环境工程学课件：第一章水质与水体自净

社
会 循
天然水体
环
生产、生活 排放
生活污水 生产废水
A
第一节 水的循环与4污染
三、水污染
通过体系内部一系列的物理、化学和生物学的连锁反应和相 互作用，水体在一定程度下具有自我调节和降低污染的能 力——水体的自净能力。
水体因某种物质的介入， 而导致其化学、物理、生物或 者放射性等方面特性的改变， 从而影响水的有效利用，危害 人体健康或者破坏生态环境， 造成水质恶化的现象 ——《中 华人民共和国水污染防治法》 关于“水污染” 的定义
总硬度测定 —— EDTA络合滴定法
A
第二节 水质指标与水质22标准
化学需氧量（COD）
一定严格的条件下，用化学氧化剂（如KMnO4 、 K2Cr2O7）将水中各种有机物质氧化所消耗的氧化 剂的量，用mgO/L 表示。
高锰酸钾耗氧量（CODMn或OC） 天然水或含易氧化有机物的一般废水
重铬酸钾耗氧量（CODCr或COD） 污染较严重的水样
k1=0.434k1' — 耗氧速率常数
Lt La10 k1t
A
第二节 水质指标与水质25标准
第一阶段生化需氧量反应动力学公式
Lt La10 k1t xt
xtL aL tL a(11k0 1t)
xtL aL t L a(1ek1t)
k 与T L与 T
k k 1(T2)
T2T1 1(T1)
k1(T) k1(2)01.04T720
时间t
图A1－20
有机物质好氧分解的两个阶段
24
反应动力学
——第一阶段生化需氧量 碳化阶段的反应速率与当时剩有有机物浓度成正比。
d(La L) dt
k1L
dL dt
k1L
ln Lt La
k1t
lg Lt La
k1t
La — 第一阶段生化需氧量 L — 任何时日剩余有机物浓度 Lt — t时剩余有机物浓度
46.5036 g
悬浮?固体
挥发?性悬浮固体
46.4718g
46.4848 g
溶解固体？
67.9624g 总固? 体 68.0138g
固定性悬浮固体？
A
第二节 水质指标与水质16标准
2、化学水质指标
（1） 非专一性指标
电导率
表示水样中可溶解性电解质总量。
总含盐量 水中各种溶解性矿物盐类的总称。
碱度
θ、T
L a(T)L a(2)0 (0.0T 2 0.6)
A
第二节 水质指标与水质26标准
例1-3：某废水20℃时的BOD5是150mg/L，已知此时 k1=0.10d-1，求该废水15℃时的BOD5。 x5(20) = 150 mg/L k1(20)= 0.10 d-1
xt La(11 0k1t)
胶体物质
10-2 10-1
悬浮物质
1
10
100 (μm )
10-9 10-7 10-6 10-5 10-4
10-3 10-2 10-1 ( mm )
图1－19 按颗粒尺寸进行物质分类
水质 —— 水的品质，指水与其中所含的杂质共同表现 出来的物理学、化学和生物学的综合特性。
水质指标 —— 水中杂质的种类、成分和数量，是判 断水质的具体衡量标准。
总有机碳TOC —— 将水样在900~950℃ 高温下燃烧，有机碳 即氧化成CO2，测量所产生的CO2的量，即可求出水样的总 有机碳值，常用mgC/L表示。
图1－21 TOC测定仪 A
第二节源自文库水质指标与水质28标准
除了物理学、化学水质指标外还有…？
3、生物学水质指标
细菌总数
对饮用水进行卫生学评价时的依据。
1）无机污染物质：酸、碱及一些无机盐类 2）无机有毒物质：重金属（汞、镉、铅等） 3）有机有毒物质：有机农药、多环芳烃、芳香胺等 4）需氧污染物质：碳水化合物、蛋白质、脂肪和酚等 5）植物营养物质：含氮、磷的化合物 6）油类污染物质
A
第一节 水的循环与11污染
水体污染物
2、物理性污染物质
1）悬浮污染物质：固体物质
A
第二节 水质指标与水质23标准
生物化学需氧量（BOD）
表示水中有机物在有氧条件下经好氧微生物氧化分解所 需氧量。用单位体积污水所耗氧量表示（mgO/L）
需
有机物有
碳化阶段
氧 量
氧生物分
解过程 硝化阶段
碳化＋硝化
碳化
LN(NOD)
第一阶段 La(BODu) BOD
20℃ BOD5
第二节 水质指标与水质标准
La(20)
L a(T)L a(2)0 (0.0T 2 0.6)
k1(T) k1(2)01.04T720
k1(15)
La(15)
xt La(11 0k1t)
x5(15)
A
第二节 水质指标与水质27标准
总需氧量TOD —— 将水样中的有机物在900℃ 高温下燃烧 变成稳定氧化物时所需的氧量，常用mgO/L表示。
单位：mmoL/L
A
第二节 水质指标与水质21标准
硬度
水中的两价金属离子与肥皂作用生成沉淀和与 水中某些阴离子化合生成水垢而产生硬度。
Ca2+
Mg2+
HCO3－、 CO32－、 SO42－、 Cl－、 NO3－、 SiO32+
碳酸盐硬度——由钙、镁的碳酸盐和重碳酸盐形成 （暂时硬度） 非碳酸盐硬度——由钙、镁的硫酸盐和氯化物形成 （永久硬度）
物理性指标 化学性指标 生物学指标
A
第二节 水质指标与水质13标准
1、物理学水质指标
（1）感官物理性状指标：温度、混浊度、嗅和味 、色度等 （2）其它物理性状指标：总固体、悬浮固体、电导率等
浊度
水中不溶性物质对光线透过时产生的阻碍程度。 （水中悬浮物或胶体状颗粒物质）
色度 感官性指标，水中悬浮物、胶体或溶解物质均可生色。
总固体
过滤 0.45µm
溶解固体 悬浮固体
总不可滤残渣
A
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例1-1：将某污水水样100mL置于重量为46.4718g的古氏坩埚中过滤， 坩埚在105℃下烘干后称重为46.5036g，然后再将此坩埚置于600℃下 灼烧，最后称重为46.4848g。另取同一水样100mL，放在重量为 67.9624g的蒸发皿中，在105℃下蒸干后称重为68.0138g。试计算该水 样的总固体、悬浮固体、溶解固体、挥发性悬浮固体和固定性悬浮固 体量各为多少mg/L？
水中主要的阴离子：HCO3－、CO32－、SO42－ 、Cl－
A
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碱 度 —— 水接受质子的能力
在水中离解或水解后生成可与强酸（或H+）反应的物质总量
强碱、弱碱、 强碱弱酸盐、 有机碱等
中和滴定法
酚酞碱度 P
甲基橙碱度 T
酚酞 红→无
甲基橙 黄→红
A
第二节 水质指标与水质20标准
例1-2：取某河水水样100mL，用0.1000mol/L的HCl溶液测定
（4） 溶解性气体
氧气
生物呼吸所需，腐蚀金属，水体缺氧会产生
二氧化碳
CH4、H2S等有害气体。 大多数天然水系中碳酸体系的组成物。
A
第二节 水质指标与水质18标准
总含盐量 ——也称总矿化度，
水中各种溶解性矿物盐类的总称
总含盐量（mg/L）＝∑阳离子（mg/L）＋ ∑阴离子（mg/L）
水中主要的阳离子：Ca2+、Mg2+、Na+、K+
总有机碳(TOC) 近于理论有机碳量值。
石油类
影响空气—水界面间氧的交换，被微生物降
解时耗氧，使水质恶化。
A
第二节 水质指标与水1质7 标准
（3）无机物指标
铝
铁
有毒金属 氯化物 亚硝酸盐氮
影响水的可饮用性，对金属有腐蚀作用，对生物有
一定毒性。 在不同条件下可呈Fe3+或胶粒Fe(OH)3状态，造成水 有铁锈味和浑浊，形成水垢，繁殖滋生铁细菌。 常见的有镉、汞、铅等，一般来源于工业废水。 影响可饮用性，腐蚀金属表面。 是婴幼儿高铁血红蛋白症的病原物，与仲胺类作用 生成致癌的亚硝胺类化合物。
指长远影响小于第一类污染物质。（要求在排污单位排放口采样，最 高允许排放浓度必须符合表1－8，可用稀释法处理）
A
第二节 水质指标与水质32标准
《污水综合排放标准》（GB8978-1996）
图1－18 受石油污染的海鸟
2）热污染：热电厂、核电站及各种工业过程中的冷却水
3）放射性污染：Sr90、Cs137、I131
3、生物性污染
生活污水、医院污水和某些工业废水中的病原微生物、病 毒、寄生虫等。
A
第一节 水的循环与12污染
第二节 水质指标与水质标准
一、水质指标
溶解物质
10-5 10-4 10-3
大肠菌群
水体被粪便污染程度的指标。
藻类
水体营养状态指标。
4、放射性指标
总α、总β、铀、镭、钍等 生物体受过量辐照 (特别是内射) 可引起各种放射病或烧伤等。
A
第二节 水质指标与水质29标准
二、水质标准
水质标准 —— 环境标准的一种，它对各种水体的水
质提出具体的限制和要求。
GB3838-2002 地表水环境质量标准 GB5749-85 生活饮用水卫生标准 CJ3020-93 生活饮用水水源水质标准 GB/T14848-93 地下水质量标准 GB11607-89 渔业水质标准 GB5084-92 农田灌溉水质标准 GB3097-97 海水水质标准 GB12941-91 景观娱乐用水水质标准 B8978-96 污水综合排放标准
A
第二节 水质指标与水质30标准
《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）
依据地表水水域环境功能和保护目标，按功能高低 依次划分为五类：
I类 主要适用于源头水、国家自然保护区； Ⅱ类 主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护
区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、仔稚幼 鱼的索饵场等； Ⅲ类 主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护 区、鱼虾类越冬场、泅游通道、水产养殖区等渔业 水域及游泳区； IV类 主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱 乐用水区； V类 主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。
海洋咸水（97.3%）
淡水（<3%）
冰川、冰帽（77.2%） 地下水、土壤水(22.4%)
江河、湖泊（0.36%）
我国水资源的特点： a 总量丰富，人均量少；
b 时空分布不均衡。
A
第一节 水的循环与3污染
二、水循环
水循环分为自然循环和社会循环
凝结
自
水汽
云
然
循
蒸腾 蒸发
环
地表水
雨、雪、雹
地下水、 土壤水
一般来源于水样中OH-、CO32-、HCO3-离子。 关系到水的许多化学反应过程。
硬度
可溶性钙盐和镁盐组成，引起沉积和结垢现象。
（2）非专一性有机物指标
化学需氧量(COD) 有机污染物浓度指标。
生物化学需氧量 水体通过微生物作用发生自然净化的能力标
(BOD)
度，废水生物处理效果标度。
总需氧量(TOD) 近于理论耗氧量值。
图1－5 武汉东湖大面积死鱼
A
第一节 水的循环与5污染
图1－6 海底油田井喷
图1－7 原油污染的海岸
A
图1－8 赤潮 第一节 水的循环与6污染
图1－9 微山湖被污染
图1－10 云南滇池爆发蓝藻
A
第一节 水的循环与7污染
太湖天下秀
图1－11龙头马迹
图1－12太湖风光
图1－13太湖风光
A
图1－14 太湖春晓
A
第二节 水质指标与水质31标准
《污水综合排放标准》（GB8978-1996）
按排放污染物的性质分为两类污染物:
（1）第一类污染物
指能在环境或动植物体内积累，对人体健康产生长远不良影响。（要 求一律在车间或车间处理设施排出口采样，最高允许排放浓度必须符合表1 －7，不得用稀释法处理）
（2）第二类污染物
其碱度，先以酚酞作指示剂，消耗了HCl溶液0.40mL；另取该 水样100mL，以甲基橙作指示剂， 用HCl溶液滴定消耗了
7.20mL。求该水样的酚酞碱度、甲基橙碱度、总碱度。
100mL水样
0.1000moL/L HCl 酚酞
0.40mL HCl
100mL水样
0.1000moL/L HCl 甲基橙
7.20mL HCl
第一篇 水质净化与水污染控制工程
第一章 水质与水体自净 第二章 水的物理化学处理方法 第三章 水的生物化学处理方法
A
1
图1－1 高浓度废水直排
图1－2 污水浇灌油菜
图1－3 集水渠变污水渠
A
图1－4 污染的井水
2
第一章 水质与水体自净
第一节 水的循环与污染
一、水资源分布
地球水体 13.9亿km3
8
太湖蓝藻爆发
图1－15 纯净水缺货
图1－16 太湖蓝藻
A
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四、水污染的分类和影响
能使水体的水质、生物质、底泥质量恶化的各种物质
水体污染
根据其性质
化学性污染 物理性污染 生物性污染
图1－17 受污染的长江流域（1）
A
第一节 水的循环与10污染
水体污染物
1、化学性污染物
图1－17 受污染的长江流域（2）
表色：由水中悬浮物、胶体物质和溶解物质共同引起的颜色。 真色：除去水中悬浮物质后所呈现的颜色。
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第二节 水质指标与水质14标准
总固体 （TS） 一定温度下一定体积水样蒸发至干所残留的固体物质总量
常用蒸发烘干温度：103～105 ℃；单位：mg/L
灼烧减重
总可滤残渣
挥发性固体 固定性固体
灼烧 600℃