Transcript 第一类污染物
第九章 污水水质与污水出路 第一节 污水水质 第二节 污染物在水体环境中的 迁移与转化 第三节 污水出路 第一节 污 水 水 质 国际通用三大类指标： 物理性指标 化学性指标 生物性指标 一、污水的物理性质及指标 温度 物 理 加速耗氧反应→ 水体缺氧或水质恶化 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 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 性 指 标 工业废水 →热污染 造成水中溶解氧减少 溶解物质 挥发性物质 固体物质 悬浮固体物质 固定性物质 水 和 污 水 中 固 体 成 分 的 内 部 相 关 性 黏土 水和污水中杂质颗粒分布 二、化 无 学 性 植物营 养元素 指 标 氮、磷过多→富营养化 来源：人类排泄物、某些工业废水 机 性 pH和碱度 指 标 重金属 一般要求处理后污水的pH在6～9之 间。 碱度指水中能与强酸定量作用的物质 总量。 重金属主要指汞、镉、铅、铬、镍，以及 作为微量金属元素。 类金属砷等生物毒性显著的元素，一般指 重金属的主要危害：生物毒性，抑制 序号21－83，比重大于4的金属，也包括 微生物生长，使蛋白质凝固;逐级富集至人 具有一定毒害性的一般重金属，如锌、铜、 体，影响人体健康。 钴、锡等。 无机性指标—含氮化合物 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： TN：一切含氮化合物以N计量的总称。 有机氮：主要指蛋白质和尿素。 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。 无机性指标—含磷化合物 磷主要来源：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。 有机磷 含磷化合物 无机磷 有机磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等 磷酸盐:正磷酸盐(PO43-)、磷酸氢盐(HPO42-) 、 磷酸二氢盐（H2PO4- ) 、偏磷酸盐(PO 聚合磷酸盐:焦磷酸盐(P2O74－) 、三磷酸盐(P3O105-) 、 三磷酸氢盐(HP3O92-) 二、化 学 性 指 标 被微生物氧化 有 机 第一类：可生物降解有机物： （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。 物 第二类：难生物降解有机物： 被化学氧化 或被经驯化、 分 类 筛选后的微生物氧化 （3）难生物降解有机物，对微生物无毒害或抑制作用； （4）难生物降解有机物，并对微生物有毒害或抑制作用。 二、化 学 性 指 标 生化需氧量（BOD 有 ） （★★） 定义：在水温为20℃的条件下，由于微生物（主要是细菌） 的活动，将有机物氧化成无机物所消耗的溶解氧量。 机 物 : biological oxygen demand 有机物 （可生物降解） 呼吸 Oa CO2、 H2O、 能、 NH3 硝化阶段 异氧菌 指 标 合成 新细胞 两个阶段：第一个阶段（碳化阶段）→二氧化碳、 水和氨； 第二阶段：氨→亚硝酸盐和硝酸盐。 •污水的生化需氧量通常只指第一阶段消耗的氧量。 实际，以5d、 20℃作为测定的标准时间、温度，称BOD5； （1）时间与BOD的关系 一级反应： dL t dt KL t 积分 Lt 10 kt L0 L t L 0 10 （2）温度和BOD的关系 kT ＝ K20θ(T-20) （3）两个阶段 碳氧化阶段、硝化阶段 第一阶段生化需氧量BODu：Oa ＋ Ob 第二阶段生化需氧量NODu：Oc ＋ Od BOD5≈（70％～80％）BODu kt 需氧量/（mg·L-1） BOD与CBOD、NBOD 时间/d BODL与BOD5 时间/d 化 学 性 指 化学需氧量（COD 有 标 : chemical oxygen demand ） （★★） 定义：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）。 • 机 物 指 常用的氧化剂主要是重铬酸钾K2Cr2O7 （称 CODCr )和 高锰酸钾 KMnO4 (称CODMn 或OC ) 。 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：生活污水在0.4~0.5。 标 可生化指数：BOD5/COD BOD5/COD >0.3 生物处理 化 学 性 指 标 总有机碳（TOC）和总需氧量（TOD） 有 机 物 TOC: total organism carbon 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。 TOD: total oxygen demand 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（TOD）。 TOD测定方便而快速。 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： 各指标之间存在一定关系。 有机碳量 TOC 需氧量 TOD CODcr BODL BOD5 污水有机物指标之间的关系 CODMn 化 学 性 指 标 油类污染物 有 机 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：影响水生生物生长、阻碍蒸发、阻碍氧进入水体、 危害鱼类 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：引起中毒、影响鱼类的洄游繁殖、甚至死亡，抑制 植物生长, 农作物减产甚至枯死。 三、生 物 来源及 危害 性 指 标 生活污水：肠道传染病、肝炎病毒、SARS、 寄生虫卵等 制革屠宰等工业废水：炭疽杆菌、钩端螺旋体等 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 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 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 融会贯通各水质指标间的关系 第二节 污染物在水体环境中 的迁移与转化 水体的自净作用 河流的自净作用是指河水中的污染物质在河 水向下游流动中浓度自然降低的现象。 根据净化机制分为三类 物理净化： 稀释、扩 散、沉淀 化学净化： 氧化、还 原、分解 生物净化：水中 微生物对有机物 的氧化分解作用 1、污水排入河流的混合过程 竖向混合阶段： 污染物排入河流后因 分子扩散、湍流扩散、 弥散作用逐步向河水 中分散，由于一般河 流的深度与宽度相比 较小，所以首先在深 度方向上达到浓度分 布均匀，从排放口到 深度上达到浓度分布 均匀的阶段称为竖向 混合阶段，同时也存 在横向混合作用。 横向混合 阶段：当深度上达 到浓度分布均匀后， 在横向上还存在混 合过程。经过一定 距离后污染物在整 个横断面上达到浓 度分布均匀，这一 过程称为横向混合 阶段。 断面充分混 合后阶段：在横 向混合阶段后， 污染物浓度在横 断面上处处相等。 河水向下游流动 的过程中，持久 性污染物的浓度 将不再变化，非 持久性污染物浓 度将不断减少。 水体的自净作用 2、持久污染物的稀释扩散 1）稀释原理 a:推流 b:扩散 2）数学模式 wqv hqv w h q vw q vh 物理净化 零维模型 适用条件： a:完全混合 b:持久性污染物 c:水流恒定 d:污染物排放连续稳定 3）影响混合的因素 a:混合比 b:排污口形状 c:水文条件 4）注意问题 a:河水本身浓度 b:剧毒物质 c:对鱼类的影响 物理净化+化学净化 3、非持久性污染物的稀释扩散和降解 河断面达到充分混合后，污染物浓度受到纵向分散作用和 污染物的自身分解作用不断减小。根据质量守恒原理，其变化 过程可用下式描述： 一维模型 ux 0 exp 2 M x 1 1 4 KM u 2 式中：u——河水流速； x——初始点至下游x断面处的距离； Mx——纵向分散系数； K——污染物分解速度常数； ρ0——初始点的污染物浓度； ρ——x断面处的污染物浓度。 x 4、水体的氧平衡——氧垂曲线（★★） 氧垂曲线：水体受到污染后，水体中溶解氧逐渐被消耗，到临界点 后又逐步回升的变化过程，称氧垂曲线。 1）氧的消耗和来源 消耗：a:氧化作用 来源：a:原有氧 b:硝化作用 c:底泥耗氧 d:植物/动物呼吸作用 e:无机还原性物质 b:大气复氧 c:水生植物 的光合作用 2）耗氧曲线 表示水中有机污染物浓度水平随时间的变化情况。 斜率—V耗 （ V耗 ↓→ 0 ） 3）复氧曲线 V复↑， 当V复＝V耗（临界点）时，D（亏氧量）最大 4）氧垂曲线 生化自净 1）原点：Q复≈Q耗 2）排入污染物后， V耗↓，V复↑， 但 V耗>>V复 → DO↓ 3）V复＝V耗， DO最小 4） V复＞V耗，曲线上升，→饱和 4、 水 体 污 染 与 恢 复 5、污染物在不同水体中的迁移转化规律 污染物在河流中的扩散和分解受到河流的流量、 流速、水深等因素的影响。 河口是指河流进入海洋前的感潮河段。河口污染 物的迁移转化受潮汐影响，受涨潮、落潮、平潮时 的水位、流向和流速的影响。 湖泊水库的贮水量大，但水流一般比较慢，污染 物的稀释、扩散能力较弱。 海洋虽有巨大的自净能力，但是海湾或海域局部 的纳污和自净能力差别很大。 污染物在地下水中的迁移转化受多种因素影响， 地下水一旦污染，要恢复原状非常困难。 第三节 污 水 出 路 最终出路： 1）排放水体；2）污水回用 一、排放水体及其限制 1、污水综合排放标准（GB8978－1996） 第一类污染物：符合 “第一类污染物最高允许排放浓度”的规定； 第二类污染物：符合 “第二类污染物最高允许排放浓度”的规定。 2、行业排放标准 如《石油炼制工业水污染物排放标准》（GB3551－83）、 《制革工业水污染物排放标准》（GB3549－83）、 《造纸工业水污染物排放标准》（GB3544－92）等 3、污染物排放的总量控制 对人体健康不应产生不良影响 污 水 回 用 应 满 足 的 要 求 对环境质量和生态系统不应产生不良影响 对产品质量不应产生不良影响 应符合应用对象对水质的要求或标准 应为使用者和公众所接受 回用系统在技术上可行，操作简便 价格应比自来水低廉 应有安全使用的保障 城 市 污 水 回 用 的 几 个 方 面 城市生活用水 和市政用水 供 水 城 市绿地灌 溉 农业、林业、 渔业和畜牧业 市政与建筑用水 工 工 艺生产用 水 业 地下水回灌 城 市 景 观 冷 却 用 水 锅 炉补充 水 其他方面 其 他杂用 水