水污染与控制教材

第四章水污染与控制水体的概念

在环境科学领域中，水体不仅包括水、而且还包括水中的悬浮物、溶解物质、底泥及水中生物等完整的生态系统或综合自然体。

区别“水”与“水体”的概念水体污染的概念

指排入水体的污染物在水体中的含量超过了该物质在水体的本底含量和水体的自净能力，从而破坏了水体原有的用途，并达到影响人类正常生产、生活及影响生态平衡的现象。一水体污染水体污染的原因自然原因：如矿石溶解、火山爆发灰飞、干旱地区风蚀灰尘落入水体等，是目前尚无法控制的污染。人为原因：工业生产——工业废水

人类生活——生活污水

自然因素导致的水污染是一个非常缓慢的过程，如湖泊的自然富营养化；而人为因素导致的水污染往往是非常迅速的，如云南滇池富营养化过程水体富营养化

富营养化的概念：是指氮、磷等无机营养物大量进入湖泊、海湾等相对封闭、水流缓慢的水体，引起藻类和其它水生植物大量繁殖，水体溶解氧下降，水体恶化，其它水生生物大量死亡的现象。富营养化发生在淡水中的称“水华”，海水中的称“赤潮”。

富营养化的危害：1.影响供水2.影响休闲渔业3.影响水产养殖

赤潮水华太湖大范围蓝藻水华二水体污染源水体污染源定义指造成水体污染的污染物的发生源，通常是指向水体排入污染物或对水体产生有害影响的场所、设备和装置。根据污染物来源

天然污染源和人为污染源人为污染源分类按人类活动

工业、农业、生活、交通等污染源按污染物种类

物理性、化学性、生物性污染源、混合污染源按污染物排放的空间分布

点源、面源点源：以点状形式排放而使水体造成污染的发生源。工业废水：目前水体的主要污染源，它的特征是水量大，含污染物物质多，成分复杂，有些废水含有毒有害物质。

生活污水：主要为生活废料和人们的排泄物所污染。面源：污染物以面形式分布和排放造成水体污染的发生源。农业污水和灌溉水是水体污染的主要面源面源主要污染物是N、P、泥沙、农药等，是导致湖泊富营养化的主要原因固体污染物：溶解态（直径＜1nm），胶体态（直径1－100nm），悬浮态（直径＞100nm）需氧污染物：通过生物化学和化学作用而消耗水中溶解氧的物质植物营养性污染物：N、P、K、S及其化合物酸碱污染物及一般无机盐类有毒污染物：无机化学毒物、有机化学毒物生物污染物：细菌、大肠杆菌等油类污染物：石油类、动植物油

三水体主要污染物水体污染物的主要类型无机无毒物质无机有毒物质有机无毒物质有机有毒物质※无机无毒物颗粒状的污染物质来源：砂粒、土粒及矿渣等。危害：降低光的穿透能力、对鱼类产生危害、吸附水中污染物并随水流迁移。酸、碱、无机盐类的污染物质来源：矿山排水及工业废水等。危害：改变水体的pH，破坏水生生态，使水质恶化，危害渔业生产。氮、磷等植物营养物来源：主要来自农业施肥、农业废弃物、城市生活污水和某些工业废水。危害：水体富营养化。※无机有毒物氰化物来源：主要来源于电镀废水、煤气洗涤冷却水、化工厂的含氰废水、黄金工业的浸金溶剂等。危害：氰化物是剧毒物质，对许多生物有害，甚至造成死亡。砷来源：主要来源于工业废水，如化工、有色冶金、造纸、皮革、火电等。危害：可致死，且有致癌作用。重金属来源：主要来源于化石燃料的燃烧、采矿和冶炼等行业。危害：不能被生物降解，可在生物体内累积，造成急性、慢性中毒等严重后果。国际上公认的六大毒物：非重金属的氰化物、砷化物及重金属中的汞、镉、铬、铅※有机无毒物（需氧有机物）来源：主要来自生活污水、牲畜污水以及屠宰、肉类加工等食品行业和制革、造纸、印染等工业废水。类型：碳水化合物、蛋白质、脂肪等危害：主要在于对渔业水产资源的破坏。有氧条件下溶解氧耗尽，水生生物死亡无氧条件下硫化氢、硫醇和粪臭素等臭味气体产生※有毒有机物来源：主要来自石油化学工业的合成生产过程及有关的产品使用过程。类型：有机氯农药、合成洗涤剂、合成染料、酚类化合物、取代苯类化合物、多氯联苯类、稠环芳烃类等等特征：比较稳定，不易被微生物分解（DDT、六六六），可以在生物体内高度富集；有害于人类健康，具有“三致”作用，甚至导致死亡。※其它污染物放射性污染：主要来自核武器的试验，放射线辐射对生物有三致作用。生物污染物：主要来自动物和人的粪便。热污染：主要来源于工矿企业排放的冷却水，热污染破坏水体的生态并影响水体的使用价值：直接杀死某些生物有毒物毒性增加溶解氧下降四污水的水质指标

1、水质的定义

水质，即水的品质，是指水与其中所含杂质共同表现出来的物理学、化学和生物学的综合特性。

2、水质指标

水质指标是表示水中杂质的种类、成分和数量，是判断水质的具体衡量标准。

水质指标是控制和掌握污水处理设备的处理效果和运行状态的重要依据。

第一类物理性水质指标第二类化学性水质指标第三类生物性水质指标第一类，物理性水质指标

①感官物理性状指标

温度、色度、臭和味、浊度等。

②其它物理性状指标

总固体（TS）、悬浮固体（SS）、溶解固体（DS）、可沉固体、电导率（电阻率）等。第二类、化学性水质指标

①一般的化学性指标。

②有毒的化学性指标。

③有关氧平衡的指标。

①一般的化学性指标

pH、碱度、硬度、各种阴离子、各种阳离子、总含盐量、一般有机物质等。

②有毒的化学性指标

如重金属、氰化物、多环芳烃、农药等。

③有关氧平衡的指标如溶解氧（DO）、化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、总需氧量（TOD）、总有机炭（TOC）等。

第三类，生物学水质指标

包括细菌总数、总大肠菌群数、各种病原细菌、病毒等。

3、常用水质指标简介

pH值、悬浮固体（SS）、COD、BOD、TOC、TOD、DO等(1)pH值

pH值的测定和控制，对维护污水处理设施的正常运行，防止污水处理及输送设备的腐蚀，保护水生生物的生长和水体自净功能都有着重要的实际意义。

污水排放pH值：6-9天然水体pH值：6.5-8.5

(2)悬浮固体（SS）

指不能通过过滤器（滤纸或滤膜）的固体物质，可利用重力或其他物理作用与水分离。

①漂浮物质②可沉物质：

以有机物为主的——污泥

以无机物为主的——泥渣③悬浮物质悬浮物检测方法：

过滤法，烘干称重，单位mg/L。(2)悬浮固体（SS）特性悬浮固体可以利用重力或其他物理作用与水分离

,它们随废水进入天然水体,则易形成河体沉积物。悬浮物的化学性质十分复杂,可能是无机物,也可能是有机物,还可能是有毒物质。悬浮物质在沉淀过程中还会挟带或吸附其他污染物质,如重金属等。

(3)有机物浓度

生化需氧量（BOD）

表示在有氧条件下，好氧微生物氧化分解单位体积水中有机物所消耗的游离态氧的数量，常用单位为mg/L。但生化需氧量不能反应微生物不能降解的有机物的量。世界各国均以5天作为测定BOD的标准时间，所测得的数值以BOD5表示

化学需氧量（COD）

指在一定条件下，水中各种有机物与化学强氧化剂作用时所消耗的氧化剂的量，以氧量mg/L表示。重铬酸钾耗氧量CODCr和高锰酸钾耗氧量CODMn

或OC

一般来说CODCr>BOD20>BOD5

；CODCr

>CODMn。根据BOD/COD的比值可以初步评介污水的可生化性。BOD/COD

0.3可生化性很差，不适合于用生化处理方法。

总有机炭（TOC）

水样中所有有机污染物含炭量

总需氧量（TOD）

有机物（C、H、N、S）被全部氧化时需氧量（燃烧化学反应）溶解氧（DO）溶解于水中的分子氧（以mg/L为单位）

(4)细菌数

1.细菌总数细菌总数是指一毫升水样在普通琼脂培养基中经37℃24小时培养所生长的各种细菌菌落总数.“国标”定为每毫升不超过100个。

2.大肠菌群水中所含大肠杆菌的数量，通常用大肠杆菌群来表示，其意义为一升水中所含的大肠杆菌数。“国标”规定大肠杆菌3个/L，这在流行病学上是安全的。

概念：水体能在其环境容量的范围以内，经过水体的物理、化学和生物等作用，使排入水体的污染物质的浓度和毒性随着时间的推移在向下游流动的过程中自然降低，恢复到受污染前的状态，这个过程称为水体的自净作用。作用机制——自然净化物理作用（浓度降低，总量不减）：稀释、沉淀、扩散化学和物理化学作用：氧化、还原、分解、吸附、凝聚和中和等生物作用：生物降解六水体自净（强）（弱）（强）七水污染的防治

解决水资源短缺和水污染的基本途径：实行“防、治、管”相结合

在很多地方并不是没有水，而是水质不合用。1、“防”（预防）

“防”是指对污染源的控制，通过有效措施从源头控制污染物的产生，并使污染源排放的污染物量最小化。

推行“清洁生产”工艺建设生态工业、生态城市废物综合利用，“趋零排放”节水，减少生活污水排放量施肥和农药的合理使用，发展生态农业

2、“治”

“治”是水污染防治中不可缺少的一环。通过各种治理措施，对污（废）水进行妥善的处理，确保在排入水体前达到国家或地方规定的排放标准。研究开发污水处理新技术、新设备及集成技术3、“管”

“管”是指对污染源，水体及处理设施的管理。

①对污染源的经常监测和管理；

②对污水处理厂的监测和管理；

③对水体卫生特征的监测和管理。

例如：例如：规范排污口关停“十五小”排污许可证、总量控制指标

排污收费(按污染物的种类、数量实行排污即收费与超标收费并存的方式)

建设项目的环境影响评价制度第三节

污水处理技术概述

废水处理的基本任务是采用各种方法将废水中的污染物分离出来，或将其转化为无害的物质，从而使废水得到净化。废水处理方法的分类

按照废水处理的作用原理可分为：

物理法、化学法、物理化学法、生物法一废水处理系统（一）基本方法物理法

沉淀法、过滤法、离心分离法化学法

混凝法、中和法、氧化还原法、电化学法等物理化学法

吸附法、气浮、离子交换法、膜分离法、汽提法、萃取法、吹脱法等生物法

厌氧生物法、好氧生物法（活性污泥、生物膜法）废水处理流程的概念及设计原则

废水中的污染物是多种多样的，不能预期只用一种处理方法就能够把所有的污染物质去除殆尽，一种废水往往需要把几种处理单元操作联合成有机整体，并合理配置其主次关系和前后顺序，才能最经济有效地完成处理任务。这种处理系统，叫废水处理流程(废水处理系统)。（二）废水处理流程设计废水处理流程的原则：

先易后难，先简后繁

即：首先使用物理法，然后再使用生化法和物化法。

具体原则：首先去除大块漂浮物质，然后再依次去除悬浮固体，胶体物质、溶解性物质。污水的水质污水的流量废水的排放要求处理的可能性处理的经济性→

决定处理流程设计废水处理流程的方法：废水处理流程分类按照废水处理程度划分一级处理（预处理）

二级处理（生物处理）

三级处理（深度处理）

①一级处理（预处理）主要任务：

从废水中去除漂浮物和部分悬浮物，调节废水pH值，减轻废水的腐化程度和后续处理的工艺负荷。

常用方法：

多采用物理法如：筛滤法、重力沉淀法、上浮法（如隔油法）、预曝气法、离心分离、滤池、微滤机等。

污水经一级处理后，一般达不到排放标准，故一般以一级处理为预处理。②二级处理（生物处理）

主要任务：一级处理后，再大幅度地去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物。处理方法：相当长时间以来，以生化处理为主体工艺。主要有活性污泥和生物膜法。近年来，采用化学或物理化学法工艺逐渐增多。③三级处理

（深度处理或高级处理）

主要任务：进一步除去二级处理未能除去的污染物，处理后的废水可达工业用水和生活用水标准。

去除对象：二级处理中微生物未能降解的N、P及难生物降解的有机物、病原菌、矿物质（盐类）等。

处理方法：混凝、活性炭吸附、离子交换、电渗析、反渗透、超滤、消毒等。城市污水三级处理全流程城市污水典型处理流程图格栅沉砂池曝气池初次沉淀池二级沉淀池生活污水污泥回流污泥浓缩池污泥消化池或其它处理设备一级处理出水(排放、灌溉)剩余污泥二级处理出水(排放、灌溉)高级废水处理其它处理设备三级处理出水(排放、再用)沉渣处理沉渣处理垃圾处理三级处理一级处理二级处理调节池污水净化后的处置方式

①排入水体，作为水体的补给水：

排入水体是污水的自然归宿，是造成水体遭受污染的原因之一。同时由于水体自净作用，可使污水得到进一步净化。

②灌溉田地

灌溉田地可使污水得到充分利用，但符合农溉标准，使土壤与农作物免遭污染。③重复利用：是最合理的出路。循环冷却水外排水回用。污水进一步净化作城市、工矿企业给水源；城市污水为给水源，处理后作生活杂用水或饮用水。建筑中水回用。地下水回灌“中水”－城市的第二水源：指污水经处理后达到一定的水质标准，可在一定范围内重复使用的非饮用水，如厕所冲洗、园林农田灌溉、道路保洁、洗车等中水回用应满足下列要求：①对人体健康不应产生不良影响；②对环境质量和生态系统不应产生不良影响；③对产品质量不应产生不良影响；④应符合应用对象对水质的要求或标准；⑤应为使用者和公众所接受；⑥回用系统在技术上可行、操作简便；⑦价格应比自来水低廉；⑧应有安全使用的保障。

小结废水处理程度的分级一级处理——预处理或前处理；二级处理——生物处理、化学和物理化学处理；三级处理——深度处理一级处理：去除效果：EBOD

35%,ESS

60%功能：

1）去除大颗粒状无机物，以减轻后续生物处理的负担；

2）调节水量、水质、水温等，有利于后续的生物处理。主要方法：一般为物化法，如：沉砂、沉淀、气浮、除油、中和、调节、加热或冷却等二级处理：去除效果：EBOD

85~90%，ESS

90%功能：大量去除胶体状和溶解状有机物，保证出水达标排放方法：各种形式的生物处理、化学和物理化学处理工艺三级处理：目的：进一步去除二级处理出水中残存的SS、有机物，或脱色、杀菌，或脱氮、除磷——防止水体富营养化方法：物化法——超滤、混凝、活性炭吸附、臭氧氧化、加氯消毒等；生物法——生物法脱氮除磷等二废水处理一般技术简介

利用物理作用使悬浮状态的污染物质与废水分离，在处理过程中污染物质的化学性质不发生变化。如：比重，尺寸，表面张力，磁性

处理对象：悬浮物处理方法：

a沉淀（重力）

b格栅（尺寸）

c过滤（尺寸）d气浮（表面张力）

e离心分离（重量）

（一）物理法1沉淀

1）沉淀的定义

悬浮颗粒在重力作用下，从水中分离的过程称为沉淀。

(1)当悬浮物密度大于水时，悬浮物下沉与水分离。

——沉淀

(2)当悬浮物密度小于水时，悬浮物上浮与水分离。

——上浮

①

无机固体：砂粒化学沉淀②

有机固体混凝絮体生物污泥

③污泥浓缩

沉砂池浓缩池沉淀池

2）沉淀去除的对象及构筑物

2格栅

安装位置：格栅设在污水处理厂中所有处理构筑物之前，或设在泵站之前。

去除对象：用以截留废水中粗大的悬浮物和漂浮物，以免堵塞水泵及处理构筑物的管道。

格栅的效率：取决于栅条的间距，细格栅(间距3-10mm)

中格栅(间距10-40mm)

粗格栅(间距50-100mm)。

污染物的清除：人工清除和机械清除。

污水处理厂多采用机械自动清除式格栅。

3气浮★自然上浮在重力作用下，利用污染物质与水之间自然存在的密度差，使其上浮至水面的过程称为“自然上浮”。如：油品的去除。★气浮利用在废水中产生的大量微小气泡作为载体，使废水中微细的疏水性悬浮颗粒粘附于气泡上，随气泡上浮到水面形成泡沫层而加以去除的过程则称为“气浮”。

★气浮的定义

往水中通入空气，产生高度分散的微小气泡，（有时还需要投加混凝剂或浮选剂），使水中的悬浮物与空气泡粘附在一起，靠气泡的浮力（视密度<1）一起上浮到水面，形成浮渣而加以去除，实现固液或液液分离的过程。

（二）化学法、物理化学法

利用某种化学反应使废水中污染物质转变为无毒或低毒物质，而从水中除去的方法。

处理对象：溶解性污染物质或胶体物质。

处理方法：

a混凝b中和

c氧化还原d膜分离

e萃取f吸附

g离子交换（三）生物法利用微生物氧化分解有机物这一功能，并强化这一过程，去除废水中胶体和溶解性有机物的方法。

A、好氧生物处理法（如活性污泥法、生物膜法、氧化塘等）

B、厌氧生物处理法生物法定义A、好氧生物处理好氧生物处理指有分子氧存在的条件下，好氧微生物降解有机物为无机物，使其稳定、无害化的处理方法。处理对象：以胶体或溶解态存在的有机物。适用范围：中、低浓度有机废水，或BOD5小于500mg/L的有机废水。特点：反应速度较快，所需反应时间较短，故处理构筑物容积小，处理过程散发臭气较少主要有：活性污泥法、生物膜法、氧化塘、污水灌溉污水好氧生物处理原理示意图污水中的可降解有机物新细胞物质（C5H7NO2）代谢产物(CO2、H2O、NH3、SO42-…)(1/3)分解代谢(2/3)合成代谢+好氧微生物O2＋能量净增细胞物质无机代谢产物少量能量活性污泥B、厌氧生物处理法

在断绝与空气接触的条件下，依赖兼性厌氧菌和专性厌氧菌的生物化学作用，对有机物进行生物降解的过程，称为厌氧生物处理法或厌氧消化法。厌氧生物处理法的处理对象是：高浓度有机工业废水、城镇污水的污泥、动植物残体及粪便等。特点：由于废水厌氧生物处理过程不需另加氧源，故运行费用低。剩余污泥