翁一翁城污水处理 第一章城市污水处理概论 水是一切生物生存必不可少的物质之一,没有水的世界是无法想象的。虽然我国水资源 总量非常丰富,年径流总量2.71×102m3,居世界第六位,但是由于人口众多,人均占有 仅2262m3,约为世界平均的14,属世界缺水国家之一。由于水污染控制的相对滞后,受 污染的水体逐年增加,又加剧了水资源的短缺。而中国迅速进行的工业化、城市化,不可避 免地会加快水污染速度。据统计,2000年我国城市污水排放量已达332亿立方米,其中绝 大部分污水未经有效处理而排人江河湖海。全国90%以上的城市水域受到不同程度的污染 近50%的重点城镇的集中饮用水源不符合取水标准。我国北方城市大部分受到资源型缺水 的困扰,南方多水地区由于受到不同程度的污染,已经呈现水质型缺水趋势。因此,增加污 水处理比例和将污水处理之后再回用是今后我国城市污水处理的趋势。今后5年我国要新增 2800万吨城市污水日处理能力。此外,我国城市污水再生利用项目已经启动,一些城市或 区域正全面规划污水资源化工程。到2005年,我国城市污水处理率将达45%。 城市污水包括生活污水、工业污水(受轻微污染的冷却水除外)、初期污染雨水三种。 生活污水是指人类在日常生活中使用过的,并被生活废料所污染的水。工业污水的分类和性 质详见本书第四章。初期污染雨水指降雨初期的雨水冲刷地面后形成的污染较严重的雨水。 城市污水的性质特征主要与下列因素有关:人们的生活习惯:环境气候条件;生活污水与生 产污水所占比例;所采用的排水体制以及国家、地方部门对水质要求等。城市污水排放至下 水道时要满足《污水排人城市下水道水质标准》(CJ3082-199),排放到水体时要满足 《污水综合排放标准》(GB8978—96)。为了经济有效地解决水污染问题,必须深人了解城 市污水的各项特性。 第一节污水的物理特性及其污染指标 表示污水物理性质的主要指标有水温、溶解氧、色度、臭味、固体含量以及放射性物 质等。 、水温 水温并不是污水的一种污染组分,而是髟响受纳水体的一种物理指标。当高温废水(工 业冷却水)排人水体后水温升高,引起水体的物理性质、化学性质约变化,从而威胁到水体 中水生动、植物的生长与繁殖,这称为水体的热污染。对水生生物来说,水温是最为重要 最有影响的--项水质参数,它对水体将带来如下后果:①水的饱和溶解氧浓度与水温呈反 比,水温升高使饱和溶解氧降低,从前亏氧量减小,造成大气中的氧气向水体的复氧速率减 慢,与此同时水体中水生生物因温度升高,耗氧速率加快(温虔每升高10℃鱼类所需氧量 PDF文件使用" pdffactory Pro"试用版本创建ww. fineprint,cn
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大约增加1倍),造成鱼类和水生生物窒息死亡,使水 质迅速恶化;②化学反应速率加快,引发水体中诸如 电导率、溶解度,离子浓度和胺蚀性的变化,同时臭 味加大,水体感官性状恶化和卫生质量下降;③使水 体中细菌繁殖加速;④加速藻类的繁殖,囚此水体的 热污染也会加速水体的富营养化过程;⑤污水水温低 于8℃或高于40℃都将影响污水的生物处理效率。图 1-1为水中饱和溶解氧浓度和水温的关系。 二、溶解氧 溶解氧( Dissolved Oxygen,简称DO)不是一种污 温/℃ 染物质,但它却是一个普遍应用的水质指标。越是生 图1-1水中饱和溶解氧 物生长旺盛的富营养水体,其含氧量越受到生物活动 浓度和水温的关系 的影响,所以溶解氧浓度可作为富营养化的良好指标。 溶解氧是水域功能分类的重要指标之一。根据《地面水环境质量标准)(GB3838-202), t类水体的溶解氧要求在75mg1L以上,Ⅱ类水体的溶解氧为6~7mg/L,Ⅲ类水体溶解氧 为5~6mg①L、Ⅳ类水体溶解氧为3~5mg/L,V类水体溶解氧为2~3mg/L。 人量的城市污水排放进入水体后会降低水体中的溶解氧,溶解氧低于2mg,将导致 水体发臭,由于城市污水溶解氧一般为零,所以可以明显地嗅到臭味。 溶解氧与水体中的生物种群有着密切的关系,各种浮游生物在溶解氧低于5mg时不 能生。大多数鱼类要求水体中溶解氧在4mgL以上。 三、色度 水体的色度,会刺激人们的视觉神经,从而引起入们的感官不悦。城市污水的色度是由 于诸如印染、造纸、农药、焦化及有机化工之类有色工业废水排人城市下水道后形成的。色 皮分为表色和真色。表色是由悬浮物(泥沙、纸浆、油脂)形成的,通过过滤可以去除。真 色是由胶体物质与溶解物质(如化学药剂、染料、盐类物质、色素)形成的。水体的色度会 使透光性减弱,不利于水生生物的光合作用,影响其繁殖生长,降低水体的自净功能。城市 污水色度一般在70倍左右。 四、奥味 臭味通过刺激人的嗅觉神经使人产生感官上的不悦,有的臭味会危害人体的生理健康 使人呼吸困难、胸阿和呕吐等。 生活污水的桌味主要由有机物腐败产生的气体(H2S等)造成。工业废水的臭味主要由 挥发性化合物造成。 臭味主要有鱼腥臭[胺类,如CHNH2,(CH3)3N],氨臭(NH3),腐肉臭[二元胺 类,如NH2(CH2)NH2],腐蛋臭(H2S),腐甘蓝臭[有机硫化物,如(CH)2S],粪臭(甲 基吲哚HNHH3)以及某些工业污水的特殊气味(如酚等)。 五、固体含量 固体含量的英文名称为 Total solid,简称TS。城市污水中的固体根据其粒径大小不同 分为三类,即悬浮固体( Suspended Solid,简称Ss,粒径大于100ym),胶体( Colloid,粒 径1-100m),总溶解体( Total Dissolved Solid,粒径小于1m)。 悬浮固体由无机物和有机物组成。它可分为挥发性悬浮固体和非挥发性悬浮性固休(又 PDF文件使用" pdfFactory Pro"试用版本创建www, fineprint,cn
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称灰分)两种。生活污水中,前者约占70%,后者约占30%。水体受到悬浮固体污染后 浊度增加,透光度减弱、产生的主要危害是:①降低水的透光深度,抑制水生生物的光合作 用,从而影响能量的供给和鱼类饵料的生长;②悬浮固体堵塞鱼鰓,导致鱼类窒息死亡,如 制浆废水屮的纸浆在这方面的危害尤为明显;③微生物对悬浮固体的代谢作用,会消耗水体 中的溶解氧;④悬浮固体中的可沉固体,沉在湖底,造成底泥积累与腐化,使水体水质恶 化;⑤其他污染物质和细菌、病毒等吸附在悬浮物质上,随水流迁移污染;⑥灌溉田地时 悬浮物质在土壤表面结壳,降低土壤的透气性,沾染植物叶而妨碍光合作用,淤塞水库和 水渠。 胶体颗粒尺寸很小,在水中长期静置也难以下沉。水中存在的胶体通常有黏土、某些细 菌和病毒、腐殖质和蛋白质等。有机高分子通常也属于胶体一类。工业废水排人水体,会引 人各种各样的胶质或有机高分子物质。例刘人工合成的高聚物通常来自生产这类产品的工厂 所排放废水。天然水体中的胶体一般带负电荷,有时也含少量带正电荷的金属氢氧化物胶 体。胶体对水的不利影响是:①胶体中的细菌、病毒等原生生物病原体会通过水体传播疾 病;②胶体和悬浮物是水产生浑浊现象的根源,有机物往往会造成水的色和味。因此悬浮物 和胶体是饮用水处理的主要去除对象。 总溶解固体是水中可溶性盐类的总称,一般是在淡水系统中使用的术语,有别于海水的 盐度。它对水会产生如下不利影响:①通过刺激人的嗅觉使人产生感观上的不悦,尤其在饮 用水中,不希望有过多的总溶解固体;②溶解固体中的物质对人体生理上产生不利的影响 ③水生生物和鱼类对其具有敏感性,因此它的总量不宜过大,为保护鱼类和其他海洋生物 河口的盐度变化不要偏离天然变化的10%以上;④会使土壤结块,造成土壤渗透压变化 从而危害植物的生长;⑤使水的电导率增加,从而使设备的腐蚀速度加快,并且使输送管道 的结垢速度加快 六、放射性物质 因为放射性物质具有特别的放射特性,可以作为水体运动的示踪剂,所以放射性物质是 具有重要意义的水质指标之一。水体中可能存在着来自天然的和入造的各种放射性物质。在 天然放射源中,铀矿床附近的地下水和温泉水中放射性物质含量较高,但只局限于局部地区 内,所以一般不成问题。水体放射性污染主要是入为因素造成的。目前,放射性物质有以下 几个来源:①核试验,虽然近年来试验次数减少,但是放射性物质会随大气传播到很广的范 固,并且进入水圈,造成水体污染;②医院和科研院所发生事故而引起污染以及核电站可能 发生核泄漏造成的放射性污染;③核电站冷却水;④某些有色冶金污水。一般认为,要对排 放到环境中并且已经扩散的放射性物质进行处理是不可能的。与化学物质相比,放射性物质 的毒性要大得多。放射性元素会对人体带来影响,尤其是诸如锶、铯等半衰期较长的放射性 元素。《污水综合排放标准》(GB8978-96)把总a放射性和总B放射性规定为第一类污染 物,可见对其的重视,其最高允许排放浓度分别为1Bq0和10BL。 第二节污水的化学特性及其污染指标 水中的污染物质包括无机物质和有机物质,相应的也就产生了无机污染物质指标和有 oB为[政射性]活度单位,1B=1s' PDF文件使用" pdfFactory Pro"试用版本创建www, fineprint,cn
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机污染物质指标,同时还有反映它们总和的指标,如生化需氧量、总有机碳、理论需氧 量等。 、无机物及其指标 1.pH值 pH值表示溶液的酸碱度,它等于氢离子的负对数。pH值等于7时,污水呈中性;pH 值小于7时,污水为酸性,数值越小,酸性越强。pH值大小7时污水显碱性,数值越大, 碱性越强。 地表水的pH值接近于7,而海水的pH值稍高,通常为8左右。生活污水的pH值为中 性,城市污水的pH值取决于所含工业废水的种类和比例,一般在6.5~90之间。 pH值对水体的影响主要有以下几点。①许多弱离解化合物的离解平衡受pH值变化的 影响,许多化合物的素性也受到pH值的影响。一般说来,低pH值的酸性条件会使水中污 染物的毒性增大,但也有例外,如铵离子。②水体的pH值对底质中和悬浮物中有毒金属的 溶解、释放和迁移过程起着决定性作用。③对5日生化需氧量产生重要影响。④对鱼类生长 繁殖产生影响,如低pH值时鲦鱼行为失常,产卵及卵的孵化率降低。对于淡水生物,ph 值应控制在65-9.0之间,对于海洋生物,pH值应控制在65~8.5。⑤在接触人体的给 水中,较大或较小的rH值会剩激人的皮肤和眼睛。农田灌溉用水中,农作物能够适应较大 的pH值范围。⑥污水的pH值会对输送管道产牛不利影响,pH值小于6.0时将对金属管道 或混凝土管道产生腐蚀作用。 2.碱度 碱度是指能与水中含有的强酸发生中和反应的物质,即H的受体。主要有三种:氢氧 化物碱度、磺酸盐碱度和碳酸氢盐碱度。污水的碱度可用下式表达: 碱度=[OH]+CO]+[HCO31-(H+ 在污水处理过程中,碱度对外界加人的酸、碱具有缓冲作用,使pH值保持基本不变, 这样可以保证生物处理中的徽生物具有较好的生长繁殖条件。例如城市污水厂剩余污泥厌氧 消化时,要求碱度不低于2000mg①,以缓冲有机物产酸阶段产生的有机酸 3.氮和磷 氮和磷是植物的重要营养物质,是导致湖泊、水库、海湾等缓流水体富营养化的主要原 因,它们与溶解氧同为富营养化的重要指标。 (1)氮及其化合物 氮是构成细胞的必需元素之一,存在于决定细胞构造和作用的蛋白质分子中,因此,它 是所有活体必需的营养元素。在自然界中.气态氮(分子氮和氯氧化物)和非气态化合氮 (铵、亚硝酸盐、硝酸氮和酰胺基化合物)构成了全球氮循环的主要环节。 污水中含氮化合物有四种:有机氮、氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐,它们总称为总氮 (TN)。有机氮容易在微生物作用下生成其他三种氮化合物。在无氧环境下分解为氨氮;在 有氧坏境下先分解为氨氮,然后再氧化为亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。 凯氏氮(KN)是有机氮与氨氮之和。凯氏氮指标可以作为判断污水在进行生物处理时 氮营养是否充足的根据。生活污水中凯氏氮含量约为40mg几L(其中有机氮约15mg/,氨 氮约25mg/L)。 氨氮在污水中以两和形式存在,即游离氨(NH2)和离子状态铵盐(NH4)。污水进行 生物处理时,氨氮不仅问微生物提供营养,而且对污水的p值起缓冲作用。但是氨氮浓度 PDF文件使用" pdfFactory Pro"试用版本创建www, fineprint,cn
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过高会抑制微生物的生命活动,其中的NH2毒性要比NH4大得多。氨氮的浓度可以作为地 面水域功能分级的参考指标:I类水体≤0.15mg:Ⅱ类水体0.15-0.5mg/L;Ⅲ类水体 0.5-1.0mg/L;Ⅳ类水体1.0-1.5mg;V类水体1.5-2.0mg/L。 (2)磷及其化合物 水体中的磷包括有机磷和无机磷两类。 有机磷多以葡萄糖6-磷酸,2-磷酸甘油酸及磷肌酸等形式存在,大多呈胶状和颗粒状。 可溶性有机磷约占30%左右。 无机磷几乎都是以可溶性磷存在,例如正磷酸盐、偏磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐以 及聚磷酸盐 水中可溶性磷很容易与(a2+,Fe3,AP+等离子生成难溶性沉淀物沉积子水体底部成 为底泥。沉积物中的磷在一定条件下重新释放到水体中。 总磷是以PO表示的,测定时要将含磷化合物转化为正磷酸盐。 我国城市污水中氮、磷含量见表1-1,某些工业污水中氮、磷含量见表12。 表11我国城市污水中氮、磷含量/(mg/L) 总氮 北京 26.7~55 上海 78~93 大 3.2 11 28.7~47.5 安 4~21 63-6 63-67 表1-2某些工业污水中氮、磷含量/(ng/) 工业污水类型 洗毛污水 584~997 含酚污水 制革污水 16 化工污水 造纸污水 4-8 8-12 氯离子 淡水中的氯离子是判断淡水受污水、粪便污染的指标,生活污水中的氯离子主要来自人 类粪便物,每人每天排放氯化物约59g。工业污水以及采用海水作为冷却水时,氯离子浓 度都很高。临海地区地下水中的氯离子浓度是判断海水侵入的指标。 氯离子含量高时,对管道和设备有腐蚀作用;用子灌溉农田、会引起土壤板结;氯离子 浓度较高时,对生物处理的微生物有抑制作用,对活性污泥法的净化功能构成危害。 根据氯离子含量可将水分为以下几种: 淡水 <100mg 5 PDF文件使用" pdfFactory Pro"试用版本创建www, fineprint,cn
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