1、水处理工程技术,环境与市政工程系建筑设备教研室给排水专业,第一篇：水质与水处理概论,第一章：水质与水质指标准,第一篇：水质与水处理概论第一章：水质与水质指标准,第一节：水中杂质的种类与性质第二节：河流水体的自净规律第三节：给水水质标准第四节：污水排放标准,水中杂质的来源：自然过程：降水、渗透、冲刷等。人为因素：使用中污染,水质指标：表示水中各种杂质或污染物的重要 标志，是水质状况的综合反映。,第一节：水中杂质的种类与性质,天然水体的类型：地下水、江河水、湖泊及水库水、海水,水中杂质的分类,按杂质颗粒的尺寸大小可分为悬浮物、胶体和溶解物质三类。,悬浮物特性 动水中呈悬浮状，静水中可下沉或上浮。包
2、括泥砂、大颗粒粘土、矿物废渣等无机易沉悬浮物和草木、浮游生物体等 有机易浮悬浮物。通常用重力沉降法去除。,胶 体 特 性 尺寸小，在水中长期静置不会下沉。包括粘土、细菌、病毒、腐殖质、蛋白质等，造成水的色、臭、味。须投加混凝剂方可去除。,溶 解 物 特 性 稳定均匀分散在水中，外观清澈透明。包括阴阳离子（Ca、Mg、Na、K、Hco、SO、C 等）和溶解气体（O、CO 等）。须用化学或物化等特殊方法去除。,2+,2+,+,+,3-,4,2-,l,2,2,天然水的特性指数：色度、嗅、味、浑浊度、固体含量及温度等,水体污染：指排入水体的污染物质总量超过了水体的自净能力，主要是由于人类生活、生产造成
3、的。,污染物分类：见下表,污水的物理性质及其指标,（1）水温一般1025，热污染的危害：水温增加，DO减少-鱼类死亡，水体腐败水温增加，使水的物理化学性质发生变化（溶解度、粘度）水温增加，细菌、藻类繁殖加快（2）臭味 有机物厌氧腐败-氨、胺类，硫化氢等（3）色度 生活污水是黑灰色（工业废水颜色差异很大），色度加大，影响透光率-影响光合作用。（4）固体物质 水中所有残渣的总和（TS)。,污水的化学性质及指标（一）有机物指标分为易生物降解和难生物降解二类。1、易生物降解有机物自然界中存在的蛋白质、碳水化合物、脂肪等（好氧微生物）CO+H O+合成新细胞有机物（厌氧微生物）脂肪酸、醇、沼气常用COD
4、,BOD,TOD,TOC表示有机物,2,2,2.难生物降解有机物大多为人工合成有机物，例如：塑料、合成橡胶、合成洗涤剂、有机农药等。主要特征 稳定，不易被微生物降解-例如白色污染 多有害健康-例如“三致”物质 常用COD,TOD,TOC表示,有机物污染评价指标评价有机物数量的多少（有机物种类多，无法单独一一评价）常用评价指标 生化需氧量BOD 化学需氧量COD 有机物是还原性物质，能被氧化，用需总需氧量TOD 氧的量来表示有机物的量。理论需氧量 ThOD,有机物中都含有碳元素，用碳的量来总有机碳TOC 表示有机物的量 1、生化需氧量BOD 在水温20，由于微生物的生化活动，将有机物氧化为无机物
5、所消耗的溶解氧的量来表示有机物的量。-利用有氧条件下，有机物降解时都消耗溶解氧,碳氧化阶段-H2O、CO2、NH3-BOD 硝化阶段-NO2、NO3-NOD 一般20日有机物可完全碳氧化-BOD 5日生化需氧量-BOD5,常用BOD5的原因：20日有机物可完全分解，但时间太长 BOD5占第一阶段BOD的70-80%，比较准确(不用三天的原因)需要建立统一标准，用来进行比较 能反映可被微生物分解的有机物的量,2、化学需氧量CODBOD的缺点：时间长，需要5日出结果 难降解有机物含量高时，误差较大 水中含有抑制物质或毒物时，影响测定结果对于同一水样：COD是在酸性条件下，利用强氧化剂将有机物氧化为
6、CO2和H2O所消耗的氧的量，称为化学需氧量。将强氧化剂折合为氧的当量来表示有机物的量。,用重铬酸钾作为氧化剂-CODCr-污水中常用-氧化能力强（8090%）用高锰酸钾作为氧化剂-CODMn（OC）-给水中常用-氧化能力差对于同一水样：CODCrBODBOD5CODMn,COD的特点:快速准确 氧化能力强，可氧化难降解物质 不能反映可被生物降解的有机物的量 水中还原性物质干扰测定(Cl-、S2-)常用BOD5/CODCr来表示污水的可生化性，BOD5表示可生化有机物量 CODCr表示有机物总量,BOD5/CODCr比值越高，可生化性越好，适合生物法处理（大于0.3）BOD5/CODCr比值越
7、低，可生化性越差，不适合生物法处理（小于0.3）3、总需氧量TOD有机物中的主要元素C、H、O、N、S被氧化后为CO2、H2O、N02、SO2所消耗的氧量。仪器测定，900高温下燃烧，测定消耗的氧量,4、理论需氧量 ThOD根据化学分子式计算理论需氧量，是用于计算纯物质，不适合污水处理5、总有机碳TOC酸化后，吹脱无机碳酸盐（去除CO），在900下燃烧，测定CO 的量折算为碳量，表示有机物的量。对于同一污水，一般有ThODTOD CODBODBOD5TOC,2,2,1、无直接毒害作用无机物质 酸碱 pH值来源于工厂、酸雨，引起水体pH值变化，水质恶化，腐蚀管道。酸碱污染-盐污染，无法饮用,（二
8、）无机物指标,氮、磷 水中的营养物质氮、磷的评价指标，总氮（TN）：包括有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮 氨氮：NH3与NH4+，属于污水中的碱性物质为微生物提供氮源 凯氏氮（KN）：有机氮+氨氮-能为微生物所利用（好氧）亚硝酸盐氮和硝酸盐氮=总氮凯氏氮有机氮=凯氏氮氨氮,磷的化合物分为有机磷和无机磷，一般测总磷TP 含氮化合物在水体中的转化第一步：有机氮-NH3(有氧或无氧)-氨化阶段第二步：NH3-NO2-NO3-(有氧)-硝化阶段 第三步：NO3-N2-缺氧-反硝化阶段,氮磷污染与水体的富营养化 营养化是水体演化的一种规律，贫营养胡-富营养湖-沼泽地-陆地氮、磷污染加重水体的富营养化，
9、刺激藻类过度增值。硫化物与硫酸盐来源：工业废水-大量 生活污水-少量危害在水中易形成H2S-对生物有害-不利于污水处理,氯化物浓度过高-抑制生物生长，腐蚀设备2、有直接毒害作用 重金属离子-汞、镉、铬、铅-对生物和人体有毒（蓄积），毒性慢、危害大。非重金属毒物-氰化物、砷化物，-毒性快 重金属的危害：不能降解，只能形态上转换-离子变沉淀 常以底泥形式存在于底泥之中，形成次生污染源 形态转换增强毒性，甲基汞无机汞 易通过食物链成千上万的富集,（三）生物性质及其指标,污水中能产生致病的微生物，以细菌和病毒为主，主要检查指标为大肠菌群数、大肠杆菌指数、病毒及细菌总数。单位大肠菌群数 个/升。,第二节
10、 河流水体的自净规律,水体自净：污染物进入水体后，通过物理、化学、生物的作用，使污染物浓度降低或总量减少，将水体部分或全部恢复原状。水体的自净作用：包括物理净化作用、化学净化作用、生物净 化作用。（1）物理净化作用：通过稀释、扩散、混合、沉淀等作用，降低浓度，不减少总量。,混合：混合效果-混合系数（）-通过混合达到稀释的目的=Q总-河水总流量 Q混-与污水混合的河水流量 混合系数受河流形状、排污口形式、排水量影响。特定断面混合系数的计算：=L计算-排污口到计算断面的距离（距离好算，流量不好算）L全混-排污口到混合断面的距离（已知，可实测或查表）,稀释：污水进入水体后，逐渐和水体混合，浓度不断降
11、低的过程。,扩散：污染物进入水体后，在水体中产生浓度梯度场，污染物有高浓度向低浓度迁移的过程。包括：分子扩散：布朗运动引起的物质分子扩散-用于湖泊、水库等静水体。紊流扩散：水体紊流流态引起的污染物浓度降低-河流等动水体。弥散：水体各层流速不同，引起的污染物浓度扩散-异重流。,沉淀：污染物沉于河底，河水中浓度降低。（遇到扰动，产生二次污染）（2）化学净化作用 通过化学反应使污染物的存在状态发生变化，使污染物浓度降低。,氧化还原 Fe2+-Fe(OH)2 Mn2+-Mn(OH)Al3+-Al(OH)3 S2-SO42-Cr3+-Cr6+中和酸碱反应 吸附与凝聚 水体中存在的胶体微粒（表面带电），可
12、以吸附水中的阴阳离子,（3）生物净化作用 生物净化作用可以降低污染物总量，是真正意义上的净化。,河流的氧垂曲线方程研究河流中DO的变化规律-DO的重要性（生态平衡）1、河流中的溶解氧变化存在两种变化趋势：有机物被微生物降解，消耗水中的溶解氧，使DO下降；降解耗氧速率-与有机物浓度成正比 河流流动过程中，接受大气复氧，使DO上升。复氧速率-与亏氧量成正比两种作用的结果-形成氧垂曲线,2.河流氧垂曲线,第一段（AO）：有机物浓度高，耗氧速率大于复氧速率，DO大幅度下降；O点溶解氧最低-氧垂电（最不利点）第二段（OB）：有机物浓度降低，耗氧速率小于复氧速率，DO开始逐渐回升。第三段（B以后）：溶解氧
13、回升至起始阶段。,3.氧垂曲线方程河水中有机物降解与溶解氧平衡的数学模式（1）有机物耗氧动力学当沿水流方向输移的有机物量扩散稀释量，Q河,q污不变，T水不变时，有机物的生化降解的耗氧量正比于河水中有机物量=-k1L Lt=Lo10-k1t Ltt时刻水中残留的有机污染物的量；Lo初始时刻，有机物总量，即氧化全部有机物所需的氧量,k1耗氧速率常数 k1=k2 T1-T2 k1=k2 20-T2 其中=1.047,k20=0.1,（2）DO变化过程动力学 氧溶与水的速率与氧亏量成正比=k2D t=0时，D=Do Dt=Do*10-k2t Dtt 时刻河流中亏氧量；Do初始时刻河流中亏氧量；k2复氧
14、速率常数。,（3）耗氧与复氧共同作用=k1L-k2D t=0时，D=0,L=Lo Dt=(10-k1t-10-k2t)+Do*10-k2t令=0，可求出氧垂点的时间tc tc=,（4）Dt表达式的工程意义 是用于分析受有机物污染的河水中溶解氧的变化动态，推求河流的自净过程及其环境容量，进而确定可排入河流的有机物最大用量，或污水处理厂的处理程度。用于推算确定缺氧点及氧垂点的位置及到达时间，并依此制定河流水体防护措施。,（5）Dt 与 tc的使用条件 适用于河流截面变化不大，藻类等水生植物和底泥影响可忽略不计的河流；仅适用于河流与污水在排放口处完全混合的条件；所使用的k1、k2的值必须与水温相适应
15、；如沿河流有n个排放点，则应根据情况合并成一个排放点计算，或逐段计算。,第三节 给水水质标准,我国常用的水质标准主要有以下1.生活饮用水卫生标准GB5749-20062.二次供水设施卫生规范GB17051-19973.生活饮用水水源水质标准CJ 3020-934.地表水环境质量标准GB3838-20025.地下水质量标准GB/T 14848-93 6.室外给水设计规范GB50013-20067.工业用水水质标准,第四节 污水排放标准,为保护水源免受污染，污水需要排入水体时要求处理到允许排入水体的程度。分为一般排放标准和行业排放标准两类。污水综合排放标准GB897896 农用污泥中污染物控制标准GB428484 造纸工业水污染物排放标准GB354492 制革工业水污染物排放标准GB354983 石油炼制工业水污染物排放标准GB355183,石油化工水污染物排放标准GB428184 电影洗片水污染物排放标准GB355383 医院污水排放标准 GBJ4883等,
