第一章污水水质和污水出路

水污染控制工程主讲教师：翁觅离2014年2月主要任务：研究预防和治理水体污染，保护和改善水环境质量，合理利用水资源以及提供不同用途和要求的用水的工艺技术和工程措施。主要研究领域：水体自净及其利用；城市污水处理与利用；工业废水处理与利用；给水净化处理；城市、区域和水系的水污染综合整治；水环境质量标准和废水排放标准。教材：《水污染控制工程》高庭耀，顾国维，周琪.高等教育出版社参考书籍：《废水处理工程》，唐受印，化学工业出版社《当代给水与废水处理原理》，许保玖，高等教育出版社《水处理构筑物设计与计算》，尹士君，化学工业出版社《污泥处理》，金儒霖，中国建筑工业出版社《水处理工程师手册》，唐受印，化学工业出版社杂志：《中国给水排水》、《给水排水》、《环境科学》、《环境科学学报》、《中国环境科学》等第一节污水性质与污染指标第二节污染物在水体环境中的迁移与转化第三节污水出路与排放标准第一章

污水水质和污水出路知识目标

了解污染物在水体中的迁移与转化，了解污水出路，了解水污染净化的基本原则和方法。能力目标

理解水体的自净作用，掌握污水水质指标及污水排放标准。一、历史回顾总的印象：任意排放随意修建规划修建第一节水污染控制工程沿革、现状与发展趋势公元前3750年：公元前2600年：公元前80年：印度Nippur修拱型下水道巴格达附近阿斯马尔城修下水道古罗马修建巨大下水道无进展。未考虑地下水污染，城市附近水体污染。霍乱、伤寒、痢疾流行国外公元20世纪初：欧洲完成了下水道系统。并开始对所排污水进行处理，建立了污水处理设施。如美国在1915年时大城市均完成了下水道系统。公元1800年：瘟疫猖獗公元19世纪初：（1800-1820年左右）英国、德国、法国、美国开始规划进行排水管道系统，并有了一些处理方法（氧化塘，污灌等）欧洲污水处理设施氧化塘污灌物理处理二级处理，甚至三级处理公元前3世纪：秦朝时有了排水管道（阿房宫）但规模小由于我国城市化，工业化进程慢、程度低，至今还处于完善排水系统初步有所处理的阶段真正的污水处理是近30年的事情。我国污水处理任重道远我国初期雨水工业废水城镇污水生活废水第二节污水性质与污染指标二、水污染1、水与水体概念的区分在环境学中，水体包括了水本身及其中存在的悬浮物、胶体、溶解物、水生生物和底泥等完整的生态系统。2、水体污染自然水体受到来自废水、大气、固体废物中污染物的污染——水污染（简单定义）水体污染是指排入水体的污染物在数量上超过了该物质在水体中的本底含量和水体环境容量，从而导致了水体的物理、化学及微生物特性发生变化，破坏了水中固有的生态系统，破坏了水体的功能及其在经济发展和人民生活中的作用。3、水污染现状污水处理率低：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（安徽）、太湖（江苏）50％左右地下水水质受到污染三、污水性质与污染指标物理性指标加速耗氧反应，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色度固体物质工业废水常引起水体热污染悬浮固体物质嗅和味温度化学性指标有机物指标无机性指标生物化学需氧量（BOD）化学需氧量（COD）

总有机碳（TOC）与总需氧量（TOD）

油类污染物

酚类污染物

植物营养元素

pH值

重金属

化学性指标有机物有机物指标用于测定水中有机污染物成分。生活污水中有大量有机物，主要是：人体排泄物、洗涤污物食物残屑等各种工业废水中的有机物有动植物纤维、油脂、糖类、染料有机酸、各种有机合成工业品、有机原料、废物等有机物危害：消耗溶解氧、恶化水质、破坏水体；抑制水生生物、破坏水生生态；滋生微生物，传播疾病；有毒有机物直接危害人体健康和水生生物生长。有机物种类繁杂，很难逐个测定，利用共性，某指标间接反映易被氧化：生物氧化、化学氧化、燃烧氧化根据主要元素含量来反映：总有机碳、总氮、总磷、总硫等化学性指标有机物生化需氧量（BOD）反映了在有氧的条件下，水中可生物降解的有机物的量主要污染特性（以mg/L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；第二阶段主要是氨被转化为亚硝酸盐和硝酸盐。污水的生化需氧量通常只指第一阶段有机物生物氧化所需的氧量，全部生物氧化需要20天－100天完成。实际中，常以5天作为测定生化需氧量的标准时间，称五日生化需氧量（BOD5）通常以20°C为测定的标准温度。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）BOD测定注意事项：一般采用稀释法：降低有机物浓度，保证充足的溶解氧蒸馏水、无机营养盐、确定的pH。工业废水往往需要接种和驯化抑制硝化耗氧时，可加入硝化抑制剂，如亚甲基蓝化学性指标有机物化学需氧量（COD）常用的氧化剂主要是重铬酸钾(K2Cr2O7)称CODCr和高锰酸钾(KMnO4)称CODMn或OC。酸性条件下，硫酸银作为催化剂，氧化性最强；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，则化学需氧量和生化需氧量之间应有一定的比例关系：生活污水通常在0.4-0.5。

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）2．化学需氧量(COD)氧化剂一般采用重铬酸钾。由于重铬酸钾氧化作用很强，所以能够较完全地氧化水中大部分有机物和无机性还原

物质(但不包括硝化所需的氧量)，此时化学需氧量用CODcr，或COD表示。如采用高锰酸钾作为氧化剂，则写作CODMn。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。在水质条件基本不变的条件下，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。3．总需氧量(TOD)有机物主要元素是C、H、O、N、S等。在高温下燃烧后，将分别产生CO2和H2O，所消耗的氧量称为总需氧量TOD。TOD的值一般大于COD的值。TOD的测定方法是：向氧含量已知的氧气流中注入定量的水样，并将其送入以铂为触媒的燃烧管中，在900℃高温下燃烧，水样中的有机物即被氧化。消耗掉氧气流中的氧气，剩余氧量可用电极测定并自动记录。氧气流原有氧量减去剩余氧量即得总需氧量TOD。TOD的测定仅需几分钟。污水有机物指标之间的关系需氧量TODCODcrBOD5CODMn化学性指标有机物油类污染物石油类：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。油类污染物进入海洋，改变海洋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。化学性指标有机物酚类污染物酚污染来源：煤气、焦化、石油化工、木材加工、合成树脂等工业废水原生质毒物，可使蛋白质凝固，引起神经系统中毒酚浓度低时，能影响鱼类的回游繁殖。酚浓度达0.1～0.2mg/L时，鱼肉有酚味。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（0.001mg/L即有异味，排放标准0.5mg/L）灌溉用水超过5mg/L时，农作物减产，甚至枯死化学性指标无机性指标过多的氮、磷进入天然水体易导致富营养化，导致水生植物尤其是藻类的大量繁殖，造成水中溶解氧的急剧变化，影响鱼类生存，并可能使某些湖泊由贫营养湖发展为沼泽和干地。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。一般要求处理后污水的pH值在6～9之间。当天然水体遭受酸碱污染时，pH值发生变化，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。碱度指水中能与强酸发生中和作用的全部物质，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。植物营养元素pH值和碱度重金属作为微量金属元素重金属的主要危害：生物毒性，抑制微生物生长，使蛋白质凝固；逐级富集至人体，影响人体健康4．无机非金属毒物重要的非金属毒物有砷、硒、氰、氟、硫、亚硝酸盐等。如砷中毒时能引起中枢神经紊乱，诱发皮肤癌等。亚硝酸盐在人体内还能与仲胺生成亚硝胺，具有强烈的致癌作用。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：各种病原体危害：传播疾病、影响卫生、导致水体缺氧来源及危害水中细菌总数反映了水体有机污染程度和受细菌污染的程度常以：细菌个数/毫升计如：饮用水：<100个/毫升

医院排水：<500个/毫升细菌总数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常以：大肠菌群数/升计如：饮用水：<3个/升城市排水：<10000个/升

游泳池：<1000个/升大肠菌群水质指标测定人们通常用水质指标来衡量水质的好坏或水体被污染的程度。

CODBODpH色度DOSS细菌有毒物质第三节污染物在水体环境中的迁移与转化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物理净化：稀释、扩散、沉淀化学净化：氧化、还原、分解生物净化：水中微生物对有机物的氧化分解作用竖向混合阶段：污染物排入河流后因分子扩散、湍流扩散、弥散作用逐步向河水中分散，由于一般河流的深度与宽度相比较小，所以首先在深度方向上达到浓度分布均匀，从排放口到深度上达到浓度分布均匀的阶段称为竖向混合阶段，同时也存在横向混合作用。横向混合阶段：当深度上达到浓度分布均匀后，在横向上还存在混合过程。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，这一过程称为横向混合阶段。断面充分混合后阶段：在横向混合阶段后，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将不再变化，非持久性污染物浓度将不断减少。污水排入河流的混合过程水体的自净作用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：式中：ρ-排放口下游河水的污染物浓度ρw，qvw-污水的污染物浓度和流量ρh,qvh-上游河水的污染物浓度和流量

河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的分解作用不断减少。根据质量守恒原理其变化过程可用下式描述：式中：u-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K－污染物分解速度常数ρ0－初始点的污染物浓度ρ－x断面处的污染物浓度非持久性污染物的稀释扩散和降解水体污染与恢复氧垂曲线：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。有机物降解：有机物含量时间或距离氧垂曲线的求解：亏氧量某点处的氧不足量变化速率是该处耗氧速率和复氧速率之和：求解得某点的亏氧量：某点的溶解氧ρc=ρcs-ρD到达最缺氧点时间dρD/dt=0：氧垂曲线污染物在河流中的扩散和分解受到河流的流量、流速、水深等因素影响。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，对污染物的稀释、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，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第四节污水出路工业利用污水的最终出路排放水体市政回用污水回用的几个主要方向对人体健康不应产生不良影响对环境质量和生态系统不应产生不良影响对产品质量不应产生不良影响应符合应用对象对水质的要求或标准应为使用者和公众所接受回用系统在技术上可行、操作简便价格应比自来水低廉应有安全使用的保障污水回用应满足的要求城市污水回用的几个方面城市生活用水和市政用水农业、林业、渔业和畜牧业地下水回灌其他方面工业城市绿地灌溉供水市政与建筑用水城市景观工艺生产用水冷却用水锅炉补充水其他杂用水5.1.2地表水功能区划Ⅰ类源头水Ⅱ类水源地一级保护区及生物栖息、繁殖场所Ⅲ类：水源地二级保护区、生物活动的重要场所及游泳区；Ⅳ类：一般工业用水及人体非直接接触的娱乐用水区；Ⅴ类：农业用水区及一般景观要求水域。浙江省水功能区分为保护区、