第一篇　城市污水处理的基本知识

第一章　城市污水的来源与性质

第一节　城市污水的来源

一、城市污水的来源

城市污水为城市下水道系统收集到的各种污水，通常由生活污水、工业废水和城市降水径流三部分组成，是一种混合污水。

生活污水是指人们日常生活中的排水，经由居住区、公共场所（饭店、宾馆、影剧院、体育场、医院、机关、学校、商场、车站等）和工厂的厨房、卫生间、浴室及洗衣房等生活设施排出。生活污水中有机污染物约占60%，如蛋白质、脂肪和糖类等；无机污染物约占40%，如泥沙和杂物等。此外还含有洗涤剂以及病原微生物和寄生虫卵等。

工业废水是从工业生产过程中排出的废水。由于使用的原材料和生产工艺不同，工业废水的成分有很大差异。常见的污染较严重的工业废水有：造纸废水、酿造废水、生物制药废水、煤气洗涤废水、印染废水、农药废水、制革废水、毛纺废水、电镀废水、油漆废水、化工废水、炼油废水等。工业废水是城市污水中有毒有害污染物的主要来源。

 降雨径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较严重，若能纳入城市污水管道加以处理，是一种理想的安排。对于分别敷设污水管道和雨水管道的城市，降雨径流汇入雨水管道而得不到处理；对于采用雨污合流排水管道的城市，虽然可以使一部分初雨径流与城市污水一同加以处理，但雨量较大时由于超过截流干管的输送能力或污水处理厂的处理能力，大量的雨污混合水出现溢流，造成了对水体更严重的污染。

二、城市污水处理后排放与利用

城市污水经净化处理后，出路有三：（1）排放水体，作为水体的补给水；（2）灌溉田地；（3）回用。

排放水体是城市污水最常采用的出路。排放水体的城市污水应达到国家或地方相关的排放标准，否则可能造成水体遭受污染。

灌溉田地可使污水得到充分利用，但必须符合灌溉的有关规定，使土壤与农作物免遭污染。

污水回用是最合理的出路，既可以有效地节约和利用有限、宝贵的淡水资源，又可以减少污水的排放量，减轻水环境的污染。城市污水经二级处理和深度处理后回用的范围很广，可以用作电厂的循环冷却水，也可以回用于生活杂用，如园林绿化、浇洒道路、冲洗厕所等。

第二节　城市污水的水质指标与排放标准

一、城市污水的主要水质指标

污水的污染指标是用来衡量水在使用过程中被污染的程度，也称污水的水质指标。下面介绍最常用的几项主要水质指标。

1.生物化学需氧量（BOD）

生物化学需氧量（BOD）是一个反映水中可生物降解的含碳有机物的含量及排到水体后所产生的耗氧影响的指标。它表示在温度为20℃和有氧的条件下，由于好氧微生物分解水中有机物的生物化学氧化过程中消耗的溶解氧量，也就是水中可生物降解有机物稳定化所需要的氧量，单位为mg/L。BOD不仅包括水中好氧微生物的增长繁殖或呼吸作用所消耗的氧量。还包括了硫化物、亚铁等还原性无机物所耗用的氧量，但这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机物越多。

污水中可降解有机物的转化与温度、时间有关。在20℃的自然条件下，有机物氧化到硝化阶段，即实现全部分解稳定所需时间在100d以上，但实际上常用20℃时20d的生化需氧量BOD20近似地代表完全生化需氧量。生产应用中仍嫌20d的时间太长，一般采用20℃时5d的生化需氧量BOD5作为衡量污水有机物含量的指标。

2.化学需氧量（COD）

尽管BOD5是城市污水中常用的有机物浓度指标，但是存在分析上的缺陷：①5天的测定时间过长，难以及时指导实践；②污水中难生物降解的物质含量高时，BOD5测定误差较大；③工业废水中往往含有抑制微生物生长繁殖的物质，影响测定结果。因此有必要采用COD这一指标作为补充或替代。化学需氧量（COD）是指在酸性条件下，用强氧化剂重铬酸钾将污水中有机物氧化为CO2、H2O所消耗的氧量，用CODCr表示，一般写成COD。单位为mg/L。重铬酸钾的氧化性极强，水中有机物绝大部分（约90%～95%）被氧化。化学需氧量的优点是能够更精确地表示污水中有机物的含量，并且测定的时间短，不受水质的限制。缺点是不能像BOD那样表示出微生物氧化的有机物量。另外还有部分无机物也被氧化，并非全部代表有机物含量。

城市污水的COD一般大于BOD5，两者的差值可反映废水中存在难以被微生物降解的有机物。在城市污水处理分析中，常用BOD5/COD的比值来分析污水的可生化性。当BOD5/COD>0.3时，可生化性较好，适宜采用生化处理工艺。

3.悬浮物（SS）

悬浮固体是水中未溶解的非胶态的固体物质，在条件适宜时可以沉淀。悬浮固体可分为有机性和无机性两类，反映污水汇入水体后将发生的淤积情况，其含量的单位为mg/L。因悬浮固体在污水中肉眼可见，能使水浑浊，属于感官性指标。

悬浮固体代表了可以用沉淀、混凝沉淀或过滤等物化方法去除的污染物，也是影响感观性状的水质指标。

4.pH值

酸度和碱度是污水的重要污染指标，用pH值来表示。它对保护环境、污水处理及水工构筑物都有影响，一般生活污水呈中性或弱碱性，工业污水多呈强酸或强碱性。城市污水的pH呈中性，一般为6.5～7.5。pH值的微小降低可能是由于城市污水输送管道中的厌氧发酵；雨季时较大的pH值降低往往是城市酸雨造成的，这种情况在合流制系统尤其突出。pH值的突然大幅度变化不论是升高还是降低，通常是由于工业废水的大量排入造成的。

5.总氮（TN）、氨氮（NH3-N）、凯氏氮（TKN）

（1）总氮（TN） 为水中有机氮、氨氮和总氧化氮（亚硝酸氮及硝酸氮之和）的总和。有机污染物分为植物性和动物性两类：城市污水中植物性有机污染物如果皮、蔬菜叶等，其主要化学成分是碳（C），由BOD5表征；动物性有机污染物质包括人畜粪便、动物组织碎块等，其化学成分以氮（N）为主。氮属植物性营养物质，是导致湖泊、海湾、水库等缓流水体富营养化的主要物质，成为废水处理的重要控制指标。

（2）氨氮（NH3-N） 氨氮是水中以NH3和N形式存在的氮，它是有机氮化物氧化分解的第一步产物。氨氮不仅会促使水体中藻类的繁殖，而且游离的NH3对鱼类有很强的毒性，致死鱼类的浓度在0.2～2.0mg/L之间。氨也是污水中重要的耗氧物质，在硝化细菌的作用下，氨被氧化成N和N，所消耗的氧量称硝化需氧量。

（3）凯氏氮（TKN） 是氨氮和有机氮的总和。测定TKN及NH3-N，两者之差即为有机氮。

6.总磷（TP）

总磷是污水中各类有机磷和无机磷的总和。与总氮类似，磷也属植物性营养物质，是导致缓流水体富营养化的主要物质。受到人们的关注，成为一项重要的水质指标。

7.非重金属无机物质有毒化合物和重金属

（1）氰化物（CN） 氰化物是剧毒物质，急性中毒时抑制细胞呼吸，造成人体组织严重缺氧，对人的经口致死量为0.05～0.12g。

排放含氰废水的工业主要有电镀、焦炉和高炉的煤气洗涤，金、银选矿和某些化工企业等，含氰浓度约20～70mg/L之间。

氰化物在水中的存在形式有无机氰（如氰氢酸HCN、氰酸盐CN-）及有机氰化物（称为腈，如丙烯腈C2H3CN）。

我国饮用水标准规定，氰化物含量不得超过0.05mg/L，农业灌溉水质标准规定为不大于0.5mg/L。

（2）砷（As） 砷是对人体毒性作用比较严重的有毒物质之一。砷化物在污水中存在形式有无机砷化物（如亚砷酸盐AsO2，砷酸盐As）以及有机砷（如三甲基砷）。三价砷的毒性远高于五价砷，对人体来说，亚砷酸盐的毒性作用比砷酸盐大60倍，因为亚砷酸盐能够和蛋白质中的硫反应，而三甲基砷的毒性比亚砷酸盐更大。

砷也是累积性中毒的毒物，当饮水中砷含量大于0.05mg/L时就会导致累积。近年来发现砷还是致癌元素（主要是皮肤癌）。工业中排放含砷废水的有化工、有色冶金、炼焦、火电、造纸、皮革等行业，其中以冶金、化工排放砷量较高。

我国饮用水标准规定，砷含量不应大于0.04mg/L，农田灌溉标准是不高于0.05mg/L，渔业用水不超过0.1mg/L。

8.重金属

重金属指原子序数在21～83之间的金属或相对密度大于4的金属。其中汞（Hg）、镉（Cd）、铬（Cr）、铅（Pb）毒性最大，危害也最大。

（1）汞（Hg）　汞是重要的污染物质，也是对人体毒害作用比较严重的物质。汞是累积性毒物，无机汞进入人体后随血液分布于全身组织，在血液中遇氯化钠生成二价汞盐累积在肝、肾和脑中，在达到一定浓度后毒性发作，其毒理主要是汞离子与酶蛋白的硫结合，抑制多种酶的活性，使细胞的正常代谢发生障碍。

甲基汞是无机汞在厌氧微生物的作用下转化而成的。甲基汞在体内约有15%累积在脑内，侵入中枢神经系统，破坏神经系统功能。

含汞废水排放量较大的是氯碱工业，因其在工艺上以金属汞作流动阴电极，以制成氯气和苛性钠，有大量的汞残留在废盐水中。聚氯乙烯、乙醛、醋酸乙烯的合成工业均以汞作催化剂，因此上述工业废水中含有一定数量的汞。此外，在仪表和电气工业中也常使用金属汞，因此也排放含汞废水。

我国饮用水、农田灌溉水都要求汞的含量不得超过0.001mg/L，渔业用水要求更为严格，不得超过0.0005mg/L。

（2）镉（Cd）　镉也是一种比较广泛的污染物质。

镉是一种典型的累积富集型毒物，主要累积在肾脏和骨骼中，引起肾功能失调，骨质中钙被镉所取代，使骨骼软化，造成自然骨折，疼痛难忍。这种病潜伏期长，短则10年，长则30年，发病后很难治疗。

每人每日允许摄入的镉量为0.057～0.071mg。我国饮用水标准规定，镉的含量不得大于0.01mg/L，农业用水与渔业用水标准则规定要小于0.005mg/L。

镉主要来自采矿、冶金、电镀、玻璃、陶瓷、塑料等生产部门排出的废水。

（3）铬（Cr）　铬也是一种较普遍的污染物。铬在水中以六价和三价两种形态存在，三价铬的毒性低，作为污染物质所指的是六价铬。人体大量摄入能够引起急性中毒，长期少量摄入也能引起慢性中毒。

六价铬是卫生标准中的重要指标，饮用水中的浓度不得超过0.05mg/L，农业灌溉用水与渔业用水应小于0.1mg/L。

排放含铬废水的工业企业主要有电镀、制革、铬酸盐生产以及铬矿石开采等。电镀车间是产生六价铬的主要来源，电镀废水中铬的浓度一般在50～100mg/L。生产铬酸盐的工厂，其废水中六价铬的含量一般在100～200mg/L之间。皮革鞣制工业排放的废水中六价铬的含量约为40mg/L。

（4）铅（Pb）　铅对人体也是累积性毒物。据美国资料报道，成年人每日摄取铅低于0.32mg时，人体可将其排除而不产生积累作用；摄取0.5～0.6mg，可能有少量的累积，但尚不至于危及健康；如每日摄取量超过1.0mg，即将在体内产生明显的累积作用，长期摄入会引起慢性中毒。其毒理是铅离子与人体内多种酶络合，从而扰乱了机体多方面的生理功能，可危及神经系统、造血系统、循环系统和消化系统。

我国饮用水、渔业用水及农田灌溉水都要求铅的含量小于0.1mg/L。

铅主要含于采矿、冶炼、化学、蓄电池、颜料工业等排放的废水中。

9.微生物指标

污水生物性质的检测指标有大肠菌群数（或称大肠菌群值）、大肠菌群指数、病毒及细菌总数。

（1）大肠菌群数（大肠菌群值）与大肠菌群指数　大肠菌群数（大肠菌群值）是每升水样中所含有的大肠菌群的数目，以个/L计；大肠菌群指数是查出1个大肠菌群所需的最少水量，以毫升（mL）计。可见大肠菌群数与大肠菌群指数是互为倒数，即

　　（1-1）

若大肠菌群数为500个/L，则大肠菌群指数为1000/500等于2mL。

大肠菌群数作为污水被粪便污染程度的卫生指标，原因有两个：①大肠菌与病原菌都存在于人类肠道系统内，它们的生活习性及在外界环境中的存活时间都基本相同。每人每日排泄的粪便中含有大肠菌约1011～4×1011个，数量大大多于病原菌，但对人体无害。②由于大肠菌的数量多，且容易培养检验，但病原菌的培养检验十分复杂与困难。故此，常采用大肠菌群数作为卫生指标。水中存在大肠菌，就表明受到粪便的污染，并可能存在病原菌。

（2）病毒　污水中已被检出的病毒有100多种。检出大肠菌群，可以表明肠道病原菌的存在，但不能表明是否存在病毒及其他病原菌（如炭疽杆菌）。因此还需要检验病毒指标。病毒的检验方法目前主要有数量测定法与蚀斑测定法两种。

（3）细菌总数　细菌总数是大肠菌群数、病原菌、病毒及其他细菌数的总和，以每毫升水样中的细菌菌落总数表示。细菌总数愈多，表示病原菌与病毒存在的可能性愈大。因此用大肠菌群数、病毒及细菌总数3个卫生指标来评价污水受生物污染的严重程度就比较全面。

二、污水排放与再生利用标准

1.污水排放标准

目前，我国城镇污水处理厂污染物的排放均执行由国家环境保护总局和国家技术监督检验总局批准发布的《污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）。该标准是专门针对城镇污水处理厂污水、废气、污泥污染物排放制定的国家专业污染物排放标准，适用于城镇污水处理厂污水排放、废气的排放和污泥处置的排放与控制管理。

该标准将城镇污水污染物控制项目分为两类。

第一类为基本控制项目。主要是对环境产生较短期影响的污染物，也是城镇污水处理厂常规处理工艺能去除的主要污染物，包括：BOD、COD、SS、动植物油、石油类、LAS、总氮、氨氮、总磷、色度、pH和粪大肠菌群数共12项，一类重金属汞、烷基汞、镉、铬、六价铬、砷、铅共7项。

第二类为选择控制项目。主要是对环境有较长期影响或毒性较大的污染物，或是影响生物处理、在城市污水处理厂又不易去除的有毒有害化学物质和微量有机污染物如酚、氰、硫化物、甲醛、苯胺类、硝基苯类、三氯乙烯、四氯化碳等43项。

该标准制定的技术依据主要是处理工艺和排放去向，根据不同工艺对污水处理程度和受纳水体功能，对常规污染物排放标准分为一级标准、二级标准和三级标准。一级标准分为A标准和B标准。一级标准是为了实现城镇污水资源化利用和重点保护饮用水源的目的，适用于补充河湖景观用水和再生利用，应采用深度处理或二级强化处理工艺。二级标准主要是以常规或改进的二级处理为主的处理工艺为基础制定的。三级标准是为了在一些经济欠发达的特定地区，根据当地的水环境功能要求和技术经济条件，可先进行一级半处理，适当放宽的过渡性标准。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，执行一级标准的A标准。

城镇污水处理厂出水排入GB 3838 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）、GB 3097 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GB3838 地表水Ⅳ、Ⅴ类功能水域或GB3097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。

城镇污水处理厂水污染物排放基本控制项目，执行表1-1和表1-2的规定。选择控制项目按表1-3的规定执行。

①下列情况下按去除率指标执行：当进水COD>350mg/L时，去除率应大于60%；BOD>160mg/L时，去除率应大于50%。

②括号外数值为水温>12%时的控制指标，括号内数值为水温≤12℃时的控制指标。

2.污水再生回用水质标准

污水再生利用水质标准应根据不同的用途具体确定。

用于城市用水中的冲厕、道路清扫、消防、城市、车辆冲洗、建筑施工等城市杂用水的，再生水水质应符合《城市污水再生利用 城市杂用水水质》（GB/T 18920—2002）的规定，见表1-4。

注：混凝土拌合用水还应符合JGJ 63的有关规定。

用于景观环境用水的再生水水质应符合国家标准《城市污水再生利用 景观环境用水水质》（GB/T 18921—2002）的规定，见表1-5。

①氯接触时间不应低于30min的余氯。对于非加氯消毒方式无此项要求。

注：1.对于需要通过管道输送再生水的非现场回用情况必须加氯消毒；而对于现场回用情况不限制消毒方式。

2.若使用未经过除磷脱氮的再生水作为景观环境用水，鼓励使用本标准的各方在回用地点积极探索通过人工培养具有观赏价值水生植物的方法，使景观水体的氮磷满足表中的要求，使再生水中的水生植物有经济合理的出路。

用于农田灌溉的，再生水水质应符合国家标准《农田灌溉水质标准》（GB 5084）的规定，见表1-6。

①加工、烹调及去皮蔬菜。

②生食类蔬菜、瓜类和草本水果。

③具有一定的水利灌排设施，能保证一定的排水和地下水径流条件的地区，或有一定淡水资源能满足冲洗土体中盐分的地区，农田灌溉水质全盐量指标可以适当放宽。

用于工业冷却用水的再生水水质应符合表1-7的要求。

①当循环冷却系统为铜材换热器时，循环冷却系统水中的氨氮指标应小于1mg/L。

再生水用于工业用水中的洗涤用水、锅炉用水、工艺用油田注水时，其水质应达到相应的水质标准。当无相应标准可通过试验、类比调查或参照以天然水为水源的水质标准确定。