水体污染和水体自净-ok

1水质工程学（下）陈志强czqhit@163.com

2水体污染和水体自净

水体污染：指排入水体的污染物在数量上超过该物质在水体中的环境容量，从而导致水体固有的生态系统和功能受到影响或破坏。造成水体污染的原因：？？？？？？

2.1水体污染与自净

造成水体污染的原因：点源污染和面源污染；点源污染主要指城市污水（含收集的生活污水和工业废水，单独排放水体的工业废水）；面源污染主要指农田径流的肥料与农药污染、地面径流携带污染、降尘污染等《地面水环境质量标准》规定了各种污染物的限量；《污染物综合排放标准》则是考虑了水体自净能力后规定的污染物排放标准，是污水处理工程设计的主要依据。

水体污染分类：

1）水体的物理性污染

水的热污染

色度污染

固体颗粒污染2）无机污染：酸碱、无机盐、氮磷、硫化物、氯化物、重金属3）有机物污染：油脂类、酚类等等。氮磷污染与水体富营养化：水体富营养化：氮磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。这种现象在河流湖泊中出现称为水华，在海洋中出现称为赤潮。

水体自净：污水进入天然水体后，通过物理、化学和生物化学的作用，使污染物的总量减少或浓度降低，曾受污染的天然水体部分的或完全的恢复原状，这种现象称水体自净。水体所具有的这种能力称为水体自净能力，若污染物的数量超过水体的自净能力，则会导致水体污染。水体自净按其作用机制可分3类物理净化过程：水体污染物通过稀释、混合、沉淀、挥发使污染物浓度降低，但总量不变；化学及物理化学过程：通过化学和物理化学反应使污染物的存在形态发生变化，使污染物浓度降低。主要包括吸附、氧化还原、酸碱反应、凝聚作用。生物化学过程：水体污染物通过水生生物、微生物的作用，使大分子有机物变为小分子简单有机物及无机物，污染物总量和浓度都降低。水体水质的基本模型是表述水体中的污染物，在物理净化、化学净化与生物化学净化的作用下，迁移与转化的过程。目前被广泛接受的水体水质模型为河流的氧垂曲线方程2.2水体水质基本模型有机物质排入河流后，可被水中微生物氧化分解，同时消耗水中的溶解氧（DO）。风力等作用，河流本身同时发生复氧作用，所以，受有机物污染的河流，水中的溶解氧的含量受到有机物降解过程的控制，存在耗氧和复氧同时作用。河流氧垂曲线方程——菲里普斯方程（一）水体中有机物的分解与DO平衡有机污染物进入水体后，其它（温度、PH）条件适应，则微生物增殖，有机物降解，消耗水体溶解氧，同时大气具有复氧作用：若有机物含量<环境容量，DO存在，好氧分解；若有机物含量>>环境容量，DO缺乏，厌氧分解。1）氧垂曲线有机物排人河流后，经微生物降解而大量消耗水中的溶解氧，使河水亏氧；另—方面，空气中的氧通过河流水面不断地溶人水中，使溶解氧逐步得到恢复。所以耗氧与复氧是同时存在，污水排人后，水体的DO曲线呈悬素状下垂．故称为氧垂曲线；BOD曲线呈逐步下降状，直至恢复到污水排入前的基值浓度。氧垂曲线描述：a～o断面耗氧速率>复氧速率，水中DO↘,亏氧量↗；o点，临界亏氧点，氧垂点，DO最低，亏氧量最大；o～b段，耗氧速率<复氧速率，水中DO↗，亏氧量↘；b点后，恢复至排污前状态。氧垂曲线方程(菲里普斯方程）

——河水中有机物降解与溶解氧平衡的数学模式

1）有机物耗氧动力学（仅考虑耗氧）

当河流排入有机污染物后，（沿水流方向输移的有机物量远大于扩散稀释量，当河流与污染物流量稳定，河水水温不变时），河流有机物的生化降解的耗氧量正比与河水中存在的有机物量，呈一级关系，其一维水体水质耗氧模型表达式为：？？？？？？一、公式推导

2)溶解氧变化过程动力学（仅考虑复氧）

通过河流水面与大气的接触，氧不断溶入河水中，当其它条件一定时，复氧速率与亏氧量成正比例关系：其一维水体水质耗氧模型表达式为？？？？综合以上两个方面，河流中水中的亏氧量的变化速率是耗氧速率与复氧速率之和。在与耗氧动力学分析相同的前提下，考虑耗氧和复氧两方面因素，亏氧方程可写为：3）耗氧与复氧共同作用方程

对上式积分求解，t时刻河流的亏氧量为：当dD/dt=0时，就可以确定最大缺氧点，即氧垂点的位置和到达时间。HarbinInstituteofTechnology

4)Dt表达式的工程意义用于分析受有机物污染的河水中溶解氧的变化动态，推求河流的自净过程在允许亏氧量条件下，可以氧化的最大有机物量，确定水体环境容量。根据确定可排入河流的有机物量，确定污水处理厂的处理程度。用于推算确定缺氧点及氧垂点的位置及到达时间，并依此制定河流水体防护措施。

HarbinInstituteofTechnology5）Dt

与tc的使用条件 适用于河流截面变化不大，藻类等水生植物和底泥影响可忽略不计的河流；仅适用于河流与污水在排放口处完全混合的条件；所使用的k1、k2的值必须与水温相适应；如沿河流有n个排放点，则应根据情况合并成一个排放点计算，或逐段计算。1、湖泊、水库贮水量大但水流较慢，对污染物的稀释、扩散能力较弱，污染物易形成局部污染。

2、海洋虽具有巨大的自净能力，但海湾或海域局部的纳污和自净能力差别很大。由于污水水温高、含盐量少，密度较海水小，易于浮于表面，在排放口易形成污水层。

3、河流：污染物排入河流后，在随河流往下流动的过程中，受到稀释、扩散和降解等作用，污染物浓度逐步减少。污染物在河流中的扩散和分解受到河流流量、流速、水深及污染物特性等因素的影响。大河和小河的纳污能力差别很大

4、地下水：地下水埋藏地质介质中，较难受污染。但一旦受污染则恢复困难。污染物在地下水中的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、降解与转化过程的影响。2.3污染物在不同水体中的迁移转化规律HarbinInstituteofTechnology

1、水体水质评价：综合指数法和水质质量法（综合各参数的实测数据与标准的比值。）

水环境容量：在满足水环境质量标准的条件下，水体能接纳的最大允许污染物负荷量。分为：水体稀释作用的差值容量和生化作用去除的同化容量。

水环境容量和很多因素有关，主要是河水原有污染物量、河流流量、规定最低DO、流速、水温等）

2、水环境保护立法：主要包括环境保护法、(水/大气/噪声/固体）等污染防治法、水法等。

3、标准：主要包括环境质量标准和污染排放标准，污染排放标准是环境质量标准的保障，环境质量标准是污染排放标准制定的依据。2.4水环境保护一、污水处理方法

污水处理的基本方法，就是采用各种技术与手段，将污水中所含的污染物质分离去除、回收利用，或将其转化为无害物质，使水得到净化。二、污水处理方法的分类按作用原理分：

1）物理法：通过物理作用分离污水中主要呈悬浮态的固体污染物质。

2）化学法：利用化学反应来分离回收污水中各种形态的污染物，（包括悬浮的、胶体的和溶解的）（多用于处理生产废水）3）物理化学法：如活性炭吸附

3）生物法：利用微生物新陈代谢功能，使污水中溶解、胶体状态的有机污染物质被降解为无害化合物。2.5污水的处理方法HarbinInstituteofTechnology

1）物理法：通过物理作用分离污水中主要呈悬浮态的污染物质。

①沉淀法（重力分离）——沉砂池、沉淀池、隔油池②筛滤法（截留）——格栅、微滤机、砂滤、真空过滤机、压滤机③气浮法——加压空气气浮，常用于工业废水，为提高分离效果，城市污水处理现在也逐渐采用。④反渗透法（半渗透膜）

2）化学法：利用化学反应来分离回收污水中的污染物使其无害化。化学法多用于工业废水处理。①混凝②中和法（处理酸碱废水）③氧化还原④电解法（处理含铬、氰等废水）电渗析法3）物理化学法吸附法（脱色，除臭，含砷、汞等）

4）生物法：利用微生物新陈代谢功能，使污水中溶解、胶体状态的污染物质被降解为无害化合物。生物法按照需氧与否分为2大类，即利用好氧微生物作用的好氧法和利用厌氧微生物作用的厌氧法；前者广泛用于处理城市污水和有机生产废水，后者多处理高浓度有机废水和污水处理过程中产生的污泥。生物处理按照微生物存在形式的不同可分为悬浮形态的活性污泥法和附着形态的生物膜法。

含有有机污染物的城市污水和工业废水均适宜采用生物处理。重点语句：

Methodsoftreatmentinwhichtheapplicationofphysicalforcespredominateareknownasunitoperations.Methodsoftreatmentinwhichtheremovalofcontaminantsisbroughtbychemicalorbiologicalreactionsareknowsasunitprocesses.Atthepresenttime,unitoperationsandprocessesaregroupedtogethertoprovidevariouslevelsoftreatmentknownaspreliminary,primary,advancedprimary,secondary(withoutorwithnutrientremoval),andadvanced(ortertiary)treatment.对应的翻译：

以物理手段为主，处理废水的方法称为单元操作。借助于化学或生物反应去除各种污染物的废水处理方法称为单元过程。

目前，单元操作和单元过程已经结合在一起，形成所谓预处理、一级、强化一级、二级（含或不含营养物的去除）和高级处理（或三级处理）。重点语句：

Inpreliminarytreatment,grosssolidssuchaslargeobjects,rags,andgritareremovedthatmaydamageequipment.Inprimarytreatment,aphysicaloperation,usuallysedimentation,isusedtoremovethefloatingandsettleablematerialsfoundinwastewater.Foradvancedprimarytreatment,chemicalsareaddedtoenhancedtheremovalofsuspendsolidsandtoalesserextent,dissolvedsolids.Insecondarytreatment,biologicalandchemicalprocessareusedtoremovalmostoftheorganicandnutrientsasnitrogenandphosphorus.Inadvancedtreatment,additionalcombinationsofunitoperationsandprocessareusedtoremoveresidualsuspendedsolidsandotherconstituentsthatarenotreducedsignificantlybyconventionalsecondarytreatment.对应的翻译：在预处理中，去除可能损坏设备的大块物体、破布、粗砂等固体。在一级处理中，采用沉淀这样的物理方法去除废水中的漂浮物和各种可沉固体。在强化一级处理中，加入化学物品去除悬浮固体及少部分溶解固体。在二级处理中，采用生物和化学过程去除水中大部分有机物和氮磷营养物。在高级处理中，再采用一些单元操作和单元过程联合装置，去除传统二级处理未能显著减少的剩余悬浮固体和其它成分。按处理程度分：

1）

一级处理——主要去除污水中呈悬浮态的固体污染物，物理处理方法大部分只能完成一级处理的要求。经一级处理之后的污水，BOD一般可去除30%左右，达不到排放标准。可作二级处理的前处理。常指包括格栅、沉砂池和初沉池的。

流程：污水－格栅－沉砂池－沉淀池－加氯接触池－出水排放

2）二级处理——主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质，去除率可达90％，常指含有生物处理系统的处理工艺，包括一级处理构筑物、生物反应池和二沉池（工艺流程见后）。为进一步去除污水中的氮磷等营养物质，以防止水体富营养化为目标而产生的工艺，目前也认为是二级工艺。

3）

三级处理——以污水回收利用为目的，为进一步去除污水中的特定污染物和难降解的有机物，在二级处理工艺后增加的工艺。常增加的工艺有膜分离、砂滤、活性炭吸附，三级处理有时也称为深度处理欧美污水处理技术发展历程一、1900－1970

1)去除胶体、悬浮物；2）可生物降解有机物；氨氮，3）病原菌。二、1970－1980

1)去除胶体、悬浮物；2）可生物降解有机物；3）病原菌；4）氮磷去除三、1980－

1)去除胶体、悬浮物；2）可生物降解有机物；3）病原菌；4）氮磷去除；5）关注可能造成长期影响的污染物。说明：1）不同阶段不同的处理目标，虽然都有有机物降解的需求，但随着时代进步及环境要求提高，处理目标不断严格，排放标准不断更新。2）不同国家不同地区根据经济状况及环境特点，修订其处理目标。3）虽然目前污水厂都没有对有毒有害有机物的去除进行针对性设计，但将来的设计必将考虑这个问题。2.6污水的技术发展历程污水处理反应器主要型式有：

间歇反应器batchreactor水力停留时间=周期/排水比完全混合反应器(或连续流搅拌反应器）complete-mixedreactor(orCSTRcontinuous-flowstirred-tankreactor)

推流反应器（或管式流反应器）(plug-flowreactor（ortubular-flowreactor)

串联完全混合反应器complete-mixreactorinseries

填料床反应器packed-bedreactor

流化床反应器fluidized-bedreactor2.7污水处理反应器HarbinInstituteofTechnology

常规处理工艺流程SludgeThickenerRawSewageBarScreensGritChamberPrimaryClarifierAerationTanksSecondaryClarifierChlorineDosingToOutfallorTertiaryTreatmentToCOGENorgroundflaresPrimaryDigesterSecondaryDigesterSludgeDisposalMethaneGasStorage2