第一章 水质及其有关标准.doc
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1、第一章 水质及其有关标准第一节 水源水质 一 、原水中的杂质 自然界中的水在太阳照射和地心引力等的影响下不停地流动和转化,通过降水、径流、渗透和蒸发等方式循环不止,构成水的自然循环。 水在自然循环中,无时不与外界接触,由于水极易与各种物质混杂,溶解能力又特别强,几乎在每个环节都有杂质混入,使水质发生变化。任何天然水体都不同程度地含有多种多样的杂质。当水源受到生活污水、工业废水和其它废弃物污染时,水中杂质将更趋复杂。 所有各种杂质,不外乎两种来源:一是自然过程,如地层矿物质在水中的溶解,水中微生物的繁殖及死亡残骸,水流对地表和河床冲刷所带入的泥沙和腐植质等等。二是人为因素,即工业废水和生活污水排
2、入水体所带入的。 无论哪种来源的杂质,都包括无机物、有机物和微生物等。从水处理角度考虑,按它们在水中的存在状态(即尺寸大小)可分为悬浮物、胶体和溶解物三类。 悬浮物 颗粒尺寸:10010毫微米,表现为浑浊;10毫微米1毫米,肉眼可见。 悬浮物尺寸较大,易于在水中下沉或上浮。如果比重小于水,则可上浮到水面。易于下沉的一般是大颗粒泥沙及矿物质废渣等;能够上浮的一般是体积较大而比重小的某些有机物。 胶体 颗粒尺寸:1100毫微米,光照下浑浊。 胶体颗粒尺寸很小,在水中具有稳定性,经长期静置也不会下沉。水中所存在的胶体通常有粘土,某些细菌和病毒,腐植质和蛋白等。有机高分子物质通常也属于胶体一类。 悬浮
3、物和胶体是使水产生浑浊现象的根源。其中有机物,如腐植质和藻类等,还会造成水的色、臭、味。随生活污水排入水体的病菌、病毒和致病原生动物会通过水传播疾病。 悬浮物和胶体一般是生活饮用水处理的去除对象。 天然水中的悬浮物质和胶体物质: 细菌:有致病的和对人体无害的 藻类和原生动物:臭味、色度和浑浊度 泥砂、粘土:造成浑浊度 溶胶:如硅酸胶体等 高分子化合物:如腐植质胶体等 其它不溶性物质 溶解杂质 颗粒尺寸:0.11毫微米,表现为透明。 溶解杂质是指水中的低分子和离子。它们与水构成均相体系,外观透明,称真溶液。但有的溶解杂质可使水产生色、臭、味。溶解杂质是某些工业用水的去除对象。 天然水中的溶解杂质
4、: 盐类 钙镁盐类 重碳酸盐:碱度,硬度 碳酸盐:碱度,硬度 硫酸盐:硬度 氯化物:硬度,腐蚀锅炉 钠盐类 重碳酸盐:碱度,有软水作用 碳酸盐:碱度,有软水作用 硫酸盐:造成锅炉内汽水共腾 氟化物:致病 氯化物:味 铁盐、镁盐类:造成色味,硬度,腐蚀金属 溶解气体 氧:腐蚀金属 二氧化碳:酸度,腐蚀金属 硫化氢:臭味,酸度,腐蚀金属 氮: 其它溶解性物质 二、各种天然水源的水质特点 地下水 水在地层渗滤过程中,悬浮物和胶质已基本或大部去除,水质清澈,且水源不易受外界污染和气温影响,因而水质、水温较稳定,一般易作为生活饮用水和工业冷却用水的水源。 地下水的含盐量较高,因为地下水流经岩层时溶解了各
5、种可溶性矿物质。至于含盐量多少及盐类成分,则决定于地下水流经地层的矿物质成分、地下水埋深和与岩层接触时间等。我国水文地质条件比较复杂,各地区地下水中含盐量相差很大,但大部分地下水的含盐量在200500mg/L之间。一般情况下,多雨地区(如东南沿海和西南地区)由于地下水受到大量雨水的补给,可溶性盐流失,故含盐量较低;干旱地区(如西北和内蒙等地)地下水含盐量则较高。 地下水硬度高于地表水。我国地下水总硬度通常在60300mg/L(以CaO计)之间,少数地区有时高300700mg/L。 我国含铁地下水分布较广,比较集中的地区是松花江流域和长江中下游地区。地下水的含铁量通常在10mg/L以下,个别地区
6、高达30mg/L。 地下水的锰常和铁共存,但含量比铁少。 我国地下水含锰量一般不超过 2 3mg/ L。个别地区也有高达10mg/L的。 江河水 江河水易受自然条件影响。水中悬浮物和胶态杂质含量较多。浊度高于地下水。由于我国幅员辽阔,大小河流纵横交错,自然地理条件相差悬殊,因而各地区江河水的浊度也相差很大。甚至同一条河流的上游和下游、夏季和冬季、晴天和雨天的浑浊度也颇相悬殊。 凡土质、植被和气候条件较好地区(如华东、东北和西南地区大部分河流)浊度均较低,一年中大部分时间内河水较清,只是雨季河水较浑。 江河水的含盐量和硬度较低。含盐量一般在50500mg/L之间。硬度一般在 1530mg/L(以
7、CaO计)以下。 江河水的最大缺点是,易受工业废水、生活污水和其它各种人为污染,因而水的色臭味变化较大,有毒或有害物质易进入水体。水温不稳定,夏季常不能满足工业冷却用水要求。 湖泊水和水库水 湖泊水和水库水,主要由河水补给,水质和河水类似。但由于水流动性小,贮存时间长,经过长期自然沉淀,浊度较低。只有在风浪时以及暴雨季节,由于湖底沉积物或泥沙泛起,才产生浑浊现象。水的流动性小和透明度高,又给水中浮游生物特别是藻类的繁殖创造了条件。因而湖水一般含藻类较多,使水产生色、臭、味。同时,水生物的死亡残骸沉积湖底,使湖底淤泥中积存了大量腐植质,一经风浪泛起,便使水质恶化。湖水也易受废水污染。 由于湖水不
8、断得到补给又不断蒸发浓缩,故含盐量往往比河水高。按含盐量多少分为淡水湖、微咸水湖和咸水湖三种。这与湖的形成历史、水的补给来源和气候条件有关。干旱地区内陆湖由于换水条件差,蒸发量大,含盐量常很高。微咸水湖和咸水湖含盐量在1000mg/L以上直至数万。咸水湖的水不易生活饮用。我国大的淡水湖主要集中在雨水丰富的东南地区。 海水 海水含盐量高,而且所含各种盐类或离子的重量比例基本上一定,这是与其它天然水源所不同的一个显著特点。其中氯化物含量最高,约占总含盐量的89左右;硫化物次之;再次为碳酸盐;其它盐类含量极少。海水一般须经淡化处理才可作为居民生活用水。第二节 污水、污染物质的形态、特征和指标 一、污
9、水的来源与分类 污水的成分取决于污水的来源,来自房屋卫生设备和来自工厂生产设备的污水显然是不同的。河流沟渠中的污水成份取决于各种不同来源的污水成份,即使是同一来源的污水,其成份也不是固定不变的,逐时逐季的变动比较显著。 污水包括生活污水和工业废水两大类。 生活污水是居民在日常生活中所产生的污水,包括厨房洗涤、沐浴、衣物洗涤的污水及冲洗厕所的污水等。这种水的成分取决于居民的生活状况,而成分的变化情况则与居民的生活习惯有关。假如生活状况相似,则各地污水中杂质的平均总量应当相近;但是杂质的浓度却不一定相近,它是与用水量有关的,用水越多,浓度越稀。 工业废水是在工业生产过程中所排出的废水,其成分主要决
10、定于生产过程中应用的原料和化学品。不同的工业生产产生不同性质的废水,同类工业如采用的生产工艺过程不同,产生的废水也不同,即使是同一来源的废水,其成分也会有变化的。 各种工业废水性质虽不相同,但除冷却水等较清洁的废水可以直接排入水体或经某些处理后循环使用外,多半工业废水具有危害性。这种较清洁,不经处理即可排放的工业废水称为生产废水(相对净废水或较净废水),而玷污较严重,须经处理后,方可排放的工业废水称为生产污水。 工业废水是生产污水和生产废水的总称。 城市污水(城市废水)是指排入城镇排水管道的生活污水和工业废水。 二、污水水质指标 表示污水水质污染情况的重要指标有:有毒物质、有机物质、悬浮物、P
11、H值、颜色、温度等;其中悬浮物、pH、颜色、温度等也是给水的重要水质指标。 有毒和有用物质 生活污水一般不含有毒物质,但含有大量有机污染物和相当数量的氮、磷、钾等肥料物质。 生产污水所含的某些污染物质往往对人体和生物有毒害作用。例如:化工厂甲脂、氰化钠车间所排出的污水含有剧毒物质氰化物,乙醛生产中排出的污水含有汞,焦化厂污水中含大量酚等等。但是,这些有毒物质往往又都是有用的工业原料,应当加以回收利用。因此,有毒和有用物质的含量是污水处理与利用工作中的重要水质指标,应通过水质分析加以确定。 有机物 有机物进入水体后,将在微生物作用下进行分解,使水中溶解氧逐渐减少。当水中有机物较多,氧化作用进行得
12、太快,而水体不能及时从大气中吸收足够的氧气来补充消耗的氧时,水中的氧就可能降得很低,例如,低于34毫克升,这时就会影响鱼类的生活。当水中溶解氧耗尽后,有机物甚至开始腐化,发出臭气,影响环境卫生。有机物又是很多微生物(包括病原细菌)生长繁殖的良好食料。有毒有机物更将直接危害人体健康和动植物的生长。因此,污水中有机物的浓度也是一个重要的水质指标。 由于有机物的组成比较复杂,要想分别测定各种有机物的含量比较困难。一般采用生化需氧量和化学需氧量(化学耗氧量)两个指标来表示有机物的含量。如果水中的有机物含有毒性,则需要分别测定这些有毒物质的数量。 生化需氧量 生化需氧量(BOD)表示在有氧的情况下,由于
13、微生物(主要是细菌)的活动,可降解的有机物稳定化所需的氧量。即当污水中溶解氧(DO)充沛时,微生物降解水中有机物所消耗去的溶解氧量。如图1-1 所示有机物的氧化和微生物细胞合成的关系。 图1-1 氧化合成的关系 在图1-1中,Oa为微生物氧化被吸收的有机物的一部分所消耗的氧量,O b表示微生物内源呼吸所消耗的氧量。Oa和Ob之和即表示所产生的BOD。 单位常用单位体积污染水所消耗的氧量(毫克升)来表示。生化需氧量越高,表示水中有机物越多。 温度高,在一定范围内微生物活力强,消耗有机物快,但需氧多,并且有机物被氧化和合成的比值随微生物和有机物的种类而异,所以用BOD来衡量有机物, 仅可作相对的比
14、较,BOD只是间接表示有机物的含量。 由于温度影响微生物的活动,测定生化需氧量须规定一个温度。BOD 测定起源于英国,英国河水夏季的最高平均温度为18.3,所以当时采用18.3作为测定BOD的标准温度。现在大多数国家改用20作为BOD测定的标准温度。 在有氧的情况下,污水中有机物的分解一般是分两个阶段进行的,如图1-2。在第一阶段(亦称碳化阶段)中,主要是有机物被转化成无机的二氧化碳、水和氨;在第二阶段(亦称硝化阶段),主要是氨被转化成亚硝酸盐和硝酸盐。由于碳化作用而消耗的氧量,称为碳化需氧量;由于硝化作用消耗的氧量,则称为硝化需氧量。因为是无机物,所以作为有机污染的指标只采用碳化需氧量( 常
15、称为生化需氧量,不包括硝化所需的氧量。图1-2 碳化与硝化需氧曲线 当温度为20时,一般的有机物(生活污水和性质与之相近的生产污水中的有机物)需20天左右才能基本完成第一阶段的氧化分解过程。这就是说,要确定第一阶段的生化需氧量(简称总生化需氧量或完全生化需氧量,以La或BODn表示)至少需20天左右,这在实际应用中是有困难的。英国河川从内地至出海处全部水流时间不超过5天,所以当初英国采用5天作为测定BOD的标准时间。后来又发现, 这时所测的生化需氧量已有一定的代表性。因此目前大多数国家都采用5 天作为测定的标准时间(所测结果称为5天生化需氧量,用BOD5表示)。根据试验研究, 一般有机物的20
16、五天生化需氧量,约为第一阶段需氧量的70左右,但必须注意某些生产污水的五天生化需氧量,与第一阶段生化需氧量可相差很大或者比较接近。硝化需氧量可以用NOD表示,总的硝化需氧量则以Ln或NODu表示。 20BOD5已是国际公认的BOD标准。但是由于某些原因, 有些国家测定温度不用20而用30或35,有些国家的测定时间用7天。考虑水体自净作用时, 又常要用到第一阶段生化需氧量。所以为了便于比较和计算,需进行BOD的换算。 化学需氧量 化学需氧量(化学耗氧量)表示利用化学氧化剂氧化有机物所需的氧量,单位也以单位体积污染水所消耗的氧量(毫克升)来表示。目前常用的氧化剂为重铬酸钾。这样测得的需氧量称为重铬
17、酸钾耗氧量(DOC或OCD),或化学需氧量( COD或CODcr)。在本书中,如未特别注明, 所谓化学需氧量都指用重铬酸钾所测得的耗氧量。污水的化学需氧量越高,表示所含的有机物越多。 化学需氧量测定可将大部分有机物氧化,并且也包括了水中所存在的无机性还原物质,但不包括硝化所需的氧量。 化学需氧量与生化需氧量的比较 生化需氧量基本上能反映出有机物进入水体后, 在一般情况下氧化分解所消耗的氧量(反映了能被微生物氧化分解的有机物的量),所以比较符合实际情况,在卫生上可以较为直接、确切地说明问题。缺点是完成全部检验需时五天,对于指导生产实践,不够迅速及时,且毒性强的污水可抑制微生物的作用而影响测定结果
18、,有时甚至无法进行测定。 用重铬酸钾所测得的化学需氧量,几乎可以表示出有机物全部氧化时所需的氧量,它的测定不受污水水质的限制,并且在数小时内即能完成。缺点是不能反映被微生物氧化分解的有机物的量,因为其中有一部分耗氧量是氧化无机物造成的。所以一般说,在水污染控制工作中,以采用生化需氧量作为有机物的指标较为合适,但在没有条件或受到水质限制而不能作生化需氧量测定时,可用化学需氧量代替。有机污水的BOD5值与COD值之比大于0.3时,一般被认为是可生化的。 如果污水中各种有机物的相对组成没有变化,那么,化学需氧量和生化需氧量之间,应有一定的比例关系。一般说,COD第一阶段BODBOD5。 总有机碳和总
19、需氧量 总有机碳和总需氧量也都是间接表示有机物含量的指标,都可用仪器测定,测定迅速,但设备比较昂贵。 将水样在高温下燃烧,有机碳即氧化成二氧化碳,量测所产生的二氧化碳的量,即可求出水样的总有机碳(TOC),单位常以碳(C)的毫克升来表示。在进行有机碳分析时需采取措施去除无机碳的干扰。 总需氧量(TOD)表示在高温下燃烧化合物而耗去的氧, 单位以氧的毫克升表示。 悬浮物 水中的污染物质根据它的物理特性,可分为可沉物及漂浮物,胶体物和溶解物等几类。在水质分析中,则常用过滤的方法将杂质分为悬浮物和溶解物。这时胶体的一部分就包括在悬浮物内,另一部分包括在溶解物内。悬浮物会阻塞土壤的空隙,形成河底淤泥等
20、,但其中很多也是有用的物质,一般可用较简单的方法,如筛滤、沉淀等,使它们与污水分离。 沉淀设备中,悬浮物的去除率是衡量沉淀效果的重要指标。 沉淀设备中沉淀下来的物质,如果主要是有机物质,常称为污泥,如果主要是无机物质,则称为沉渣。 污泥所含水量,常以含水率表示,即单位重量污泥所含水的重量百分数。因为污泥含水率一般都很大,比重接近一,所以认为污泥的体积和其中固体物质含量的百分数成反比。 溶解物 一般的说,水中溶解物越多,所含的盐类也越多。溶解物的测定对于某些处理方法的选择有一定的重要意义。例如,采用离子交换法处理水质时,水中所含盐分若特别多,将大大增加离子交换树脂的再生次数,有时甚至使离子交换法
21、不适用。有些生产污水中还含有溶解气体,如H2S、CO2等。 PH值 PH值也是污染指标之一。生活污水一般呈弱碱性。某些生产污水的PH值变化极大,应充分掌握其变化规律。强酸性的污水对混凝土有腐蚀作用。PH值对水中生物及细菌的生长活动也有影响,因而影响污水处理和水体自净过程。对于饮用水,PH值太高或太低都不适宜,一般应在6.58.5之间。 油脂 油脂类物质排入水体后,将漂浮在水面上,形成一层薄膜,阻止大气中的氧溶入水中,从而影响水体的自净作用。油脂含量多时,也会影响某些水处理设备的正常运行。当污水中油脂含量高时,应该考虑回收和利用。 颜色 色素虽然不一定有害,但带有颜色的水容易令人生厌,因此也是一
22、个重要的污染指标。遇到有色污水时,首先应查明来源和浓度,并考虑染料的回收,必要时,应考虑利用没有颜色的污水或天然水体加以稀释,或采用化学及生物化学的方法进行处理。 温度 根据污水的温度,可以确定在回用或处理之前是否需要冷却或加热。对于冷却塔,水温的测定也是很重要的。 微生物 生活污水和某些生产污水含有大量的微生物,其中可能有对人体健康有害的病原微生物。生活污水中可含有引起肠道传染病的细菌和寄生虫卵。制革厂生产污水中可含有炭疽菌。这类细菌极难杀灭,应加以适当的处置。 生活污水的特征 生活污水是浑浊、深色 、具有恶臭的液体,微呈碱性,一般不含毒物, 所含固体物质约占总重量的0.10.2。 生活污水
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- 第一章 水质及其有关标准 水质 及其 有关 标准
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