|
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 检测标准方法：《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） 检测方法2：1毫克/升[PtCl6]2-的颜色＝一个色度单位。原水与特配的色度标准色阶比色而得。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） l 水样的色度应以除去悬浮物后上清液的色度为准。） 3、嗅和味——异臭物质（S2-、NH4+、挥发性有机物，氯气等）、味（金属盐） 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、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——NO2-+NO3-（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） BOD5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。稀释倍数应根据经验进行估算（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BOD5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BOD5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，以及生化处理废水工艺设计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。 CODCr CODMn（ISO建议，高锰酸盐指数用于测定地表水、饮用水和生活污水） CODCr ：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。 CODMn：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 BOD5／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BOD5／COD＞0.3的废水才适宜采用生化处理。 c COD＞BOD； COD＞BOD20＞BOD5＞CODMn。 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。 |
|
|
