水污染控制工程,主讲：brooke 2012-2013学年夏季学期,2,课 程 要 求 本门课程的成绩由平时成绩和期末考试成绩两部分组成，其中平时成绩占30%，期末考试成绩占70%。 平时成绩由课后作业，课题讲座研讨和考勤组成。凡无故旷课达3次及以上者，考试不及格。 期末考试形式为闭卷。,3,课程介绍 水污染控制工程是环境工程专业的专业主干课程，并相应另设有一门课程设计、一门水污染控制工程实验课、环境工程专业的毕业设计以及认识实习等。主要讲述水体的污染和自净，水的物理处理、化学处理、生物处理、物理化学处理、污泥处理、污水处理厂的规划设计等。共64学时（讲座约6-8学时）。 通过学习，学生可以掌握水污染控制的基本原理、方法、各种污染物处理的主要仪器、设备以及污水污泥处理的简单工艺，可以设计污水处理的整套方案。,中国水资源及水污染状况,2012年发布的中国环境状况公报显示，全国地表水水质总体轻度污染，湖泊(水库)富营养化问题突出。长江、黄 河、珠江、松花江、淮河、海河、辽河、浙闽片河流、西南诸河和内陆诸河等十大水系469个国控断面中类水质的断面比例为61.0%。黄河、松花江、 淮河、辽河总体为轻度污染，海河总体为中度污染。在监测的26个湖泊(水库)中 ，富营养化状态的湖泊(水库)占53.8%。,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,污水类型,我拿什么来表达你？污水,国际通用三大类指标： 物理性指标 化学性指标 生物性指标,水质分析指标,物 理 性 指 标,生化需氧量（BOD）,反映了在有氧的条件下，水中可生物降解的有机物的量 （以mg/L为单位）。 有机污染物被好氧微生物氧化分解的过程，一般可分为 两个阶段：第一个阶段主要是有机物被转化成二氧化碳、 水和氨；第二阶段主要是氨被转化为亚硝酸盐和硝酸盐。 污水的生化需氧量通常只指第一阶段有机物生物氧化所 需的氧量，全部生物氧化需要20100d完成。 实际中，常以5d作为测定生化需氧量的标准时间，称5 日生化需氧量（BOD5）；通常以20为测定的标准温度。,BOD: biological oxygen demand 在规定条件下微生物氧化分解污水或受污染的天然水样中有机物所 需要的氧量（20，5d）。,70%,化学需氧量（COD）,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 ) 。 酸性条件下，硫酸银作为催化剂，氧化性最强。 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：生活污水通常在0.40.5。,COD: chemical oxygen demand 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）。,总有机碳（TOC）和总需氧量（TOD）,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。,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，BOD与TOC或TOD 之间存在一定的相关关系。,TOD: total oxygen demand 在900950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。,污水有机物指标之间的关系,有机碳量,需氧量,TOC,TOD,CODcr,BODL,BOD5,CODMn,油类污染物,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。,油类污染物进入水体后影响水生生物的生长、降低水体 的资源价值。 油膜覆盖水面阻碍水的蒸发，影响大气和水体的热交换。 油类污染物进入海洋，改变海水的反射率和减少进入海洋表 层的日光辐射，对局部地区的水文气象条件可能产生一定影 响。 大面积油膜将阻碍大气中的氧进入水体，从而降低水体 的自净能力。 石油污染对幼鱼和鱼卵的危害很大，堵塞鱼的鳃部，能使鱼虾 类产生石油臭味，降低水产品的食用价值。 破坏风景区，危害鸟类生活。,酚类污染物,酚污染来源：煤气、焦化、石油化工、木材加工、 合成树脂等工业废水。 原生质毒物，可使蛋白质凝固，引起神经系统中毒。 酚浓度低时，能影响鱼类的洄游繁殖。 酚浓度达0.10.2mg/L时，鱼肉有酚味。 酚浓度高会引起鱼类大量死亡，甚至绝迹。 酚的毒性可抑制水中微生物的自然生长速度，有时甚 至使其停止生长。 酚能与饮用水消毒氯产生氯酚，具有强烈异臭（0.001 mg/L即有异味，排放标准0.5mg/L ）。 灌溉用水酚浓度超过5mg/L时, 农作物减产甚至枯死。,关于氮的几个指标： 有机氮：主要指蛋白质和尿素。 氨氮：有机氮化合物的分解，或直接来自含氮工业废水。 TN：一切含氮化合物以N计量的总称。 TKN： TN中的有机氮和氨氮，不包括亚硝酸盐氮、硝酸 盐氮。 NOx-N：亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。,含氮化合物,氮是有机物中除碳以外的一种主要元素，也是微生物生 长的重要元素。 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。,凯氏氮,含磷化合物,磷也是有机物中的一种主要元素，是仅次于氮的微生物生 长的重要元素。 磷主要来自：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。,含磷化合物,生 物 性 指 标,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。,水体的自净作用,污水排入河流的混合过程,河流完全混合模式的适用条件： 河流充分混合段； 持久性污染物； 河流恒定流动； 废水连续稳定排放,持久污染物的稀释扩散-零维水质模型,当持久性污染物随污水稳态排入河流后，经过混合过程达到充分混合阶段时，污染物浓度可由质量守恒原理得出河流完全混合模式： 式中：c排放口下游河水的污染物浓度； cw，Qw污水的污染物浓度和流量； ch，Qh上游河水的污染物浓度和流量。,例题一,计划在河边建一座工厂，该厂将以2.83m3/s的流量排放污水，污水中总溶解固体（总可滤残渣和总不可滤残渣）浓度为1300mg/L，该河流平均流速v为0.457m/s，平均河宽W为13.73m，平均水深h为0.61m，总溶解固体浓度ch为310mg/L，问该工厂的污水排入河流完全混合后，总溶解固体的浓度是否超标（设标准为500mg/L）?,解：将河流简化为矩形，则河流横截面积为： S=Wh=13.730.61=8.38m2 Qh=vS=8.380.457=3.83m3/s ch=310mg/L cw=1300mg/L Qw=2.83m3/s 所以：,超标！,一维水质模型的假设条件： 某一水团沿水流运动方向移动，同时存在于该水团中的污染物亦随之移动，在运动过程中，污染物由于降解或转化成其它形式而发生浓度变化，这一变化往往与河流状态有关如：水温、溶解氧浓度等等。一维模型适用的假设条件是横向和垂直方向混合相当快，认为断面中的污染物浓度是均匀的。,非持久性污染物的稀释扩散和降解-一维水质模型,河流一维稳态模式的适用条件：,河流充分混合段； 非持久性污染物； 河流恒定流动； 废水连续稳定排放,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： 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； c0初始点的污染物浓度； cx断面处的污染物浓度。,忽略弥散的一维稳态水质模型,适用河流较小，流速不大，弥散系数很小情况，微分方程为：,例题二,向一条河流稳定排放污水，污水排放量Qp=0.2 m3/s，BOD5浓度为30 mg/L，河流流量Qh=5.8 m3/s，河水平均流速v=0.3 m/s，BOD5本底浓度为0.5 mg/L，BOD5降解的速率常数k1=0.2 d-1，纵向弥散系数D=10 m2/s，假定下游无支流汇入，也无其他排污口，试求排放点下游5 km处的BOD5浓度。,1、污水排入河流后排放口所在河流断面初始浓度可用完全混合模 型计算； 2、计算考虑纵向弥散条件下的下游5km处的浓度； 3、计算忽略纵向弥散条件下的下游5km处的浓度； 由本例，在稳态情况下，忽略弥散的结果与考虑弥散的结果十 分接近。,该图反映了耗氧和复氧的协同作用。图中a为有机物分解的耗氧曲线，b为水体复氧曲线，c为氧垂曲线，最低点Cp为最大缺氧点。,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。,若Cp点的溶解氧量大于有关规定的量，从溶解氧的角度看，说明污水的排放未超过水体的自净能力。若排入有机污染物过多，超过水体的自净能力，则 Cp点低于规定的最低溶解氧含量，甚至在排放点下的某一段会出现无氧状态，此时氧垂曲线中断，说明水体已经污染。,氧垂曲线的求解：,某点处的氧不足量变化速率是该处耗氧速率和复氧速率之和：,求解得某点的亏氧量：,某点的溶解氧： cc= ccs- cD,氧垂曲线有机物降解S-P公式：,K1河流耗氧系数 K2河流复氧系数 cL0 、 cL 河流起始点和下游X米处的BOD值 cD0、 cD河流起始点和下游X米处的氧亏值 cC0、 cC河流起始点和下游X米处的溶解氧浓度 cCS河水的饱和溶解氧浓度 t河流流经时间,水 体 污 染 与 恢 复,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。,污染物在不同水体中的迁移转化规律,第三节 污 水 出 路,污水的 最终出路,排放水体,再生利用,对人体健康不应产生不良影响 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,污 水 回 用 应 满 足 的 要 求,城 市 污 水 回 用 的 几 个 方 面,第九章,1.污水的类型 p1 2.生化需氧量和化学需氧量的概念 p3 3.污水排入河流的混合过程 p7 4.河流混合模型（0维，1维及1维简化模型）p8 5.氧垂曲线图 p9 6.地表水水质分类，海水水质分类 p11 7.污水排放标准的分类 p12,作业,1.一个改扩工程拟向河流排放污水，污水量Qh=0.15m3/s，苯酚浓度为ch=30mg/L，河流流量Qp=5.5m3/s，流速vx=0.3m/s，苯酚背景浓度cp=0.5mg/L，苯酚的降解系数k=0.2d-1，纵向弥散系数Dx=10m2/s。求排放点下游10km处的苯酚浓度。,解析,完全混合后的初始浓度为,考虑纵向弥散条件下，下游10km处的浓度为：,忽略纵向弥散时，下游10km处的浓度为,由此看来，在稳态条件下，忽略弥散系数与考虑纵向弥散系数时，结果差