文档介绍：第三章水质管理
引言
水质管理的主要目的是控制人类活动产生的污染,避免水质恶化到无法利用的程度。水质管理是了解对特定水体排入多少污染物会过多的一门科学。通过了解污染物对水质的影响,环境工程师可设计出适当的处理设施,将这些污染物去除到可接受的程度。
水中污染物及其来源
污染源
排放方式
污染性质
点源污染:指工矿废水、生活污水通过管道、沟渠集中排放的污染源。
面源污染:主要来源于集水面上,如农田排放、矿山排水、城市和工矿区的路面排水等。
持久性污染物,如无机盐类、重金属等
非持久性污染物,如好氧有机物
水体酸碱度,以pH值为表征
热效应
水中污染物主要类型
名词介绍
好氧物质:在受纳水体中可被氧化并消耗溶解性分子氧的物质。通常为生物可分解的有机物,但也包括某些无机化合物。溶解氧(DO)的消耗威胁着那些需要氧的鱼类和高等水生生物。临界溶解氧浓度随着生物种类的不同而不同。生活污水中的好氧物质主要来自粪便几残余食物。工业生产中,产生好氧性物质最多的是食品工业和造纸工业。
营养物质:氮和磷是通常最受关注的两种营养物质。同时也是污染物。所有生物的生长均需要这2种物质。但是当营养物质过剩时,食物链受到严重干扰,某些生物过度繁殖时就会出现问题。如云南滇池的富营养化问题。
病原微生物:主要来自患病的人和动物的细菌、病毒与原生动物。当这些病原菌排入地表水体时,会使水无法使用(如钓鱼、游泳等;贝类等水生生物体内病原菌的富集)。
悬浮固体:从废水带入受纳水体中的有机和无机颗粒称为悬浮固体。当废水流入池塘或湖泊、速度降低时,许多颗粒会沉降在湖底而变为沉积物。
盐类:含盐量一般通过将过滤的水样蒸发来测量。不蒸发的盐类与其它物质统称为总溶解性固体(TDS)。当正常水体中盐浓度增加到一定程度后,就会对动植物造成威胁,或使水体无法用于公共给水或用于灌溉。
毒性金属与毒性有机物:农业径流含有杀虫剂和除草剂;城市径流是许多水体中锌的主要来源。许多工业废水中含有毒性金属或/及毒性有机物。这些物质会在水生生物体内富集,导致人类产生各种疾病,如日本的甲基汞事件。丹麦的二恶英火鸡事件等。
热:电力工业排出的废热是众所周知的环境问题。通常工业过程排出的废水温度远远高于受纳水体的温度。而受纳水体水温的升高有时是有害处的,影响到水体中水生生物的生存。当好氧物质存在时,温度的升高将加快好氧速率。
河流水质管理
污染物对河流的影响主要依据河流的水质类型与各个河流的特征而定。河流最重要的特征:河流流量、流速、深度、河底形状以及周遍植物。其它因子包括气候、集水区地质状况、土地使用类型及河流水生生物类型。河流水质管理必须全面考虑这些因素。河流受好氧物质和营养盐的影响最为严重。
(1)好氧物质对河流的影响
无论是有机的还是无机的,都会造成水中溶解氧的降低。
当溶解氧降到临界值以后,鱼类及水生生物便受到威胁。要预测溶解氧的变化必须首先知道污染物排入水体的量以及微生物分解这些污染物需要多少氧。
溶解氧会由大气及水生植物或藻类经光合作用补充,因此河流溶解氧浓度取决于补充与消耗的相对速率。
有机好氧物质的浓度一般以接近于天然水体中有机物分解时氧的消耗量来表示。
(2)生化需氧量(BOD)
物质被完全氧化成CO2和H2O所需要的氧气量称为理论好氧量(ThOD)。按照化学反应式计算。
化学需氧量(COD)与理论需氧量不同,它是一种测量值,而不是利用水中物质的化学组成计算得来的。在COD的分析过程中,水样与强氧化剂(重铬酸)混合并加热煮沸,可用反应前后氧化剂量的差值来计算COD。
有机物的氧化是通过微生物进行的,所消耗的氧量为生物需氧量(BOD)。BOD分析实际测定的是微生物分解有机物时所消耗的氧量。若水中所有有机物的化学组成已知,且均可用化学方法和生物方法完全氧化,则ThOD、COD与BOD这三个值相等。
将含有可分解有机物的水样置于封闭容器中,并接种细菌,其好氧情况如图所示:
L0
BOD
残留L
Lt
L0-Lt
BODt
时间/d
氧消耗量及有机物去除
一般假设:任何时刻的好氧速率正比于当时残留的可分解有机物的浓度。用一次反应的数学式表示:
式中Lt为t时刻残留的BOD,mg/L;k为反应速率常数,也称为好氧系数,1/d。L0为最终时刻的BOD。
根据定义:
一般以10为底来表示:
Example 1: 若废水中BOD3=75mg/L, -1,求最终的BOD。
Solution: 75=L0(1-10-3) L0=116mg/L
以e为底时,k==-1
75=L0(1-e-3) L0=116mg/L
注意:最终BOD(L0)为废水的最大BOD值,由于B