水污染控制工程主講教師：翁覓離2014年2月主要任務：研究預防和治理水體污染，保護和改善水環境質量，合理利用水資源以及提供不同用途和要求的用水的工藝技術和工程措施。主要研究領域：水體自凈及其利用；城市污水處理與利用；工業廢水處理與利用；給水凈化處理；城市、區域和水系的水污染綜合整治；水環境質量標準和廢水排放標準。教材：《水污染控制工程》高庭耀，顧國維，周琪.高等教育出版社參考書籍：《廢水處理工程》，唐受印，化學工業出版社《當代給水與廢水處理原理》，許保玖，高等教育出版社《水處理構筑物設計與計算》，尹士君，化學工業出版社《污泥處理》，金儒霖，中國建筑工業出版社《水處理工程師手冊》，唐受印，化學工業出版社雜志：《中國給水排水》、《給水排水》、《環境科學》、《環境科學學報》、《中國環境科學》等第一節污水性質與污染指標第二節污染物在水體環境中的遷移與轉化第三節污水出路與排放標準第一章

污水水質和污水出路知識目標

了解污染物在水體中的遷移與轉化，了解污水出路，了解水污染凈化的基本原則和方法。能力目標

理解水體的自凈作用，掌握污水水質指標及污水排放標準。一、歷史回顧總的印象：任意排放隨意修建規劃修建第一節水污染控制工程沿革、現狀與發展趨勢公元前3750年：公元前2600年：公元前80年：印度Nippur修拱型下水道巴格達附近阿斯馬爾城修下水道古羅馬修建巨大下水道無進展。未考慮地下水污染，城市附近水體污染。霍亂、傷寒、痢疾流行國外公元20世紀初：歐洲完成了下水道系統。并開始對所排污水進行處理，建立了污水處理設施。如美國在1915年時大城市均完成了下水道系統。公元1800年：瘟疫猖獗公元19世紀初：（1800-1820年左右）英國、德國、法國、美國開始規劃進行排水管道系統，并有了一些處理方法（氧化塘，污灌等）歐洲污水處理設施氧化塘污灌物理處理二級處理，甚至三級處理公元前3世紀：秦朝時有了排水管道（阿房宮）但規模小由于我國城市化，工業化進程慢、程度低，至今還處于完善排水系統初步有所處理的階段真正的污水處理是近30年的事情。我國污水處理任重道遠我國初期雨水工業廢水城鎮污水生活廢水第二節污水性質與污染指標二、水污染1、水與水體概念的區分在環境學中，水體包括了水本身及其中存在的懸浮物、膠體、溶解物、水生生物和底泥等完整的生態系統。2、水體污染自然水體受到來自廢水、大氣、固體廢物中污染物的污染——水污染（簡單定義）水體污染是指排入水體的污染物在數量上超過了該物質在水體中的本底含量和水體環境容量，從而導致了水體的物理、化學及微生物特性發生變化，破壞了水中固有的生態系統，破壞了水體的功能及其在經濟發展和人民生活中的作用。3、水污染現狀污水處理率低：90％以上的城市水域受到污染，特別嚴重的水系：三河：淮河、海河、遼河湖泊富營養化嚴重：滇池、巢湖（安徽）、太湖（江蘇）50％左右地下水水質受到污染三、污水性質與污染指標物理性指標加速耗氧反應，最終導致水體缺氧或水質惡化造成水中溶解氧減少感官性指標，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、揮發性有機物和氯氣等污染物質揮發性物質溶解物質固定性物質色度固體物質工業廢水常引起水體熱污染懸浮固體物質嗅和味溫度化學性指標有機物指標無機性指標生物化學需氧量（BOD）化學需氧量（COD）

總有機碳（TOC）與總需氧量（TOD）

油類污染物

酚類污染物

植物營養元素

pH值

重金屬

化學性指標有機物有機物指標用于測定水中有機污染物成分。生活污水中有大量有機物，主要是：人體排泄物、洗滌污物食物殘屑等各種工業廢水中的有機物有動植物纖維、油脂、糖類、染料有機酸、各種有機合成工業品、有機原料、廢物等有機物危害：消耗溶解氧、惡化水質、破壞水體；抑制水生生物、破壞水生生態；滋生微生物，傳播疾病；有毒有機物直接危害人體健康和水生生物生長。有機物種類繁雜，很難逐個測定，利用共性，某指標間接反映易被氧化：生物氧化、化學氧化、燃燒氧化根據主要元素含量來反映：總有機碳、總氮、總磷、總硫等化學性指標有機物生化需氧量（BOD）反映了在有氧的條件下，水中可生物降解的有機物的量主要污染特性（以mg/L為單位）。有機污染物被好氧微生物氧化分解的過程，一般可分為兩個階段：第一個階段主要是有機物被轉化成二氧化碳、水和氨；第二階段主要是氨被轉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。實際中，常以5天作為測定生化需氧量的標準時間，稱五日生化需氧量（BOD5）通常以20°C為測定的標準溫度。BOD:BiologicalOxygenDemand在規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物所需要的氧量（20℃，5天）BOD測定注意事項：一般采用稀釋法：降低有機物濃度，保證充足的溶解氧蒸餾水、無機營養鹽、確定的pH。工業廢水往往需要接種和馴化抑制硝化耗氧時，可加入硝化抑制劑，如亞甲基藍化學性指標有機物化學需氧量（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；廢水中無機的還原性物質同樣被氧化；如果廢水中有機物的組成相對穩定，則化學需氧量和生化需氧量之間應有一定的比例關系：生活污水通常在0.4-0.5。

COD:ChemicalOxygenDemand用化學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（O2）（mg/L）2．化學需氧量(COD)氧化劑一般采用重鉻酸鉀。由于重鉻酸鉀氧化作用很強，所以能夠較完全地氧化水中大部分有機物和無機性還原

物質(但不包括硝化所需的氧量)，此時化學需氧量用CODcr，或COD表示。如采用高錳酸鉀作為氧化劑，則寫作CODMn。化學性指標有機物總有機碳（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，然后測定氣體中的CO2含量，從而確定水樣中碳元素總量。測定中應該去除無機碳的含量各種水質之間TOC或TOD與BOD不存在固定的相關關系。在水質條件基本不變的條件下，BOD與TOC或TOD之間存在一定的相關關系。TOD:TotalOxygenDemand在900-950℃高溫下，將污水中能被氧化的物質，主要是有機物，包括難分解的有機物及部分無機還原物質燃燒氧化成穩定的氧化物測量載氣中氧的減少量，稱為總需氧量（TOD）。TOD測定方便而快速。3．總需氧量(TOD)有機物主要元素是C、H、O、N、S等。在高溫下燃燒后，將分別產生CO2和H2O，所消耗的氧量稱為總需氧量TOD。TOD的值一般大于COD的值。TOD的測定方法是：向氧含量已知的氧氣流中注入定量的水樣，并將其送入以鉑為觸媒的燃燒管中，在900℃高溫下燃燒，水樣中的有機物即被氧化。消耗掉氧氣流中的氧氣，剩余氧量可用電極測定并自動記錄。氧氣流原有氧量減去剩余氧量即得總需氧量TOD。TOD的測定僅需幾分鐘。污水有機物指標之間的關系需氧量TODCODcrBOD5CODMn化學性指標有機物油類污染物石油類：來源于工業含油污水動植物油脂：產生于人的生活過程和食品工業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：油膜覆蓋水面阻礙水的蒸發，影響大氣和水體的熱交換。油類污染物進入海洋，改變海洋的反射率和減少進入海洋表層的日光輻射，對局部地區的水文氣象條件可能產生一定影響。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。石油污染對幼魚和魚卵的危害很大堵塞魚的鰓部，能使魚蝦類產生石油臭味，降低水產品的食用價值。破壞風景區，危害鳥類生活。化學性指標有機物酚類污染物酚污染來源：煤氣、焦化、石油化工、木材加工、合成樹脂等工業廢水原生質毒物，可使蛋白質凝固，引起神經系統中毒酚濃度低時，能影響魚類的回游繁殖。酚濃度達0.1～0.2mg/L時，魚肉有酚味。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，有時甚至使其停止生長。酚能與飲用水消毒氯產生氯酚，具有強烈異臭（0.001mg/L即有異味，排放標準0.5mg/L）灌溉用水超過5mg/L時，農作物減產，甚至枯死化學性指標無機性指標過多的氮、磷進入天然水體易導致富營養化，導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，影響魚類生存，并可能使某些湖泊由貧營養湖發展為沼澤和干地。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。當天然水體遭受酸堿污染時，pH值發生變化，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。堿度指水中能與強酸發生中和作用的全部物質，按離子狀態可分為三類：氫氧化物堿度；碳酸鹽堿度；重碳酸鹽堿度。植物營養元素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，使蛋白質凝固；逐級富集至人體，影響人體健康4．無機非金屬毒物重要的非金屬毒物有砷、硒、氰、氟、硫、亞硝酸鹽等。如砷中毒時能引起中樞神經紊亂，誘發皮膚癌等。亞硝酸鹽在人體內還能與仲胺生成亞硝胺，具有強烈的致癌作用。生物性指標生活污水：腸道傳染病、肝炎病毒、SARS、寄生蟲卵等制革屠宰等工業廢水：炭疽桿菌、鉤端螺旋體等醫院污水：各種病原體危害：傳播疾病、影響衛生、導致水體缺氧來源及危害水中細菌總數反映了水體有機污染程度和受細菌污染的程度常以：細菌個數/毫升計如：飲用水：<100個/毫升

醫院排水：<500個/毫升細菌總數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/升計如：飲用水：<3個/升城市排水：<10000個/升

游泳池：<1000個/升大腸菌群水質指標測定人們通常用水質指標來衡量水質的好壞或水體被污染的程度。

CODBODpH色度DOSS細菌有毒物質第三節污染物在水體環境中的遷移與轉化水體的自凈作用河流的自凈作用是指河水中的污染物質在河水向下游流動中濃度自然降低的現象根據凈化機制分為三類物理凈化：稀釋、擴散、沉淀化學凈化：氧化、還原、分解生物凈化：水中微生物對有機物的氧化分解作用豎向混合階段：污染物排入河流后因分子擴散、湍流擴散、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到濃度分布均勻，從排放口到深度上達到濃度分布均勻的階段稱為豎向混合階段，同時也存在橫向混合作用。橫向混合階段：當深度上達到濃度分布均勻后，在橫向上還存在混合過程。經過一定距離后污染物在整個橫斷面上達到濃度分布均勻，這一過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。河水向下游流動的過程中，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程水體的自凈作用持久污染物的稀釋擴散

當持久性污染物隨污水穩態排入河流后，經過混合過程達到充分混合階段時，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

河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的分解作用不斷減少。根據質量守恒原理其變化過程可用下式描述：式中：u-河水流速x－初始點至下游x斷面處的距離Mx－縱向分散系數K－污染物分解速度常數ρ0－初始點的污染物濃度ρ－x斷面處的污染物濃度非持久性污染物的稀釋擴散和降解水體污染與恢復氧垂曲線：水體受到污染后，水體中溶解氧逐漸被消耗，到臨界點后又逐步回升的變化過程，稱氧垂曲線。有機物降解：有機物含量時間或距離氧垂曲線的求解：虧氧量某點處的氧不足量變化速率是該處耗氧速率和復氧速率之和：求解得某點的虧氧量：某點的溶解氧ρc=ρcs-ρD到達最缺氧點時間dρD/dt=0：氧垂曲線污染物在河流中的擴散和分解受到河流的流量、流速、水深等因素影響。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。湖泊水庫的貯水量大，但水流一般比較慢，對污染物的稀釋、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的納污和自凈能力差別很大。污染物在地下水中的遷移轉化受多種因素影響，地下水一旦污染要恢復原狀非常困難。污染物在不同水體中的遷移轉化規律第四節污水出路工業利用污水的最終出路排放水體市政回用污水回用的幾個主要方向對人體健康不應產生不良影響對環境質量和生態系統不應產生不良影響對產品質量不應產生不良影響應符合應用對象對水質的要求或標準應為使用者和公眾所接受回用系統在技術上可行、操作簡便價格應比自來水低廉應有安全使用的保障污水回用應滿足的要求城市污水回用的幾個方面城市生活用水和市政用水農業、林業、漁業和畜牧業地下水回灌其他方面工業城市綠地灌溉供水市政與建筑用水城市景觀工藝生產用水冷卻用水鍋爐補充水其他雜用水5.1.2地表水功能區劃Ⅰ類源頭水Ⅱ類水源地一級保護區及生物棲息、繁殖場所Ⅲ類：水源地二級保護區、生物活動的重要場所及游泳區；Ⅳ類：一般工業用水及人體非直接接觸的娛樂用水區；Ⅴ類：農業用水區及一般景觀要求水域。浙江省水功能區分為保護區、