第1章废水生物处理绪论

生物与食品工程学院吴金男废水生物处理第一章绪论第一节水资源循环与特点第二节水污染现状及来源第三节水污染的控制第四节水质指标及水质标准第五节污水水质指标第一节水资源循环与特点一、世界水资源现状及水资源危机据水文地理学家估算，地球上的水资源总量约为13.8亿km3，其中97.5％是海水（13.45亿km3）。淡水只占2.5％，其中绝大部分为极地冰雪冰川和地下水，适宜人类使用的仅为0.01％。20世纪，世界人口增加了两倍，而人类用水增加了５倍，工业的迅速发展又使水污染日益严重，使许多国家面临水资源危机：12亿人用水短缺，30亿人缺乏用水卫生设施，每年有300万到400万人死于和水有关的疾病。水资源危机带来的生态系统恶化和生物多样性破坏，也将严重威胁人类生存。“地球上最后一滴水将是人类的眼泪。”水资源危机既阻碍世界可持续发展，也威胁着世界和平。过去50年中，由水引发的冲突共507起，其中37起有暴力性质，21起演变为军事冲突。1993年1月18日，第47届联合国大会作出决议，确定每年的3月22日为“世界水日”。1、人均占有量少我国是世界13个贫水国家之一。淡水资源总量虽然占全球水资源的6%（28000亿m3），但人均占有量只有2300m3，仅为世界平均水平的1/4，列世界第121位。2、空间分布不均人口占中国54％的长江流域及其以南地区占81％的水资源，北方人口占46％，水资源只有19％。东南地区降水量可达1600mm，造成涝灾；西北地区降水只有500mm，少的地区不到200mm。二、中国水资源现状与特点3、季节及年际变化大60－80％降水集中在夏季（7，8，9月）；年际变化大时可差3－6倍。4、许多地区缺水严重据水利部统计，全国669座城市中有400座供水不足，110座严重缺水。北京、天津、青岛、大连等城市缺水最为严重。1988年水利部确定每年的7月1日至7日为“中国水周”。为突出“世界水日”的主题，从1994年开始，水利部把“中国水周”的时间改为每年的3月22日至28日。三、水循环——水的自然循环和社会循环植物截留云传输毛细作用下渗下渗土壤水分降水地下水冰雪存水地表径流地表水地下径流河流、湖泊海洋河流入海下渗蒸腾作用吸收蒸发凝结云1、水的自然循环2、水的社会循环废水收集生活污水工业废水雨水配水河流生活用水工业用水排水取水废水处理给水处理用水3、水的社会循环对自然循环的影响自然循环取水排放水污染控制工程平衡破坏给水处理社会循环平衡破坏四、水处理工程的任务给水工程：取水――给水处理――配水排水工程：废水收集――废水处理――排放或回用第二节水污染现状及来源一、水污染现状污水处理率低污水排放排放量接近400亿m3，工业废水处理率约80％，达标排放的只有60％，城市污水处理率15％。90％以上的城市水域受到污染特别严重的水系：三河：淮河、海河、辽河湖泊富营养化严重滇池、巢湖（安徽）、太湖（江苏）50％左右地下水水质受到污染50％以上的重点城镇饮用水源不符合标准二、水污染来源（废水的来源）1、生活污水是指人们在日常生活中所产生的废水。2、工业废水是指人们在工业生产活动中所排放的废水。3、降水、农业废水等其他废水城市污水：是指纳入城市污水管网的、包括城市生活污水和工业废水的各类废水混合物。三、水污染的危害1、对人体健康的危害1）有毒化学物质对人体的毒性作用急性中毒（短期危害，短时期内或一次性大量摄入）慢性中毒（长期危害，长时期少量摄入）致癌作用（远期危害，长时期摄入三致物质）2）病原微生物对人体的致病作用2、对工业生产的影响1）影响工业产品的产量和质量。2）使工业用水的处理费用增加。3）腐蚀厂房设备、下水道等，影响正常生产。3、对农业、渔业生产的影响1）经济作物和水产品的产量和品质下降甚至绝收。2）破坏土壤结构和理化性质，使土壤长时期失去其功能和价值。4、对环境的影响：破坏生态平衡。第三节水污染的控制一、水污染的控制措施“防”、“治”、“管”三者相结合，“防”可减轻“治”，“治”可达到控制水污染的目的，“管”可起指导和监督作用。1、“防”：大力推行清洁生产，降低工业污染，尽快实现从末端治理向源头控制的的战略转移。2、“治”：加大水污染治理投资，加快城镇排水系统和污水处理厂的建设步伐；从单纯的点污染源治理转向点源、内源和面源的流域综合治理；实施废水资源化。3、“管”：加强管理，严格以法治水；制定并实施有效的法律、法规，完善水的管理体系；切实保护饮用水源地，提高饮用水安全性。二、废水处理的基本方法1、物理处理法：通过物理作用分离、回收废水中呈悬浮状态的污染物(包括油膜和油珠)，从而使废水得到初步净化的废水处理方法。如：重力分离法（沉淀、浮上）、离心分离法、筛滤截流法等。2、化学处理法：通过化学反应来分离去除废水中呈溶解或胶体状态的无机物或难以生物降解的有机物，或将其转化为无害物质的废水处理方法。如：中和法、混凝沉淀法、化学沉淀法、氧化还原法等。3、物化处理法：通过物理化学作用去除废水中呈溶解或胶体状态的无机物或难以生物降解的有机物的废水处理方法。如：离子交换法、萃取法、吸附法、膜分离法等。4、生物处理法（生化处理法）：通过微生物的代谢作用，使废水中呈溶解、胶体状态的有机污染物，转化为稳定、无害的物质的废水处理方法。包括好氧生物处理法和厌氧生物处理法两大类。三、废水处理系统废水常常需要通过多种方法组成处理系统才能达到处理要求。根据处理程度不同，废水处理系统可分为：1、一级处理：Primarytreatment去除废水中难溶性固体（漂浮物、易沉物、部分悬浮物）和调节废水pH的处理，以减轻后续处理的工艺负荷。一级处理以物理法为主。因一般达不到排放标准，故常作为预处理（Preliminarytreatment）。2、二级处理废水经一级处理后，以去除废水中呈胶状和溶解状态的有机物为主的处理。二级处理以生物法为主，是废水处理的主体，现在也有以化学法和物化法为主的二级处理。Secondarytreatment3、三级处理（深度处理或高级处理）是进一步去除废水二级处理未去除的污染物（包括微生物、难降解的有机物以及氮、磷等可溶性无机物）的处理。三级处理以废水回用、复用为目的，常需采用多种工艺，耗资较大，管理较复杂，但能充分利用水资源。目前氮、磷处理（三级处理的主要处理对象）已开始融入二级处理中。Tertiaryoradvancedtreatment第四节水质指标及水质标准一、地面水的水体分类（国家环保总局《地面水环境质量标准》）I类：主要适用于源头水、国家自然保护区II类：主要适用于集中式生活饮用水水源地一级保护区、珍贵鱼类保护区、鱼虾产卵区III类：主要适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区、一般鱼类保护区及游泳区IV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V类：主要适用于农业用水区及一般景观要求区域二、评价水的综合特性的水质指标水质指标有上百项，分三类。1、物理性水质指标温度、色度、嗅和味、固体物质、浑浊度、透明度等。2、化学性水质指标包括：有机物和无机性指标两类。3、生物学水质指标细菌总数、总大肠菌群数、各种病原微生物等。三、与水污染控制有关的水质标准分两类。一、根据水的不同用途制订的有关物理、化学和生物学的水质质量标准如：地面水环境质量标准、海水水质标准、生活饮用水卫生标准、工业用水标准、其它用水标准（游泳、渔业、灌溉等）二、为保护环境、保证水体的正常用途制订的污水排放标准如：污水综合排放标准、造纸工业水污染物排放标准、肉类加工工业水污染物排放标准、医院污水排放标准等。第五节污水水质指标一、物理性指标温度、色度、嗅和味、固体物质、浑浊度、透明度等。固体物质：（1）总固体(TS)：水中所有残渣的总和。（2）溶解固体(DS)：水样过滤后，滤液蒸干所得的固体。DS表示水中可溶性固体（如盐类等）和胶体态物质含量。（3）悬浮固体(SS)：水样过滤后，滤渣脱水烘干所得的固体。SS表示水中不溶性固体的量，是水质监测中的重要指标。（4）挥发性固体(VS)：固体在600℃下灼烧后挥发掉的固体。VS表示水中有机固体成分的量。（5）非挥发性固体(固定性固体，FS)：固体在600℃下灼烧后的残渣。FS表示水中无机固体成分的量。TS=DS+SS=VS+FS二、化学性指标1、有机物耗氧有机物（如：碳水化合物、蛋白质、氨基酸、脂肪）有机有毒物（如：酚类、氰化物、多环芳香烃、农药）（1）生化需氧量（BOD）：是指水中有机物被好氧微生物分解时所需的氧量。单位：mg/L。测定温度：20℃。★好氧微生物分解有机污染物的过程分为两个阶段：碳化阶段:有机物→CO2+H2O+NH3。由好氧微生物参与，约20天。碳化需氧量(完全生化需氧量，La)≈BOD20硝化阶段:NH3→NO2-→NO3-。由硝化细菌参与。硝化需氧量(LN)。★目前普遍采用BOD5（五日生化需氧量）代表BOD。★BOD5与BOD20相差较大，但同一废水的两者比例相对固定。生活污水：BOD5/BOD20≈0.7★BOD可反映水中可生物降解的有机物的量。（2）化学需氧量（COD）（3）总需氧量（TOD）：有机物在高温（900℃）燃烧后全部被氧化时所需的氧量。TODCOD（4）总有机碳（TOC）：有机物在高温（900℃）燃烧后全部被氧化时，根据产生的CO2折算出的含碳量。是指水中有机物被强化学氧化剂氧化时所消耗的氧化剂中所含的氧量。单位：mg/L。★常用的氧化剂KMnO4：测定的值称CODMn或OC或高锰酸钾指数。K2Cr2O7：常用。测定的值称CODCr或COD。★COD可反映水中有机物的总量。但还原性无机物也能消耗部分氧，造成一定误差。★一般来说，CODBOD5；BOD5/COD0.3的废水才适宜生化处理。2、无机性指标无机有害物（如：Cl-、SO42-、S2-），无机有毒物（如：各种重金属元素），植物营养元素（如：N、P），pH值，等。三、生物学指标细菌总数大肠菌群病原微生物