污水处理系统之污水水质和污水出路

水污染控制工程第二部分:污水处理系统第1页CH9污水水质和污水出路第2页9.1污水性质与污染指标

9.1.1污水类型和特征污水生活污水：人类在日常生活中使过、并被生活废料所污染水。工业废水：在工矿企业生产活动中用过水。

雨水：被污染早期雨水。混合污水（城市污水）污水是生活污水、工业废水、被污染雨水总称。3第3页

污水所含污染物质千差万别，可用分析和检测方法对污水中污染物质作出定性、定量检测以反应污水水质。

国家对水质分析和检测制订有许多标准，其指标可分为物理、化学、生物三大类。污水检测方法4第4页9.1.2城市污水性质与污染指标

9.1.2.1污水物理性质及指标水温temperature

污水水温，对污水物理性质、化学性质及生物性质有直接影响。我国各地生活污水年平均温度均约10℃-20℃。污水温度过低或过高都会影响污水生物处理效果。色度color生活污水颜色常呈灰色。但当污水中溶解氧降低至零，污水所含有机物腐烂，则水色转呈黑褐色并有臭味。生产污水色度视工矿企业性质而异，差异极大，如印染、造纸等废水。色度可由悬浮固体、胶体或溶解物质形成。5第5页臭和味odor

生活污水臭味主要由有机物腐败产生气体造成。工业废水臭味主要由挥发性化合物造成。臭味大致有鱼腥臭、氨臭、腐肉臭、腐蛋臭、腐甘蓝臭、粪臭以及一些生产污水特殊臭味。固体含量solids

固体物质按存在形态不一样可分为：悬浮、胶体和溶解；按性质不一样可分为：有机物、无机物和生物体三种。固体含量用总固体量作为指标（TS:totalsolids）。6第6页总固体量悬浮物SS一定量水样在105-110℃烘箱中烘干至恒重所得重量。悬浮固体（suspendedsolids），或叫悬浮物:颗粒粒径在0.1-1.0微米之间者称为细分散悬浮固体；颗粒粒径大于1.0微米者称为粗分散悬浮固体。悬浮固体中，有一部分可在沉淀池中沉淀，形成沉淀污泥，称为可沉淀固体。把水样用滤纸过滤后，被滤纸截留滤渣，在105-110℃烘箱中烘干至恒重，所得重量称为悬浮固体；滤液中存在固体物即为胶体和溶解固体。比较7第7页悬浮固体也由有机物和无机物组成。挥发性悬浮固体（VSS:volatilesuspendedsolids）非挥发性固体（NVSS:nonvolatilesuspendedsolids悬浮固体灼烧后失去重量悬浮固体灼烧后残留重量8第8页sample1.2μmfilterSeparationofdissolvedandsuspendedsolids

Abbrev.SymbolTotalsolidsTSCSuspendedsolidsSSXDissolvedsolidsDSSNon-settleablesolidsTSCSettleablesolids9第9页10第10页9.1.2.2污水化学性质和指标

污水中污染物质，按化学性质可分为无机物与有机物；按存在形态可分为悬浮状态与溶解状态。1.无机物及指标酸碱度用pH值表示。pH值等于氢离子浓度负对数。当pH值超出6-9范围时，会对人畜造成危害，并对污水物理、化学剂生物处理产生不利影响。碱度指污水中含有、能与强酸产生中和反应物质，亦即氢离子浓度受体，包含：氢氧化物碱度、碳酸盐碱度和重碳酸盐碱度。无机物包含酸碱度，氮，磷，无机盐类及重金属离子等。（1）酸碱度11第11页（2）氮N、磷P氮、磷是植物主要营养物质，也是污水进行生物处理时，微生物所必需营养物质，主要起源于人类排泄物及一些工业废水。氮、磷是造成湖泊、水库、海湾等缓流水体富营养化主要原因。N氮及其化合物有机氮氨氮亚硝酸氮硝酸氮凯氏氮（KN）总氮（TN）很不稳定，易被微生物分解生物法处理时，氮营养是否充分依据污水中呈游离态与离子态铵盐总氮-凯氏氮≈亚硝酸氮+硝酸氮。凯氏氮-氨氮≈有机氮。12第12页P磷及其化合物有机磷化合物无机磷化合物污水中硫酸盐用硫酸根表示。生活污水硫酸盐主要源于人类排泄物；工业废水如洗矿、化工、制药、造纸和发酵等工业废水。污水中SO42-，在缺氧条件下，因为硫酸盐还原菌、反硫化菌作用，被脱硫、还原成H2S。在排水管内，释出H2S与管顶内壁附着水珠接触，在噬硫细菌作用下形成H2SO4。硫化物在污水中存在形式有硫化氢、硫氢化物与硫化物。（3）硫酸盐与硫化物13第13页生活污水中氯化物主要起源于人类排泄物。工业废水以及沿海城市采取海水作为冷却水时，都含有很高氯化物。氯化物含量高时，对管道及设备有腐蚀作用；假如浇灌农田，会引发土壤板结。（4）氯化物主要有氰化物（CN）与砷（As）。（5）非重金属无机有毒物质电镀、焦化、高炉煤气、制革、塑料、农药以及化纤等工业化工、有色冶金、焦化、火力发电、造纸及皮革等工业。致癌，富集。14第14页污水中重金属离子主要有汞Hg、镉Cd、铅Pb、铬Cr、锌Zn、铜Cu、镍Ni、锡Sn、铁Fe、锰Mn等。生活污水中重金属主要起源于人类排泄物；冶金、电镀、陶瓷、玻璃、氯碱、电池、制革、摄影器材、造纸、塑料及颜料等工业废水。污水中含有重金属难以净化去除。（6）重金属离子15第15页有机物分类按生物降解难易程度可生物降解有机物难生物降解有机物1、可生物降解有机物，对微生物无毒害或抑制作用；2、可生物降解有机物，但对微生物有毒害或抑制作用。1、难生物降解有机物，对微生物无毒害或抑制作用；2、难生物降解有机物，并对微生物有毒害或抑制作用。2.有机物主要起源于人类排泄物及生活活动产生废弃物、动植物残片等。主要成份是碳水化合物、蛋白质、尿素及脂肪。16第16页（1）碳水化合物污水中碳水化合物包含糖、淀粉、纤维素和木质素等。主要成份是碳、氢、氧。（2）蛋白质与尿素主要成份是碳、氢、氧、氮。蛋白质与尿素是生活污水中氮主要起源。（3）脂肪和油类脂肪和油类是乙醇或甘油与脂肪酸形成化合物，主要成份时碳、氢、氧。油脂在污水中存在物理状态有5种：漂浮油、机械分散态油、乳化油、附着油、溶解油。前4类油脂普通可用隔油、气浮或沉淀等物理方法去除，最终一类油主要可用生物法或气浮法去除。有机物分类（续）按成份分可有以下几类：17第17页（4）酚炼油、石油化工、焦化、合成树脂、合成纤维等工业废水都含有酚。酚类是芳香烃衍生物。属于难生物降解有机物，并对微生物有毒害或抑制作用。（5）有机酸、碱有机酸工业废水含有短链脂肪酸、甲酸、乙酸和乳酸。人造橡胶、合成树脂等工业废水含有有机碱。都属于可生物降解有机物，但对微生物有毒害或抑制作用。（6）表面活性剂生活污水与表面活性剂制造工业废水，含有大量表面活性剂。表面活性剂分为两类：1、烷基苯磺酸盐，属难生物降解有机物；2、烷基芳基磺酸盐，属于可生物降解有机物。有机物分类（续）18第18页（7）有机农药有机农药有两大类，即有机氯农药与有机磷农药。有机氯农药毒性大且难分解，会在自然界不停累积，造成二次污染，故我国于70年代起，禁止生产与使用。现在普遍采取有机磷农药，属于难生物降解有机物，并对微生物有毒害于抑制作用。（8）取代苯类化合物主要起源于染料废水、炸药工业废水以及电器、塑料、制药、合成效果较等工业废水。都属于难生物降解有机物，并对微生物有毒害与抑制作用。有机物分类（续）19第19页3.有机污染物指标生物化学需氧量（Bio-ChemicalOxygenDemand，英文缩写为BOD）化学需氧量（ChemicalOxygenDemand，英文缩写为COD）总需氧量（TotalOxygenDemand，英文缩写为TOD）总有机碳（TotalOrganicCarbon，英文缩写为TOC）20第20页（1）生化需氧量BOD

概念

有氧条件下有机物生物降解第一阶段：碳氧化。异样菌作用，含碳有机物被氧化为CO2，H2O，含氮有机物被氧化为NH3。耗氧Oa。第二阶段：硝化阶段。自养菌（亚硝化菌）作用，NH3被氧化为NO2-和H2O，所消耗氧量用Oc表示，再在自养菌作用下，NO2-被氧化为NO3-，所消耗氧量用Od表示。21第21页

因为有机物生化过程延续时间很长，在20℃水温下，完成两阶段约需100d以上。而5d生化需氧量约占总碳氧化需氧量70%－80%；20d以后生化需氧量BOD20作为总生化需氧量BODu，用符号Sa表示。在工程实用上，20d时间太长，故用5d生化需氧量BOD5作为可生物降解有机物综合浓度指标。1、测定时间需5d，时间太长，难以及时指导生产实践；缺点：2、假如污水中难生物降解有机物浓度较高，BOD5测定结果误差较大；3、一些工业废水不含微生物生长所需营养物质、或者含有抑制微生物生长有毒有害物质，影响测定结果。注意！为了克服上述缺点，可采取化学需氧量COD指标22第22页

用强氧化剂（我国法定用重铬酸钾），在酸性条件下，将有机物氧化成二氧化碳和水所消耗氧量，即称为化学需氧量，用CODCr表示，普通简写为COD。另外，也可用高锰酸钾作为氧化剂，但其氧化能力较重铬酸钾弱，测出耗氧量也较低，故称为耗氧量，用CODMn或OC表示。（2）化学需氧量COD

测定原理23第23页注意1、较准确地表示污水中有机物含量；优点：2、测定时间仅需数小时，且不受水质限制。1、不能像BOD那样反应出微生物氧化有机物、直接地从卫生学角度说明被污染程度；缺点：2、污水中存在还原性无机物（如硫化物）被氧化也需消耗氧。上述分析可知，COD数值大于BOD，二者差值大致等于、难生物降解有机物量。差值越大，难生物降解有机物含量越多，越不宜采取生物处理法。把BOD5/COD比值称为可生化性指标，比值越大，越轻易被生物处理。普通认为此比值大于0.3污水，才适合采取生物处理以cod值表示也存在一定误差！所以24第24页（3）总需氧量TOD（4）理论需氧量ThOD（5）总有机碳TOC

因为有机物主要组成元素是C、H、O、N、S等。被氧化后，分别产生二氧化碳、水、二氧化氮和二氧化硫，所消耗氧量称为总需氧量TOD。假如有机物化学分子式已知，则可依据化学氧化反应方程式，计算出理论需氧量ThOD。

难生物降解有机物不能用BOD作指标，只能用COD、TOC或TOD等作指标。25第25页9.1.2.3污水生物性质及指标

污水生物性质检测指标有大肠菌群（或称大肠菌群值）、大肠菌群指数、病毒及细菌总数。1.大肠菌群数（大肠菌群值）与大肠菌群指数

大肠菌群数（大肠菌群值）是每升水样中所含有大肠菌群数目，以个/L计；大肠菌群指数是查出1个大肠菌群所需最少水量，以毫升（mL）计。可见大肠菌群数与大肠菌群指数是互为倒数，即大肠菌群指数大肠菌群数1000=26第26页大肠菌群数作为污水被粪便污染程度卫生指标原因病毒检验方法当前主要有数量测定法与噬斑测定法两种。2.病毒3.细菌总数细菌总数是大肠菌群数、病原菌、病毒及其它细菌数总数，以每毫升水样中细菌菌落总数表示。①、大肠菌与病原菌都存在于人类肠道系统内，他们生活习性及在外界环境中存活时间都基本相同。每人每日排泄粪便中含有大肠菌约1011－4×1011个，数量大大多于病原菌，但对人体无害；②、因为大肠菌数量多，且轻易培养检验，但病原菌培养检验十分复杂与困难。27第27页9.2污染物在水体环境中迁移与转化

9.2.1水体自净作用（以河流自净为例）自净作用类型：物理净化，化学净化，生物净化。(1)物理净化：是指污染物质因为稀释、扩散、沉淀等作用而使河水污染物质降低过程。其中稀释作用是一项主要物理净化过程。(2)化学净化：是指污染物质因为氧化、还原、沉淀等作用而使河水污染物质浓度降低过程。(3)生物净化：是指因为水中生物活动，尤其是水中微生物对有机物氧化分解作用而引发污染物质浓度降低过程。28第28页1.污水排入河流混合过程

(1)竖向混合阶段

(2)横向混合阶段

(3)段面充分混合阶段

深度方向分布均匀。竖向混合阶段也存在着横向混合作用深度上分布后，横向还存在混合过程。一定距离后污染物在整个横断面到达浓度分布均匀持久性污染物浓度不再改变，非持久性污染物浓度将不停降低。29第29页

当持久性污染物随污水稳态排入河流后，经过混合过程抵达充分混合段时，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－排放口下游河水污染物浓度；

ρ

w，qVw－污水污染物浓度和流量；

ρ

h，qVh－上游河水污染物浓度和流量。

2.持久污染物稀释扩散hwhhwwqVqVqVqV++=rrr30第30页

河断面到达充分混合后，污染物浓度受到纵向分散作用河污染物本身分解作用不停降低。依据质量守恒原理其改变过程可用下式描述：式中：u－河水流速；x－初始点至下游x断面处距离；

Mx－纵向分散系数；K－污染物分解速率常数；

ρ0－初始点污染物浓度；ρ－x断面处污染物浓度。3.非持久性污染物稀释扩散和降解rrrKdxdMdxdux-=22]}411[2exp{2uKMMuxxx+-=

0rr31第31页

需氧污染物排入水体后即发生生物化学分解作用，在分解过程中消耗水中溶解氧。在受污染水体中，有机物分解过程制约着水体中溶解氧改变过程。在一维河流河不考虑扩散情况下，河流中微生物降解有机物。河流溶解氧改变能够用S－P公式模拟：4.水体氧平衡（氧垂曲线）LLKdtdrr1=DLDKKdtdrrr21-=32第32页在初值条件下求得：上式中：——X和处河水BOD5浓度，mg/L.——X和处河水亏氧浓度浓度，mg/L.——X和处河水溶解氧浓度，mg/L.——河水饱和溶解氧浓度，mg/L.t——初始点至下游X断面处河水流行时间，d.tKLLe10-=rr)(21221010tKtKLtKDDeeKKKe------=rrr)()(21221010tKtKLtKCCSCSCeeKKKe-----+--=rrrrr33第33页

下列图表示一条污染河流中生化需氧量和溶解氧改变曲线。横坐标从左至右表示河流流向和距离，纵坐标表示溶解氧和生化需氧量浓度。34第34页9.2.2污染物在不一样水体中迁移转化规律1.污染物迁移特点污染物排入河流后，在随河水往下游流动过程中受到稀释、扩散和降解等作用，污染物浓度逐步减小。污染物在河流中扩散和分解受到河流流量、流速、水深等原因影响。大河和小河纳污能力差异很大。河口：污染物迁移转化受潮汐影响，受涨潮、落潮、平潮时水位、流向和流速影响。污染物排入后随水流不停回荡，在河流中停留时间较长，对排放口上游河水也会产生影响。湖泊、水库：贮水量大，但水流普通比较慢，对污染物稀释、扩散能力较弱。2.不一样水域污染物迁移特点35第35页

海洋：即使含有巨大自净能力，不过海湾或局部纳污和自净能力差异很大。另外，污水水温较高，含盐量少，易于浮在表面，在排放口处易形成污水层。

地下水：埋藏在地质介质中，其污染时一个迟缓过程，但地下水一旦污染要恢复原装非常困难。污染物在地下水中迁移转化受对流与弥散、机械过滤、吸附与解吸、化学反应、溶解与沉淀、降解与转化等过程影响。36第36页9.3污水出路与排放标准

9.3.1污水出路

伴随我国初会经济快速发展，城镇化水平不停提升，城镇污水排放量连续增加，科学合理地处理好城镇污水出路得生态环境可连续发展主要保障。城镇污水经过处理后最终出路是返回到自然水体，或者经过深度处理后再生利用。直接排放水体会破坏水体环境功效，破坏生态环境。污水处理厂排放口普通设在城镇江河下游或海域，以防止污染城镇给水厂水质和影响城镇水环境质量。1.污水经处理后排放水体污水净化后排放传统出路和自然归宿，也是当前最惯用方法。处理净化后污水仍有少许污染物，排入水体后有一个逐步稀释、降解自然净化过程。37第37页2.污水再生利用原因：（1）我国水资源十分