水污染控制技术第二版

主编苏少林大连理工大学出版社新世纪高职高专化工类课程规划教材第一章水污染控制概论第二章水的物理处理技术第三章水的化学处理技术第四章水的物理化学处理技术第五章水的生物处理技术第六章污泥处理技术第七章污水处理工程设计第八章污水处理厂（站）的运行管理第九章课程综合实训第一章水污染控制概论第一节水体污染第二节水质标准第三节水环境容量及水体自净化第四节水污染控制的原则和方法一、天然水体1．天然水体中的杂质2．天然水体的性质第一节水体污染按照水源的分类，概括说来有以下几种情况：江河水易受自然条件影响，水较混浊，细菌较多，含盐量和硬度较低。而地下水因受地层渗滤过程的净化，水质较清，细菌较少，特别是深层井水细菌更少，但含盐量和硬度较高。由于湖泊及水库水多由河水供给形成，水质与河水类似。但由于湖(或水库)水流动性小，贮存时间长，经过长期自然沉淀，一般浊度较低，多数含藻类较多。湖(或水库)水受风浪冲击后水质变化较大，受生活污水污染后易产生富营养化。海水含盐量高，而且所含各种盐类或离子的重量比例基本一定，这是海水与其它水源不同的一个显著特点。其中氯化物含量最高，约占总含量89%左右，硫化物次之，再次为碳酸盐，其它盐类含量极少。海水一般须经淡化处理后方可作为居民生活用水。二、水体污染水体因接受过多的杂质，使其在水体中的含量超过了水体的自净能力，而导致其物理、化学及生物学特性改变和水质的恶化，从而影响水的有效利用，危害人体健康的现象称为水体污染。在自然情况下，天然水的水质也常有一定变化，但这种变化是一种自然现象，不属于水体污染。三、水体污染的类型水体污染源，是指向水体排放污染物的场所、设备和装置等。按造成水体污染原因的不同可将水体污染源分为天然污染源和人为污染源；按受污染的水体的不同可分为地面水污染源、地下水污染源和海洋污染源；按污染源释放的有害物质种类不同分为物理性污染源、化学性污染源、生物性污染源；按污染的分布特征不同可分为点污染源、面污染源、扩散污染源。1.物理性污染热污染，主要来源于热电站、核电站、冶金和石油化工等工厂的排水。放射性污染，来源于核生产废物、核试验沉降物、核医疗研究单位的排水。2.化学性污染无机污染包括：重金属污染，来源于矿物开采、冶炼、电镀、仪表、电解以及化工等工厂排水；砷污染，来源于含砷矿石处理、制药、农药和化肥等工厂的排水；氰化物污染，来源于电镀、冶金、煤气、洗涤、塑料、化学纤维等工厂的排水；氮和磷污染，来源于农田排水、粪便排水、化肥、制革、食品、毛纺等工厂排水；酸碱和盐污染，来源于矿山、石油、化工、化肥、造纸、电镀工厂排水酸雨。有机污染包括：酚类化合物污染，来源于炼油、焦化、树脂等化工厂的排水；苯类化合物污染，来源于石油化工、焦化、农药塑料、染料等化工厂的排水；油类，来源于采油、炼油、船舶以及机械、化工等工厂的排水。3.生物性污染病原体污染，来源于粪便、医院污水、屠宰畜牧、制革生物制品等工厂排水。霉素污染，来源于制药、酿造、制革等工厂的排水。四、污水的性质及污染指标1．污水的来源（1）生活污水生活污水，是指居民在日常生活中排出的废水。生活污水的成分取决于居民的生活状况及生活习惯。我国地域广阔情况复杂，即使生活状况相似，但各地污水中杂质的成分和浓度也不尽相同。（2）工业废水工业废水，是在生产过程中排出的废水。其成分主要决定于生产工艺过程和使用的原料，其中也包括高温(水温超过60℃)而形成热污染的工业废水。不同的工业生产产生不同性质的废水，同类工业采用不同的生产工艺过程，产生的废水也不相同。（3）城市污水城市污水是排入城镇排水系统污水的总称，是生活污水和工业废水的混合液。我国多数城市污水均属此类。在合流制排水系统中，城市污水还包括降水。城市污水中各类污水所占的比例，因城市的排水体制不同而异。城市污水的水质指标、污染物组成、形态及含量也因城市不同而异。2．污水的物理性质及指标（1）水温（2）色度（3）臭味（4）固体含量3．污水的化学性质及指标（1）无机物无机物指标主要包括氮、磷、无机盐类和重金属离子及酸碱度等。（2）有机物指标城市污水中含有大量的有机物，其主要是碳水化合物、蛋白质、脂肪等物质。由于有机物种类极其复杂，难以逐一定量。但上述有机物都有被氧化的共性，即在氧化分解中需要消耗大量的氧，所以可以用氧化过程消耗的氧量作为有机物的指标。所以在实际工作中经常采用生物化学需氧量（BOD）、化学需氧量（COD）、总有机碳（TOC）、总需氧量（TOD）等指标来反映污水中有机物的含量。（3）生物性质及其指标污水中生物污染物是指污水中能产生致病的微生物，以细菌和病毒为主。主要来自生活污水，制革污水、医院污水等含有病原菌、寄生虫卵及病毒的污水。污水中的绝大多数微生物是无害的，但有一部分能引起疾病，如肝炎、伤寒、霍乱、痢疾、脑炎、脊髓灰质炎、麻疹等。一、给水水质标准1．地表水环境质量标准国家环保总局于1999年颁布《地表水环境质量标准》（GHZB-1999）。该标准规定项目为75项，其中基本项目31项，特定项目4项以及控制地表水Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类水与有机化学物质项目40项。第二节水质标准依据地表水使用目的和保护目标，水域划分为5类：Ⅰ类主要适用于源头水，国家自然保护区；Ⅱ类主要适用于集中式生活饮用水水源地一级保护区、珍贵鱼类保护区，鱼虾产卵场等。Ⅲ类主要适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区、一般鱼类保护区及游泳区。Ⅳ类主要适用于一般工业用水及人体非直接接触的娱乐用水区。Ⅴ类主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。2．城市供水行业水质标准建设部根据我国各地区发展不平衡及城市的规模，于1992年将自来水公司划分为4类：第一类为最高日供水量超过100万m³/d的直辖市，对外开放城市，重点旅游城市和国家一级企业的自来水公司（以下简称水司）；第二类水司为最高日供水量超过50万m³/d的城市，省会城市和国家二级企业的水司；第三类为最高日供水量为10万m³/d以上，50万m³/d以下的水司；第四类为最高日供水量小于10万m³/d以下的水司。3．生活饮用水水源水质标准生活饮用水标准所列的水质项目主要有四项：1.第一类为感官性状指标，这项指标主要包括水的浊度、色度、臭和味及肉眼可见物等，这类指标虽然对人体健康无直接危害，但能引起使用者的厌恶感。浊度高低取决于水中形成浊度的悬浮物多寡，并且有些病菌和病毒及其它一些有害物质可能裹胁在悬浮物中，因此饮用水水质标准中尽量降低水的浊度。2.第二类指标为化学物质指标。水中含有一些如钠、钾、钙、铁、锌、镁、氯等人体必需的化学元素，但这些物质的浓度的过高，能使人们的正常使用产生不良影响。3.第三类为毒理学指标。主要是水源污染造成的，如源水中含有汞、镉、铬、氰化物、砷及氯仿等物质，这些物质对人体的危害极大，常规的给水处理工艺很难去除这些物质，因此，要想控制这些有害物质在饮用水中的浓度，主要控制水源的污染。4.第四类指标为细菌学指标，这类指标主要列出细菌总数及总大肠菌数和游离余氯量；另外还有一类为放射性指标，这类指标含两项即总α放射性、总β放射性。放射性指标为最近两次水质标准修订所增项目，这两项指标过高能使人体引起白血病及生理变异等现象。4．工业用水标准不同的工矿企业用水，对水质的要求各不相同，即使是同一种工业，不同生产工艺过程，对水质的要求也有差异。一般应该根据生产工艺的具体要求，对原水进行必要的处理以保证工业生产的需要。食品工业用水水质标准与生活饮用水基本相同。在纺织和造纸工业中，水直接与产品接触，要求水质清澈，否则会使产品产生斑点，铁锰过多能使产品产生锈斑。石油化工、电厂、钢铁等企业需要大量的冷却水。这类水主要对水温有一定要求，同时对易于发生沉淀的悬浮物和溶解性盐类不宜过高，以防止堵塞管道和设备，藻类和微生物的滋长也要控制，还要求水质对工业设备无腐蚀作用。电子工业用水要求较高，半导体器件洗涤用水及药液的配制，都需要高纯水。二、排水水质标准1．污水综合排放标准2．污水排入城市下水道水质标准3．城镇污水处理厂污染物排放标准一、水环境容量环境容量通常是指不破坏区域生态环境，环境体系中各污染指标不超过环境标准时可以容纳各种杂质的最大量，不考虑环境自净化功能时称之为静容量，考虑自净化时称之为动容量。二、水环自净化污染物质排入自然水体后，破坏了水体中原有的物质平衡。同时，污染物质参与水体中的物质转化和循环过程，通过一系列物理、化学、物理化学和生物化学反应，污染物质被分离或分解，水体基本上或完全恢复到原有的状态，使原有的生态平衡得到恢复，这个过程就是水体自净过程。水体受污染后能自行恢复原有状态的能力称水体自净能力。第三节水环境容量及水体自净化水体自净过程复杂，从机理来看，水体自净由下列几个过程组成：1.物理过程物理过程包括稀释、扩散、挥发、沉淀等过程，在一系列过程的作用下污染物浓度得以降低；2.化学和物理化学过程污染物质通过氧化、还原、吸附、凝聚、中和等反应，污染物浓度得到降低；3.生物化学过程污染物质中的有机物质被水中微生物的代谢活动分解、氧化、转为无害、稳定的无机物，使污染物浓度降低。实际水体中，这几项作用互相交织在一起互相影响、互相制约，如图1-1所示。图1-1河水自净示意图一、水污染控制原则1．宏观控制2．技术控制3．管理控制二、水处理技术1.水处理的目的2．给水处理技术3．污水处理技术第四节水污染控制的原则和方法（1）给水处理的方法①去除水中的悬浮杂质。②变革水中的溶解杂质。③降低水的温度。（2）给水处理的工艺①澄清和消毒。②除臭、除味。③除铁、除锰。④软化。⑤淡化和除盐。（3）给水处理的流程①一般水源。指原水水质基本符合生活饮用水卫生标准。原水→混凝沉淀或澄清→过滤→消毒②除藻。适用于水库、湖泊水。因其浊度较低，含藻较高，在除浊的同时需要考虑除藻。除藻药剂↓原水→混凝沉淀或澄清→过滤→消毒③受微量有机污染的水源。原水→贮存改善→混凝沉淀或澄清→氧气接触氧化→过滤→活性炭吸附→过滤→消毒④含铁锰的水源。在选择除铁锰工艺时，应掌握详细的水质分析资料，凡有条件的地方应先进行小型试验。原水→曝气→过滤→曝气→过滤⑤含氟水源。当原水超过规范规定时必须进行除氟处理。药剂↓原水→混凝→沉淀→过滤4．污水处理技术（1）污水处理方法①物理处理法。利用物理作用分离污水中呈悬浮状态的固体污染物质。方法有：筛滤法，沉淀法，上浮法，气浮法，过滤法和反渗透法等。②化学处理法。利用化学反应的作用，分离回收污水中处于各种形态的污染物质(包括悬浮的、溶解的、胶体的等)。主要方法有中和、混凝、电解、氧化还原、汽提、萃取、吸附、离子交换和电渗析等。化学处理法多用于处理生产污水。③生物化学处理法。是利用微生物的代谢作用，使污水中呈溶解、胶体状态的有机污染物转化为稳定的无害物质。（2）污水处理程度①一级处理。主要去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质，物理处理法大部分只能完成级处理的要求。经过一级处理后的污水，BOD一般可去除30％左右，达不到排放标准。一级处理属于二级处理的预处理。②二级处理。主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质(BOD，COD物质)，去除率可达90％以上，使有机污染物达到排放标难。③三级处理。是在一级、二级处理后，进一步处理难降解的有机物、磷和氮等能够导致水体富营养化的可溶性无机物等。（3）污水处理工艺流程①城市污水处理流程②工业废水处理流程污水→澄清→回收有毒物质处理→再用或排放。【复习思考题】一、名词解释1．水资源水的自然循环水的社会循环水体污染生活污水BOD5COD水体自净二、问答题1．我国水资源有和特点？2．水体污染的危害有哪些？3．水体污染的类型有哪些？4．城镇污水处理厂污染物排放标准主要包括哪些指标？5．污水的来源主要有哪些？6．地表水环境质量标准是如何分类的？7．测定污水的BOD、COD有和意义？怎样测定？对工程设计有何指导意义？8．简述河流水体中BOD与DO的变化规律。9．什么氧垂曲线？氧垂曲线可以说明那些问题？10．试述水污染控制的原则。11．试述水