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水污染控制工程复习绪论一.水质指标(一)物理性指标1.温度工业废水常引起水体热污染；造成水中溶解氧减少；加速耗氧反应，最终导致水体缺氧或水质恶化。2.色度感官性指标，水的色度来源于金属化合物或有机化合物。3.嗅和味感官性指标，水的异臭来源于还原性硫和氮的化合物、挥发性有机物和氯气等污染物质。4.固体物质分为溶解物质与悬浮固体物质，其中悬浮固体物质有可分为挥发性物质和固定性物质。(二)化学性指标1.无机性指标1)植物营养元素过多的氮、磷进入天然水体，易导致富营养化，使水生植物尤其是藻类大量繁殖，造成水中溶解氧急剧变化，影响鱼类生存，并可能使某些湖泊由贫营养湖发展为沼泽和干地。2)pH和碱度一般要求处理后污水的pH在6~9之间。当天然水体遭受酸碱污染时，pH发生变化，消灭或抑制水体中生物的生长，妨碍水体自净，还可腐蚀船舶。碱度指水中能与强酸定量作用的物质总量，按离子状态可分为三类：氢氧化物碱度；碳酸盐碱度；重碳酸盐碱度。3)重金属作为微量金属元素。危害：生物毒性，抑制微生物生长，使蛋白质凝固；逐级富集至人体，影响人体健康。5)含氮化合物氮是有机物中除碳以外的一种主要元素，也是微生物生长的重要元素。污水中的氮有四种，即有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。危害：消耗水体中溶解氧；促进藻类等浮游生物的繁殖，形成水华、赤潮；引起鱼类死亡，导致水质迅速恶化。关于氮的几个指标：有机氮：主要指蛋白质和尿素。TN：一切含氮化合物以N计量的总称。TKN：TN中的有机氮和氨氮，不包括亚硝酸盐氮、硝酸盐氮。氨氮：有机氮化合物的分解，或直接来自含氮工业废水。NOx-N：亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。6)含磷化合物：磷也是有机物中的一种主要元素，是仅次于氮的微生物生长的重要元素。磷主要来自：人体排泄物以及合成洗涤剂、牲畜饲养场及含磷工业废水。危害：促进藻类等浮游生物的繁殖，破坏水体耗氧和复氧平衡；使水质迅速恶化，危害水产资源。关于磷的几个指标：有机磷：有机磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等。无机磷：磷酸盐：正磷酸盐(PO3-4)、磷酸氢盐(HPO2-4)、磷酸二氢盐(H2PO4-)、偏磷酸盐(PO3-)。聚合磷酸盐：焦磷酸盐(P2O4-7)、三磷酸盐(P3O5-10)、三磷酸氢盐(HP3O2-9)2.有机物指标1)总有机碳(TOC：totalorganismcarbon)：在950℃高温下，以铂作为催化剂，使水样气化燃烧，然后测定气体中的CO2含量，从而确定水样中碳元素总量。测定中应该去除无机碳的含量。2)总需氧量(TOD：totaloxygendemand)：在900~950℃高温下，将污水中能被氧化的物质(主要是有机物，包括难分解的有机物及部分无机还原物质)，燃烧氧化成稳定的氧化物后，测量载气中氧的减少量，称为总需氧量。测定方便而快速。3)化学需氧量(COD：chemicaloxygendemand)：用化学方法氧化分解废水水样中有机物过程中所消耗的氧化剂量折合成氧量(O2)(mg/L)。常用的氧化剂主要是重铬酸钾K2Cr2O7(称CODCr)和高锰酸钾KMnO4(原称CODMn或OC，现称高锰酸盐指数)。酸性条件下，硫酸银作为催化剂，氧化性最强。废水中无机的还原性物质同样被氧化。如果废水中有机物的组成相对稳定，则化学需氧量和生化需氧量之间应有一定的比例关系：生活污水通常在0.4~0.5。4)生化需氧量(BOD：biologicaloxygendemand)：在规定条件下微生物氧化分解污水或受污染的天然水样中有机物所需要的氧量(20℃，5d)。反映了在有氧的条件下，水中可生物降解的有机物的量主要污染特性(以mg/L为单位)。有机污染物被好氧微生物氧化分解的过程，一般可分为两个阶段：第一个阶段主要是有机物被转化成二氧化碳、水和氨；第二阶段主要是氨被转化为亚硝酸盐和硝酸盐。污水的生化需氧量通常只指第一阶段有机物生物氧化所需的氧量，全部生物氧化需要20~100d完成。实际中，常以5d作为测定生化需氧量的标准时间，称5日生化需氧量(BOD5)；通常以20℃为测定的标准温度。总结：各种水质之间TOC或TOD与BOD不存在固定的相关关系。在水质条件基本不变的条件下，BOD与TOC或TOD之间存在一定的相关关系。5)油类污染物：石油类：来源于工业含油污水。动植物油脂：产生于人的生活过程和食品工业。危害：油类污染物进入水体后影响水生生物的生长、降低水体的资源价值。油膜覆盖水面阻碍水的蒸发，影响大气和水体的热交换。油类污染物进入海洋，改变海水的反射率和减少进入海洋表层的日光辐射，对局部地区的水文气象条件可能产生一定影响。大面积油膜将阻碍大气中的氧进入水体，从而降低水体的自净能力。石油污染对幼鱼和鱼卵的危害很大，堵塞鱼的鳃部，能使鱼虾类产生石油臭味，降低水产品的食用价值。破坏风景区，危害鸟类生活。6)酚类污染物来源：煤气、焦化、石油化工、木材加工、合成树脂等工业废水。危害：原生质毒物，可使蛋白质凝固，引起神经系统中毒。酚浓度低时，能影响鱼类的洄游繁殖。酚浓度达0.1～0.2mg/L时，鱼肉有酚味。酚浓度高会引起鱼类大量死亡，甚至绝迹。酚的毒性可抑制水中微生物的自然生长速度，有时甚至使其停止生长。酚能与饮用水消毒氯产生氯酚，具有强烈异臭(0.001mg/L即有异味，排放标准0.5mg/L)。灌溉用水酚浓度超过5mg/L时，农作物减产甚至枯死。(三)生物性指标1.来源及危害1)生活污水：肠道传染病、肝炎病毒、SARS、寄生虫卵等制革屠宰等2)工业废水：炭疽杆菌、钩端螺旋体等3)医院污水：各种病原体。危害：传播疾病，影响卫生，导致水体缺氧。2.细菌总数水中细菌总数反映了水体有机污染程度和受细菌污染的程度。常以细菌个数/mL计。饮用水：100个/mL；医院排水：500个/mL。3.大肠菌群大肠菌群的值可表明水样被粪便污染的程度，间接表明有肠道病菌存在的可能性。常以大肠菌群数/L计。饮用水：3个/L；城市排水：10000个/L；游泳池：1000个/L。二.污水处理分类(一)根据污水处理程度1.一级处理：只去除漂浮物和易沉物，使城市污水排入水体时不致立即出现不洁现象。2.二级处理：去除漂浮物和易沉物外，进而稳定污水中的有机物，基本上消除污水的耗氧性能。使水体接纳污水后不至于出现严重缺氧情况，水体生态系统将基本上维持原有的平衡状态。3.深度处理：降低出水中的氮、磷化合物浓度。(二)根据污水处理原理1.物理方法：格栅、筛网、过滤、沉淀、气浮、离心分离、膜分离等。2.化学方法：混凝、中和、化学沉淀、氧化还原、消毒、电解。3.物理化学：吸附、萃取、离子交换。4.生物方法：生物处理过程是天然污水自净的人工化过程，人工浓缩的过程。对象是污水中可被生物降解的溶解性有机污染物、部分胶体状有机污染物和少量无机污染物。第一章废水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础一.废水的生物处理法及其处理的对象废水的生物处理法：利用自然存在的微生物的代谢作用，把水中的有机污染物转化为简单的无机物的过程(生物化学处理法)，即利用微生物的生命活动过程来转化污染物，使之无害化的方法。废水的生物处理的对象：是污水中可被生物降解的溶解性有机污染物、部分胶体状有机污染物和少量无机污染物。二.微生物的新陈代谢新陈代谢：微生物不断从外界环境中摄取营养物质，通过生物酶催化的复杂生化反应，在体内不断进行物质转化和交换的过程。分解代谢：分解复杂营养物质，降解高能化合物，获得能量。合成代谢：通过一系列的生化反应，将营养物质转化为复杂的细胞成分，机体制造自身。新陈代谢合成代谢(同化作用)分解代谢(异化作用)复杂物质分解为简单物质简单物质合成为复杂物质吸收能量释放能量能量代谢物质代谢新陈代谢合成代谢(同化作用)分解代谢(异化作用)复杂物质分解为简单物质简单物质合成为复杂物质吸收能量释放能量能量代谢物质代谢三.废水的可生化性判断1.根据BOD5与CODCr的比值大小判断：B/C0.45：生化性好；B/C0.30：可生化；B/C0.25：较难生化；B/C0.2：不易生化。2.根据测定相对耗氧速率判断：耗氧速率就是单位生物量在单位时间内的耗氧量。以有废水污染物(底物)浓度为横坐标，以相对耗氧速率为纵坐标，通过实验获得相对耗氧曲线。底物浓度相对耗氧速率内源代谢相对耗氧速率BACD底物浓度相对耗氧速率内源代谢相对耗氧速率BACD四.微生物的呼吸类型(一)好氧呼吸好氧呼吸是营养物质进入好氧微生物细胞后，通过一系列氧化还原反应获得能量的过程。有分子氧参与的生物氧化，反应的最终受氢体是分子氧。底物中的氢被脱氢酶活化，并从底物中脱出交给辅酶(递氢体)，同时放出电子，氧化酶利用底物放出的电子激活游离氧，活化氧和从底物中脱出的氢结合成水。好氧呼吸过程实质上是脱氢和氧活化相结合的过程。在这个过程中，同时放出能量。依好氧微生物的类型不同，被其氧化的底物不同，氧化产物也不同。好氧呼吸有异养型微生物呼吸和自养型微生物呼吸两种。1.异养型微生物：异养型微生物以有机物为底物(电子供体)，其终点产物为二氧化碳、氨和水等无机物，同时放出能量。有机废水的好氧生物处理，如活性污泥法、生物膜法、污泥的好氧消化等属于这种类型的呼吸。2.自养型微生物：自养型微生物以无机物为底物(电子供体)，其终点产物也是无机物，同时放出能量。(二)厌氧呼吸厌氧呼吸是在无分子氧(O2)的情况下进行的生物氧化。厌氧微生物只有脱氢酶系统，没有氧化酶系统。在呼吸过程中，底物中的氢被脱氢酶活化，从底物中脱下来的氢经辅酶传递给除氧以外的有机物或无机物，使其还原。厌氧呼吸的受氢体不是分子氧。在厌氧呼吸过程中，底物氧化不彻底，最终产物不是二氧化碳和水，而是一些较原来底物简单的化合物。这种化合物还含有相当的能量，故释放能量较少。如有机污泥的厌氧消化过程中产生的甲烷，是含有相当能量的可燃气体。厌氧呼吸按反应过程中的最终受氢体的不同，可分为发酵和无氧呼吸。1.发酵：指供氢体和受氢体都参与有机化合物的生物氧化作用，最终受氢体无需外加，就是供氢体的分解产物(有机物)。这种生物氧化作用不彻底，最终形成的还原性产物，是比原来底物简单的有机物，在反应过程中，释放的自由能较少，故厌氧微生物在进行生命活动过程中，为了满足能量的需要，消耗的底物要比好氧微生物的多。2.无氧呼吸：是指以无机氧化物，如NO3-，NO2-，SO2-4，S2O2-3，CO2等代替分子氧，作为最终受氢体的生物氧化作用。在反硝化作用中，受氢体为NO3-，在无氧呼吸过程中，供氢体和受氢体之间也需要细胞色素等中间电子传递体，并伴随有磷酸化作用，底物可被彻底氧化，能量得以分级释放，故无氧呼吸也产生较多的能量用于生命活动。但由于有些能量随着电子转移至最终受氢体中，故释放的能量不如好氧呼吸的多。五.废水的好氧生物处理与厌氧生物处理及其特点(一)好氧生物处理好氧生物处理是在有游离氧(分子氧)存在的条件下，好氧微生物降解有机物，使其稳定、无害化的处理方法。微生物利用废水中存在的有机污染物(以溶解状与胶体状的为主)，作为营养源进行好氧代谢。这些高能位的有机物质经过一系列的生化反应，逐级释放能量，最终以低能位的无机物质稳定下来，达到无害化的要求，以便返回自然环境或进一步处置。特点：好氧生物处理的反应速度较快，所需的反应时间较短，故处理构筑物容积较小。且处理过程中散发的臭气较少。所以，目前对中、低浓度的有机废水，或者说BOD5浓度小于500mg/L的有机废水，基本上采用好氧生物处理法。在废水处理工程中，好氧生物处理法有活性污泥法和生物膜法两大类。(二)厌氧生物处理废水的厌氧生物处理是在没有游离氧存在的条件下，兼性细菌与厌氧细菌降解和稳定有机物的生物处理方法。在厌氧生物处理过程中，复杂的有机化合物被降解、转化为简单的化合物，同时释放能量。在这个过程中，有机物的转化分为三部分进行：部分转化为CH4，这是一种可燃气体，可回收利用；还有部分被分解为CO2、H2O、NH3、H2S等无机物，并为细胞合成提供能量；少量有机物被转化、合成为新的原生质的组成部分。由于仅少量有机物用于合成，