环境学导论-水处理

环境工程原理中央民族大学生命与环境科学学院邢璇水污染控制——物理设备环境人给水工程排水工程水污染控制水处理流程-给水系统原水饮用水过滤沉淀混凝消毒水处理流程-排水系统初次沉淀池生物处理构筑物二次沉淀池进水出水污泥污泥废水的来源第一节废水来源与特性根据来源不同，废水可分为生活污水和工业废水两大类。生活污水是人们在日常生活中所产生的废水，主要包括厨房洗涤污水。工业废水是在工业生产过程中所排出的废水。工业废水分为生产污水和生产废水。生产废水是指较清洁，不经处理即可排放或回用的工业废水。而那些污染较严重，须经过处理后方可排放的工业废水就称为生产污水。废水的特性废水中的污染物种类大致可如下区分：固体污染物、需氧污染物、营养性污染物、酸碱污染物、有毒污染物、油类污染物、生物污染物、感官性污染物和热污染等。为了表征废水水质，规定了许多水质指标。主要有有毒物质、有机物质、悬浮物总数、pH值、色度、温度等。一种水质指标可能包括几种污染物；而一种污染物也可几种水质指标。(一)固体污染物固体污染物常用悬浮物和浊度两个指标来表示。悬浮物是一项重要水质指标，它的存在不但使水质浑浊，而且使管道及设备阻塞、磨损，干扰废水处理及回收设备的工作。浊度是对水的光传导性能的一种测量，其值可表征废水中胶体相悬浮物的含量。固体污染物在水中以三种状态存在：溶解态(直径小于1nm)、胶体态(直径介于1～100nm)和悬浮态(直径大于100nm)。水质分析中把固体物质分为两部分：能透过滤膜(孔径约3～10μm)的叫溶解固体(DS)；不能透过的叫悬浮固体或悬浮物，两者合称为总固体(TS)。(二)需氧污染物废水中能通过生物化学和化学作用而消耗水中溶解氧的物质，统称为需氧污染物。绝大多数的需氧污染物是有机物，无机物主要有Fe3+、Fe2+、S2-、CN-等。因而在一般情况下，需氧物即指有机物。由于有机物的种类非常多，现有的分析技术难以将其区分与定量。在工程实际中主要用生化需氧量、化学需氧量、总需氧量、总有机碳等指标来描述。1．生化需氧量(BOD)存在一些缺点：(1)当污水中含大量难降解物质时，BOD5测定误差较大；(2)每次测定需5天，不能及时指导实际工作；(3)废水中如存在抑制微生物生长繁殖的物质或不含微生物生长所需的营养时，将影响测定结果。2．化学需氧量(COD)化学需氧量是指在酸性条件下，用强氧化剂特有机物氧化为CO2、H2O所消耗的氧量。氧化剂一般采用重铬酸钾。由于重铬酸钾氧化作用很强，所以能够较完全地氧化水中大部分有机物和无机性还原物质(但不包括硝化所需的氧量)，此时化学需氧量用CODcr，或COD表示。如采用高锰酸钾作为氧化剂，则写作CODMn。3．总需氧量(TOD)有机物主要元素是C、H、O、N、S等。在高温下燃烧后，将分别产生CO2和H2O，所消耗的氧量称为总需氧量TOD。TOD的值一般大于COD的值。TOD的测定方法是：向氧含量已知的氧气流中注入定量的水样，并将其送入以铂为触媒的燃烧管中，在900℃高温下燃烧，水样中的有机物即被氧化。消耗掉氧气流中的氧气，剩余氧量可用电极测定并自动记录。氧气流原有氧量减去剩余氧量即得总需氧量TOD。TOD的测定仅需几分钟。4.总有机碳(TOC)有机物都含有碳，通过测定废水中的总含碳量可以表示有机物含量。总有机碳(TOC)的测定方法是：向氧含量已知的氧气流中注入定量的水样，并将其送入以铂为触媒的燃烧管中，在900℃高温下燃烧，用红外气体分析仪测定在燃烧过程中产生的CO2量，再折算出其中的含碳量，就是总有机碳TOC值。为排除无机碳酸盐的干扰，应先将水样酸化，再通过压缩空气吹脱水中的碳酸盐。TOC的测定时间也仅需几分钟。(三)营养性污染物当废水排入受纳水体，使水中N和P的浓度分别超过0.2和0.02mg/L时，就会引起受纳水体的富营养化，促进各种水生生物的活性，刺激它们的异常增殖，这样会造成一系列的危害。藻类占据的空间越来越大，使鱼类活动空间越来越小，衰死藻类将沉积水底，增加水体有机物量。藻类种类逐渐减少，从以硅藻和绿藻为主转为以迅速繁殖的蓝藻为主，蓝藻不是鱼类的良好饲料，并且有些还会产生出毒素。藻类过度生长，将造成水中溶解氧的急剧减少，使水体处于严重缺氧状态，造成鱼死亡，水体腐败发臭。N的主要来源是氮肥厂、洗毛厂、制革厂、造纸厂、印染厂食品厂等。P的主要来源是磷肥厂和含磷洗涤剂等。生活污水经普通生化法处理，也会转化为无机的P和N等。此外BOD、温度、维生素类物质也能促进和触发营养性污染。(四)酸碱污染物酸碱污染物主要由工业废水排放的酸碱以及酸雨带来。水质标准中以pH值来反映其含量水平。酸碱污染物使水体的PH值发生变化，破坏自然缓冲作用。抑制微生物生长，妨碍水体自净，使水质恶化、土壤酸化或盐碱化。各种生物都有自己的PH适应范围，超过该范围，就会影响其生存。对渔业水体而言，pH值不得低于6或高于9.2，当PH值为5.5时，一些鱼类就不能生存或生殖率下降．农业灌溉用水的pH值应为6.5～8.5。此外酸性废水也对金属相混凝土材料造成腐蚀。(五)有毒污染物废水中能对生物引起毒性反应的化学物质，称有毒污染物。工业上使用的有毒化学物已经超过12000种，而且每年以500种的速度递增。毒物是重要的水质指标，各类水质标准对主要的毒物都规定了限值。废水中的毒物可分为三大类：无机化学毒物、有机化学毒物和放射性物质。1．无机化学毒物无机化学毒物包括金属和非金属两类。金属毒物主要为汞、铬、镉、铅、锌、镍、铜、铁、锰、放、钒、钼和铋等，特别是前几种危害更大。金属毒物具有以下特点：不能被微生物降解；其毒性以离子态存在时最严重，金属离子在水中容易被带负电荷的胶体吸附，吸附金属离子的胶体可随水流迁移，但大多数会迅速沉降；能被生物富集于体内，既危害生物，又通过食物链危害人体；重金属进入人体后，能够和生理高分子物质发生作用而使这些生理高分子物质失去活性，也可能在人体的某些器官积累，造成慢性中毒。重要的非金属毒物有砷、硒、氰、氟、硫、亚硝酸很等。如砷中毒时能引起中枢神经紊乱，诱发皮肤癌等。亚硝酸盐在人体内还能与仲胺生成亚硝胺，具有强烈的致癌作用。2．有机化学毒物这类毒物大多是人工合成有机物，难以被生化降解，并且大多是较强的三致物质(致癌、致突变、致畸)，毒件很大。主要有：农药(DDT、有机氯、有机磷等)、酚类化合物、聚氯联苯、稠环芳烃(如苯并芘)、芳香族氨基化合物等。以有机氯农药为例，首先其具有很强的化学稳定性，在自然环境中的半衰期为十几年到几十年，其次它们都可能通过食物链在人体内富集，危害人体健康。如DDT能蓄积于鱼脂中，浓度可比水体中高12500倍。3．放射性物质放射性是指原子核衰变而释放射线的物质属性。主要包括X射线、α射线、β射线、γ射线及质子束等。废水中的放射性物质主要来自铀、镭等放射性金属生产和使用过程，如核试验、核燃料再处理、原料冶炼厂等。其浓度一般较低，主要引起慢性辐射和后期效应，如诱发癌症、对孕妇和婴儿产生损伤，引起遗传性伤害等。(六)油类污染物油类污染物包括“石油类”和“动植物油”两项。油类污染物能在水面土形成油膜，隔绝大气与水面，破坏水体的复氧条件。它还能附着于土壤颗粒表面和动植物体表，影响养分的吸收和废物的排出。当水中含油0.01～0.1mg/L，对鱼类和水生生物就会产生影响。当水中含油0.3～0.5mg/L就会产生石油气味，不适合饮用。(七)生物污染物生物污染物主要是指废水中的致病性微生物，它包括致病细菌、病虫卵和病毒。未污染的天然水中细菌含量很低，当城市污水、垃圾淋溶水、医院污水等排入后将带入各种病原微生物。如生活污水中可能会有能引起肝炎、伤寒、霍乱、痢疾、脑炎的病毒和细菌以及蛔虫卵和钩虫卵等。生物污染物污染的特点是数量大，分布广，存活时间长，繁殖速度快。必须予以高度重视。水质标准中的卫生学指标有细菌总数和总大肠杆菌群数两项。后者反映水体中动物粪便污染的状况。(八)感官性污染物废水中能引起异色、浑浊、泡沫、恶臭等现象的物质，虽无严重危害，但能引起人们感官上的极度不快，被称为感官性污染物。对于供游览和文体活动的水体而言，感官性污染物的危害则较大。异色、浑浊的废水主要来源于印染厂、纺织厂、造纸厂、焦化厂、煤气J—等。恶臭废水来源于炼油厂、石化厂、橡胶厂、制药厂、屠宰厂、皮革厂等。当废水中含有表面活性物质时，在流动和曝气过程中特产生泡沫，如造纸废水、纺织废水等。各类水质标准中，对色度、臭味、浊度、漂浮物等指标都作了相应的规定。(九)热污染废水温度过高而引起的危害，叫做热污染，热污染的主要危害有以下几点。（1）使水体溶解氧浓度降低，相应的亏氧量随之减少，大气中的氧向水体传递的速率也减慢；（2）导致生物耗氧速度加快，促使水体中溶解氧更快被耗尽，水质迅速恶化，造成鱼类和水生生物缺氧死亡；（3）加快藻类繁殖，从而加快水体富营养化进程；（4）导致水体中的化学反应加快，使水体的物化性质发生变化，可能对管道和容器造成腐蚀。（5）加速细菌生长繁殖，增加后续水处理的费用。怎样确定水质好坏？如何判断所处理的水是否达标？物理指标色度、浊度、嗅味、温度等化学指标pH值、碱度、硬度；重金属、氰化物、多环芳烃、农药；溶解氧、化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）生物指标细菌总数、大肠杆菌总数、病原菌、病毒常用的水质指标国际通用三大类指标：物理性指标化学性指标生物性指标水质分析指标物理性指标感官性指标，水的色度来源于金属化合物或有机化合物感官性指标，水的异臭来源于还原性硫和氮的化合物、挥发性有机物和氯气等污染物质挥发性物质溶解物质固定性物质悬浮固体物质加速耗氧反应，最终导致水体缺氧或水质恶化造成水中溶解氧减少工业废水常引起水体热污染色度固体物质嗅和味温度化学性指标有机物生化需氧量（BOD）反映了在有氧的条件下，水中可生物降解的有机物的量主要污染特性（以mg/L为单位）。有机污染物被好氧微生物氧化分解的过程，一般可分为两个阶段：第一个阶段主要是有机物被转化成二氧化碳、水和氨；第二阶段主要是氨被转化为亚硝酸盐和硝酸盐。污水的生化需氧量通常只指第一阶段有机物生物氧化所需的氧量，全部生物氧化需要20~100d完成。实际中，常以5d作为测定生化需氧量的标准时间，称5日生化需氧量（BOD5）；通常以20℃为测定的标准温度。BOD:biologicaloxygendemand在规定条件下微生物氧化分解污水或受污染的天然水样中有机物所需要的氧量（20℃，5d）。BOD与CBOD、NBOD时间/d需氧量/（mg·L-1）BODL与BOD5时间/d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)。酸性条件下，硫酸银作为催化剂，氧化性最强。废水中无机的还原性物质同样被氧化。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TOCTODCODcrBODLBOD5CODMn化学性指标有机物油类污染物石油类：来源于工业含油污水。动植物油脂：产生于人的生活过程和食品工业。油类污染物