第一章水污染控制工程概论

水污染控制技术大连理工大学出版社新世纪高职高专教材环境类课程规划教材定义：应用工程学的方法对水质进行控制以达到消除污染和恢复水的原有状态研究对象：水污染、水环境修复控制方法：物理、化学、生物等成果体现：工程（工艺）、装备（设备）第1章水污染控制概论第2章水的物理处理技术第3章水的化学处理技术第4章水的物理化学处理技术第5章水的生物处理技术第6章污泥处理技术第7章污水处理工程设计第8章污水处理厂的运行管理目录第1章水污染控制概论1.1水体污染1.2水质标准1.3水环境容量及水体自净1.4水污染控制的原则和方法水资源与水环境（补充）

（一）水资源1、水圈

－－地球表面和接近地球表面的各种形态水的总称。（或指地球上被水和冰雪所占有或覆盖而构成的圈层。）对流层顶－－深层地下水气态、液态、固态海洋：97.3%（咸水）冰川：2.1%（固体淡水）地下水：0.6%地表水：0.01%大气水和生物水：0.001%能够被人类直接利用的水不足1%水圈的构成

地球上水的分配比例地球上的水咸水97.2％冰雪．冰川77.2％地下水．土壤水22.4％湖泊．沼泽0.35％大气0.04％河流0.01％淡水2.8％2、淡水资源的短缺

1）储存量少、可利用的资源更少

水的总储量约为：1.38×109km3，淡水仅占2.59％，其中不到30％的淡水可用。

2）淡水资源的过量开采

3）降水量减少

雨林、森林的过度采伐；温室效应；臭氧层破坏等

3、我国水资源的特点：

1）水资源总量多，但人均占有量少；

2）地区分布不均匀；

3）季节分配不均，雨水集中程度高；

4）部分河流含沙量大；

5）水污染日益严重；

6）地下水开采过量。我国降雨量分布西安月降雨量分布第一节水体污染

一、天然水体水体——河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、冰川、海洋的总称。不仅包括水，还包括水中的悬浮物、底泥及水生生物等。水资源的循环指自然界中的水通过蒸发、凝结、降水(雪)、渗透和径流等作用而无终止地往复循环过程。

水循环自然界的水循环杂质来源：一是自然过程;如初期降水(包括雨、雷等)在到达地面之前对各种有害物质的溶入；水对地层矿物中某些易溶成分的溶解；水流对地表及河床冲刷所带入的泥砂和腐殖质；水中各类微生物、水生动植物繁殖及其死亡残骸等等。二是人为因素;生活污水及工业废水的污染。

1.天然水体中的杂质溶解气体

O2、CO2、H2S；N2、CH4、He

溶解物质主要离子：Cl－、CO32－、Na+等生物生成物：NH4+、NO3－、HPO42－等微量元素：Ni、Cu、Ti、U、Au、Ba、Rn等胶体物质无机胶体：Fe(OH)3、Al(OH)3

有机胶体：腐殖质悬浮物质

细菌；藻类及原生动物；泥土、黏土；其他不溶物质2.天然水体的性质江河水易受自然条件影响，水较混浊，细菌较多，含盐量和硬度较低。地下水因受地层渗滤过程的净化，水质较清，细菌较少，特别是深层井水细菌更少，但含盐量和硬度较高。湖泊及水库水水质与河水类似，但由于流动性小，贮存时间长，经过长期自然沉淀，一般浊度较低，多数含藻类较多。受风浪冲击后水质变化较大，受生活污水污染后易产生富营养化。

海水含盐量高，而且所含各种盐类或离子的重量比例基本一定，其中氯化物含量最高，约占总含量89%左右，硫化物次之，再次为碳酸盐，其它盐类含量极少。二、水体污染水体污染的概念（★）

水体因接受过多的杂质，超过了其自净能力，而导致其物理、化学及生物学特性改变和水质的恶化，从而影响水的有效利用，危害人体健康的现象称为水体污染。

三、水体污染源的类型1、水体污染源的含义和分类

1）水体污染源：指向水体排放污染物的场所、设备和装置等。

2）分类

按污染物的来源：

天然污染源、人为污染源（工业、农业、交通、生活等）

按排放污染物种类：

有机、无机、放射性、病原体等污染源，以及同时排放多种污染物的混合污染源

按排放污染物空间分布方式：

点源、非点源（面源）人为污染源的主要类型：（1）物理性污染如热污染、放射性污染（2）化学性污染无机污染：重金属污染、砷污染、氰化物污染、氮磷污染、酸碱盐污染有机污染：酚类化合物、苯类化合物、油类（3）生物性污染如病原体污染、霉素污染1.污水的来源（1）生活污水。是指居民在日常生活中排出的废水。生活污水的成分取决于居民的生活状况及生活习惯。如厨房污水、粪便污水、洗涤污水。生活污水中，有机物约占70％、无机物约占30％，同时含有大量的病菌和细菌，具有消耗环境氧量与传播疾病的危害。四、污水的性质及污染指标（2）工业废水是在生产过程中排出的废水。其成分主要决定于生产工艺过程和使用的原料，其中也包括高温而形成热污染的工业废水。

不同的工业生产产生不同性质的废水，同类工业采用不同的生产工艺过程，产生的废水也不相同。

生产废水：较清洁不经处理即可排放的废水

生产污水：污染较严重，必须经处理后方可排放（3）城市污水城市污水是排入城镇排水系统污水的总称，是生活污水和工业废水的混合液。我国多数城市污水均属此类。在合流制排水系统中，城市污水还包括降水。水质参数水质的表达方式分析其组分制定和检测能表明其特性的参数天然水的水质参数色、嗅和味、溶解固体、总固体、硬度反映天然水体被城市污水所污染的参数(★★)5天的生化需氧量、化学需氧量、溶解氧、大肠(杆)菌类。2．污水的物理性质及指标

（1）水温生活污水一般在10～20℃之间；许多工业排出的废水温度较高。水温升高影响水生生物的生存，水中的溶解氧随水温的升高而减小；加速了污水中好氧微生物的耗氧速度，导致水体处于缺氧和无氧状态，使水质恶化。（2）色度生活污水的颜色一般呈灰色。工业废水则由于工矿企业的不同，色度差异较大，如印染、造纸等生产污水色度很高。（3）嗅味生活污水的嗅味主要由有机物腐败产生的气体造成，主要来源于还原性硫和氮的化合物，工业废水的嗅味主要由挥发性化合物造成。（4）固体含量水中所有残渣的总和为总固体（TS），其测定方法是将一定量水样在105～110℃烘箱中烘干至恒重，所得含量即为总固体量。TS溶解物质DS悬浮固体SS挥发性VSS：有机质（70%）非挥发性NVSS：无机质3．污水的化学性质及指标（1）无机物指标氮、磷：植物的营养物质，能使水体产生富营养化现象。

无机盐类：主要指污水中的硫酸盐，氯化物和氰化物等。

重金属离子：主要有汞、镉、铅、铬、锌、铜、镍、锡等。重金属离子以离子状态存在时毒性最大，这些离子不能被生物降解，通常可以通过食物链在动物或人体内富集，产生中毒现象。酸碱污染物：水中的酸碱度以pH值反映其含量。酸性废水的危害在于有较大的腐蚀性；碱性废水易产生泡沫，使土壤盐碱化。（2）有机物指标

又称耗氧有机污染物主要包括碳水化合物、蛋白质、脂肪等天然有机物、有机酸碱、表面活性剂等。性质：自然环境中极不稳定，可被生物氧化分解，分解时消耗水中的溶解氧。污染评价指标：★BOD---生化需氧量

★COD---化学需氧量

★TOD---总需氧量

★TOC---总有机碳★生化需氧量(BOD)定义：在一定条件下，好氧微生物将有机物氧化成无机物所消耗的氧量，单位为mg/L。意义：间接反映可被微生物氧化分解的有机物的量。

微生物降解有机物过程分两个阶段：

﹡碳氧化阶段：

有机物+O2→CO2+H2O+NH3（20℃需20天完成）

﹡硝化阶段：将NH3氧化为亚硝酸盐和硝酸盐（20℃需百日完成）

通常将在20℃，历时20天生化需氧量以BOD20表示。为缩短检测时间，常以20℃，5天生化需氧量BOD5作为常用有机物的水质指标，一般BOD5约为BODu的70%左右。★

化学需氧量（COD）定义：化学氧化剂氧化有机物时所需的氧量，单位mg/L。重铬酸钾（以CODCr或COD表示)氧化剂高锰酸钾（以CODMn或OC表示)意义：能精确表示污水中有机物量，且测定时间短；但存在一定误差，不能反映可生物降解的有机物量。COD-BODu=难于被生物降解的有机物量。可生化指数（BOD5/COD）

BOD5/COD<0.3，可以物理、化学等方法处理；

BOD5/COD>0.3，一般采用生物方法处理

据统计，城市污水BOD5/COD的比值一般为0.4～0.65之间。3）总有机碳（TOC）测定：将一定数量的水样，经过酸化后，注入含氧量已知的氧气流中，再通过铂作为触煤的燃烧管，在900℃高温下燃烧，把有机物所含的碳氧化成二氧化碳，用红外线气体分析仪记录CO2的数量，折算成含碳量即为总有机碳。

4）总需氧量（TOD）

有机物的主要组成元素为碳、氢、氧、氮、硫等。将其氧化后，分别产生CO2、H2O、NO2和SO2等物质，所消耗的氧量称为总需氧量，以mg/L表示。TOD＞CODcr＞BODU＞BOD5＞TOC

（3）生物性质及其指标

污水中生物污染物是指污水中能产生致病的微生物，以细菌和病毒为主。主要来源：生活污水，制革污水、医院污水等含有病原菌、寄生虫卵及病毒的污水。污水生物性质检测指标为大肠菌群数、大肠杆菌指数、病毒及细菌总数。大肠菌群数是每升水样中含有的大肠菌群数目，以个/升表示大肠杆菌指数是以查出一个大肠菌群所需的最少水样的水量，以毫升表示。水质指标

用水水质指标

物理性水质指标：包括温度、色度、浊度、嗅与味、悬浮物及电导率等。

污水水质指标

生物性指标主要有细菌总数、总大肠菌群和病毒三项物理性指标：包括水温、色度、臭味和固体物质等

化学性指标：包括BOD等有机物指标、酸碱度、无机盐类、氮磷、重金属离子、非重金属无机有毒物质等化学性水质指标：BOD5、COD、TOC、TOD、植物营养素、无机性非金属化合物、重金属等。

微生物学指标：常以指示菌如细菌总数、总大肠菌群和耐热大肠菌群等来表征毒理学指标放射性指标1.2水质标准一、给水水质标准1．地表水环境质量标准国家环保总局于1999年颁布《地表水环境质量标准》（GHZB-1999）。该标准规定项目为75项，其中基本项目31项，特定项目4项以及控制地表水Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类水与有机化学物质项目40项。

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。五类水体浙江东部的I类水体2.城市供水行业水质标准建设部根据我国各地区发展不平衡及城市的规模，于1992年将自来水公司划分为4类：第一类为最高日供水量超过100万m³/d的直辖市，对外开放城市，重点旅游城市和国家一级企业的自来水公司（以下简称水司）；第二类水司为最高日供水量超过50万m³/d的城市，省会城市和国家二级企业的水司；第三类为最高日供水量为10万m³/d以上，50万m³/d以下的水司；第四类为最高日供水量小于10万m³/d以下的水司。生活饮用水水质标准制订的原则考虑人们终生用水的卫生与安全水中不得含有病原微生物；水中所含化学物质及放射性物质不得危害人体健康；水的感官性状和一般化学指标良好。考虑社会经济发展水平如所选择的指标及相应限值的可测性、现有水处理工艺水平是否能达到标准的要求、经济上的承受能力等。

随着对饮用水水质安全的要求及检测水平和处理能力不断提高，生活饮用水水质标准将会不断的修订与提高。3.生活饮用水水质标准生活饮用水水质标准通常包括以下几项指标

水的感官性状指标和一般化学指标毒理学指标微生物学指标放射性指标

我国生活饮用水水质标准

1956年，颁布第一部《饮用水水质标准》，有15项指标。1976年，颁布TJ20-1976《生活饮用水卫生标准》，增加到23项。1985年，颁布GB5749-1985《生活饮用水卫生标准》，共35项。2001年，卫生部颁布新标准《生活饮用水水质卫生规范》。《生活饮用水水质卫生规范》分两类：

1.感官性状指标和一般化学指标

常规检验项目2.毒理学指标

（共34项）3.细菌学指标

4.放射性指标

非常规检验项目（62项）

项目限值感官性状和一般化学指标（17项）色色度不超过15度，并不得呈现其他异色浑浊度不超过1度（NTU），特殊情况下不超过5度（NTU）①臭和味不得有异臭、异味肉眼可见物不得含有PH6.5～8.5总硬度（以CaCO3

计）450mg/L铝0.2mg/L铁0.3mg/L锰0.1mg/L铜1.0mg/L锌1.0mg/L挥发酚类（以苯酚计）0.002mg/L阴离子合成洗涤剂0.3mg/L硫酸盐250mg/L氯化物250mg/L溶解性总固体1000mg/L耗氧量（以O2

计）3mg/L，特殊情况下不超过5mg/L②表1生活饮用水水质常规检验项目及限值项目限值毒理学指标（15项）砷0.01mg/L镉0.005mg/L铬（六价）0.05mg/L氰化物0.05mg/L氟化物1.0mg/L铅0.01mg/L汞0.001mg/L硝酸盐（以N计）10mg/L硒0.01mg/L溴酸盐（使用臭氧时）0.01mg/L甲醛（使用臭氧时）0.9mg/L亚氯酸盐（使用二氧化氯消毒时）0.7mg/L氯酸盐（使用复合二氧化氯消毒时）0.7mg/L四氯化碳0.002mg/L氯仿0.06mg/L（续表）（续表）项目限值细菌学指标（5项）菌落总数100CFU/ml③总大肠菌群每100mL水样中不得检出耐热大肠菌群每100mL水样中不得检出大肠埃希氏菌每100mL水样中不得检出游离余氯在与水接触30min后应不低于0.3mg/L，管网末梢水不应低于0.05mg/L（适用于加氯消毒）放射性指标④总α放射性0.5Bq/L总β放射性1Bq/L4.工业用水标准不同的工矿企业用水，对水质的要求各不相同，即使是同一种工业，不同生产工艺过程，对水质的要求也有差异。一般应该根据生产工艺的具体要求，对原水进行必要的处理以保证工业生产的需要。

二、排水水质标准

现行标准为1996年修订的GB8978－1996《污水综合排放标准》

特点：

该标准将排放的污染物按性质及控制方法分为两类：

第一类污染物共13项（见表2）第二类污染物共56项（见3）将第II类污染物的排放分三级控制：

排入《地表水环境质量标准》Ⅲ类水域和排入《海水水质标准》中二类海域的污水，执行一级标准。排入《地表水环境质量标准》Ⅳ、Ⅴ类水域和排入《海水水质标准》中三类海域的污水，执行二级标准。排入设置二级污水处理的污水，执行三级标准。表2第一类污染物最高允许排放浓度（单位mg/L)

序号污染物最高允许排放浓度/(mg/L)1总汞0.05①2烷基汞不得检出3总镉0.14总铬1.55六价镉0.56总砷0.57总铅1.08总镍1.09苯并蓖②0.0000310总铍0.00511总银0.512总α放射性1Bq/L13总β放射性10Bq/L表3第二类污染物最高允许排放浓度（单位mg/L）

序号污染物适用范围一级标准二级标准三级标准1pH一切排污单位6~96~96~92色度（稀释倍数）染料工业50180—其他排污单位5080—采矿、选矿、选煤工业100300—脉金选矿100500—3悬浮物（SS）边远地区砂金选矿100800城镇二级污水处理厂2030其他排污单位70200400甘蔗制糖、苎麻脱胶、湿法纤维板工业301006004五日生化需氧量（BOD5）甜菜制糖、酒精、味精、皮革、化纤浆粕工业30150600城镇二级污水处理厂2030—其他排污单位3060300甜菜制糖、焦化、合成脂肪酸、湿法纤维板、染料、洗毛、有机磷农药工业1002001000味精、酒精、医药原料药、生物制药、苎麻脱胶、皮革、化纤浆粕工业1003001000石油化工工业（包括石油炼制）100150500序号污染物适用范围一级标准二级标准三级标准5化学需氧量（COD）城镇二级污水处理厂60120—6石油类其他排污单位1001505007动植物油一切排污单位1010308挥发酚一切排污单位0.50.52.09总氰化物一切排污单位0.50.52.0电影洗片（铁氰化合物）0.55.05.010硫化物其他排污单位0.50.51.011氨氮一切排污单位1.01.02.0医药原料药、染料、石油化工工业1550—其他排污单位1525—12氟化物黄磷工业102020低氟地区（水体含氟量〈0.5mg/L〉10102013磷酸盐（以P计）其他排污单位0.51.0—14甲醛一切排污单位———15苯胺类一切排污单位1.02.05.016硝基苯类一切排污单位2.03.05.017阴离子表面活性剂（LAS）合成洗涤剂工业5.01520其他排污单位5.01020（续表）序号污染物适用范围一级标准二级标准三级标准18总铜一切排污单位5.01.02.019总锌一切排污单位2.05.05.020总锰合成脂肪酸工业2.05.05.0其他排污单位2.02.05.021彩色显影剂电影洗片2.03.05.022显色剂及氧化物总量电影洗片3.06.06.023元素磷一切排污单位0.10.30.324有机磷农药（以P计）一切排污单位不得检出0.50.525粪大肠菌群数医院、兽医院及医疗机构含病原体污水500个/L1000个/L5000个/L传染病、结核病医院污水100个/L500个/L1000个/L26总余氯（采用氯化消毒的医院污水）医院、兽医院及医疗机构含病原体污水﹤0.5﹥3（接触时间≥1h）﹥2（接触时间≥1h）传染病、结核病医院污水﹤0.5﹥6.5（接触时间≥1.5h）﹥5（接触时间≥1.5h）（续表）第三节水环境容量及水体自净化一、水环境容量在水体正常生物循环中能够同化有机废物的最大数量，称为“水体动容量”或“水体自净容量”。当污水负荷低于河流的“自净容量”时，水中正常的植物和动物可以生存并有利于人类。一旦排入河流的污水超过河流的“自净容量”时，正常生物循环或生态平衡将被破坏，河流即被污染。

二、水体的自净定义：指水体在流动中或随着时间的推移，水体中的污染物自然降低或者降解的现象。水体自净过程包括：

物理作用：扩散、迁移、吸附沉降等，稀释其浓度，使污染物浓度降低。

化学作用：氧化分解等。

生物作用：对水体中有机物的氧化分解，使污染物浓度衰减。有机物在生化分解过程中，需要消耗水中的氧。因此，常用BOD与DO来描述水体的自净过程。水体中BOD值与DO值呈高低反差关系。正常情况下，清洁水中DO值接近饱和状态。影响自净能力的因素有污染物的性质、水体性质、水生生物种类和数量、水面形态、水流要素等。水体的自净能力是有限的。当水体污染程度超过水体的自净能力最终导致水体污染。河流中BOD和DO的变化规律oab第一段（ao）耗氧速率大于复氧速率，水中DO含量急剧下降，直至耗氧速率等于复氧速率。o点处DO量最小，亏氧量最大，称o点为临界亏氧点。第二段（ob）复氧速率开始超过耗氧速率，水中DO开始回升，亏氧量逐渐减少，直至转折点b。第三段（b点以后）DO继续回升，亏氧量继续减少，直至恢复到排污点前的饱和状态。第四节水污染控制的原则和方法水污染控制指控制废水对环境的污染，防止水资源的破坏和环境质量的下降。将“防”、“治”、“管”结合起来。以防为主、防治结合、多管齐下一、水污染控制的原则遵循限制1.宏观控制物耗少、能源少、占地少、污染少、技术密集程度高及附加值高

能耗大、用水多、污染大的工业项目

按可持续发展的指导思想，优化产业结构与工业结构，合理进行工业布局，保证与环境保护相协调。清洁生产节水减污污染物排放总量控制技术控制工业废水处理通过生产工艺的改进和改革、原料的改变、操作管理的强化以及污物的循环利用等措施，将污染物尽可能消灭在生产过程之中，使污水排放量减到最少减少工业用水量，发展节水型工业，提高工业用水的重复利用率总量控制既要控制废水中的污染物浓度，同时也要控制工业废水的排放量，使排放到环境中的污染物总量得到控制。污水处理政策还体现在集中处理和分散处理的灵活性上。水污染控制法规和条例以及相关的污水排放标准不断完善，执法力度不断加大，严格限制污水的超标排放，规范各单位的污染物排放口，对受纳水体和排放口进行在线监测，进一步完善城市和工业排污监测网络和数据库，实现科学有效的管理和监督控制。

3.管理控制二、水处理技术1．水处理的目的根据水质指标和标准，通过处理，达到生活饮用、工业使用或去污重复使用、达标排放的要求。2（