哈工大_賈玉紅_水污染控制_污水水質(zhì)與污水出路

1、第九章 污水水質(zhì)與污水出路第一節(jié)第一節(jié) 污水性質(zhì)與污染指標污水性質(zhì)與污染指標 水質(zhì)分析指標物理性指標感官性指標，水的色度來源于金屬化合物或有機化合物感官性指標，水的異臭來源于還原性硫和氮的化合物、揮發(fā)性有機物和氯氣等污染物質(zhì)揮發(fā)性物質(zhì)溶解物質(zhì)固定性物質(zhì)懸浮固體物質(zhì)加速耗氧反應(yīng)，最終導(dǎo)致水體缺氧或水質(zhì)惡化造成水中溶解氧減少工業(yè)廢水常引起水體熱污染色度固體物質(zhì)嗅和味溫度Dissolved Oxygen (DO)水水和和污污水水中中固固體體成成分分的的內(nèi)內(nèi)部部相相關(guān)關(guān)性性水和污水中雜質(zhì)顆粒分布水和污水中雜質(zhì)顆粒分布黏土水中固體的尺寸化 學(xué) 性 指 標有機物生化需氧量（生化需氧量（BODBOD）反映了

2、在有氧的條件下，水中可生物降解的有機物的量，反映了在有氧的條件下，水中可生物降解的有機物的量， 是污水的主要污染特性（以是污水的主要污染特性（以mg/Lmg/L為單位）。為單位）。有機污染物被好氧微生物氧化分解的過程，一般可分為有機污染物被好氧微生物氧化分解的過程，一般可分為 兩個階段：第一個階段主要是有機物被轉(zhuǎn)化成二氧化碳、兩個階段：第一個階段主要是有機物被轉(zhuǎn)化成二氧化碳、 水和氨水和氨（碳化階段）（碳化階段）；第二階段主要是氨被轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽；第二階段主要是氨被轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽和硝酸鹽（硝化階段）（硝化階段） 。污水的生化需氧量通常只指污水的生化需氧量通常只指第一階段第一階段有機物生

3、物氧化所有機物生物氧化所 需的氧量，全部生物氧化需要需的氧量，全部生物氧化需要2020100d100d完成。完成。實際中，常以實際中，常以5d5d作為測定生化需氧量的標準時間，稱作為測定生化需氧量的標準時間，稱5 5 日生化需氧量（日生化需氧量（BODBOD5 5）；通常以）；通常以2020為測定的標準溫度。為測定的標準溫度。BOD: biological oxygen demandBOD: biological oxygen demand在規(guī)定條件下微生物氧化分解污水中有機物所需要的氧量在規(guī)定條件下微生物氧化分解污水中有機物所需要的氧量( (溶解氧）溶解氧）。BODBOD值高，則水中耗氧有機

4、污染物多。值高，則水中耗氧有機污染物多。BOD與CBOD、NBOD時間/d需氧量/（mgL-1）化 學(xué) 性 指 標有機物化學(xué)需氧量（化學(xué)需氧量（CODCOD）CODCOD值越高，則代表水中有機污染物越多。值越高，則代表水中有機污染物越多。常用的氧化劑主要是重鉻酸鉀常用的氧化劑主要是重鉻酸鉀K K2 2CrCr2 2OO7 7( (稱稱 CODCODCrCr ) )和和 高錳酸鉀高錳酸鉀KMnOKMnO4 4( (稱稱CODCODMnMn) ) 。廢水中無機的還原性物質(zhì)同樣被氧化。廢水中無機的還原性物質(zhì)同樣被氧化。如果廢水中有機物的組成相對穩(wěn)定，則化學(xué)需氧量和如果廢水中有機物的組成相對穩(wěn)定，則化

5、學(xué)需氧量和 生化需氧量之間應(yīng)有一定的比例關(guān)系：生活污水通常生化需氧量之間應(yīng)有一定的比例關(guān)系：生活污水通常 在在0.40.50.40.5。 COD: chemical oxygen demandCOD: chemical oxygen demand用化學(xué)方法氧化分解廢水水樣中有機物過程中所消耗的氧化劑量折合用化學(xué)方法氧化分解廢水水樣中有機物過程中所消耗的氧化劑量折合 成氧量（成氧量（OO2 2，mg/Lmg/L）。）?；?學(xué) 性 指 標有機物總有機碳（總有機碳（TOCTOC）和總需氧量（）和總需氧量（TODTOD）TOC: total organic carbonTOC: total organ

6、ic carbon在在950950高溫下，以鉑作為催化劑，使水樣氣化燃燒，然后測定氣體高溫下，以鉑作為催化劑，使水樣氣化燃燒，然后測定氣體 中的中的COCO2 2含量，從而確定水樣中碳元素總量。含量，從而確定水樣中碳元素總量。測定中應(yīng)該去除無機碳的含量。測定中應(yīng)該去除無機碳的含量。各種水質(zhì)之間各種水質(zhì)之間TOCTOC或或TODTOD與與BODBOD不存在固定的相關(guān)關(guān)系。在水質(zhì)條不存在固定的相關(guān)關(guān)系。在水質(zhì)條 件基本不變的條件下，件基本不變的條件下，BODBOD與與TOCTOC或或TODTOD之間存在一定的相關(guān)關(guān)系之間存在一定的相關(guān)關(guān)系。TOD: total oxygen demandTOD:

7、total oxygen demand在在900950900950高溫下，將污水中能被氧化的物質(zhì)（主要是有機物，高溫下，將污水中能被氧化的物質(zhì)（主要是有機物， 包括難分解的有機物及部分無機還原物質(zhì)），燃燒氧化成穩(wěn)定的氧包括難分解的有機物及部分無機還原物質(zhì)），燃燒氧化成穩(wěn)定的氧 化物后，測量載氣中氧的減少量，稱為總需氧量（化物后，測量載氣中氧的減少量，稱為總需氧量（TODTOD）。）。TODTOD測定方便而快速。測定方便而快速。污水有機物指標之間的關(guān)系污水有機物指標之間的關(guān)系有機碳量有機碳量需氧量需氧量TOCTODCODcrBOD5CODMn在污水有機物組成相對穩(wěn)定時，在污水有機物組成相對穩(wěn)定時

8、，BOD與與COD之間存在一定比例關(guān)系。之間存在一定比例關(guān)系?；?學(xué) 性 指 標有機物油類污染物油類污染物石油類：來源于工業(yè)含油污水。石油類：來源于工業(yè)含油污水。動植物油脂：產(chǎn)生于人的生活過程（廚房污水）和食品工業(yè)。動植物油脂：產(chǎn)生于人的生活過程（廚房污水）和食品工業(yè)。油類污染物進入水體后影響水生生物的生長、降低水體油類污染物進入水體后影響水生生物的生長、降低水體 的資源價值。的資源價值。油膜覆蓋水面阻礙水的蒸發(fā)，影響大氣和水體的熱交換。油膜覆蓋水面阻礙水的蒸發(fā)，影響大氣和水體的熱交換。油類污染物進入海洋，改變海水的反射率和減少進入海洋表油類污染物進入海洋，改變海水的反射率和減少進入海洋表 層

9、的日光輻射，對局部地區(qū)的水文氣象條件可能產(chǎn)生一定影層的日光輻射，對局部地區(qū)的水文氣象條件可能產(chǎn)生一定影 響。響。大面積油膜將阻礙大氣中的氧進入水體，從而降低水體大面積油膜將阻礙大氣中的氧進入水體，從而降低水體 的自凈能力。的自凈能力。石油污染對幼魚和魚卵的危害很大，堵塞魚的鰓部，能使魚蝦石油污染對幼魚和魚卵的危害很大，堵塞魚的鰓部，能使魚蝦 類產(chǎn)生石油臭味，降低水產(chǎn)品的食用價值。類產(chǎn)生石油臭味，降低水產(chǎn)品的食用價值。破壞風(fēng)景區(qū)，危害鳥類生活。破壞風(fēng)景區(qū)，危害鳥類生活。化 學(xué) 性 指 標有機物酚類污染物酚類污染物酚污染來源：煤氣、焦化、石油化工、木材加工、酚污染來源：煤氣、焦化、石油化工、木材加

10、工、 合成樹脂等工業(yè)廢水。合成樹脂等工業(yè)廢水。原生質(zhì)毒物，可使蛋白質(zhì)凝固，引起神經(jīng)系統(tǒng)中毒。原生質(zhì)毒物，可使蛋白質(zhì)凝固，引起神經(jīng)系統(tǒng)中毒。酚濃度低時，能影響魚類的洄游繁殖。酚濃度低時，能影響魚類的洄游繁殖。酚濃度達酚濃度達0.10.10.2mg/L0.2mg/L時，魚肉有酚味。時，魚肉有酚味。酚濃度高會引起魚類大量死亡，甚至絕跡。酚濃度高會引起魚類大量死亡，甚至絕跡。酚的毒性可抑制水中微生物的自然生長速度，有時甚酚的毒性可抑制水中微生物的自然生長速度，有時甚 至使其停止生長。至使其停止生長。酚能與飲用水消毒氯產(chǎn)生氯酚，具有強烈異臭（酚能與飲用水消毒氯產(chǎn)生氯酚，具有強烈異臭（0.0010.001

11、 mg/L mg/L即有異味）。即有異味）。灌溉用水酚濃度超過灌溉用水酚濃度超過5mg/L5mg/L時時, , 農(nóng)作物減產(chǎn)甚至枯死農(nóng)作物減產(chǎn)甚至枯死。Phenol, 通式ArOH化化 學(xué)學(xué) 性性 指指 標標無無機機性性指指標標植物營植物營養(yǎng)元素養(yǎng)元素pHpH和堿度和堿度重金屬重金屬 過多的氮、磷進入天然水體，易導(dǎo)致過多的氮、磷進入天然水體，易導(dǎo)致富營養(yǎng)化，使水生植物尤其是藻類大量繁富營養(yǎng)化，使水生植物尤其是藻類大量繁殖，造成水中溶解氧急劇變化，影響魚類殖，造成水中溶解氧急劇變化，影響魚類生存，并可能使某些湖泊由貧營養(yǎng)湖發(fā)展生存，并可能使某些湖泊由貧營養(yǎng)湖發(fā)展為沼澤和干地。為沼澤和干地。 一般要

12、求處理后污水的一般要求處理后污水的pH在在69之之間。當天然水體遭受酸堿污染時，間。當天然水體遭受酸堿污染時，pH發(fā)發(fā)生變化，消滅或抑制水體中生物的生長，生變化，消滅或抑制水體中生物的生長，妨礙水體自凈，還可腐蝕船舶妨礙水體自凈，還可腐蝕船舶。 堿度指水中能與強酸定量作用的物質(zhì)堿度指水中能與強酸定量作用的物質(zhì)總量，按離子狀態(tài)可分為三類：氫氧化物總量，按離子狀態(tài)可分為三類：氫氧化物堿度；碳酸鹽堿度；重碳酸鹽堿度。堿度；碳酸鹽堿度；重碳酸鹽堿度。 汞、鎘、鉛、鉻、鎳等生物毒素顯著；汞、鎘、鉛、鉻、鎳等生物毒素顯著； 重金屬的主要危害：生物毒性，抑制重金屬的主要危害：生物毒性，抑制微生物生長，使蛋白

13、質(zhì)凝固微生物生長，使蛋白質(zhì)凝固; ;逐級富集至人逐級富集至人體，影響人體健康。體，影響人體健康。含氮化合物含氮化合物 氮是有機物中除碳以外的一種主要元素，也是微生物生氮是有機物中除碳以外的一種主要元素，也是微生物生長的重要元素。長的重要元素。 污水中的氮有四種，即有機氮、氨氮、亞硝酸鹽氮和硝污水中的氮有四種，即有機氮、氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮。酸鹽氮。 危害：消耗水體中溶解氧；促進藻類等浮游生物的繁殖，危害：消耗水體中溶解氧；促進藻類等浮游生物的繁殖，形成水華、赤潮；引起魚類死亡，導(dǎo)致水質(zhì)迅速惡化。形成水華、赤潮；引起魚類死亡，導(dǎo)致水質(zhì)迅速惡化。 關(guān)于氮的幾個指標：關(guān)于氮的幾個指標： 有機氮

14、：主要指蛋白質(zhì)和尿素。有機氮：主要指蛋白質(zhì)和尿素。 TN TN：一切含氮化合物以：一切含氮化合物以NN計量的總稱。計量的總稱。 TKN TKN：TNTN中的有機氮和氨氮，不包括亞硝酸鹽氮、硝酸中的有機氮和氨氮，不包括亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮。鹽氮。 氨氮：有機氮化合物的分解，或直接來自含氮工業(yè)廢水。氨氮：有機氮化合物的分解，或直接來自含氮工業(yè)廢水。 NONOx x- -N-N：亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮。：亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮。含磷化合物 磷也是有機物中的一種主要元素，是僅次于氮的微生物生磷也是有機物中的一種主要元素，是僅次于氮的微生物生長的重要元素。長的重要元素。 磷主要來自：人體排泄物、牲畜飼養(yǎng)場以

15、及合成洗滌劑及磷主要來自：人體排泄物、牲畜飼養(yǎng)場以及合成洗滌劑及含磷工業(yè)廢水。含磷工業(yè)廢水。 危害：促進藻類等浮游生物的繁殖，破壞水體耗氧和復(fù)氧危害：促進藻類等浮游生物的繁殖，破壞水體耗氧和復(fù)氧平衡；使水質(zhì)迅速惡化，危害水產(chǎn)資源。平衡；使水質(zhì)迅速惡化，危害水產(chǎn)資源。含磷化合物有機磷有機磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等。有機磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等。無機磷磷酸鹽磷酸鹽: :正磷酸鹽正磷酸鹽(PO(PO4 43-3-) )、磷酸氫鹽、磷酸氫鹽(HPO(HPO4 42-2-) ) 、 磷酸二氫鹽（磷酸二氫鹽（H H2 2POPO4 4- - ) ) 、偏磷酸鹽、偏磷酸鹽(PO(PO3 3- -) )聚合

16、磷酸鹽聚合磷酸鹽: :焦磷酸鹽焦磷酸鹽(P(P2 2OO7 74 4) ) 、三磷酸鹽、三磷酸鹽(P(P3 3OO10105-5-) ) 、 三磷酸氫鹽三磷酸氫鹽(HP(HP3 3OO9 92-2-) ) 生物性指標生活污水：腸道傳染病、肝炎病毒、生活污水：腸道傳染病、肝炎病毒、SARS、 寄生蟲卵等；寄生蟲卵等；制革屠宰等工業(yè)廢水：炭疽桿菌、鉤端螺旋體等；制革屠宰等工業(yè)廢水：炭疽桿菌、鉤端螺旋體等；醫(yī)院污水：各種病原體；醫(yī)院污水：各種病原體；危害：傳播疾病，影響衛(wèi)生，導(dǎo)致水體缺氧。危害：傳播疾病，影響衛(wèi)生，導(dǎo)致水體缺氧。來源及來源及危害危害 水中細菌總數(shù)反映了水體有機污染程度和水中細菌總數(shù)反

17、映了水體有機污染程度和受細菌污染的程度。受細菌污染的程度。 常以細菌個數(shù)常以細菌個數(shù)/mL計。計。 飲用水：飲用水：100個個/ mL 醫(yī)院排水：醫(yī)院排水： 500個個/ mL細菌總數(shù)細菌總數(shù) 大腸菌群的值可表明水樣被糞便污染的程大腸菌群的值可表明水樣被糞便污染的程度，間接表明有腸道病菌存在的可能性。度，間接表明有腸道病菌存在的可能性。 常以大腸菌群數(shù)常以大腸菌群數(shù)/L計。計。 飲用水：飲用水：3個個/L 城市排水：城市排水：10000個個/L 游泳池：游泳池： 1000個個/L大腸菌群大腸菌群融會貫通各水質(zhì)指標間的關(guān)系水體的自凈作用 河流的自凈作用是指河水中的污染物質(zhì)在河河流的自凈作用是指河

18、水中的污染物質(zhì)在河水向下游流動中濃度自然降低的現(xiàn)象。水向下游流動中濃度自然降低的現(xiàn)象。根據(jù)凈化機制分為三類根據(jù)凈化機制分為三類物理凈化：物理凈化：稀釋、擴稀釋、擴散、沉淀散、沉淀化學(xué)凈化：化學(xué)凈化：氧化、還氧化、還原、分解原、分解生物凈化：水中生物凈化：水中微生物對有機物微生物對有機物的氧化分解作用的氧化分解作用污水排入河流的混合過程 豎向混合階段污豎向混合階段污染物排入河流后因分染物排入河流后因分子擴散、湍流擴散、子擴散、湍流擴散、彌散作用逐步向河水彌散作用逐步向河水中分散，由于一般河中分散，由于一般河流的深度與寬度相比流的深度與寬度相比較小，所以首先在深較小，所以首先在深度方向上達到濃度分

19、度方向上達到濃度分布均勻，從排放口到布均勻，從排放口到深度上達到濃度分布深度上達到濃度分布均勻的階段稱為豎向均勻的階段稱為豎向混合階段，同時也存混合階段，同時也存在橫向混合作用。在橫向混合作用。 橫向混合階段橫向混合階段 當當深度上達到濃度分深度上達到濃度分布均勻后，在橫向布均勻后，在橫向上還存在混合過程。上還存在混合過程。經(jīng)過一定距離后污經(jīng)過一定距離后污染物在整個橫斷面染物在整個橫斷面上達到濃度分布均上達到濃度分布均勻，這一過程稱為勻，這一過程稱為橫向混合階段。橫向混合階段。 斷面充分混斷面充分混合后階段：在橫合后階段：在橫向混合階段后，向混合階段后，污染物濃度在橫污染物濃度在橫斷面上處處相

20、等。斷面上處處相等。河水向下游流動河水向下游流動的過程中，持久的過程中，持久性污染物的濃度性污染物的濃度將不再變化，非將不再變化，非持久性污染物濃持久性污染物濃度將不斷減少。度將不斷減少。持久污染物的稀釋擴散持久污染物的稀釋擴散 當持久性污染物隨污水穩(wěn)態(tài)排入河流后，經(jīng)過混當持久性污染物隨污水穩(wěn)態(tài)排入河流后，經(jīng)過混合過程達到充分混合階段時，污染物濃度可由質(zhì)量守合過程達到充分混合階段時，污染物濃度可由質(zhì)量守恒原理得出河流完全混合模式：恒原理得出河流完全混合模式：式中：式中：c排放口下游河水的污染物濃度；排放口下游河水的污染物濃度；cw，Qw污水的污染物濃度和流量；污水的污染物濃度和流量； ch，Q

21、h上游河水的污染物濃度和流量。上游河水的污染物濃度和流量。hwhhwwQQQcQcc 河橫斷面達到充分混合后，污染物濃度受到縱向分散作用河橫斷面達到充分混合后，污染物濃度受到縱向分散作用和污染物的自身分解作用不斷減小。根據(jù)質(zhì)量守恒原理，其變和污染物的自身分解作用不斷減小。根據(jù)質(zhì)量守恒原理，其變化過程可用下式描述：化過程可用下式描述：式中：式中：v河水流速；河水流速； x初始點至下游初始點至下游x斷面處的距離；斷面處的距離； Mx縱向分散系數(shù)；縱向分散系數(shù)； K污染物分解速度常數(shù)；污染物分解速度常數(shù)； c0初始點的污染物濃度；初始點的污染物濃度； cx斷面處的污染物濃度。斷面處的污染物濃度。Kc

22、xcMxcvx22dddd204112expvKMMvxccxx非持久性污染物的稀釋擴散和降解非持久性污染物的稀釋擴散和降解氧垂曲線：氧垂曲線： 水體受到污染后，水體中溶解氧逐漸被消耗，到臨水體受到污染后，水體中溶解氧逐漸被消耗，到臨界點后又逐步回升的變化過程，稱氧垂曲線。界點后又逐步回升的變化過程，稱氧垂曲線。有機物降解：有機物降解：L1LddcKtctKcc1eL0L氧垂曲線的求解：氧垂曲線的求解：)ee (e21221L01D0DtKtKtKKKcKcc)ee (e)(21221L01C0CSCSCtKtKtKKKcKcccc 某點處的氧不足量變化速率是該處耗氧速率和復(fù)氧速率某點處的氧不

23、足量變化速率是該處耗氧速率和復(fù)氧速率之和：之和： 求解得某點的虧氧量：求解得某點的虧氧量：某點的溶解氧：某點的溶解氧： cc= ccs- cD 到達最缺氧點時間到達最缺氧點時間dcdcD D /d dt t=0 0：12L0112D0121lnKKcKKKcKKtkD2L1DddcKcKtc污染物在河流中的擴散和分解受到河流的流量、污染物在河流中的擴散和分解受到河流的流量、流速、水深等因素的影響。流速、水深等因素的影響。河口是指河流進入海洋前的感潮河段。河口污染河口是指河流進入海洋前的感潮河段。河口污染物的遷移轉(zhuǎn)化受潮汐影響，受漲潮、落潮、平潮時物的遷移轉(zhuǎn)化受潮汐影響，受漲潮、落潮、平潮時的水位、流向和流速的影響。的水位、流向和流速的影響。湖泊水庫的貯水量大，但水流一般比較慢，污染湖泊水庫的貯水量大，但水流一般比較慢，污染物的稀釋、擴散能力較弱。物的稀釋、擴散能力較弱。海洋雖有巨大的自凈能力，但是海灣或海域局部海洋雖有巨大的自凈能力，但是海灣或海域局部的納污和自凈能力差別很大。的納污和自凈能力差別很大。污染物在地下水中的遷移轉(zhuǎn)化受多種因素影響，污染物在地下水中的遷移轉(zhuǎn)化受多種因素影響，地下水一旦污染，要恢復(fù)原狀非常困難。地下水一旦污染，要恢復(fù)原狀非常困難。污染物在不同水體中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律污染物在不同水體中的遷