水污染控制原理与技术第二章PPT课件

• 3）氧垂曲线公式
设河流经过t日后，消耗的氧量为X1，溶入的氧量 为X2，河水中实际的溶解氧量为X，则X＝X2—X1。 于是，在此时间内，水中溶解氧量的实际增加速率 为：
式中：L——河水中的BOD值； K1’——耗氧速度常数。
是耗氧速率。
是复氧速率。
复氧速率的大小与该时刻水中的溶解氧亏缺量(简称 亏氧量)成正比。
(l)作为细菌食料的水体中有机物因氧化分解而逐渐减 少，这对于依靠有机物生存的细菌极为不利； (2)污染水体中有大量吞食细菌的生物，如纤毛类原 生动物、浮游动物等； (3)生物物理因素，如生物絮凝、沉淀等； (4)其它因素如pH、水温、日光等对细菌生活的影响 很大，pH和水温若不合适，细菌会逐渐死亡，日光也 具有杀菌能力。
• 自松花江水污染事件发生以来，在极短时间 内我国向俄方提供了6台水质检测仪和150吨 活性炭
2005年11月，航拍受污染的松花江
三、水污染防治
• 1、水污染防治的主要目标：
①确保地面水和地下水饮用水源地的水质，为 向居民供应安全可靠的饮用水提供保证。
②恢复各类水体的使用功能，如自然保护区、 珍稀濒危水生动植物保护区，水产养殖区,公共 游泳区，海上娱乐体育活动区，工业用水取水区 及盐场等，为经济建设提供水资源。
水污染控制原 理与技术第二
章
影响水中氧平衡的因素
（1）有机污染的进入； （2）影响大气复氧的物质； （3）热污染。
其他影响水体生态平衡造成水体污染的因素： （1）有毒物； （2）酸碱物污染； （3）悬浮污染； （4）N．P营养性污染。
第二节 水体自净
一、水体的自净概念 指水体在流动中或随着时间的推移，水体中的污染物 自然降低的现象。 通过化学作用和生物作用对水体中有机物的氧化分 解，使污染物质浓度衰减，是水体自净的主要过程。 • 可以用两个相关的水质指标来描述水体的自净过程。 • 一个是生化需氧量BOD，该值越高说明有机物含量越 多，水体受污染程度越严重； • 另一个是水中溶解氧DO，它是维持水生物生态平衡和 有机物能够进行生化分解的条件。
• Ⅳ区(恢复区)——水质变得较清；溶解氧在40％饱 和度以上，出现硝酸盐；出现真菌、浮游动物，藻 类增加，苔藓植物出现，底栖生物中包括颤蚓、胎 贝等介壳类以及昆虫的幼虫，有一般鱼类。
• I和Ⅴ区(清洁区)——水质如一般天然河流；溶解 氧可高达饱和；物种增加，可发现观赏鱼类。
• 促使细菌在水体中死亡的原因有：
水体自净的过程十分复杂，受很多因素的影响。从机理上看， 水体自净主要由下列几种过程组成： • 1）物理过程：其中包括稀释、扩散、挥发、沉淀等过程； • 2）化学和物理化学过程：其中包括氧化、还原、吸附、絮 凝、中和、络合等反应过程； • 3）生物学和生物化学过程：进入水体中的污染物质，被水 生生物吸附、吸收、吞噬消化等过程，特别是有机物质，由于 水中微生物的代谢活动而被氧化分解并转化为无机物的过程。
第三节 水环境保护
一、水环境容量
• 水环境容量：一定水体在规定的环境目标下所能容 纳污染物质的最大负荷量就称为水环境容量。
• 水环境容量的大小与下列因素有关： 1）水体特征 2）污染物特征 3）水质目标
•
• 假如某种污染物排入某地面水体，此 水体的水环境容量可用下式表示：
二、我国水污染状况
• 河流: 全国407个重点监测断面中，38.1%的断面 满足Ⅰ～Ⅲ类水质要求，32.2％的断面属Ⅳ、Ⅴ 类水质，29.7%的断面属劣Ⅴ类水质；水系的主 要污染指标是石油类、NH4+-N、挥发酚等。
1）改革生产工艺，减少废物排放量 2）重复利用废水 3）回收有用物质 4）对废水进行妥善处理 5）选择处理工艺与方法时，必须经济合理，
并尽量采用先进技术。
第四节 污水处理基本方法与工艺流程
一、污水出路
水体（如河流）
生活污水（生活） 工业废水（生产）
城市污水处理厂
• 例1-6：某城市污水处理厂的出水排入一河流。最
不利的情况将发生在夏季气温高而河水流量小的时
候。已知废水的最大流量为15000m3／d，BOD5＝ 40mg/L，DO＝2mg/L，水温25℃。废水排入口上
游处河流最小流量为0.5 m3／s，BOD5＝3mg／L， DO＝8mg／L，水温22℃。假定废水和河水能瞬时
③对各类废水进行妥善的收集和处理， 建立完善的排水系统及污(废)水处理 厂，使污(废)水排入水体前达到排放 标准。
④加强对水环境水资源的保护，通过 法律、行政、技术等一系列措施，使 水环境水资源免受污染。
3、水污染防治的原则
• 进行水污染防治，根本的原则是将 “防” “治” “管” 三者结合起来。
• Ⅱ区(降解区)——水质浑浊，污泥下沉或上浮； 溶解氧下降；鱼类和绿藻减少、蓝绿藻蔓生、 底泥中出现颤蚓等蠕虫。
• Ⅲ区(强分解区)一一水质变灰变黑，可能形成 浮渣，腐败情况发生；溶解氧降至40％饱和度 以下乃至零，有甲烷、硫化氢逸出；细菌大量 繁殖，厌氧取代好氧，物种减少，藻类极少， 没有鱼，到处可见污水蝇和蚊子。
• 被污染的水体都是自净水体！ • 但自净恢复的程度不同，或称污染现状
不同。
衡量水体污染与自净的指标
水体外观、化学 指标、生物种类、 数量及比例关系、 溶解氧等等
山东小清河
水体外观
• 外观特征：混浊程度、颜色及气味等 • 原 因：水中细菌种类数量、悬浮物种类数量
污染前 污染 净化开始 持续 结束
混合系数α 通常可采用经验数值：对于流速 在0.2-0.3m/s的河流，取α =0.7-0.8；流速较低时， 取α =0.3-0.6；流速较高时，取α =0.9左右。
• 水流断面上污染物质的浓度可用下式求出 :
ρ=（ρ1q +ρ2αQ ）/（αQ + q）
式中，ρ——计算断面上污染物质的浓度mg/ L q——废水流量m3 /s; Q——河水总流量m3 /s ρ1——废水中污染物质的浓度，mg/L ρ2——原来河水中污染物质的浓度，mg/L
DO BOD
BOD BOD
DO
源自文库
DO又复饱和
污水源口 BOD和DO变化曲线
历时（流程）
• 由图可见，在排放口附近，水体中溶解氧含量急剧 下降，这是因为此时排入的有机物较多，耗氧速度 大于复氧速度；随着有机污染物的不断分解氧化， 耗氧速度不断降低，在排放口下游的某点终于出现 了耗氧速度与复氧速度相等的情况，这时溶解氧的 含量最低，此点被称为最缺氧点（氧垂点）。根据 图中反映溶解氧浓度变化的曲线呈现的形状，它常 被称为氧垂曲线。如果不再受到新的污染，河水中 的溶解氧会逐渐恢复到废水排入口之前的含量。
污染物从高浓度处向低浓度处的迁移。
稀释作用的实质是污染物质在水体中因扩散而降低 了浓度，稀释并不能改变，也不能去除污染物质。
• 推流运动 Q1＝vρ • 扩散运动 Q2＝-k dρ/dx
其中，v——河流流速m/s
ρ——污染物质量浓度mg/m3
Q1——污染物质推流量mg/m2.s Q2——污染物质扩散量mg/m2.s
• (3)河流的水文条件：如河深、流速、河道弯曲状 况、是否有急流、跌水等都会影响混合程度。
• 参与混合稀释的河水流量与河水总流量之比称 为混合系数α。
• 混合系数 α＝Q1 / Q
Q——河水总流量mg/m2.s
Q1——参与混合稀释的河水流量 在完全混合断面前，混合系数α<1；而在完
全混合的河道断面上及其下游，α＝1。
三、水体的生化自净
• 水体的生化自净作用：
有机污染物进入水体后在微生物作用下 逐渐氧化分解为无机物，此过程可以使有 机污染物的浓度大大减少，这就是水体的 生化自净作用。
• 1）水体中氧的消耗和溶解
生化自净作用需要消耗氧，氧的消耗
过程（碳化作用和硝化作用、还原性物质 以及水生植物的呼吸）主要取决于排入水
• 水质在基本稳定的基础上也有恶化趋势， 大部分城市和地区的地下水存在一定程度 的点状或面状污染，污染区仍然以人口 密集和工业化程度较高的城市中心区为主， 超标指标有矿化度、总硬度、硝酸盐、 亚硝酸盐、NH4+-N、铁、锰、氯化物、 硫酸盐、pH值、氟化物、酚等。
水污染造成的经济损失
• 我国1996-2000年投资4500亿用于污染控制， 其中40%用于水污染控制，折合450亿/年。
• 外观:无色 暗灰色 灰色 继续变清 无色
• 澄清透明 很混浊、臭 混浊 浊度下降 澄清透明
•
水面有泡沫 泡沫减少
二、废水在水体中的稀释和扩 散
• 1）稀释机理： 污染物质进入水体后,存在两种运动形式： 推流(平流)：由于水流的推动而产生的沿着水流
前进方向的运动； 扩散：由于污染物质在水中浓度的差异而形成的
推流和扩散是两种同时存在而又相互影响的 运动形式。由此而产生河流中污染物质的浓度 从排入口往下游逐渐降低的稀释现象。
• 2）水体的混合稀释
影响因素主要有：
• (1)废水流量与河水流量的比值:此值大时，就需要 通过较长的距离，才能在整个河流断面上，达到完 全均匀的混合；
• (2)废水排放口的形式:如果废水在岸边集中排放， 则完全混合所需的时间和距离较长，如果是分散地 排放于河流中央，则完全混合所需时间较短；
0.434K2’。
• 在很多情况下，人们希望找到废水排入河流后溶解 氧最低的点－临界点。
•令
，就可以得到：
• 复氧速度常数K2与许多因素有关，其中包括河流的湍急情 况、水流速度、河床特征、水深、河水表面积以及水温等。
• K2与水温的关系可用下式表示：
式中，K2（T），K2(20)分别表示温度为T℃和20℃时的K2 值；θ是温度系数，在多数情况下，可取θ＝1.016。
• 亏氧量是指在某一温度时水中溶解氧的平衡浓度(即 该温度下的饱和溶解氧量)与实际浓度(即实际溶解 氧量)之差： D=S—X
那么
式中： D——亏氧量 S——饱和溶解氧量 K2’——复氧速率常数
• 对dt微分，可以得到亏氧量的变化速率： 所以
• 氧垂曲线公式：
或者
式中，Dt一废水排入河流t日后，河水与废水混合水中的亏氧量； Do—废水排入点(受污点)处河水与废水混合水中的亏氧量； La一废水排入点处河水与废水混合水的第一阶段BOD； Kl ， K2— 分 别 为 耗 氧 速 度 常 数 和 复 氧 速 度 常 数 ， Kl ＝ 0.434K1’ ； K2 ＝
体的有机污染物的数量，也要考虑排入水 体中氨氮的数量。
2）氧的补充和恢复途径 ：
除了水体和废水中原来含有的氧外，一般有以下 两个途径：
①大气中的氧向含氧不足的水体扩散，使水体 中的溶解氧增加；
②水生植物在阳光照射下进行光合作用放出氧 气，溶于水。
BOD,DO含量
洁净段
降质 污染段
O2
恢复段 又复洁净
• 重点湖泊水库中，满足Ⅱ类水质的湖库只有1个， 占3.6%；Ⅲ类水质的湖库有6个，占21.4%；Ⅳ类 水质湖库有7个，占25.0%；Ⅴ类水质湖库有4个， 占14.3%；劣Ⅴ类水质湖库有10个，占35.7%。许 多湖泊、水库已经处于富营养化水平。
• 地下水总体水质较好，但水位总体仍呈 下降趋势；海水倒灌，盐度增加。
• 我国水污染造成的健康损失成本至少每年为 20亿美元 ；
• 污染对我国渔业生产、旅游资源、供水设施 及运行费用、工农业产品的质量及工业生产 设施等都有巨大的不利影响，据估计每年造 成的损失约为400亿美元
水污染事件
• 吉林石化爆炸产生的污染物硝基苯和苯对松 花江流域造成了巨大的环境破坏， 震惊了全 国，影响国际。
③保证各类水体具有良好的水质，确保水生生 态系统的繁荣昌盛。
• 2、水污染防治的主要任务:
①进行区域、流域或城镇的水污染防治规划， 在调查分析现今水环境质量及水资源利用需 求的基础上，明确水污染防治的具体任务， 制订应采取的防治措施。
②加强对污染源的控制，包括工业污染源， 城市居民区污染源，畜禽养殖业污染源，以 及农田径流等面污染源，采取有效措施减少 污染源排放的污染物量。
完全混合，耗氧速度常数为Kl＝0.10／d，复氧速度 常数K2＝0.17／d(20℃)。试求临界亏氧量及其发生 的时间。
四、水体中细菌的衰 亡
• 当含有一般有机物的废水排入水体后， 开始时水体中的细菌会大量增加，以后就逐 渐减少。
• 微生物物种和数量变化的示意图
• 在此图中可分为四个区，各区特征如下：