廢水處理總論

廢水處理理論與工藝

邱立平、謝康濟南大學土木建筑學院市政工程系TEL：0531－82765973Mobile-mail:Cea_qiulp@Wastewatertreatment-theoryandprogress課程基本要求考核形式：考察、讀書報告考核具體要求：1、以廢水預處理技術為主題，查閱指定的相關資料，撰寫讀書筆記；2、結合當前廢水化學處理現狀，查閱指定的相關資料，撰寫讀書筆記；3、針對工業(yè)廢水綜合整治和零排放問題，查閱指定的相關資料，撰寫讀書筆記；4、圍繞廢水處理工藝系統(tǒng)的選擇和優(yōu)化，查閱指定的相關資料，撰寫讀書筆記；5、結合本人研究方向，選擇一個主題，準備一個30min的學術報告，綜述廢水處理領域某個方向的最新進展。共計提交讀書筆記4份，做學術報告一次，作業(yè)一份，其余為課間討論成績。課程簡介什么是“廢水處理”？

“廢水處理理論與工藝”的主要內容是什么？

學習“廢水處理”后，能做什么？課程網站：/szgcx/廢水處理(Wastewatertreatment)廢水中不同類型的雜物或污染物（影響水的使用價值或污染環(huán)境），需要采用不同的處理方法和技術工藝進行去除處理；水和廢水處理的對象主要是兩大類廢水：

1)生活污水（DomesticWastewater）

2)工業(yè)廢水（IndustrialWastewater）城市污水（MunicipalWastewater，生活污水+初步處理后的工業(yè)廢水）

兩大類污染物：非溶解性污染物：無機物+有機物；溶解性污染物：有機物營養(yǎng)元素——氮和磷例1：生活污水或城市污水的處理進水水質：COD400mg/lBOD200mg/lSS200mg/l出水水質：COD40mg/lBOD15mg/lSS20mg/l排放標準：COD100mg/lBOD30mg/lSS70mg/l高碑店污水處理廠的工藝流程圖污泥的厭氧消化活性污泥系統(tǒng)高碑店污水處理廠鳥瞰圖初沉池曝氣池二沉池一期二期污泥處理武漢東西湖啤酒廠厭氧UASB反應器好氧氧化溝武漢東西湖啤酒廠厭氧UASB反應器好氧氧化溝武漢東西湖啤酒廠本課程的教學目的學習廢水處理的基本原理——熟練掌握基本理論:

主要廢水處理工藝的基本原理；廢水處理過程的主要影響因素。學習各種廢水處理工藝的基本形式——全面掌握各種廢水處理的工藝流程、特點及典型參數；學習與廢水處理有關的構筑物設計計算、工程設計以及有關的工程實例——工程實踐訓練與理論分析

本課程的主要內容

本課程將按照:廢水性質－水質指標－處理要求－單元處理技術原理與設計－工藝設計集成的思路分為四部分內容講授，亦即：第一篇廢水處理總論第二篇廢水物化處理理論與技術第三篇廢水生物處理理論與技術第四篇廢水處理工藝系統(tǒng)設計教材及主要參考書目1.張自杰.排水工程(上冊,第四版).北京:中國建筑工業(yè)出版社，20002.李圭白，張杰.水質工程學.北京:中國建筑工業(yè)出版社，20053.張自杰.廢水處理理論與設計.北京:中國建筑工業(yè)出版社，20034.張忠祥，錢易.廢水生物處理新技術.北京:清華大學出版社，20045.胡紀萃.廢水厭氧生物處理理論與技術.北京:中國建筑工業(yè)出版,20026.鄭興燦,李亞新.污水脫氮除磷技術.北京:中國建筑工業(yè)出版社，19987.顧夏聲.廢水生物處理數學模型(第二版).北京:清華出版社，19958.顧夏聲.水處理微生物學(第三版).北京:中國建筑工業(yè)出版社，19989.黃銘榮,胡紀萃.水污染治理工程.北京:高教出版社，199510.G.Tchobanoglous,F.L.BurtonandH.D.Stensel.WastewaterEngineering–TreatmentandReuse(4thEdition).清華大學出版社(影印版),2003第一篇廢水處理總論第1章水資源及其開發(fā)利用1.1水的自然循環(huán)自然界的水，在地球引力和太陽的作用下，通過海洋、湖泊、河流、冰川、大氣和地下水等環(huán)節(jié)，進行周而復始的水文大循環(huán)，稱為水的自循環(huán)。全球海洋和陸地之間水的流動與分配，稱為“大循環(huán)”或者“外循環(huán)”；海洋與大氣及陸地與大氣之間水的流動和交換，稱為“小循環(huán)”或者“內循環(huán)”，包括海洋小循環(huán)和陸地小循環(huán)。1.2水的社會循環(huán)城市是人口和工業(yè)集中的地方。城市用水主要是人們的生活飲用水和工業(yè)用水。城市由天然水體取水，供人們生活和工業(yè)使用，用過的水又排回天然水體，這就是水的社會循環(huán)，在水的社會循環(huán)過程中，用過的水中常會有許多廢棄物。一般天然水體都是一個生態(tài)系統(tǒng)，對排入的廢棄物有一定的凈化能力，稱為水體的自凈能力。由于社會循環(huán)的水量不斷增大，排入水體的廢棄物不斷增多，一旦超出了水體的自凈能力，水質就會惡化，從而使水體遭到污染。對城市污水進行處理，使其排入水體不會造成污染，從而實現水資源的可持續(xù)利用，稱為水的良性社會循環(huán)。1.3全球水資源

地球上的總水量約為13.86×108km3，覆蓋地球表面的70%；全球各個國家的年均降雨徑流量較高的國家為巴西、俄羅斯、加拿大、中國、印度尼西亞、美國、印度等國；

1950s-1999，全球人口由25億增加至60億，農業(yè)用水增長5倍，工業(yè)用水增長26倍，市政用水增長18倍；目前全球有26個國家2.32億人口缺少淡水，全世界有1/5的人口得不到符合衛(wèi)生標準的飲用水。

水資源將成為新世紀影響國家關系的重要因素之一。20世紀60～70年代的撒哈拉大旱；1976～1977和1988的美國大旱；發(fā)展中國家的缺水問題嚴重，如印度的孟買和加爾各答、埃及開羅、孟加拉的達卡、巴西圣保羅、中國天津和青島等；阿拉伯地區(qū)擁有全球9%的土地，5%的人口，僅僅擁有0.5%的可再生水資源。水資源短缺的原因在于用水浪費、水污染和人口劇增。1.4中國水資源

中國年均降水量約6.0×1012m3/a（623mm/a），河流徑流量2.638×1012m3/a，地表徑流量2.0×1012m3/a，地表蒸發(fā)量3.29×1012m3/a，產水量2.72×1012m3/a

水資源總量接近印尼和美國，占4-6位，但是人均水資源量僅為2200m3/C.a，為中等偏下水平；特點：時空分布不均勻，部分地區(qū)水污染嚴重。1.5水資源合理利用的對策及途經政策和對策：《水法》和《水污染防治法》；措施和辦法：

1）多渠道開辟水資源：降雨利用；海水開發(fā)；城市污水資源化；水資源調配；

2）建設節(jié)水型城市、農業(yè)和工業(yè)：節(jié)水型城市；工業(yè)節(jié)水；農業(yè)節(jié)水；生活節(jié)水第2章水污染與廢水性質、指標2.1水污染水體污染：水體在接受了來自工廠企業(yè)、礦山、城市、農業(yè)、養(yǎng)殖等生產或生活用水所攜帶的各種污染物后導致水質或水生態(tài)變劣，水體的使用價值下降，稱為水體污染；我國目前的水污染現狀極其嚴峻，水環(huán)境質量呈逐年下降趨勢。2.2污染源與污染物污染源：排放污染物的源頭稱為污染源，污染物排放相對集中的污染源稱為點源，包括生活污水、工業(yè)廢水等；污染物排放相對分散且面廣的污染源稱為面源，包括農田排水、地表徑流和大氣沉降等。水中的主要污染物

1）病原微生物：致病菌、病毒、寄生蟲；

2）需氧耗氧有機物：碳水化合物、蛋白質、脂肪酸、油脂、氨基酸；

3）植物營養(yǎng)素：氮磷等；

4）重金屬：汞、鎘、鉻、鉛、鎳；

5）難降解有機物：多氯聯苯（PCBs）、有機氯農藥、多環(huán)芳烴（PAHs）、有機金屬化合物等等。2.3廢（污）水的種類及出路污（廢）水是生活污水、工業(yè)廢水和被污染的雨水的總稱；生活污水（domesticwastewater）是人類在日常生活中使用過的，并被生活廢料所污染的水；工業(yè)廢水（industrialwastewater）是在工業(yè)生產及其輔助過程中使用過，并受到污染的水，分為生產廢水和生產污水；城市污水是生活污水和工業(yè)廢水混和后的廢水的統(tǒng)稱；廢水的最終處置包括排放水體和再生回用。2.4廢水的性質、危害及水質指標物理性質及指標

1）水溫：約為10-20℃之間，極為重要；

2）色度：灰色至黑灰色，表色和真色；

3）嗅味：有機物酸敗或揮發(fā)氣體所致；

4）固體含量：分為懸浮固體、膠體和溶解固體。一般用總固體量（totalsolid,TS）為指標，定量水樣在105-110℃烘干至恒重，即為TS。

懸浮固體（suspendedsolid,SS）：為水樣經過濾烘干至恒重的重量，濾液中的固體為膠體和溶解固體。SS可以分為細分散、粗分散和可沉三部分，也可分為揮發(fā)性SS和非揮發(fā)性SS；

膠體：粒徑0.001-0.1μm，

溶解性固體(DS)：有機和無機的化學性質及指標

1）無機物及指標（1）酸堿度：用pH表示，或者用堿度；（2）氮及其化合物：總氮=有機氮+氨氮+亞硝酸鹽氮+硝酸鹽氮

凱氏氮的定義，不同類型氮的關系？（3）磷及其化合物：總磷=有機磷+無機磷（4）硫酸鹽和硫化物：（5）氯化物：（6）非金屬無機有毒物質：氰化物和砷化物（7）重金屬離子：原子序數為21-83的金屬。想一想，大量含磷化合物進入水體有什么危害？2）有機物

（1）碳水化合物（2）蛋白質和尿素（3）脂肪和油類（4）酚類（5）有機酸、堿（6）表面活性劑（7）有機農藥（8）取代苯類化合物

生物性指標

1）大腸菌群數

2）病毒

3）細菌總數

幾種水質標準中主要指標濃度值（mg/L）主要指標CODcrBOD5SSNH3-NTP一般城市污水250－300100－150150-20030（TKN:40）4-5國家排放標準GB189182002一A5010105（8）1一B6020208（15）1.5二級100303025（30）3三級1206050－5中水回用（沖廁）－10510－I類<15<30.50.02地表水II類<153無漂浮沉積物0.50.1(0.025)III類15410.1(0.05)IV類20620.2V類251020.2一般景觀用水CODmn：108透明>0.5m0.50.05從上面幾個水質標準看看廢水處理工程的任務？第3章水體自凈與水質評價3.1水體自凈作用物理凈化作用-稀釋稀釋廢水排入水體后，在流動過程中逐漸與水體混合，使得污染物的濃度不斷下降的過程。稀釋的效果主要靠兩種運動形式的影響，對流和稀釋。對流是指污染物隨水流方向的運動，包括水流方向、河寬方向和河深方向運動的統(tǒng)稱。擴散包括分子擴散、紊流擴散和彌散；紊流擴散和彌散作用符合虎克定律，則或物理凈化作用－混合、沉淀和揮發(fā)河流的混合稀釋效果取決于混合系數的大小，混合系數α＝Q混?Q總，混合系數受河流形狀、污水排污口形式等因素影響。若要計算出排污口下游某處特定斷面的混合系數，可采用α＝L計算?L全混，該斷面稱為計算斷面或者控制斷面。根據污染物在水體中的穩(wěn)定程度，可以將之區(qū)分為持久性污染物和非持久性污染物。廢水中的可沉物質可以通過沉淀去除，沉淀作用的大小與沉淀系數有關?？蓳]發(fā)物質可通過揮發(fā)而降低其濃度?；瘜W凈化作用氧化還原作用：溶解氧的氧化作用、鐵錳的氧化等等；酸堿中和作用：礦物質、碳酸鹽緩沖體系、一些鹽的溶出與溶入等；吸附與凝聚作用：屬于物理化學作用，膠體微粒的靜電吸附、電中和等過程。生物化學凈化作用生物凈化和化學凈化目前還很難進行精準的數學描述！3.2水體水質模型簡介水體水質模型是描述水體中的污染物在物理凈化、化學凈化和生物凈化的作用下遷移轉化的過程。水質模型有5種分類方法：運動空間、水質組成、時間相關性、數學特征、水體類型。按照運動空間，可以將水質模型分為0維、1維、2維和3維模型零維水體水質模型一維水體水質模型假設污染物在河流各斷面的寬度和深度方向分布均勻，濃度梯度為0，僅考慮縱向的濃度變化，包括流量模型和質量模型。流量模型質量模型二維水體水質模型假設污染物在斷面的深度上均勻分布，即z向的濃度梯度為0，僅在x和y向擴散。水質模型為：三維水體水質模型考慮水體的各點在x、y、z方向上的流量和質量濃度的變化，比較符合實際情況，但是求解比較困難。水質模型（Brooks）為：二維水體水質模型的應用廢水在河流中的擴散稀釋及應用污水在河流中擴散時，可將深度方向的流速視為0，x方向的擴散與流速相比作用甚微，可忽略，故二維水質模型可簡化為：

解之，可得應用計算示例廢水排海的擴散稀釋與應用廢水排海后，存在著初始軸線稀釋、輸移擴散稀釋和大腸菌群的衰亡稀釋等；初始軸線稀釋是指廢水排入海底后，由于其密度遠小于海水密度，因密度流而向上升騰的過程中被擴散稀釋，稱為～。輸移擴散稀釋是由于海洋洋流以及潮汐的影響所導致的擴散稀釋作用，一般不考慮生物及化學作用；大腸菌群的衰亡稀釋度是指廢水排海后海洋流速對大腸菌群的擴散稀釋；廢水排海的總擴散稀釋度等于以上三者之乘積。初始軸線稀釋輸移擴散大腸菌群稀釋度擴散器計算－2擴散器計算擴散器計算－3擴散器計算－4擴散器計算－5計算例題1例題2計算例題3計算例題4圖解圖解氧垂曲線氧垂曲線－菲利普斯方程的建立氧垂曲線－菲利普斯方程的建立2氧垂曲線－菲利普斯方程的建立氧垂曲線的意義氧垂曲線的應用實例實例－2實例－3廢水處理程度的計算方法允許排放的懸浮物濃度計算允許排放的BOD5濃度計算最后根據計算結果，確定廢水的處理程度計算實例（1）實例－2實例－3實例－4湖泊水庫水質模型湖泊水庫水質模型2湖泊水庫水質模型33.4水質評價與水環(huán)境容量水體水質評價的意義水質評價方法

1）現狀評價

2）預斷評價本節(jié)內容已經在《環(huán)境質量評價》課程中學習過，請同學可后結合有關專著對有關水質評價的方法、步驟和數學建模過程進行深入學習。水環(huán)境容量水環(huán)境容量是指在滿足水環(huán)境質量標準的前提下，水體所能接納的最大允許污染物負荷量，包括差值容量和同化容量。水環(huán)境容量的推算是環(huán)境管理工作的重要內容，一般分為河流水環(huán)境容量的推算和湖泊水庫水環(huán)境容量的推算兩類，有關詳細計算請參閱教材和手冊自學掌握。3.5水污染防治的原則與途徑我國的水環(huán)境法規(guī)和標準

1）環(huán)保立法水法、水污染防治法等

2）水環(huán)境標準水環(huán)境質量標準、污水排放標準（一般標準、行業(yè)標準）水環(huán)境污染防治的原則應納入國民經濟建設計劃，相互協(xié)調，同步發(fā)展；應與水資源開發(fā)利用相結合，并將廢水資源化放在重要地位；應嚴格遵循國家有關政策、法規(guī)、規(guī)章和標準；應按照流域、地區(qū)、城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、工業(yè)、農業(yè)進行統(tǒng)籌安排，全面規(guī)劃，逐步實施。水環(huán)境污染防治的途徑按照區(qū)域進行水環(huán)境綜合整治；工業(yè)廢水污染的綜合防治；正確處理分散處理和合并處理的關系；采取綜合措施防治鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的水污染；加強畜禽養(yǎng)殖業(yè)的污水污染防治；加強城市污水治理；加強農村面源污染的控制。第4章廢水處理的基本方法和工藝系統(tǒng)4.1廢水處理方法的分類物理處理：利用物理作用分離回收污水中懸浮狀態(tài)的固體污染物質，包括篩濾法、沉淀法、上浮法、氣浮法、過濾法和膜分離法等；化學處理：利用化學反應的作用，分離回收污水中各種形態(tài)的污染物質，包括中和、混凝、電解、氧化還原、氣提、萃取、吸附、離子交換和電滲析等；生物處理：利用微生物的代謝作用將污水中的有機污染物轉化為穩(wěn)定的無害物質，包括好氧法、厭氧法。4.2廢水處理程度的分級

根據處理程度，廢水處理可以分為一級處理（Primarytreatment）——預處理或前處理，主要去除懸浮固體，BOD可去除30％左右；二級處理（Secondarytreatment）——生物處理，污水中的膠體和溶解有機物可去除90％以上；三級處理（Tertiarytreatment）——深度處理，進一步去除難降解有機物、植物營養(yǎng)性物質。一級處理去除效果：EBOD

30%,ESS

50%功能：

1）去除大顆粒狀有機物，以減輕后續(xù)生物處理的負擔；

2）調節(jié)水量、水質、水溫等，有利于后續(xù)的生物處理。主要方法：物化法，包括沉砂、沉淀、氣浮、除油、中和、調節(jié)、加熱或冷卻等

二級處理去除效果：EBOD

85－90%，ESS

90%功能：大量去除膠體狀和溶解狀有機物，保證出水達標排放方法：各種形式的生物處理工藝三級處理目的：去除二級處理出水中殘存的SS、有機物，或脫色、殺菌，或脫氮、除磷——防止水體富營養(yǎng)化方法：

物化法——超濾、混凝、活性炭吸附、臭氧氧化、加氯消毒等；生物法——生物脫氮除磷、生物陶粒、生物活性炭、曝氣生物濾池等4.3城市污水處理廠的典型流程污泥回流原廢水粗細格柵進水泵房沉砂池初沉池曝氣池二沉池接觸池出水泥餅外運集泥井污泥回流泵房污泥濃縮池一級消化池二級消化池污泥脫水機房空氣CL2或其它消毒劑絮凝劑上清液回流二級處理一級處理三級處理污泥處理一級處理4.4城市污水處理廠的典型流程實例北京市酒仙橋污水處理廠一級處理二級處理我國城市污水處理概況

年份污水廠處理能力處理率1921

上海北區(qū)污水廠4104m3/d

1926上海東、西區(qū)污水廠到1980全國238個城市,僅有16個建有39個污水廠

85104m3/d1.7%其中二級處理廠19.3萬m3/d0.39%到1985年底33個城市，63個污水廠220104m3/d2.2%其中一級處理廠20個73104m3/d