排水工程一

排水工程（下册）明确学习目的掌握污水处理的原理和基本方法；学会基本污水处理工程设计（城市污水和工业废水）；为将来的注册考试打下基础：注册公用设备工程师，注册环保工程师，注册环评工程师；拓展专业思路，为将来就业打好基础。学习方法书本知识和工程实践相结合；重点掌握基本理论，注重与交叉学科结合；提高学习兴趣，注重平时积累；课本教学、专题讲座与讨论结合；学习并掌握国家有关污水处理的政策、标准、规范。污水处理的热点问题污水的深度处理与回用污水厂的提标改造（低B/C、低C/N）污水处理厂的节能降耗污水处理污泥减量化、资源化利用污水处理新型工艺、材料、设备开发分散污水处理第一章污水的性质与特征教学要求：熟练掌握SS、VSS、碱度、COD、BOD、TN、KN、可生化性等概念，认真理解pH、碱度、可生化性等对生物化学和化学作用的影响，了解生物降解有机物的过程和生化需氧量曲线。1.1污水污水（sewage）：是生活污水（domesticsewage）、工业废水（industrialwastewater）和被污染雨水的总称。生活污水是人类在日常生活中使用过的，并被生活废料所污染的水。工业废水分为生产废水（未被污染，不需净化，仅做简单处理）和生产污水（被污染，需净化）。被污染的雨水主要是指初期雨水。生活污水和生产污水的混合污水，称为城市污水。污水处理后的出路排放水体灌溉农田水产养殖重复利用1.2城市污水的性质与污染指标水体处于厌氧状态鱼类大量死亡藻类大量繁殖表示污水的物理性质的主要指标是水温，色度，臭味，固体含量及泡沫等。1)水温污水的水温对污水的物理性质，化学性质及生物性质有直接的影响。1.2.1污水的物理性质及指标2)色度色度可由悬浮固体，胶体或溶解物质形成。悬浮固体形成的色度称为表色。胶体或溶解物质形成的色度称为真色。水的颜色用色度作为指标。3)臭味生活污水的臭味主要由有机物腐败产生的气体造成。工业废水的臭味主要由挥发性化合物造成。4)固体含量固体含量按存在形态的不同可分为：悬浮的，胶体的和溶解的三种。按性质的不同可分为：有机物，无机物与生物体三种。固体含量用总固体量（TS）作为指标。污水中的污染物质，按化学性质可分为无机物与有机物；按存在的形态可分为悬浮状态与溶解状态。无机物及指标无机物包括酸碱度，氮，磷，无机盐类及重金属离子等。1.2.2污水的化学性质及指标（1）酸碱度酸碱度用pH表示（pH值为H+浓度的负对数）。碱度指污水中含有的，能与强酸产生中和反应的物质，也即氢离子的受体，具有缓冲作用。主要包括三种：1氢氧化物碱度，即OH-离子含量；2碳酸盐碱度，即CO32-离子含量；3重碳酸盐碱度，即HCO3-离子含量。污水的碱度可用下式表达：[碱度]=[OH-]+[CO32-]+[HCO3-]-[H+]式中[]---代表浓度，（mg-N/L）思考题：为什么要控制pH值的大小？（2）氮，磷氮，磷是植物的重要的营养物质，也是污水进行生物处理时，微生物所必需的营养物质，主要来源于人类排泄物、农田污染、某些工业废水。氮，磷是导致湖泊，水库，海湾等缓流水体富营养化的主要原因。2005年我国主要水系、湖泊和海域污染严重，七大水系Ⅳ～Ⅴ类和劣Ⅴ类水质的断面比例分别为28％和26％,即Ⅳ类以上的水质达到54％，氨氮、五日生化需氧量、高锰酸盐指数和石油类超标严重；主要湖泊总氮、总磷严重超标，富营养化问题依然突出，太湖、滇池水质均为劣Ⅴ类；近岸海域局部地区污染加重，污染物主要为磷酸盐、无机氮和石油类，赤潮现象频繁发生，赤潮发生面积达到19840平方公里。岸边藻类累积取水管没在高藻水中取水口人工捞藻岸边大量藻类死亡发出异味居民家中自来水有异味太湖水危机！！！生活污水污染源治理的必要性太湖由生活污水带来的氮磷负荷比重分别为35.35％和59.65％；（盛学良,舒金华,彭补拙等.江苏省太湖流域总氮、总磷排放标准研究[J].地理科学,2002,22(4):449-452.）滇池由生活污水排入的氮磷负荷占水体总氮磷负荷的53.6%和42.3%；（郭怀成,孙延枫.滇池水体富营养化特征分析及控制对策[J].地理科学进展,2002,21(5):500-506）南京玄武湖由生活污水排入湖泊的氮磷负荷占湖泊总负荷的72.2%和75.7%。（金相灿等,中国湖泊环境.中国海洋出版社,1995.）七大水系水质类别太湖湖体水质类别Ⅴ类33％劣Ⅴ类67％1）氮及其化合物污水中含氮化合物有四种：有机氮，氨氮，亚硝酸氮与硝酸盐氮。四种含氮化合物的总量称为总氮（TN）。有机氮和氨氮的之和称凯氮（KN－Kjeldahlnitrogen）。凯氮基本代表了进水的氮含量，常被用来判断污水的生物处理时氮素是否适宜，根据C：N：P＝100：5：1的比例，若氮的比例偏低则要补氮，反之要脱氮。有机氮在生物作用下能转变为氨氮、硝酸氮和亚硝酸氮。在缺氧条件下，有机氮变为氨氮；在好氧条件下会继续变为亚硝酸氮和硝酸氮。新的排放标准（GB18918－2002）对污水处理厂出水氨氮和TN要求更加严格，具有科学性。TN（一级A15，一级B20），氨氮（一级A5（8），一级B8（15）－注：括号内为低于12℃的要求）。2）磷及其化合物污水中含磷化合物可分为有机磷与无机磷（主要是PO43-）两类。有机磷大多呈胶体和颗粒状，宜通过沉淀去除，但其水解后易转化为无机磷。无机磷是可溶解性的，其包括正磷酸盐(PO43-)、偏磷酸盐(PO3-)、磷酸氢盐(HPO42-)和磷酸二氢盐(H2PO4-)。pH对磷化合物的组成有影响，并对化学除磷有显著影响。磷是淡水水体富营养化控制的关键性元素。磷资源回收问题：磷矿石涨价，陆地磷资源仅能用100年左右的时间。自然界中磷的循环磷在自然界主要以磷酸盐岩石以及鸟粪石和动物化石等天然磷酸盐矿石存在。在人工开采或天然侵蚀后，磷被释放出来，通过人类的加工过程以及生物转化作用，转变成可溶性及颗粒性磷酸盐，被生物利用的部分随着生物的死亡分解，最终又回到环境中，随地表径流而迁移到海洋中。可溶性的磷由于不具有挥发性，所以，除了鸟粪及对海鱼的捕捞，磷没有再次回到陆地的有效途径。蓄库磷酸盐岩石鸟粪沉积化石骨骼沉积侵蚀与开采溶解磷酸盐浅海沉积物损失到深海沉积物中海鸟和鱼水循环食物链原生质合成磷酸盐化细菌污水中磷回收的意义磷的单向迁移过程更加剧了人类对磷需求的矛盾，据估计全世界磷矿储量只能维持100a左右，磷将成为人类和陆地生命活动的限制因素。我国目前每年城镇污水排放量为460亿吨，污水含磷量一般在3～6mg/L，按平均4.5mg/L计，仅城镇地区每年污水中排放磷量为2.07×105吨。而我国2/3人口在农村，如果包括农村的污水排放，由此估算每年污水中磷的排放量为6.21×105吨。按照全国磷矿石平均含P2O5为17％计，由此推算出每年污水磷排放量折合837万吨磷矿石。污水每年磷排放量相当于2000年磷矿开采量的37.5％。（3）硫酸盐与硫化物污水中的硫酸盐用硫酸根SO42-表示。生活污水的硫酸盐主要来源于人类排泄物；工业废水如洗矿，化工，制药，造纸和发酵等废水，含有较高硫酸盐，浓度可达1500-7500mg/L。在此必须注意的是SO42-，在生活污水的厌氧处理中，SO42-→S2-+H+→H2S↑H2S对人体有毒，同时H2S→H2O+O2→H2SO4（硫酸）对管网及构筑物有严重的腐蚀作用。（4）氯化物生活污水中的氯化物主要来自人类的排泄物，每人每日排出的氯化物约5-9克。工业废水（如漂染工业，制革工业等）以及沿海城市采用海水作为冷却水时，都含有很高的氯化物。（5）非重金属无机有毒物质非重金属无机有毒物质主要是氰化物（CN）与砷（As）。某些地方地下水含有砷。（6）重金属离子重金属指原子序数在21-83之间的金属或相对密度大于4的金属。污水重金属主要有汞（Hg），镉（Cd），铅（Pb），铬（Cr），锌（Zn），铜（Cu），镍（Ni），锡（Sn），铁（Fe），锰（Mn）。特别是汞，镉，铅，铬，砷以及它们的化合物，称为“五毒”。Hg易转变成甲基汞，导致水俣病；Cd易在骨骼中积累，导致骨痛病。有机物生活污水所含有机物主要来源于人类排泄物及生活活动产生的废弃物，动植物残片等，主要成分是碳水化合物，蛋白质与尿素及脂肪。组成元素是碳，氢，氧，氮和少量的硫，磷，铁等。有机物按被生物降解的难易程度，可被分为两类四种：第一类是可生物降解有机物。可分为两种：1可生物降解有机物，对微生物无毒害或抑制作用；2可生物降解有机物，但对微生物有毒害或抑制作用。第二类是难生物降解有机物。也可分为两种：1难生物降解有机物，对微生物无毒害或抑制作用；2难生物降解有机物，对微生物有毒害或抑制作用。主要有机物的类型（1）碳水化合物：糖，淀粉，纤维素等，可生物降解。（2）蛋白质及尿素：可生物降解，生活污水中氮的主要来源。（3）脂肪与油类：是乙醇或甘油与脂肪酸形成的化合物。（4）表面活性剂：洗涤剂，含有磷。（5）酚、有机农药、取代苯类化合物有机物的的污染指标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，总需氧量TOD能被氧化，用需氧的量理论需氧量ThOD来表示有机物的量。总有机碳TOC有机物中都含有碳元素，用碳的量来表示有机物的量有机物的的污染指标（1）生物化学需氧量或生化需氧量（BOD）在水温为20ºC、氧气充足的条件下，由于微生物（主要是细菌）的生活活动，将有机物氧化成无机物所消耗的溶解氧量，称为生物化学需氧量或生化需氧量。下图所示为可生物降解有机物的降解及微生物新细胞合成过程示意图。常用BOD5的原因：①20日有机物可完全分解，但时间太长②BOD5占第一阶段BODμ的70-80%，比较准确(不用三天的原因)③能反映可被微生物分解的有机物的量思考题：BOD/COD能否大于1？BOD/COD作为可生化性评价指标能否在厌氧和缺氧条件下以及抗生素废水中使用？（2）化学需氧量（COD）用强氧化剂在酸性的条件下将有机物(包括生物难降解的)的大部分氧化成H2O和CO2所需的氧量。一般有2种氧化剂,重铬酸钾与高锰酸钾，分别为CODcr及CODmn。一般，我国在生活污水中，主要采用CODcr，在湖泊等地表水体中应用CODMn。CODBODBOD5/COD称为可生化性指标一般认为此比值大于0.3的污水，才适于采用生物处理。化学需氧量的优点是能够较精确地表示污水有机物的含量，并且测定需时短，不受水质的限制。缺点是不能像BOD那样表示出微生物氧化有机物，直接从卫生学方面阐明污染情况。此外，污水中存在的还原性无机物也能被氧化而消耗掉一部分氧，所以COD值存在一定误差。下图是生活污水与部分工业废水的BOD5值。TOD总需氧量：仪器测定ThOD理论需氧量：根据化学方程式计算TOC总有机碳：仪器分析TOD与TOC表示方法不同，前者用耗氧量表示，后者用含碳量表示。水质比较稳定的污水，BOD5，COD，TOD与TOC之间，有一定的相关关系，数值大小的排序为：ThODTODCODcrBOD5TOC生活污水：BOD5/COD=0.4-0.65BOD5/TOC=1.0-1.6污水的生物性质及指标污水中的有机物是微生物的食料，污水中的微生物以细菌与病毒为主。（1）大肠菌群数与大肠菌群指数大肠菌群数是每升水样中所含有的大肠菌群的数目，以个/L计。大肠菌群指数是查出一个大肠菌群所需要的最少水量。大肠菌群本身是无害是有益的细菌，通过测定大肠菌群污水被粪便污染的情况。（2）病毒污水中已被检出的病毒有100多种，测定比较困难。（3）细菌总数每毫升水样中的细菌菌落总数。