《环境工程概论4》全册配套完整教学课件

《环境工程概论4》全册配套完整教学课件环境工程概论第一讲绪论一、环境问题与环境学科的发展二、环境污染与环境工程学三、环境净化与污染控制技术概述四、环境净化与污染控制技术原理五、《环境工程学》的主要研究内容和方法六、《环境工程学》课程的主要内容和目的

本章主要内容环境学有关概念17世纪，法国帕斯卡mulieu包围中央物体的流动物；19世纪，生物学，有机（生物体）的存在所必需的外界条件人类主体

四周の外界．周囲の事物.特に、人間または生物を取り巻き、それと相互作用を及ぼし合う外界.自然的環境と社会的環境に分けることができる.（広辞苑国語辞典）环境以人为主体，其它的生命体或非生命物质的总和自然环境不因人的因素而停止，会因人的因素而改变社会环境人类为提高物质和文化生活而创造出来

1－2环境要素

1.水圈hydrosphere

水组成的水体总和

2.大气圈atmosphere

大气组成的大气层的总和

3.土壤岩石圈lithosphere

土壤、岩石组成的农田、草地、山脉等的总和

4.生物圈biosphere

生物组成的各种生物群落的总和以上4个圈体（环境要素）在太阳能的作用下相互演化并进行物质交换和循环，从而使各种环境要素有机地组成一个统一的环境整体。整体效应环境的整体性，大于诸要素的个体之和。统一性和制约性各个环境要素相互作用、相互联系，又相互制约。1－3环境工程学基本概念

1－3－1污染物

pollutant

（与contaminant的差异）

环境中由于人类活动造成的浓度高于天然值的有害物质1－3－2环境污染

environmentalpollution

由于人类活动引起的环境质量下降并导致对人类

健康和生物生存有不良影响的现象

按要素分类：大气、水、土壤

按性质分类：化学、生物、物理、放射性

按形态分类：废水、废气、固废、噪声、热

按原因分类：生活、工业、农业、交通1－3－3环境背景值

environmentalbackgroundvalue

未受污染的情况下，各种环境要素中的化学元素或化学物质的基线含量。

新提法：环境本底值

与地理、地质有关

1－3－4环境容量

environmentalcapacity

一个特定的环境或一个环境单元所容纳某污染物的最大负荷量Wc=Ws–B

须考虑生物净化的因素1－3－5浓缩系数

concentrationfactor

生物体中某物质的平衡浓度

环境中该物质的浓度重金属和难生化降解有机物的生物浓缩系数高1－3－6生物效应（健康效应）

biologicaleffect（healtheffect）

对生物引起危害的宏量和微量元素之效应

宏量元素和微量元素

1－3－7生物半衰期

biologicalhalflife

污染物在生物体内的量减少到原有量的一半所需的时间t1/2

半衰期越长，毒物消除反应速度越小，稳定性越大，危害性越大一、环境问题与环境学科的发展

环境问题的产生产业革命后，人类的生产力飞速发展、技术水平迅速提高、人口迅猛增长，人类活动的强度和范围逐渐增强和扩展，人类与环境的矛盾以及由此带来的环境问题也日趋突出。人类面临的环境问题生态破坏和环境污染是目前人类面临的两大类环境问题，已经成为影响社会可持续发展、人类可持续生存的重大问题。

环境学科的诞生“环境学科”是随着环境问题的日趋突出而产生的一门新兴的综合性边缘学科。经历了20世纪60年代的酝酿阶段，到20世纪70年代初期从零星的环境保护的研究工作与实践逐渐发展成为一门独立的新兴学科。环境学科的任务环境学科是研究人类活动与环境质量关系的科学，其主要任务是研究人类与环境的对立统一关系，认识两者之间的作用与反作用，掌握其发展规律，从而保护环境并使其向有利于人类的方向演变。

一、环境问题与环境学科的发展

环境学科的体系“环境学科”是一门正在蓬勃发展的科学，其研究范围和内涵不断扩展，所涉及的学科非常广泛，而且各个学科间又互相交叉和渗透，因此具有丰富的学科内涵。环境+X学环境X学绿色+X学绿色X学一、环境问题与环境学科的发展

环境学科是本世纪推动科学发展的核心学科，是改造传统学科的生长点。一、环境问题与环境学科的发展

环境学科体系二、环境污染与环境工程学

“环境工程学”的任务利用环境学科与工程学的方法，研究环境污染控制理论、技术、措施和政策，以改善环境质量，保证人类的身体健康、舒适的生存和社会的可持续发展。“环境工程学”的研究对象水质净化与水污染控制技术、大气（包括室内空气）污染控制技术、固体废物处理处置与管理和资源化技术、物理性污染（热污染、辐射污染、噪声、振动）防治技术、自然资源的合理利用与保护、环境监测与环境质量评价等传统的内容，还包括生态修复与构建理论与技术、清洁生产理论与技术以及环境规划、管理与环境系统工程等。

环境工程学环境净化与污染防治技术及原理生态修复与构建技术及原理清洁生产理论及技术原理环境规划管理与环境系统工程环境监测与环境质量评价水质净化与水污染控制工程空气净化与大气污染控制工程固体废物处理处置与管理物理性污染防治工程土壤净化与污染防治技术废物资源化技术二、环境污染与环境工程学

环境工程学的学科体系（一）水质净化与水污染控制技术1.水中的主要污染物及其危害三、环境净化与污染控制技术概述悬浮固体（粒径0.1～0.45μm）胶体物质（粒径0.001～0.1μm）水的物理处理法处理方法利用的主要原理主要去除对象沉淀离心分离气浮过滤(砂滤等)过滤(筛网过滤)反渗透膜分离蒸发浓缩重力沉降作用离心沉降作用浮力作用物理阻截作用物理阻截作用渗透压物理阻截等水与污染物的蒸发性差异相对密度大于1的颗粒相对密度大于1的颗粒相对密度小于1的颗粒悬浮物粗大颗粒、悬浮物无机盐等较大分子污染物非挥发性污染物2.水质净化与水污染控制技术三、环境净化与污染控制技术概述水的化学处理法三、环境净化与污染控制技术概述水的生物处理法三、环境净化与污染控制技术概述利用的＊UASB：UpflowAnaerobicSludgeBlanket（升流式厌氧污泥床反应器）

（二）空气净化与大气污染控制技术1.

空气中的污染物及其危害

粉尘烟飞灰黑烟雾硫化物(SO2，H2S)碳的氧化物(CO，CO2)氮化物(NO，NH3)卤素化合物(HCl，HF)无机物有机物（挥发性有机物VOCs）空气中的污染物颗粒/气溶胶状态污染物气态污染物三、环境净化与污染控制技术概述2.空气净化与大气污染控制技术三、环境净化与污染控制技术概述（三）土壤净化与污染控制技术

1.土壤污染物及其危害

土壤中的污染物：重金属、挥发性有机物、原油等。土壤污染的危害：(1)通过雨水淋溶作用,可能导致地下水和周围地表水体的污染;(2)污染土壤通过土壤颗粒物等形式能直接或间接地为人或动物所吸入;(3)通过植物吸收而进入食物链,对食物链上的生物产生毒害作用等。

三、环境净化与污染控制技术概述土壤污染净化技术2.污染土壤净化技术三、环境净化与污染控制技术概述（四）固体废物处理处置与管理1.固体废物的种类及其危害

固体废物的定义：

人类活动过程中产生的、且对所有者已经不再具有使用价值而被废弃的固态或半固态物质。“工业固体废物(废渣)”、“城市垃圾”固体废物对环境的危害：(1)通过雨水的淋溶和地表径流的渗滤，污染土壤、地下水和地表水，从而危害人体健康；(2)通过飞尘、微生物作用产生的恶臭以及化学反应产生的有害气体等污染空气；(3)固体废物的存放和最终填埋处理占据大面积的土地等。

三、环境净化与污染控制技术概述2.固体废物处理处置技术三、环境净化与污染控制技术概述（五）物理性污染控制技术物理性污染的种类：噪声、电磁辐射、振动、热污染等。物理性污染控制技术：隔离、屏蔽、吸收、消减技术等。

三、环境净化与污染控制技术概述（六）废物资源化技术

废物的资源化途径：物质的再生利用、能源转化三、环境净化与污染控制技术概述环境污染问题的特点及其对环境工程专业人才的要求污染控制技术的多样性和复杂性污染地区的社会、经济条件的多样性

综合性、复杂性污染物的种类、浓度与组合地域特征时间特征环境污染的复杂性环境领域专业技术人才的知识结构？（系统的专业理论基础、良好的素质和综合能力）四、环境净化与污染控制技术原理

环境净化与污染控制技术原理隔离（扩散控制）分离（不同介质间的迁移）转化（化学反应、生物反应）1.环境净化与污染控制技术原理稀释四、环境净化与污染控制技术原理

污染物处理工程的核心：利用隔离、分离、转化等技术原理，通过工程手段，实现污染物的高效、快速去除。隔离/分离/转化方式的优选与组合污染物的高效（去除效率、能耗）、快速去除装置的优化设计操作方式和操作条件的优化介质的混合状态和流体流态的优化迁移（物质、能量）和反应速率的强化例子：如何实现水中氨氮的高效、快速去除？如何实现？五、《环境工程学》的主要研究内容和方法

2.《环境工程学》的研究对象和内容

环境净化与污染控制工程的基本理论和技术原理（主要包括污染物分离与转化的宏观机理、微观过程）及其工程设计计算的基本理论。宏观机理分离（沉降、过滤，吸附、吸收、膜分离）转化（化学转化、生物转化）微观过程：宏观现象（机理）的产生机制与微观步骤设计计算基本理论：污染物净化装置的设计计算理论五、《环境工程学》的主要研究内容和方法

3.《环境工程学》的目的

为提高环境净化与污染控制工程（污染物净化装置）的效率提供理论支持。（从理论上指导环境净化与污染控制技术的选择，阐述提高污染物去除效率的思路、手段和方法）五、《环境工程学》的主要研究内容和方法

4.《环境工程学》的基本研究方法物料与能量衡算（质量守恒与能量守恒原理）微观过程解析（物质与能量的迁移过程、转化过程）变化速率的数学表达（为工程设计计算提供依据）（1）“量”与“变化速率”的数学计算五、《环境工程学》的主要研究内容和方法

（2）分析问题的基本思路宏观机理简单现象微观过程分析（看本质）简单过程的复杂化数学表达（定量解析）复杂化过程的简单化污染净化装置的设计计算和操作优化五、《环境工程学》的主要研究内容和方法

微观过程分析（简单过程的复杂化）剖析组成宏观过程的基本要素（过程）微观过程分析的意义？有针对性地采取科学、合理的手段，提高污染物的去除效率一个宏观过程往往是一系列微观过程的串联宏观过程的速率往往由某个关键的微观过程速率所决定。该过程称为“控制步骤”或“控速过程”五、《环境工程学》的主要研究内容和方法

固体催化剂微孔内表面固相催化反应过程分析设某气-固相催化反应（AP）主要发生在多孔催化剂的内表面①反应物的外扩散；②反应物的内扩散；③反应物的吸附；④表面反应；⑤产物的脱附；⑥产物的内扩散；⑦产物的外扩散A气体主体边界层1A2A3A4P5P6P7P扩散过程动力学过程(表面过程)五、《环境工程学》的主要研究内容和方法

数学表达（复杂过程的简单化）数学表达的目的：过程的定量计算(工程设计计算的基础)简单化的目的：科学、合理的简化可大大简化计算过程，提高设计计算效率五、《环境工程学》的主要研究内容和方法

5.《环境工程原理》与其它学科的关系环境工程原理化工原理传递过程原理原理流体力学工程学环境工程原理化工原理传递过程原理反应工程流体力学生物工程工程学五、《环境工程学》的主要研究内容和方法

六、《环境工程学》课程的主要内容和目的

（1）环境工程学基础：重点阐述工程学的基本概念和基本理论，主要内容有物料与能量守恒原理以及热量与质量传递过程的基本理论等。（2）分离过程原理：主要阐述沉淀、过滤、吸收、吸附、离子交换、膜分离等基本分离过程的机理和基本设计计算理论。（3）反应工程原理：主要阐述化学与生物反应计量学及动力学、各类化学与生物反应器的解析与设计理论等。6.

本课程的主要内容六、《环境工程学》课程的主要内容和目的

7.

课程学习的目的

初步系统地学习环境净化与污染控制工程的基本技术原理、工程设计计算的基本理论以及分析问题和解决问题的方法，为后续的专业研究和解决实际问题打基础。第一章绪论(1)“环境工程学”的主要研究对象是什么？(2)去除水中的溶解性有机污染物有哪些可能的方法？各种方法的技术原理是什么？(3)简述土壤污染治理的技术体系。(4)简述废物资源化的技术体系。本章思考题第一章绪论(5)阐述环境净化与污染控制技术原理体系。(6)

一般情况下，污染物处理工程的核心任务是：利用隔离、分离和（或）转化技术原理，通过工程手段（利用各类装置），实现污染物的高效、快速去除。试根据环境净化与污染防治技术的基本原理，阐述实现污染物高效、快速去除的基本技术路线。本章思考题本节内容完

下一讲水环境基础概要绪论

2学时水环境标准与监测4学时水的物理化学处理方法10学时课堂集中作业

2学时水的生物化学处理方法

16学时大气污染控制工程8学时演示教学2学时期末考试2学时本课程教学安排本课程成绩评定依据平时考勤与讨论30%期中课堂作业（开卷答题2学时）10%×1=10%平时作业10%期末考试（闭卷）50%×1=50%本课程平时考勤评分依据平时考勤与讨论30%注明：全部出勤（含因病/故获批的请假）70分（基本考勤分）迟到1次扣2分，2次5分，3次8分旷课1次扣10分，2次20分，超过1/3旷课取消最后考核资格积极提问（课下思考题，邮件交流）1次加3分，每多一次加2分累计（奖励分）环境工程学概论第二讲水环境监测指标

与水质标准一、水环境概况二、水的分类三、水的特性及其意义四、水循环五、水污染六、水质监测指标

本章主要内容第二章水环境概况

地球表面70.9%的是海洋，还有湖泊、河流和冰川，以及一定数量的“地下水”，构成一个连续的水圈。水圈行星地球的最重要的特色之一是有水，素称“水星”。中国东部植被水平分布的纬向变化2-1水的分类2-1-1根据含盐量分类a.淡水盐<1.0g/Kgb.咸水盐<1-25g/Kgc.海水盐25－50g/Kgd.盐水盐>50g/Kg2-1-2根据地理学分类a.海水b.河口水c.地表水d.地下水2－1－3根据物理状态分类a.液态水b.固态水c.气态水2-1-4根据人类活动影响分类

a.天然水 海水 雨雪水 地表水 地下水b.污水--人类活动造成的污染改变了天然水水质生活污水 产业污水2－2水的特性及其意义1.优良溶剂，一般为液态

生命过程营养物质和废弃排泄物的主要运输媒介2.高表面张力

生理学上的控制因素，控制水的滴落和表面现象（毛细、湿润、乳化），如水蜘蛛能以水表面为生境。2－2水的特性及其意义3.介电常数高于任何纯液体

高度溶解离子化合物并使其电离4.透光性

能透过可见光和紫外光的长波部分，在水体的相当深度发生光合作用。2－2水的特性及其意义5.4℃时密度最大

水体的冰冻始于表面，控制水体中的温度分布，保护水生生物。6.蒸发热高

影响水体与大气之间热量与水蒸气分子的转移，稳定水体温度和周围地区的气温。2－2水的特性及其意义7.热容量高

大量的热才能改变水的温度，稳定周围地区的气温，同时保护水体中水生生物免受温度急剧变化造成的伤害。2－3水循环环境中水的循环是大、小循环交织在一起的

太阳能地表热能遇冷江河湖海

水蒸汽

雨雪雹

重力作用

江河湖海

水污染原因自然污染：自然原因造成的污染人为污染：人类生活和生产活动中产生的废物对水的污染水污染的分类化学性污染：无机污染物质；无机有毒物质；有机有毒物质；需氧污染物质；植物营养物质；油类污染物质物理性污染：悬浮物质污染；热污染；放射性污染生物性污染工业用水水质要求工业企业中水的用途：

饮用水生产技术用水锅炉用水冷却用水废水的成分与性质生活污水

居民在日常生活活动中所产生的废水，主要是生活废料和人的排泄物，其中包括厨房洗涤、沐浴、洗衣等的废水以及冲厕所等的污水。工业废水

工业生产过程中排放出来的废水，是造成水体污染的主要污染源。农业废水

农业生产过程中排放出来的废水。水体自净过程：

1.物理过程：包括稀释、扩散、挥发、沉淀等过程；

2.化学和物理化学过程：包括氧化、还原、吸附、凝聚、中和等反应；

3.生物学和生物化学过程：进入水体中的污染物质，特别是有机物质，由于水中微生物的代谢活动而被分解氧化并转化为无机物的过程。水环境容量：

一定水体在规定的环境目标下所能容纳污染物质的最大负荷量就称为水环境容量。水环境容量既反映了满足特定功能条件下水体对污染物的承受能力，也反映了污染物在水环境中的迁移、转化、降解、消亡规律。

当水质目标确定之后，水环境容量的大小就取决于水体对污染物的自净能力。影响水循环的因素气象条件：大气环流、风向、风速、温度、湿度地理条件：地形、地质、土壤、植被、纬度和太阳辐射强度人为因素：构筑水库、开凿运河、渠道、开发利用地下水、破坏森林、植被、大气污染

水的循环带动物质循环和能量交换e.g.陆地水把可溶性物质带入海洋，大气中SO2

等随酸雨进入水循环。

人类活动影响着水的循环，并进而影响大气圈、土壤岩石圈和生物圈生活、工业用水剧增断流、缺水蒸发减少影响微气候例1

人类活动影响着水的循环，并进而影响大气圈、土壤岩石圈和生物圈例2森林、草地减少

植物蒸发减少地表径流增加，水土流失加剧 水体淤泥积累、营养物质增多水体的化学、生物特性变化 2－4水质标准

——水污染及其监测方法简介水质指标与水质标准水质指标物理性水质指标：温度、色度、臭和味、浑浊度、总固体、悬浮固体、电导率等化学性水质指标：pH、碱度、硬度、重金属、氰化物、农药、DO等生物学水质指标：细菌总数、总大肠菌群数、病毒等2－4－1物性指标a.温度b.嗅和味c.色度

1个色度单位＝

1升水中1mgPt+0.5mgCo的颜色d.浊度

1

＝1mg白陶土/L所产生的混浊度e.悬浮物坩埚抽滤恒重法f.电导率1/

单位：微西/厘米（

s/cm）g.pH

天然水pH7.2-8.0

一般来说低pH使污染物毒性增加2－4－1物性指标h.Eh水体氧化还原电位Eh=Eobs-ErefEobs:由Pt-SCE电极测得的电位值，mvEref:SCE的电极电位Eh:Pt电极－标准氢电极的电位，为电子交换的指标2－4－1物性指标2－4－2化性指标a、酸碱度：单位：毫克当量/L（1）酸度：水中能与强碱起中和反应的物质总量组成＝强酸＋弱酸＋强酸弱碱盐

碳酸盐系统中对酸度有贡献的物质有

H+、H2CO3*和HCO3-

OH-+H+ H2O OH-+H2CO3* HCO3-+H2O OH-+HCO3- CO32-

+

H2O2－4－2化性指标(a)矿物酸度（甲基橙酸度）仅有H+被中和。滴定终点pH约为3.7（4.3）。(b)游离二氧化碳酸度（酚酞酸度）

H+和H2CO3*被中和，滴定终点pH约为8.3。(c)总酸度所有对酸度有贡献的物质全部被中和。(1)酸度碳酸盐系统：CO2(g)CO2(aq)+H2O H2CO3 H+

+

HCO3- H++CO32-

CaCO3(s) MgCO3(s)

碳酸盐系统与水的酸度、碱度密切相关；是天然水优良的缓冲系统，避免pH值急剧变化；与水处理有关，与水生生物的光合作用、呼吸作用等有关。2－4－2化性指标2－4－2化性指标（2）碱度水中能与强酸起中和反应的物质总量总量＝强碱＋弱碱＋强碱弱酸盐

碱度的划分：

OH-+H+ H2O CO32-+H+ HCO3- HCO3-+H+ H2CO3*(a)总碱度（甲基橙碱度）：以甲基橙为指示剂，加酸至OH-被完全中和、水中CO32-和HCO3-全部转化为CO2时的碱度，溶液终点pH约为4.3。2－4－2化性指标(b)碳酸盐碱度（酚酞碱度）：以酚酞为指示剂，加酸滴定至OH-被中和、CO32-被转化为HCO3-时的碱度，溶液终点pH为8.3。(c)苛性碱度：所有OH-被中和时的碱度。由于缓冲作用，滴定终点不易确定，常用计算方法确定。测定法：酸碱指示剂滴定、电位滴定法2－4－2化性指标（3）酸碱度的意义

(a)封闭系统中，结合碳酸化合态分布图和相应的平衡常数，计算碳酸盐系统中酸度、碱度以及各相关物种的存在浓度。

(b)水的酸碱度对水处理具有重要意义。废水，尤其是工业废水，常具有一定的酸碱性，必须处理至符合一定的标准（pH通常在6-9之间）才能排放。2－4－2化性指标酸性废水常用石灰、苛性钠、碳酸钠等中和。碱性废水常采用加酸中和（通常使用工业硫酸或盐酸），也可以采用酸碱废水互相中和的方法节省处理成本。水处理中，铝盐作为絮凝剂除去水中悬浮物的同时也降低了水中的碱度，为保持处理效率，水要维持一定的碱度。

Al3++3OH- Al(OH)3（s）

2－4－2化性指标b、硬度：主要指Ca、Mg浓度暂时硬度Ha：Ca、Mg的碳酸盐类总和永久硬度Hb：Ca、Mg的强酸盐类总和总硬度Ht=Ha+Hb

2－4－2化性指标c、重金属Cu,Pb,Zn,Cd,Hg,Fe等，浓度、存在形态不同，效应不同伏安法，极谱法分光光度法、原子吸收光谱法2－4－2化性指标d、三氧和总氧（1）溶解氧DOdissolvedoxygen

溶解于水中的分子态氧，mg/L

天然水中的溶解氧浓度主要取决于水体与大气中氧的平衡及水生生物光合作用与呼吸作用间的平衡，受空气中氧的分压、大气压力、水温、水中含盐量等因素的影响。

DO过饱和：藻类生长

DO降低：水体受污染2－4－2化性指标氧的消耗：

鱼类、水生动物的呼吸、晚间藻类自身的新陈代谢、水中有机物质的分解氧的补充（复氧作用）：

水生植物的光合作用、氧气的溶解测定方法： 碘量法、膜电极法2－4－2化性指标（2）化学需氧量

CODchemicaloxygendemand

对有机物进行氧化所需的化学氧化剂量，mg/L。表征水样中有机物（也包括部分还原性无机物）含量的综合性水质指标之一，是借助化学氧化剂的作用氧化水中有机物，测得此过程所消耗的氧化剂的量，折算为O2的量后作为化学需氧量的值。2－4－2化性指标测定方法：重铬酸钾法CODcr

K2Cr2O7为氧化剂，Ag2SO4为催化剂，回流法对长链有机物部分氧化，对芳香物不能氧化，氧化部分氧化含氮的有机物的碳素部分，但不能氧化吡啶环，不能提供氧化速率的任何数据。

（3）生化需氧量

BODbiochemicaloxygendemand

好气条件下，水中有机物被微生物氧化，在一定期间内所消耗的溶解氧量（mg/L），通过测定样品培养前后的DO后计算得出，借助微生物作用来表征水样中有机物（也包括部分还原性无机物）含量。2－4－2化性指标2－4－2化性指标常用BOD5为指标：

20℃、五日生化培养、稀释水样测定法大约相当于水样中70～85％BODT，20天时，达到99%的氧化率。COD值常比BOD值高2－4－2化性指标（4）总需氧量TOD

水体中有机物完全氧化所需要的氧燃烧测定法：

CCO2HH2ONNOxSSO22－4－2化性指标e.无机碳和有机碳（1）二氧化碳游离CO2：水中溶解态的CO2及与水结合态的H2CO3

地表水中的CO2主要来源于有机物的分解、水生生物的呼吸作用等，该值可间接显示水体受有机物污染的程度。酚酞指示剂滴定法、电位滴定法2－4－2化性指标侵蚀性CO2：水中能溶解碳酸盐的那部分二氧化碳侵蚀水下建筑物与氧共存时，强烈腐蚀金属甲基橙指示剂滴定法、电位滴定法2－4－2化性指标（2）总有机碳

TOCtotalorganiccarbon天然水体中存在着种类繁多、相当数量的含碳有机残体，加上各种工业废水、生活污水排入水体，使水体中的含碳有机物的种类不可胜数。总有机碳即是这些物质中含碳量的总和，其值是表征环境水体被有机物污染程度的一个重要水质参数。2－4－2化性指标以能否通过0.45

m的滤膜而将总有机碳分为溶解性有机碳和颗粒有机碳两个部分。总有机碳＝总碳－无机碳测量方法：燃烧氧化——非分散红外吸收法（TOC测定仪）总碳：900℃高温氧化，全部C转化为CO2无机碳：150℃，仅无机碳分解为二氧化碳污水有机物指标之间的关系有机碳量需氧量TOCTODCODcrBODLBOD5CODMnf.氮含量有机氮：主要指蛋白质和尿素。总氮（TN）：一切含氮化合物以N计量的总称。凯氏氮（TKN）：TN中的有机氮和氨氮，不包括亚硝酸盐氮、硝酸盐氮。氨氮：有机氮化合物的分解，或直接来自含氮工业废水。NOx-N：亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。2－4－2化性指标f.三氮（1）氨氮NH3－N水中的NH3和NH4+，比例取决于pH含氮有机物受微生物作用的分解产物纳氏比色法2－4－2化性指标f.三氮（2）亚硝酸盐NO2-－N氮循环中的不稳定中间产物破坏血红蛋白，致癌物重氮－偶联反应法、离子色谱法

2－4－2化性指标f.三氮（3）硝酸盐氮NO3-－N

Cd柱还原法，离子色谱法

2－4－2化性指标g.磷酸盐抗坏血酸还原-磷钼蓝分光光度法2－4－2化性指标2－4－2化性指标h.其它有机污染物（1）挥发性酚沸点230℃以下的酚类，多为一元酚原生质毒，高毒物质4－氨基安替比林光度法

2－4－2化性指标h.其它有机污染物（2）农药残留六六六、滴滴涕、有机磷农药、除虫剂、除草剂气相色谱法

2－4－2化性指标h.其它有机污染物（3）阴离子洗涤剂直链烷基苯磺酸钠（LAS）， 烷基苯磺酸钠（ABS）亚甲兰分光光度法，液相色谱法

2－4－2化性指标h.其它有机污染物（4）油污染石油、煤油、润滑油、汽油、柴油海洋上主要是石油污染荧光光度法、紫外光度法、非分散红外法

2－4－2化性指标h.其它有机污染物（5）PAH，PCBpolycyclicaromatichydrocarbons（PAHs）多环芳烃荧光光度法、气相色谱法

polychlorinatedbiphenyls（PCBs）多氯联苯气相色谱法2－4－3生物指标水中总大肠菌群能在35℃，48h内发酵乳糖、产酸产气的、需氧的及兼性厌氧的革兰氏阴性的无芽胞杆菌。多管发酵法、滤膜法2－5－1氧化还原基本概念氧化还原反应：改变反应物价态的反应氧化-还原半反应

Ox+ne-Red得电子e-:被还原，原电池阴极（正极）失电子e-：被氧化，原电池阳极（负极）氧化还原：改变反应物价态的反应

自然界存在着基本的氧化-还原循环

2-5-2水环境中氧化还原反应的意义a、水环境中的氧化-还原是由许多无机物、有机物氧化-还原单一体系参与的复杂过程。

天然水体中常见氧化剂有：O2、NO3-

、Fe3+、SO42-

、S等还原剂有：有机物、H2S、S、FeS、NH4+

、NO2-等

b、水体中氧化还原的类型、速率和平衡，在很大程度上决定了水中重要溶质的存在形态和性质。如：厌氧性湖泊底层的元素都将以还原形态存在：C→CH4、N→NH4+

、S→H2S、Fe→可溶性的Fe2+；而表层水被大气中的氧饱和，成为相对氧化性介质，达到热力学平衡时，上述元素将以氧化态存在：C→CO2、N→NO3-、S→SO42-、Fe→Fe(OH)3沉淀。这种变化显然会影响水生生物和水质。c、许多重大的氧化还原反应都是在微生物的作用下进行的，细菌等微生物能使分子氧与有机物质反应，Fe3+还原为Fe2+以及NH4+氧化为NO3-，这是对污水进行生物处理的基础。d、水质分析和金属的腐蚀也与氧化还原过程有关。如：有机氮化合物转化为NH4+

、NO2-

、NO3-等e、实际的天然水或污水体系中的氧化还原反应是缓慢进行的，很难达到平衡，即使达到平衡，也是在局部区域内。理论的平衡计算，可为体系的变化趋向提供参考，有助于理解水体中各种化学物质的分布和迁移。2－5－3pE概念的引入a、电子活度与pEpH=-log(aH+)aH+--水溶液中H+的活度以H+活度衡量水溶液的酸碱性（接受、迁移H+的能力）：pH值越大，活度越小，酸性越弱，溶液接受质子的能力越强pH值越小，活度越大，酸性越强，溶液迁移质子的能力越强pE=-log(ae)ae--水溶液中电子的活度以电子活度衡量水溶液的氧化还原性（接受、迁移电子的趋势）：pE越小，电子活度越高，提供电子的倾向越强，水体呈还原性pE越大，电子活度越低，接受电子的倾向越强，水体呈氧化性b、pE与Eh、△G和平衡常数的关系

E＝E

＋2.303RT/nFlg[ox]/[red]

＝E

＋0.0591/nlg[ox]/[red] pE＝pE

＋1/nlg[ox]/[red]＝pE

＋1/nlg1/kpE

＝E

/0.0591pE＝E/0.0591Eh＝0.0591pE

平衡条件下pE＝0,lgk＝npE

△G＝-nFE,△G＝-2.303nRT(pE)2－5－4天然水中的pE值a、未受污染水aerobicwaterO2+4H++4e-＝2H2OpE

＝20.57pE＝pE

+1/nlg[ox]/[red]

＝20.57+1/4lg[H+]4·PO2/[H2O]

当pH＝7.00,PO2＝0.21atm时

pE＝20.57+1/4lg（0.21×10-28）＝13.8pE范围：12.6～14.6Eh:0.74～0.89Vb、缺氧水anaerobicwater

由于微生物作用生产大量CH4和CO2

假设：PCO2＝PCH4pH=7.00

从1/8CO2+H++e-=1/8CH4+1/4H2OpE

=2.87

得pE=pE

+1/nlg(PCO2)1/8[H+]/(PCH4)1/8= 2.87+lg[H+]=-4.13

如果计算这时氧气分压，PO2＝3.0×10-72atmc、影响pE的因素（1）多数情况下，天然水中DO决定电位；缺氧水中，有机物决定电位（2）水中的pE与其pH有关，

pH下降pE上升（3）许多重要的redox反应是微生物催化的（4）根据水环境中游离氧、硫化氢及其他氧化剂、还原剂的存在情况，分为氧化环境、不含硫化氢的还原环境、含硫化氢的还原环境本节内容讲完

下一讲水环境标准（续）环境工程学概论第三讲水环境监测指标

与水质标准（续）课后作业重点学习第一章第二节和第三节，自学推导掌握例题1-1，1-2，1-3和1-4解题方法和步骤。参照上述例题解答P.75的下述习题：

1-2、1-3、1-5、1-6、1-8一、水污染的影响因素二、水质标准简介本节课主要内容

——水污染的影响因素正常水体环境的三个氧化还原区域

A区：与大气接触，DO充足，pE＞13；好氧菌活跃，属氧化性环境

e.g.雨水，河水，表面海水，好氧曝气池

B区：不直接与大气接触，DO不足，

pE范围宽，属过渡性环境

C区：与大气隔离，缺氧，pE一般＜3；厌氧菌活跃，属还原性环境

pE-pH图能显示水体中某元素各种化学形态间的平衡关系，即表明各种条件下质子和电子如何移动，并且能够给出指定条件下的优势存在形态。

a、水的pE-pH图

2H++2e-＝H2

pE＝pE

+1/2lg[H+]2/PH2

＝0-pH………………aO2+4H++4e-＝2H2OpE＝pE

+1/4lg[H+]4PO2＝20.75-pH………b1－1－1氮在水中的氧化还原平衡20-15014pEpHH2H2OaO2bA线以下，H2OH2

b线以上，H2OO2

水的pE-pH图高pE，高pH，NO3-为主低pE，高pH，NH3稳定低pE，低pH，NH4+为主NO2-仅在很窄条件范围内存在b、氮在水中的氧化－还原平衡NO3－O2NH4＋NO2－NH3H216014pEpH0c、水中重金属的氧化还原

重金属在水中的性质和迁移与形态有关无redox时，存在形态主要与pH有关，有redox时，则同时与pH和pE有关。一般在高pE水中，被氧化成高价态，在低pE水中，被还原成低价态， 或与其中的H2S形成难溶硫化物

e.g.Cr(III)=Cr(VI)

Cu(I)=Cu(II)

Fe(II)=Fe(III)

Mn(II)=Mn(IV)

Cr(VI)，Cu(II)，Fe(II)，

Mn(II)溶解度大

故氧化性水体中，Cr(VI),Cu(II)迁移强，Fe(OH)3,MnO2·2H2O进入底泥；还原性水体中，Fe(II),Mn(II)迁移强，Cr(III)，Cu(I)进入底泥。1－1－2有机污染物的氧化还原

pE对有机物redox的影响，不如无机物明显。

e.g.底泥中DDT被还原为DDDDDTDDD自由基DDDFe2＋H＋1－2界面平衡和相间反应1－2－1吸着和吸附

吸着：sorption

包括吸附和吸收，习惯上，吸着＝吸附吸附：adsorption

界面上的吸着吸收：absorption

向吸附剂内部扩散，且分布均匀1－2－2表面吸附

吸附可通过化学键合或静电吸引力发生。吸附剂：天然水中的胶体、底泥、腐殖质、MnO2,Fe2O3,Al(OH)3等

水体中固体的行为和功效都与固体的表面吸附作用有关。由于表面的原子、离子和分子受到周围粒子的作用力不平衡，使得固体表面具有多余的表面能，表面积减小，表面能则降低，通常这种减少是通过颗粒物的聚集或对溶质的吸附作用来实现。吸附作用分为两类：物理吸附和化学吸附，特点比较如下：吸附力选择性稳定性分子层物理吸附化学吸附范德华力无选择性不稳定，易解吸单分子层或多分子层化学键力有选择性比较稳定，不易解吸单分子层

CEC：阳离子交换容量，毫当量/100g

a、与金属离子交换腐殖质，Fe(OH)3,MnO2等，表面带负电荷，可同Cr,Cd,Cu,Mo,Ni, Co等交换e.g.MnO2对阳离子的吸附e.g.MnO2对阴离子的吸附1－2－3离子交换1－2－3离子交换b.同磷交换通过化学键合，P被吸附，使P进入循环分类：（1）含磷矿Ca5OH(PO4)3

（2）键合在SiO2或CaCO3上（3）键合在MnO2,Fe(OH)3上（4）与水生物结合1－2－3离子交换

c.同有机化合物交换腐殖质等有机物吸附带正电荷的有机物。对带负电荷的有机物吸附力极低，故这些 有机物易迁移。黄棕色溶液fulvicacid富里酸或称黄腐酸腐殖质（humicsubstances）0.2mol/LNaOH

黑色不溶物胡敏素（humin）或称腐黑物酱油色溶液HCl酸化

不溶物胡敏素

humicacid（腐殖酸）

乙醇萃取棕色溶液（棕腐酸）

黑色不溶物（黑腐酸）

1－2－4腐殖质（1）分类1－2－4腐殖质

（2）腐殖酸的应用

a.在农业上：与N、P、K络合成肥料，具有增效作用，20～40％

b.在医药上：抗炎、愈创、抗肿瘤、止血

c.在环保上：腐殖酸树脂可用于水处理，回收Hg、Cd、Ni、Cu、Zn。与果汁酶混合发酵可制成脱臭剂。1－2－4腐殖质（3）腐殖质的性质

a.组成

C：45～55％O：30～45％H：3～6％

N：1～5％S、P：0～1％

b.相对分子质量范围300～106

富里酸300～400分子量大棕腐酸2×103～104

颜色加深黑腐酸104～106c.具有弱酸性，来自所含的羟基和酚基，与浓度及pH有关。

1－2－4腐殖质

d.对金属离子螯合能力强配位基团为芳核侧链上的活性炭羧基和酚基影响重金属的形态、迁移转化和富集。

e.巨大的聚集体和比表面积，340m2/g

有离子交换和吸附作用；能与有机化合物作用

f.在氧化剂的作用下可被氧化分解

g.具有抵抗微生物降解的能力，影响生物效应

h.来源不同，性质相似但不同1-3水体污染物迁移的主要基本原理

污染物的迁移：指污染物在自然环境中空间位置的移动和存在形式的变化，以及由这些变化引起的污染物的富集或分散。无机污染物的迁移：在水环境中主要通过吸附-解吸、沉淀-溶解、配合作用、氧化-还原等一系列物理化学作用进行迁移、转化，参与和干扰环境化学过程和物质循环过程，最终以一种或多种形态长期存留在环境中。有机污染物的迁移：在水中的迁移转化主要取决于有机污染物本身的性质以及水体的环境条件。一般通过吸附作用、挥发作用、水解作用、光解作用、生物富集以及生物降解作用进行。

1-3-1迁移过程的基本分类a、机械迁移

随大气气流或水体径流运动而进行的机械搬迁。

e.g.悬浮物迁移和沉积b、物理化学迁移物理化学作用使污染物形态发生变化而迁移。

e.g.重金属c、生物迁移污染物由于生物活动而发生迁移，大多通过食物链。e.g.N,P,S,C循环

d、例

a、bcHg2+，Hg22+，苯基Hg底泥Hg2+(CH3)2Hg,CH3Hg

沉积

甲基化

b

气化光化分解

进入生物体

Hg2+,返回地面,进入水体

食物链c汞具有生理毒性和生物累积性WetandDryDepositionFishingcommercialrecreationalsubsistence

Mercurytransformsintomethylmercuryinsoilsandwater,thencanbioaccumulateinfishAtmosphericdepositionLakemethylationOceanmethylationImpacts

Bestdocumentedimpactsonthedevelopingfetus:impairedmotorandcognitiveskillsAlso:cardiovascular,immune,andreproductivesystemimpactsPowerPlantEmissionsHumansandwildlifeaffectedprimarilybyeatingcontaminatedfishEmissionsReductionsReduceAtmosphericTransportandDepositionReduceEcosystemTransportandMethylationReduceHumanandWildlifeExposureReduceHealthImpacts影响迁移的因素1-3-2pH及弱酸弱碱电离

天然水的pH取决于二氧化碳平衡其它因素：

矿坑水中Fe(II)水解产生H+,pH下降含腐殖质的沼泽水，有机酸电离，pH下降盐湖中CO32-浓度高，pH上升碳酸盐系统中存在的平衡关系：CO2(g)CO2(aq)+H2O H2CO3 H+

+

HCO3- H++CO32-

CaCO3(s)，MgCO3(s)碳酸盐体系与水的酸度、碱度密切相关；是天然水中优良的缓冲系统，避免pH值急剧变；与水处理有关，如水质软化等；与水生生物的光合作用、呼吸作用等有关。

CO2+H2O H2CO3* pK H2CO3 HCO3-+H+ pK1 HCO3- CO32-+H+ pK2碳酸化合态分布图的理解：1、总体分布态势：

pH﹤6时，溶液中主要组分是H2CO3 pH在6-10之间时，溶液中主要组分HCO3- pH﹥10.3时，溶液中主要组分是CO32-2、交界点的意义：

pH=pK1时，a0=a1=0.50pH=pK2时，a1=a2=0.503、封闭体系中，H2CO3、HCO3-、CO32-的浓度随pH的变化而变化，但总无机碳量始终不变；开放体系中H2CO3、HCO3-、CO32-以及总无机碳量均随pH的变化而变化。1-3-3络合作用

1、水体中溶解态的重金属大部分以配合物的形式存在，因为水中存在着多种无机、有机配位体：

a.无机配体：OH-、Cl-等

b.有机配体：腐殖酸、有机洗涤剂（NTA）等例如：汞在湖水中主要与腐殖酸配合，在海水中主要与Cl-配合1-3-3络合作用

2、水体中的配合作用直接影响着金属化合物的存在形态、溶解度、迁移和生物效应（毒性）等。例如：使原来不溶于水的金属化合物转变为可溶于水；改变固体表面的性质和吸附行为；改变金属对水生生物的营养可给性和毒性。（1）NTA：氮基三醋酸三钠盐N(CH2COONa)3

洗涤剂中磷酸盐和聚磷酸盐的替代物 对金属离子有很强的螯合作用（2）羟基对重金属离子的配合作用 由于大多数重金属离子都能水解，水解过程实质上就是羟基的配合过程，是影响一些重金属难溶盐溶解度的主要因素。3、腐殖质与水中重金属离子的配合作用许多研究表明：重金属在天然水体中主要以腐殖酸配合物的形式存在；影响重金属在颗粒物的吸附和难溶化合物的溶解度；影响重金属对水生生物的毒性。

1－3－4氧化还原反应

对重金属的存在形式及迁移影响重大对有机物的降解起决定性作用

a、氧化环境：富含游离O2或其它强氧化剂

pH>7Eh>0.15vpH<7Eh>0.4v

b、不含H2S的还原环境：富含有机质

pH>7Eh<0.15v pH<7Eh<0.5v

c、含H2S的还原环境：Eh<0

金属与H2S形成沉淀，降低迁移能力。

d、例：石油组分等烷烃化合物被氧化

R－CH2CH3

DO，UV自由基平衡

RCHCH3RCH2CH2

..RCHO2HCH3RCH2CH2O2H

RCHOHCH3RCOCH3RCH2CH2OHRCH2C00H

仲醇甲基酮伯醇脂肪酸1-3-5吸附作用颗粒物的类别及其吸附、释放和聚集悬浮物及底质含大量的胶体物质，比表面积大，常带有电荷，对金属离子和有机污染物有良好的吸附作用。a、吸附剂

无机胶体：粘土、石英、金属水合氧化物、矿物、硅铝酸盐、聚磷酸盐等

有机胶体：腐殖质、聚糖类、蛋白质、浮游生物、表面活性剂等类别：（1）矿物微粒和粘土矿物天然水中常见矿物微粒：石英、长石、云母以及粘土矿物硅酸盐矿物。（2）金属水合氧化物铝、铁、锰、硅等金属的水合氧化物在天然水体中以无机高分子及溶胶等形态存在，在水环境中发挥重要的胶体化学作用。（3）腐殖质（4）水体悬浮沉积物天然水体中各种胶体物质往往同时存在，相互作用结合成某种聚集体，即成为水中的悬浮沉积物。它们既可以沉降进入水体底部，也可以重新再悬浮进入水体。悬浮沉积物的结构组成并不固定，随着水质和水体组成物质及水动力条件而变化。（5）其他水体中的藻类、污水中的细菌、病毒、废水排出的表面活性剂、油滴等，都有类似的胶体化学作用。b、吸附（表面吸附、离子交换吸附、专属（性）吸附）表面吸附由于胶体具有巨大的比表面和表面能，固液界面存在表面吸附。属于物理吸附。离子交换吸附大部分胶体带负电荷，容易吸附阳离子，并放出等量的其它阳离子。属于物理化学吸附。专属吸附吸附过程中，除了化学键的作用，尚有憎水键和范德华力或氢键在起作用。这种吸附发生在胶体双电层。专属（性）吸附作用可以使离子化合物吸附在中性表面甚至同号电荷的表面上。被吸附的离子不能被通常的离子交换剂交换，只能被亲和力更强的金属离子取代，或在强酸条件下解吸。水合氧化物胶体对重金属离子有较强的专属吸附作用。砷的性质及形态高毒性类金属元素第一类致癌物优先控制污染物饮用水砷标准为0.01mg/L案例分析—水中砷的吸附行为氧化环境还原环境*SmedleyPL,KinniburghDG.Areviewofthesource,behaviouranddistributionofarsenicinnaturalwaters[J].AppliedGeochemistry,2002,17:517-568.图5.6在不同pH值下，Ce-La吸附材料对水中As(III)andAs(V)的吸附容量pH对砷吸附行为的影响实验条件：在初始砷浓度200mg/L，Ce-La投加量2g/L，溶液体积100mL，25℃，转速为150r/min条件下，连续振荡24h。c、颗粒物的凝聚作用DLVO（Deijaguin-Landau-Verwey-Overbeek）理论：胶粒之间存在着促使胶粒相互聚结的粒子间的吸引力和阻碍其聚结的双电层的排斥力，胶体溶液的稳定性就取决于胶粒之间这两种力的相对大小。排斥作用大，体系保持分散稳定状态。吸引力占主要优势，则两颗粒可以结合在一起。但仍然隔有水化膜。

c、颗粒物的凝聚作用DLVO（Deijaguin-Landau-Verwey-Overbeek）理论：提高溶液的电解质浓度，会压缩双电层的扩散层，排斥作用降低，使颗粒物发生聚集。适用于没有化学专属吸附作用的电解质溶液，并且假设胶粒处于粒度均等、呈球体形状的理想状态。一种理想化的最简单体系。

c、颗粒物的凝聚作用

异体凝聚理论电荷符号相反的胶粒间吸引力总是占优势，当它们相互接近时，会发生电荷中和而凝聚。使用于物质本性不同、粒径不等、电荷符号不同、电位高低不等的分散体系。d、吸附作用的一些特性：

电荷：异性相吸，高电荷吸附大

极性：相似相吸

粒度：粒度小吸附大

溶解度：溶解度小吸附大

分子量：同系有机溶质，分子量大吸附大

温度：物理吸附随温度增加而下降然而温度上升，溶解度下降，吸附可能上升

pH：一般pH上升，吸附上升1－3－6有机物的水解和降解

水解的影响因素：酸碱催化，吸附催化，温度等

a.羧酸酯类的水解，生成羧酸和醇

b.磷酸酯类的水解，生成磷酸和醇

c.卤代物的水解，生成氢卤酸和醇例：多糖的降解

多糖二糖单糖酸H2O＋CO2

发酵，pH下降，降解中止例：脂肪和油类的降解

脂肪/油类甘油和脂肪酸醋酸

CO2＋H2O

3C3H5(OH)3

丙酮酸有机酸

6CO2+8H2O有氧无氧有氧无氧例：含氮有机物的降解蛋白质、氨基酸、脂肪类、硝基化合物

CH3CHNH2CO2H＋H2OCH3CHOHCO2H＋NH3CH3CO2H＋CO2＋NH3

CH3COCO2H(丙酮酸)＋NH3

CH3CH2OH＋CO2＋NH3O21/2O21-4其它迁移作用方式沉淀-溶解

平衡关系、反应速率。

pH、硫化物、碳酸盐挥发 与浓度、挥发速率常数、水体深度、毒物分压等有关。光解生物降解1－5水体微生物化学

AquaticMicrobialBiochemistry1－5－1微生物在水体中的分布微生物：一大群个体体积小（

<1mm），结构简单，大多是单细胞，少数是多细胞，还有些没细胞的低等生物。包括：细菌、放线菌、立克次氏体、依原体、枝原体、病毒和真菌等属淡水微生物：细菌、藻类、原生动物海水微生物：细菌、放线菌、真菌、藻类、原生动物、噬菌体。

淡水中微生物垂直分布和平面分布规律：

垂直：水体中的光合带：10～100米之间，细菌数量5～20米深处最多，到湖底的沉积物表层又再增多。平面：与陆地相连的水中，有机物多，微生物的数量也多

A层：好气性、兼性厌气微生物{CH2O}CO2B层：光能自养微生物

C层：厌气性微生物

SO42-H2S有机物

CH4几种主要赤潮生物：

夜光藻，反曲原甲藻，海洋褐胞藻，亚力山大藻，中肋骨条藻…1－5－2甲烷菌和甲烷形成反应

1/4{CH2O}+1/4H2O1/4CO2+H++e-1/8CO2+H++e-1/8CH4+1/8CO2

总反应

1/4{CH2O}1/8CH4+1/8CO2

有机物厌氧分解产生甲烷，甲烷的形成反应有利于有机物降解，形成甲烷后，甲烷逸出水体称为沼气

1molCH42molDOCH4+2O2CO2+2H2O1－5－3氮的生化循环a、固氮nitrogenfixation

分子氮被固定为有机氮，在无合成肥料时是植物得到养分的途径。能固氮的微生物并不多

b、硝化nitrification

将NH4+氧化成NO3-，使植物吸收c、硝酸根还原（亚硝化）nitratereduction无氧气存在时，某些细菌利用该反应来转移电子（NO3-做为电子接受体）

1/2NO3-+1/4{CH2O}1/2NO2-+1/4H2O+1/4CO2d、反硝化denitrification生物体中氮返回大气的重