第九章污水水質與污水出路第1頁，課件共57頁，創作于2023年2月水的自然循環第2頁，課件共57頁，創作于2023年2月水的社會循環第3頁，課件共57頁，創作于2023年2月水的自然循環與社會循環水的開采水體蒸發降雨污水的回收和再生污水處理用戶輸送水的加工徑流水的自然循環水的社會循環第4頁，課件共57頁，創作于2023年2月第5頁，課件共57頁，創作于2023年2月地球上的水資源水資源的含義與特征水資源：廣義－－指包括海洋、地下水、冰川、湖泊、土壤水、河川徑流、大氣水等地球上各種水體，屬自然資源的范疇；狹義－－指陸地上可供生產、生活直接利用的江河湖沼以及部分儲存在地下的淡水資源，即可利用的水資源；工程概念－－一定區域內，逐年可得到恢復更新的淡水量中，在一定的技術經濟條件下，可以為人們取用和那部分水量，還包括少量被用于冷卻的海水淡化或直接沖廁的海水。通常為全球多年平均入海徑流量。

第6頁，課件共57頁，創作于2023年2月

地球水資源狀況地球上的總水量：

地球表面積5.1億平方公里，海洋、水體占70.8%；淡水占各種類別水儲量的2.6%；淡水中冰川＋凍土底冰占69.56%，河網水僅占0.06%。我國的水資源

多年平均水資源總量： 28124億立方米多年平均年河川徑流量： 27115億立方米多年平均年地下水資源量： 8288億立方米重復水量 7279億立方米水資源總量在世界排名： 6位人均占有量在世界排名： 88位第7頁，課件共57頁，創作于2023年2月我國的水資源狀況空間分布不均降水量：東南沿海多，西北內陸少。長江及以南占全國的83%。黃、淮、海、遼河川徑流量占全國的8%。南方地少水多，北方（麥棉主產區）地多水少。北方多為重工業基地，需水量大。時間分布過于集中多數河流6-9月徑流量占全國的60-70%，東北、華北占60-80%。多以暴雨形式出現。利用無方，只好付諸東流。不同年份差別大。年降雨量最大和最小的比值：南方2-3，北方3-5。淮河與海河最高竟達到15-20倍。第8頁，課件共57頁，創作于2023年2月旱澇不均，惡性循環

要旱連年旱，要澇連年澇。1922-1932年連續十一年平均年徑流量比正常年份減少30%;北京1980-1984年五年平均比正常年份徑流量減少一半;松花江在近八十年里出現過兩次連續十多年的枯水期。泥沙量增大，淤積嚴重黃河是世界上泥沙最多的河流，年平均輸沙量達16億噸。被稱為“地上懸河”。長江年平均輸沙量為5億噸，位居世界第四。水庫。植被破壞是泥沙產生的根源第9頁，課件共57頁，創作于2023年2月供需矛盾突出1949-1988：全國總用水量增加4倍。1990-2000：工業、城市生活和農業用水以5%、7%和2%的速度遞增。全國城市用水供需比1952年的1.59下降到1988年的0.86。1983年在236個城市中有188個城市缺水，日缺水量1240萬立方米。1989年全國缺水城市300個，日缺水量1000萬立方米。經濟發達、人口集中，尤其是缺水地區（海-黃下游平原、山東半島、遼河平原及遼東半島、淮北平原、四川盆地等）水的供需矛盾尤為突出。長距離輸水致使成本增加、工農業爭水等，使供需矛盾更加突出。中國水資源開發利用方面存在的問題第10頁，課件共57頁，創作于2023年2月水的有效利用程度低1980：我國萬元國民生產總值（GNP）取水量為美國的5倍、日本的17倍、前蘇聯的4.3倍、前西德的28倍。1988：工業萬元產值取水量，平均286立方米/萬元，最低100，國外先進水平20-30。工業單位產品取水量，國內先進水平/發達國家：啤酒（m3/t)15-23/7-13,造紙（m3/t）100/15，印染（m3/10m）2.5-3/1-1.5，鋼鐵（m3/t）25-55/4-10，火電（L/kw·h）10/3。用水浪費嚴重：一些住宅的沖廁用水高達45L/人·日。一些城市公建和市政用水高達55-60%，東京僅為37%。第11頁，課件共57頁，創作于2023年2月水體污染嚴重1991：全國污水排放總量336億噸，工業廢水占70%;COD718萬噸;氰化物4666噸;石油類68353噸。生活污水100億噸。1992：污水處理率17.3%。（98：50.96%)對131條流經城市河流統計：I類-9條，II類-4條，III類-46條，IV、V類-72條。污染物：石油類、氨氮、揮發酚、COD和BOD。農藥、化肥污染。水體的富營養化。第12頁，課件共57頁，創作于2023年2月管理薄弱水資源保護：保護意識與利益平衡。水資源開發利用：管理體系不完善，法律法規不健全，長官意識，技術力量與基礎工作，必要手段。用水管理：用水方式落后，水資源浪費。第13頁，課件共57頁，創作于2023年2月

水資源開發對策措施多渠道開辟水資源（利用降水資源、地表與地下水聯合調蓄、跨流域引水、城市污水資源化、海水利用）建設節水型城市、工業和農業加強水資源的規劃管理。調整水價政策，建立合理的水價體系。第14頁，課件共57頁，創作于2023年2月1城市污水的污染

含有大量有機物：蛋白質、脂肪、碳水化合物、尿素、氨氮等；肥皂和洗滌劑；病原微生物（寄生蟲卵、腸系統傳染病菌）2工業廢水的污染

主含無機物：冶金、建筑材料業、含大量重金屬；主含有機物：食品工業、煉油和石化工業；兩者都含：焦化廠、氮肥廠、洗毛廠等水體污染的嚴重性第15頁，課件共57頁，創作于2023年2月水污染危害的嚴重性

水質惡化；增加水處理成本；生態系統退化，地面水體的生物多樣性減少；有機物過多，水體富營養化，酸雨等

第16頁，課件共57頁，創作于2023年2月0.4.1降低工業污染

0.4.2建設城鎮排水系統0.4.3加強管理水污染控制第17頁，課件共57頁，創作于2023年2月教材：《水污染控制工程》高庭耀，顧國維，高等教育出版社參考書籍：<WASTERWATERENGINEERINGTREATMENT,DISPOSAL,REUSE>fourthedition，Metcalf&Eddy,Inc.《當代給水與廢水處理原理》，許保玖，高等教育出版社《廢水生物處理》，C.P.Leslie等，化學工業出版社《污泥處理》，金儒霖，中國建筑工業出版社《排水工程下冊》（第三版），張自杰，中國建筑工業出版社雜志：《中國給水排水》，《給水排水》，《環境科學》等第18頁，課件共57頁，創作于2023年2月第九章污水水質與污水出路

第一節污水水質我拿什么來表達你？—污水污水譜儀？國際通用三大類指標：物理性指標化學性指標生物性指標第19頁，課件共57頁，創作于2023年2月水質分析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第20頁，課件共57頁，創作于2023年2月水和污水中固體成分的內部相關性第21頁，課件共57頁，創作于2023年2月水和污水中雜質顆粒分布第22頁，課件共57頁，創作于2023年2月總固體，720懸浮固體，220溶解固體，500可沉，160不可沉，60有機，120無機，40有機，45無機，15有機，40無機，10有機，160無機，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23頁，課件共57頁，創作于2023年2月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、總硫等第24頁，課件共57頁，創作于2023年2月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—碳化階段；第二階段主要是氨被轉化為亞硝酸鹽和硝酸鹽—硝化階段。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）第25頁，課件共57頁，創作于2023年2月BOD與CBOD、NBODBODL與BOD5第26頁，課件共57頁，創作于2023年2月溫度對BOD測定的影響一般采用稀釋法：降低有機物濃度，保證充足的溶解氧

蒸餾水、無機營養鹽、適當的pH

工業廢水往往需要接種和訓化

抑制硝化耗氧時，可加入硝化抑制劑，如亞甲基藍BOD測定注意事項：第27頁，課件共57頁，創作于2023年2月稀釋與直接測定

BOD5：7mg/L接種培養

103-104個/ml非接種培養第28頁，課件共57頁，創作于2023年2月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；廢水中無數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=CODB+CODNBCOD: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）第29頁，課件共57頁，創作于2023年2月COD與BODL的關系COD=CODB+CODNBBODL=1/3CODB+2/3CODBX(1-0.2)

=0.87CODB可降解有機物好氧微生物O2CO2,H2O…+能量新的細胞質CO2,H2O…+能量殘留物80%氧化2/3合成1/3氧化20%殘渣內源呼吸BOD5=0.68BODL=0.68X0.87CODB

=0.59CODB污水水質相對穩定時：

BOD5/COD比值變化不大第30頁，課件共57頁，創作于2023年2月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。第31頁，課件共57頁，創作于2023年2月污水有機物指標之間的關系有機碳量需氧量TOCTODCODcrBODLBOD5CODMn第32頁，課件共57頁，創作于2023年2月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。第33頁，課件共57頁，創作于2023年2月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，甚至枯死第34頁，課件共57頁，創作于2023年2月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，影響人體健康第35頁，課件共57頁，創作于2023年2月含氮化合物氮是有機物中除碳以外的一種主要元素，也是微生物生長的重要元素污水中氮有四種：有機氮、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮危害：消耗水體中溶解氧；促進藻類等浮游生物的繁殖，形成水花、赤潮；引起魚類死亡，水質迅速惡化。關于氮的幾個指標：有機氮：主要指蛋白質和尿素TN：一切含氮化合物以N計量的總稱；TKN：TN中的有機氮和氨氮，不包括亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮；氨氮：有機氮化合物的分解，或直接來自含氮工業廢水；NOx-N:亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮第36頁，課件共57頁，創作于2023年2月含磷化合物磷也是有機物中的一種主要元素，是僅次于氮的微生物生長的重要元素磷主要來自：人體排泄物以及合成洗滌劑、牲畜飼養場及含磷工業廢水危害：促進藻類等浮游生物的繁殖，破壞水體耗氧和復氧平衡；水質迅速惡化，危害水產資源。含磷化合物有機磷有機磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等無機磷磷酸鹽：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37頁，課件共57頁，創作于2023年2月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/升大腸菌群第38頁，課件共57頁，創作于2023年2月融會貫通各水質指標間的含義第39頁，課件共57頁，創作于2023年2月第40頁，課件共57頁，創作于2023年2月從幾個水質標準看水處理工程的任務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－地表水I類<15<3無漂浮沉積物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指標/毒理學指標/細菌學指標/放射性指標第41頁，課件共57頁，創作于2023年2月第二節污染物在水體環境中的遷移與轉化第42頁，課件共57頁，創作于2023年2月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第43頁，課件共57頁，創作于2023年2月豎向混合階段：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第44頁，課件共57頁，創作于2023年2月水體的自凈作用第45頁，課件共57頁，創作于2023年2月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