水污染与治理(第一章)

第二章水污染与治理2.1水污染治理的一般概念2.1.1水资源现状2.1.2水体污染源与污染物2.1.3水质指标与排放标准2.1.4水循环与水体自净2.1.5水污染治理的一般过程2.1.1水资源现状由于陆地水资源分布与人口分布的不一致，以及地理条件限制等原因，可供利用的水资源远远少于以上比例。例如：北京市人均可利用水资源只有300m3,远小于上述人均值。14.1亿立方公里人均2.35亿m3人均1万2千m3我国水资源特点1.

人均占有量少淡水总量在全世界占第6位。但人均占有量只有2340m3/人年（以12亿人口计），是世界平均值的1/4，占88位。

2.

空间分布不均81％的水资源分布在长江流域及其以南东南地区降水量可达1600mm，造成涝灾西北地区降水只有500mm，少的地区不到200mm3.

年内及年际变化大60－80％降水集中在夏季；年际变化差3－6倍（大时）

4.

许多地区缺水严重三北（西北、华北、东北）和沿海（青岛、大连）在640个城市中，300多个城市缺水,但同时水污染问题严重。我国的水污染现状污水处理率低：污水年排放排放量接近400亿m3。工业废水处理率约80％，达标排放的只有60％城市污水处理率<60％90％以上的城市水域受到污染。特别严重的水系：三河：淮河、海河、辽河。湖泊富营养化严重：滇池、巢湖、太湖50％左右地下水水质受到污染50％以上的重点城镇饮用水源不符合标准

2.1.2水体污染源与污染物污染源工业废水城市生活废水交通运输污染养殖业污染农业、农村面源污染

水体污染物固体污染物—悬浮物危害：沉淀后产生污泥淤积降低水体透光度，降低水体生物活性及生物量,危害水生生物，特别是水生动物衡量指标：悬浮颗粒物SS(suspendedsolid)测量标准：0.45微米滤膜过滤截留耗氧（或需氧）有机物容易被微生物分解的动植物残骸或代谢物等。由于其快速分解耗尽水体中的溶解氧，导致水体好氧生物死亡，厌氧生物继发性占优势地位，于是有机物厌氧分解产生有毒气、液产物，继而毒害其他水生动植物。无机物营养物质一般指N、P等营养元素。如果水体中营养元素超标，在适当条件下会导致光合细菌爆发，继后大量死亡分解，耗尽水体溶解氧，导致水体失衡甚至死亡。该现象称之为富营养化现象。富营养化越来越被发现是一项难于解决的重要环境问题。毒性物质无机毒物：重金属（Hg,Cd,Cr,As,

Pt)有机毒物：有机农药，多氯联苯、稠环芳烃、卤代酚、杂环化合物其它无机毒物（亚硝酸盐、氟化物）生物污染物病毒、细菌、寄生虫等油脂类污染物石油及其产品污染称为第一类水体污染物，为严格控制的水质指标2.1.3水质指标与标准常用废水水质指标物理性质：色度，水温，浊度，悬浮颗粒化学性质：pH、有机物、耗氧量（DO）、溶解性固体、有毒物、NH3-N、TN、TP有机物综合指标：生物需氧量（BOD）、化学需氧量（COD）、TOD（总需氧量）单项指标：重金属含量等生物学指标：细菌总数、大肠菌数

几个常见的简化表示说明:SS(SuspendedSolid)DO(DssolvedOxygen)BOD(Bio-chemicalOxygenDemand)COD(ChemicalOxygenDemand)TOD(TotalOxygenDemand)TN（TotalNitrogen)TP(TotalPhosphorus)其他水质指标（略）地表水环境质量标准污水排放质量标准污水综合排放标准各种工业污水排放标准饮用水质量标准农田灌溉用水水质标准水质标准地表水环境质量标准（GHZB1-1999）

水体分类：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、鱼虾产卵区；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用水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区域劣V类低于以上五类标准的天然水体。污水排放质量标准污水综合排放标准各种工业污水排放标准污水综合排放标准（GB8978－1996）将污染物分成两类：

I类（13项）对人体健康产生长远影响，不允许稀释，一律执行严格标准

II类（56项）长远影响小于I类按排放区域不同执行不同的标准。

第一类污染物最高允许排放浓度2.1.4水循环与水体自净水的自然循环水体自净概念：进入水体的污染物，通过自然界的物理、化学和生物等方面作用，使污染物浓度逐步降低，经过一段时间后，水体恢复到受污染之前的状态。机理：物理过程：扩散、稀释、沉淀、混合等化学或物化过程：氧化、还原、分解、中和、吸附等生化及生物过程：微生物氧化分解有机物典型城市污水处理系统流程废水的三级处理系统一级处理系统：主要解决悬浮固体、胶体、悬浮油类等污染物质的分离。主要处理方法有：格栅、沉淀、过滤、混凝等。二级处理系统：主要解决可分解或氧化的呈胶状或溶解状的有机污染物的去除问题，多采用较为经济的生物化学处理法。三级处理系统：主要用以处理难以分解的有机物和溶液中的无机物等污染物。处理方法一般有：吸附、消毒、离子交换、膜过滤、化学处理法等。城市污水处理系统组成（1）格栅：废水进入处理厂遇到的第一个设施通常就是格栅。目的：去除会阻塞或卡住泵、阀及其它机械设备的大颗粒物质，下水道废水中的破布、木材及其它颗粒较大的物质被格栅去除。以机械方式清除格栅上的拦截物。定期填埋。格栅的种类有粗隙栅（间隙大于40mm）、细隙栅（间隙5～40mm),从清渣方式上分为人工清渣与机械清渣，一般机械清渣格栅的间隙范围在5～40mm。城市污水处理系统（2）沉沙池：目的：去除惰性的、较重的物质，如沙子、碎玻璃、淤泥及卵石。若这些物质在废水中未被去除，将会磨损泵及其它机械设备。初沉池：经过格栅与沉砂池后，废水中仍含有较轻的有机悬浮固体，其中一部分可在沉淀池中通过重力沉降除去，沉淀下来的固体称为初沉池污泥（rawsludge）。可利用机械刮除器或泵从沉淀池中去除，再进一步处理。城市污水处理系统（3）生化系统：将废水与活性污泥（微生物）混合搅拌（厌氧或者好氧），使废水中的有机污染物分解，生物固体随后从已处理废水中分离，并可根据需要将部分污泥回流到曝气池中。微生物与有机物完全混合，微生物利用有机物为食物而生长。微生物通过自身作用，单个微生物就会凝聚而形成微生物团块（生物絮体），称为污泥（活性和颗粒）城市污水处理系统（3）二次沉淀池：曝气池中活性污泥和废水混合液从曝气池流到二次沉淀池，以使活性污泥沉降下来。二沉池中大部分的沉淀污泥又回流到曝气池中，以维持较高的微生物浓度，快速去除有机物。该工艺中污泥产生量通常多于需要量，多余的污泥排放到污泥处理系统中被进一步处置或利用。城市污水处理系统（4）三级处理单元虽然二级处理加上消毒工艺可去除85%以上的BOD5和悬浮固体以及几乎所有的致病菌,但对氮、磷、溶解性COD、重金属等污染物的去除较少。在许多情况下，这些污染物可能更令人关心。无法在二级处理中去除的污染物可以通过三级废水处理或高级废水处理过程去除。这些工艺除了可以解决不易处理的污染问题外，还可改善出水水质，以满足许多回用的目的，将废水转变为可再利用的资源。深度处理单元往往由于三级出水的使用目的及达标标准而有很大的不同。例如对富营养化物质N、P的去除就可能选用生物强化脱氮除磷，也可能选择化学沉淀或吸附工艺。

水处理与水工业水工业概念水工业包含了从事水的开采、净化、供给、保护和再生的一条龙模式。是经过多次检验的行之有效的，既使水资源合理利用，又能够保护水资源免遭破坏的“水的可持续利用与保护”的良性开发模式。

水处理与水工业水处理在水工业链条中的作用给水处理：天然水源水――》净化处理——》生活用水＋生产用水废水处理：生活／工业废水――》净化处理――》排放到环境中(或回用)水处理与水工业水的梯级利用与水再生技术城市废水处理一般工艺单元过程：包括过滤、沉淀、反应（化学、生化）、氧化消毒等，可归类为物理过程、化学过程、物化过程、生化过程。第二章水污染与治理

2.2废水物理处理方法与过程2.2.1调节2.2.2过滤2.2.3沉淀2.2.4气浮

2.2废水物理处理方法2.2.1调节由于废水流量在时间分布的差异及浓度分布的差异，在进入废水处理过程之前往往需要设置调节池。调节池的目的为保证污水处理单元的进水流量与污染物浓度变化尽量平缓。0:006:0012:0018:0024:00废水流量平均日流量调节池式型

调节池型式多样，其中一种如下图所示特点：两路相对水流行走路径长短不等，等于不同时刻的来水进行混合。池底设有重力沉渣收集斗，便于清除污泥。调节池的均量均量调节池的目的是在进水流量不稳定条件下，保证出水流量稳定，这就涉及到均量池的大小设计问题。以下举例讲解：24小时进水流量曲线累积进水量与池中水量曲线均量调节池的容积计算：1、为保证出水稳定，在0时刻，池中至少应存有前18小时的累积最大负流量偏差体积；图中该值为220m3。2、在24时存水与0时存水为同一点情况下，推算之前6小时内的最大累积正流量偏差体积；图中该值为90m3。3、该调节池的最小体积为：220+90=310m3。均量调节池流程调节池的均质均质的目的：保证后续反应器进水（调节池出水）在一个较为恒定的操作条件下，以便后续反应能够正常进行。均质池的计算：

简单均质池的物料衡算

其中：V为均质池容积，Q为进出水流量，C1、C2分别为进出水浓度。调节池的均量均质实际调节池出水的平均浓度计算

其中：Ci为ΔTi时段废水平均浓度，qi为Δ

Ti时段废水平均流量，其中ΔT＝ΣΔTi调节池容积计算：

V＝qΔT／λ=Σ(qiΔ

Ti)／λ

其中λ为容积利用系数。对于示例调节池型式，λ＝2×0.7例题已知某化工厂的酸性废水的日平均流量为1000m3/d,废水流量及盐酸浓度如下表，求6h的平均浓度及调节池容量解：由表作图可以看出，废水流量及浓度的较高时间段在12－18h之间。此6h的废水平均浓度为：

采用前述调节池型式，调节池容积为：

取调节池有效水深1.5m，则面积137m2,

取池宽9m，池长15m，纵向隔板间距1.5m，将池宽分为6格，沿长度方向设3个沉渣斗，宽度方向设2个沉渣斗，共设6个沉渣斗。沉渣斗底坡角度取45。。均质调节池的形式2.2.2过滤格栅与筛网过滤格栅间隙尺寸：5－75mm筛网孔隙尺寸：<5mm作用与功能：去除较大颗粒固体，减轻后续处理负荷；回收部分有用物质；保护水力输送机械免受破坏。粗格栅耙式铰链传动除渣细格栅螺旋式除渣滤料过滤作用：去除浊度，浊度<5度，同时可去除一部分细菌、病毒机理：表层细砂层粒径为0.5mm，滤料孔隙率为80um，但进入滤池的颗粒尺寸大部分小于30um，但仍能被去除。不光是简单的机械筛滤，还有接触粘附的作用。主要有两个过程：迁移和粘附

应用：•给水处理原水－混凝沉淀/澄清－过滤原水－微絮凝－过滤（微絮凝过滤）原水－加药－过滤（接触过滤）•废水处理原水－生物处理－过滤过滤罐2.2.3沉淀沉淀原理利用颗粒与水的密度之差，比重>1，下沉； 比重<1，上浮水处理中沉淀类型自由沉淀：离散颗粒、在沉淀过程中，下沉速度不受干扰（沉砂池、初沉池前期）絮凝沉淀：絮凝性颗粒，在沉淀过程中沉速增加（互相粘结）（初沉池后期、二沉池前期、给水混凝沉淀）拥挤沉淀：颗粒浓度大，相互间发生干扰，分层（高浊水、二沉池、污泥浓缩池）压缩沉淀：颗粒间相互挤压，下层颗粒间的水在上层颗粒的重力下挤出，污泥得到浓缩应用场合给水处理――混凝沉淀，高浊预沉废水处理――沉砂池（去除无机物）初沉池（去除悬浮有机物）二沉池（活性污泥与水分离）

沉淀池分类平流式

辐流式竖流式斜板式沉淀区设计需要了解两个重要参数：絮体沉降速率Vs和沉降池运行的设计速率V0。颗粒向下沉降的同时，水流垂直地上升。颗粒从沉降池底部去除而不会随出水流走的条件：Vs>V0。设计中需要确定颗粒的沉降速率，并将溢流率设定为较低的数值。对于上流式沉降池，V0=50%~70%Vs。V1VsV0Vs流速Q，颗粒+液体沉淀颗粒V0=Q/As表面积As液体上流式沉淀池中的沉降情况V0-水流速率；Vs-颗粒的最终沉降速率辐流式沉淀池

重要设计指标：溢流率（overflowrate）：水的上升速率，有时也称为表面负荷率，单位为m3/(d•m2)，表示单位面积上的流量（m3/d）。可以看成每天每平方米的沉淀池表面积上所流经的水量，与负荷类似。与液体速率相同（m/s）。平流式沉淀池理想的平流式沉淀池符合以下三个假设：①颗粒与水流的流速均匀地分布在沉淀池截面上；②颗粒均匀分布，沉速不变，等速下沉，水平分速等于v；③任何颗粒只要接触到池底就认为被去除。理想的平流式沉淀池中颗粒去除情况假设一颗粒在A点，若要将其从水中去除，则该颗粒需要有足够大的沉降速度，以确保在水流通过沉淀池的停留时间内能够到达沉淀池的底部，即沉降速度至少应该等于沉淀池的深度除以停留时间：Vs=h/t0。颗粒的沉降速率必须大于或等于沉降池的溢流率。当颗粒沉降速率Vs大于或等于溢流率V0时，如果沉淀池深度较大时则沉降速率等于V0的颗粒将无法完全去除。不过在较低深度处进入沉淀池的颗粒，可以到达底部，所以会发生部分去除的现象。hlVlVsA沉淀池计算示例某水处理厂的设计流量为0.5m3/s，设计溢流率为32.5m3/(dm2)，确定沉淀池的表面积。假设典型溢流设计值为20m3/(dm2)，计算沉淀池的表面积，并将这两个值进行比较。停留时间为95分钟，确定沉淀池的深度。解：（1）计算表面积：首先换算流量单位：0.5m3/s=43200m3/d；As=Q/V0=43200/32.5=1330m2。一般沉淀池的长宽比介于2：1~5：1之间，而长度很少超过100米。一般情况下，最少设计2个沉淀池。若按照2个池设计，假定池宽12米，总表面积为1330m2：1330m2/(2*12m)=55m。长宽比为55m/12m=4~5，符合一般沉淀池长宽比要求。（2）确定沉淀池的深度：沉淀区的总体积：V=Qt