高廷耀《水污染控制工程》（第4版）（下册）笔记和课后习题（含考研真题）详解

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内容简介
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第九章　污水水质和污水出路
　9.1　复习笔记
　9.2　课后习题详解
　9.3　考研真题详解
第十章　污水的物理处理
　10.1　复习笔记
　10.2　课后习题详解
　10.3　考研真题详解
第十一章　污水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础
　11.1　复习笔记
　11.2　课后习题详解
　11.3　考研真题详解
第十二章　活性污泥法
　12.1　复习笔记
　12.2　课后习题详解
　12.3　考研真题详解
第十三章　生物膜法
　13.1　复习笔记
　13.2　课后习题详解
　13.3　考研真题详解
第十四章　稳定塘和污水的土地处理
　14.1　复习笔记
　14.2　课后习题详解
　14.3　考研真题详解
第十五章　污水的厌氧生物处理
　15.1　复习笔记
　15.2　课后习题详解
　15.3　考研真题详解
第十六章　污水的化学与物理化学处理
　16.1　复习笔记
　16.2　课后习题详解
　16.3　考研真题详解
第十七章　城市污水回用
　17.1　复习笔记
　17.2　课后习题详解
　17.3　考研真题详解
第十八章　污泥的处理与处置
　18.1　复习笔记
　18.2　课后习题详解
　18.3　考研真题详解
第十九章　工业废水处理
　19.1　复习笔记
　19.2　课后习题详解
　19.3　考研真题详解
第二十章　污水处理厂设计
　20.1　复习笔记
　20.2　课后习题详解
　20.3　考研真题详解
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  本书是高廷耀主编的《水污染控制工程》（第4版）的配套电子书，主要包括以下内容：
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内容预览
第九章　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

污水类型	特点
生活污水	①主要来自家庭或家庭外的餐饮、卫生间、洗衣房等，包括各种生活用水排水；  ②主要成分为纤维素、淀粉、糖类、脂肪和蛋白质等有机物质，氮、磷、硫等无机盐类及泥砂等杂质，还含有多种微生物及病原体
工业废水	①主要是在工业生产过程中被生产原料、中间产品或成品等物料所污染的水；  ②一般而言污染比较严重，往往含有有毒有害物质，需局部处理达到要求后才能排入城镇排水系统，是城镇污水中有毒有害污染物的主要来源
初期雨水	①指雨雪降至地面形成的初期地表径流，将大气和地表中的污染物带入水中，形成面源污染；  ②水质水量随区域环境、季节和时间变化，成分比较复杂
城镇污水	①包括生活污水、工业废水等，在合流制排水系统中包括雨水，在半分流制排水系统中包括初期雨水；  ②成分性质比较复杂，不仅各城镇间不同，同一城市中的不同区域也有差异；  ③影响因素较多，主要为所采用的排水体制，以及所在地区生活污水与工业废水的特点及比例等

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

指标	具体内容
温度	许多工业企业排出的污水都有较高的温度，引起水体的热污染
色度	将有色污水用蒸馏水稀释后与蒸馏水在比色管中对比，一直稀释到两个水样没有色差，此时污水的稀释倍数即为其色度。色度是一项感官性指标。带有金属化合物或有机化合物等有色污染物的污水呈现各种颜色
嗅和味	嗅和味同色度一样也是感官性指标。天然水是无臭无味的，当水体受到污染后会产生异样的气味。水的异臭来源于还原性硫和氮的化合物、挥发性有机物和氯气等污染物质。盐分也会给水带来异味
固体物质	①水中所有残渣的总和称为总固体（TS）。总固体包括溶解性固体（DS）和悬浮固体（在国家标准和规范中，又称悬浮物，用SS表示）。固体残渣根据挥发性能可分为挥发性固体（VS）和固定性固体（FS）。  ②溶解性固体一般表示盐类的含量，悬浮固体表示水中不溶解的固态物质含量，挥发性固体反映固体的有机成分含量

（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CODMn或简称OC；以重铬酸钾作氧化剂时，测得的值称CODCr，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

类别	特征
油类污染物	①包括石油类和动植物油脂两种；  ②工业含油污水所含的油大多为石油或其组分，含动植物油的污水主要产生于人的生活过程和食品工业；  ③油类污染物进入水体后影响水生生物生长、降低水体的资源价值和自净能力
酚类污染物	①有毒有害污染物；  ②水体受酚类化合物污染后影响水产品的产量和质量
表面活性剂	分为硬性洗涤剂（ABS）和软性洗涤剂（LAS）两类，都含有磷
有机酸、碱	①有机酸工业废水含短链脂肪酸、甲酸、乙酸和乳酸等；  ②人造橡胶、合成树脂等工业废水含有机碱，包括吡啶及其同系物；  ③均属于可生物降解有机物，但对微生物有毒害或抑制作用
有机农药	①分为有机氯农药与有机磷农药两大类；  ②有机氯农药（如DDT，六六六等）毒性极大且难分解，会在自然界不断积累，造成二次污染；  ③有机磷农药（含杀虫剂与除草剂）有敌百虫、乐果、敌敌畏等，毒性大，属于难生物降解有机物，并对微生物有毒害与抑制作用
苯类化合物	①主要来源于染料工业废水、炸药工业废水以及电器、塑料、制药、合成橡胶等工业废水；  ②种类繁多，成分复杂，大多属于难生物降解有机物，大大增加城镇污水的净化处理难度，并对微生物有毒害与抑制作用

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

类别	概述
总砷	①砷在水质标准中为保证人体健康及保护水生生物的毒理学指标，以水中砷总量计；  ②元素砷不溶于水，几乎没有毒性，但在空气中极易被氧化为剧毒的三氧化二砷，即砒霜；  ③水环境中的砷多以三价和五价形态存在，三价无机砷化物比五价砷化物对于哺乳动物和水生生物的毒性更大
含硫化合物	①硫在水中存在的主要形式为硫酸盐、无机硫化物和有机硫化物；  ②硫酸盐分布很广，主要来源是石膏、硫酸镁、硫酸钠等矿岩的淋溶、硫铁矿的氧化、含硫有机物的氧化分解以及某些含硫工业废水的污染；  ③硫化氢有强烈的臭味。厌氧生化反应产生的H2S气体，不仅造成恶臭危害，而且会腐蚀下水道和处理构筑物，空气中的H2S超量会引起人畜中毒死亡
氰化物	①氰化物是含-CN化合物的总称，分为简单氰化物、氰络合物和有机氰化物（腈）；②最常见的是氰化氢、氰化钠和氰化钾，易溶于水，有剧毒；  ③天然水体一般不含有氰化物，氰化物主要来源于电镀、煤气、炼焦、化纤、选矿和冶金等工业废水

（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

净化机制	内容
物理净化	指由于污染物质的稀释、扩散、沉淀或挥发等作用而使河水污染物质浓度降低的过程。其中稀释作用是一项重要的物理净化过程
化学净化	指由于污染物质的氧化、还原、分解等作用而使河水污染物质浓度降低的过程
生物净化	指由于水中生物活动，尤其是水中微生物对有机物的氧化分解作用而引起的污染物质浓度降低的过程

（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

阶段	特点
竖向混合阶段	①污染物排入河流后因分子扩散、湍流扩散和弥散作用逐步向河水中分散，一般河流的深度与宽度相比较小，先在深度方向上达到浓度分布均匀，从排入口到深度上达到浓度分布均匀的阶段称为竖向混合阶段；  ②在竖向混合阶段也存在着横向混合作用
横向混合阶段	当深度上达到浓度分布均匀后，在横向上还存在混合过程，经过一定距离后污染物在整个横断面达到浓度分布均匀
断面充分混合后阶段	①在横向混合阶段后，污染物浓度在横断面上处处相等；  ②河水向下游流动的过程中，持久性污染物浓度将不再变化，非持久性污染物浓度将不断减少

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；cw，Qw为污水的污染物浓度和流量；ch，Qh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

分类	功能
Ⅰ类	主要适用于源头水、国家自然保护区
Ⅱ类	主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、幼鱼的索饵场等
Ⅲ类	主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区
Ⅳ类	主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区
Ⅴ类	主要适用于农业用水区及一般景观要求水域

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

分类	功能
第一类	适用于海洋渔业水域，海上自然保护区和珍稀濒危海洋生物保护区
第二类	适用于水产养殖区，海水浴场，人体直接接触海水的海上运动或娱乐区，以及与人类食用直接有关的工业用水区
第三类	适用于一般工业用水区，滨海风景旅游区
第四类	适用于海洋港口水域，海洋开发作业区

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）

类别	特征	优点	缺点
浓度标准	对排出口向水体排放污染物的浓度限值进行规定，单位一般为mg／L	指标明确，对每个污染指标都执行一个标准，管理方便	①由于未考虑排放量的大小，接受水体的环境容量大小、性状和要求等，因此不能完全保证水体的环境质量；  ②企业可以通过稀释来降低排放水中的污染物浓度，造成水资源浪费，水环境污染加剧
总量控制标准	①依据与水环境质量标准相适的水体环境容量来设定；  ②水体的水环境质量要求高，则环境容量小；  ③水环境容量可采用水质模型法等方法计算	可保证水体的质量	对管理技术要求高，需要与排污许可证制度相结合进行总量控制

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）

类别	特征	举例
国家排放标准	按照污水排放去向，对水污染物最高允许排放浓度进行规定，适用于排污单位水污染物的排放管理，以及建设项目的环境影响评价、建设项目环境保护设施设计、竣工验收及其投产后的排放管理	《污水综合排放标准》（GB 8798—1996）、《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）、《污水排入城市下水道水质标准》（CJ 343—2010）等
行业排放标准	根据部分行业排放废水的特点和治理技术发展水平进行制定	《制浆造纸工业水污染物排放标准》（GB 3544—2008）、《船舶工业污染物排放标准》（GB 4286—84）等
地方排放标准	省、直辖市等根据经济发展水平和管辖地水体污染控制需要，依据《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国水污染防治法》进行制定；可以增加但不能减少污染物控制指标数，可以提高但不能降低对污染物排放标准的要求	——

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

类别	特征	举例
物理处理法	利用物理原理和方法，分离污水中的污染物，在处理过程中一般不改变水的化学性质	筛滤法、沉淀法、浮上法、过滤法和膜处理法等
化学及物理化学处理法	利用化学反应的原理和方法，分离回收污水中的污染物，使其转化为无害或可再生利用的物质	中和、混凝、氧化还原、萃取、吸附、离子交换、电渗析等
生物法	利用微生物的新陈代谢功能，使污水中呈溶解和胶体状态的有机污染物被降解并转化为无害物质	①按微生物对氧的需求，可分为好氧处理法和厌氧处理法两类；  ②按微生物存在的形式，可分为活性污泥法、生物膜法等类型

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

处理程度	内容
一级处理	主要去除污水中呈悬浮状态的固体污染物，一级处理一般作为二级处理的前处理。主要技术为物理法
二级处理	污水经过一级处理后，再用生物方法进一步去除污水中的胶体和溶解性污染物的过程。主要采用生物法
三级处理  （深度处理）	一般以更高的处理与排放要求，或以污水的回用为目的，在一、二级处理后增加的处理过程。其技术方法更多地采用物理法、化学法及物理化学法等，与前面的处理技术形成组合处理工艺

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