坑人工湿地系统已经建成的深圳市甘坑人工湿地系统 深圳市甘坑人工湿地系统深圳市甘坑人工湿地系统洪湖人工湿地系统出水池洪湖人工湿地系统出水池 溶解物质可以参与溶解物质可以参与空气水交换，而空气水交换，而被吸收物质与固相被吸收物质与固相结合；结合；溶解物质与被吸收溶解物质与被吸收物质表现出不同的物质表现出不同的反应速率；反应速率；吸附态浓度与溶解态浓度之间的各种关系吸附态浓度

25、与溶解态浓度之间的各种关系有机物有机物i i吸附于天然无机固体表面的各种吸附于天然无机固体表面的各种途径途径有机物有机物i i吸附于天然无机固体表面的各种吸附于天然无机固体表面的各种途径途径水在矿物表面吸附等温线水在矿物表面吸附等温线1,3-1,3-二氯苯在土壤中吸二氯苯在土壤中吸附与相对湿度的关系附与相对湿度的关系矿物表面矿物表面直接光解途径示例直接光解途径示例与天然水体相关与天然水体相关的光子的归趋的光子的归趋间接光解间接光解- -活性氧的自由基活性氧的自由基电Fenton法含有酶的微生物细胞吸收有机物质含有酶的微生物细胞吸收有机物质i;i;i i与适当的酶结合；与适当的酶结合；酶酶-i-

26、i复合物反应产生复合物反应产生i i的转化产物的转化产物; ;产物从酶中释放；产物从酶中释放；i i从不可利用态从不可利用态( (如吸附态如吸附态) )转移到微转移到微生物中；生物中；诱导产生新的或更大量的酶；诱导产生新的或更大量的酶；能进行生物转化的微生物总量增加能进行生物转化的微生物总量增加；微生物有两个途径使净化过程容易进行：微生物有两个途径使净化过程容易进行：一是利用特殊的蛋白质作催化剂，称为酶，一是利用特殊的蛋白质作催化剂，称为酶，二是利用代谢能量合成活性因子二是利用代谢能量合成活性因子。左图。左图为为酶催化反应的活化能垒变化示意图。酶催化反应的活化能垒变化示意图。剩余污泥处理处置污

27、泥消化污泥消化污泥脱水污泥焚烧四、水四、水环境污染防治管理环境污染防治管理p一一.水环境污染防治管理措施水环境污染防治管理措施 管理内容管理内容1法律、法规和行政规章法律、法规和行政规章中华人民共和国水污染防治法中华人民共和国水污染防治法（2008修订）修订）污水综合排放标准污水综合排放标准(GB 8978-1996) 农田灌溉水质标准农田灌溉水质标准(GB 5084-92) 污水排入城市下水道水质标准污水排入城市下水道水质标准(CJ3082-1999) 地面水环境质量标准地面水环境质量标准(1988-2002：第第4次修订次修订) 城市海绵计划（城市海绵计划（2014）；）；武汉市湖泊保护条

28、例（武汉市湖泊保护条例（2014.4）;国家水污染防治十条（水十条）（国家水污染防治十条（水十条）（2015.4）；）；.四、水四、水环境污染防治管理环境污染防治管理p一一.水环境污染防治管理措施水环境污染防治管理措施2建立水环境质量管理体系建立水环境质量管理体系水环境的计划管理水环境的计划管理 水环境区域规划、水环境保护计划、水污染控制计划等水环境区域规划、水环境保护计划、水污染控制计划等水环境的质量管理水环境的质量管理 制定标准、监测评价、预测变化趋势等制定标准、监测评价、预测变化趋势等 水环境的技术管理水环境的技术管理 制定防止技术政策、交流合作、技术咨询等制定防止技术政策、交流合作、技

29、术咨询等对水环境的管理还体现在对人的管理对水环境的管理还体现在对人的管理 四、水四、水环境污染防治管理环境污染防治管理p一一.水环境污染防治管理措施水环境污染防治管理措施3水环境质量管理措施水环境质量管理措施合理开发、利用和保护水资源合理开发、利用和保护水资源 ；以节约用水和污水回用资源化为重点，兼顾污染防治以节约用水和污水回用资源化为重点，兼顾污染防治 ；对水资源实行经济科学补偿和限量使用；对水资源实行经济科学补偿和限量使用；加快城市污水处理厂和污水收集系统等基础设施和配套设加快城市污水处理厂和污水收集系统等基础设施和配套设施的建设。施的建设。 四、水四、水环境污染防治管理环境污染防治管理p

30、五五.水环境污染防治管理措施水环境污染防治管理措施 管理内容管理内容4地表雨水径流的管理措施地表雨水径流的管理措施(BMP) 工程措施工程措施植被控制方法植被控制方法 ； 湿式滞留池方法湿式滞留池方法 ； 渗滤系统方法；渗滤系统方法； 湿地系统方法湿地系统方法 非工程措施非工程措施城市环境管理；城市环境管理；城市路面清扫城市路面清扫 四、水环境污染防治管理四、水环境污染防治管理p5地表雨水径流的管理措施地表雨水径流的管理措施（BMP）雨污合流制溢流雨污合流制溢流暴雨径流暴雨径流 美国环保总署估算：水体污染美国环保总署估算：水体污染60%60%以上来自面源以上来自面源 西雅图地区估算西雅图地区估

31、算: 90% : 90% 水体污染来自面源水体污染来自面源wet pond，wet vault, underground filtration system oil/water separators (“high use site”)滞留塘滞留塘水獭城市森林公园和湿地是解决办法吗？城市森林公园和湿地是解决办法吗？北京三里河北京三里河北北京京奥奥林林匹匹克克公公园园北京奥林匹克公园占地北京奥林匹克公园占地9km9km2 2；三里河湿地公园占地；三里河湿地公园占地0.8km0.8km2 2问题是繁华的市区哪里有这么多的空地？问题是繁华的市区哪里有这么多的空地？LIDLID解决城市解决城市内涝内涝和和面源面源污染的污染的绿色绿色低碳技术低碳技术LIDLID技术的理念是技术的理念是