习 题
污水中的氰化物主要来自电镀、焦化、制革、塑料、农药等工业废水。氰化物为剧毒物质，在污水中以无机氰和有机氰两种类型存在。
除此以外，城市污水中还存在一些无机有毒物质，如无机砷化物，主要以亚砷酸和砷酸盐形式存在。砷会在人体内积累，属致癌物质。
酸碱污染物主要由排入城市管网的工业废水造成。水中的酸碱度以pH反映其含量。酸性废水的危害在于有较大的腐蚀性；碱性废水易产生泡沫，使土壤盐碱化。城市污水的酸碱性变化不大，微生物生长要求酸碱度为中性偏碱为最佳，当pH超出6～9的范围，将会对人畜造成危害。
（3）生物性污染及其危害
生物性污染，指致病菌及病毒等病原微生物排入水体后，直接或间接地使人感染或传染各种疾病。病原体污染来源于粪便、医院污水、屠宰、制革生物制品等工厂排水、垃圾及地表径流等。霉菌毒素污染来源于制药、酿造、制革等工厂的排水。
病原微生物的水污染危害历史悠久，至今仍是威胁人类健康和生命的重要水污染类型。洁净的天然水一般含细菌很少，病原微生物更少。水质监测中通常规定用细菌总数和大肠杆菌群数作为病原微生物污染的间接指标。
病原微生物污染的特点是：数量大，分布广，存活时间长（病毒在自来水中可存活2～288天），繁殖速度快，易产生抗药性。因此，传统的二级生化污水处理及加氯消毒后，某些病原微生物仍能大量存活。因此，此类污染物实际上通过多种途径进入人体，并在体内生存，一旦条件适合，会传播霍乱、伤寒、胃炎、痢疾等病毒污染的疾病和寄生虫病。病毒种类很多，仅人粪尿中就有100多种，常见的有肠道病毒和传染性肝炎病毒，每克粪可含100× 104个，生活污水每克可达（50～700）×104个。
1．2．3 水体自净
1）水体自净
水体自净，指水体受到污染后，通过自身的一系列物理、化学和生物等因素的共同作用，致使污染物质的总量减少或浓度降低，使受污染的水体部分或完全恢复原状的过程。
水体自净的机理包括稀释、混合、吸附沉淀、氧化还原、生物分解、生物转化和生物富集等。一般情况下，自净过程主要取决于水体对受纳污染物的稀释作用以及水体中的微生物对有机污染物的生物降解作用。
水体自净过程十分复杂，按其净化机理可分为：
（1）物理自净
物理自净，指通过污染物质在水体中的稀释、扩散、混合、沉淀和挥发等作用，使水体得到一定程度净化的过程。其净化能力的强弱取决于污染物自身的物理性质（密度、形态、粒度等）以及水体的水文条件（温度、流速、流量等）。物理自净作用只能降低水体中污染物质的浓度，并不能减少污染物质的总量。
（2）化学自净
化学自净，指水体中的污染物质通过氧化、还原、吸附、凝聚、中和等反应，使其浓度降低的过程。影响化学净化能力的因素主要有污染物质的形态和化学性质、水体的温度、酸碱度以及氧化还原电位等。
（3）生物自净
生物自净，指通过水生生物的代谢作用，使水体中的污染物质浓度降低或转化为无害物质的过程。水体生物净化过程进行的快慢和程度与污染物质的性质和数量、微生物种类及水体温度、供氧状况等条件有关。
任何水体的自净作用都是上述三项自净作用的综合，它们同时发生并相互影响，其中常以生物自净作用为主，微生物在水体自净过程中是最活跃、最积极的因素。图1．4为河水净化示意图。
图1．4 河水自净示意图
如图1．5所示，正常河流处于清洁带，水中的溶解氧与好氧物质处于一种平衡状态。当有机污染物排入水体后，河流处于污染带，微生物降解有机物而将水中的溶解氧消耗殆尽，使河水出现氧不足现象，或称亏氧状态，此时的溶解氧曲线处于如同一只勺子的底部。随着大气向水体不断溶氧，又使得水体中的溶解氧逐步得到恢复，河流处于恢复带，最后达到正常清洁状态。描述被污染河流中溶解氧的变化曲线，称为氧垂曲线。
图1．5 被污染河流中生化需氧量与溶解氧的变化曲线
2）水环境容量
水环境容量，是指在不影响水的正常用途的情况下，水体所能容纳污染物的最大负荷量或自身调节并保持生态平衡的能力。正确认识和利用水环境容量对水污染控制有重要意义，它是环境管理部门制定地方性、专业性水域排放标准的依据之一，是确定水污染实施总量控制的依据，是水环境管理的基础。
水环境容量的大小除与水体的本身特性如河宽、水深、流量、流速以及天然水质、水文特征等有关外，还与水体的用途和功能、污染物特性有关。水体功能越强，对水质要求也就越高，其水环境容量越小。反之，当水体的水质指标不甚严格时，水环境容量将会大一些；污染物的物理、化学性质越稳定，其环境容量越小。例如，耗氧性有机物的水环境容量比难降解有机物的水环境容量大得多，而重金属的水环境容量则甚微。
1．3 水质指标与水质标准
1．3．1 水质指标
水质指标又称为水质参数，指水样中除去水分子外所含杂质的种类和数量，是反映水的性质的一种量度，是判断和综合评价水体质量并对水质进行界定分类的重要参数。
水质指标有的涉及单项质量浓度具体数值，如水中的铁、锰等；有的不代表具体成分，但能直接或间接反映水的某一方面的性质，如水的色度、浑浊度、COD等，称为替代参数。
1）物理性指标
（1）温度
水温与水的物理化学性质有关，气体的溶解度、微生物的活动及pH、硫酸盐的饱和度等都受水温影响。许多工业排放的废水都有较高的温度，这些废水排放使水体水温升高，造成水体热污染。
（2）色度
色度是一项感官性指标，表现在水体呈现的不同颜色，分为表色与真色。表色指由悬浮物造成的色度，真色指由胶体物质和溶解物质形成的色度。色度污染会使水体的色度加深，透光性减弱，还会影响水生生物的光合作用，抑制其生长繁殖，妨碍水体的自净作用。
纯净水无色透明，天然水中含有黄腐酸呈黄褐色，含有藻类的水呈绿色或褐色，较清洁的地表水色度一般为15～25度，湖泊水可达60度以上，饮用水色度不超过15度。
生活污水的颜色一般呈灰色。工业废水则由于工矿企业的不同，色度差异较大，如印染、造纸等生产污水色度很高。带有金属化合物和有机化合物等有色污染物的污水呈现各种颜色。将有色污水用蒸馏水稀释后与参比水样对比，一直稀释到二水样色差一样，此时污水的稀释倍数即为色度。
（3）嗅和味
嗅和味属感官性指标，靠人体的感官测定，可定性反映水体中污染物的多少。天然水是无嗅无味的。当水体受到污染后会产生异味。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。不同盐分会给水带来不同的异味，如氯化钠带咸味、硫酸镁带苦味、铁盐带涩味、硫酸钙带甜味等。
（4）固体物质
总固体（TS），指水中所有残渣的总和，包括溶解性固体（DS）和悬浮固体（SS）。溶解性固体指水样经过滤后，滤液蒸干所得的固体。悬浮固体指滤渣脱水烘干后所得的固体。
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）。将固体在600℃的温度下灼烧，挥发掉的量即是挥发性固体，灼烧残渣则是固定性固体。
溶解性固体表示盐类的含量，悬浮固体表示水中不溶解的固体物质的量，挥发性固体反映固体的有机成分量。
水体含盐量多将影响生物细胞的渗透压和生物的正常生长。悬浮固体可能造成水道淤塞。
（5）浑浊度
浑浊度表示水中含有悬浮物及胶体状态的杂质。地下水悬浮物较少，但水流经岩层时溶解了各种可溶矿物质，其含盐量高于地表水（海水及咸水湖除外），故硬度高于地表水。我国地下水总硬度平均为60～300mg／L，有的地区可高达700mg／L。地表水主要以江河水为主，其水中的悬浮物和胶体杂质较多，浊度高于地下水，但其含盐量和硬度较低。
2）化学性指标
（1）有机性指标
生活污水和某些工业废水中所含的碳水化合物、蛋白质、脂肪等有机物化合物在微生物作用下最终分解为简单的无机物质、二氧化碳和水等。这些有机物在分解的过程中需要消耗大量的氧，故属耗氧污染物。耗氧有机污染物是使水体产生黑臭的主要因素之一。
污水中有机污染物主要危害是消耗水中溶解氧。在实际工作中采用生物化学需氧量、化学需氧量、总有机碳、总需氧量等指标来反映水中需氧有机物的含量。
①生物化学需氧量。生物化学需氧量（Bio唱Chemical Oxygen Demand，BOD），指水中有机污染物被好氧微生物分解时所需要的氧气量（单位为mg／L），反映在有氧条件下，水中可生物降解的有机物的量。生物化学需氧量越高，表示水中需氧有机污染物越多。
有机污染物被好氧微生物氧化分解的过程分为两个阶段：第一阶段是有机物被转化成二氧化碳、水和氨；第二阶段是氨被转化为亚硝酸盐和硝酸盐。污水的生化需氧量通常只指第一阶段有机物生物氧化所需的氧量。微生物的活动与温度有关，测定生化需氧量时一般以20℃作为测定的标准温度。一般生活污水中的有机物需20d左右才能基本完成第一阶段的分解氧化过程，即测定第一阶段的生化需氧量至少需20d时间，这在实际工作中有困难。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）。一般有机物的5日生化需氧量约为第一阶段生化需氧量的70%。
②化学需氧量。化学需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD），指用化学氧化剂氧化水中有机污染物时所消耗的氧化剂量（单位为mg／L）。化学需氧量越高，表示水中有机污染物越多。
常用氧化剂为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。如果废水中有机物的组成相对稳定，则化学需氧量和生化需氧量之间应有一定的比例关系。重铬酸钾化学需氧量与第一阶段生化需氧量之差，可以粗略地表示不能被好氧微生物分解的有机物量。
③总有机碳。总有机碳（Total Organic Carbon，TOC），指水样中所有有机污染物质的含碳量，是评价水样中有机污染物质的一个综合参数。
④总需氧量。总需氧量（Total Oxygen Demand，TOD），指有机物中含有的碳、氢、氮、硫等元素全被氧化时的需氧量。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。
⑤油类污染物。油类污染物有石油类和动植物油脂两种。油类污染物进入水体后影响水生生物的生长，降低水体的资源价值。油膜覆盖水面阻碍水的蒸发，影响大气和水体的热交换。油类污染物进入海洋，改变海面的反射率和减少进入海洋表层的日光辐射，对局部地区的水文气象条件可能产生一定的影响。大面积油膜阻碍氧气进入水体，降低水体的自净能力。
⑥酚类污染物。酚类化合物是有毒有害污染物。水体受酚类化合物污染后影响水产品的产量和质量。酚的毒性还可抑制水中微生物的自然生长速度，有时甚至使其停止生长。
（2）无机性指标
①植物营养元素。污水中的N、P为植物营养元素，从农作物生长角度看，植物营养元素是重要物质，但过多的N、P进入天然水体却易导致富营养化。
②pH。一般要求处理后水的pH为6～9，天然水体的pH一般为6～9，当受到酸碱污染时pH发生变化，消灭或抑制水体中生物的生长，妨碍水体自净，还可腐蚀船舶。若天然水体长期遭受酸碱污染，使水质逐渐酸化或碱化，会对正常生态系统产生影响。
③重金属。金属主要指汞、镉、铅、铬、镍以及砷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。采矿和冶炼是向环境中释放重金属的最主要的污染源。
3）生物性指标
（1）细菌总数
水中细菌总数反映了水体受细菌污染的程度。细菌总数不能说明污染的来源，必须结合大肠杆菌的群数来判断水体污染的来源和安全程度。
（2）大肠杆菌群
水是传播肠道疾病的重要媒介，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。
1．3．2 水质标准
水质标准，指有关部门制定的针对不同用水对象或污染物排放主体所要求的各项水质指标应达到的限值。供水水质标准保障人类生活、生产不同用途时的水质安全，污水排放标准保障人类生活、生产使用后的污水进入水体前的水质安全，避免出现水体污染。
1）水环境质量标准
水环境质量标准，指为控制和消除污染物对水体的污染，根据水环境长期和近期目标而提出的质量标准。除制定全国水环境质量标准外，各地区还可参照实际水体的特点、水污染现状、经济和治理水平，按水域主要用途，会同有关单位共同制定地区水环境质量标准。
现已发布的水环境质量标准有枟地表水环境质量标准枠（GB 3838—2002）、枟海水水质标准枠（GB 3097—1997）、枟农田灌溉水质标准枠（GB 5084—2005）、枟渔业水质标准枠（GB 11607—1989）和枟景观娱乐用水水质标准枠（GB 12941—1991）、枟地下水质量标准枠（GB／T 14848—1993）等。这些标准详细规定了各类水体中污染物的允许最高含量。
地表水环境质量标准依据地表水域环境功能和保护目标，按功能高低依次划分为5类：
①Ⅰ类：主要适用于源头水、国家自然保护区。
②Ⅱ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、仔稚幼鱼的索饵场等。
③Ⅲ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。
④Ⅳ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。
⑤Ⅴ类：主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。
该标准按照上述地表水5类水域功能，规定了水质项目和标准值、水质评价、水质检测以及标准的实施与监督。
2）生活饮用水卫生标准
生活饮用水，指供人日常生活的饮水和生活用水。饮水包括用作日常生活饮水的桶装水和瓶装水，但不包括饮料和矿泉水。生活用水应符合标准，以免危害人体健康。
生活饮用水卫生标准包括生物学指标6项、消毒剂指标4项、毒理学指标74项、感官性状和一般化学指标20项、放射性指标2项、总计106项。
（1）微生物指标
微生物指标要求饮用水中不含有病原微生物（细菌、病毒、原虫、寄生虫等），在流行病学上安全可靠。
病原微生物对人类健康影响最大，它能够在同一时间内使大量饮用者患病。饮用水处理厂采用能充分反映病原微生物存在与否的指示微生物作为控制指标，如总大肠菌群和大肠埃希氏菌。
由隐孢子虫和贾第鞭毛虫等致病原生动物可引起的水媒介流行病，在饮用水卫生标准中作了明确规定。
（2）毒理指标
毒理指标要求水中所含的无机物和有机物在毒理学上安全，对人体健康不产生毒害和不良影响。
水中有毒化学物质少数是天然存在的，如某些地下水中含有氟或砷等无机毒物，绝大多数是人为污染的，也有少数是在水处理过程中形成的，如三卤甲烷和卤乙酸等。
（3）感官性状和一般化学指标
感官性状和一般化学指标要求饮用水感官良好，无不良刺激或不愉快的感觉。
水的色度、浑浊度、嗅、味和肉眼可见物，虽然不会直接影响人体健康，但会引起使用者的厌恶感。浑浊度高时不仅让人感到不快，而且病菌、病毒及其他有害物质常常附着于形成浑浊度的悬浮物中。降低浑浊度可以满足感官性状要求，同时对限制水中其他有毒、有害物质含量具有积极意义。
一般化学指标与感官性状有关，所以与感官性状指标列在同一类中。化学指标中所列的化学物质和水质参数包括以下几类：
第一类是对人体健康有益但不宜过量的化学物质。如铁是人体必需元素之一，但水中铁含量过高会使洗涤的衣物和器皿染色并会形成令人厌恶的沉淀或异味。
第二类是对人体健康无益但毒性也很低的物质，如阴离子合成洗涤剂对人体健康危害不大，但水中含量超过0．5mg／L时会使水起泡且有异味。水的硬度过高，会出现烧水器具内壁结垢，洗涤衣服时浪费肥皂等。
第三类是高浓度时具有毒性，但其浓度远未达到致毒量时，在感官性状方面即表现出来。如酚类物质有促癌或致癌作用，但水中含量很低，远未达到致毒量时，即具有恶臭，加氯消毒后所形成的氯酚恶臭更甚。故挥发酚按感官性状制定标准是安全的。
（4）放射性指标
水中放射性核素来源于天然矿物侵蚀和人为污染。放射性核素是发射α射线和β射线的放射源，所以放射性物质均为致癌物。当放射性核素剂量很低时，不需鉴定特定核素，只需测定总α射线和β射线的活度，即可确定人类可接受的放射水平。在饮用水标准中，放射性指标通常以总α射线和总β射线作为控制指标。若α或β射线指标超过控制值时，或水源受到特殊核素污染时，则应进行核素分析和评价以判定能否饮用。
枟生活饮用水卫生标准枠（GB 5749—2006）中分常规指标和非常规指标两类。为保证用户饮用安全，生活饮用水中不得含有病原微生物，化学物质、放射性物质不得危害人体健康，生活饮用水的感官性状良好，并应经消毒处理。
3）再生水水质标准
再生水，指污废水经二级处理和深度处理后供作回用的水。当二级处理出水满足特定回用要求，并已回用时，二级处理出水也可称为再生水。
再生水回用标准主要体现水污染防治和水资源开发政策，提高用水效率，做好城镇节约用水工作，合理利用水资源，实现城镇污水资源化，减轻污水对环境的污染，促进城镇建设和经济建设可持续发展。再生水回用分类标准考虑饮用和非饮用、与人体接触和非接触，以及是否进入食物链等重要因素。
再生水回用就是将城市居民生活及生产中使用过的水经过处理后回用。有两种不同程度的回用：一种是将污水处理到可饮用的程度，另一种则是将污水处理到非饮用的程度。
我国制定的枟城市污水再生利用枠系列标准目前拟分为5项，分别为分类、城市杂用水水质、景观环境用水水质、补充水源水质和工业用水水质。
4）工业用水水质标准
工业用水种类繁多，水质要求各不相同。水质要求高的工艺用水，不仅要求去除水中悬浮杂质和胶体杂质，而且还需要不同程度地去除水中的溶解杂质。
食品、酿造及饮料工业的原料用水，水质要求应当高于生活饮用水的要求。纺织、造纸工业用水，要求水质清澈，对易于在产品上产生斑点影响印染质量或漂白度的杂质含量有严格限制，如铁和锰会使织物或纸张产生锈斑，水的硬度过高也会使织物或纸张产生钙斑。
对锅炉补给水，凡能导致锅炉、给水系统及其他热力设备腐蚀、结垢及引起汽水共腾现象的各种杂质，都应大部或全部去除。锅炉压力和构造不同，水质要求也不同。汽包锅炉和直流锅炉的补给水水质要求相差悬殊，锅炉压力越高，水质要求也越高。如低压锅炉（压力＜2450kPa），应限制给水中的钙、镁离子含量和含氧量及pH。当水的硬度符合要求时，即可避免水垢的产生。
在电子工业中，零件的清洗及药液的配制等都需要纯水。例如，在微电子工业的芯片生产过程中，几乎每道工序都要用高纯水清洗。
许多工业部门在生产过程中需要大量冷却水，用以冷凝蒸汽以及工艺流体或设备降温。冷却水对水温、水质都有要求。如水温要低，如果水中存在悬浮物、藻类及微生物等，会使管道和设备堵塞；在循环冷却系统中，应控制在管道和设备中由于水质所引起的结垢、腐蚀和微生物繁殖。
5）污水综合排放标准
要防止水体污染，保持水体达到一定的水质标准，必须对排入水体的污染物种类和数量进行严格控制。我国排放标准分为两类：第一类为一般排放标准，如枟污水综合排放标准枠（GB 8978—1996）；第二类为行业排放标准，如枟城镇污水处理厂污染物排放标准枠（GB 18918—2002）。
枟污水综合排放标准枠（GB 8978—1996）适用于现有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。按照污水排放去向，分年限规定了69种水污染物最高允许排放浓度及部分行业最高允许排水量，按地面水域使用功能要求和污水排放去向，对地面水水域和城市下水道排放的污水分别执行一、二、三级标准。
①排入枟地表水环境质量标准枠（GB 3838—2002）Ⅲ类水域和枟海水水质标准枠（GB 3097—1997）Ⅱ类水域，如一般经济渔业水域、重点风景游览区等，执行一级标准；
②排入枟地表水环境质量标准枠中Ⅳ、Ⅴ类水域和排入枟海水水质标准枠中三类海域的污水，执行二级标准；
③排入设置二级污水处理厂的城镇排水系统的污水，执行三级标准；
④排入未设置二级污水处理厂的城镇排水系统的污水，必须根据排水系统出水受纳水域的功能要求，分别执行一级或二级标准；
⑤对特殊保护的水域，即枟地表水环境质量标准枠中Ⅰ、Ⅱ类水域和Ⅲ类水域中划定的保护区和枟海水水质标准枠中一类海域，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。
枟污水综合排放标准枠将排放的污染物按性质及控制方式分为两类。第一类污染物是指能在环境中或动物体内蓄积，对人类健康产生长远不良影响的污染物质。含有此类有害污染物质的污水，不分行业和排水方式，不分建设的具体时间，也不分受纳水体的功能类别，在车间或车间处理设施的出口取样化验。第二类污染物是指长远影响小于第一类污染物质。
6）城镇污水处理厂污染物排放标准
枟城镇污水处理厂污染物排放标准枠（GB 18918—2002）分年限规定了城镇污水处理厂出水、废气和污泥中污染物的控制项目和标准值，居民小区和工业企业内独立的生活污水处理设施污染物的排放管理也按该标准执行。对于排入城镇污水处理厂的工业废水和医院污水，应达到枟污水综合排放标准枠（GB 8978—1996）、相应行业的国家排放标准、地方排放标准的限值及地方总量控制要求。
枟城镇污水处理厂污染物排放标准枠根据污染物的来源及性质，将污染物控制项目分为基本控制项目和选择控制项目两类。基本控制项目主要包括影响水环境和城镇污水处理厂一般处理工艺可以去除的常规污染物以及部分一类污染物，共19项。基本控制项目必须执行。选择性控制项目包括对环境有较长期影响或毒性较大的污染物，共计43项。选择控制项目由地方环境保护行政主管部门根据污水处理厂接纳的工业污染物的类别和水环境质量要求选择控制。
根据城镇污水处理厂排入地表水地域环境功能和保护目标，以及污水处理厂的处理工艺，将基本控制项目的常规污染物标准值分为一级标准、二级标准、三级标准。一级标准分为A标准和B标准。一类重金属污染物和选择控制项目不分级。
一级标准的A标准是城镇污水处理厂出水作为回用水的基本要求。当污水处理厂出水引入稀释能力较小的河湖作为城镇景观用水和一般回用水等用途时，执行一级A标准。
城镇污水处理厂出水排入地表水Ⅲ类功能水域（划定的饮用水水源保护区和游泳区除外）、海水二类功能水域和湖、库等封闭或半封闭水域时，执行一级标准的B标准。
城镇污水处理厂出水排入地表水Ⅳ、Ⅴ类功能水域或海水三、四类功能海域，执行二级标准。
非重点控制流域和非水源保护区的建制镇的污水处理厂，根据当地经济条件和水污染控制要求，采用一级强化处理工艺时，执行三级标准。但必须预留二级处理设施的位置，分期达到二级标准。
1．4 水处理工程技术及发展
1．4．1 水处理工程技术的概念
水处理工程技术，指人类为满足生活、生产对水质的要求，采用工程技术方法和手段，研究设计并建造相应的水处理工程设施和设备，通过生产运行去除水中含有的不需要的物质以获得符合水质标准的商品水的过程。
人类从自然水体中取水、用水，然后再排入到自然水体。为了满足生活、生产活动对水的需求，必须对自然水体进行净化处理才能使用，同时对排入自然水体的水要进行净化处理才能排放。
枟生活饮用水卫生标准枠（GB 8978—2006）和枟城镇污水处理厂污染物排放标准枠（GB 18918—2002）是水处理工程技术的法律依据。
给水处理工程技术，指以自然水体为水源，通过工程技术手段，将水质处理到符合人类生活、生产用水标准的过程。给水处理目的包括去除或部分去除水中杂质，如有机物、无机物和微生物等，达到使用水质标准；在水中加入某种化学成分以改善使用性质，如饮用水中加氟以防止龋齿，循环冷却水中加缓蚀剂及阻垢剂以控制腐蚀、结垢等；改变水的某些物理化学性质，如调节水的pH、水的冷却等。
污水处理工程技术，指人类为保护自然水体不被污染，通过工程技术手段，将生活、生产使用过的污水中所含的污染物质分离出来，或将其转化为无害物质，处理到符合排放标准的过程。
1．4．2 水处理工程技术的分类
水处理工程技术有多种分类方法：
①从人类参与水的循环角度出发，分为给水处理工程技术和污水处理工程技术。
②从水处理的工艺流程角度出发，分为单元法、组合工艺法。
③从水处理的学科角度出发，分为物理法、化学法、生物化学法。
④按照给水水源不同，分为地表水处理技术、地下水处理技术。
⑤按照给水水源水质不同，分为一般水源水处理技术、受污染水源水处理技术。
⑥按照用水对象和处理程度不同，分为生活饮用水处理技术、优质饮用水处理技术、工业用水处理技术、城市生活杂用水处理技术、城市景观用水处理技术等。
⑦按照污水处理对象不同，分为城镇生活污水处理技术、工业废水处理技术。
⑧按照污水处理程度不同，分为污水一级处理、污水二级处理和污水三级处理。
1．4．3 水处理程度
1）给水处理程度
（1）生活饮用水
生活饮用水要求达到枟生活饮用水卫生标准枠（GB 8978—2006）要求的水质标准。生活饮用水中不得含有病原微生物，水中化学物质、放射性物质不得危害人体健康，感官性状良好，应经消毒处理。
（2）优质饮用水
世界卫生组织（WHO）根据对世界长寿地区的大量调查结果进行分析，提出优质饮用水的6条标准：不含有害人体健康的物理性、化学性和生物性污染；含有适量的有益于人体健康，并呈离子状态的矿物质（钾、镁、钙等含量在100mg／L左右）；水的分子团小，溶解力和渗透力强；水的硬度适中，导热、导电性能要好；应呈现弱碱性（pH为8～9）；水中含有溶解氧（5mg／L左右），含有碳酸根离子，可以迅速、有效地清除体内的酸性代谢产物和各种有害物质。
（3）工业特种用水
工业用水种类繁多，水质要求各不相同。即使是同一种工业，不同的生产工艺过程，对水质的要求也有差异。应当根据工艺要求，对水质进行必要的处理以保证工业生产的正常进行。工业用水的水质优劣，与工业生产的发展和产品质量的提高关系很大。大多数工业用水，不仅要求去除水中悬浮杂质和胶体杂质，而且还要不同程度地去除水中的溶解杂质。在电子工业中，零件的清洗及药液的配制等，都需要不同程度的纯水。特别是半导体器件和集成电路的生产，几乎每道工序均需纯水乃至高纯水进行清洗。冷却水除对水温有一定的要求外，还要求不发生悬浮物和溶解盐类的沉淀，没有藻类等微生物的滋长，以防堵塞管道和设备。还要求对设备无腐蚀作用。
2）污水处理程度
（1）一级处理
一级处理主要去除污水中呈漂浮、悬浮状态的固体污染物质。物理处理大部分只能完成一级处理的要求。经过一级处理后的污水，BOD一般可去除30%左右，达不到排放标准要求。一级处理属于二级处理的预处理。
（2）二级处理
二级处理主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质（即BOD、COD物质），去除率可达90%以上，使有机污染物达到排放标准。二级处理主要指生物处理。
（3）三级处理
三级处理是在一级、二级处理后，进一步处理难降解的有机物、磷和氮等能够导致水体富营养化的可溶性无机物等。主要方法有生物脱氮除磷法、混凝沉淀法、砂滤法、活性炭吸附法、离子交换法、电渗析法和膜法等。三级处理是深度处理的同义语，但两者又不完全相同。三级处理常用于二级处理之后的补充处理；而深度处理则以污水回收、再生利用为目的。
1．4．4 水处理方法
1）物理处理法
物理处理法指借助于物理作用分离和除去水中的不溶性悬浮物或固体的方法。常用的物理处理法有均和调节、筛滤、沉淀、离心分离、过滤、高梯度磁分离、物理消毒等。
（1）均和调节
均和调节分水质调节和水量调节，目的在于减少污水特征上的波动，为后续水处理系统提供稳定和优化的操作条件。水质调节是对不同时间或不同来源的污水进行混合，使流出的水质比较均匀。水量调节分为线内调节和线外调节两种。
（2）筛滤
利用留有孔眼的装置或由某种介质组成的滤层截留废水中的悬浮固体的方法。使用设备有：格栅，用以截阻大块固体污染物；筛网，用以截阻、去除废水中的纤维、纸浆等较细小的悬浮物；布滤设备，用以截阻、去除废水中的细小悬浮物；砂滤设备，用以过滤截留更为微细的悬浮物。
（3）沉淀
沉淀指水中悬浮颗粒在重力作用下从水中分离出来的过程。这种方法简单易行，分离效果好，是水处理的重要工艺，在每一种水处理过程中几乎都有使用。在各种水处理工艺中，沉淀的作用有所不同。
（4）离心分离
污水中的悬浮物借助离心设备的高速旋转，在离心力作用下与水分离的过程。由于离心力场中悬浮物所受的离心力远大于它所受的重力，所以能获得很好的分离效果，远超过重力沉降法。
（5）过滤
过滤指待滤水通过过滤介质（或过滤设备）时，水中固体物质从水中分离出来的一种单元处理方法。过滤分为表面过滤和滤层过滤（又称滤床过滤或深层过滤）两种。表面过滤是指尺寸大于介质孔隙的固体物质被截留于过滤介质表面而让水通过的一种过滤方法，如滤网过滤、微孔滤膜过滤等。滤层过滤是指在过滤设备中填装粒状滤料（如石英砂、无烟煤等）形成多孔滤层的过滤。
（6）高梯度磁分离
对水中弱磁性或反磁性物质，可以通过提高磁场梯度的办法来增大磁力使之分离的方法。常用的设备为磁过滤器。
2）化学处理法
化学处理法指通过化学反应和传质作用来分离、去除废水中呈溶解、胶体状态的污染物或将其转化为无害物质的废水处理法。以投加药剂产生化学反应为基础的处理单元有混凝、中和、氧化还原等；以传质作用为基础的处理单元有萃取、汽提、吹脱、吸附、离子交换以及电渗吸和反渗透等。
在水处理工程技术领域，化学处理法一般指以投加药剂产生化学反应为基础的处理单元，常用的化学处理法如下：
（1）中和
在酸（碱）废水中投加碱（酸）生成弱解离的水分子，同时生成可溶解或难溶解的其他盐类，从而消除它们的有害作用。
（2）混凝
在未经处理或等待进一步处理的水中投加电解质，使水中不易沉淀的胶体和悬浮物聚结成易于沉淀的絮凝体的过程。混凝包括凝聚和絮凝两个阶段。
（3）化学沉淀
化学沉淀指向水中投加某种化学药剂，与水中一些溶解物质发生化学反应而生成难溶物沉淀下来。
（4）氧化还原
化学氧化指用氧化剂氧化水中溶解性有毒有害物质使之转化为无毒无害或不溶物质的方法。氧化、还原同时发生，氧化剂得到电子得以还原，而使另一种物质失去电子受到氧化。给水处理常用氧、氯等氧化剂氧化水中铁、锰、铬、氰等无机物和多种有机物等生成不溶物质沉淀去除。用氯、二氧化氯等氧化剂灭活水中绝大多数病原体进行消毒。
（5）电解
电解法指利用电解原理，将含有电解质的污水通过电解过程，在阴、阳两极上分别发生还原反应和氧化反应，从而使某些污染物转化为无害物质以实现污水净化的方法。
（6）化学消毒
化学消毒指通过向水中投加化学消毒剂来实现消毒，主要有氯化法、臭氧消毒法、二氧化氯消毒法等。
3）物理化学处理法
物理化学指以物理的原理和实验技术为基础，研究化学体系的性质和行为，发现并建立化学体系中特殊规律的学科，是化学的一个分支。
在水处理工程技术领域，物理化学处理法一般指通过传质作用来分离、去除废水中呈溶解、胶体状态的污染物或将其转化为无害物质的水处理法。以传质作用为基础的处理单元有气浮、吸附、离子交换、膜分离技术（电渗析、反渗透、超滤）、萃取、汽提、吹脱等。
还有一种说法，物理化学处理法指运用物理和化学的综合作用使水得到净化的方法。它是由使用物理方法和化学方法组成的废水处理系统，或是包括物理过程和化学过程的单项处理方法，如浮选、吹脱、结晶、吸附、萃取、电解、电渗析、离子交换、反渗透等。
（1）气浮
固液分离或液液（如含油水）分离的一种方法。利用大量微细气泡粘附于杂质、絮粒之上，将悬浮颗粒浮出水面而去除的工艺。
（2）吸附
吸附可以发生在固相液相、固相气相或液相气相之间。在某种力的作用下，被吸附物质移出原来所处的位置在界面处发生相间积聚和浓缩的现象称为吸附。由分子力产生的吸附为物理吸附；由化学键力产生的吸附为化学吸附。
（3）离子交换
离子交换指用一种不溶于水且带有可交换基团的固体颗粒（离子交换剂）从水溶液中吸附阴、阳离子，且把本身可交换基团中带相同电荷的离子等当量地释放到水中，从而达到去除水中特定离子的过程。离子交换法广泛应用于硬水软化、除盐和工业废水中的铬铜等重金属的去除。
（4）膜分离技术
膜分离技术指在电位差、压力差或浓度差推动力作用下，利用特定膜的透过性能，分离水中离子、分子和固体微粒的处理方法。在水处理中，通常采用电位差和压力差两种。利用电位差的膜分离法有电渗析法；利用压力差的膜分离法有微滤、超滤、纳滤和反渗透法。
（5）萃取
萃取是利用溶质在互不相溶的溶剂里溶解度的不同，用一种溶剂把溶质从另一溶剂所组成的溶液里提取出来的操作方法。
（6）吹脱
吹脱法是用来脱除污水中的溶解气体和某些极易挥发的溶质的一种气液相转移分离法。其过程是，将空气通入污水中，使其与污水充分接触，污水中的溶解气体和易挥发的溶质便穿过气液界面，进入空气相，从而达到脱除溶解气体（污染物）的目的。吹脱法常用于去除污水中含有的有毒、有害的溶解气体，如CO2、H2 S、HCN等。
4）生物化学处理法
生物化学处理法指利用微生物的代谢作用，使水中呈溶解和胶体状态的有机污染物转化为无害物质，以实现净化的方法。分为好氧生物处理法和厌氧生物处理法。常用的好氧生物处理法有活性污泥法、生物膜法、自然生物处理法等。
曝气及生物处理以往主要应用在污水处理领域，随着原水污染的加剧，生活饮用水水源中有机污染物的含量越来越高，采用曝气可以去除水中溶解气体如CO2、H2 S等，以及能引起嗅和味的物质和挥发有机物（VOC）。曝气还对原水有预处理作用，如可以补充水中溶解氧，氧化水中的铁锰。生物处理工艺主要去除水中的有机物，采用的反应器多为微生物膜类型，生物处理对色度、铁锰的去除也有效果，可以减少后续工艺的混凝剂投加量。
1．4．5 水处理工艺
单元处理是水处理工艺中完成或主要完成某一特定目的的处理环节。以上所介绍的各种单元处理方法，在水处理中的应用是灵活多样的。去除一种污染物，往往可采用多种处理方法。同样，一种处理方法，往往也可应对多种处理对象。
1）地表水处理工艺
（1）常规处理工艺
天然水体中含有的杂质主要是悬浮物和胶体颗粒。常规处理工艺采取混凝、沉淀、过滤、消毒的方法就可以达到生活饮用水卫生标准要求的水质。常规给水处理工艺流程如图1．6所示。
图1．6 常规给水处理工艺流程
（2）高浊水源水处理技术
高浊度水是指浊度较高的含沙水体，并且具有清晰的界面分选沉降。通常情况下指由粒径不大于0．025mm为主组成的含沙量较高的水体，有的河段最大平均含沙量超过100kg／m3。我国以黄河流域和长江上游各江河采用的处理工艺较为典型，处理工艺需要充分考虑泥沙的影响，在混凝工艺前段设置预处理工艺，以去除高浊度水中的泥沙。
浑水调蓄水库可以用于一次沉淀池的泥沙沉淀，其工艺流程如图1．7所示。
图1．7 浑水调蓄水库自然沉淀处理工艺
（3）微污染水源水处理技术
微污染水源是指水的性质达不到枟地面水环境标准枠的要求，其中包括水的物理、化学和微生物指标；有些河流的水源氨氮（NH3唱N）浓度增加，有机物综合指标BOD、COD、TOC升高，水中溶解氧（DO）降低，嗅和味明显。这种原水用传统的流程难以处理到饮用水水质标准，必须选择适当的流程，才能使水质达标。
针对微污染水源水的水质特点，国内外进行了大量的研究和应用。按照作用原理，可以分为物理、化学、生物净水工艺；按照处理工艺的流程，可以分为预处理、常规处理、深度处理；按照工艺特点，可以分为传统工艺强化技术、新型组合工艺处理技术。
2）地下水处理工艺
（1）地下水除铁除锰
含铁、含锰地下水在我国分布很广，地壳中的铁质多半分散在各种晶质岩和沉积岩中，它们都是难溶性的化合物。我国地下水中铁的含量一般为5～10mg／L，锰的含量一般为0．5～2．0mg／L。地下水中铁、锰含量高时，会使水产生色、嗅、味，使用不便，作为造纸、纺织、化工、食品、制革等生产用水，会影响其产品的质量。原水的铁锰含量超过标准规定时，须经除铁除锰处理。除铁常用方法有空气自然氧化法、接触催化氧化法；除锰常用方法有催化氧化法。
（2）地下水除氟
氟是自然界中广泛分布的元素之一，在卤素中，它在地壳中的含量仅次于氯，我国地下水含氟地区的分布范围很广。氟又是机体生命活动所必需的微量元素之一，但过量的氟则产生毒性作用。除氟常用方法有活性氧化铝吸附过滤法、骨炭过滤法等。
（3）水的软化与除盐
水的硬度过高，对生活和生产都有危害，特别是锅炉用水。目前水的软化处理主要有以下两种方法：
①水的药剂软化法：基于溶度积原理，向原水中加入一定量的某些化学药剂（如石灰、苏打等），使之与水中的Ca2＋、Mg2＋反应生成难溶化合物CaCO3和Mg（OH）2沉淀析出，以达到去除水中大部分Ca2＋、Mg2＋的目的。工艺所需设备与常规净化工艺过程基本相同，也要经过混凝、沉淀、过滤等工序。
②水的离子交换软化法：基于离子交换原理，利用某些离子交换剂所具有的可交换阳离子（Na＋或H＋）与水中Ca2＋、Mg2＋进行离子交换反应，去除水中的Ca2＋、Mg2＋，以达到水的软化目的。
水的除盐包括复床、混合床等。
（4）水的冷却处理
工业生产过程中，往往会产生大量热量，通常使用水来冷却设备或产品。冷却用水水量很大。为了重复利用吸热后的水以节约水资源，同时从经济及环境保护方面考虑，冷却水都应实现循环利用。
循环利用的冷却水称为循环水。循环水在长期使用过程中，由于盐类浓缩或散失、尘土积累、微生物滋长等原因，造成设备内垢物沉积或者对金属设备产生腐蚀作用。为了保证循环冷却水系统的可靠运行，必须使已经升高了的水温降低（即循环水的冷却），以保持较好的冷却效果，同时进行水质处理以控制结垢、污垢、腐蚀和淤塞（即循环水的处理）。
3）城镇污水处理工艺
城镇污水处理的典型工艺流程是由完整的二级处理系统和污泥处理系统所组成。该流程的一级处理是由格栅、沉沙池和初次沉淀池所组成，其作用是去除污水中的无机和有机性的悬浮污染物，污水的BOD能够去除20%～30%。二级处理系统是城市污水处理厂的核心，其主要作用是去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物，BOD去除率达90%以上。通过二级处理，污水的BOD5可降至20～30mg／L，一般可达排放水体和灌溉农田的要求。应用于二级处理的各类生物处理技术有活性污泥法、生物膜法及自然生物处理技术，只要运行正常，都能取得良好的处理效果。
污泥是污水处理过程中的产物。城镇污水处理产生的污泥含有大量有机物，富含肥分，可以作为农肥使用，但又含有大量细菌、寄生虫卵以及从工业废水中带来的重金属离子等，需要作稳定与无害化处理。污泥处理的主要方法是减量处理（如浓缩、脱水等）、稳定处理（如厌氧消化、好氧消化等）、综合利用（如消化气利用、污泥农业利用等）和最终处置（如干燥、焚烧、填埋、投海、作建筑材料等）。
对于某种污水应采用哪几种处理方法组成处理系统，要根据污水的水质、水量，回收其中有用物质的可能性、经济性，受纳水体的条件和要求，并结合调查研究与经济技术比较后决定，必要时还需进行试验。
城镇污水处理的典型流程如图1．8所示。
4）工业废水处理工艺
工业废水的处理工艺随工业性质、生产原料、成品及生产工艺的不同而不同，具体处理方法与流程应根据工业废水水质、水量、处理对象及排放标准的要求，经调查研究或试验后确定。
图1．8 城镇污水处理的典型流程
1．4．6 水处理工程技术发展
1）给水处理技术发展
随着工业的迅速发展，饮用水源的污染越来越严重，水中有害物质逐年增多。
微污染水源主要是有机物污染，用常规处理工艺，应在混凝工艺环节加以改进，如投加粉末活性炭（PAC）进行吸附，同时投加氧化剂氧化水中的有机物。
采用生物处理加强常规处理工艺，对微污染水源的预处理是目前可行的方案，尽管污染物成分复杂，但经过生物膜法如生物滤池、生物转盘及生物接触滤池和生物流化床等处理后，可以大大降低水中的有机污染物浓度。
生物预处理的目的主要是降低原水中的有机物浓度，为后续处理创造条件。地表水指江河、湖泊、水库等水，我国的湖泊及水库的蓄水量占全国淡水资源的23%。所以，以湖泊水库作为水源的城市占全国城市供水量的25%左右。由于湖泊、水库的水文特征，加上含氮、磷污水大量排入，使水体富营养化现象严重，藻类大量繁殖。对此类水源的处理流程，常用气浮的方法去除藻类。
优质饮用水是最大程度地去除原水中的有毒有害物质，同时又保留原水中对人体有益的微量元素和矿物质的饮用水。优质饮用水应仅仅局限于供人们直接饮用和做饭等那一部分直接入口的专门饮用水。城市供水中只有2%～5%用于生活饮用，其余95%～98%的水适用于生产、绿化和消防等方面。
目前饮用水水质标准的基础文件有欧洲共同体（EEC）的饮用水水质指令、世界卫生组织（WHO）的饮用水水质准则、美国环保局（EPA）的安全饮水法。优质饮用水水质标准应结合上述3个国际水质标准，我国枟饮用净水水质标准枠适用于已符合生活饮用水水质标准的自来水或水源水为原水，经在净化后可供给用户直接饮用的管道直饮水。
2）污水处理工程技术发展
中国对废水污染的治理与西方发达国家相比起步较晚，在借鉴国外先进处理技术经验的基础上，以国家科技攻关课题为平台，引进和开发了大量的废水处理新技术，某些项目已达到国际先进水平。这些新技术的投产运行为缓解中国严峻的水污染现状和改善水环境发挥了至关重要的作用。
目前，中国城市污水处理主要采用生物活性污泥法。目前形成的较典型的二级处理工艺有：传统活性污泥法、AB法、A／O工艺、A2／O工艺、氧化沟工艺、ICEAS工艺、CASS工艺、SBBR工艺、BIOLAK工艺等。其中应用较多的为氧化沟工艺和CASS工艺（CASS工艺和BIOLAK工艺为较新型工艺）。
较为先进的水处理技术简要介绍如下：
①低温等离子体水处理技术，包括高压脉冲放电等离子体水处理技术和辉光放电等离子体水处理技术，是利用放电直接在水溶液中产生等离子体，或者将气体放电等离子体中的活性粒子引入水中，可使水中的污染物彻底氧化、分解。
②电化学（催化）氧化技术，通过阳极反应直接降解有机物，或通过阳极反应产生羟基自由基、臭氧等氧化剂降解有机物。电化学（催化）氧化包括一维、二维和三维电极体系。三维电极可用于处理生活污水，农药、染料、制药、含酚废水等难降解有机废水，金属离子，垃圾渗滤液等。
③超声波氧化技术，用频率为15～1000kHz的超声波辐照水体中的有机污染物，不仅可以改善反应条件，加快反应速度和提高反应产率，还能使一些难以进行的化学反应得以实现。它集高级氧化、焚烧、超临界氧化等多种水处理技术的特点于一身，操作简单，对设备的要求较低，在降解废水中毒性高、难降解的有机污染物、加快有机污染物的降解速度、实现工业废水污染物的无害化、避免二次污染的影响上具有重要意义。
④辐射技术处理污染物，不需加入或只需少量加入化学试剂，不会产生二次污染，具有降解效率高、反应速度快、污染物降解彻底等优点。而且，当电离辐射与氧气、臭氧等催化氧化手段联合使用时，会产生“协同效应”。
⑤光化学催化氧化技术，是在有催化剂的条件下的光化学降解，氧化剂在光的辐射下产生氧化能力较强的自由基。光催化氧化技术在氧化降解水中有机污染物，特别是难降解有机污染物时有明显的优势。
⑥超临界水氧化技术，以超临界水为介质，均相氧化分解有机物。可以在短时间内将有机污染物分解为CO2、H2 O等无机小分子，而硫、磷和氮原子分别转化成硫酸盐、磷酸盐、硝酸根和亚硝酸根离子或氮气。
⑦铁炭微电解处理技术，是利用Fe／C原电池反应原理对废水进行处理的良好工艺，又称内电解法、铁屑过滤法等。广泛应用于印染、农药／制药、重金属、石油化工及油分等废水以及垃圾渗滤液处理，取得了良好的效果。
当前，中国污水处理行业市场正处于行政管理体制的转型阶段，与市场化的要求还有一定差距，为推动中国污水处理行业的健康发展，必须完善各种排污收费、污水资源化监督管理等的法制规范建设；推行循环经济发展模式，在工业企业的新建和升级改造时采用BAT技术，实现原材料的减量化、再循环、再利用，以“污水资源化”为基本，从源头减少污水及污染物的产生量；促进污水处理行业的产业化、市场化，在政府的培育、引导、监督下，推动污水处理和再生水回用的产业化发展；实行科学合理的运营管理体制，积极推行PPP、BOT、ABS和“一体化”运营模式；加强政府部门、企业自身、社会公众的参与监督意识；设立环保基金，用于处理突发污染事件和对废弃工业企业遗留污染的治理。
本章小结
水质与水处理工程技术是本课程学习的开篇，主要讲解水资源与水的循环、水质与水体自净、水质指标与水质标准、水处理工程技术与发展。其中水质、水质标准是学习重点，在初步了解了水处理的常规工艺后，方可进入后续内容的学习。
习 题
1．水资源是如何定义的？
2．水的自然循环和社会循环有什么区别？
3．水质与水质指标与人类社会之间有什么关系？
4．天然水体中含有哪些杂质？
5．城镇污水是如何构成的？
6．水体污染对人类社会有哪些危害？
7．生活饮用水卫生标准有哪些基本指标？
8．城镇污水处理厂污染物排放标准如何划分？主要指标有哪些？
9．城镇给水处理的经典工艺流程如何描述？
10．城镇污水处理的经典工艺流程如何描述？
11．搜集整理有关水质标准、污水处理污染物排放标准。