污水處理系統(tǒng)之污水水質(zhì)和污水出路

水污染控制工程第二部分:污水處理系統(tǒng)第1頁CH9污水水質(zhì)和污水出路第2頁9.1污水性質(zhì)與污染指標(biāo)

9.1.1污水類型和特征污水生活污水：人類在日常生活中使過、并被生活廢料所污染水。工業(yè)廢水：在工礦企業(yè)生產(chǎn)活動中用過水。

雨水：被污染早期雨水?；旌衔鬯ǔ鞘形鬯┪鬯巧钗鬯?、工業(yè)廢水、被污染雨水總稱。3第3頁

污水所含污染物質(zhì)千差萬別，可用分析和檢測方法對污水中污染物質(zhì)作出定性、定量檢測以反應(yīng)污水水質(zhì)。

國家對水質(zhì)分析和檢測制訂有許多標(biāo)準(zhǔn)，其指標(biāo)可分為物理、化學(xué)、生物三大類。污水檢測方法4第4頁9.1.2城市污水性質(zhì)與污染指標(biāo)

9.1.2.1污水物理性質(zhì)及指標(biāo)水溫temperature

污水水溫，對污水物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)及生物性質(zhì)有直接影響。我國各地生活污水年平均溫度均約10℃-20℃。污水溫度過低或過高都會影響污水生物處理效果。色度color生活污水顏色常呈灰色。但當(dāng)污水中溶解氧降低至零，污水所含有機(jī)物腐爛，則水色轉(zhuǎn)呈黑褐色并有臭味。生產(chǎn)污水色度視工礦企業(yè)性質(zhì)而異，差異極大，如印染、造紙等廢水。色度可由懸浮固體、膠體或溶解物質(zhì)形成。5第5頁臭和味odor

生活污水臭味主要由有機(jī)物腐敗產(chǎn)生氣體造成。工業(yè)廢水臭味主要由揮發(fā)性化合物造成。臭味大致有魚腥臭、氨臭、腐肉臭、腐蛋臭、腐甘藍(lán)臭、糞臭以及一些生產(chǎn)污水特殊臭味。固體含量solids

固體物質(zhì)按存在形態(tài)不一樣可分為：懸浮、膠體和溶解；按性質(zhì)不一樣可分為：有機(jī)物、無機(jī)物和生物體三種。固體含量用總固體量作為指標(biāo)（TS:totalsolids）。6第6頁總固體量懸浮物SS一定量水樣在105-110℃烘箱中烘干至恒重所得重量。懸浮固體（suspendedsolids），或叫懸浮物:顆粒粒徑在0.1-1.0微米之間者稱為細(xì)分散懸浮固體；顆粒粒徑大于1.0微米者稱為粗分散懸浮固體。懸浮固體中，有一部分可在沉淀池中沉淀，形成沉淀污泥，稱為可沉淀固體。把水樣用濾紙過濾后，被濾紙截留濾渣，在105-110℃烘箱中烘干至恒重，所得重量稱為懸浮固體；濾液中存在固體物即為膠體和溶解固體。比較7第7頁懸浮固體也由有機(jī)物和無機(jī)物組成。揮發(fā)性懸浮固體（VSS:volatilesuspendedsolids）非揮發(fā)性固體（NVSS:nonvolatilesuspendedsolids懸浮固體灼燒后失去重量懸浮固體灼燒后殘留重量8第8頁sample1.2μmfilterSeparationofdissolvedandsuspendedsolids

Abbrev.SymbolTotalsolidsTSCSuspendedsolidsSSXDissolvedsolidsDSSNon-settleablesolidsTSCSettleablesolids9第9頁10第10頁9.1.2.2污水化學(xué)性質(zhì)和指標(biāo)

污水中污染物質(zhì)，按化學(xué)性質(zhì)可分為無機(jī)物與有機(jī)物；按存在形態(tài)可分為懸浮狀態(tài)與溶解狀態(tài)。1.無機(jī)物及指標(biāo)酸堿度用pH值表示。pH值等于氫離子濃度負(fù)對數(shù)。當(dāng)pH值超出6-9范圍時，會對人畜造成危害，并對污水物理、化學(xué)劑生物處理產(chǎn)生不利影響。堿度指污水中含有、能與強(qiáng)酸產(chǎn)生中和反應(yīng)物質(zhì)，亦即氫離子濃度受體，包含：氫氧化物堿度、碳酸鹽堿度和重碳酸鹽堿度。無機(jī)物包含酸堿度，氮，磷，無機(jī)鹽類及重金屬離子等。（1）酸堿度11第11頁（2）氮N、磷P氮、磷是植物主要營養(yǎng)物質(zhì)，也是污水進(jìn)行生物處理時，微生物所必需營養(yǎng)物質(zhì)，主要起源于人類排泄物及一些工業(yè)廢水。氮、磷是造成湖泊、水庫、海灣等緩流水體富營養(yǎng)化主要原因。N氮及其化合物有機(jī)氮氨氮亞硝酸氮硝酸氮凱氏氮（KN）總氮（TN）很不穩(wěn)定，易被微生物分解生物法處理時，氮營養(yǎng)是否充分依據(jù)污水中呈游離態(tài)與離子態(tài)銨鹽總氮-凱氏氮≈亞硝酸氮+硝酸氮。凱氏氮-氨氮≈有機(jī)氮。12第12頁P(yáng)磷及其化合物有機(jī)磷化合物無機(jī)磷化合物污水中硫酸鹽用硫酸根表示。生活污水硫酸鹽主要源于人類排泄物；工業(yè)廢水如洗礦、化工、制藥、造紙和發(fā)酵等工業(yè)廢水。污水中SO42-，在缺氧條件下，因?yàn)榱蛩猁}還原菌、反硫化菌作用，被脫硫、還原成H2S。在排水管內(nèi)，釋出H2S與管頂內(nèi)壁附著水珠接觸，在噬硫細(xì)菌作用下形成H2SO4。硫化物在污水中存在形式有硫化氫、硫氫化物與硫化物。（3）硫酸鹽與硫化物13第13頁生活污水中氯化物主要起源于人類排泄物。工業(yè)廢水以及沿海城市采取海水作為冷卻水時，都含有很高氯化物。氯化物含量高時，對管道及設(shè)備有腐蝕作用；假如澆灌農(nóng)田，會引發(fā)土壤板結(jié)。（4）氯化物主要有氰化物（CN）與砷（As）。（5）非重金屬無機(jī)有毒物質(zhì)電鍍、焦化、高爐煤氣、制革、塑料、農(nóng)藥以及化纖等工業(yè)化工、有色冶金、焦化、火力發(fā)電、造紙及皮革等工業(yè)。致癌，富集。14第14頁污水中重金屬離子主要有汞Hg、鎘Cd、鉛Pb、鉻Cr、鋅Zn、銅Cu、鎳Ni、錫Sn、鐵Fe、錳Mn等。生活污水中重金屬主要起源于人類排泄物；冶金、電鍍、陶瓷、玻璃、氯堿、電池、制革、攝影器材、造紙、塑料及顏料等工業(yè)廢水。污水中含有重金屬難以凈化去除。（6）重金屬離子15第15頁有機(jī)物分類按生物降解難易程度可生物降解有機(jī)物難生物降解有機(jī)物1、可生物降解有機(jī)物，對微生物無毒害或抑制作用；2、可生物降解有機(jī)物，但對微生物有毒害或抑制作用。1、難生物降解有機(jī)物，對微生物無毒害或抑制作用；2、難生物降解有機(jī)物，并對微生物有毒害或抑制作用。2.有機(jī)物主要起源于人類排泄物及生活活動產(chǎn)生廢棄物、動植物殘片等。主要成份是碳水化合物、蛋白質(zhì)、尿素及脂肪。16第16頁（1）碳水化合物污水中碳水化合物包含糖、淀粉、纖維素和木質(zhì)素等。主要成份是碳、氫、氧。（2）蛋白質(zhì)與尿素主要成份是碳、氫、氧、氮。蛋白質(zhì)與尿素是生活污水中氮主要起源。（3）脂肪和油類脂肪和油類是乙醇或甘油與脂肪酸形成化合物，主要成份時碳、氫、氧。油脂在污水中存在物理狀態(tài)有5種：漂浮油、機(jī)械分散態(tài)油、乳化油、附著油、溶解油。前4類油脂普通可用隔油、氣浮或沉淀等物理方法去除，最終一類油主要可用生物法或氣浮法去除。有機(jī)物分類（續(xù)）按成份分可有以下幾類：17第17頁（4）酚煉油、石油化工、焦化、合成樹脂、合成纖維等工業(yè)廢水都含有酚。酚類是芳香烴衍生物。屬于難生物降解有機(jī)物，并對微生物有毒害或抑制作用。（5）有機(jī)酸、堿有機(jī)酸工業(yè)廢水含有短鏈脂肪酸、甲酸、乙酸和乳酸。人造橡膠、合成樹脂等工業(yè)廢水含有有機(jī)堿。都屬于可生物降解有機(jī)物，但對微生物有毒害或抑制作用。（6）表面活性劑生活污水與表面活性劑制造工業(yè)廢水，含有大量表面活性劑。表面活性劑分為兩類：1、烷基苯磺酸鹽，屬難生物降解有機(jī)物；2、烷基芳基磺酸鹽，屬于可生物降解有機(jī)物。有機(jī)物分類（續(xù)）18第18頁（7）有機(jī)農(nóng)藥有機(jī)農(nóng)藥有兩大類，即有機(jī)氯農(nóng)藥與有機(jī)磷農(nóng)藥。有機(jī)氯農(nóng)藥毒性大且難分解，會在自然界不停累積，造成二次污染，故我國于70年代起，禁止生產(chǎn)與使用。現(xiàn)在普遍采取有機(jī)磷農(nóng)藥，屬于難生物降解有機(jī)物，并對微生物有毒害于抑制作用。（8）取代苯類化合物主要起源于染料廢水、炸藥工業(yè)廢水以及電器、塑料、制藥、合成效果較等工業(yè)廢水。都屬于難生物降解有機(jī)物，并對微生物有毒害與抑制作用。有機(jī)物分類（續(xù)）19第19頁3.有機(jī)污染物指標(biāo)生物化學(xué)需氧量（Bio-ChemicalOxygenDemand，英文縮寫為BOD）化學(xué)需氧量（ChemicalOxygenDemand，英文縮寫為COD）總需氧量（TotalOxygenDemand，英文縮寫為TOD）總有機(jī)碳（TotalOrganicCarbon，英文縮寫為TOC）20第20頁（1）生化需氧量BOD

概念

有氧條件下有機(jī)物生物降解第一階段：碳氧化。異樣菌作用，含碳有機(jī)物被氧化為CO2，H2O，含氮有機(jī)物被氧化為NH3。耗氧Oa。第二階段：硝化階段。自養(yǎng)菌（亞硝化菌）作用，NH3被氧化為NO2-和H2O，所消耗氧量用Oc表示，再在自養(yǎng)菌作用下，NO2-被氧化為NO3-，所消耗氧量用Od表示。21第21頁

因?yàn)橛袡C(jī)物生化過程延續(xù)時間很長，在20℃水溫下，完成兩階段約需100d以上。而5d生化需氧量約占總碳氧化需氧量70%－80%；20d以后生化需氧量BOD20作為總生化需氧量BODu，用符號Sa表示。在工程實(shí)用上，20d時間太長，故用5d生化需氧量BOD5作為可生物降解有機(jī)物綜合濃度指標(biāo)。1、測定時間需5d，時間太長，難以及時指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐；缺點(diǎn)：2、假如污水中難生物降解有機(jī)物濃度較高，BOD5測定結(jié)果誤差較大；3、一些工業(yè)廢水不含微生物生長所需營養(yǎng)物質(zhì)、或者含有抑制微生物生長有毒有害物質(zhì)，影響測定結(jié)果。注意！為了克服上述缺點(diǎn)，可采取化學(xué)需氧量COD指標(biāo)22第22頁

用強(qiáng)氧化劑（我國法定用重鉻酸鉀），在酸性條件下，將有機(jī)物氧化成二氧化碳和水所消耗氧量，即稱為化學(xué)需氧量，用CODCr表示，普通簡寫為COD。另外，也可用高錳酸鉀作為氧化劑，但其氧化能力較重鉻酸鉀弱，測出耗氧量也較低，故稱為耗氧量，用CODMn或OC表示。（2）化學(xué)需氧量COD

測定原理23第23頁注意1、較準(zhǔn)確地表示污水中有機(jī)物含量；優(yōu)點(diǎn)：2、測定時間僅需數(shù)小時，且不受水質(zhì)限制。1、不能像BOD那樣反應(yīng)出微生物氧化有機(jī)物、直接地從衛(wèi)生學(xué)角度說明被污染程度；缺點(diǎn)：2、污水中存在還原性無機(jī)物（如硫化物）被氧化也需消耗氧。上述分析可知，COD數(shù)值大于BOD，二者差值大致等于、難生物降解有機(jī)物量。差值越大，難生物降解有機(jī)物含量越多，越不宜采取生物處理法。把BOD5/COD比值稱為可生化性指標(biāo)，比值越大，越輕易被生物處理。普通認(rèn)為此比值大于0.3污水，才適合采取生物處理以cod值表示也存在一定誤差！所以24第24頁（3）總需氧量TOD（4）理論需氧量ThOD（5）總有機(jī)碳TOC

因?yàn)橛袡C(jī)物主要組成元素是C、H、O、N、S等。被氧化后，分別產(chǎn)生二氧化碳、水、二氧化氮和二氧化硫，所消耗氧量稱為總需氧量TOD。假如有機(jī)物化學(xué)分子式已知，則可依據(jù)化學(xué)氧化反應(yīng)方程式，計(jì)算出理論需氧量ThOD。

難生物降解有機(jī)物不能用BOD作指標(biāo)，只能用COD、TOC或TOD等作指標(biāo)。25第25頁9.1.2.3污水生物性質(zhì)及指標(biāo)

污水生物性質(zhì)檢測指標(biāo)有大腸菌群（或稱大腸菌群值）、大腸菌群指數(shù)、病毒及細(xì)菌總數(shù)。1.大腸菌群數(shù)（大腸菌群值）與大腸菌群指數(shù)

大腸菌群數(shù)（大腸菌群值）是每升水樣中所含有大腸菌群數(shù)目，以個/L計(jì)；大腸菌群指數(shù)是查出1個大腸菌群所需最少水量，以毫升（mL）計(jì)?？梢姶竽c菌群數(shù)與大腸菌群指數(shù)是互為倒數(shù)，即大腸菌群指數(shù)大腸菌群數(shù)1000=26第26頁大腸菌群數(shù)作為污水被糞便污染程度衛(wèi)生指標(biāo)原因病毒檢驗(yàn)方法當(dāng)前主要有數(shù)量測定法與噬斑測定法兩種。2.病毒3.細(xì)菌總數(shù)細(xì)菌總數(shù)是大腸菌群數(shù)、病原菌、病毒及其它細(xì)菌數(shù)總數(shù)，以每毫升水樣中細(xì)菌菌落總數(shù)表示。①、大腸菌與病原菌都存在于人類腸道系統(tǒng)內(nèi)，他們生活習(xí)性及在外界環(huán)境中存活時間都基本相同。每人每日排泄糞便中含有大腸菌約1011－4×1011個，數(shù)量大大多于病原菌，但對人體無害；②、因?yàn)榇竽c菌數(shù)量多，且輕易培養(yǎng)檢驗(yàn)，但病原菌培養(yǎng)檢驗(yàn)十分復(fù)雜與困難。27第27頁9.2污染物在水體環(huán)境中遷移與轉(zhuǎn)化

9.2.1水體自凈作用（以河流自凈為例）自凈作用類型：物理凈化，化學(xué)凈化，生物凈化。(1)物理凈化：是指污染物質(zhì)因?yàn)橄♂?、擴(kuò)散、沉淀等作用而使河水污染物質(zhì)降低過程。其中稀釋作用是一項(xiàng)主要物理凈化過程。(2)化學(xué)凈化：是指污染物質(zhì)因?yàn)檠趸?、還原、沉淀等作用而使河水污染物質(zhì)濃度降低過程。(3)生物凈化：是指因?yàn)樗猩锘顒樱绕涫撬形⑸飳τ袡C(jī)物氧化分解作用而引發(fā)污染物質(zhì)濃度降低過程。28第28頁1.污水排入河流混合過程

(1)豎向混合階段

(2)橫向混合階段

(3)段面充分混合階段

深度方向分布均勻。豎向混合階段也存在著橫向混合作用深度上分布后，橫向還存在混合過程。一定距離后污染物在整個橫斷面到達(dá)濃度分布均勻持久性污染物濃度不再改變，非持久性污染物濃度將不停降低。29第29頁

當(dāng)持久性污染物隨污水穩(wěn)態(tài)排入河流后，經(jīng)過混合過程抵達(dá)充分混合段時，污染物濃度可由質(zhì)量守恒原理得出河流完全混合模式：式中：ρ－排放口下游河水污染物濃度；

ρ

w，qVw－污水污染物濃度和流量；

ρ

h，qVh－上游河水污染物濃度和流量。

2.持久污染物稀釋擴(kuò)散hwhhwwqVqVqVqV++=rrr30第30頁

河斷面到達(dá)充分混合后，污染物濃度受到縱向分散作用河污染物本身分解作用不停降低。依據(jù)質(zhì)量守恒原理其改變過程可用下式描述：式中：u－河水流速；x－初始點(diǎn)至下游x斷面處距離；

Mx－縱向分散系數(shù)；K－污染物分解速率常數(shù)；

ρ0－初始點(diǎn)污染物濃度；ρ－x斷面處污染物濃度。3.非持久性污染物稀釋擴(kuò)散和降解rrrKdxdMdxdux-=22]}411[2exp{2uKMMuxxx+-=

0rr31第31頁

需氧污染物排入水體后即發(fā)生生物化學(xué)分解作用，在分解過程中消耗水中溶解氧。在受污染水體中，有機(jī)物分解過程制約著水體中溶解氧改變過程。在一維河流河不考慮擴(kuò)散情況下，河流中微生物降解有機(jī)物。河流溶解氧改變能夠用S－P公式模擬：4.水體氧平衡（氧垂曲線）LLKdtdrr1=DLDKKdtdrrr21-=32第32頁在初值條件下求得：上式中：——X和處河水BOD5濃度，mg/L.——X和處河水虧氧濃度濃度，mg/L.——X和處河水溶解氧濃度，mg/L.——河水飽和溶解氧濃度，mg/L.t——初始點(diǎn)至下游X斷面處河水流行時間，d.tKLLe10-=rr)(21221010tKtKLtKDDeeKKKe------=rrr)()(21221010tKtKLtKCCSCSCeeKKKe-----+--=rrrrr33第33頁

下列圖表示一條污染河流中生化需氧量和溶解氧改變曲線。橫坐標(biāo)從左至右表示河流流向和距離，縱坐標(biāo)表示溶解氧和生化需氧量濃度。34第34頁9.2.2污染物在不一樣水體中遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律1.污染物遷移特點(diǎn)污染物排入河流后，在隨河水往下游流動過程中受到稀釋、擴(kuò)散和降解等作用，污染物濃度逐步減小。污染物在河流中擴(kuò)散和分解受到河流流量、流速、水深等原因影響。大河和小河納污能力差異很大。河口：污染物遷移轉(zhuǎn)化受潮汐影響，受漲潮、落潮、平潮時水位、流向和流速影響。污染物排入后隨水流不?；厥?，在河流中停留時間較長，對排放口上游河水也會產(chǎn)生影響。湖泊、水庫：貯水量大，但水流普通比較慢，對污染物稀釋、擴(kuò)散能力較弱。2.不一樣水域污染物遷移特點(diǎn)35第35頁

海洋：即使含有巨大自凈能力，不過海灣或局部納污和自凈能力差異很大。另外，污水水溫較高，含鹽量少，易于浮在表面，在排放口處易形成污水層。

地下水：埋藏在地質(zhì)介質(zhì)中，其污染時一個遲緩過程，但地下水一旦污染要恢復(fù)原裝非常困難。污染物在地下水中遷移轉(zhuǎn)化受對流與彌散、機(jī)械過濾、吸附與解吸、化學(xué)反應(yīng)、溶解與沉淀、降解與轉(zhuǎn)化等過程影響。36第36頁9.3污水出路與排放標(biāo)準(zhǔn)

9.3.1污水出路

伴隨我國初會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化水平不停提升，城鎮(zhèn)污水排放量連續(xù)增加，科學(xué)合理地處理好城鎮(zhèn)污水出路得生態(tài)環(huán)境可連續(xù)發(fā)展主要保障。城鎮(zhèn)污水經(jīng)過處理后最終出路是返回到自然水體，或者經(jīng)過深度處理后再生利用。直接排放水體會破壞水體環(huán)境功效，破壞生態(tài)環(huán)境。污水處理廠排放口普通設(shè)在城鎮(zhèn)江河下游或海域，以防止污染城鎮(zhèn)給水廠水質(zhì)和影響城鎮(zhèn)水環(huán)境質(zhì)量。1.污水經(jīng)處理后排放水體污水凈化后排放傳統(tǒng)出路和自然歸宿，也是當(dāng)前最慣用方法。處理凈化后污水仍有少許污染物，排入水體后有一個逐步稀釋、降解自然凈化過程。37第37頁2.污水再生利用原因：（1）我國水資源十分