第01章总论

污水处理理论与技术参考教材排水工程下册张自杰水质工程学李圭白1.水资源分布不平衡在中国北方地区，耕地面积占全国耕地面积的65%，工业用地占全国工业用地的50%。但其供水量仅占全国供水量的20%。而中国南方的河流经常发生泛滥造成了一些灾难性后果。中西部为水量型缺水地区，节水将成主要水资源开源课题。中国水环境现状2.水质污染问题严重全国60%的城市面临着水资源短缺问题，中国的七大水系中，很多河段水质为Ⅳ类、Ⅴ类或劣Ⅴ类，失去作为饮用水水源的功能。尽管中国在安全饮用水方面作出了很大的努力，但其饮用水水质标准在世界仍处于落后之列。中国水环境现状™™水质超水质超ⅤⅤ类水标准类水标准™™氮磷污染突出氮磷污染突出™™藻类疯长藻类疯长污染特征污染特征——全湖严重富营养化全湖严重富营养化滇池外海龙门村一带滇池外海龙门村一带水质怎水质怎样样？？随着我国经济的快速发展，水体污染将日益加剧，形成水质型和水量型缺水的复合缺水局面。中国的水问题已成为中国进行现代化建设的主要障碍！新世纪的水处理科技任务是：防止由于水资源水质恶化对国家的经济可持续发展产生瓶颈效应甚至水质灾害。怎么办？1水是可再生的资源，通过城市水循环技术实现污水的净化和水体保护，使水资源不受到破坏并能进入良性的再生循环。2为了解决日益加剧的水污染问题，必须采取多种多样的措施，包括法制、行政、经济、工程技术和宣传教育等方面。但是水污染问题的最终解决还要依靠工程，所以在我国还必须大力进行污水和工业废水处理。中国水环境现状第一节污水的性质与特征第一章总论第二节第二节水体自净水体自净第三节第三节污水排放标准污水排放标准第四节第四节污水处理基本方法与系统污水处理基本方法与系统第一节污水的性质与特征1.1污水分类及城市污水的组成1.2污水的危害1.3城市污水的性质与污染指标生活污水工业废水降水1.1污水分类及城市污水的组成——在人类使用过程中受到了不同程度的污染，改变了原来的化学成分和物理性质的水，叫污水。组成分类第一节第一节污水的性质与特征污水的性质与特征1.1.1生活污水◎来源：住宅、公共场所、机关、学校、医院、商店以及工厂中的生活间部分。◎特点：•含有较多的有机物，如蛋白质、氨氮、洗涤剂以及病原微生物等，生活污水量与用水量接近，约为用水量的80~90%，污染物的成分和浓度较稳定。•逐年增加，生活水平↑，用水量↑，生活污水↑。生活污水一般占城市污水总量的70～80％。◎出路：经过处理后排入水体、灌溉农田、水产养殖、重复利用污水的出路1.排放水体2.灌溉农田3.水产养殖4.重复利用1.1.2工业废水◎来源：各类工矿企业。◎特点：（1）成分复杂，受工业生产性质和工艺过程的影响明显，水量和水质变化大，对环境的危害大。（2）随着工业产值的增加，污水排放量逐渐增加。◎出路：经过工厂处理达标后排入水体、循环使用或达到接管标准后接入城市污水处理厂。◎工业废水的分类：生产废水（轻微）、生产污水（严重）•按所含污染物的化学性质，分为3类：•按所含污染物的主要成分分类：•按生产行业分类：主要含无机污染物的废水；主要含有机污染物的废水；同时含无机和有机污染物的废水。酸性废水、碱性废水、含氰废水（电镀）、含铬废水（皮革）、含镉废水（采矿）、含汞废水（电镀、仪表）、含酚废水（焦化厂）、含油废水（餐饮、石油开采、机械加工）、含有机磷废水（农药、化肥）等。•按照污染程度：化工废水、造纸废水、印染废水、制药废水、制革废水、亚麻废水、啤酒废水、乳品废水等。1.1.3降水指大气降水，包括雨、雪、雹、霜等。一般降水指的是雨水。◎特点：•初降雨水污染较重•地表径流形成的面源污染严重•工业污染导致酸雨◎出路：进入水的自然循环和社会循环1.2污水的危害1.危害人体健康2.影响工农业生产3.影响景观环境4.影响渔业资源5.破坏生态环境1.3城市污水的性质与污染指标1.3.1污水的物理性质及指标1.感官性状指标⑴温度一般10～25℃，热污染的危害：①水温增加，DO减少----鱼类死亡，水体腐败②水温增加，水的物理化学性质发生变化（溶解度、粘度）③水温增加，细菌、藻类繁殖加快⑵色度生活污水是黑灰色（工业废水颜色差异很大），色度加大，影响透光率------影响光合作用⑶臭味有机物厌氧腐败------氨、胺类，硫化氢等2.固体指标固体含量按照化学性质：——有机（TVS）、无机（TFS）按照存在状态：总悬浮固体（SS），粒径≥0.1μm，有机和无机悬浮物胶体，粒径0.001μm~0.1μm总溶解性固体（TDS），无机盐和溶解性有机物悬浮物的危害：⑴降低光的穿透能力⑵影响水生生物的生长⑶有机悬浮物大量消耗溶解氧1.3.2、污水的化学性质及指标（一）无机物及指标分为无直接毒害作用和有直接毒害作用二类1、无直接毒害作用无机物质⑴酸碱pH值——来源于工厂、酸雨，引起水体pH值变化，水质恶化，腐蚀管道。酸碱污染------盐污染，无法饮用⑵氮、磷水中的营养物质，产生水体富营养化①氮、磷的评价指标，总氮（TN）：包括有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮氨氮：NH3与NH4+，属于污水中的碱性物质为微生物提供氮源凯氏氮（KN）：有机氮+氨氮--------能为微生物所利用（好氧）亚硝酸盐氮和硝酸盐氮=总氮－凯氏氮有机氮：含氮有机化合物，有机氮=凯氏氮－氨氮②磷的化合物分为有机磷和无机磷，一般测总磷TP③含氮化合物在水体中的转化第一步：有机氮------NH3(有氧或无氧)-------氨化阶段第二步：NH3------NO2--------NO3-(有氧)---------硝化阶段第三步：NO3----------N2-------缺氧----------------反硝化阶段④氮磷污染与水体的富营养化营养化是水体演化的一种规律，富营养化是指水体在外界条件的影响下，由于营养盐类不断积聚，引起水体内部物理、化学性状不断改变，水生生态系统发生相应的演替。并由生物生产力低的状态逐步向生物生产力高的状态过渡的现象。氮、磷污染加重水体的富营养化，刺激藻类过度增值。贫营养湖-----富营养湖-----沼泽地-----陆地湖泊富营养化过程的初始阶段，湖体中营养盐比较少。溶解氧丰富，生物生产力水平低。湖泊呈现贫营养型特征。随着时间的推移，自外部进入湖中的营养盐类逐渐积聚，湖水中营养物质增多，湖泊生物生产能力提高，生物量增加。水中溶解氧含量下降，水色发暗，透明度降低，水生生物种群组成逐步由适合富营养状态下的种群所代替，湖泊相应由贫营养型发展为中营养型，进而演变为富营养型。影响富营养化的主要因子(1)营养因子是指浮游生物等生长所必须的各种营养盐类。据测定，每增殖1g藻类，大约消耗0.009g磷、0.063g氮、0.07g氢、0.358g碳、0.496g氧以及Mn、Fe、Cu、Mo等各种微量元素。藻类的生长会因湖水中某种元素不足而受到抑制，该规律称为最低量定律，这种元素称为限制性元素。在上述元素中，C、H、O三种元素来源广泛，因此，湖水中N、P的含量与补给量成为影响藻类繁殖的主要限制性因子。⑶硫化物与硫酸盐①来源：工业废水②危害在水中易形成H2S--------对生物有害-----不利于污水处理据计算，每1gN可增殖10.8g藻类，每1gP可增殖78克藻类。由此可见，水体中N、P含量直接决定藻类的繁殖速度，因而影响到湖泊富营养化进程。其中P是昀主要的限制性因子。⑷氯化物浓度过高-------抑制生物生长，腐蚀设备2、有直接毒害作用无机物质⑴重金属离子----汞、镉、铬、铅--------对生物和人体有毒（蓄积），毒性慢、危害大。⑵非重金属毒物------氰化物、砷化物，----------毒性快⑶重金属的危害：①不能降解，只能形态上转换②常以底泥形式存在于底泥之中，形成次生污染源③形态转换增强毒性④易通过食物链成千上万的富集汞的毒性很强，而有机汞化合物的毒性又超过无机汞。无机汞化合物如无机汞化合物如HgCl2HgCl2、、HgOHgO等不易溶解，因而不易等不易溶解，因而不易进入生物组织；有机汞化合物如烷基汞（进入生物组织；有机汞化合物如烷基汞（CH3HgCH3Hg一、一、C2H5HgC2H5Hg一）、苯基汞（一）、苯基汞（C6H5HgC6H5Hg一）等，有很强的脂溶性，一）等，有很强的脂溶性，易进入生物组织，并有很高的蓄积作用。易进入生物组织，并有很高的蓄积作用。汞[Hg（Ⅱ）]汞在无脊椎动物体中的富集可达汞在无脊椎动物体中的富集可达1010万倍，日本的万倍，日本的水俣病就是人长期吃富集甲基汞的鱼而造成的。水俣病就是人长期吃富集甲基汞的鱼而造成的。镉进入人体后，主要贮存在肝、肾组织中不易排出。镉的慢性毒性主要使肾脏吸收能力不全，降低机体免疫能力及导致骨质疏松、软化，如骨痛病所出现的骨萎缩、变形、骨折等。日本的痛（骨）痛病就是吃了被含镉污水生产的稻米所致。镉[Cd（Ⅱ）]（二）有机物及评价指标易生物降解难生物降解铬铬[Cr[Cr（（ⅥⅥ））]]六价铬有致畸、致突变与致癌等作用。六价铬有致畸、致突变与致癌等作用。砷（As）As2O3即砒霜，对人体有很大毒性。氰化物氰化物氰的毒性主要表现在破坏血液，致死亡。氰的毒性主要表现在破坏血液，致死亡。难降解有毒性1、易生物降解有机物自然界中存在的蛋白质、碳水化合物、脂肪等（好氧微生物）CO2+H2O+合成新细胞有机物（厌氧微生物）脂肪酸、醇、沼气常用COD,BOD,TOD,TOC表示有机物2.难生物降解有机物大多为人工合成有机物，例如：塑料、合成橡胶、合成洗涤剂、有机农药等。主要特征⑴稳定，不易被微生物降解-------例如白色污染⑵多有害健康-------例如“三致”物质⑶常用COD,TOD,TOC表示（三）有机物污染指标评价有机物数量的多少常用评价指标生化需氧量BOD化学需氧量COD有机物是还原性物质，能被氧化，用需总需氧量TOD氧的量来表示有机物的量。理论需氧量ThOD有机物中都含有碳元素，用碳的量来总有机碳TOC表示有机物的量1、生化需氧量BOD在水温20℃，由于微生物的生化活动，将有机物氧化为无机物所消耗的溶解氧的量来表示有机物的量。------------利用有氧条件下，有机物降解时都消耗溶解氧⑴碳氧化阶段-----H2O、CO2、NH3----BODμ⑵硝化阶段-------NO2、NO3--------NODμ一般20日有机物可完全碳氧化----------BODμ5日生化需氧量-------BOD5碳BOD反应模型rrBODkdtdBOD1−=)(1tkreUBODBOD−=)1(1tkteUBODBOD−−=式中：BODr——在t日剩余的BOD量，mg/l；k1——一级反应速率常数，l/d；BODt——t日的BOD量，mg/l；UBOD——总碳BOD;t——时间，d。温度对BOD反应速率的影响K1受温度影响2011047.120−=Ttkk常用BOD5的原因：①20日有机物可完全分解，但时间太长②BOD5占第一阶段BODμ的70-80%，比较准确(不用三天的原因)③需要建立统一标准，用来进行比较④能反映可被微生物分解的有机物的量2、化学需氧量CODBOD的缺点：⑴时间长，需要5日出结果⑵难降解有机物含量高时，误差较大⑶水中含有抑制物质或毒物时，影响测定结果对于同一水样：COD是在酸性条件下，利用强氧化剂将有机物氧化为CO2和H2O所消耗的氧的量，称为化学需氧量。将强氧化剂折合为氧的当量来表示有机物的量。用重铬酸钾作为氧化剂--------CODCr-----污水中常用---------氧化能力强（80~90%）用高锰酸钾作为氧化剂-------CODMn（OC）-----给水中常用---------氧化能力差对于同一水样：CODCr≥BODμ≥BOD5≥CODMnCOD的特点⑴快速准确⑵氧化能力强，可氧化难降解物质⑶不能反映可被生物降解的有机物的量⑷水中还原性物质干扰测定(Cl-、S2-)常用BOD5/CODCr来表示污水的可生化性，BOD5表示可生化有机物量CODCr表示有机物总量BOD5/CODCr比值越高，可生