水质生物净化工程——物理处理法

1、水质生物净化工程 序言课程的性质与任务本课程与其他课程的关系学时及教学安排教材及主要参考书一、课程的性质与任务课程的性质:水质生物净化工程为给排水专业本科的专业课之一。给排水专业的主要任务:从江、河、湖、库或地下取水城市自来水管网水质不符合生活饮用水或工业用水要求自来水厂水处理泵房输水配水城市生活用水和工业用水用过的水遭受污染城市排水管网城市污水处理厂接纳、收集处理后达到排放标准排放与此相关的工程设计、施工、运行、管理、教学、科研等。给排水专业的任务自来水厂泵房污水厂回用取水工程水泵及水泵站物化净化工程（给水处理)给水管道工程排水管道工程生物净化工程（污水处理)工业企业建筑给排水与取水点不同的

2、水体或同一水体的下游(水的社会循环)（完成水的社会循环及部分自然循环）给排水专业的重要性 “民以食为天”，“食以水为先” 。谁也离不了水城市生活离不了，工业也离不了。给排水专业的内涵逐渐拓宽-水工业“水工业”（water industries)可以理解为从事水的可持续利用和保护，并以满足社会经济可持续发展所需求的水量、水质作为生产目标的新兴产业，它包括水的生产、供应、销售、回收等的企业，给排水系统技术及装备、水工业高新技术产业等。产业将给水及排水统一起来。从水的开采、生产、供应、销售，到水污染的防治、水的回收、利用。不仅包括工艺，还包括材料、设备、控制等。水工业将水作为一种产品、一种商品 水是

3、人类最宝贵的自然资源。水是二十一世纪的石油。（二十一世纪为水而战） 我国是贫水国。我国水工业技术水平与国际先进水平差距较大，水处理技术发展相对缓慢，而且以传统手段为主，水质仪表、设备也极为薄弱。随着我国社会的发展进步，特别是改革开放以来，经济与工业的迅速发展，人民生活水平的不断提高，不但需水量迅速增加，而且对水质的要求也不断高。一方面水资源短缺，另一方面，环境问题的突出，水污染加剧。因此，解决水污染问题，有效地节水问题等已成为我国国民经济可持续发展的关键。 水务市场期待精彩给排水专业的工作部门 (进入水务市场的路径） 给排水专业的工作部门包括与水相关的城市建设主管部门、工程设计、施工、材料、设

4、备、运行、管理、监理、教学、科研等部门。 （具体单位：城市建设主管部门，设计单位，施工单位，水务企业，环保公司，监理公司，工业企业，教学科研单位等）本课程的任务全面系统地了解并掌握城市污水和工业废水各种生物处理技术的基本原理、功能、效果、应用条件及存在的问题。基本掌握城市污水处理工程（以中、小型为主）的初步设计技能及部分施工图设计技能。掌握各种生物污水处理技术的基本理论，为将来从事本专业的工程设计、科研及运行管理工作奠定一定的理论和实践基础。二、本课程与其他课程的关系水力学、水化学（物理化学、有机化学、分析化学）和水微生物学是本专业课的技术基础课（先学），本课程与水质物理化学净化工程的关系密切

5、，有关混凝、沉淀、过滤、消毒及工业废水的特种处理等内容，主要在水质物理化学净化工程中讲授。2. 给排水工程学科为土木工程环境工程交叉，力学（包括水力学）化学（包括微生物学）是“两条腿”，适应性广。三、学时及教学安排（见课表）课程教学：（40学时）实验项目：3个，分散小组实验课程设计：1个（城市污水厂设计），集中1.5周讲1，学2，考3（讲1/3，自学2/3，考3/3）四、教材及主要参考书1.排水工程下册，第四版，2000.6，中建工出版社（教材）2. 水质工程学 李圭白 主编，中建工出版社3. 给水排水设计手册：城市排水（第5册），工业排水（第6册）4. 简明排水设计手册5. 环境工程手册（水

6、污染防治卷）6. 废水处理概论，R.S 拉马尔奥著7. 废水工程之 处理、处置及回用（美国梅林卡夫和埃迪公司）四、教材及主要参考书（续）水处理工程理论与应用（日）井出哲夫等编Environmental BiotechnologyPrinciples and Applications Rittmann and Mccarty,McGraw-Hill Higher Education，2001水处理工程，顾夏声等编水和废水技术研究，严煦世主编.中建工出版社现代废水处理新技术，钱易主编.中国科技出版社（有时间多看几本，书到用时方恨少） 第一章 总论主要内容：污水的性质及水质特征污染物质的特征及污染指

7、标水体的污染及其危害水体自净的基本规律（耗氧、复氧、溶氧平衡及氧垂曲线）水污染防治的主要技术措施重点：水质污染指标，水体自净规律主线：水质指标及水污染 为什么要进行处理 怎样处理 1-1 污水的来源与特性 水是人类生活与生产活动中不可缺少的物质资源。水资源在使用过程中由于丧失了使用价值而被废弃外排，并以各种形式影响受纳水体，这种水就称为污水或废水。 污水是生活污水、工业废水、被污染的雨水和排入城市排水系统的其他污染水的统称。 我们所研究的污水是指城市下水道所接纳的污水，统称为城市污水。 城市污水生活污水（日常生活使用过的并为生活废料污染）家庭污水（粪便、洗涤、杂用）公用污水（公共场所）医院污水

8、（需消毒处理局部处理）工业废（污）水（工矿企业生产活动用过的水）生产废水（未直接参与生产工艺，较干净）如循环冷却水 t 生产污水（被生产废料所污染）（或经工业企业局部处理后排入下水道）初雨径流（被污染的雨水）旱流合流截流式合流制1-1 1、生活污水来源：厨房、厕所、澡堂、盥洗间等。成分无机物：泥、砂、钠、钾盐等（占总固体40%）有机物：人、畜排泄物，食物残渣，纸屑等（占总固体的60%）微生物：大量污染物数量悬浮物：3045克/人日有机物（BOD5 ）：40克/人日（经沉淀后仍有2030克/人日,生物处理去除）特点：水质、水量基本稳定，处理工艺较成熟。1-1 2、工业废水来源：工业生产过程用过的

9、水 （如电镀冲洗水、印染、制革、煤气洗涤水等）成分：与生产产品种类有关，与生产工艺过程有关。含酸：化工、矿山、钢铁、电镀等含碱：制碱、造纸、化纤等含有机物：屠宰厂、食品加工、化工（石油化工、农 药、合成化工）、轻工、纺织、印染等含氰：有机玻璃、丙烯腈合成、电镀等含铬：电镀、制革、制药等1-1 2、工业废水（续）含酚：煤气、焦化、合成树脂等含油：炼油、焦化、食品加工等特点：种类繁多，水质复杂，处理工艺流程变化多样， 不成熟。污水的水质、水量变化大。不同工业污水，其水质、水量不同。生产同种工业产品，采用不同的生产工艺，其水质、水量也不同。1-2 水污染及其危害概述水体的物理性污染酸、碱污染氮、磷的

10、污染有直接毒害作用的无机物污染有机物污染生物性污染水污染的危害（小结）一、概述1、水污染 水污染是指排入水体的污染物在数量上超过该物质在水体中的本底含量和水体的环境容量，从而导致水的物理、化学及微生物性质发生变化，使水体固有的生态系统和功能受到破坏，不能发挥其在经济发展和人民生活中的作用。本底含量反映水体、大气等原来面貌的含量；环境容量自然环境对污染物自净（自然净化）的能力；水体的自净作用污染物在水体环境容量范围内，通过物理、化学、生物化学等作用，可以随着时间的推移而自然降低。（自净作用是有限的，在环境容量范围内）一、概述（续1）2、造成水体污染的因素：排污、降水（酸雨）、地面径流。3、水体污

11、染实例英国泰吾士河治理，100年才使河水变清,鱼群返回。上海苏州河、黄浦江治理,水发黑发臭,截污工程(百余亿)。淮河治理，建90座污水厂，投资400亿。(已花了600亿)三河（海河、淮河、辽河），三湖（太湖、滇池、巢湖）治理。80%水域、45%地下水被污染，90%以上城市水域严重污染。贫水国用水量增加（生活水平提高，水量、水质要求高）水资源短缺工业发展，水污染加剧，可用水资源减少我国水荒（全球性）水是二十一世纪的石油二十世纪为石油而战二十一世纪为水而战污水处理任务艰巨，大有用武之地。物理性污染 水温 色度 臭味 悬浮物 泡沫无机物污染 无直接毒害作用的无机物 酸、碱（污染） 氮、磷（污染） 硫

12、酸盐及硫化物（污染） 氯化物（污染） 有直接毒害作用的无机物 非金属：氰化物、砷化物 （毒性作用快） 重金属：汞、镉、铬、铅等 （食物链富集）一、概述（续2）水污染一、概述（续3）有机物污染 易生物降解有机物：多为碳水化合物、脂肪、蛋白质等 难生物降解有机物：多属于人工合成有机物，如农 药（DDT、有机氯及有机磷农 药）、酚类化合物、聚氯联苯、 稠环芳烃等 “三致”，“破坏激素”，“内分泌紊乱”病原微生物污染：病原菌、寄生虫和病毒放射性物质污染：X射线，、射线水污染二、水体的物理性污染 水体的物理性污染是指水温、色度、臭味、悬浮物及泡沫等，这类污染易被人们感官所观察，并给人们感官不悦。1、水温

13、（热污染） 污水的水温对污水的物理性质、化学性质及生物性质有直接的影响。 温度超过60的工业废水（如直接冷却水）排入水体后，会引起水体的水温升高，形成热污染效应。二、水体的物理性污染（续1） 热污染主要产生的现象有： t，水体溶解氧浓度； t，水体内水生生物耗氧速度。 t，水体中的化学反应加快，使水体物理化学性质如电导率、溶解度、离子浓度和腐蚀性变化，臭味加剧。 t，水体中的细菌繁殖加快。水厂投氯量，加速有机氯化合物转化为CHCl3 (氯仿）致癌 t，加速藻类的繁殖。加快水体的富营养化进程。使水体溶解氧消耗加快缺氧无氧1、水温（续）2、色度 生活污水的颜色常呈灰色，但当污水中的溶解氧降低至零，

14、污水所含有机物腐烂，则颜色转呈黑褐色并有臭味。 城市污水，特别是有色工业废水如印染、农药、焦化及有机化工废水排入水体后，使水体形成色度，引起人们感官不悦。由于水体色度加深，使透光性减弱，影响水生生物的光合作用，抑制其生长繁殖，妨碍水体的自净作用。3、臭味 生活污水的臭味主要由有机物腐败产生的气体造成。工业废水的臭味主要由挥发性化合物造成。 臭味给人们感官不悦，甚至会危及人体生理，呼吸困难、倒胃胸闷、呕吐等。二、水体的物理性污染（续2）二、水体的物理性污染（续3）固体物质按存在的形态 的不同分悬浮固体胶体溶解固体按性质的不同可分为有机物无机物生物体4、固体物质污染二、水体的物理性污染（续4） 固

15、体总固体（TS）：(悬浮,胶体,溶解)把一定量水样在105110烘箱烘干 至恒重，所得的重量为总固体量。悬浮固体或悬浮物（SS）细分散悬浮固体(0.11.0m)粗分散悬浮固体(1.0m)悬浮固体(SS)：把水样用滤纸过滤，被滤纸截留的滤渣烘干至恒重，得SS(其中有部分可沉可沉固体)。滤液中的固体即为胶体和溶解固体。挥发性悬浮固体(VSS)或称灼烧减重：把悬浮固体在600时灼烧减重(失去的重量)。残留的重量为非挥发性悬浮固体(NVSS)或灰分。二、水体的物理性污染（续5）(3)耗氧，降低溶解氧含量（SS有机物）。(4)可沉固体沉于河底，底泥积累与腐化，恶化水质。(1)使浊度增加，透光性减弱，减少

16、光合作用。(2)危害鱼类生存（堵塞鱼鳃，死鱼）。(5)其它污染物的载体。悬浮固体的污染：三 、 酸、碱污染： 当PH值超出69的范围时，会对人、畜造成危害，并对污水的物理、化学及生物处理产生不利影响。使水体PH值发生变化，影响水生生物的生长，妨碍水体自净，破坏生态平衡。四、氮、磷的污染： 氮、磷是植物的重要营养物质（肥料），也是污水进行生物处理时微生物所必需的营养物质，主要来源于人类排泄物及某些工业废水。氮磷是导致湖泊、水库、海湾等缓流水体富营养化的主要原因。1、含氮化合物及指标： 污水中含氮 化合物有四种：有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。四种含氮化合物的总量称为总氮(TN，以N计)。有机

17、氮很不稳定，容易在微生物的作用下，分解成其它三种。在无氧的条件下，分解为氨氮；在有氧的条件下，分解氨氮，再分解为亚硝酸盐氮和硝酸盐氮 。有机氮无氧微生物NH3有机氮有氧微生物NH3NO2-NO3-四、氮、磷的污染：（续1）(1)总氮(TN) 有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的总量。 容量法：将一切形态的氮 ，在浓硫酸作用下先消解成硫酸铵，然后在碱性条件下蒸镏出氨。用已知过量的硫酸标准溶液吸收，过量的硫酸再以标准氢氧化钠溶液滴定，由此可计算出总氮量。(2)凯氏氮(KN) 为有机氮与氨氮之和。 凯氏氮指标可以用来判断污水在进行生物处理时，氮营养是否充足的依据。生活污水中KN约为40mg/L(其中

18、有机氮约15mg/L，氨氮约25mg/L) 四、氮、磷的污染：（续2）(3)氨氮(NH3 N，NH4+ N) 在废水中以游离状态氨(NH3)和离子状态铵盐(NH4+)形式存在的，常记NH3 N或NH4+N，(当废水中的PH值在中性附近时，如PH=68，氨氮中以NH4+占优势，有一定的缓冲作用。 测定方法：采用容量法，在水样中加磷酸盐缓冲溶液，将PH调节到7.4左右时，铵盐被分解，析出游离氨。加热蒸镏，将氨蒸出并收集在一定量的已知浓度的硫酸标准溶液中，即可测得氨氮。(4)各指标间的关系 TN与KN之差值，约等于亚硝酸盐氮与硝酸盐氮，KN与氨氮之差值，约等于有机氮。 四、氮、磷的污染：（续3）2、

19、磷及其化合物 污水中含磷化合物可分为有机磷与无机磷两类。有机磷的存在形式主要有：葡萄糖-6-磷酸，2-磷酸-甘油酸及磷肌酸等；无机磷都以磷酸盐形式存在，包括正磷酸盐(PO43-)，偏磷酸盐(PO3- -)，磷酸氢盐(HPO42-)，磷酸氢二盐(H2PO4-)等。还有聚合磷酸盐如焦磷酸盐(P2O74-)，三磷酸盐P3O105-等。 生活污水中有机磷含量约为3mg/L，无机磷含量约7mg/L。所有含磷化合物都是首先转化为正磷酸盐PO43-后，再测定PO43-的含量，其结果即总磷(TP)，以PO43-表示。 3、含氮化合物的转化 含氮化合物在水体中的转化可分为两个阶段，第一阶段为含氮有机物如蛋白质、

20、多肽、氨基酸和尿素转化为无机氨氮，称为氨化过程；第二阶段是氨氮转化为亚硝酸盐与硝酸盐称为硝化过程。第一阶段：氨化，有机氮转化为氨氮水解，断肽键，脱基NH3第二阶段：硝化 有氧 2NH3+3O2 亚硝化菌 2HNO2+2H2O+能(硝化) 2HNO2+O2 硝化菌 2HNO3+能 缺氧 ：2HNO3 +4H 2HNO2 +4H (NOH)2 (反硝化)-2H2O-H2O-2H2O-H2O四、氮、磷的污染：（续4）蛋白质N2ON2+2H四、氮、磷的污染：（续5） 3 、含氮化合物的转化(续) 硝酸盐在缺氧酸性的条件下，可以还原成亚硝酸盐，亚硝酸盐与仲胺R2=NH作用，会形成亚硝胺。亚硝胺是“三致”

21、物质，这种反应可以在人胃中产生。4、含磷化合物的转化 水体中的可溶性磷很容易与Ca2+、Fe3+、 Al3+等离子，生成难溶性沉淀沉积于水体底部为底泥，在水体与底泥中建立平衡。四、氮、磷的污染：（续6）CO2，N，P 自养菌 合成藻类 氮、磷大量而连续地进入水体，促使藻类异常增殖，其后果是：(1)藻类量多，种类减少(夜光藻、兰藻类铜锈囊藻及有毒裸甲藻为主，不是鱼类的饵料)。(2)藻类占据了鱼类生长的空间。(3)溶解氧急剧变化(严重缺氧)，堵塞鱼腮，死鱼现象。 藻类大量繁殖，使水体颜色改变(绿、褐、红) “水华”，“赤潮”。5 、氮磷污染与水体的富营养化五、有直接毒害作用的无机物污染世界上公认的

22、六大毒物：1、氰化物(CN-)，剧毒，主要有HCN和氰酸盐(KCN，NaCN)。破坏血液并妨碍细胞呼吸和传递氧的机能，致组织缺氧。机体陷入窒息状态而引起中毒死亡。致死量0.050.12g。2、砷(As) 对人体毒性较大，三价砷的毒性高于五价砷。累积性毒物五、有直接毒害作用的无机物污染（续1）3、汞(Hg) 抑制酶的活性(能与酶蛋白的硫基结合) 破坏人的神经系统的功能累积性毒物慢性累积中毒 日本“水俣病” 汞中毒 “疯猫跳海”4、镉(Cd) 典型的累积富集型毒物。(在肾脏和骨骼中) “骨痛病” Cd中毒 Cd置换骨头中的Ca 骨痛 “骨折”5、铬(Cr) 重金属离子6、铅(Pb) 铅离子与人体的

23、酶结合，危及神经系统、造血系统、消化系统。五、有直接毒害作用的无机物污染（续2）排放标准(mg/L)饮用水标准(mg/L)汞(Hg)镉(Cd)铬(Cr)铅(Pb)氰化物(CN)砷(As)0.050.0010.10.010.50.051.00.10. 50.050. 50.04重金属污染的特点：1。微量浓度即可产生毒性效应(0.0110mg/L)2。不能被微生物所降解3。通过食物链产生富集作用4。慢性累积中毒六大毒物排放标准及饮用水标准：六、有机物污染(一)耗氧有机物(易生物降解有机物) 多为碳水化合物、脂肪、蛋白质。如生活污水及与生活污水性质相似的工业污水(屠宰厂、食品加工等)采用生化方法处理

24、。1、性质：在微生物作用下，可向稳定的无机物转化。有氧条件下：有机物+O2 好氧微生物 CO2+H2O+NO3-无氧条件下：有机物 厌氧微生物 CH4+CO2+H2O六、有机物污染（续1） 2、污染指标： 有机物的种类繁多，组成复杂（如木材加工、纤维板、造纸废水，有机物种类有几百上千种)，很难一一分辩，逐项进行测定。但可利用它们的共性，用某种指标间接反映其总量。 利用有机物比较容易被氧化这一共性，用氧当量间接反映有机物的量。氧化方式大致有生物氧化、化学氧化和燃烧氧化三类，即对应测得生化需氧量、化学需氧量和总需氧量。此外，也可以根据主要元素的含量来反映有机物的数量，如有机碳、总氮、总磷、总硫等水

25、质指标就属此类。六、有机物污染（续2） (1)生化需氧量(BOD)Bio-Chemical Oxygen Demand有机物特点：在微生物的作用下，进行氧化分解(耗氧)，耗氧越多，有机物越多。定义在有氧的条件下，由于微生物(主要是细菌)的活动，降解有机物所需的氧量，称为生化需氧量，常以BOD表示。六、有机物污染（续3）异养菌 呼吸(氧化)OaCO2，H2O，能，NH3合成新细胞(亚硝化菌)OcH2O，能NO2-自养菌合成 新细胞(硝化菌)OdNO3-，能合成新细胞残存物质ObCO2,H2O,能,NH3注：假定有机物仅含C、H、O、N元素，因P、S等元素极少，未予考虑。内源呼吸产生的氨的氧化和硝

26、化菌内源呼吸消耗的氧未考虑。有机物(可生物降解)自养菌 有机物好氧生物降解示意图（全过程）六、有机物污染（续4） 从图中可知，在有氧的条件下，异养菌通过自身的生命活动氧化、还原、合成等过程，把一部分有机物吸入后，氧化分解成简单的无机物(如CO2、H2O、NH3等)，并放出能量，此过程消耗的氧量用Oa表示；而把另一部分有机物及其某些分解产物转化为生物体所必须的营养物质，组成(合成)新的细胞物质。新合成的细胞物质也在进行氧化分解，并放出能量，叫内源呼吸，内源呼吸所消耗的氧量用Ob表示。 有机物氧化分解产生的氨，在硝化细菌(自养菌)的作用下，能被氧化成NO2-和NO3-，并放出能量和合成新的细胞物质

27、，此过程所消耗的氧量用Oc和Od表示。 六、有机物污染（续5）几点说明： 1污水中的耗氧物质有： 含碳有机物(氧化分解的对象，微生物的食料 是BOD表示的部分） 含氮化合物、NH3(测BOD需抑制硝化) 化学还原性物质(如：Fe2+ ,SO32- ,S2-等)(测BOD需屏蔽） 2BOD值与反应时间的关系NODBOD20BOD55d 20d(碳化阶段)(硝化阶段)t(日)O2BODu六、有机物污染（续6）有机物氧化分解，通常分为两个阶段第阶段为碳化阶段，主要为含碳有机物降解：（也包括含氮有机物的氨化）（以及氨化后的不含氮有机物的继续氧化）有机物+O2 CO2+H2O+NH3C、H、N(几个指标

28、) BOD5 五日生化需氧量BOD20 20日生化需氧量BODu 第一阶段完全生化需氧量BOD20=0.99BODu取BOD20BODu，BOD5/BOD20=0.69(生活污水)六、有机物污染（续7）NH3+O2 亚硝化菌 NO2-+O2 硝化菌 NO3- 有机物氧化分解(好氧)包括碳化和硝化两个阶段(见图示)，而用BOD用来间接表示有机物的量。碳化阶段需氧量为Oa+Ob之和即为BOD。硝化阶段需氧量为NOD，Oc与Od之和。第阶段：硝化阶段(氨的硝化)六、有机物污染（续8） 为什么只用碳化阶段需氧量来表示BOD或表示有机物的量，原因有二：如果在第阶段(碳化阶段)硝化不被抑制，对于一般的污染

29、水如生活污水或被生活污水污染的河水，硝化过程大约在57日甚至10日以后才显著展开。而最常测定的是BOD5，因此硝化过程对此无影响。(对硝化不抑制也无影响)含氮有机物氨化后生成氨，由于氨已经是无机物质，所以作为有机物的指标不包括氨的硝化。BOD表示有机物的指标包括含碳有机物的氧化，含氮有机物的氨化以及氨化后不含氮有机物的继续氧化。因此用碳化阶段需氧量来表示有机物的指标即BOD。六、有机物污染（续9）3BOD值与反应温度的关系 BODT=BOD20(0.02T+0.6) (T 在1030范围内适用) 4BOD的测定一般采用稀释接种法。稀释水：充氧蒸馏水，加营养盐(磷酸盐、钙、镁、铁盐)PH=7.2

30、，接种103104个/ml，20，BOD5(五日消耗的溶解氧)为了检验测定的正确、可靠性，应看测定数据的重现性。六、有机物污染（续10）5存在的问题测定时间长。如BOD5 五日生化需氧量。5日，指导意义？（在线检测、自动控制）重现性差误差大受水质限制难生物降解有机物不能表示（2）化学需氧量（COD）Chemical Oxygen Demand利用化学氧化剂来氧化污水中有机物所消耗药剂中氧量（氧当量）的多少来表示有机物污染程度的指标。（间接表示有机物）重铬酸钾法CODCr（常以COD表示）可氧化直链脂肪族化合物，无机的还原性物质（硫化物、亚硫酸盐等）亦被氧化。加硫酸汞，消除氯离子的干扰。高锰酸钾

31、法CODMn煮沸30分钟，也称耗氧量OC。（3）总需氧量（TOD）Total Oxygen Demand利用高温（900），将废水水样中能被氧化的物质氧化，通过气体载体中的氧量的减少，测定出上述物质燃烧氧化所消耗的氧量（O2），称为总需氧量（TOD）。 TOD值一般通过TOD分析仪测定，仅需3分钟即可得出结果，它比BOD、COD的测定都简便，测定结果比COD更接近理论需氧量（ThODTheory Oxygen Demand）（4） 理论需氧量（ThOD）（理论需氧量是根据化学反应方程式计算求得的有机物全部氧化所需要的氧量。）但先要找到有机物的分子式，这对未知的有机物很难。 一般关系：ThODT

32、ODCODCr（COD） （BODU） BOD20BOD5OC（CODMn） 污水可生化性：BOD5/COD比值, 比值越高，污水的可生化性越好，其值可作为衡量污水是否适宜采用生物处理法进行处理的一项指标，BOD5/COD0.3可采用生物法处理。某些工业废水,采取措施提高可生化性后,用生物法处理。（5）总有机碳（TOC）Total Organic Carbon 它是以碳元素（C）含量来反映废水中有机物总量的一种水质指标。测定方法：在900高温下，以铂为催化剂使水样气化燃烧，测定气体中的CO2含量（红外线分析仪）。（二）难降解有机物 多属于人工合成的有机物，如农药（DDT，有机氯及有机磷农药等）

33、，酚类化合物以及聚氯联苯，芳香族氨基化合物，稠环芳烃，高分子合成聚合物（塑料、合成橡胶、人造纤维等），还有合成染料、洗涤剂等。特点：稳定性强（难于生物降解，是污水处理的难题）；有害于人类健康（多为三致物质：致癌、致畸、致突变）；耗氧速度较慢；水生物富集（如农药，有很高的富集能力）。污染指标：采用BOD指标会产生较大误差。 通常采用COD、TOC综合性指标。 各种物质测定指标，如酚、DDT等专项指标。（三）有机物污染（耗氧有机物污染）特点 有机物是不稳定的物质，随时随地都在向稳定的无机物转化。 有机污染物进入水体后，水中能量增加，如其他条件适宜，微生物将得以增殖，有机物得到降解，从而消耗了水中的

34、溶解氧。与此同时，通过水面的复氧作用，水体从大气中得到氧的补充。若排入水体的有机物未超过水体的环境容量，水体中的溶解氧会始终保持在允许浓度范围内。若排入水体中的有机物过多，微生物分解有机物的耗氧速度大于复氧速率。水中溶解氧会降低直至缺氧或无氧状态。 在水体缺氧条件下，有机物易被厌氧微生物分解，释放出H2S、NH3和CH4等有毒并有臭味的气体，造成水体黑臭现象。因此耗氧有机物能恶化水质，破坏水体的基本功能。 当大量的有机物沉积于水体底部时，因有机物分解耗去了溶解氧，而大气复氧很难到达底层，水体底部缺氧，同样引起水质恶化。有机物污染（耗氧有机物污染）特点（续）有机物+O2 微生物有机物降解微生物增

35、殖耗氧DO大气复氧有机物过多超过环境容量耗氧速度复氧速度DO缺氧厌氧(无氧)有机物厌氧分解，H2S、NH3、CH4有机物腐败水体发黑发臭水质恶化有机物沉于水体底部大气复氧难到底层水体底部缺氧水质恶化七、生物性污染 污水中的有机物是微生物的食料，污水中的微生物以细菌与病菌为主。生活污水、食品工业污水、 制革污水、医院污水等含有肠道病菌(痢疾、伤寒、霍乱菌等)，寄生虫卵(蛔虫、蛲虫、钩虫卵等)，炭疽杆菌与病毒（脊椎灰质炎、肝炎、狂犬、腮腺炎、麻疹等)。如每克粪便中约含有104105个传染性肝炎病毒。1、污水的生物性指标 污水生物性质的检测指标有大肠菌群数(或大肠菌群值)、大肠菌群指数、病毒及细菌总

36、数。(1)、大肠菌群数(大肠菌群值)与大肠菌群指数 大肠菌群数(大肠菌群值)是每升水样中所含有的大肠菌群的数目，以个/L 计；大肠菌群指数是查出一个大肠菌群所需的最少水量，以ml计。大肠菌群数与大肠菌群指数是互为倒数，即 ： 大肠菌群指数= 1000大肠菌群数(ml)大肠菌群数作为污水被粪便污染程度的卫生指标。（2）病毒 污水中已被检出的病毒有100多种.（3）细菌总数 细菌总数是大肠菌群数、病原菌、病毒及其他细菌的总和，以每毫升水样中的细菌菌落总数表示。2、病原微生物污染 未污染的天然水中细菌含量很低。由于有机物排入天然水体，使水中有了细菌生存的条件，同时也有由城市污水、垃圾淋溶水、医院污水

37、带入的病原微生物。病原微生物包括致病细菌、病虫卵和病毒。常见的是肠道污染病菌，包括霍乱、伤寒、痢疾等病菌；寄生虫病的虫卵有血吸虫、阿米巴、鞭虫、蛔虫、蛲虫及肝吸虫等；病毒有肠道病毒、传染性肝炎病毒。 病原微生物污染的特点是数量大，分布广，存活时间长，繁殖速度快。通过水传播的传染病，在世界各国历史上都有惨痛教训。八、水污染的危害（小结）水污染的危害重要体现在以下几方面：1、危害人体健康 水污染直接影响饮用水源的水质。当饮用水源受到合成有机物污染时，原有的水厂不能保证饮用水的安全可靠，这将会导致如腹水、腹泻、肠道线虫、肝炎、胃癌、肝癌等很多疾病的产生。与不洁的水接触会染上如皮肤病、沙眼、血吸虫、钩

38、虫病等疾病。近来很多人谈论到环境污染导致雌激素增加，影响到人类的繁殖能力；还有人指出水污染会造成自然流产或先天残疾。 对某些污水灌溉区的调查说明，生活在污水灌溉区的农民的发病率明显比非污水灌溉区的发病率高。对采用不同饮用水源的人群的调查说明，在同一地区，饮用井水的居民癌症发病率要比饮用池塘水的居民低得多。2、降低农作物的产量和质量 污水灌溉污染农田土壤作物枯萎死亡 研究表明，在一些污水灌溉区生长的蔬菜或粮食作物中，可以检出痕量有机物，包括有毒有害的农药等，它们将危及消费者的健康。3、影响渔业生产的产量和质量 渔业生产的产量和质量与水质直接紧密相关。4、制约工业发展 由于很多工业（如食品、纺织、

39、造纸、电镀等）需要利用水作为原料或洗涤产品和直接参加产品的加工过程，水质的恶化将直接影响产品的质量。工业冷却水的用量最大，水质恶化也会造成冷却水循环系统的堵塞、腐蚀和结垢问题，水硬度的增高还会影响锅炉的寿命和安全。5、加速生态环境的退化和破坏 水污染造成的水质恶化，对于生态环境的影响十分严峻。水污染除了对水体中天然鱼类和水生物造成危害外，对水体周围生态环境的影响也是一个重要方面。污染物在水体中形成的沉积物，对水体的生态环境也有直接的影响。6、加剧水资源短缺 世界上的水资源是有限的。当今世界由于人口的增加和经济的发展，淡水资源日益紧张。由于水污染造成的水质恶化，丧失了水资源的使用功能，造成污染性

40、缺水，加剧了水资源的短缺。7、造成经济损失 水污染对人体健康，农业生产，渔业生产，工业生产以及生态环境的负面影响，都会表现为经济损失。 世界银行曾对中国大气污染和水污染所造成的损失作为估算，其结论是大气污染和水污染对人体健康的影响相当于每年422.8亿美圆的经济损失，占我国国民生产总值的3.5%，这个数字还没有包括水资源短缺和水环境污染对工业所造成的直接经济损失。1-3 水体自净的基本规律一、水体的自净作用1、水体自净： 污染物随污水排入水体后，经过物理的、化学的与生物化学的作用，使污染的浓度降低或总量减少，受污染的水体部分地或完全地恢复原状，这种现象成为水体自净或水体净化。水体所具备的这种能

41、力成为水体自净能力或自净容量。若污染物的数量超过水体的自净能力，就会导致水体污染。2、水体自净过程（按机理分）物理净化作用（水体中的污染物通过稀释、混合、沉淀与挥发，使浓度降低，但总量不减。）化学净化作用（水体中的污染物通过氧化还原、酸碱反应、分解合成、吸附凝聚等过程，使存在形态发生变化及浓度降低，但总量不减。）生物化学净化作用（水体中的污染物通过水生生物特别是微生物的生命活动，使其存在的形态发生变化，有机物无机化，有害物无害化，浓度降低，总量减少。）水体自净的主要原因3、生物化学净化作用 水体生物化学净化过程如下图：河流有机物(C，H，N，O)经好氧菌作用产生CO2，H2ONH4+，NH3经

42、亚硝化菌作用NO2-产生经硝化菌作用产生NO3-有机底泥在缺氧条件下，经厌氧菌作用产生NH3，CH4，H2S，CO2可沉有机物有氧条件下CO2CH4H2S污水O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2大 气 复 氧二、有机物污染与自净 有机物质排入水体后，可被水中微生物氧化分解，同时消耗水中的溶解氧（DO）。所以，受有机物污染的河流，水中溶解氧的含量受有机物的降解过程控制。溶解氧含量是使河流生态系统保持平衡的主要因素之一。溶解氧的急剧降低甚至消失，会影响水体生态系统平衡和渔业资源，当DO1mg/L时，大多数鱼类会窒息而死。1、水体中有机物的分解与溶解氧的平衡 （水体中溶解氧含量是分析水体环境

43、容量的重要指标。）水中溶解氧含量的变化过程由有机物降解所控制。见溶解氧（DO）与有机物（BOD）的变化曲线。DOBODBODtDOt（氧垂曲线）DOBODaob河q（污水）tK清洁带污染带恢复带清洁带时间（日）1、水体中有机物的分解与溶解氧的平衡（续）BOD变化曲线： 污水排放，在排放点处BOD值急剧上升，随着河水下流，有机物被分解，BOD逐渐降低，经过若干天后，又恢复到原来状态。DO变化曲线（氧垂曲线）： 污水排放后，河水中的溶解氧由于有机物的降解，开始下降，至tK溶解氧最低点（临界点），以后逐渐回升，若干天后，又恢复到原有状态。2、河流中有机物的降解与溶解氧平衡的数 学模式（1）耗氧过程动

44、力学（有机物降解动力学）耗氧规律 当水中有足够的DO，且水温不变，则有机物生化降解的耗氧速度与该时刻水体中存在着的有机物含量成正比，即呈一级反应。 有机物的降解速度（耗氧速度）与该时刻水体中的有机物含量成正比（呈一级反应）。设：L 0t = 0时（开始时）有机污染物总量， L t在t时刻残存在水中的有机物量， X t = L 0 - L tt时刻已降解的有机物量。（1）耗氧过程动力学（有机物降解动力学）（续1）有：dX tdtd(L 0-L t)dtK1L t=即：dL tdt=K1L t-或dL tdt=K1L t-积分：L0LtdL tL t=0dtt-K1lnL tL 0=-K1tL t

45、L 0=e-K1tL tL 0=10-k1t, k1=0.434K1K1,k1耗氧速度常数（1/日）（1）耗氧过程动力学（有机物降解动力学）（续2）从而：L t=L 010-k1t而X t=L 0-L t=L 0-L 0 10 =L 0(1-10 )-k1t-k1tX t=L 0(1-10 )-k1t BODL 0tL ttX ttL 0=X t+L tLtt曲线残存有机物量X tt曲线已降解有机物量（1）耗氧过程动力学（有机物降解动力学）（续3）说明：耗氧速度常数K1或k1因污水性质不同而异，并与温 度有关。生活污水之k1值见P.39 T.2-4。k1与温度的关系：k1(T)=k1(20)1

46、.047(T-20)（1）耗氧过程动力学（有机物降解动力学）（续4）有机物降解耗氧，降解速度 好氧速度t时段降解的有机物量=t时段的耗氧量说明：X t = BOD tX t = L 0 L t（t时段已降解的有机物量)培养t时段所消耗的氧量（t时段生化所需氧量）BOD5 = X5 = L0（1-10-k15）BOD20 = X20 = L0（1-10-k120）对生活污水，20时，k1= 0.1有：BOD5BOD20=L0（1-10-0.15）L0（1-10-0.120）=0.68370.990.69（2）溶氧规律（大气复氧）溶氧速度与该时刻水体的亏氧量(氧不足量)成正比。设：水体中氧的饱和溶

47、解度为C0(亦即饱和溶解氧) t时刻水体的实际溶解氧为Ct则 ：t时刻的亏氧量Dt为：Dt=C0-Ct 以C表示开始时水体的实际溶解氧， D0表示开始时的亏氧量：D0=C0-C（2）溶氧规律（大气复氧）（续）溶氧速度dCtdt=K2DtDt=C0-CtCt=C0-Dtd(C0-Dt)dt=K2DtdDtdt=-K2Dt ，D0DtdDtDt=0 dtt-K2积分，整理DtD0=e-K2tk2=0.434K210-k2tDt=D010-k2t（K2,k2称复氧速度常数）1/日k2值（P.39 T.2-5）与水温、水文条件有关（3）同时考虑耗氧与复氧时，考查水体中溶解氧的变化规律（实际上耗氧与复氧

48、同时存在）设：水体在 t时刻耗氧量为Y1，溶氧量为Y2。则：水中实际(净)溶解氧为Y=Y2-Y1。 水体中溶解氧的增长速度为：dYdtdY2dtdY1dt=-而：溶氧dCtdt=K2DtdY2dt=耗氧dXtdt=K1LtdY1dt=d(L0-Lt)dt=（溶氧规律）（耗氧规律）（耗氧量=已降解的有机物量），（耗氧速度=降解速度）（3）同时考虑耗氧与复氧时，考查水体中溶解氧的变化规律（续1）河流中t时刻的实际亏氧量：Dt=C0-YY=C0-DtdDtdt= -dYdt=d(C0-Dt)dt将上三项代入式，从而有：dDtdt=K2Dt - K1Lt-即：dDtdt=K1Lt K2Dt氧不足量的变

49、化速度是耗氧速度和溶氧速度的代数和。（3）同时考虑耗氧与复氧时，考查水体中溶解氧的变化规律（续2）解上述微分方程可得： Dt= (10-k1t-10-k2t)+D010-k2tk1L0k2-k1Dtt在任一时刻的氧不足量（亏氧量）氧垂曲线方程氧垂曲线P.38 Fig2-17 利用这一方程，可求出氧垂曲线上任一点的亏氧量。 达到最缺氧点的时间tk（临界点），即曲线极值点。DO(mg/L)C0D0tkCtminDtmaxDtCtC0t氧不足量氧垂曲线（3）同时考虑耗氧与复氧时，考查水体中溶解氧的变化规律（续3）由 可求得tk：dDtdt= 0tk =lgk2k1D0(k2-k1)k1L01-k2-

50、k1（日）tk 从排放点到最缺氧点（临界点）所需的时间（d）(最缺氧点的溶解氧要求4mg/L,指导意义)上两式使用的条件：（Dt，tk公式） 只考虑生物氧化和大气复氧两个因素， 在排放点处，河水与污水完全混合， k1与k2与水温相适应， 若有多个排放口，进行逐段计算或根据具体情况合并成一个排放点计算。 （例题 P.40 例2- 4）1-4 水环境保护一、水环境标准 随着我国环境保护立法工作的不断完善（1989年12月26日第七届全国人大常务委员会通过中华人民共和国环境保护法），有关部门与地方制定了较详细的水环境标准，供规划、设计、管理、监测部门遵循。1、水环境质量标准 我国已有的水环境质量标准

51、有（见附录）： 地面水环境质量标准（GB3838-88） 渔业水质标准（GB11607-89） 景观娱乐用水水质标准（GB12941-91） 农田灌溉水质标准（GB5084-92） 这些标准详细说明了各类水体中污染物的允许最高含量，以保证水环境质量。2、污水排放标准 污水综合排放标准（GB8976-96） 工业“三废”排放试行标准（GBJ4-73） 农用污泥中污染物控制标准（GB4284-84）有关污水排放的行业标准涉及各类工业，如： 制革工业水污染物排放标准（GB3549-83） 石油炼制工业水污染物排放标准（GB3551-83） 电影洗片水污染物排放标准（GB3553-83） 石油化工水污

52、染物排放标准（GB4281-84） 造纸工业水污染物排放标准（GB3544-92） 肉类加工工业水污染物排放标准（GB13457-92） 纺织染整工业水污染物排放标准（GB4287-92） 合成氨工业水污染物排放标准（GB13458-92） 医院污水排放标准（GBJ48-83）等等二、水体环境质量评价现状评价：弄清水体的污染现状和污染物的时、空变化规律。预断评价：根据当地水资源现状以及工、农、渔业等各方面的发展要求，对水体进行预断评价。自净能力评价：研究污染物进入水体后，水体的污染状态及其平衡、形态、迁移、转化规律，建立水体自净模式，用以指导治理、监测。水环境容量：在满足水环境质量标准的条件下

53、，水体所能接纳的最大允许污染物负荷量，又称水体纳污能力。 水质评价为环境评价的范畴，有关评价程序和评价方法，自学及参阅有关资料。1-5 污水处理基本方法与系统 -怎样处理一、污水处理方法分类1、按处理作用原理分类 物理处理法：利用物理作用分离污水中呈悬浮状态的固体污染物质，方法有：筛滤法、沉淀法、上浮法、气浮法、过滤法和反渗透法等。 化学处理法：利用化学反应的作用，分离回收污水中处于各种形态的污染物质（包括悬浮的、溶解的、胶体的等）。主要方法有中和、混凝、电解、氧化还原、汽提、萃取、吸附、离子交换和电渗析等。（化学处理法多用于处理生产污水） 生物化学处理法：利用微生物的代谢作用，使污水中呈溶解

54、、胶体状态的有机污染物转化为稳定的无害物质。主要分为两大类，即利用好氧微生物作用的好氧法和利用厌氧微生物作用的厌氧法，其中有活性污泥法和生物膜法两种。2、按处理手段（方式）分类 按对污染物实施的作用不同，可分为分离法和转化法。分离法是通过各种外力作用，把有害物从污水中分离出来的方法。由于污染物存在形式的多样性和污染物特点的各异性，决定了分离方法的多样性。转化法是通过化学或生化的作用，使污染物转化为无害的物质或可分离的物质，后者再经过分离予以去除，称为转化法。2、按处理手段（方式）分类（续）分离法离子分离：离子交换、离子吸附、离子浮选、电解沉积、电渗析分子分离：吹脱、汽提、萃取、吸附、浮选、结晶

55、、蒸发胶体分离：化学絮凝、生物絮凝、电泳、胶体浮选、混凝法悬浮物分离重力分离：沉淀、浮上、气浮离心分离：水旋分离、气旋分离阻力截留：格栅、筛网、织物、微孔介质、粒 状 介质（过滤）磁力分离转化法化学转化：中和、氧化还原、化学沉淀、电化学法、水质稳定等生物转化好氧法 活性污泥法厌氧法 生物膜法3、按处理程度分类一级处理：主要去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质，主要采用物理处理法。（所以也把物理处理与一级处理看作同义语）二级处理：主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质（即BOD，COD物质）。二级处理通常是籍生物法来完成的，所以也把生物处理与二级处理看作同义语。三级处理：在一级、二级处理后，

56、进一步处理难降解的有机物，氮和磷等能够导致水体富营养化的可溶性无机物等。主要方法有生物脱氮除磷法，混凝沉淀法，砂滤法，化学除磷法，活性炭吸附法，离子交换法和电渗析法等。深度处理：深度处理是三级处理的同义语，但两者又不完全相同，三级处理常用于二级处理之后。而深度处理则以污水回收、再利用为目的，在一级或二级处理后增加的处理工艺。二、污水处理系统 城市污水和工业企业生产污水中的污染物是多种多样的，往往需要采用几种处理方法的组合，才能处理不同性质的污染物与污泥，达到净化的目的与排放标准。1、水中杂质与处理方法去除粗粒固体去除悬浮固体去除溶解的有机物去除氮去除磷废水筛除（格栅、筛网）沉淀、浮升（上浮、气

57、浮）稳定池活性污泥法生物膜法曝气塘厌氧接触法氨吹脱生物脱氮化学沉淀生物除磷1、水中杂质与处理方法（续1）去除细悬浮固体去除微量有机物去除溶解的无机物消毒污泥处理及处置过滤活性炭吸附电渗析离子交换蒸馏结冰萃取反渗透海水淡化氯化照射臭氧浓缩离心真空过滤淘洗照射消化湿燃烧干燃烧土地处理海洋处理1、水中杂质与处理方法（续2） 以上方法实际上基本代表了水处理可能采用的全部方法，而其中大部分方法，一般情况下并不采用。 上图也可看作是一个水处理流程，其中的去除粗粒固体、去除悬浮固体、去除溶解的有机物及消毒四步连起来即组成了常规的生化处理流程。如果对沉淀加上混凝，连同过滤、消毒几步即组成了一个常规的给水处理流

58、程。2、城市污水处理典型流程格栅沉砂池初沉池生物处理构筑物或设备二沉池消化池投配池浓缩池二次浓缩脱水消毒干污泥城市污水出水三级或深度处理or污泥处理剩余污泥回流活性污泥污泥（拦截漂浮物）（沉无机砂粒）（降解有机物）有机、无机可沉一级处理（物理处理）二级处理（生物处理） （某一种方法技术,某一个处理单元并不能完全达到净化污水的目的，需要由多个处理单元组成的处理系统处理流程）2、城市污水处理典型流程（续）一级处理：基本原理属物理法，去除悬浮状态的固体污染物质。二级处理：生物法，去除胶体的和溶解的有机物，现发展成为包括 脱氮、除磷。 深度处理：以污水回用为目的 三级处理：置于二级处理之后同义，但不完

59、全同处理方法有：脱氮除磷、混凝沉淀、砂滤、活性炭吸附、离子交换和电渗析等。3、工业污水处理流程 对城市污水有典型流程(水质,水量相对稳定,处理工艺较为成熟); 对工业污水由于其水质、水量的不同, 处理流程随水质、水量变化较大。 选用流程的原则：先易后难，先简后繁。 对于某种污水，采用那几种方法组成系统，要根据污水的水质、水量，回收其中有用物的可能性，受纳水体的具体条件，并结合调查研究与技术经济比较后决定，必要时还需进行试验。 第一章小结 污水污水处理厂(站)达到污水综合排放标准水体(水环境质量标准)排放污水的性质,特征污染指标及特征,水污染及其危害水体自净污水处理第二章 物理处理法 污水物理处

60、理法(一级处理)的去除对象是漂浮物,悬浮物质,以减轻后续生物处理法的负荷与困难. 采用的处理方法与设备主要有筛滤截留法(筛网,格栅,滤池与微滤机等),重力分离法(沉砂池,沉淀池,隔油池与气浮池等),离心分离法(离心机与旋流分离器等)本章内容提要：主要介绍的处理构筑物有格栅、沉砂池和沉淀池。要求掌握各处理构筑物的工作原理、构造及其设计计算。2.1 格栅一、作用：截留大块的漂浮物，以免缠绕、堵塞水泵叶轮及沉淀池的排泥管。(北校区泵站) 分类平面格栅(P.55,Fig3-1)曲面格栅(P.56,Fig3-3) 格栅粗格栅，净间距50100mm中格栅，净间距1040mm细格栅，净间距310mm二、基本