水污染控制工程-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,CH9,污水水质和污水出路,9.1,污水的性质与污染指标,9.1.1,污水的类型和特征,污水,生活污水：人类在日常,生活中使过的、并被生活,废料所污染的水。,工业废水：在工矿,企业生产活动中用过的,水。,雨水：被污染的,初期雨水。,混合污水,（城市污水）,污水是生活污水、工业废水、被污染的雨水的总称。,3,污水所含的污染物质千差万别，可用分析和检测的方法对污水中的污染物质作出,定性、定量,的检测以反映污水的水质。,国家对水质的分析和检测制定有许多标准，其指标可分为,物理,、,化学,、,生物,三大类。,污水的检测方法,4,9.1.2,城市污水的性质与污染指标,9.1.2.1,污水的物理性质及指标,水温,temperature,污水的水温，对污水的物理性质、化学性质及生物性质有直接的影响。我国各地的生活污水的年平均温度均约,10-20 ,。污水温度过低或过高都会影响污水的生物处理的效果。,色度,color,生活污水的颜色常呈灰色。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。生产污水的色度视工矿企业的性质而异，差别极大，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,臭和味,odor,生活污水的臭味主要由有机物腐败产生的气体造成。工业废水的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、粪臭以及某些生产污水的特殊臭味。,固体含量,solids,固体物质按存在形态的不同可分为：,悬浮的,、胶体的和溶解的；,按性质的不同可分为：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: total solids,）。,6,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的重量。,悬浮固体,（,suspended solids,）,，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，被滤纸截留的滤渣，在,105-110 ,烘箱中烘干至恒重，所得重量称为悬浮固体；,滤液中存在的固体物即为胶体和溶解固体。,比较,7,悬浮固体也由,有机物,和,无机物,组成。,挥发性悬浮固体（,VSS: volatile suspended solids,）,非挥发性固体（,NVSS: non volatile suspended solids,悬浮固体灼烧后失去的重量,悬浮固体灼烧后残留的重量,8,sample,1.2m filter,Separation of dissolved and suspended solids,Abbrev. Symbol,Total solids TS C,Suspended solids SS X,Dissolved solids DS S,Non-settleable solids,TS C,Settleable solids,9,10,9.1.2.2,污水的化学性质和指标,污水中的污染物质，按化学性质可分为,无机物,与,有机物,；按存在的形态可分为,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,值等于氢离子浓度的负对数。当,pH,值超出,6-9,的范围时，会对人畜造成危害，并对污水的物理、化学剂生物处理产生不利影响。,碱度指污水中含有的、能与强酸产生中和反应的物质，亦即氢离子浓度的受体，包括：氢氧化物碱度、碳酸盐碱度和重碳酸盐碱度。,无机物包括酸碱度，氮，磷，无机盐类及重金属离子等。,（,1,）酸碱度,11,（,2,）氮,N,、磷,P,氮、磷是植物的重要营养物质，也是污水进行生物处理时，微生物所必需的营养物质，主要来源于人类的排泄物及某些工业废水。氮、磷是导致湖泊、水库、海湾等缓流水体,富营养化,的主要原因。,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，氮营养是否充足的依据,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,P,磷及其化合物,有机磷化合物,无机磷化合物,污水中的硫酸盐用硫酸根表示。生活污水的硫酸盐主要源于人类的排泄物；工业废水如洗矿、化工、制药、造纸和发酵等工业废水。,污水中的,SO,4,2-,，在缺氧的条件下，由于硫酸盐还原菌、反硫化菌的作用，被脱硫、还原成,H,2,S,。,在排水管内，释出的,H,2,S,与管顶内壁附着的水珠接触，在噬硫细菌的作用下形成,H,2,SO,4,。,硫化物在污水中的存在形式有硫化氢、硫氢化物与硫化物。,（,3,）硫酸盐与硫化物,13,生活污水中的氯化物主要来源于人类的排泄物。工业废水以及沿海城市采用海水作为冷却水时，都含有很高的氯化物。氯化物含量高时，对管道及设备有腐蚀作用；如果灌溉农田，会引起土壤板结。,（,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,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。生活污水中的重金属主要来源于人类排泄物；冶金、电镀、陶瓷、玻璃、氯碱、电池、制革、照相器材、造纸、塑料及颜料等工业废水。污水中含有的重金属难以净化去除。,（,6,）重金属离子,15,有机物分类,按生物降解的难易程度,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,主要来源于人类排泄物及生活活动产生的废弃物、动植物残片等。主要成分是,碳水化合物,、,蛋白质,、,尿素,及,脂肪,。,16,（,1,）碳水化合物,污水中的碳水化合物包括糖、淀粉、纤维素和木质素等。主要成分是碳、氢、氧。,（,2,）蛋白质与尿素,主要成分是碳、氢、氧、氮。,蛋白质与尿素是生活污水中氮的主要来源。,（,3,）脂肪和油类,脂肪和油类是乙醇或甘油与脂肪酸形成的化合物，主要成分时碳、氢、氧。油脂在污水中的存在的物理状态有,5,种：漂浮油、机械分散态油、乳化油、附着油、溶解油。,前,4,类油脂一般可用隔油、气浮或沉淀等物理方法去除，最后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,（,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。酚类是芳香烃的衍生物。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,（,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，会在自然界不断累积，造成二次污染，故我国于,70,年代起，禁止生产与使用。现在普遍采用有机磷农药，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,主要来源于染料废水、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）,19,3.,有机污染物指标,生物化学需氧量（,Bio-Chemical Oxygen Demand,，英文缩写为,BOD,）,化学需氧量（,Chemical Oxygen Demand,，英文缩写为,COD,）,总需氧量（,Total Oxygen Demand,， 英文缩写为,TOD,）,总有机碳（,Total Organic Carbon,，英文缩写为,TOC,）,20,（,1,）生化需氧量,BOD,概念,有氧的条件下有机物的生物降解,第一阶段：碳氧化。异样菌作用，含碳有机物被氧化为,CO,2,，,H,2,O,，含氮有机物被氧化为,NH,3,。耗氧,O,a,。,第二阶段：硝化阶段。自养菌（亚硝化菌）的作用，,NH,3,被氧化为,NO,2,-,和,H,2,O,，所消耗的氧量用,O,c,表示，再在自养菌的作用下，,NO,2,-,被氧化为,NO,3,-,，所消耗的氧量用,O,d,表示。,21,由于有机物的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,的生化需氧量约占总碳氧化需氧量的,70%,80%,；,20d,以后的生化需氧量,BOD,20,作为总生化需氧量,BOD,u,，用符号,S,a,表示。在工程实用上，,20d,时间太长，故用,5d,生化需氧量,BOD,5,作为可生物降解有机物的综合浓度指标。,1,、测定时间需,5d,，时间太长，难以及时指导生产实践；,缺点：,2,、如果污水中难生物降解有机物浓度较高，,BOD,5,测定的结果误差较大；,3,、某些工业废水不含微生物生长所需的营养物质、或者含有抑制微生物生长的有毒有害物质，影响测定结果。,注意！,为了克服上述缺点，可采用化学需氧量,COD,指标,22,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的氧量，即称为化学需氧量，用,COD,Cr,表示，一般简写为,COD,。,此外，也可用,高锰酸钾,作为氧化剂，但其氧化能力较重铬酸钾弱，测出的耗氧量也较低，故称为耗氧量，用,COD,Mn,或,O,C,表示。,（,2,）化学需氧量,COD,测定原理,23,注意,1,、较精确地表示污水中有机物的含量；,优点：,2,、测定时间仅需数小时，且不受水质的限制。,1,、不能像,BOD,那样反映出微生物氧化有机物、直接地从卫生学角度阐明被污染的程度；,缺点：,2,、污水中存在的还原性无机物（如硫化物）被氧化也需消耗氧。,上述分析可知，,COD,的数值大于,BOD,，两者的差值大致等于、难生物降解有机物量。差值越大，难生物降解的有机物含量越多，越不宜采用生物处理法。,把,BOD5/COD,的比值称为可生化性指标，比值越大，越容易被生物处理。一般认为此比值大于,0.3,的污水，才适合采用生物处理,以,cod,值表示也存在一定误差！,所以,24,（,3,）总需氧量,TOD,（,4,）理论需氧量,ThOD,（,5,）总有机碳,TOC,由于有机物的主要组成元素是,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，所消耗的氧量称为总需氧量,TOD,。,如果有机物的化学分子式已知，则可根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。,25,9.1.2.3,污水的生物性质及指标,污水生物性质的检测指标有,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的大肠菌群的数目，以个,/L,计；大肠菌群指数是查出,1,个大肠菌群所需的最少水量，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,大肠菌群数作为污水被粪便污染程度的卫生指标的原因,病毒的检验方法目前主要有,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、病毒及其他细菌数的总数，以每毫升水样中的细菌菌落总数表示。,、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。每人每日排泄的粪便中含有大肠菌约,10,11,410,11,个，数量大大多于病原菌，但对人体无害；,、由于大肠菌的数量多，且容易培养检验，但病原菌的培养检验十分复杂与困难。,27,9.2,污染物在水体环境中的迁移与转化,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：是指污染物质由于,稀释,、,扩散,、,沉淀,等作用而使河水污染物质降低的过程。其中稀释作用是一项重要的物理净化过程。,(2),化学净化：是指污染物质由于,氧化,、,还原,、,沉淀,等作用而使河水污染物质浓度降低的过程。,(3),生物净化：是指由于水中,生物活动,，尤其是水中微生物对有机物的氧化分解作用而引起的污染物质浓度降低的过程。,28,1.,污水排入河流的混合过程,(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达到浓度分布均匀,持久性污染物浓度不再变化，非持久性污染物浓度将不断减少。,29,当持久性污染物随污水稳态排入河流后，经过混合过程到达充分混合段时，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：,排放口下游河水的污染物浓度；,w,，,qV,w,污水的污染物浓度和流量；,h,，,qV,h,上游河水的污染物浓度和流量。,2.,持久污染物的稀释扩散,h,w,h,h,w,w,qV,qV,qV,qV,+,+,=,r,r,r,30,河断面达到充分混合后，污染物浓度受到纵向分散作用河污染物的自身的分解作用不断减少。根据质量守恒原理其变化过程可用下式描述,：,式中：,u,河水流速；,x,初始点至下游,x,断面处的距离；,M,x,纵向分散系数；,K,污染物分解速率常数；,0,初始点的污染物浓度；,x,断面处的污染物浓度。,3.,非持久性污染物的稀释扩散和降解,r,r,r,K,dx,d,M,dx,d,u,x,-,=,2,2,4,1,1,2,exp,2,u,KM,M,ux,x,x,+,-,=,0,r,r,31,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的溶解氧。在受污染水体中，有机物的分解过程制约着水体中溶解氧的变化过程。在一维河流河不考虑扩散的情况下，河流中的微生物降解有机物。河流溶解氧的变化可以用,S,P,公式模拟：,4.,水体的氧平衡（氧垂曲线）,L,L,K,dt,d,r,r,1,=,D,L,D,K,K,dt,d,r,r,r,2,1,-,=,32,在,的初值条件下求得：,上式中：, X,和,处的河水,BOD,5,浓度，,mg/L., X,和,处的河水亏氧浓度浓度，,mg/L., X,和,处的河水溶解氧浓度，,mg/L.,河水的饱和溶解氧浓度，,mg/L.,t ,初始点至下游,X,断面处的河水流行时间，,d.,t,K,L,L,e,1,0,-,=,r,r,),(,2,1,2,2,1,0,1,0,t,K,t,K,L,t,K,D,D,e,e,K,K,K,e,-,-,-,-,-,-,=,r,r,r,),(,),(,2,1,2,2,1,0,1,0,t,K,t,K,L,t,K,C,CS,CS,C,e,e,K,K,K,e,-,-,-,-,-,+,-,-,=,r,r,r,r,r,33,下图表示一条污染河流中生化需氧量和溶解氧的变化曲线。横坐标从左至右表示河流的流向和距离，纵坐标表示溶解氧和生化需氧量的浓度。,34,9.2.2,污染物在不同水体中的迁移转化规律,1.,污染物的迁移特点,污染物排入河流后，在随河水往下游流动的过程中受到稀释、扩散和降解等作用，污染物浓度逐步减小。污染物在河流中的扩散和分解受到河流的流量、流速、水深等因素的影响。大河和小河的纳污能力差别很大。,河口：,污染物的迁移转化受潮汐影响，受涨潮、落潮、平潮时的水位、流向和流速的影响。污染物排入后随水流不断回荡，在河流中停留时间较长，对排放口上游的河水也会产生影响。,湖泊、水库：,贮水量大，但水流一般比较慢，对污染物的稀释、扩散能力较弱。,2.,不同水域的污染物迁移特点,35,海洋：,虽然具有巨大的自净能力，但是海湾或局部的纳污和自净能力差别很大。此外，污水的水温较高，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，其污染时一个缓慢的过程，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、降解与转化等过程的影响。,36,9.3,污水出路与排放标准,9.3.1,污水出路,随着我国初会经济的快速发展，城镇化水平不断提高，城镇污水排放量持续增加，科学合理地处理好城镇污水的出路得,生态环境可持续发展,的重要保障。城镇污水经过处理 后的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的环境功能，破坏生态环境。,污水处理厂的排放口一般设在城镇江河的下游或海域，以避免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,污水净化后排放的传统出路和自然归宿，也是目前最常用的方法。,处理净化后的污水仍有少量污染物，排入水体后有一个逐步稀释、降解的自然净化过程。,37,2.,污水的再生利用,原因：,（,1,）我国水资源十分短缺，人均量只有世界平均水平的,1/4,；,（,2,）城镇缺水十分严重，制约人民的生活水平提高；,（,3,）污水处理后直接排放既浪费资源，又增加水体负荷；,可行性：,（,1,）城镇污水处理厂出水量与供水量几乎相等，且水质水量稳定，不受季节、洪枯水等影响，是可靠的潜在水资源；,（,2,）市政用水、工业冷却水等对水质要求较低，适当深度处理后可直接回用；,（,3,）减少城镇对优质用水水资源的消耗，还可以缓解干旱地区城镇缺水的窘迫状态。,38,9.3.2,污水排放标准,我国目前水环境质量标准主要有：,地表水环境质量标准,(GB 3838-2002),、,海水水质标准,(GB 3097-1997),、,地下水质量标准,(GB/T 14848-93),。,1.,水环境质量标准,39,（,1,）水体按功能,分类,：,类主要适用于源头水、国家自然保护区；,类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍,稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、幼鱼的索饵场等；,类主要适用于集中式生活饮用水地表水源二级保护区、鱼虾,类越冬、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区；,类主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水,区；,类主要适用于农业用水区及一般景观要求水域；,40,（,2,）按海域不同使用功能和保护目标,分类,：,第一类：适用于海洋渔业水域，海上自然保护区和珍稀濒危海洋生物保护区；,第二类：适用于水产养殖区，海水浴场，人休直接接触海水的海上运动或娱乐区，以及与人类食用直接有关的工业用水区；,第三类：适用于一般工业用水区，滨海风景旅游区；,第四类：适用于海洋港口水域，海洋开发作业区,。,41,9.3.2.2,污水排放标准,污水排放标准主要有,5,种，分别为浓度标准、总量控制标准、国家标准、行业排放标准和地方排放标准。,标准,浓度标准,总量控制标准,国家排放标准,地方排放标准,行业排放标准,42,The End,43,