第一篇　城市污水處理的基本知識

第一章　城市污水的來源與性質

第一節　城市污水的來源

一、城市污水的來源

城市污水為城市下水道系統收集到的各種污水，通常由生活污水、工業廢水和城市降水徑流三部分組成，是一種混合污水。

生活污水是指人們日常生活中的排水，經由居住區、公共場所（飯店、賓館、影劇院、體育場、醫院、機關、學校、商場、車站等）和工廠的廚房、衛生間、浴室及洗衣房等生活設施排出。生活污水中有機污染物約占60%，如蛋白質、脂肪和糖類等；無機污染物約占40%，如泥沙和雜物等。此外還含有洗滌劑以及病原微生物和寄生蟲卵等。

工業廢水是從工業生產過程中排出的廢水。由于使用的原材料和生產工藝不同，工業廢水的成分有很大差異。常見的污染較嚴重的工業廢水有：造紙廢水、釀造廢水、生物制藥廢水、煤氣洗滌廢水、印染廢水、農藥廢水、制革廢水、毛紡廢水、電鍍廢水、油漆廢水、化工廢水、煉油廢水等。工業廢水是城市污水中有毒有害污染物的主要來源。

 降雨徑流是由城市降雨或冰雪融化水形成的。初期降雨和冰雪融化水的污染也較嚴重，若能納入城市污水管道加以處理，是一種理想的安排。對于分別敷設污水管道和雨水管道的城市，降雨徑流匯入雨水管道而得不到處理；對于采用雨污合流排水管道的城市，雖然可以使一部分初雨徑流與城市污水一同加以處理，但雨量較大時由于超過截流干管的輸送能力或污水處理廠的處理能力，大量的雨污混合水出現溢流，造成了對水體更嚴重的污染。

二、城市污水處理后排放與利用

城市污水經凈化處理后，出路有三：（1）排放水體，作為水體的補給水；（2）灌溉田地；（3）回用。

排放水體是城市污水最常采用的出路。排放水體的城市污水應達到國家或地方相關的排放標準，否則可能造成水體遭受污染。

灌溉田地可使污水得到充分利用，但必須符合灌溉的有關規定，使土壤與農作物免遭污染。

污水回用是最合理的出路，既可以有效地節約和利用有限、寶貴的淡水資源，又可以減少污水的排放量，減輕水環境的污染。城市污水經二級處理和深度處理后回用的范圍很廣，可以用作電廠的循環冷卻水，也可以回用于生活雜用，如園林綠化、澆灑道路、沖洗廁所等。

第二節　城市污水的水質指標與排放標準

一、城市污水的主要水質指標

污水的污染指標是用來衡量水在使用過程中被污染的程度，也稱污水的水質指標。下面介紹最常用的幾項主要水質指標。

1.生物化學需氧量（BOD）

生物化學需氧量（BOD）是一個反映水中可生物降解的含碳有機物的含量及排到水體后所產生的耗氧影響的指標。它表示在溫度為20℃和有氧的條件下，由于好氧微生物分解水中有機物的生物化學氧化過程中消耗的溶解氧量，也就是水中可生物降解有機物穩定化所需要的氧量，單位為mg/L。BOD不僅包括水中好氧微生物的增長繁殖或呼吸作用所消耗的氧量。還包括了硫化物、亞鐵等還原性無機物所耗用的氧量，但這一部分的所占比例通常很小。BOD越高，表示污水中可生物降解的有機物越多。

污水中可降解有機物的轉化與溫度、時間有關。在20℃的自然條件下，有機物氧化到硝化階段，即實現全部分解穩定所需時間在100d以上，但實際上常用20℃時20d的生化需氧量BOD20近似地代表完全生化需氧量。生產應用中仍嫌20d的時間太長，一般采用20℃時5d的生化需氧量BOD5作為衡量污水有機物含量的指標。

2.化學需氧量（COD）

盡管BOD5是城市污水中常用的有機物濃度指標，但是存在分析上的缺陷：①5天的測定時間過長，難以及時指導實踐；②污水中難生物降解的物質含量高時，BOD5測定誤差較大；③工業廢水中往往含有抑制微生物生長繁殖的物質，影響測定結果。因此有必要采用COD這一指標作為補充或替代。化學需氧量（COD）是指在酸性條件下，用強氧化劑重鉻酸鉀將污水中有機物氧化為CO2、H2O所消耗的氧量，用CODCr表示，一般寫成COD。單位為mg/L。重鉻酸鉀的氧化性極強，水中有機物絕大部分（約90%～95%）被氧化。化學需氧量的優點是能夠更精確地表示污水中有機物的含量，并且測定的時間短，不受水質的限制。缺點是不能像BOD那樣表示出微生物氧化的有機物量。另外還有部分無機物也被氧化，并非全部代表有機物含量。

城市污水的COD一般大于BOD5，兩者的差值可反映廢水中存在難以被微生物降解的有機物。在城市污水處理分析中，常用BOD5/COD的比值來分析污水的可生化性。當BOD5/COD>0.3時，可生化性較好，適宜采用生化處理工藝。

3.懸浮物（SS）

懸浮固體是水中未溶解的非膠態的固體物質，在條件適宜時可以沉淀。懸浮固體可分為有機性和無機性兩類，反映污水匯入水體后將發生的淤積情況，其含量的單位為mg/L。因懸浮固體在污水中肉眼可見，能使水渾濁，屬于感官性指標。

懸浮固體代表了可以用沉淀、混凝沉淀或過濾等物化方法去除的污染物，也是影響感觀性狀的水質指標。

4.pH值

酸度和堿度是污水的重要污染指標，用pH值來表示。它對保護環境、污水處理及水工構筑物都有影響，一般生活污水呈中性或弱堿性，工業污水多呈強酸或強堿性。城市污水的pH呈中性，一般為6.5～7.5。pH值的微小降低可能是由于城市污水輸送管道中的厭氧發酵；雨季時較大的pH值降低往往是城市酸雨造成的，這種情況在合流制系統尤其突出。pH值的突然大幅度變化不論是升高還是降低，通常是由于工業廢水的大量排入造成的。

5.總氮（TN）、氨氮（NH3-N）、凱氏氮（TKN）

（1）總氮（TN） 為水中有機氮、氨氮和總氧化氮（亞硝酸氮及硝酸氮之和）的總和。有機污染物分為植物性和動物性兩類：城市污水中植物性有機污染物如果皮、蔬菜葉等，其主要化學成分是碳（C），由BOD5表征；動物性有機污染物質包括人畜糞便、動物組織碎塊等，其化學成分以氮（N）為主。氮屬植物性營養物質，是導致湖泊、海灣、水庫等緩流水體富營養化的主要物質，成為廢水處理的重要控制指標。

（2）氨氮（NH3-N） 氨氮是水中以NH3和N形式存在的氮，它是有機氮化物氧化分解的第一步產物。氨氮不僅會促使水體中藻類的繁殖，而且游離的NH3對魚類有很強的毒性，致死魚類的濃度在0.2～2.0mg/L之間。氨也是污水中重要的耗氧物質，在硝化細菌的作用下，氨被氧化成N和N，所消耗的氧量稱硝化需氧量。

（3）凱氏氮（TKN） 是氨氮和有機氮的總和。測定TKN及NH3-N，兩者之差即為有機氮。

6.總磷（TP）

總磷是污水中各類有機磷和無機磷的總和。與總氮類似，磷也屬植物性營養物質，是導致緩流水體富營養化的主要物質。受到人們的關注，成為一項重要的水質指標。

7.非重金屬無機物質有毒化合物和重金屬

（1）氰化物（CN） 氰化物是劇毒物質，急性中毒時抑制細胞呼吸，造成人體組織嚴重缺氧，對人的經口致死量為0.05～0.12g。

排放含氰廢水的工業主要有電鍍、焦爐和高爐的煤氣洗滌，金、銀選礦和某些化工企業等，含氰濃度約20～70mg/L之間。

氰化物在水中的存在形式有無機氰（如氰氫酸HCN、氰酸鹽CN-）及有機氰化物（稱為腈，如丙烯腈C2H3CN）。

我國飲用水標準規定，氰化物含量不得超過0.05mg/L，農業灌溉水質標準規定為不大于0.5mg/L。

（2）砷（As） 砷是對人體毒性作用比較嚴重的有毒物質之一。砷化物在污水中存在形式有無機砷化物（如亞砷酸鹽AsO2，砷酸鹽As）以及有機砷（如三甲基砷）。三價砷的毒性遠高于五價砷，對人體來說，亞砷酸鹽的毒性作用比砷酸鹽大60倍，因為亞砷酸鹽能夠和蛋白質中的硫反應，而三甲基砷的毒性比亞砷酸鹽更大。

砷也是累積性中毒的毒物，當飲水中砷含量大于0.05mg/L時就會導致累積。近年來發現砷還是致癌元素（主要是皮膚癌）。工業中排放含砷廢水的有化工、有色冶金、煉焦、火電、造紙、皮革等行業，其中以冶金、化工排放砷量較高。

我國飲用水標準規定，砷含量不應大于0.04mg/L，農田灌溉標準是不高于0.05mg/L，漁業用水不超過0.1mg/L。

8.重金屬

重金屬指原子序數在21～83之間的金屬或相對密度大于4的金屬。其中汞（Hg）、鎘（Cd）、鉻（Cr）、鉛（Pb）毒性最大，危害也最大。

（1）汞（Hg）　汞是重要的污染物質，也是對人體毒害作用比較嚴重的物質。汞是累積性毒物，無機汞進入人體后隨血液分布于全身組織，在血液中遇氯化鈉生成二價汞鹽累積在肝、腎和腦中，在達到一定濃度后毒性發作，其毒理主要是汞離子與酶蛋白的硫結合，抑制多種酶的活性，使細胞的正常代謝發生障礙。

甲基汞是無機汞在厭氧微生物的作用下轉化而成的。甲基汞在體內約有15%累積在腦內，侵入中樞神經系統，破壞神經系統功能。

含汞廢水排放量較大的是氯堿工業，因其在工藝上以金屬汞作流動陰電極，以制成氯氣和苛性鈉，有大量的汞殘留在廢鹽水中。聚氯乙烯、乙醛、醋酸乙烯的合成工業均以汞作催化劑，因此上述工業廢水中含有一定數量的汞。此外，在儀表和電氣工業中也常使用金屬汞，因此也排放含汞廢水。

我國飲用水、農田灌溉水都要求汞的含量不得超過0.001mg/L，漁業用水要求更為嚴格，不得超過0.0005mg/L。

（2）鎘（Cd）　鎘也是一種比較廣泛的污染物質。

鎘是一種典型的累積富集型毒物，主要累積在腎臟和骨骼中，引起腎功能失調，骨質中鈣被鎘所取代，使骨骼軟化，造成自然骨折，疼痛難忍。這種病潛伏期長，短則10年，長則30年，發病后很難治療。

每人每日允許攝入的鎘量為0.057～0.071mg。我國飲用水標準規定，鎘的含量不得大于0.01mg/L，農業用水與漁業用水標準則規定要小于0.005mg/L。

鎘主要來自采礦、冶金、電鍍、玻璃、陶瓷、塑料等生產部門排出的廢水。

（3）鉻（Cr）　鉻也是一種較普遍的污染物。鉻在水中以六價和三價兩種形態存在，三價鉻的毒性低，作為污染物質所指的是六價鉻。人體大量攝入能夠引起急性中毒，長期少量攝入也能引起慢性中毒。

六價鉻是衛生標準中的重要指標，飲用水中的濃度不得超過0.05mg/L，農業灌溉用水與漁業用水應小于0.1mg/L。

排放含鉻廢水的工業企業主要有電鍍、制革、鉻酸鹽生產以及鉻礦石開采等。電鍍車間是產生六價鉻的主要來源，電鍍廢水中鉻的濃度一般在50～100mg/L。生產鉻酸鹽的工廠，其廢水中六價鉻的含量一般在100～200mg/L之間。皮革鞣制工業排放的廢水中六價鉻的含量約為40mg/L。

（4）鉛（Pb）　鉛對人體也是累積性毒物。據美國資料報道，成年人每日攝取鉛低于0.32mg時，人體可將其排除而不產生積累作用；攝取0.5～0.6mg，可能有少量的累積，但尚不至于危及健康；如每日攝取量超過1.0mg，即將在體內產生明顯的累積作用，長期攝入會引起慢性中毒。其毒理是鉛離子與人體內多種酶絡合，從而擾亂了機體多方面的生理功能，可危及神經系統、造血系統、循環系統和消化系統。

我國飲用水、漁業用水及農田灌溉水都要求鉛的含量小于0.1mg/L。

鉛主要含于采礦、冶煉、化學、蓄電池、顏料工業等排放的廢水中。

9.微生物指標

污水生物性質的檢測指標有大腸菌群數（或稱大腸菌群值）、大腸菌群指數、病毒及細菌總數。

（1）大腸菌群數（大腸菌群值）與大腸菌群指數　大腸菌群數（大腸菌群值）是每升水樣中所含有的大腸菌群的數目，以個/L計；大腸菌群指數是查出1個大腸菌群所需的最少水量，以毫升（mL）計。可見大腸菌群數與大腸菌群指數是互為倒數，即

　　（1-1）

若大腸菌群數為500個/L，則大腸菌群指數為1000/500等于2mL。

大腸菌群數作為污水被糞便污染程度的衛生指標，原因有兩個：①大腸菌與病原菌都存在于人類腸道系統內，它們的生活習性及在外界環境中的存活時間都基本相同。每人每日排泄的糞便中含有大腸菌約1011～4×1011個，數量大大多于病原菌，但對人體無害。②由于大腸菌的數量多，且容易培養檢驗，但病原菌的培養檢驗十分復雜與困難。故此，常采用大腸菌群數作為衛生指標。水中存在大腸菌，就表明受到糞便的污染，并可能存在病原菌。

（2）病毒　污水中已被檢出的病毒有100多種。檢出大腸菌群，可以表明腸道病原菌的存在，但不能表明是否存在病毒及其他病原菌（如炭疽桿菌）。因此還需要檢驗病毒指標。病毒的檢驗方法目前主要有數量測定法與蝕斑測定法兩種。

（3）細菌總數　細菌總數是大腸菌群數、病原菌、病毒及其他細菌數的總和，以每毫升水樣中的細菌菌落總數表示。細菌總數愈多，表示病原菌與病毒存在的可能性愈大。因此用大腸菌群數、病毒及細菌總數3個衛生指標來評價污水受生物污染的嚴重程度就比較全面。

二、污水排放與再生利用標準

1.污水排放標準

目前，我國城鎮污水處理廠污染物的排放均執行由國家環境保護總局和國家技術監督檢驗總局批準發布的《污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）。該標準是專門針對城鎮污水處理廠污水、廢氣、污泥污染物排放制定的國家專業污染物排放標準，適用于城鎮污水處理廠污水排放、廢氣的排放和污泥處置的排放與控制管理。

該標準將城鎮污水污染物控制項目分為兩類。

第一類為基本控制項目。主要是對環境產生較短期影響的污染物，也是城鎮污水處理廠常規處理工藝能去除的主要污染物，包括：BOD、COD、SS、動植物油、石油類、LAS、總氮、氨氮、總磷、色度、pH和糞大腸菌群數共12項，一類重金屬汞、烷基汞、鎘、鉻、六價鉻、砷、鉛共7項。

第二類為選擇控制項目。主要是對環境有較長期影響或毒性較大的污染物，或是影響生物處理、在城市污水處理廠又不易去除的有毒有害化學物質和微量有機污染物如酚、氰、硫化物、甲醛、苯胺類、硝基苯類、三氯乙烯、四氯化碳等43項。

該標準制定的技術依據主要是處理工藝和排放去向，根據不同工藝對污水處理程度和受納水體功能，對常規污染物排放標準分為一級標準、二級標準和三級標準。一級標準分為A標準和B標準。一級標準是為了實現城鎮污水資源化利用和重點保護飲用水源的目的，適用于補充河湖景觀用水和再生利用，應采用深度處理或二級強化處理工藝。二級標準主要是以常規或改進的二級處理為主的處理工藝為基礎制定的。三級標準是為了在一些經濟欠發達的特定地區，根據當地的水環境功能要求和技術經濟條件，可先進行一級半處理，適當放寬的過渡性標準。一類重金屬污染物和選擇控制項目不分級。

一級標準的A 標準是城鎮污水處理廠出水作為回用水的基本要求。當污水處理廠出水引入稀釋能力較小的河湖作為城鎮景觀用水和一般回用水等用途時，執行一級標準的A標準。

城鎮污水處理廠出水排入GB 3838 地表水Ⅲ類功能水域（劃定的飲用水水源保護區和游泳區除外）、GB 3097 海水二類功能水域和湖、庫等封閉或半封閉水域時，執行一級標準的B標準。

城鎮污水處理廠出水排入GB3838 地表水Ⅳ、Ⅴ類功能水域或GB3097海水三、四類功能海域，執行二級標準。

非重點控制流域和非水源保護區的建制鎮的污水處理廠，根據當地經濟條件和水污染控制要求，采用一級強化處理工藝時，執行三級標準。但必須預留二級處理設施的位置，分期達到二級標準。

城鎮污水處理廠水污染物排放基本控制項目，執行表1-1和表1-2的規定。選擇控制項目按表1-3的規定執行。

①下列情況下按去除率指標執行：當進水COD>350mg/L時，去除率應大于60%；BOD>160mg/L時，去除率應大于50%。

②括號外數值為水溫>12%時的控制指標，括號內數值為水溫≤12℃時的控制指標。

2.污水再生回用水質標準

污水再生利用水質標準應根據不同的用途具體確定。

用于城市用水中的沖廁、道路清掃、消防、城市、車輛沖洗、建筑施工等城市雜用水的，再生水水質應符合《城市污水再生利用 城市雜用水水質》（GB/T 18920—2002）的規定，見表1-4。

注：混凝土拌合用水還應符合JGJ 63的有關規定。

用于景觀環境用水的再生水水質應符合國家標準《城市污水再生利用 景觀環境用水水質》（GB/T 18921—2002）的規定，見表1-5。

①氯接觸時間不應低于30min的余氯。對于非加氯消毒方式無此項要求。

注：1.對于需要通過管道輸送再生水的非現場回用情況必須加氯消毒；而對于現場回用情況不限制消毒方式。

2.若使用未經過除磷脫氮的再生水作為景觀環境用水，鼓勵使用本標準的各方在回用地點積極探索通過人工培養具有觀賞價值水生植物的方法，使景觀水體的氮磷滿足表中的要求，使再生水中的水生植物有經濟合理的出路。

用于農田灌溉的，再生水水質應符合國家標準《農田灌溉水質標準》（GB 5084）的規定，見表1-6。

①加工、烹調及去皮蔬菜。

②生食類蔬菜、瓜類和草本水果。

③具有一定的水利灌排設施，能保證一定的排水和地下水徑流條件的地區，或有一定淡水資源能滿足沖洗土體中鹽分的地區，農田灌溉水質全鹽量指標可以適當放寬。

用于工業冷卻用水的再生水水質應符合表1-7的要求。

①當循環冷卻系統為銅材換熱器時，循環冷卻系統水中的氨氮指標應小于1mg/L。

再生水用于工業用水中的洗滌用水、鍋爐用水、工藝用油田注水時，其水質應達到相應的水質標準。當無相應標準可通過試驗、類比調查或參照以天然水為水源的水質標準確定。