水-第1章绪论2学时

1水污染控制工程课程类别:必修学时:64授课教师:路明义授课对象:环工11.1~2E-mail：Mobile：2课时分配（64学时）第1章绪论2学时第2章污水的物理处理方法10学时第3章废水生物处理基本概念和生化反应动力学基础4学时第4章活性污泥法16学时第5章生物膜法6学时第6章稳定塘和污水的土地处理自学第7章污水的厌氧生物处理4学时第8章污水的化学与物理化学处理12学时第9章城市污水回用2学时第10章污泥的处理与处置4学时第11章污水处理厂设计4学时3主要参考资料[1]高延耀，水污染控制工程（下册），高等教育出版社，2007年。[2]顾夏声等，水处理工程，清华大学出版社，1985年。[3]张希衡等，废水治理工程，冶金工业出版社，1993年。[4]王宝贞，水污染控制工程，高等教育出版社，1989年。[5]MogenHenze.PoulHarremoesJeslaCourJansen.ErikArvin.

，WastewaterTreatment

，Springer-Verlag.NewYork，2002。[6]张自杰等主编，排水工程下册.第四版，北京：中国建筑工业出版社，2000年[7]许保玖编著，当代给水与废水处理原理，北京：高等教育出版社，1990年[8]梅特卡夫和埃迪公司编，废水工程—处理﹑处置和回用，化学工业出版社，1986年。[9]W.W.埃肯费尔德著，工业水污染控制，中国建筑工业出版社，1992年。4基本要求：

1.了解水污染治理的基本概念和基本方法。

2.掌握废水处理的基本原理。

3.了解水污染治理的设计计算及主要配套设施。

4.能正确应用这些知识来分析和解决实际问题。闭卷考试。课程目的与教学要求5第1章绪

论Introduction1.1水循环L1.2废水与污水L

1.3废水水质L1.4污染物在水体环境中的迁移与转化L1.5废水水质控制L1.6城市废水处理的典型流程L

小结与作业L61.1水循环1.1.1自然界的水循环71.1.2水的社会循环81．2

废水与污水

废水:是指废弃外排的水，强调废弃的一面。“污水”是被污染物污染了的水，强调其脏的一面。91．2

废水与污水生活废水（domestic)人天饮食5升；洗涤、冲厕50–300升；工业废水

(industrial)据污染物的化学类别有机废水(organic)无机废水(inorganic）据废水的来源循环冷却水（工业水处理）生产废水城镇污水生活、工业、雨水初期雨水分流制农业生产废水越来越重要10废水种类废水来源重金属废水放射性废水含铬废水含氰废水含油废水含酚废水硝基苯类废水有机废水含砷废水酸性废水碱性废水采矿、冶炼、金属处理、电镀、电池、特种玻璃及化工等工业铀、钍、镭矿的开采加工、核动力站运转、医院同位素试验室等采矿冶炼、电镀、制革、颜料、催化剂等工业电镀、提取金银、选矿、煤气洗涤、焦化、金属清洗、有机玻璃等炼油、机械厂、选矿厂及食品厂等焦化、炼油、化工、煤气、染料、木材防腐、塑料、合成树脂等染料工业、炸药生产等化工、酿造、食品、造纸等制药、农药、化工、化肥、采矿、冶炼、涂料、玻璃等化工、矿山、金属酸洗、电镀、钢铁等制碱、造纸、印染、化纤、制革、化工、炼油等按污染物的类别11按废水产生的工艺焦化厂(coking)酚类、苯类、氰化物、硫化物、焦油、呲啶、氨等化肥厂酚类、苯类、氰化物、铜、汞、氟、碱、氨电镀厂氰化物、铬、锌、铜、镉、镍等；化工厂汞,铅,氰化物、砷、萘、苯、硫化物、硝基化合物酸,碱石油化工厂油、氰化物、砷、吡啶、芳烃、酸、碱等；合成橡胶厂氯丁二烯、二氯丁烯、丁间二烯、苯、二甲苯等树脂厂甲酚、甲醛、汞、苯乙烯、氯乙烯等；化纤厂二硫化碳、胺类、酮类、丙烯腈、乙二醇等；纺织厂硫化物、纤维素、洗涤剂等；皮革厂硫化物、碱、铬、甲酸、醛、洗涤剂等；造纸厂碱、木质素、硫化物、氰化物、汞、酚类等；农药厂各种农药、苯、氯、醛、氯苯、磷、砷、氟、铅、酸、碱等油漆厂酚、苯、甲醛、铅、锰、铬、钴等；钢铁厂氰化物、酚、呲啶、酸等；有色冶金厂氰化物、氟化物、硼、锰、铜、锌、铅、镉、锗及稀有金属等；121.3废水水质国际通用三大类指标：物理性指标化学性指标生物性指标固体污染物感官污染物温度、色度、嗅、味、浑浊度、透明度热污染物需氧污染物油类污染物有毒污染物：无机、有机、放射营养污染物酸碱污染物生物污染物我拿什么来表达你？—

污水131.3水质（分析指标）物理性指标金属化合物或有机化合物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溶解氧减少热污染色度固体物质嗅和味温度14水和污水中杂质颗粒分布15水

和

污

水

中

固

体

成

分

的

内

部

相

关

性

16总固体，720悬浮固体，220溶解固体，500可沉，160不可沉，60有机，120无机，40有机，45无机，15有机，40无机，10有机，160无机，290胶体，50分子，450生活污水中各部分固体的组成（单位mg/L）0.45μm2小时100°C17化学性指标有机物（需氧污染物）化学需氧量（COD）

重铬酸钾K2Cr2O7

（称CODCr)

高锰酸钾KMnO4(称CODMn或OC)。

无机的还原性物质同样被氧化；COD:ChemicalOxygenDemand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（O2）（mg/L）18化学性指标有机物生化需氧量（BOD）有氧条件下，水中可生物降解的有机物的量。

B/C：生活污水0.4~0.5。主要污染特性（以mg/L为单位）第一阶段有机物被转化成二氧化碳、水和氨；第二阶段氨被转化为亚硝酸盐和硝酸盐。通常只指第一阶段，全部生物氧化需要20天－100天完成。实际中，BOD5。BOD:BiologicalOxygenDemand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℃，5天）19BOD与CBOD、NBODBODL与BOD520化学性指标有机物总有机碳（TOC）和总需氧量（TOD）

TOC:TotalOrganismCarbon

在950℃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CO2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

各种水质之间TOC或TOD与BOD不存在固定的相关关系。水质条件基本不变，BOD与TOC或TOD之间存在一定的相关关系。

TOD:TotalOxygenDemand

在900~950℃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。21污水有机物指标之间的关系有机碳量需氧量TOCThOCThODTODCODcrBODLBOD5CODMn22化学性指标有机物油类污染物

石油类：

动植物油脂：

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的蒸发，影响大气和水体的热交换。

改变海水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，从而降低水体的自净能力。

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。23化学性指标有机物酚类污染物

焦化、炼油、化工、煤气、染料、木材防腐、塑料、合成树脂等

影响水产品的产量和质量。浓度低时影响鱼类的回游繁殖；浓度0.1~0.2mg/L时鱼肉有酚味；浓度高时鱼类死亡抑制水中微生物的自然生长速度。24化学性指标无机性指标植物营养元素pH和碱度重金属过多的氮、磷导致富营养化重金属主要指汞、镉、铅、铬、镍，以及类金属砷等生物毒性显著的元素，一般指序号21－83，比重大于4的金属，也包括具有一定毒害性的一般重金属，如锌、铜、钴、锡等。处理后6～9。消灭或抑制水体中生物生长，妨碍水体自净，腐蚀船舶。碱度：与强酸定量作用的物质总量，三类：氢氧化物碱度；碳酸盐碱度；重碳酸盐碱度。密度大于4的金属称为重金属（heavymetals)。Hg、Cr、Cd、Pb、As等五毒。离子状态毒性最大，随价态不同。如Cr6+>Cr3+，但As3+>As5+；富集25生物性指标生活污水：肠道传染病、肝炎病毒、SARS、寄生虫卵等制革屠宰等工业废水：炭疽杆菌、钩端螺旋体等医院污水：各种病原体来源水体有机污染程度和受细菌污染的程度细菌个数/毫升如：饮用水：<100个/毫升医院排水：<500个/毫升细菌总数被粪便污染的程度大肠菌群数/升如：饮用水：100毫升水不得检出城市排水：<10000个/升游泳池：<1000个/升大肠菌群26融会贯通各水质指标间的关系有机氮——蛋白质、氨基酸、尿素等含氮有机物总量。27从几个水质标准看水处理工程的任务几种水质标准中主要指标浓度值（mg/L）主要指标CODcrBOD5SSNH3-NTP一般城市污水250－300100－150150-20030（TKN:40）4-5城镇排放标准GB189182002一A5010105（8）1一B6020208（15）1.5二级100303025（30）3三级1206050－5中水回用（冲厕）－10510－地表水I类<15<3无漂浮沉积物0.50.02II类<1530.50.1(0.025)III类15410.1(0.05)IV类20620.2V类251020.2一般景观用水CODmn：108透明>0.5m0.50.05生活饮用水感观性状与一般化学指标/毒理学指标/细菌学指标/放射性指标括号-水温12度281.4污染物在水体环境中的迁移与转化1.4.1水体的自净1.4.2河流水质模型简介1.4.3污染物在不同水体中的迁移转化规律291.4.1水体的自净作用污染物质在河水向下游流动中浓度自然降低的现象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：微生物对有机物的氧化分解作用301.4.2河流水质模型简介按时间特性分类，分动态模型和静态模型。按空间维数分类，分为零维、一维、二维、三维水质模型。按描述水质组分分类，分为单一组分和多组分的水质模型。31竖向混合阶段：由于深宽比较小，首先在深度上浓度分布均匀，同时也存在横向混合作用。横向混合阶段：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。断面充分混合后阶段：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不再变化，非持久性污染物浓度将不断减少。1.4.2.1污水排入河流的混合过程32水体的自净作用33河流的混合稀释模型均匀混合段混合段背景段

河水Q(m3/s)，原有污染物浓度为C1(mg／L)污染物浓度为C2

(mg／L)废水流量为q(m3/s)混合系数a，稀释比n定义混合过程段的污染物浓度Ci及混合段总长度L

混合过程段的混合系数a是河流沿程距离x的函数，参与混合的河水流量Qiα—水利条件341.4.2.2持久污染物的稀释扩散零维稀释混合模型：条件：河水流量与污水流量之比大于10~20不需考虑污水进入水体的混合距离完全混合后污染物浓度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35一维河流静态水质模型基本方程这是一个二阶线性常微分方程，可用特征多项式解法求解1.4.2.3非持久污染物的稀释扩散v-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。由于横断面上各点的实际流速不相等而引起K－污染物分解速度常数c0－初始点的污染物浓度c－x断面处的污染物浓度36忽略扩散项，沿程的坐标x=vt,dc/dt=-kc代入初始条件x=0,c=c0方程的解为零维、二维371）S-P模型基本方程及其解(Streeter-Phelps)用于描述一维稳态河流中的BOD-DO的变化规律。cL—河水中的BOD值，mg/L；cD—河水中的亏氧值，mg/L,cD=（cCS-cC）k1—河水中BOD衰减(耗氧)速度常数，1／d；k2—河水中的复氧速度常数，1／d；t—河水中的流行时间，

d。1.4.2.4水体的氧平衡（氧垂曲线）38边界条件解析解:cL，cL0——x和x=0处的河水BOD5浓度，mg/L;cD，cD0——x和x=0处的河水亏氧浓度，mg/L;cC，cC0——x和x=0处的河水溶解氧浓度，mg/L;cCS——河水饱和溶解氧浓度，mg/L;t——初始点至下游x断面处的河水流过时间，d，t=x/v。39临界点402）S-P模型的临界点和临界点氧浓度41在河流中受流量、流速、水深等影响。在河口受潮汐影响。湖泊水库的贮水量大，但水流较慢，稀释、扩散能力较弱。海洋有巨大的自净能力，但海湾或海域局部的纳污和自净能力差别很大。在地下水中受多种因素影响，一旦污染恢复非常困难。1.4.3污染物在不同水体中的迁移转化规律421．5废水水质控制思路：废水来源（水质水量）废水出路（排放标准）处理技术（流程）废水出路：排放水体、回用——工农业利用废水水质控制就是采取一定的技术措施，使废水中污染物的浓度降低到规定的水平。目的有三个：（a）满足废水再用对水质的要求；（b）满足有价物质回收工艺；（c）满足废水排放。

431．5废水水质控制1．5．1废水水质标准浓度标准排放总量指标。国家行业地方三类：水的环境质量标准用水水质标准废水排放标准44我国主要水质标准地表水环境质量标准（GB3838－2002）海水水质标准（GB3097-1997）生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）

渔业水质标准（GBll607-89）农田灌溉水质标准（GB5084-92）污水综合排放标准（GB8978-1996）城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918-2002

45

Ⅰ类：主要适用于源头水、国家自然保护区。

Ⅱ类：主要适用于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。

Ⅲ类：主要适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区、一般鱼类保护区及游泳区。

Ⅳ类：主要适用于一般工业区及人体非直接接触的娱乐用水区。

Ⅴ类：主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。五类水体地表水环境质量标准46标准分级

①排入GB3838Ⅲ类水域（划定的保护区和游泳区除外）和排入GB3097中二类海域的污水，执行一级标准。

②排入GB3838中Ⅳ、Ⅴ类水域和排入GB3097中三类海域的污水，执行二级标准。

③排入设置二级污水处理厂的城镇排水系统的污水，执行三级标准。

④排入未设置二级污水处理厂的城镇排水系统的污水，必须根据排水系统出水受纳水域的功能要求，分别执行①和②的规定。

⑤GB3838中Ⅰ、Ⅱ类水域和Ⅲ类水域中划定的保护区，GB3097中一类海域，禁止新建排污口，现有排污口应按水体功能要求，实行污染物总量控制，以保证受纳水体水质符合规定用途的水质标准。《中华人民共和国国家标准污水综合排放标准》GB8978-1996471．5废水水质控制1．5．2控制废水污染的途径

（1）改革生产工艺，严格控制污染源

（2）先处理后排放（3）加强废水处理技术的研究

（4）加强有关法律法规的制订和实施

（5）加强宣传教育提高全民的环境意识

481．5废水水质控制1．5．3废水处理方法简介

按废水中污染物的除去方式分离处理(separation)：一般不改变污染物的化学本性

转化处理(transformation)：稀释处理

(dilution)49污染物存在形式分离法技术离子态离子交换法、电解法、电渗析法、离子吸附法、离子浮选法分子态萃取法、结晶法、精馏法、浮选法、反渗透法、蒸发法胶体混凝法、气浮法、吸附法、过滤法悬浮物重力分离、离心分离法、磁力分离法、筛滤法、气浮法废水处理的分离法技术技术机理转化法技术化学转化中和法、氧化还原法、化学沉淀法、电化学法生物转化活性污泥法、生物膜法、厌氧生物处理法、生物塘法和氧化沟法废水治理的转化法技术50根据作用原理物理法:

悬浮性物质。沉降与气浮、隔截与过滤、离心分离与蒸发浓缩化学法:

胶体物质、溶解性物质等。化学沉淀与混凝法、中和法、氧化还原法。物理化学法:

溶解性物质。吸附法、萃取法、电解法、汽提法、吹脱法、膜分离法。生物化学法:

有机物、N、P。好氧活性污泥法、厌氧消化池法、生物膜法、天然生物治理法等。51按处理的程度一级处理(primary)：初级处理，L预处理，机械方法或简单化学方法,去除悬浮物质，中和、均衡，调节水质。筛滤、沉淀。达不到排放标准。

二级处理(secondary)：除去细小的或呈胶体态的悬浮物及有机物，生物处理技术。达标排放。

一般可除去90%左右的可被生物降解的有机物,90～95%的固体悬浮物以及80～95%BOD。L三级处理(tertiary)，高级(advanced)(或深度)处理：去除可溶性无机物、不能分解的有机物、病毒、病菌、磷、氮及其它杂质,回用、地面水或生活用水标准。混凝、过滤、离子交换、反渗透、超滤、消毒等。

L52城市污水处理厂的典型流程北京市酒仙桥污水处理厂一级处理二级处理53城市污水处理厂的典型流程污泥回流原废水粗细格栅进水泵房沉砂池初沉池曝气池二沉池接触池出水泥饼外运集泥井污泥回流泵房污泥浓缩池一级消化池二级消化池污泥脱水机房空气CL2或其它消毒剂絮凝剂上清液回流二级处理一级处理三级处理54废水处理程度的分级一级处理：

去除效果：EBOD

30%,ESS

50%

功能：

1）去除大颗粒状有机物，以减轻后续生物处理的负担；

2）调节水量、水质、水温等，有利于后续的生物处理。

主要方法：物化法，沉砂、沉淀、气浮、除油、中和、调节、加热或冷却等55废水的一级处理方法重力分离法(gravityseparation)阻力截留法(retaining)稀释法(dilution)中和法(neutralization)沉降法(sedimentation)上浮法(floating)格栅截留(barscreen)筛网截留(screen)粒状介质过滤(granularmediafiltration)56废水处理程度的分级二级处理：

去除效果：EBOD

85~90%，ESS

90%

功能：大量去除胶体状和溶解状有机物，保证出水达标排放

方法：各种形式的生物处理工艺57废水的二级处理方法气浮法(airflotation)混凝法(coagulation)萃取法(solventextraction)氧化还原法(oxidize-reduction)电解法(electrolysis)生物法(biotreatment)吹脱法(airstripping)汽提法(steamstripping)好氧法(aerobic)厌氧法(anaerobic)58废水处理程度的分级三级处理：

目的：去除二级处理出水中残存的SS、有机物，或脱色、杀菌，或脱氮、除磷——防止水体富营养化

方法：

物化法——超滤、混凝