第二章城市污水特征与水体自净能_精品文档.ppt
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第二章城市污水特征与水体自净能力李永峰教授主要内容主要内容污水的特征污水的特征1污水的排放标准污水的排放标准2地面水体的自净能力地面水体的自净能力3污水处理程度计算污水处理程度计算4污水处理程度计算实例污水处理程度计算实例5为了表征污水水质,规定了许多水质指标、这些指标主要有:
有毒物质、有机物质、悬浮物、细菌总数、pH值、色度、温度等。
一种水质指标可能包括几种污染物,而一种污染物也可以属于几种水质指标。
污水中的污染物物种类可分为固体污染物、需氧污染物、营养污染物、酸碱污染物、有毒污染物、油类污染物、生物污染物、感官性污染物和热污染等。
污水的特征污水的特征固体污染物常用悬浮物和浊度两个指标来表示。
1.固体污染物固体污染物固体污染物在水中以三种状态存在:
溶解态(直径小于1nm)、胶体态(直径介于l-100nm)和悬浮态(直径大于l00nm)。
水质分析中把固体物质分为两部分:
能透过滤膜(孔径约3-10m)的叫溶解固体(DS);不能透过的叫悬浮固体或悬浮物(SS),两者合称为总固体(TS)。
需氧污染物是指污水中能通过生物化学和化学作用而消耗水中溶解氧的物质。
水中需氧的无机物在污水中含量不高,在一般情况下,需氧污染物仅指有机物。
1生化需氧量(BOD)在有氧条件下,由于微生物的活动,降解有机物所需的氧量,称为生化需氧量,单位为单位体积污水所消耗的氧量(mg/L)。
2.需氧污染物需氧污染物图2.1好氧生物降解示意图上述有机物生化耗氧过程与温度、时间有关。
在一定范围内,温度越高,微生物活力越强,消耗有机物越快,需氧越多;时间越长,微生物降解有机物的数量和深度越大,需氧越多。
在实际测定生化需氧量时,一般把20温度下5d测定的BOD5作为衡量污水的有机物综合浓度指标。
BOD5作为有机物浓度指标,基本上反映了能被微生物氧化分解的有机物的量,较为直接、确切地说明了问题。
但仍存在一些缺点:
当污水中含大量的难生物降解的物质时,BOD5测定误差较大;反馈信息太慢,每次测定需5d,不能迅速及时指导实际工作;污水中如存在抑制微生物生长繁殖的物质或不含微生物生长所需的营养物质时,将影响测定结果。
化学需氧量是指在酸性条件下,用强氧化剂将有机物氧化为CO2、H2O,所消耗的氧量,氧化剂一般采用重铬酸钾。
一般用CODcr或COD表示与BOD5相比,CODcr能够在较短的时间内(规定为2h)较精确地测出废水中耗氧物质的含量,不受水质限制。
缺点是不能表示可被微生物氧化的有机物量,此外,污水中的还原性无机物也能消耗部分氧,造成一定误差。
在污水处理中,采用BOD5/COD比值作为污水是否适宜生化法处理的一个衡量指标,比值越大,越容易被生化处理。
一般认为BOD5/COD大于0.3的污水才适宜采用生化处理。
(2)化学需氧量有机物中的主要元素是C、H、O、N、S等,在高温下燃烧后,将分别产生CO2、H20、N02和SO2,所消耗的氧量称为总需氧量TOD,TOD的值一般大于COD的值。
有机物都含有碳,通过测定废水中的总含碳量可以表示有机物含量。
(3)总需氧量)总需氧量(4)总有机碳)总有机碳3、营养性污染物污水中所含的N和P是植物和微生物的主要营养物质。
当污水排入受纳水体,使水中N和P的质量浓度分别超过0.2mg/L和0.02mg/L时,就会引起受纳水体的富营养化,促进各种水生生物(主要是藻类)的活性,刺激它们的异常增殖,这样会造成一系列的危害。
4、酸碱污染物酸碱污染物主要由工业废水排放的酸碱,以及酸雨的降落形成。
水质标准中以pH值来反映其含量水平。
酸碱污染物使水体的pH值发生变化,破坏自然缓冲作用,抑制微生物生长,妨碍水体自净,使水质恶化、土壤酸化或盐碱化。
5.5.有毒污染物有毒污染物污水中能对微生物引起毒性反应的化学物质,称为有毒污染物。
工业上污水中能对微生物引起毒性反应的化学物质,称为有毒污染物。
工业上使用的有毒化学物已经超过使用的有毒化学物已经超过1200012000种,而且每年以种,而且每年以500500种的速度递增。
种的速度递增。
废水中的毒物可分为三大类:
无机化学毒物、有机化学毒物和放射性毒物。
废水中的毒物可分为三大类:
无机化学毒物、有机化学毒物和放射性毒物。
有毒污染物有毒污染物有机化学毒物无机化学毒物放射性毒物8、感官性污染物污水中能引起异色、浑浊、泡沫、恶臭等现象的物质,虽无严重危害,但能引起人们感官上的极度不快,被称为感官性污染物。
对于供游览和文体活动的水体而言,感官性污染物的危害则较大。
6、油类污染物油类污染物包括“石油类”和“动植物油”两项。
油类污染物能在水面上形成油膜,隔绝大气与水面联系,破坏水体的复氧条件。
它还能附着于土壤颗粒表面和动芝物体表,影响养分的吸收和废物的排出。
7、生物污染物生物污染物主要是指污水中的致病性微生物,它包括致病细菌、病虫卵和病毒。
未污染的天然水中细菌含量很低,当城市污水、垃圾淋水、医院污水等排入水体质将带入各种病原微生物。
目前,广泛使用的是国家污水综合排放标准(GB897896),该标准根据污水中污染物的危害程度把污染物分为两类。
第一类污染物,不分行业和污水排放方式,也不分受纳水体的功能类别,一律在车间或车间处理设施排放口采样;第二类污染物,在排污单位总排放口采样。
这两种污染物的最高允许排放浓度都应达到国家污水综合排放标准的要求。
污水的排放标准污水排入受纳水体并完全混合后的稀释平均质量浓度可由下式求得,即式中:
Cm混合后的稀释平均质量浓度(mg/L);Q河水流量(m3/s);q污水流量(m3/s);CR河水中污染物质的质量浓度(mg/L)或其他参数(如水温、溶解氧浓度等);CSW污水中污染物质的质量浓度(mg/L)或其他参数。
以上公式中河水流量Q是河水的全部流量,即假定污水与河水完全混合。
污水排入受纳水体后,由于微生物降解水中有机物质而消耗水中的溶解氧,称为耗氧。
与此同时,大气中的氧也可溶入水中,称为复氧。
地面水体的自净能力地面水体的自净能力1.水体的好氧曲线污水排入受纳水体,水中的污染物增加,同时水中的微生物也得到增殖。
微生物降解水中污染物的时候也消耗了水中溶解氧。
当河水流量与污水流量稳定,河水温度不变时,则有机污染物降解的耗氧量与该时期污水中存在的有机污染物量成正比,即呈一级反应。
式中K1耗氧速率常数;Lt时间为t时的生化需氧量BODt(mg/L);L0起始点(排放口处)的有机物质量浓度(mg/L);T河水与污水混合后,流至某断面的时间(d)。
耗氧速率常数K1因污水性质和水温不同而异,须经实验确定,生活污水排人河流后K1值见表2.1。
表21生活污水耗氯速率常数K1污水水温/O51015202530K10.039990.05020.O6320.07950.10.12600.1583不同水温时的K1值也可以表示为式中K1(20)为水温20时的耗氧速率常数;温度系数,=1.047;T河水与污水混合后的水温()。
2.水体的好氧曲线在受纳水体流动过程中。
空气中的氧通过流动水体水面不断地溶入水中,使得水中溶解氧逐步得到恢复,当其他条件一定时,复氧速率与水体的复氧量成正比。
式中K2氧速率常数,见表2.2;D亏氧量,D=C0-C;C0定温度下,水中饱和溶解氧含量(mg/L),见表2.3;C水体中溶解氧含量(mg/L)。
当水体温度为t时,可按表2.2求出不是20时的K2值,即表2.2复氧常数K2式中K2(20)为水温20时的复氧速率常数T河水与污水混合后的水温()。
水体类型20时的K2值小池塘和受阻回流的水迟缓的河流和大湖低流速的大河正常流速的大河流动快的河流急流和瀑布0.043-0.10.1-0.1520.152-0.20.2-0.30.3-0.50.53.水体的自净能力当污水排入受纳水体后,污水中的有机物会消耗才会消耗水体中的溶解氧,同时,大气中的氧会不断地溶入水体中。
污水排放口下游水体中溶解氧的质量浓度随流行距离而不断变化,水体溶解氧在耗氧和复氧的共同作用下的变化速率可表示为:
式2.6由氧垂曲线我们可以看出:
开始时,由于BODu较高耗氧速率大于复氧速率,故水体中的溶解氧不断减少,由于水体中有机物被微生物不断地降解,因而BODu不断地减小。
耗氧速率也随之减小。
假如起始的BODu不是过高,总会有某一点的耗氧速率会等于复氧速率,这一点称为临界点。
由起始点到这一点流行的距离称为临界距离;由起始点流到临界点所需的时间称为临界时间。
水体流过临界点以后,耗氧速率即小于复氧速率,此后。
水体中的溶解氧会不断增加,假如没有新的污染,溶解氧会恢复到未受污染前的状态。
图2.4氧垂曲线将式(2.6)积分推导,流经污水排放口的下游某断面任一时间t的亏氧量可表示为式中Dtt时刻水体的亏氧量(my/L);D0在污水排放口处时间t=0的起始点亏氧量(mgL)。
在临界点处的亏氧量可表示为式2.7式2.8式中te临界时间(d)临界时间te的计算式为根据临界点溶解氧的量不得低于国家规定标准(4mg/L)的要求,可确定临界点的亏氧量Dc=(C0一4),再应用公式(2.8)和公式(2.9),可求得起始点水体与污水的混合浓度L0(以BODu表示)。
再根据L0确定污水的处理程度。
te=式2.91.计算允许排放的悬浮物浓度
(1)按水体中悬浮物允许增加量计算排放的悬浮物浓度可用下式计算污水排放口处允许排放的SS浓度污水处理程度计算污水处理程度计算式2.10式中Ce污水排放口处允许排放的ss质量浓度mg/L);p污水排入水体与河水完全混合后,混合水中ss允许增加量(mg/L);q排入水体的污水流量(m3s);b污水排入河流前,河流中原有的ss质量浓度(mg/L);Q河流95保证率的月平均最小流量(m3s)。
(2)按污水综合排放标准计算排放的悬浮物浓度根据国家污水综合排放标准(GB897896)中新建城镇二级污水处理工程一级排放标准,最高允许排放的悬浮物质量浓度为c。
=20mgL。
2、计算允许排放的BOD5质量浓度
(1)按水体中溶解氧的最低允许质量浓度。
计算允许排放的BOD,质量浓度根据临界点溶解氧浓度不得低于4mgL的要求,在已知条件下,利用式(2.8)和式(2.9)可求得未知数L0和tc。
由于解联立方程较繁琐,一般用试算法计算,也可应用计算机进行计算。
(2)按水体中)按水体中BOD,的最高允许质量浓度计算允许排放的,的最高允许质量浓度计算允许排放的BOD,质量,质量浓度浓度根据水体和污水的实际温度,并将根据水体和污水的实际温度,并将K1值按温度做必要的调整后,再进行计值按温度做必要的调整后,再进行计算。
有时为了简化计算,往往假定河水和污水温度皆为算。
有时为了简化计算,往往假定河水和污水温度皆为20,然后进行粗略,然后进行粗略计算,这两种算法皆可应用公式表示计算,这两种算法皆可应用公式表示式2.11式中L5e排放污水中BOD,的允许质量浓度(mgL);L5R河流中原有的BOD5质量浓度(mgL);L5ST水质标准中河水的BOD,最高允许质量浓度。
L5=式2.12式中L5BOD5的允许质量浓度(mgL);L0BODu的允许质量浓度(mgL);K1耗氧速率常数。
计算时往往按水体上某一验算点(例如,水源地、取水口)进行计算,故式(2II)中的t为由污水排放口流到计算断面的流行时间,其计算式为式中t流行时间(d);x由污水排放口至计算断面的距离(km);v河水平均流速(m/s)。
3按污水综合排放标准)计算允许排放的BOD,质量浓度根据国家污水综合排放标准(GB8978-96)中新建城镇二级污水处理工程一级排放标准,最高允许排放的BOD5质量浓度为20mgL。
式中E一污水的处理程度/Ci未处理污水中某种污染物的平均质量浓度(mgL);Ce允许排人水体的已处理污水中该种污染物的平均质量浓度(mg/L)。
城市污水处理程度的主要污染物指标一般用B0地及SS表示。
当工业废水影响较大时,尚可辅以COD作为参考指标。
城市污水的水质与水体要求相比,一般至
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