污水水质和污水出路

第二章污水水质和污水出路 重点:化学指标的意义,水体自净,氧垂曲线 第一节污水水质 三大类:物理、化学、生物 方法:《水和废水监测分析方法》国家环境保护局编,第三版,北京,中国环境出版社,1989. 一、物理性指标 1、温度——热污染 提问:后果(温度升高,溶解氧下降,水质下降) 2、色度——工业废水如染料工业废水中的有色物质(金属化合物,有机化合物) (检测方法1:将有色污水用蒸馏水稀释后与参比水样对比,一直稀释到二水样色差一样,此时的稀释倍数就是其色度。(稀释法) ]2-的颜色=一个色度单位。原水与特配的色度标准检测方法2:1毫克/升[PtCl 6 色阶比色而得。常用的标准是用氯铂酸钾和氯化钴配成的标准色阶。 (比色法) 水样的色度应以除去悬浮物后上清液的色度为准。) +、挥发性有机物,氯气等)、味(金属盐) 3、嗅和味——异臭物质(S2-、NH 4 提问:感官性指标有哪些? 4、固体物质 悬浮物组成:不溶于水的淤泥、粘土、有机物、微生物及矿物质等的微小粒子。 (Total Solid)TS=DS(Dissolved Solid)+SS(Suspended Solid) (测定水样:水样——古式坩锅过滤——滤液+滤渣 滤液——蒸干——DS——盐类含量 滤渣——脱水烘干(105-110摄氏度)——SS——水中不溶解固体物质的量SS——600摄氏度灼烧——VS(Volatilized Solid)+残渣FS(Firmed/Fixed Solid)) 另:浊度也可用来作为水中悬浮物含量多少的指标。 测定:浊度仪或分光光度计;单位:1升水中含有1mg白陶土(或高岭土)所产生的混浊度定为1度,其中白陶土的粒度为200目。 我国饮用水标准为浊度≤5度。 二、化学性指标 1 1、有机物 来源:生活污水、某些工业废水 组成:碳水化合物(carbohydrate),蛋白质(protein)、脂肪(fat) 特点:耗氧物质,有机物(还原物质——O, 微生物——无机物+二氧化碳+水衡量指标:BOD、COD、TOC、TOD等 1.1 BOD:生化需氧量(mg/L) Biochemical Oxygen Demand 定义:水中有机污染物被好氧微生物分解时所需的氧量。反映在有氧条件下,水中可生物降解的有机物的量。 主要为第一阶段:有机物——二氧化碳+水+含氮有机物(20天,20摄氏度) 第二阶段:含氮有机物——NO 2-+NO 3 -(5-7天甚至10天后才显著进行:生活污 水及与之性质相近的工业废水) BOD 5 约为70%BOD,测定标准为20摄氏度,5天(反馈时间太长,已有快速测定方法,有待各位提高)。 稀释法测定(查手册):某些工业废水需接种再进行测定。稀释倍数应根据进行估算(查手册)。 提问:a、含有对微生物有抑制作用的有毒物质时,可采取什么措施? 增加稀释倍数;使用经驯化微生物接种的稀释水。 b、如果水样中含有少量氯,怎么办? 少量1-2h自行消失;若不能,则可加入亚硫酸钠除去。 c、怎样检查测定的准确性? 测定人工溶液的BOD 5 以对照。 d、如果废水的可生化降解性很差,即含有大量难以生化降解的物质,能 否用BOD 5 衡量水体的有机物量? 不行。 BOD作用:反映水体被有机物污染程度的综合指标,也是研究废水的可生化降解性和生化处理的效果,以及生化处理废水和动力学研究中 的重要参数。 1.2 COD: 化学需氧量(mg/L) Chemical Oxygen Demand 定义:用化学氧化剂氧化水中有机污染物/还原性物质时所消耗的氧化剂量,用耗氧量表示。 *还原性物质:有机物+亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等无机物。 COD Cr COD Mn (ISO建议,高锰酸盐指数用于测定地表水、饮用水和生活污水) COD Cr :大部分氧化,吡啶、芳香族不易氧化,挥发性直链脂肪族化合物、苯存在于蒸汽相中,氧化不明显;氯离子能被氧化,并与硫酸银作用生成沉淀,可加入适量硫酸汞络合消除干扰。 COD Mn :酸性和碱性两种,酸性适用于氯离子浓度不超过300mg/L的水样,当COD 大于5mg/L时需稀释;碱性适用于氯离子浓度较高水样。 1.3 TOC, TOD 总有机碳、总需氧量 均为水体有机物总量的表示形式,通过燃烧反应测定、表示方式不同(碳、氧)。 思考:a BOD/TOC代表什么含义? 代表污水的可生化降解性的指标之一。>0.6,0.25-0.6,<0.25 b BOD 5 /COD比值可作为废水是否适宜生化法处理的指标之二。 比值越大,越容易被生化处理。一般认为BOD 5 /COD>0.3的废水才适宜采用生化处理。 c COD>BOD; COD>BOD 20>BOD 5 >COD Mn 。 1.4 油类污染物 石油泄漏,动植物油脂 0.01~0.1mg/L 对鱼类和水生生物产生影响,0.3~ 0.5mg/L,产生石油气味。 油膜 1.5 有毒有害有机污染物(优先污染物黑名单、POPs、EDCs) 如:酚phenol、苯系物benzene 、PCB p(oly)c(hlorinated) b(iphenyl)、PAH polycyclic aromatic hydrocarbon、卤代烃 halohydrocarbon、测定:GC-MS、HPLC等 2. 无机类指标 2.1 植物营养元素(N nitrogen P phosphorus) 废水中所含的N和P是植物和微生物的主要营养物质。当废水排入受纳水体,使水中N和P的浓度分别超过0.2和0.02mg/L时,就会引起受纳水体的富营养化,促进各种水生生物(主要是藻类)的活性,刺激它们的异常增殖,这样会造成一系列的危害(哪些危害?)。 ①藻类占据的空间越来越大,使鱼类活动空间越来越小,衰死藻类将沉积 水底,增加水体有机物量(耗氧物质); ②沉水植物无法进行光合作用,减少了水体中氧浓度的回升; ③藻类种类逐渐减少,从以硅藻和绿藻为主转为以迅速繁殖的蓝藻为主, 蓝藻不是鱼类的良好饲料,并且有些还会产生出毒素危害水体鱼类乃至 人类的身体健康(已有很多研究表明对肝脏有危害,肝癌的原因之一); ④藻类过度生长,将造成水中溶解氧的急剧减少,使水体处于严重缺氧状 态,造成鱼类死亡,水体腐败发臭。 来源:N的主要来源是氮肥厂、洗毛厂、制革厂、造纸厂、印染厂、食品厂和饲养厂等。P的主要来源是磷肥厂和含磷洗涤剂等。生活污水经普通生化法处理,也会转化出无机N和P。此外BOD、温度、维生素类物质也能促进和触发营养性污染。 作用:P>>N,禁磷洗衣粉可减少富营养化的发生。 提问:水华(Water Blooms)、赤潮(Red Tide)的差别? 提示:地点(江河湖泊、海),引起的藻类(蓝藻blue-green algae/cyanophyta; 甲藻 armous/dimoflagellate/inoflagellate裸藻 euglenophyta) 现状:中国的湖泊绝大部分已经富营养化甚至超营养化(太湖、滇池、巢湖、洪泽湖都有“水华”,就连流动的河流,如长江最大支流----汉江下游汉口江段中也出现“水华”)。 重要课题:如滇池、巢湖等,花费巨大,效果有待观察 主要防治方法:有兴趣的话作个专题研究讨论 水华影响:饮用水源受到威胁,藻毒素通过食物链影响人类的健康,蓝藻“水华”的次生代谢产物MCRST能损害肝脏,具有促癌效应,直接威胁人类的健康和生存。此外,自来水厂的过滤装置被藻类“水华”填塞,漂浮在水面上的“水华”影响景观,并有难闻的臭昧。 赤潮(red tide)是海洋中某些微小(2-20微米)的浮游藻类、原生动物或更小的细菌,在满足一定的条件下爆发性繁殖或突然性聚集,引起水体变色的一种自然生态现象。 海洋中约有4000余种浮游藻类,其中约300种是可导致海水变色的赤潮种。在300种赤潮种中约有70种能产生毒素,可通过鱼或贝类等食物链对人类造成毒害,可造成人类消化系统或神经系统中毒,如麻痹性贝毒(PSP)、腹泻性贝毒(DSP)、神经性贝毒(NSP)、记忆缺失性贝毒(ASP),严重的还可致死。此外,还可造成大量的养殖贝类、虾类、蟹类和鱼类中毒死亡。保护动物,如 鳟鱼、海豚、海牛、海鸟、海狮、海鲸也有中毒致死的报道。在赤潮消失期,赤潮生物大量死亡和分解,耗尽了水中的溶解氧,分解物产生大量的有害气体,恶臭难闻,严重威胁海洋养殖业和旅游业的发展。 2.2 pH 天然水体:6-9 污染来源:工业废水中的酸碱及酸雨 作用:影响水生态平衡,影响污水处理工艺的运行 2.3 重金属(有毒无机物)无机化学毒物 比重大于4.5的金属。 来源:采矿、冶炼等 特点:点源污染,后果严重。 无机化学毒物包括金属和非金属两类。金属毒物主要为汞、铬、镉、铅、锌、镍、铜、钻、锰、钦、钒、钼等,特别是前几种危害更大。如汞进入人体后被转化为甲基汞,在脑组织内积累,破坏神经功能,无法用药物治疗,严重时能造成死亡。镉中毒时引起全身疼痛腰关节受损、骨节变形,有时还会引起心血管病。 金属毒物具有以下特点: ⑤不能被微生物降解,只能在各种形态间相互转化、分散,如无机汞能在 微生物作用下,转化为毒性更大的甲基汞; ⑥其毒性以离子态存在时最严重,金属离子在水中容易被带负电荷的胶体 吸附,吸附金属离子的胶体可随水流迁移,但大多数会迅速沉降,因此 重金属一般都富集在排污口下游一定范围内的底泥中; ⑦能被生物富集于体内,既危害生物,又通过食物链危害人体。如淡水鱼 能将汞富集1000倍、镉300倍、铬200倍等; ⑧重金属进入人体后,能够和生理高分子物质,如蛋白质和酶等发生作用 而使这些生理高分子物质失去活性,也可能在人体的某些器官积累,造 成慢性中毒,其危害有时需10一20年才能显露出来。 重要的非金属毒物有砷、硒、氰、氟、硫、亚硝酸根等。如砷中毒时能引起中枢神经紊乱,诱发皮肤癌等。亚硝酸盐在人体内还能与仲胺生成亚硝胺,具有强烈的致癌作用。 必须指出的是许多毒物元素,往往是生物体所必需的微量元素,只是在超过一定限值时才会致毒(与医学、微量元素营养学等有交叉)。 另:放射性物质——核工业废物——癌症,遗传性损害 三、生物性指标(环境微生物学、生态毒理学) 1、细菌总数:反映水体受细菌污染的程度。 2、大肠杆菌:水样被粪便污染的程度。 3、利用生态毒理学的研究成果,利用指示生物作为监测手段进行某些特定 指标的监测。提问:生物性指标和化学性指标那种更好? 第二节河流中污染物的迁移转化(环境数学模型) 一、河流水体自净作用 定义:河水中的污染物在河水向下游流动中浓度自然降低的现象。 净化机制:物理稀释、扩散、沉淀 化学氧化、还原、分解 生物微生物降解 1.混合过程 三维:竖向、横向、断面 方式:分子扩散、湍流扩散、弥散扩散(水力学) 2.持久性污染物的稀释扩散 特点:质量守恒——河流完全混合模式(9-1) 3.非持久性污染物的稀释扩散和降解 纵向分散、自身降解——9-2——9-3(二阶常系数齐次线性微分方程的解) 4.水体的氧平衡(氧垂曲线,Oxygen Sag Curve) 核心:有机物耗氧分解(微生物作用) S-P 公式(参数错误,一阶非齐次线性方程) 氧垂曲线作用:反映河流中有机物生化降解过程和复氧过程。 临界点:污染最严重的一点。(临界点前后为水质恶化区) 耗氧速率>复氧速率 DO减少,BOD下降 耗氧速率=复氧速率 DO达到最小值,BOD继续下降 耗氧速率<复氧速率 DO开始升高,BOD继续下降 提问:三个地段中氮元素的形态如何变化? 根据:硝化细菌(耗氧)、反硝化细菌(无氧)的特点(p. 59-60) 污染带:氨高,无亚硝酸和硝酸根离子 恢复带:氨较少,微量亚硝酸根离子,硝酸根离子逐渐增加 清洁带:无氨、亚硝酸根离子,有硝酸根离子 过程:有机氮——氨——亚硝酸根——硝酸根——氮气 二、其他水体(类似,但具体情况不同有不同的变化) 河口、湖泊、水库、海洋、地下水各有特点,将来根据工作或者研究方向必须学习相关内容(水力学、水生态学、地质学等)。 第三节污水出路 污水出路:排放、工农业利用+处理后回用(节水的好办法) 城市污水回用的几个方面(中水回用的标准) 第四节污水处理的基本途径与方法 水污染控制工程来源:基础学科+给排水+土木建筑+计算机+电子科学等。水质监测与处理原理:基础学科(三大化学,分析化学、仪器分析、环境监测、 化工原理); 设计与施工规范:计算机绘图+给排水+土木建筑; 工程运行管理:……+电子科学等 注重以上学科的综合运用。 污水处理的内容可以从两个方面整理: 单元操作、方法和原理操作(化学、物理、生化、物化等) 一、按处理方法分类 1.1 物理处理法(大学物理):主要通过物理作用,以分离、回收废水中不溶解的呈悬浮状态污染物质(包括油膜和油珠)的处理方法。 筛滤截流法:截留(隔栅、筛网)、过滤(砂滤池、微孔滤池,本书未涉及)重力分离法:沉淀(沉砂池、沉淀池)、浮上(除油池、气浮池及附属装置);离心分离法:离心分离机、水旋分离器 1.2 化学处理法(有机化学、无机化学):通过化学反应(药剂法)来分离、去除废水中溶解、胶体状态的污染物质或将其转化为无害物质的处理方法。 混凝、中和、氧化还原 1.3 物理化学法(物理化学、化工原理):通过物理化学作用(传质作用)去除废水中的污染物质。 萃取、汽提、吹脱、吸附、离子交换、膜处理技术(电渗析、反渗透) 1.4 生物化学处理法(环境工程微生物学):通过微生物的代谢作用,使废水中呈溶液、胶体以及微细悬浮状态的有机性污染物质转化为稳定、无害的物质的废水处理方法。 好氧生物处理法:活性污泥法、生物膜法 厌氧生物处理法:UASB、EGSB、IC等 二、按处理程度分类 按程度不同分为三级处理 2.1 一级处理(预处理阶段) 处理对象:漂浮物、部分悬浮状态的污染物质、pH值 主要处理单元:物理法以及水质水量调节池 目的:减轻废水的腐化程度和后续处理工艺负荷 出水:达不到排放标准,需进行二级甚至三级处理 2.2 二级处理(处理主体) 处理对象:大量有机污染物。 主要处理单元:生物化学法(以前),现在加上了化学或物理化学法 目的:较大程度上净化了污水 出水:去除大量BOD和悬浮物,有时需要三级处理以获取更高质量的处理水供重复使用或补充水源(中水回用) 2.3 三级处理(补充处理单元,深度处理/高级处理) 处理对象:脱氮、除磷、去除难生物降解的有机物、病毒和病原菌、悬浮物和矿物质等 主要处理单元:脱氮除磷单元、消毒、膜处理技术 目的:去除某种二级处理未能去除的特定污染物(微生物以及未能降解的有机物或磷、氮等可溶性无机物) 出水:防止富营养化、保护下游饮用水源不受污染、作为饮用水外的生活用水如洗衣、清扫、冲洗厕所、绿化等。