第1章_水质和水质标准

重庆三峡学院化学与工程学院平巍水质工程学WaterQualityEngineering水质工程学的研究内容研究水在社会循环过程中的水质及其变化特性，研究为满足用水需要，为实现水的良性社会循环和水资源的可持续利用，而对水质进行控制及其对水进行处理的科学技术。第1章水质与水质标准1.1天然水中杂质的种类与性质1.2水体的污染和自净1.3饮用水水质与健康1.4用水水质标准1.5污水的排放标准1.1天然水中杂质的种类与性质1.1.1天然水体中的杂质天然水中存在的杂质主要来源于所接触的大气、土壤等自然环境，同时人类活动产生的各种污染物也会进入天然水体。(1)按水中杂质的尺寸，可以分为溶解物、胶体颗粒和悬浮物3种。(2)从化学结构上可以将水中杂质分为无机物、有机物、生物等几类。(3)按杂质的来源可以分为天然的和污染性的物质。1.0nm~100nm100nm~1mm泥砂类及动植物残体细小泥砂矿物质腐殖质离子和分子0.1nm~1.0nm悬浮物胶体颗粒溶解性按尺寸分类1.1.2各种典型水体的水质特点一般可以将天然水分为地表水和地下水两类，地表水又可以分为江河水、湖泊水库水、海水等。按化学性质无机性污染物质有机性污染物质难生物降解的有机污染物可生物降解的有机污染物有直接毒害的无直接毒害的纤维素人工合成化合物（农药、杀虫剂）木质素蛋白质碳水化合物脂肪氰化物砷化物重金属离子酸碱氮磷颗粒无机物1.2水体的污染与自净1.2.1水中常见污染物及来源1可生物降解有机污染物共同特征：耗氧，所以又称作耗氧有机污染物。这类物质多为碳水化合物、蛋白质、脂肪等自然生成的有机物，很不稳定，能够在微生物的作用下转化成稳定的无机物BOD：BiochemicalOxygenDemand，生物化学需氧量COD：ChemicalOxygenDemand，化学需氧量TOD：TotalOxygenDemand，总需氧量TOC：TotalOrganicCarbon，总有机碳化学性指标有机物生化需氧量（BOD）BOD的定义中规定有机物质被氧化分解至无机物质，第一阶段生物氧化中，有机物中的C已经氧化至CO2，N氧化成NH3，都已经无机化了。所以氨的继续氧化不在考虑之内，即不考虑第二阶段生物氧化。•BOD:biologicaloxygendemand水中有机污染物被好氧微生物分解至无机物时所消耗的溶解氧的量叫做生化需氧量。BODL与BOD5时间/d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。从上图可见，5d的生化需氧量约占总碳氧化需氧量BODu的70％一80％；20d以后的生化反应过程速度趋于平缓，因此常用20d的生化需氧量BOD20天，BOD20作为总生化需氧量La。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的综合浓度指标，即BOD5天，20℃。由于硝化菌的世代(即繁殖周期)较长，一般要在碳化阶段开始后的5—7d，甚至10d，才能繁殖出一定数量的硝化菌，并开始氮氧化阶段，因此，硝化需氧量不对BOD5产生干扰。BOD5天，20℃BOD的意义1、具有直接的卫生定义，反应了自然水中的情况2、能测定易降解的有机物3、BOD/COD0.3才认为可以采用生物处理BOD的缺点1、耗时、不及时2、当水中难生物降解物质含量较大时，误差大3、工业废水中若缺少微生物生长的元素或含有抑制微生物生长的物质，则影响测定。所以有机污染指标还可以采用COD、TOC、TOD等指标。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)。•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: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）。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后，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。污水有机物指标之间的关系有机碳量需氧量TOCTODCODcrBODLBOD5CODMnNo.202难于生物降解的有机污染物定义：不易被微生物降解的有机物，化学性质稳定，称之为难于生物降解的有机污染物例如:农药、酚类化合物、高分子聚合物等这类物质只能用COD、TOC、或TOD等表示或用专门的指标，如DDT表示No.21特点：1、很强的化学稳定性，不易被微生物降解或降解速度极为缓慢。2、或多或少都有毒性，不少还是“三致物质”（致癌、致突变、致畸）国际首批控制的12种持久性有机污染物快速认识艾氏剂（Aldrin）：有机氯农药狄氏剂（Dieldrin）：有机氯农药异狄氏剂（Endrin）：有机氯农药滴滴涕（DDT）：有机氯农药，也用作农药中间体氯丹（Chlordane）：有机氯农药毒杀芬（Toxaphene）：有机氯农药六氯苯（Hexachlobenzene）：有机氯农药，也用作精细化工产品灭蚁灵（Mirex）：有机氯农药七氯（Heptachlor）：有机氯农药多氯联苯（PCBs）：精细化工产品二恶英和呋喃类（PCDDs/PCDFs）：非故意制造的副产品或者二次污染物质No.233无直接毒害作用的无机污染物无直接毒害作用的无机污染物颗粒状无机物质酸碱及其无机盐类氮、磷等植物性营养物质No.24（1）颗粒状的无机物——泥砂、矿渣密度小于水密度接近水密度大于水浮渣悬浮可沉固体颗粒状的无机物No.25（2）酸、碱度一般用pH表示，天然水体的pH一般为6－9，所以要求处理后的污水的pH也在这个范围内（3）N、P等植物性营养物质来源：人、动物的排泄物；农肥。N、P是导致湖泊富营养化的主要物质。No.264有直接毒害作用的无机污染物六大毒物1、非金属的无机有毒物质氰化物CN－砷As2、重金属毒性物质汞Hg、铬Cr、镉Cd、铅Pb特点：1、浓度不高、毒性巨大2、微生物不能降解3、生物对这些毒物有富集作用No.27还有一些水质指标，如生物性指标（细菌总数、大肠菌群数）、硬度、浊度，等等1.2.2水体的富营养化水体的富营养化是指富含磷酸盐和某些形式的氮素的水，在光照和其他环境条件适宜的情况下，水中所含的这些营养物质足以使水体中的藻类过量生长，在随后的藻类死亡和随之而来的异养微生物代谢活动中，水体中的溶解氧很可能被耗尽，造成水体质量恶化和水生态环境结构破坏的现象。水体的富营养化危害很大，对人类健康、水体功能等都有损害，包括：（1）使水味变得腥臭难闻。（2）降低水的透明度。（3）消耗水中的溶解氧。（4）向水体中释放有毒物质。（5）影响供水水质并增加供水成本。（6）对水生生态的影响。1.2.3水体的自净作用污染物进入水体后，通过物理、化学、生物的作用，使污染物浓度降低或总量减少，将水体部分或全部恢复原状。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污水排入河流的混合过程竖向混合阶段：污染物排入河流逐步向河水中分散，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。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。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。水体的自净作用河断面达到充分混合后，污染物浓度受到纵向分散作用和污染物的自身分解作用不断减小。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；Mx——纵向分散系数；K——污染物分解速度常数；ρ0——初始点的污染物浓度；ρ——x断面处的污染物浓度。KxMxux22dddd204112expuKMMuxxx水体自净氧垂曲线：水体受到污染后，水体中溶解氧逐渐被消耗，到临界点后又逐步回升的变化过程，称氧垂曲线。有机物降解速率：L1LddKttK1eL0L)e1(1L0tKx复氧速率：D2ddKtD2L1DddKKt)ee(e21221L01D0DtKtKtKKKK)ee(e)(21221L01C0CSCSCtKtKtKKKK某点处的氧不足量变化速率是该处耗氧速率和复氧速率之和：求解得某点的亏氧量：某点的溶解氧：ρc=ρcs-ρD到达最缺氧点时间dρD/dt=0：12L0112D0121lnKKKKKKKtk水体污染与恢复1.3饮用水水质与健康1.3.1水中的生物对人体健康的影响水中的生物(主要是微生物)与人体健康关系密切，影响比较大的主要有细菌、病毒、致病原生动物，此外还有藻类、真菌、寄生虫、蠕虫等。1.3.2水中的化学物质对人体健康的影响1．微量元素及其他无机物。2．有机物3．放射性物质4．消毒剂及消毒副产物No.381.3.3水质与地方病1.甲状腺肿----碘2.冠心病---高硬度水3.心血管和癌症---氟4.克山病---硒5.大骨节病---腐殖酸1.4用水水质标准水质标准是用水对象(包括饮用和工业用水对象等)所要求的各项水质参数应达到的限值。可分为国际标准、国家标准、地区标准、行业标准和企业标准等不同等级。1.4.1生活饮用水水质标准生活饮用水水质标准制定的原则：生活饮用水水质标准的制定主要是根据人们终生用水的安全来考虑的，水中不得含有病原微生物；水中所含化学物质及放射性物质不得危害人体健康；水的感官性状良好。1.感官性状和一般化学指标2.毒理性指标3.细菌学指标4.放射性指标1.4.1.1水质指标感官性状和一般化学指标1.色度饮用水的颜色是由于带色有机物、金属或高色度的工业废水造成。水色的存在使饮用者不快甚至感到厌恶。衡量水中的色度用铂钴标准比色法，规定相当于1mg铂在1L水中所具有的颜色称为1度。“国标”规定色度不超过15度，并不得呈现其他异色。2.混浊度混浊度本身并不直接代表水的性质，而是综合性地反映水的混浊程度，属于感官性质。混浊度大小与水中的悬浮物质、胶体物质的含量有关。混浊度用白陶土标准比浊法测定，相当于1mg白陶土在1L水中所产生的混浊程度作为一个混浊度单位，用度表示。“国标”规定不超过3度，特殊情况不超过5度。3.臭和味“国标”规定饮用水不得有异臭、异味。测定水中臭气没有标准的单位表示，一般常以水样在40℃及60℃时测者的感觉用文字定性描述并以臭气强度表示。描述臭气强度分为6级。味在强度上也分为6级。4.肉眼可见物“国标”规定水中不得含有肉眼可见物。5.pH值pH值是水中氢离子浓度倒数的对数值。是衡量水中酸碱度的一项重要指标。6.总硬度含有钙与镁离子的水叫做具有“硬度”的水。水中钙离子与镁离子含量的综合叫做水的总硬度。水的硬度有分为暂时硬度和永久硬度两种，总硬度是这两种硬度之和。“国标”规定：生活饮用水的总硬度不能大于450mg/L（以碳酸钙计）。7.铁铁在天然水中普遍存在，是人体不可缺少的营养素。水中含铁量在0.