第一章污水水質(zhì)和污水出路第1頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三教材：《水污染控制工程》

高庭耀，顧國(guó)維，高等教育出版社參考書(shū)籍：《廢水處理工程》，唐受印，化學(xué)工業(yè)出版社《當(dāng)代給水與廢水處理原理》，許保玖，高等教育出版社《水處理構(gòu)筑物設(shè)計(jì)與計(jì)算》，尹士君，化學(xué)工業(yè)出版社《污泥處理》，金儒霖，中國(guó)建筑工業(yè)出版社《水處理工程師手冊(cè)》，唐受印，化學(xué)工業(yè)出版社雜志：《中國(guó)給水排水》、《給水排水》、《環(huán)境科學(xué)》、《環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)》、《中國(guó)環(huán)境科學(xué)》等第2頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三水的自然循環(huán)：第3頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三全球水分布：

總量約：

1.38X109km3世界河流平均年徑流量：468000億m3,亞洲最大占31％我國(guó)水資源特點(diǎn)：

總量多，人均占有量少

地區(qū)分布不均勻

季節(jié)分布不均勻

河流含沙量大

水污染日益嚴(yán)重

地下水開(kāi)采過(guò)量我國(guó)水資源總量：

27000億m3排世界第五，但人均僅2500m3（世界平均10240m3）。第4頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三水的社會(huì)循環(huán)第5頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三合流制排水體制第6頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2002環(huán)境狀況公告廢水和主要污染物排放量2002年，全國(guó)工業(yè)和城鎮(zhèn)生活廢水排放總量為439.5億噸，其中工業(yè)廢水排放量207.2億噸；城鎮(zhèn)生活污水排放量232.3億噸，超過(guò)環(huán)境容量的82％。廢水中化學(xué)需氧量（COD）排放總量1366.9萬(wàn)噸。其中工業(yè)廢水中COD排放量584.0萬(wàn)噸；城鎮(zhèn)生活污水中COD排放量782.9萬(wàn)噸。七大水系：741個(gè)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)斷面中，29.1%的斷面滿足Ⅰ～Ⅲ類水質(zhì)要求，30.0%的斷面屬Ⅳ、Ⅴ類水質(zhì)，40.9%的斷面屬劣Ⅴ類水質(zhì)。七大水系主要污染指標(biāo)：石油類、生化需氧量、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、揮發(fā)酚和汞等。長(zhǎng)江三峽庫(kù)區(qū)：干流7個(gè)斷面和支流3個(gè)斷面均為Ⅲ類水質(zhì)，水質(zhì)保持良好。僅第三季度干流5個(gè)斷面因鉛超標(biāo)。南水北調(diào)工程（東線）：沿線水質(zhì)監(jiān)測(cè)13個(gè)斷面，3個(gè)斷面Ⅲ類水質(zhì)，占23.1%；2個(gè)斷面Ⅳ類水質(zhì)，占15.4%；5個(gè)斷面Ⅴ類水質(zhì)，占38.4%；3個(gè)斷面劣Ⅴ類水質(zhì)，占23.1%。湖泊、水庫(kù)：主要湖泊氮、磷污染較重，導(dǎo)致富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題突出。滇池草海為重度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，太湖和巢湖為輕度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。第7頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2002環(huán)境狀況公告地下水地下水水位有所回升地下水水質(zhì)總體較好，局部受到一定程度的點(diǎn)狀或面狀污染，部分指標(biāo)超標(biāo)。近岸海域水質(zhì)2002年近岸海域污染有所減輕，一、二類海水比例為49.7%，；四類、劣四類水質(zhì)比例為35.9%，近岸海域的主要污染指標(biāo)是無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽，部分海域石油類、化學(xué)需氧量和鉛超標(biāo)，個(gè)別海域重金屬銅、汞、鎘超標(biāo)。赤潮2002年，全海域共發(fā)現(xiàn)赤潮79次，累計(jì)面積超過(guò)10000平方公里。在部分海域多次檢測(cè)出亞歷山大藻（Alexandrium）和裸甲藻（Gymnodrium）等有毒赤潮藻類。我國(guó)600多座城市中有400多座供水不足，其中100多座嚴(yán)重缺水；我國(guó)尚有3.6億農(nóng)村人口喝不上符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的水。

第8頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第九章污水水質(zhì)與污水出路

第一節(jié)污水水質(zhì)我拿什么來(lái)表達(dá)你？—污水污水譜儀？國(guó)際通用三大類指標(biāo)：物理性指標(biāo)化學(xué)性指標(biāo)生物性指標(biāo)第9頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三水質(zhì)分析指標(biāo)物理性指標(biāo)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感官性指標(biāo)，水的色度來(lái)源于金屬化合物或有機(jī)化合物感官性指標(biāo)，水的異臭來(lái)源于還原性硫和氮的化合物、揮發(fā)性有機(jī)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)色度固體物質(zhì)工業(yè)廢水常引起水體熱污染懸浮固體物質(zhì)嗅和味溫度第10頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三水和污水中固體成分的內(nèi)部相關(guān)性第11頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三水和污水中雜質(zhì)顆粒分布第12頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三總固體，720懸浮固體，220溶解固體，500可沉，160不可沉，60有機(jī)，120無(wú)機(jī)，40有機(jī)，45無(wú)機(jī)，15有機(jī)，40無(wú)機(jī)，10有機(jī)，160無(wú)機(jī)，290膠體，50分子，450生活污水中各部分固體的組成（單位mg/L）第13頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三化學(xué)性指標(biāo)有機(jī)物有機(jī)物指標(biāo)用于測(cè)定水中有機(jī)污染物成分。生活污水中有大量有機(jī)物，主要是：人體排泄物、洗滌污物食物殘屑等各種工業(yè)廢水中的有機(jī)物有動(dòng)植物纖維、油脂、糖類、染料有機(jī)酸、各種有機(jī)合成工業(yè)品、有機(jī)原料、廢物等有機(jī)物危害：消耗溶解氧、惡化水質(zhì)、破壞水體；抑制水生生物、破壞水生生態(tài)；滋生微生物，傳播疾??；有毒有機(jī)物直接危害人體健康和水生生物生長(zhǎng)。有機(jī)物種類繁雜，很難逐個(gè)測(cè)定，利用共性，某指標(biāo)間接反映易被氧化：生物氧化、化學(xué)氧化、燃燒氧化根據(jù)主要元素含量來(lái)反映：總有機(jī)碳、總氮、總磷、總硫等第14頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三化學(xué)性指標(biāo)有機(jī)物生化需氧量（BOD）反映了在有氧的條件下，水中可生物降解的有機(jī)物的量主要污染特性（以mg/L為單位）。有機(jī)污染物被好氧微生物氧化分解的過(guò)程，一般可分為兩個(gè)階段：第一個(gè)階段主要是有機(jī)物被轉(zhuǎn)化成二氧化碳、水和氨；第二階段主要是氨被轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽。污水的生化需氧量通常只指第一階段有機(jī)物生物氧化所需的氧量，全部生物氧化需要20天－100天完成。實(shí)際中，常以5天作為測(cè)定生化需氧量的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，稱五日生化需氧量（BOD5）通常以20°C為測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)溫度。BOD:BiologicalOxygenDemand在規(guī)定條件下微生物氧化分解污水或受污染的天然水樣中有機(jī)物所需要的氧量（20℃，5天）第15頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三BOD與CBOD、NBODBODL與BOD5第16頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三溫度對(duì)BOD測(cè)定的影響一般采用稀釋法：降低有機(jī)物濃度，保證充足的溶解氧

蒸餾水、無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽、確定的pH

工業(yè)廢水往往需要接種和馴化

抑制硝化耗氧時(shí)，可加入硝化抑制劑，如亞甲基藍(lán)BOD測(cè)定注意事項(xiàng)：第17頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三稀釋與直接測(cè)定

BOD5：7mg/L接種培養(yǎng)

103-104個(gè)/ml非接種培養(yǎng)第18頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三化學(xué)性指標(biāo)有機(jī)物化學(xué)需氧量（COD）常用的氧化劑主要是重鉻酸鉀(K2Cr2O7)稱CODCr和高錳酸鉀(KMnO4)稱CODMn或OC。酸性條件下，硫酸銀作為催化劑，氧化性最強(qiáng)；廢水中無(wú)計(jì)的還原性物質(zhì)同樣被氧化；如果廢水中有機(jī)物的組成相對(duì)穩(wěn)定，則化學(xué)需氧量和生化需氧量之間應(yīng)有一定的比例關(guān)系：生活污水通常在0.4-0.5。

COD=CODB+CODNBCOD:ChemicalOxygenDemand用化學(xué)方法氧化分解廢水水樣中有機(jī)物過(guò)程中所消耗的氧化劑量折合成氧量（O2）（mg/L）第19頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三COD與BODL的關(guān)系COD=CODB+CODNBBODL=1/3CODB+2/3CODBX(1-0.2)

=0.87CODB可降解有機(jī)物好氧微生物O2CO2,H2O…+能量新的細(xì)胞質(zhì)CO2,H2O…+能量殘留物80%氧化2/3合成1/3氧化20%殘?jiān)鼉?nèi)源呼吸BOD5=0.68BODL=0.68X0.87CODB

=0.59CODB污水水質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定時(shí)：

BOD5/COD比值變化不大第20頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三化學(xué)性指標(biāo)有機(jī)物總有機(jī)碳（TOC）和總需氧量（TOD）TOC:TotalOrganismCarbon在950℃高溫下，以鉑作為催化劑，使水樣氣化燃燒，然后測(cè)定氣體中的CO2含量，從而確定水樣中碳元素總量。測(cè)定中應(yīng)該去除無(wú)機(jī)碳的含量各種水質(zhì)之間TOC或TOD與BOD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，BOD與TOC或TOD之間存在一定的相關(guān)關(guān)系。TOD:TotalOxygenDemand在900-950℃高溫下，將污水中能被氧化的物質(zhì)，主要是有機(jī)物，包括難分解的有機(jī)物及部分無(wú)機(jī)還原物質(zhì)燃燒氧化成穩(wěn)定的氧化物測(cè)量載氣中氧的減少量，稱為總需氧量（TOD）。TOD測(cè)定方便而快速。第21頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三污水有機(jī)物指標(biāo)之間的關(guān)系有機(jī)碳量需氧量TOCThOCThODTODCODcrBODLBOD5CODMn第22頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三化學(xué)性指標(biāo)有機(jī)物油類污染物石油類：來(lái)源于工業(yè)含油污水動(dòng)植物油脂：產(chǎn)生于人的生活過(guò)程和食品工業(yè)油類污染物進(jìn)入水體后影響水生生物的生長(zhǎng)、降低水體的資源價(jià)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。油類污染物進(jìn)入海洋，改變海洋的反射率和減少進(jìn)入海洋表層的日光輻射，對(duì)局部地區(qū)的水文氣象條件可能產(chǎn)生一定影響。大面積油膜將阻礙大氣中的氧進(jìn)入水體，從而降低水體的自凈能力。石油污染對(duì)幼魚(yú)和魚(yú)卵的危害很大堵塞魚(yú)的鰓部，能使魚(yú)蝦類產(chǎn)生石油臭味，降低水產(chǎn)品的食用價(jià)值。破壞風(fēng)景區(qū)，危害鳥(niǎo)類生活。第23頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三化學(xué)性指標(biāo)有機(jī)物酚類污染物酚污染來(lái)源：煤氣、焦化、石油化工、木材加工、合成樹(shù)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)中毒酚濃度低時(shí)，能影響魚(yú)類的回游繁殖。酚濃度達(dá)0.1～0.2mg/L時(shí)，魚(yú)肉有酚味。酚濃度高會(huì)引起魚(yú)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(zhǎng)速度，有時(shí)甚至使其停止生長(zhǎng)。酚能與飲用水消毒氯產(chǎn)生氯酚，具有強(qiáng)烈異臭（0.001mg/L即有異味，排放標(biāo)準(zhǔn)0.5mg/L）灌溉用水超過(guò)5mg/L時(shí)，農(nóng)作物減產(chǎn)，甚至枯死第24頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三化學(xué)性指標(biāo)無(wú)機(jī)性指標(biāo)過(guò)多的氮、磷進(jìn)入天然水體易導(dǎo)致富營(yíng)養(yǎng)化，導(dǎo)致水生植物尤其是藻類的大量繁殖，造成水中溶解氧的急劇變化，影響魚(yú)類生存，并可能使某些湖泊由貧營(yíng)養(yǎng)湖發(fā)展為沼澤和干地。重金屬主要指汞、鎘、鉛、鉻、鎳，以及類金屬砷等生物毒性顯著的元素，一般指序號(hào)21－83，比重大于4的金屬，也包括具有一定毒害性的一般重金屬，如鋅、銅、鈷、錫等。一般要求處理后污水的pH值在6～9之間。當(dāng)天然水體遭受酸堿污染時(shí)，pH值發(fā)生變化，消滅或抑制水體中生物的生長(zhǎng)，妨礙水體自凈，還可腐蝕船舶。堿度指水中能與強(qiáng)酸發(fā)生中和作用的全部物質(zhì)，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。植物營(yíng)養(yǎng)元素pH值和堿度重金屬作為微量金屬元素重金屬的主要危害：生物毒性，抑制微生物生長(zhǎng)，使蛋白質(zhì)凝固；逐級(jí)富集至人體，影響人體健康第25頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三含氮化合物氮是有機(jī)物中除碳以外的一種主要元素，也是微生物生長(zhǎng)的重要元素污水中氮有四種：有機(jī)氮、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮危害：消耗水體中溶解氧；促進(jìn)藻類等浮游生物的繁殖，形成水花、赤潮；引起魚(yú)類死亡，水質(zhì)迅速惡化。關(guān)于氮的幾個(gè)指標(biāo)：有機(jī)氮：主要指蛋白質(zhì)和尿素TN：一切含氮化合物以N計(jì)量的總稱；TKN：TN中的有機(jī)氮和氨氮，不包括亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮；氨氮：有機(jī)氮化合物的分解，或直接來(lái)自含氮工業(yè)廢水；NOx-N:亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮第26頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三自然界中氮的循環(huán)第27頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三含磷化合物磷也是有機(jī)物中的一種主要元素，是僅次于氮的微生物生長(zhǎng)的重要元素磷主要來(lái)自：人體排泄物以及合成洗滌劑、牲畜飼養(yǎng)場(chǎng)及含磷工業(yè)廢水危害：促進(jìn)藻類等浮游生物的繁殖，破壞水體耗氧和復(fù)氧平衡；水質(zhì)迅速惡化，危害水產(chǎn)資源。含磷化合物有機(jī)磷有機(jī)磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等無(wú)機(jī)磷磷酸鹽：正磷酸鹽(PO43-)、磷酸氫鹽(HPO42-)、磷酸二氫鹽H2PO4-、偏磷酸鹽(PO3-)聚合磷酸鹽：焦磷酸鹽(P2O74－)、三磷酸鹽(P3O105-)

三磷酸氫鹽(HP3O92-)

第28頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三生物性指標(biāo)生活污水：腸道傳染病、肝炎病毒、SARS、寄生蟲(chóng)卵等制革屠宰等工業(yè)廢水：炭疽桿菌、鉤端螺旋體等醫(yī)院污水：各種病原體危害：傳播疾病、影響衛(wèi)生、導(dǎo)致水體缺氧來(lái)源及危害水中細(xì)菌總數(shù)反映了水體有機(jī)污染程度和受細(xì)菌污染的程度常以：細(xì)菌個(gè)數(shù)/毫升計(jì)如：飲用水：<100個(gè)/毫升

醫(yī)院排水：<500個(gè)/毫升細(xì)菌總數(shù)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常以：大腸菌群數(shù)/升計(jì)如：飲用水：<3個(gè)/升城市排水：<10000個(gè)/升

游泳池：<1000個(gè)/升大腸菌群第29頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三融會(huì)貫通各水質(zhì)指標(biāo)間的含義第30頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第31頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三從幾個(gè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)看水處理工程的任務(wù)幾種水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中主要指標(biāo)濃度值（mg/L）主要指標(biāo)CODcrBOD5SSNH3-NTP一般城市污水250－300100－150150-20030（TKN:40）4-5國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)GB189182002一A5010105（8）1一B6020208（15）1.5二級(jí)100303025（30）3三級(jí)1206050－5中水回用（沖廁）－10510－地表水I類<15<3無(wú)漂浮沉積物0.50.02II類<1530.50.1(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生活飲用水感觀性狀與一般化學(xué)指標(biāo)/毒理學(xué)指標(biāo)/細(xì)菌學(xué)指標(biāo)/放射性指標(biāo)第32頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)污染物在水體環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化第33頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三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)在河水向下游流動(dòng)中濃度自然降低的現(xiàn)象根據(jù)凈化機(jī)制分為三類物理凈化：稀釋、擴(kuò)散、沉淀化學(xué)凈化：氧化、還原、分解生物凈化：水中微生物對(duì)有機(jī)物的氧化分解作用第34頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三豎向混合階段：污染物排入河流后因分子擴(kuò)散、湍流擴(kuò)散、彌散作用逐步向河水中分散，由于一般河流的深度與寬度相比較小，所以首先在深度方向上達(dá)到濃度分布均勻，從排放口到深度上達(dá)到濃度分布均勻的階段稱為豎向混合階段，同時(shí)也存在橫向混合作用。橫向混合階段：當(dāng)深度上達(dá)到濃度分布均勻后，在橫向上還存在混合過(guò)程。經(jīng)過(guò)一定距離后污染物在整個(gè)橫斷面上達(dá)到濃度分布均勻，這一過(guò)程稱為橫向混合階段。斷面充分混合后階段：在橫向混合階段后，污染物濃度在橫斷面上處處相等。河水向下游流動(dòng)的過(guò)程中，持久性污染物的濃度將不再變化，非持久性污染物濃度將不斷減少。污水排入河流的混合過(guò)程第35頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三水體的自凈作用第36頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三持久污染物的稀釋擴(kuò)散

當(dāng)持久性污染物隨污水穩(wěn)態(tài)排入河流后，經(jīng)過(guò)混合過(guò)程達(dá)到充分混合階段時(shí)，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-排放口下游河水的污染物濃度ρw，qvw-污水的污染物濃度和流量ρh,qvh-上游河水的污染物濃度和流量第37頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

河斷面達(dá)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的分解作用不斷減少。根據(jù)質(zhì)量守恒原理其變化過(guò)程可用下式描述：式中：u-河水流速x－初始點(diǎn)至下游x斷面處的距離Mx－縱向分散系數(shù)K－污染物分解速度常數(shù)ρ0－初始點(diǎn)的污染物濃度ρ－x斷面處的污染物濃度非持久性污染物的稀釋擴(kuò)散和降解第38頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三水體污染與恢復(fù)第39頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第40頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三氧垂曲線：水體受到污染后，水體中溶解氧逐漸被消耗，到臨界點(diǎn)后又逐步回升的變化過(guò)程，稱氧垂曲線。有機(jī)物降解：有機(jī)物含量時(shí)間或距離第41頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三氧垂曲線的求解：虧氧量第42頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三某點(diǎn)處的氧不足量變化速率是該處耗氧速率和復(fù)氧速率之和：求解得某點(diǎn)的虧氧量：某點(diǎn)的溶解氧ρc=ρ