第9章　污水水质和污水出路

9.1　复习笔记

【知识框架】

【重点难点归纳】

一、污水性质与污染指标

1．污水的类型与特征（见表9-1）

表9-1　污水来源及特点

2．污水的性质与污染指标

水质污染指标是评价水质污染程度、进行污水处理工程设计、反映污水处理厂处理效果、开展水污染控制的基本依据。

（1）污水的物理性质与污染指标（见表9-2）

表9-2　污水的物理性质与污染指标

（2）污水的化学性质与污染指标

①有机物

有机物的主要危害是消耗水中溶解氧。在工程中一般采用生化需氧量（BOD）、化学需氧量（COD或OC）、总有机碳（TOC）、总需氧量（TOD）等指标来反映水中有机物的含量。

a．生化需氧量（BOD）

水中有机污染物被好氧微生物分解时所需的氧量称为生化需氧量（以mg/L为单位），间接反映了水中可生物降解的有机物量。生化需氧量愈高，表示水中耗氧有机污染物愈多。目前以5d作为测定生化需氧量的标准时间，简称5日生化需氧量（用BOD₅表示）。

b．化学需氧量（COD）

化学氧化剂氧化水中有机污染物时所消耗的氧化剂量称为化学需氧量（以mg/L为单位）。化学需氧量愈高，表示水中有机污染物愈多。常用的氧化剂主要是重铬酸钾和高锰酸钾。以高锰酸钾作氧化剂时，测得的值称COD_Mn或简称OC；以重铬酸钾作氧化剂时，测得的值称COD_Cr，或简称COD。在污水处理中，通常采用重铬酸钾法。

c．总有机碳（TOC）与总需氧量（TOD）

总有机碳（TOC）包括水样中所有有机污染物的含碳量，也是评价水样中有机污染物的一个综合参数。有机物中除含有碳外，还含有氧、氮、硫等元素，当有机物全都被氧化时，碳被氧化为二氧化碳，氢、氮及硫则被氧化为水、一氧化氮、二氧化硫等，此时需氧量称为总需氧量（TOD）。

除此之外，其他有机污染物类别如表9-3所示。

表9-3　其他有机污染物指标

②无机物

a．pH

主要指示水样的酸碱性。一般要求处理后污水的pH在6～9之间。天然水体的pH一般近中性，当受到酸碱污染时pH发生变化，对水体自净能力和生态系统的正常运作产生严重影响。

b．植物营养元素

污水中的氮、磷为植物营养元素，过多的氮、磷进入天然水体会导致富营养化。湖泊中植物营养元素含量增加，导致水生植物和藻类的大量繁殖，使鱼类生活的空间愈来愈少；且藻类的种类逐渐减少，而个体数则迅速增加。藻类过度生长繁殖还将使水体处于严重缺氧状态，严重影响鱼类生存。

c．重金属

重金属主要指汞、镉、铅、铬、镍等生物毒性显著的元素，也包括具有一定毒害性的一般重金属，如锌、铜、钴、锡等。采矿、冶炼、电镀、芯片制造是向环境中释放重金属的主要污染源。

d．无机性非金属有害有毒物（见表9-4）

表9-4　无机性非金属有害有毒物

（3）污水的生物性质与污染指标

①细菌总数

水中细菌总数反映了水体受细菌污染的程度，可作为评价水质清洁程度和考核水净化效果的指标，一般细菌总数越多，表示病原菌存在的可能性越大。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的污染来源和安全程度。

②大肠菌群

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。

③病毒

肝炎、小儿麻痹症等多种病毒性疾病可通过水体传染。这些病毒也存在于人的肠道中，通过病人粪便污染水体。目前因缺乏完善的经常性检测技术，水质标准对病毒还没有明确的规定。

二、污染物在水体中的自净过程

1．污染物对不同水体自净过程的影响

污染物排入水体后受到稀释、扩散和降解等自净作用，污染物浓度逐步减小。

（1）河流

污染物随河水往下游流动的过程中，污染物浓度逐步减小。污染物在河流中的扩散和降解受到河流的流量、流速、水深等因素的影响。大河和小河的纳污能力差别很大。河口是指河流进入海洋前的感潮河段，污染物排入感潮河流后，随水流不断回荡，在河流中停留时间较长，对排放口上游的河水也会产生影响。

（2）湖泊、水库

这类水体贮水量大，但水流较慢，对污染物的稀释、扩散能力较弱。污染物易在局部形成污染。

（3）海洋

海洋虽有巨大的自净能力，但海湾属半封闭水体，自净能力有限。污水的水温较高，含盐量少，密度较海水小，易于浮在表面，在排放口处易形成污水层。

（4）地下水

地下水埋藏在地质介质中，其污染是一个缓慢的过程，但地下水一旦污染要恢复原状非常困难。污染物在地下水中的迁移转化受对流与弥散、机械过滤、吸附与解吸、化学反应、溶解与沉淀、降解与转化等过程的影响。

2．河流的自净作用

河流的自净过程是指河水中的污染物质在河水向下游流动中浓度自然降低的现象。

（1）净化机制（见表9-5）

表9-5　河流净化机制

（2）重点研究内容

①污水排入河流的混合过程（见表9-6）

表9-6　污水排入河流的混合过程

②持久性污染物的稀释扩散

当难以生物降解的持久性污染物随污水稳态排入河流后，经过混合过程到达充分混合段时，污染物浓度可由质量守恒定律得出河流完全混合模式：

式中，c为排放口下游河水的污染物浓度；c_w，Q_w为污水的污染物浓度和流量；c_h，Q_h为上游河水的污染物浓度和流量。

③非持久性污染物的稀释扩散和降解

河流横断面方向达到充分混合后，污染物浓度受到纵向分散作用和污染物自身的分解作用而不断减少。

④水体的氧平衡（氧垂曲线）

图9-1表示一条被污染河流中生化需氧量和溶解氧的变化曲线。横坐标从左到右表示河流的流向和距离，纵坐标表示溶解氧和生化需氧量的浓度。

图9-1　被污染河流中生化需氧量和溶解氧的变化曲线

将污水排入河流处定为基点0。在上游未受污染的区域，BOD₅很低，溶解氧（DO）接近饱和值，在0点有污水排入。图中斜线部分表示DO受污染后低于正常值，黑影部分表示DO低于水体质量标准。

a．在污水未排入前，河水中DO很高，污水排入后因有机物分解作用耗氧，耗氧速率大于大气复氧速率，DO从0点开始向下游逐渐减低；

b．从0点流经2.5d，DO降至最低点，此点称为临界点，该点处耗氧速率等于复氧速率；

c．临界点后，耗氧速率因有机物浓度降低而小于复氧速率，DO又逐渐回升，最后恢复到近于污水注入前的状态。

在污染河流中DO曲线呈下垂状，称为溶解氧下垂曲线（简称氧垂曲线）。

三、污水出路与排放标准

1．污水出路

（1）污水经处理后排放水体

排放水体是污水净化后的传统出路和自然归宿，也是目前最常用的方法。通常经处理净化后的污水仍含有少量污染物，排入水体后有一个逐步稀释、降解的自然净化过程。污水处理厂的排放口一般设在城镇江河的下游或海域，以避免污染城镇给水厂水质和影响城镇水环境质量。

（2）污水的再生利用

与城镇供水量几乎相等的城镇污水中，经城镇污水处理厂处理后的出水水质水量相对稳定，是可靠的潜在水资源，经适当的深度处理后回用于水质要求较低的市政用水、工业冷却水等，是解决城镇水资源短缺的有效途径。城镇污水的再生利用是开源节流、减轻水体污染程度、改善生态环境、解决城镇缺水问题的有效途径之一。

2．污水排放标准

（1）水环境质量标准

我国目前水环境质量标准主要有《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）、《海水水质标准》（GB 3097—1997）、《地下水质量标准》（GB/T 14848—93）。

①《地表水环境质量标准》

依据地表水水域环境功能和保护目标，按功能高低依次将水体划分为五类，见表9-7。

表9-7　地表水水环境质量分类

②《海水水质标准》

按照海域的不同使用功能和保护目标，将海水水质分为四类，见表9-8。

表9-8　海水水环境质量分类

国家《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）规定地表水Ⅰ、Ⅱ类水域、Ⅲ类水域中划定的保护区和海洋水体中第一类海域，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。

（2）污水排放标准

①根据控制形式可分为：a．浓度标准；b．总量控制标准。具体见表9-9。

表9-9　污水排放标准分类（1）

②根据地域管理权限可分为：a．国家排放标准；b．行业排放标准；c．地方排放标准。具体见表9-10。

表9-10　污水排放标准分类（2）

3．污水处理基本方法

（1）污水的处理方法

城市污水处理是通过各种污水处理技术和措施，将污水中所含的污染物质分离、回收利用，或转化为无害和稳定的物质，使污水得到净化。其分类见表9-11。

表9-11　污水处理技术

由于污水中的污染物形态和性质是多种多样的，一般需要几种处理方法组合成处理工艺，达到对不同性质的污染物的处理效果。

（2）污水的处理程度（见表9-12）

表9-12　污水的处理程度