水污染控制工程：第9章 绪论(Introduction)课件.ppt

水污染控制工程Water pollution control engineering,教材,教材：水污染控制工程（下），高廷耀主编，高等教育出版社。水污染控制工程（上）讲什么？这门课在讲什么？,教学大纲,第1章 污水性质和污水出路 2-4学时第2章 污水的物理处理 4学时第3章 污水生物处理及生化动力学基础 4学时第4章 活性污泥法 10学时第5章 生物膜法 4学时第6章 稳定塘和污水的土地处理 4学时第7章 污水的厌氧处理 2学时第8章 污水的化学与物理化学处理 4学时第9章 污泥的处理与处置 2学时城市污水回用、污水处理厂设计（选学）,参考书,Metcalf&Eddy,Inc.“Wastewater Engineering:treatment and reuse”(4th Edition),清华大学出版社J.Jeffrey Peirce“Environmental pollution and control”(4th Edition),世界图书出版社,考试。平时3次点名、3次课堂提问、3次作业。双语教学方式。50%+50%课堂讲50%英语：关键内容的英语原文表述。学生掌握50%英语：专业词汇的英语表达。,第9章 绪论(Introduction),1.水循环(Water cycle)2.水体污染与水质指标(Water pollution and water quality index)3.污染物在水体中的迁移转化(Transport and transformation of water pollutants)4.污水出路与排放标准(Wastewater treatment and wastewater discharge standard)5.水污染控制技术概述(Introduction of wastewater treatment technology),1.1 水的自然循环(Natural water cycle),evaporation,transpiration,precipitation,infiltration,subsurface runoff,air circulation,vaporous water,1.2 水的社会循环(Social water cycle),饮用水(drinking water)从哪里来？,生活污水(domestic sewage)去哪了？,自来水厂(water supply plant),自来水厂取水口,什么地方才能取水（water intake）？,污水去向哪里？,排水管网,污水管道 Sewer system,Drainage network,污水处理厂Wastewater treatment plant,处理到什么程度才能排放？排到哪里？,To what degree，the wastewater could be discharged into receiving waterbody？,The receiving waterbody should be able to degrade the organic and inorganic waste components in a way that does not damage the aquatic ecosystem.,如果未经处理就直接排放会有什么后果？,2.水体污染和水质指标,水体(Water column)一般是指地球的地表水与地下水的总称，地表水是指河水、湖水、海洋水等。水体的概念是指地球上的水及水中的悬浮物(SS)、溶解物质(Dissolved matter)、底泥(Sediments)、和水生生物(aquatic organism)等完整的生态系统。水体类型：地表水(Surface water)地下水(Underground water)海水(Seawater)特定功能水域如：景观用水(Scenic water),2.1 水体污染(Water Pollution),指排入水体的污染物在数量上超过了该物质在水体中的本底含量(Environmental capacity)和水体的自净化能力，(self-purification)从而导致水体的物理特征、化学特征和生物特征(physical,chemical and biological characteristic)发生不良变化，破坏了水中固有的生态系统，破坏了水体的功能及其在经济发展和人民生活中的作用。,2.2 水体污染源(Sources of water Pollution),生活污水工业废水初期雨水农业废水,城镇污水,点源(point source),面源(non-point source),(municipal wastewater),2.2 水体污染源(Sources of water Pollution),城镇污水(Municipal wastewater)生活污水(Domestic sewage)工业废水(Industrial effluent)初期雨水(Initial rainwater)城镇污水处理厂(Municipal wastewater treatment plant),2.3.1 物理性污染物(Physical Constituents)悬浮物(Suspended solid)热污染(Thermal pollution,heat)放射性污染物(Radioactive pollutants),2.3 水体污染物(Wastewater Constituents),2.3 水体污染物(Wastewater Constituents),2.3.2 化学性污染物(Chemical Constituents)酸碱（Acid and Base,alkalinity）重金属(Heavy metal)耗氧有机物（Oxygen-demanding substances）营养物质(Nutrients,Nitrogen&Phosphorus)有机毒物(Toxic Organic Compounds),2.3.3 生物性污染物(Biological Constituents)生活污水，特别是医院污水和某些工业废水污染水体后，往往可以带入一些病原微生物(Pathogenic microorganism)。一些病毒（virus），如肝炎病毒、腺病毒等也常在污染水中发现。,2.3 水体污染物(Wastewater Constituents),2.4 水质指标（Water quality index),如何描述和评价水体污染及其程度？,2.1 水质(Water quality)水质是指水与其中所含杂质共同表现出来的物理学、化学和生物学的综合特性。Water quality refers to the chemical,physical,biological,and radiological characteristics of water.,2.4 水质指标（Water quality index),1）物理性质：色，嗅，温度，SS 2）化学性质：pH、有机物、溶解性固体、有毒物（toxicant）、N、P 有机物：综合指标：BOD、COD、TOD 单项指标：油类，酚类，表面活性剂3）生物学指标：细菌总数、大肠菌数（coliform）,水 质 指 标,物 理 性 指 标,感官性指标，水的色度主要来源 于金属化合物或有机化合物,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,挥发性物质,溶解物质,非挥发性物质,悬浮固体物质,加速耗氧反应，最终导 致水体缺氧或水质恶化,造成水中溶解氧减少,工业废水 常引起水 体热污染,化 学 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。有机污染物被好氧微生物氧化分解的过程，可分为两个 阶段：第一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指第一阶段有机物氧化所需氧量；20时，一般需20天左右才能完成第一阶段的反应，时间 太长，通常采用5天的测定时间，称5日生化需氧量（BOD5）,BOD:Biochemical Oxygen Demand 水中有机污染物被好氧微生物分解时所需的氧量（mg/L）,有机物,Biochemical oxygen demand(BOD),BOD is the amount of dissolved oxygen needed by aerobic biological organisms in a body of water to break down organic material present in a given water sample at certain temperature(20)over a specific time period(5days).BOD is similar in function to chemical oxygen demand(COD),in that both measure the amount of organic compounds in water.,化 学 性 指 标,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BOD和COD之 间应有一定的比例关系：将BOD/COD称为可生化性指标，如果该比值0.3，认为可生化处理，0.3 难生化处理，0.25不宜生化处理；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）,有机物,Chemical oxygen demand(COD),In environmental chemistry,the chemical oxygen demand(COD)test is commonly used to indirectly measure the amount of organic compounds in water.Most applications of COD determine the amount of organic pollutants found in surface water(e.g.lakes and rivers)or wastewater,making COD a useful measure of water quality.It is expressed in milligrams per liter(mg/L),which indicates the mass of oxygen consumed per liter of solution.,总有机碳（TOC）和总需氧量（TOD）,TOC:Total Organic Carbon 在900950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。一般是TOD CODCr BOD5 TOC,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。,化 学 性 指 标,有机物,油类污染物（oil pollutant）,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。,化 学 性 指 标,有机物,过多的氮、磷进入天然水体易导致富营养 化(eutrophication)，导致水生植物尤其是藻类的大量繁殖，造成水中溶解氧的急剧变化，影响鱼类生存，并可能使某些湖泊由贫营养湖发展为沼泽和干地。,一般要求处理后污水的pH在69之间。,重金属主要指汞、镉、铅、铬、镍，以及 类金属砷等生物毒性显著的元素，一般指 序号2183，比重大于4的金属，也包括 具有一定毒害性的一般重金属，如锌、铜、钴、锡等。其主要危害：生物毒性，抑制微生物生长，使蛋白质凝固;逐级富集至人体，影响人体健康。,化 学 性 指 标,无机性指标,大肠菌群数coliform bacteria,细菌总数,水是传播肠道疾病的一种重要媒介，而大肠菌群被视为最基本的粪便污染指示菌群。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（伤寒、痢疾、霍乱等）存在的可能性。,水中细菌总数反映了水体受细菌污染的程度。但细菌总数不能说明污染的来源，必须结合大肠菌群数来判断水体污染的来源和安全程度。,生 物 性 指 标,无机性指标,思考1：水质指标的作用？,污染物,水处理技术,水质监测,水质指标,沉 淀,释 放,底泥(内源污染),污染物,稀释、扩散,生物降解,大气复氧,生物耗氧O2 零,残留量超过水环境容量，水体污染！,大气复氧生物耗氧,河流,3.污染物在水体中的迁移转化,3.1 水体的自净作用（Water self-purification）,物理净化作用：水体中的污染物通过稀释(dilution)、混合(mixing)、沉淀(sedimentation)与挥发(volatilization)，使浓度降低但总量不减。化学净化作用：水体中污染物通过氧化还原(redox)、酸碱反应(acid-base reaction)、分解合成(composition&decomposition)、吸附凝聚(coagulation)等过程使浓度降低，总量减少的过程。生物化学作用：水体中的污染物通过水生生物特别是微生物的生命活动(biodegradation)使浓度降低，总量减少的过程。,3.2 水体水质模型(water quality model),水体的水质模型是表述水体中的污染物，在物理净化、化学净化与生物净化作用下，迁移与转化的过程。常用的水质模型主要考虑污染物在水体中的物理净化过程。按水体运动空间可分为以下四类：零维(zero-dimension)水体水质模型一维(one-dimension)水体水质模型二维(two-dimension)水体水质模型三维(3-dimension)水体水质模型,零维水体水质模型,C：排放口下游河水中污染物浓度C0：排放口上游污染物浓度Cw:污水污染物浓度Qw：污水流量Q0：上游河水流量,适用于零维水体，即最简单，水质完全混合均匀的、理想状态下的水体.持久性污染物（POPs，Persistent Organic Pollutants）,一维水体水质模型,C：排放口下游河水中污染物浓度Q:排放口下游河流流量（包括排如污水流量）A：河水断面面积t：时间x：污水稀释的河段长度,适用于一维水体，即指河流宽度、深度不大的水体，可认为污染物在河流各断面的宽度与深度方向上分布均匀，仅考虑纵向方向上的浓度变化。,二维水体水质模型,C：排放口下游河水中污染物浓度Ux,uy:分别为x,y,方向上的水流速度Dx,Dy,：分别为x,y,方向上紊动扩散系数,二维水体，即河流比较大，污染物在深度方向上分布均匀，在宽度与流向上存在浓度梯度,三维水体水质模型,大的河流，通常是三维水体，污染物在各方向均存在浓度梯度,C：排放口下游河水中污染物浓度Ux,uy,uz:分别为x,y,z方向上的水流速度Dx,Dy,Dz：分别为x,y,z方向上紊动扩散系数,河流氧垂曲线方程(dissolved oxygen sag curve),污染河流中溶解氧曲线呈下垂状，称为氧垂曲线,河流耗氧速率方程,边界条件：t=0,L=L0,L：排污口下游河流有机物的浓度，mg/LBOD5k1：有机物耗氧速率常数L0：排污口处河流有机物浓度，mg/LBOD5,河流氧垂曲线方程,边界条件：t=0,D=D0,D：河流亏氧量(DO deficit)，即饱和溶解氧与河水溶氧浓度之差K2：复氧速率常数,河流复氧速率方程,(deoxygenation),(reoxygenation),河流溶氧变化过程动力学方程,D：河流亏氧量，即饱和溶解氧与河水溶氧浓度之差，mg/Lk1：有机物耗氧速率常数K2：复氧速率常数L：排污口下游河流有机物浓度，mg/LBOD5L0：排污口处河流有机物浓度，mg/LBOD5tc：从排污点到氧垂点所需要的时间,河流亏氧量变化速率则是耗氧速率与复氧速率之和：,边界条件：t=0,D=D0,L=L0,河流氧垂曲线方程,D：河流亏氧量，即饱和溶解氧与河水溶氧浓度之差Dt：t时刻河流中亏氧量k1：有机物耗氧速率常数K2：复氧速率常数L：河流有机物的量L0：排污口处河流有机物浓度，mg/LBOD5tc：从排污点到氧垂点所需要的时间,4.污水的出路与排放标准(Wastewater treatment,reuse and discharge standard),4.1 污水出路(Wastewater treatment and reuse)达标排放（Discharge into watercourse）再生利用（Reclamation and reuse）4.2 排放标准（Wastewater discharge standard）综合排放标准（Integrated Wastewater Discharge Standard）行业排放标准（Industry discharge standards）又分国家标准(GB)/地方标准(DB)/中国环境行业保护标准（HJ）,4.1 水质标准(water quality standard),1.水环境标准(Water Environment Quality Standard)地表水环境质量标准（GB3838-2002）农田灌溉水质标准（GB5084-92）2.污水排放标准（Wastewater discharge standard）国家标准：污水综合排放标准(GB 8978-1996)城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)行业标准：造纸工业水污染排放标准(GB3544-2001)地方标准:水污染物排放限值(广东省地方标准，DB 44/262001）,问题1：,排放标准与水环境标准在水污染控制中的作用？污水处理厂尾水排入类水体采用什么标准？一般工业废水排入下水管网采用几级标准？,4.1.1 水环境质量标准(Water Environment Quality Standard),地表水环境质量标准(GB GB3838-2002)地下水水质标准（GB/T14848-93）海水水质标准（GB30971997）渔业水质标准(GB 1160789)景观娱乐用水标准(GB 1294191)农田灌溉水质标准(GB 508491)等。,1)地表水环境质量标准Surface Water Environment Quality Standard(GB3838-2002),依据地面水水域使用目的和保护目标将其划分为五类：类 主要适用于源头水、国家自然保护区。类 主要适用于集中式生活饮用水水源地一级保护区、珍贵鱼类保护区、鱼虾产卵场等类 主要适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区、一般鱼类保护区及游泳区。类 主要适用干一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区。类 主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。,1)地表水环境质量标准Surface Water Environment Quality Standard(GB3838-2002),According to the surface water environmental functions and protected objects,5 classes of standard are defined as follows：Class I:applied to head waters and national nature reserves;Class II:applies to Grade-I protective zone of surface water resource area of drinking water,habitats for rare aquatic lives,spawning grounds and feeding grounds;Class III:applies to Grade-II protective zone of surface water resource area of drinking water,wintering grounds and migration channels of fish and shrimp as well as aquaculture grounds and swimming areas;Class IV:applies to ordinary industrial water areas and recreation areas without peoples direct touch;Class V:applies to agricultural water areas and ordinary scenery water areas.,排放的污染物按性质分为两类（一）“第一类污染物”是指汞、镉、铬、砷、铅、镍、苯并芘等能够在环境或动植物体内蓄积，毒性较大，对人体健康产生长远不良影响的有毒物质；（二）“第二类污染物”是指酸碱度、色度、悬浮物、生化需氧量、化学需氧量、石油类、挥发酚等其长远影响小于第一类的污染物质。第一类污染物一律在车间或车间处理设施排放口采样。第二类污染物，在排污单位排放口采样。,2)污水综合排放标准 Integrated Wastewater Discharge Standard(GB8978-1996),2)污水综合排放标准 Integrated Wastewater Discharge Standard(GB8978-1996),4.1 标准分级 排入GB3838类水域(划定的保护区和游泳区除外)和排入GB3097中二类海域的污水，执行一级标准。排入GB 3838 中、类水域和排入GB3097中三类海域的污水，执行二级标准。排入设置二级污水处理厂的城镇排水系统的污水，执行三级标准。排入未设置二级污水处理厂的城镇排水系统的污水，必须根据排水系统出水受纳水域的功能要求执行。GB3838 中、类水域和类水域中划定的保护区，GB3097中一类海域，禁止新建排污口，现有排污口应按水体功能要求，实行污染物总量控制，以保证受纳水体水质符合规定用途的水质标准。,造纸工业水污染排放标准(GB3544-2001),问题2：,3种类型污水排放标准的关系？,污水综合排放标准 Integrated Wastewater Discharge Standard(GB8978-1996),水污染物排放限值(广东省地方标准)Discharge Limits of Water Pollutants(DB44/26-2001),城镇污水处理厂污染物排放标准 Discharge standard of pollutants for municipal wastewater treatment plant(GB18918-2002),5.水污染控制技术概述(Introduction of wastewater treatment technology),(1)物理法：沉淀、过滤、气浮、离心分离(2)化学法：化学沉淀、混凝、中和、化学氧化(3)生物法：好氧生物处理、厌氧生物处理、土地处理系统(生物稳定塘)(4)物理化学法：萃取(液-液)、吸附、离子交换、电渗析、反渗透。,Outline of wastewater treatment technology,Physical unit operations include filtration,sedimentation,floatation and centrifugation.Biological unit operations include aerobic and anaerobic biological process.Chemical unit operations include chemical precipitation,coagulation,neutralization,oxidation-reduction reaction.Physical-chemical unit operations include extraction,adsorption,ion-exchange and membrane filtration(reverse osmosis).,大坦沙污水处理厂工艺流程图：DaTanSha wastewater treatment plant flow diagram,格栅,沉沙池,改良A2O工艺,二沉池,污泥浓缩池,化学消毒,污泥脱水,污水,水达标排放或回用,上清液,沉淀污泥,浓缩污水,泥饼外运,回流,Influent Screen Grit chamber Biological process,Dewatering sludge thickening,Disinfection secondary settling,Effluent,Remove by hauling,重点：,1、水质指标（pH、COD、BOD、氨氮、总磷、SS、DO等）2、水质标准（水环境质量标准，水污染排放标准）3、各类污水排放标准的关系。,