导图社区 第1章 污水的性质与污染指标
《排水工程》第一章内容,包括介绍了污水、城市污水的性质与污染指标这两个方面的详细知识点梳理,供大家学习参考。
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第1章 污水的性质与污染指标
污水
组成
综合生活污水
居民生活污水
厕所、洗涤和洗澡产生的污水
公共建筑污水
工业废水
生产污水
在生产过程中形成,并被生产原料、半成品或成品等废料所污染,包括热污染(指生产过程中产生的水温超过60℃的水)
生产废水
在生产过程中形成,但未直接参与生产工艺,未被生产原料、半成品或成品污染或只是温度稍有上升的水。
入渗地下水
净化后去向
排放水体,作为水体的补给水
污水的自然归宿,可能造成污染
灌溉农田
须符合灌溉的有关规定
重复使用
直接复用
循序使用
甲工序生产的废水经适当处理后用于乙工序
循环使用
甲工序生产的废水经适当处理后用于甲工序
间接复用
污水排入地表水,并进一步净化后,作为沿岸城市与工矿企业的给水水源
城市污水的性质与污染指标
污水的物理性质及指标
水温
污水的水温对污水的物理、化学、生物性质有直接影响
各地生活污水平均温度约在10~20℃之间
过低过高都不利于污水的生物处理效果
色度
概述
可由悬浮固体、胶体或溶解物质形成
灰色:通常的生活污水
黑褐色:污水中的溶解氧降低至零,污水所含有机物腐烂,则转呈黑褐色并有臭味
水的颜色指标
表色
悬浮固体(泥沙、纸浆、纤维、焦油等)形成的色度
真色
胶体或溶解物质(染料、化学药剂、生物色素、无机盐等)形成的色度
臭味
鱼腥味
铵类CH3NH2, (CH3N)
氨臭
氮(NH3)
腐肉臭
二元胺类NH2(CH2)4NH2
腐蛋臭
硫化氢H2S
腐甘蓝臭
有机硫化物(CH3)2S
粪臭
甲基吲哚C8H5NHCH3
固体含量
指标(TS)
总固体量作
一定量水样在105~110℃烘箱中烘干至恒重所得的重量
固体物质
存在形态
悬浮固体(SS)/悬浮物
概述
水样用定量滤纸过滤后,被滤纸截流的滤渣,在105~110℃烘箱中烘干至恒重所得的重量
颗粒粒径
细分散悬浮固体
0.1~1.0μm
粗分散悬浮固体
>1.0μm
可沉固体
悬浮固体中一部分可在沉淀池中沉淀形成沉淀污泥
组成
分类
挥发性悬浮固体(VSS)/灼烧减重
悬浮固体在马弗炉中灼烧(温度为600℃)所失去的重量
非挥发性悬浮固体(NVSS)/灰分
残留的重量
胶体
粒径:0.001~0.1μm
溶解固体(DS)/溶解物
有机物
尿素、淀粉、糖类、脂肪、蛋白质及洗涤剂等
无机盐
碳酸盐、硫酸盐、铵盐、磷酸盐
氯化物等
性质
有机物
无机物
生物体
泡沫量
污水的化学性质及指标
无机物的指标
酸碱度
概述
用pH表示,pH等于氢离子浓度的负对数
pH超出6~9范围,会对人、畜造成危害,并对污水的物理、化学及生物处理产生不利影响
pH低于6的酸性污水,对管渠、污水处理构筑物及设备会产生腐蚀作用
碱度
概述
污水中含有的能与强酸产生中和反应的物质,亦即H+的受体
分类
氢氧化物碱度
碳酸盐碱度
重碳酸盐碱度
氮、磷
氮及其化合物
总氮(TN,以N计)
硝酸盐氮
亚硝酸盐氮
凯氏氮(KN)
概述
可用于判断污水在进行生物法处理时,氮营养是否充足的依据
生活污水中KN含量约40mg/L(有机氮约15mg/L,氨氮约25mg/L)
有机氮
很不稳定,容易在微生物作用下分解成其他三种
无氧条件下,分解为氨氮
有氧条件下,分解为氨氮,再分解为亚硝酸盐氮与硝酸盐氮
氨氮
概述
污水生物处理时,向微生物提供营养,对污水的pH起缓冲作用
超过1600mg/L(以N计),对微生物产生抑制作用
游离氨(NH3)
离子状态铵盐(NH4+)
磷及其化合物
有机磷
葡萄糖-6-磷酸、2-磷酸-甘油酸及磷肌酸等
生活污水中含量约为3mg/L
无机磷
正磷酸盐(PO43-)、偏磷酸盐(PO3-)、磷酸氢盐(HPO42-)、磷酸二氢盐(H2PO4-)
生活污水中含量约为7mg/L
硫酸盐与硫化物
硫酸盐
主要来源
生活污水
人类排泄物
工业废水
洗矿、化工、制药、造纸和发酵等工业废水
演变
缺氧条件件下
SO42-被硫酸盐还原菌、反硫化菌脱硫还原成H2SO4
浓度可高达7%,对管壁有严重的腐蚀作用,污水生物处理SO42-的允许浓度为1500mg/L
硫化物
概述
还原性物质,消耗污水中的溶解氧,与重金属离子反应生成金属硫化物的黑色沉淀
主要来源
工业废水
硫化染料废水、人造纤维废水
生活污水
存在形式
硫化氢(H2S)、硫氢化物(HS-)与硫化物(S2-)
pH<6.5,H2S约占硫化物总量的98%
pH>9,以S2-为主
氯化物
生活污水中的主要来源
人类排泄物,5~9g/人.日
含量高,对管道及设备有腐蚀作用;灌溉农田,会引起土壤板结,超过4000mg/L对生物处理的微生物有抑制作用
非重金属无机有毒物质
氰化物(CN)
概述
剧毒物质,人体摄入致死量0.05~0.12g
主要来源
电镀、焦化、高炉煤气、制革、塑料、农药以及化纤等工业废水,含氰浓度约在20~80mg/L之间
存在形式
无机氰
氢氰酸HCN、氰酸盐CN-
有机氰化物
腈,如丙烯腈(C2H3CN)
砷化物(As)
概述
会在体内积累,属致癌物质(致皮肤癌)之一
主要来源
化工、有色冶金、焦化、火力发电、造纸及皮革等工业废水
存在形式
无机砷化物
如亚砷酸盐AsO2-、砷酸盐AsO43-
有机砷化物
三甲基砷
毒性排序
有机砷>亚砷酸盐>砷酸盐
重金属离子
概述
微量浓度,有益于微生物、动植物及人类;超过一定值,会产生毒害作用
主要重金属:汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)、锌(Zn)、铜(Cu)、镍(Ni)、锡(Sn)、铁(Fe)、锰(Mn)等
主要来源
生活污水
人类排泄物
工业废水
冶金、电镀、陶瓷、玻璃、氯碱、电池、制革、照相器材、造纸、塑料及颜料等
五毒
汞、镉、铅、铬及它们的化合物
有机物
概述
主要来源
生活污水
人类排泄物及生活活动产生的废弃物、动植物残片等
碳水化合物、蛋白质、脂肪与尿素
碳、氢、氧、氮和少量的硫、磷、铁等元素组成
工业废水
食品加工、饮料等工业废水中有机物成分与生活污水基本相同
其他工业废水所含有机物种类繁多
按生物降解的难易程度
可生物降解有机物
可被微生物氧化成无机物
对微生物无毒害或抑制作用
对微生物有毒害或抑制作用
难生物降解有机物
可被化学氧化或被经驯化、筛选后的微生物氧化成无机物
对微生物无毒害或抑制作用
对微生物有毒害或抑制作用
碳水化合物
糖、淀粉、纤维素和木质素等。
主要成分:碳、氢、氧。
可生物降解有机物,对微生物无毒害或抑制作用
蛋白质与尿素[CO(NH2)2]
蛋白质由多种氨基酸化合或结合而成,分子量可达2万~2000万
主要成分
碳、氢、氧、氮(约占16%)
性质
蛋白质不很稳定,可发生不同形式的分解
生活污水中氮的主要来源
可生物降解有机物,对微生物无毒害或抑制作用
脂肪和油类
乙醇或甘油与脂肪酸形成的化合物
脂肪酸甘油酯
油:常温时呈液态
脂肪:低温时呈固态
主要成分
碳、氢、氧
来源
生活污水
人类排泄物及餐饮业洗涤水(含油浓度可达400~600mg/L,甚至1200mg/L),包括植物油和动物油。
工业废水
炼油、石油化工、焦化、煤气发生站等,含有矿物油即石油,具有异臭
脂肪在污水中存在的物理形态
浮油
静水时能上浮至液面,形成油膜,约占油脂总量的60%~80%
分散油
油粒直径大于5μm,较稳定地分散在污水中,油—水界面间不存在表面活性剂
乳化油
油粒直径大于5μm,油—水界面间存在表面活性剂,更为稳定
附着油
附着在悬浮固体表面的油
一般可用隔油、气浮或沉淀等物理方法去除
溶解油
包括溶解于水及油粒直径小于5μm的油珠
主要可用生物法或气浮法去除
难生物降解有机物,对微生物无毒害或抑制作用
酚
芳香烃的衍生物
主要来源
炼油、石油化工、焦化、合成树脂、合成纤维等工业废水
分类
羟基数目
单元酚
二元酚
多元酚
能否随水蒸气一起挥发
挥发酚
苯酚、甲酚、二甲苯酚等
可生物降解有机物,对微生物有毒害或抑制作用
不挥发酚
间苯二酚、邻苯三酚等多元酚
难生物降解有机物,对微生物有毒害或抑制作用
危害
酚的水溶液与酚蒸汽易被皮肤或呼吸道吸入人体引起中毒
有机酸、碱
有机酸工业废水含有短链脂肪酸、甲酸、乙酸和乳酸
人造橡胶、合成树脂等工业废水含有机酸、碱包括吡啶及其同系物质
可生物降解有机物,对微生物有毒害或抑制作用
表面活性剂
来源
生活污水
表面活性剂制造工业废水
分类
烷基苯磺酸盐,硬性洗涤剂(ABS)
含有磷并易产生大量泡沫
难生物降解有机物
烷基芳基磺酸盐,软性洗涤剂(LAS)
代替ABS,泡沫大大减少,但仍然含有磷
可生物降解有机物
有机农药
有机氯农药(如DDT、六六六等)
毒性极大且难分解,会在自然界不断积累,造成持久性污染,已禁止生产与使用
有机磷农药(如杀虫剂与除草剂)
约占农药总量的80%以上
种类
敌百虫、乐果、敌敌畏、甲基对硫磷、马拉酸磷对硫磷等
毒性大,属于难生无降解有机物,对微生物有毒害与抑制作用
取代苯类化合物
苯环上的氢被硝基、胺基取代后生成的芳香族卤化物
主要来源
染料工业废水
含芳香族胺基化合物
如偶氮染料、蒽醌染料、硫化染料等
炸药工业废水
含芳香族胺基化合物
如三硝基甲苯、苦味酸等
电器、塑料、制药、合成橡胶等工业废水
含聚氯联苯PCB、联苯胺、稠环芳烃PAH、荼胺、三苯磷酸盐、丁苯等
难生物降解有机物,对微生物有毒害或抑制作用
有机污染指标
根据可被氧化这一共同特征,用氧化过程所消耗的氧量作为有机物总量的综合指标,进行定量
生物化学需氧量或生化需氧量 (Bio-Chemical Oxygen Deman, BOD)
在水温20℃条件下,由于微生物(主要是细菌)的生活活动,将有机物氧化成无机物所消耗的溶解氧量
有氧条件下,可生物降解有机物的降解
第一阶段,碳氧化阶段Oa
在异养菌的作用下,含碳有机物被氧化(或称碳化)为CO2、H2O,含氮有机物被氧化(或称氨化)为NH3,所消耗的氧以Oa表示
与此同时,合成新细胞(异养型)
第二阶段,硝化阶段Oc+Od
在自养菌(亚硝化菌)的作用下,NH3被氧化为NO2-和H2O,所消耗的氧量用Oc表示
再在自养菌(硝化菌)的作用下,NO2-被氧化为NO3-,所消耗的氧量用Od表示
与此同时,合成新细胞(自养型)
释放出供微生物生活活动所需要的能量
内源呼吸Ob
合成新细胞,在生活活动中,进行着新陈代谢,即自身氧化的过程,产生CO2、H2O与NH3,并释放出能及氧化残渣(残存物质),消耗的氧量用Ob表示
生化需氧量曲线
第一阶段生化需氧量 总碳氧化需氧量、总生化需氧量、完全生化需氧量
用Sa或BODu表示
耗氧量Oa+Ob
第二阶段生化需氧量 氮氧化需氧量、硝化需氧量
用硝化BOD或NODu表示
耗氧量Oc+Od
5d生化需氧量约占总碳化需氧量BODu的70%~80%
相比20d,时间较短
以此作为可生物降解有机物的综合浓度指标
20d以后的生化反应过程速度趋于平缓,因此常用20d的生化需氧量BOD20作为总生化需氧量BODu,用符号Sa表示
硝化菌世代(即繁殖周期)较长,一般要在碳化阶段开始后的5~7d,甚至10d才能繁殖出一定数量的硝化菌,并开始氮氧化阶段,因此,硝化需氧量不对BOD5产生干扰
化学需氧量 (Chemical Oxygen Demand, COD)
原理
用强氧化剂(我国法定用重铬酸钾),在酸性条件下,将有机物氧化成CO2与H2O所消耗氧化剂的氧量,用CODcr表示
重铬酸钾的氧化能力极强,可较完全地氧化水中各种性质的有机物,如对低直链化合物的氧化率可达80%~90%
高锰酸钾指数(CODMn或OC表示)
以高锰酸钾作为氧化剂,其氧化能力弱于重铬酸钾,测出耗氧量较低,称耗氧量
优点
较准确表示污水中有机物含量
测定时间仅需数小时
不受水质限制
缺点
无法反映出微生物氧化有机物,直接从卫生学角度阐明被污染的程度
污水中存在还原性无机物(如硫化物)被氧化也需消耗氧,COD值存在一定误差
总需氧量 (Total Organic Demand, TOD)
由C、H、O、N、S等元素组成的有机物被氧化后,分别产生CO2、H2O、NO2和SO2,所消耗的氧量称TOD
测定原理
将一定数量的水样,注入含氧量已知的空气流中,再通过铂钢为触媒的燃烧管,在900℃高温下燃烧,使水样中的有机物被燃烧氧化,消耗掉氧气流的氧,剩余的氧量用电极测定并自动记录。氧气流原有含氧量减去剩余含氧量即等于总需氧量TOD。
高温(900℃)下燃烧,有机物可被彻底氧化,故TOD值大于COD值
理论需氧量ThOD
已知有机物的化学分子式,根据化学氧化反应方程式,计算ThOD
第一阶段——碳氧化反应方程式
?+aO2→bNH3+cCO2+dH2O
第二阶段——氮氧化反应方程式
eNH3+fO2→(亚硝化菌)gHNO2+hH2O
iHNO2+jO2→(硝化菌)kHNO3
总有机碳 (Total Organic Carbon, TOC)
测定原理
将一定数量的水样经过酸化,用压缩空气吹脱其中的无机碳酸盐,排除干扰,然后注入含氧量已知的氧气流中,再通过铂钢为触媒的燃烧管,在900℃高温下燃烧,把有机物所含的碳氧化成CO2,用红外气体分析仪记录CO2的数量并折算成含碳量,即等于总有机碳TOC。
各指标关系
水质较稳定的污水,数值上ThOD>TOD>COD>BODu>BOD5>TOC
可生化处理指标BOD5/COD
>0.3,可采用生化处理法
<0.25,不宜采用生化处理法
0.2~0.3,难生化处理
污水的生物性质及指标
大肠菌群数(大肠菌群值)与大肠菌群指数
大肠菌群数(大肠菌群值)
每升水样中所含有的大肠菌群的数目,以个/L计
大肠菌群指数
查出1个大肠菌群所需的最少水量,以毫升(mL)计
病毒
检测方法
数量测定法
蚀斑测定法
细胞总数
大肠菌群数、病原菌、病毒及其他细菌数的综合
表示方式
每毫升水样中的细菌菌落总数
生物脱氮、除磷的一般指标
BOD5/TN(即C/N)比值
判别能否有效生物脱氮的重要指标
理论上,C/N≥2.86即可进行生物脱氮
工程上,C/N≥3.5才能有效进行脱氮
BOD5/P比值
衡量是否进行生物除磷的重要指标
比值越大,生物除磷效果越好,一般认为该比值大于20