2. 城市污水的处理 《环境学概论》教学辅导——水体环境的污染影响与控制
第一节 水体环境概述
一 . 自然界的水体概况
二 . 天然水的水质
（一）天然水化学成分的形成
决定于它的形成环境。
岩石 土壤 有机物 气候 水文动态
（二）天然水的化学组成
（三）各种类型天然水水质
大气降水 河水 湖泊和水库 地下水
（四）天然水分类法
三 . 水体概念及水体污染
（一）水体的概念
水体 ：指的是以相对稳定的陆地为边界的天然水域。
水质与水体的区别 ：水质主要指水相的性质；水体则包含有除水相以外的固相物质。
（二） 水体的污染
指污染物进入水体中，其含量超过了水体的自然净化能力，使水质变坏，水的用途受到影响，这种情况称为水体污染。
（三） 水体自净
1. 定义：指受污染的水体由于物理、化学、生物等方面的作用，使污染物浓度逐渐降低，经过一段时间后恢复到受污染前的状态。
2. 过程
(1)物理过程：沉淀、稀释、混合等。
(2) 物理和生物化学过程：氧化还原、分解化合、吸附凝聚等。
第二节 水体污染源与污染物
一 . 水体污染物质的来源
工业废水；生活污水；农业退水。
二 . 无机悬浮物
泥沙、炉渣、铁屑、金属氧化物、灰尘等。
三 . 需氧污染物
（一）概述
本身并无危害，而是在微生物转化过程中耗氧。
（二）需氧污染物对水质的影响
1. 溶解氧
溶解氧：水中溶解氧的浓度，称做溶解氧，记为 DO 。
水中 DO 的影响因素：呼吸作用（使 DO 下降）；光合作用（使 DO 上升）；复氧作用（使 DO 上升）；温度作用（温度升高， DO 的饱和浓度降低。
复氧推动力：指水中实际 DO 与该温度下水中氧的饱和浓度之差。复氧推动力越大，复氧速度越快，有利于 DO 的提高。
2. 生化需氧量
生化需氧量（ BOD ）：指一升水中所含的需氧污染物，被生物分解所需消耗的氧的量。
BOD 5 ：在恒温 20 ℃ 下，测定五天（ 120 小时）所得的 BOD 值，称做“五日 BOD ”，记作 BOD 5 。
BOD 5 = 0.7*BOD 总
四 . 难降解的有机污染物
有机污染物，在水体中要逐渐消耗水中的氧。
总需氧量：把有机污染物全部氧化所需的氧量，称做“总需氧量”记作 TOD 。即在高温下，燃烧有机污染物时所耗去的氧量，单位是 mg/L 。
化学需氧量：用化学试剂把有机污染物氧化，这样测得的耗氧量，称做“化学需氧量”记作 COD 。
COD ≤ TOD
OC 与 COD Cr 的区别： OC 是用高锰酸钾法测得的需氧量称之为“化学耗氧量”记作 OC ，也可以简称锰法； COD Cr 是用重铬酸钾法测得的耗氧量称之为“标准铬法”，特别标注为 COD Cr 。 OC<COD Cr 。
问题：区分 BOD 、 BOD 5 、 TOD 、 OC 、 DO 、 COD 、 COD Cr 等有何异同点，之间的关系如何？
五 . 重金属
造成环境污染的重金属主要是汞、铬、镉、铅和“类金属”砷。它们被称为“五毒”。
问题：重金属污染物排入湖水中，沉到了湖底的淤泥中，是水体被污染了呢，还是水质变坏了，或者二者兼有呢？
六 . 植物营养物 ------ 水体富营养化
富营养化：正常水体中也含有一定量的氮、磷、钾、硫等元素及其化合物，但是这些营养物质过多积蓄，反而有害，这叫“富营养化”。
污染现象：“赤潮”和“藻花”
营养物质的来源：水体中过量的氮、磷等营养物质主要来自未加处理或处理不完全的工业废水和生活污水、有机垃圾和家畜家禽粪便以及农施化肥，其中最大的来源是农田上施用的大量化肥。
（ 1）氮源 农田经流挟带的大量氨氮和硝酸盐氮进入水体后，改变了其中原有的氮平衡，促进某些适应新条件的藻类种属迅速增殖，覆盖了大面积水面。例如我国南方水网地区一些湖叉河道中从农田流入的大量的氮促进了水花生、水葫芦、水浮莲、鸭草等浮水植物的大量繁殖，致使有些河段影响航运。在这些水生植物死亡后，细菌将其分解，从而使其所在水体中增加了有机物，导致其进一步耗氧，使大批鱼类死亡。最近，美国的有关研究部门发现，含有尿素、氨氮为主要氮形态的生活污水和人畜粪便，排入水体后会使正常的氮循环变成“短路循环”，即尿素和氨氮的大量排入，破坏了正常的氮、磷比例，并且导致在这一水域生存的浮游植物群落完全改变，原来正常的浮游植物群落是由硅藻、鞭毛虫和腰鞭虫组成的，而这些种群几乎完全被蓝藻、红藻和小的鞭毛虫类（ Nannochloris属，Stichococcus属）所取代。
（ 2 ）磷源 水体中的过量磷主要来源于肥料、农业废弃物和城市污水。据有关资料说明，在过去的 15 年内地表水的磷酸盐含量增加了 25 倍，在美国进入水体的磷酸盐有 60 ％是来自城市污水。在城市污水中磷酸盐的主要来源是洗涤剂，它除了引起水体富营养化以外，还使许多水体产生大量泡沫。水体中过量的磷一方面来自外来的工业废水和生活污水。另方面还有其内源作用，即水体中的底泥在还原状态下会释放磷酸盐，从而增加磷的含量，特别是在一些因硝酸盐引起的富营养化的湖泊中，由于城市污水的排入使之更加复杂化，会使该系统迅速恶化，即使停止加入磷酸盐，问题也不会解决。这是因为多年来在底部沉积了大量的富含磷酸盐的沉淀物，它由于不溶性的铁盐保护层作用通常是不会参与混合的。但是，当底层水含氧量低而处于还原状态时（通常在夏季分层时出现），保护层消失，从而使磷酸盐释入水中所致
第三节 污染物在水体中的化学转化
一 . 有机物的生物降解
自然界有机物基本可分为三类：碳水化合物、蛋白质和脂肪。
生物降解过程：首先，在细胞体外发生水解，分解为较为简单的化合物；然后再透入细胞内部发生进一步的分解（一部分成为合成细胞的材料；另一部分在分解中释放能量）。
二 . 需氧污染物降解与溶解氧平衡
有机污染物排入河流后，主要引起两方面的影响：一是生态学效应；一是溶解氧效应。
1. 生态学效应
生物在种类、数量上的变化。
P ：光合作用的自养生物（降解无机物，水中产生 DO ）的生长速度
R ：异氧生物（破坏有机物，消耗 DO ）的生长速度
2. 溶解氧效应
指水体中溶解的分子态氧的数量变化。
氧垂曲线：假若河水中排入有机物染物，沿河流流动逐时记录其溶解氧浓度，或者在稳定流动状态下沿河道不同距离测定水中溶解氧浓度，则可得到一条溶解氧变化曲线，也就是缺氧量曲线，又称为氧垂曲线。
氧垂曲线分为：清水区、分解区、腐化区和恢复区。
第四节 水体中污染物的扩散与污染控制
一 . 水体中污染物的扩散
污染物排入河流后，按照污染物与水体混合状态，可划分为三个不同阶段：竖向混合阶段、横向混合阶段和纵向混合阶段。
二 . 水体污染的控制
（一）水体污染的防治和管理
1. 制定水环境质量标准
水质标准；工业废水排放标准。
2. 水环境污染防治对策
减少耗水量；建立城市污水处理系统；调整工业布局；加强水资源的规划管理。
（二）废水处理方法
• 废水处理基本方法
物理法；化学法；生物法。
2. 城市污水的处理
一级处理：由筛滤、重力沉淀和浮选等方法串联组成， 100 μ m 以上的大颗粒物质。
二级处理：常用生物法和絮凝法。经过二级处理后的水，一般可以达到农灌标准和废水排放标准。
三级处理：污水的三级处理目的是为了控制富营养化或达到使废水能够重新回收利用。
