第九章污水水质与污水出路

第九章污水水质与污水出路第一页，共五十七页，编辑于2023年，星期一水的自然循环第二页，共五十七页，编辑于2023年，星期一水的社会循环第三页，共五十七页，编辑于2023年，星期一水的自然循环与社会循环水的开采水体蒸发降雨污水的回收和再生污水处理用户输送水的加工径流水的自然循环水的社会循环第四页，共五十七页，编辑于2023年，星期一第五页，共五十七页，编辑于2023年，星期一地球上的水资源水资源的含义与特征水资源：广义－－指包括海洋、地下水、冰川、湖泊、土壤水、河川径流、大气水等地球上各种水体，属自然资源的范畴；狭义－－指陆地上可供生产、生活直接利用的江河湖沼以及部分储存在地下的淡水资源，即可利用的水资源；工程概念－－一定区域内，逐年可得到恢复更新的淡水量中，在一定的技术经济条件下，可以为人们取用和那部分水量，还包括少量被用于冷却的海水淡化或直接冲厕的海水。通常为全球多年平均入海径流量。

第六页，共五十七页，编辑于2023年，星期一

地球水资源状况地球上的总水量：

地球表面积5.1亿平方公里，海洋、水体占70.8%；淡水占各种类别水储量的2.6%；淡水中冰川＋冻土底冰占69.56%，河网水仅占0.06%。我国的水资源

多年平均水资源总量： 28124亿立方米多年平均年河川径流量： 27115亿立方米多年平均年地下水资源量： 8288亿立方米重复水量 7279亿立方米水资源总量在世界排名： 6位人均占有量在世界排名： 88位第七页，共五十七页，编辑于2023年，星期一我国的水资源状况空间分布不均降水量：东南沿海多，西北内陆少。长江及以南占全国的83%。黄、淮、海、辽河川径流量占全国的8%。南方地少水多，北方（麦棉主产区）地多水少。北方多为重工业基地，需水量大。时间分布过于集中多数河流6-9月径流量占全国的60-70%，东北、华北占60-80%。多以暴雨形式出现。利用无方，只好付诸东流。不同年份差别大。年降雨量最大和最小的比值：南方2-3，北方3-5。淮河与海河最高竟达到15-20倍。第八页，共五十七页，编辑于2023年，星期一旱涝不均，恶性循环

要旱连年旱，要涝连年涝。1922-1932年连续十一年平均年径流量比正常年份减少30%;北京1980-1984年五年平均比正常年份径流量减少一半;松花江在近八十年里出现过两次连续十多年的枯水期。泥沙量增大，淤积严重黄河是世界上泥沙最多的河流，年平均输沙量达16亿吨。被称为“地上悬河”。长江年平均输沙量为5亿吨，位居世界第四。水库。植被破坏是泥沙产生的根源第九页，共五十七页，编辑于2023年，星期一供需矛盾突出1949-1988：全国总用水量增加4倍。1990-2000：工业、城市生活和农业用水以5%、7%和2%的速度递增。全国城市用水供需比1952年的1.59下降到1988年的0.86。1983年在236个城市中有188个城市缺水，日缺水量1240万立方米。1989年全国缺水城市300个，日缺水量1000万立方米。经济发达、人口集中，尤其是缺水地区（海-黄下游平原、山东半岛、辽河平原及辽东半岛、淮北平原、四川盆地等）水的供需矛盾尤为突出。长距离输水致使成本增加、工农业争水等，使供需矛盾更加突出。中国水资源开发利用方面存在的问题第十页，共五十七页，编辑于2023年，星期一水的有效利用程度低1980：我国万元国民生产总值（GNP）取水量为美国的5倍、日本的17倍、前苏联的4.3倍、前西德的28倍。1988：工业万元产值取水量，平均286立方米/万元，最低100，国外先进水平20-30。工业单位产品取水量，国内先进水平/发达国家：啤酒（m3/t)15-23/7-13,造纸（m3/t）100/15，印染（m3/10m）2.5-3/1-1.5，钢铁（m3/t）25-55/4-10，火电（L/kw·h）10/3。用水浪费严重：一些住宅的冲厕用水高达45L/人·日。一些城市公建和市政用水高达55-60%，东京仅为37%。第十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期一水体污染严重1991：全国污水排放总量336亿吨，工业废水占70%;COD718万吨;氰化物4666吨;石油类68353吨。生活污水100亿吨。1992：污水处理率17.3%。（98：50.96%)对131条流经城市河流统计：I类-9条，II类-4条，III类-46条，IV、V类-72条。污染物：石油类、氨氮、挥发酚、COD和BOD。农药、化肥污染。水体的富营养化。第十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期一管理薄弱水资源保护：保护意识与利益平衡。水资源开发利用：管理体系不完善，法律法规不健全，长官意识，技术力量与基础工作，必要手段。用水管理：用水方式落后，水资源浪费。第十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期一

水资源开发对策措施多渠道开辟水资源（利用降水资源、地表与地下水联合调蓄、跨流域引水、城市污水资源化、海水利用）建设节水型城市、工业和农业加强水资源的规划管理。调整水价政策，建立合理的水价体系。第十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期一1城市污水的污染

含有大量有机物：蛋白质、脂肪、碳水化合物、尿素、氨氮等；肥皂和洗涤剂；病原微生物（寄生虫卵、肠系统传染病菌）2工业废水的污染

主含无机物：冶金、建筑材料业、含大量重金属；主含有机物：食品工业、炼油和石化工业；两者都含：焦化厂、氮肥厂、洗毛厂等水体污染的严重性第十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期一水污染危害的严重性

水质恶化；增加水处理成本；生态系统退化，地面水体的生物多样性减少；有机物过多，水体富营养化，酸雨等

第十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期一0.4.1降低工业污染

0.4.2建设城镇排水系统0.4.3加强管理水污染控制第十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期一教材：《水污染控制工程》高庭耀，顾国维，高等教育出版社参考书籍：<WASTERWATERENGINEERINGTREATMENT,DISPOSAL,REUSE>fourthedition，Metcalf&Eddy,Inc.《当代给水与废水处理原理》，许保玖，高等教育出版社《废水生物处理》，C.P.Leslie等，化学工业出版社《污泥处理》，金儒霖，中国建筑工业出版社《排水工程下册》（第三版），张自杰，中国建筑工业出版社杂志：《中国给水排水》，《给水排水》，《环境科学》等第十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期一第九章污水水质与污水出路

第一节污水水质我拿什么来表达你？—污水污水谱仪？国际通用三大类指标：物理性指标化学性指标生物性指标第十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期一水质分析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第二十页，共五十七页，编辑于2023年，星期一水和污水中固体成分的内部相关性第二十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期一水和污水中杂质颗粒分布第二十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期一总固体，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）第二十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期一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、总硫等第二十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期一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—碳化阶段；第二阶段主要是氨被转化为亚硝酸盐和硝酸盐—硝化阶段。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）第二十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期一BOD与CBOD、NBODBODL与BOD5第二十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期一温度对BOD测定的影响一般采用稀释法：降低有机物浓度，保证充足的溶解氧

蒸馏水、无机营养盐、适当的pH

工业废水往往需要接种和训化

抑制硝化耗氧时，可加入硝化抑制剂，如亚甲基蓝BOD测定注意事项：第二十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期一稀释与直接测定

BOD5：7mg/L接种培养

103-104个/ml非接种培养第二十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期一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；废水中无数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=CODB+CODNBCOD: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）第二十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期一COD与BODL的关系COD=CODB+CODNBBODL=1/3CODB+2/3CODBX(1-0.2)

=0.87CODB可降解有机物好氧微生物O2CO2,H2O…+能量新的细胞质CO2,H2O…+能量残留物80%氧化2/3合成1/3氧化20%残渣内源呼吸BOD5=0.68BODL=0.68X0.87CODB

=0.59CODB污水水质相对稳定时：

BOD5/COD比值变化不大第三十页，共五十七页，编辑于2023年，星期一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。第三十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期一污水有机物指标之间的关系有机碳量需氧量TOCTODCODcrBODLBOD5CODMn第三十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期一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。第三十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期一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，甚至枯死第三十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期一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，影响人体健康第三十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期一含氮化合物氮是有机物中除碳以外的一种主要元素，也是微生物生长的重要元素污水中氮有四种：有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮危害：消耗水体中溶解氧；促进藻类等浮游生物的繁殖，形成水花、赤潮；引起鱼类死亡，水质迅速恶化。关于氮的几个指标：有机氮：主要指蛋白质和尿素TN：一切含氮化合物以N计量的总称；TKN：TN中的有机氮和氨氮，不包括亚硝酸盐氮、硝酸盐氮；氨氮：有机氮化合物的分解，或直接来自含氮工业废水；NOx-N:亚硝酸盐氮和硝酸盐氮第三十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期一含磷化合物磷也是有机物中的一种主要元素，是仅次于氮的微生物生长的重要元素磷主要来自：人体排泄物以及合成洗涤剂、牲畜饲养场及含磷工业废水危害：促进藻类等浮游生物的繁殖，破坏水体耗氧和复氧平衡；水质迅速恶化，危害水产资源。含磷化合物有机磷有机磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等无机磷磷酸盐：正磷酸盐(PO43-)、磷酸氢盐(HPO42-)、磷酸二氢盐H2PO4-、偏磷酸盐(PO3-)聚合磷酸盐：焦磷酸盐(P2O74－)、三磷酸盐(P3O105-)

三磷酸氢盐(HP3O92-)

第三十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期一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/升大肠菌群第三十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期一融会贯通各水质指标间的含义第三十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期一第四十页，共五十七页，编辑于2023年，星期一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国家排放标准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/放射性指标第四十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期一第二节污染物在水体环境中的迁移与转化第四十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期一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第四十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期一竖向混合阶段：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第四十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期一水体的自净作用第四十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期一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，