第九章污水水质和污水出路

水污染控制工程—第九章污水水质和污水出路化学与环境工程系杨爽目录第一节污水性质与污染指标第二节污染物在水体环境中的迁移与转化第三节污水出路与排放标准一、水资源•地球上约有97%的水是海水，难以直接使用。•人类可利用的淡水水量仅占总水量的2.6%，而77.2%以冰川、冰帽的形式存在，很难使用。•我国人均占有水量2400m3/人，相当世界人均占有量的1/4。我国的水资源存在严重的时空分布上的不均衡性。世界水资源概况表1－1世界各大洲水资源状况地区水资源量（km3）人口（万人）耕地面积（万公顷）人均水量（m3/人）地均水量(m3/公顷)亚洲14410286449.142704.0503133980非洲457057189.516635.9799148035北美洲820040689.726786.82015230612南美洲1176027337.211500.843018102254欧洲321049396.522780.06498140913澳洲3001588.84842.7188826195大洋州2090907.085.32304202450176全世界46850491565.2137573.6953134054表1－2世界部分国家水资源状况（1992年）国家或地区水资源量（km3）人口（万人）耕地面积（万公顷）人均水量（m3/人）地均水量(m3/公顷)巴西519042210160500俄罗斯404327130加拿大290113008071550中国2812240025500印尼253018990198000美国24781350015750全世界46850491565.2137573.6953134054水资源的特性:水资源在循环中产生，在运动中利用。动态的循环性：具有一定的更新能力资源的有限性：受更新能力的限制分布的不均匀性：时空分布差异利用的多样性:：利用目标的要求（水量、水质）利害的两重性：不可或缺、不可泛滥、不宜超负荷利用、不宜污染。水资源可持续利用的方针：开发、利用、节约、保护、配置中国水资源状况与对策1.自然概况：属大陆暖湿性气候。河流众多，流域面积100km2，有50000多条，1000km2,有1500多条。主要江河：按长度：长江、黄河、黑龙江、松花江、珠江、雅鲁藏布江、塔里木河、澜沧江、怒江、辽河；按面积：长江、黑龙江、黄河、松花江、珠江、淮河、海河、雅鲁藏布江、辽河、塔里木河；七大江河：长江、黄河、珠江、松花江、海河、辽河、淮河。2.我国水资源的特点1）总量丰富、人均不足总量世界第4（原第6）、人均第97（原第88），不及世界人均的1/4，是世界上13个严重缺水的国家之一。2）时空分布不均匀、资源组合不合理3）水土流失严重森林覆盖率12％，世界第120位，水土流失面积179万km2，产生流沙50亿吨/年，沙漠化面积153万km2，每年新增2100km2。4）水污染加剧、生态环境恶化对策1).总量丰富、人均不足→节水﹡工业水重复利用率，中国：30％，世界：90％；﹡农业水利用率，中国：40％，世界：80％；﹡城市供水漏失率，中国：30％，世界：10％。2).时空分布不均匀、资源组合不合理→蓄水、调水3).水土流失严重→水土整治4).水污染加剧、生态环境恶化→污染防治其它：联合调度、优化配置、分质供水、污水回用、制定法规、理顺水价→水资源管理调整用水结构、改变用水理念→宣传与教育1.水污染现状•污水处理率低：污水排放量接近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（云南）、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、水污染状况及来源1.自然原因2.社会原因三、水污染的原因定义：指污染物进入河流、湖泊、海洋或地下水等水体后，使水体的水质和水体底泥的物理、化学性质或生物群落组成发生变化，从而使水体降低至丧失其原有的使用价值和使用功能的现象。1.按水体的类型不同：河流污染、湖泊污染、海洋污染、地下水污染2.按水体污染物的不同种类：需氧型污染、毒物型污染、富营养性污染、放射性污染、石油污染、热污染、病原体污染、感官型污染四、水污染的类型1.需氧型污染•原因（水体接纳了过量的有机物（能量））•途径（废水排放引起的点源污染）•后果（直接和间接）•防止措施（生物处理）•原因（有机、无机、重金属）•途径（点源污染，废水排放）•后果（短期和长期）•防止措施（化学与物理化学处理）2.毒物型污染3.富营养型污染•原因（氮、磷）•途径（点源、面源）•后果（间接）•防止措施（生物处理）•原因（色、味、悬浮物）•途径（点源污染，废水排放）•后果（直接和间接）•防止措施（物理、化学、生物化学）4.感官型污染水处理的基本原则和方法1.“防”：指对污染源的控制，通过有效控制使污染源排放的污染物量减少到最少量。2.“管”：指对污染源、水体及处理设施的管理。3.“治”：是水污染防治中不可缺少的一环。通过各种治理措施，对废（污）水进行妥善的处理，确保排入水体前达到国家或地方规定的排放标准。一、基本原则1.按照废水处理的作用原理分类：A.物理法：利用物理作用来分离废水中呈悬浮状态的污染物质，在处理过程中不改变其化学性质。B.化学法、物理化学法：利用化学反应的作用来处理水中的溶解性污染物质或胶体物质。C.生化法（生物法）：利用微生物的作用使废水中呈溶解和交替状态的有机污染物转化为无害的物质。二、基本方法2.按照废水处理程度划分：A.预处理B.一级处理（物理处理）C.二级处理（生物处理）D.三级处理（深度处理或高级处理）城市污水处理一般流程原污水沉砂初沉格栅生物处理活性污泥法或生物膜法二沉物化处理或生物处理消毒预处理一级处理二级处理三级处理剩余污泥消化脱水沼气利用处置上清液•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；三级处理——深度处理•一级处理：去除效果：EBOD30%,ESS50%；功能：1）去除颗粒状有机物，减轻后续生物处理的负担2）调节水量、水质、水温等，有利于后续生物处理主要方法：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工艺•三级处理：目的：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。•存在问题：基建与运行费用高，占地大，剩余污泥产量大，管理麻烦，对氮磷的去除不理想。•发展方向：•低耗高效处理技术：天然处理（土地处理系统与稳定塘处理系统）厌氧处理技术•深度处理与回用技术1.一般的废水处理流程：澄清回收污染物处理再用或排放2.比较成型的流程：城市污水处理流程。A.一级处理厂流程；B.二级处理厂（活性污泥法）流程；C.三级处理厂流程；D.城市污水三级处理全流程；E.工业废水处理流程。三、典型废水处理流程简介设计废水处理流程的原则：先易后难，先简后繁。污水和受纳水体的物理学、化学、生物学等方面的特征是通过水质指标来表示的。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。第一节污水性质与污染指标一、水体的自净作用第二节污水在水体环境中的迁移与转化河流的自净作用指河水中的污染物质在河水向下游流动中浓度自然降低的现象。(1)物理净化：指污染物质由于稀释、扩散、沉淀等作用而使河水污染物质浓度降低的过程。其中稀释作用是一项重要的物理净化过程。(2)化学净化：指污染物质由于氧化、还原、分解等作用而使河水污染物质浓度降低的过程。(3)生物净化：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。1．污水排入河流的混合过程(1)竖向混合阶段•污染物排人河流后因分子扩散、湍流扩散和弥散作用逐步向河水中分散，首先在深度方向上达到浓度分布均匀。(2)横向混合阶段•经过一定距离后污染物在整个横断面达到浓度分布均匀的过程。(3)段面充分混合后阶段•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，持久性污染物浓度将不再变化，非持久性污染物浓度将不断减少。2．持久污染物的稀释扩散河流完全混合模式式中：ρ：排放口下游河水的污染物浓度；ρw，qvw：污水的污染物浓度和流量；ρh，qvh：上游河水的污染物浓度和流量。3．非持久污染物的稀释扩散和降解式中：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——污染物分解速率常数；ρo——初始点的污染物浓度；ρ——x断面处的污染物浓度。4．水体的氧平衡(氧垂曲线)式中：ρL，ρL0：x和x=0处的河水BOD5浓度，mg/L；ρD，ρD0：x和x=0处的河水亏氧浓度，mg／L，ρD=(ρcs-ρc)ρc，ρC0：x和x=0处的河水溶解氧浓度，mg／L；ρCS：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，mg／LK1,K2分别为温度T1、T2时的耗氧速度常数。斯蒂特—菲里普斯（Streeter-Phelps)方程氧垂曲线被污染河流中生化需氧量和溶解氧的变化曲线•氧垂曲线可分为三段：•第一段（a—o段）：耗氧速率大于复氧速率，水中溶解氧含量大幅度下降，亏氧量增加，直至耗氧速率等于复氧速率。•o点处：溶解氧量最低，亏氧量最大，称o点为临界亏氧点或氧垂点；•第二段（o一b段）：复氧速率开始超过耗氧速率，水中溶解氧量开始回升，亏氧量逐渐减少，直至转折点b；•第三段（b点以后）：溶解氧含量继续回升，亏氧量继续减少，直至恢复到排污口前的状态。对氧垂曲线再认识①氧垂曲线反映：废水排入河流后溶解氧的变化，表示河流的自净过程；最缺氧点的位置及其溶解氧含量②溶解氧的来源：原有水中的氧；大气复氧；水生植物光合作用。③氧的消耗：有机物的生物氧化；硝化作用；水底沉泥的分解；水生植物的呼吸作用；无机还原性物质的影响。④若o点的溶解氧(DO)大于规定的标准值，从溶解氧的角度，污水的排放未超过河段的自净能力。⑤若o点的溶解氧(DO)小于规定的标准，从溶解氧的角度，污水的排放超过河段的自净能力，甚至出现无氧状态，此时氧垂曲线中断，水体失去自净能力，产生厌氧分解，水质变坏，河水发臭。⑥水体存在的生物群可反映河流自净的进程。如污染重时，真菌、蓝、绿藻占优势；水质变好时，后生动物(钟虫、轮虫)、硅藻就会出现。因此，可用水生生物群落结构来判断和评价水体自净的状况。•水体自净是环境科学中的重要研究课题，同水体污染的研究密切相关。建立关于水体自净过程规律的通用数学模式将有助于控制水体污染。对不同水体进行考察并掌握各种水体的自净规律，就能充分利用水体自净能力，减轻人工处理污染的负担，保证水体不受污染，并据此安排合理的生产布局和以最经济的方法控制和治理污染源。第三节污水出路污水的概念•污水是生活污水、工业废水、被污染的雨水的总称。•生活污水是人类在日常生活中使用过的，并被生活废料所污染的水。•工业废水是在工矿企业生产活动中用过的水。工业废水可分为生产污水与生产废水两类。生产污水是指在生产过程中形成、并被生产原料、半成品或成品等废料所污染，也包括热污染(指生产过程中产生的、水温超过60℃的水)；生产废水是指在生产过程中形成，但未直接参与生产工艺、未被生产原料、半成品或成品污染或只是温度稍有上升的水。•被污染的雨水，主要是指初期雨水。由于初期雨水冲刷了地表的各种污物，污染程度很高，故宜作净化处理。•生活污水与生产污水(或经工矿企业局部处理后的生产污水)的混合污水，称为城市污水。污水的最终出路①排放水体；②工农业利用；③处理后回用1、排放水体及其限制•排放水体是污水的传统出路。但水体接纳污水受到其使用功能的约束，受有关法律、法规的限制。2、污水回用•污水回用应