污水處理系統(tǒng)之污水水質和污水出路

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

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)生產活動中用過水。

雨水：被污染早期雨水。混合污水（城市污水）污水是生活污水、工業(yè)廢水、被污染雨水總稱。3第3頁

污水所含污染物質千差萬別，可用分析和檢測方法對污水中污染物質作出定性、定量檢測以反應污水水質。

國家對水質分析和檢測制訂有許多標準，其指標可分為物理、化學、生物三大類。污水檢測方法4第4頁9.1.2城市污水性質與污染指標

9.1.2.1污水物理性質及指標水溫temperature

污水水溫，對污水物理性質、化學性質及生物性質有直接影響。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。但當污水中溶解氧降低至零，污水所含有機物腐爛，則水色轉呈黑褐色并有臭味。生產污水色度視工礦企業(yè)性質而異，差異極大，如印染、造紙等廢水。色度可由懸浮固體、膠體或溶解物質形成。5第5頁臭和味odor

生活污水臭味主要由有機物腐敗產生氣體造成。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、腐甘藍臭、糞臭以及一些生產污水特殊臭味。固體含量solids

固體物質按存在形態(tài)不一樣可分為：懸浮、膠體和溶解；按性質不一樣可分為：有機物、無機物和生物體三種。固體含量用總固體量作為指標（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物和無機物組成。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污水化學性質和指標

污水中污染物質，按化學性質可分為無機物與有機物；按存在形態(tài)可分為懸浮狀態(tài)與溶解狀態(tài)。1.無機物及指標酸堿度用pH值表示。pH值等于氫離子濃度負對數。當pH值超出6-9范圍時，會對人畜造成危害，并對污水物理、化學劑生物處理產生不利影響。堿度指污水中含有、能與強酸產生中和反應物質，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。無機物包含酸堿度，氮，磷，無機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，也是污水進行生物處理時，微生物所必需營養(yǎng)物質，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≈有機氮。12第12頁P磷及其化合物有機磷化合物無機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，因為硫酸鹽還原菌、反硫化菌作用，被脫硫、還原成H2S。在排水管內，釋出H2S與管頂內壁附著水珠接觸，在噬硫細菌作用下形成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，對管道及設備有腐蝕作用；假如澆灌農田，會引發(fā)土壤板結。（4）氯化物主要有氰化物（CN）與砷（As）。（5）非重金屬無機有毒物質電鍍、焦化、高爐煤氣、制革、塑料、農藥以及化纖等工業(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頁有機物分類按生物降解難易程度可生物降解有機物難生物降解有機物1、可生物降解有機物，對微生物無毒害或抑制作用；2、可生物降解有機物，但對微生物有毒害或抑制作用。1、難生物降解有機物，對微生物無毒害或抑制作用；2、難生物降解有機物，并對微生物有毒害或抑制作用。2.有機物主要起源于人類排泄物及生活活動產生廢棄物、動植物殘片等。主要成份是碳水化合物、蛋白質、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、纖維素和木質素等。主要成份是碳、氫、氧。（2）蛋白質與尿素主要成份是碳、氫、氧、氮。蛋白質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物，并對微生物有毒害或抑制作用。（5）有機酸、堿有機酸工業(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)廢水含有有機堿。都屬于可生物降解有機物，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，屬難生物降解有機物；2、烷基芳基磺酸鹽，屬于可生物降解有機物。有機物分類（續(xù)）18第18頁（7）有機農藥有機農藥有兩大類，即有機氯農藥與有機磷農藥。有機氯農藥毒性大且難分解，會在自然界不停累積，造成二次污染，故我國于70年代起，禁止生產與使用。現在普遍采取有機磷農藥，屬于難生物降解有機物，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物，并對微生物有毒害與抑制作用。有機物分類（續(xù)）19第19頁3.有機污染物指標生物化學需氧量（Bio-ChemicalOxygenDemand，英文縮寫為BOD）化學需氧量（ChemicalOxygenDemand，英文縮寫為COD）總需氧量（TotalOxygenDemand，英文縮寫為TOD）總有機碳（TotalOrganicCarbon，英文縮寫為TOC）20第20頁（1）生化需氧量BOD

概念

有氧條件下有機物生物降解第一階段：碳氧化。異樣菌作用，含碳有機物被氧化為CO2，H2O，含氮有機物被氧化為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

因為有機物生化過程延續(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物綜合濃度指標。1、測定時間需5d，時間太長，難以及時指導生產實踐；缺點：2、假如污水中難生物降解有機物濃度較高，BOD5測定結果誤差較大；3、一些工業(yè)廢水不含微生物生長所需營養(yǎng)物質、或者含有抑制微生物生長有毒有害物質，影響測定結果。注意！為了克服上述缺點，可采取化學需氧量COD指標22第22頁

用強氧化劑（我國法定用重鉻酸鉀），在酸性條件下，將有機物氧化成二氧化碳和水所消耗氧量，即稱為化學需氧量，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）化學需氧量COD

測定原理23第23頁注意1、較準確地表示污水中有機物含量；優(yōu)點：2、測定時間僅需數小時，且不受水質限制。1、不能像BOD那樣反應出微生物氧化有機物、直接地從衛(wèi)生學角度說明被污染程度；缺點：2、污水中存在還原性無機物（如硫化物）被氧化也需消耗氧。上述分析可知，COD數值大于BOD，二者差值大致等于、難生物降解有機物量。差值越大，難生物降解有機物含量越多，越不宜采取生物處理法。把BOD5/COD比值稱為可生化性指標，比值越大，越輕易被生物處理。普通認為此比值大于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）總有機碳TOC

因為有機物主要組成元素是C、H、O、N、S等。被氧化后，分別產生二氧化碳、水、二氧化氮和二氧化硫，所消耗氧量稱為總需氧量TOD。假如有機物化學分子式已知，則可依據化學氧化反應方程式，計算出理論需氧量ThOD。

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

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

大腸菌群數（大腸菌群值）是每升水樣中所含有大腸菌群數目，以個/L計；大腸菌群指數是查出1個大腸菌群所需最少水量，以毫升（mL）計?？梢姶竽c菌群數與大腸菌群指數是互為倒數，即大腸菌群指數大腸菌群數1000=26第26頁大腸菌群數作為污水被糞便污染程度衛(wèi)生指標原因病毒檢驗方法當前主要有數量測定法與噬斑測定法兩種。2.病毒3.細菌總數細菌總數是大腸菌群數、病原菌、病毒及其它細菌數總數，以每毫升水樣中細菌菌落總數表示。①、大腸菌與病原菌都存在于人類腸道系統(tǒng)內，他們生活習性及在外界環(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，數量大大多于病原菌，但對人體無害；②、因為大腸菌數量多，且輕易培養(yǎng)檢驗，但病原菌培養(yǎng)檢驗十分復雜與困難。27第27頁9.2污染物在水體環(huán)境中遷移與轉化

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，化學凈化，生物凈化。(1)物理凈化：是指污染物質因為稀釋、擴散、沉淀等作用而使河水污染物質降低過程。其中稀釋作用是一項主要物理凈化過程。(2)化學凈化：是指污染物質因為氧化、還原、沉淀等作用而使河水污染物質濃度降低過程。(3)生物凈化：是指因為水中生物活動，尤其是水中微生物對有機物氧化分解作用而引發(fā)污染物質濃度降低過程。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

當持久性污染物隨污水穩(wěn)態(tài)排入河流后，經過混合過程抵達充分混合段時，污染物濃度可由質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.持久污染物稀釋擴散hwhhwwqVqVqVqV++=rrr30第30頁

河斷面到達充分混合后，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。依據質量守恒原理其改變過程可用下式描述：式中：u－河水流速；x－初始點至下游x斷面處距離；

Mx－縱向分散系數；K－污染物分解速率常數；

ρ0－初始點污染物濃度；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散情況下，河流中微生物降解有機物。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。橫坐標從左至右表示河流流向和距離，縱坐標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化規(guī)律1.污染物遷移特點污染物排入河流后，在隨河水往下游流動過程中受到稀釋、擴散和降解等作用，污染物濃度逐步減小。污染物在河流中擴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?；厥帲诤恿髦型Ａ魰r間較長，對排放口上游河水也會產生影響。湖泊、水庫：貯水量大，但水流普通比較慢，對污染物稀釋、擴散能力較弱。2.不一樣水域污染物遷移特點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：埋藏在地質介質中，其污染時一個遲緩過程，但地下水一旦污染要恢復原裝非常困難。污染物在地下水中遷移轉化受對流與彌散、機械過濾、吸附與解吸、化學反應、溶解與沉淀、降解與轉化等過程影響。36第36頁9.3污水出路與排放標準

9.3.1污水出路

伴隨我國初會經濟快速發(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)污水經過處理后最終出路是返回到自然水體，或者經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在城鎮(zhèn)江河下游或海域，以防止污染城鎮(zhèn)給水廠水質和影響城鎮(zhèn)水環(huán)境質量。1.污水經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