环境工程化学PPT课件

第二章环境工程基础,第一节环境工程学概论定义：环境工程学是环境科学的一个分支。它主要研究运用工程技术和有关学科的原理和方法，保护和合理利用自然资源，防治环境污染，以改善环境质量的学科。环境工程的主要内容：包括大气污染防治工程、水污染防治工程、固体废物的处理和利用，以及噪声控制等。环境工程学还研究环境污染综合防治的方法和措施，以及利用系统工程方法，从区域的整体上寻求解决环境问题的最佳方案。任务：保护环境保护人类,第二节水污染控制工程,一、水的循环与水污染水的主要作用与分布作用：水是一切生命机体的组成物质，也是生命代谢活动所必需的物质，又是人类进行生产活动的重要资源。 分布：地球上的水分布在海洋、湖泊、沼泽、河流、冰川、雪山，以及大气、生物体、土壤和地层。水的总量约为1.41013 m3，其中96.5%在海洋中，约覆盖地球总面积的70%。陆地上、大气和生物体中的水只占很少一部分。,水的循环水的循环分自然循环和社会循环。自然循环：在太阳能和地球表面热能的作用下，通过海洋、湖泊、河流等广大水面以及土壤表面、植物茎叶的蒸发与蒸腾作用形成水汽，进入大气，凝结为云，在风的作用下，移动至各处。在适当条件下又以雨、雪、雹等形式降落下来。这些降落下来的水分，在陆地上以地表径流与地下渗流等环节，最后进入海洋。同时一部分又以地面和水面的蒸发以及植物的蒸腾又进入大气圈。水的这种在水圈，大气圈，岩石圈，生物圈中进行连续运动的过程，称为水的自然循环。,根据污染杂质的不同，可将水污染分为化学性污染、物理性污染和生物性污染三大类。 化学性污染主要有(1)无机有毒物质，主要是重金属Cd、Sb、Hg、Pb、Ga、As等，放射毒性元素有Po、Tl、Th、U、Pr、Ra等，有潜在影响的物质。(2)无机污染物，包括酸、碱和一些无机盐类等。(3)有机化合物和烃类包括烷烃、不饱和非芳香烃、芳烃、多环芳烃(PAH)、二噁英及卤代物等(4) 需氧污染物质，主要是生活污水、畜禽废水和一些工业废水中所含的碳水化合物、蛋白质、脂肪和酚、醇等有机废水,(5) 植物营养物质，主要是生活污水、农田排水和某些工业废水中一定量的氮、磷等植物营养物质。植物营养物质会造成水体富营养化，破坏生态系统。(6) 油类污染物质，主要来源于炼油厂和石油化工工业、海底石油开采、油轮洗舱以及大气中碳氢化合物的沉降等途径，这些物质会影响水质与水环境，危害水生生物。,物理性污染,水体的物理性污染是指由物理因素引起的环境污染，如： (1) 不溶性悬浮物污染，主要是影响水体透明度，减弱水生植物光合作用，减速少水中溶解氧； (2) 热污染，主要是热电厂、核电站及各工业过程的冷却水，热污染使水温升高，溶解氧含量降低，危害水生生态系统； (3) 放射性辐射、电磁辐射等。 3 生物性污染 主要是指一些病原微生物、病毒和寄生虫等通过各种途径进入水体造成的污染。 生物污染对人类和其它生物的危害很大，防止水体中生物污染是环境工程中得大课题之一。,二、水的自净能力和水环境容量水的自净能力：受污染的水体，经过水中物理、化学与生物作用，使污染物浓度降低，并恢复到污染前的水平，或建立一个新的平衡，这种现象，称为水的自净能力。当进入水体污染物的量超过水体的自净能力时，就会造成水体污染。水环境容量：是指在不影响水的正常用途的情况下,水体所能容纳的污染物的最大量或自身调节净化并保持生态平衡的能力的污染物量。,三、水质指标水质指标大致可分为：(1)物理指标如嗅味、温度、浑浊度、电导率、透明度、颜色等(2)化学指标(a)一般化学性指标，如pH值、硬度、碱度、各种阴阳离子、总盐量、一般有机物质等(b) 有毒性化学性水质指标如各种重金属、有毒准金属、多环芳烃、各种农药等；(c)氧平衡指标如总耗氧量、化学耗氧量、生化耗氧量、总有机碳、高锰酸钾指数、酚类等(3)生物指标如细菌总数、大肠菌群、藻类等(4)放射性指标如总射线、总射线、铀、镭、钍等),四、水处理的基本原理和方法(1) 给水处理通过必要的处理工艺，改善天然水源的水质，使之符合饮用水质标准。常见的给水处理工艺中包括：1)去除颗粒物：方法有：混凝、沉淀、澄清、气浮、过滤、筛滤（格栅、筛网、微滤机、滤网滤芯过滤器等）膜分离（微滤、超滤）、沉砂（粗大颗粒的沉淀）、离心分离（旋流沉砂）等2)去除、调整水中溶解（无机）离子、溶解气体等：方法有：石灰软化、离子交换、地下水除铁除锰、氧化还原、化学沉淀、膜分离等除无机离子等；对微生物污染水源，在消毒工艺前，还要增加臭氧氧化或活性炭吸附等工艺,(2) 废水处理为了防止污染环境，破坏自然水体，工矿企业废水及城市生活污水排放前必须进行处理。在解决废水问题前需遵从下列原则：改革生产工艺，大力推进清洁生产，尽可能在生产过程不用水或少用水，尽量不用或少用易产生污染的原料、设备及生产方法。生产中杜绝有毒有害废水的产生。如以无毒用料或产品取代有毒用料或产品。重复利用废水，尽量采用重复用水和循环用水系统，使废水排放量减到最少。含有剧毒物质废水，如含有一些重金属、放射性物质、高浓度酚、氰等废水应与其他废水分流，以便于处理和回收有用物质。一些流量大而污染轻的废水如冷却废水，不宜排入下水道，以免增加城市下水道和污水处理厂的负荷。这类废水应在厂内经适当处理后循环使用。,(3)废水常见的处理方法 废水物理处理法是通过物理作用分离和去除废水中不溶解的呈悬浮状态的污染物（包括油膜、油珠）的方法。处理过程中，污染物的化学性质不发生变化。 方法有：重力分离法（包括沉淀、上浮（气浮）等离心分离法，使用设备有离心分离机、水旋分离器等筛滤截留法，有栅筛截留和过滤两种处理单元，前者使用格栅、筛网，后者使用砂滤池、微孔滤机等。 还有废水蒸发处理法、废水气液交换处理法、废水高梯度磁分离处理法、废水吸附处理法等。 物理处理法的优点：设备大都较简单，操作方便，分离效果良好，故使用极为广泛。,废水化学处理法：是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。有氧化法、电解法、化学沉淀法、混凝法、电渗法、中和法等。 废水生物处理法是利用微生物的生命活动，对废水中呈溶解态或胶体状态的有机污染物降解作用，降低水中氮、磷等植物营养物质的含量，从而使废水得到净化的一种处理方法。 可分需氧生物处理法和厌氧生物处理法两种。需氧生物处理法有活性污泥法、生物膜法、氧化塘法、土地处理系统等。在实际应用中，废水处理流程是由以上各种方法合理组合而成。,按照不同的处理程度，废水的处理可分为一级处理、二级处理和三级处理。污水一级处理：又称污水物理处理，通过简单的沉淀、过滤或适当的曝气，以去除污水中的悬浮物，调整pH值及减轻污水的腐化程度的工艺过程。废水经过一级处理后一般仍达不到排放标准。污水二级处理：污水经一级处理后，再经过具有活性污泥的曝气池及沉淀池的处理，使污水进一步净化的工艺过程，以除去一级处理后污水的悬浮物和胶体颗粒物或低浓度的有机物。经过二级处理后的污水，一般可以达到农灌水的要求和废水排放标准。但在一定条件下仍可能造成天然水体的污染。 污水三级处理：又称深度处理，污水经二级处理后，进一步去除污水中的其他污染成分（如；氮、磷、微细悬浮物、微量有机物和无机盐等）的工艺处理过程。主要方法有生物脱氮法、凝集沉淀法、砂滤法、硅藻土过滤法、活性炭过滤法、蒸发法、冷冻法、反渗透法、离子交换法和电渗析法等。,第三节固体废物污染控制与资源化工程第四节大气污染控制工程后面各章逐一讲述,第三章环境工程化学基础,第一节主要无机污染物的物理、化学与生物性质一、无机酸、碱和盐污染物 (1) 氰化物 来源：氰化物多数是人工制造的，但也有少量存在于天然物质中，如苦杏仁、枇杷仁、桃仁、木薯和白果等。污染环境的氰化物，主要来自工业生产。煤焦化时，在干馏条件下碳与氨反应，也产生氰化物。氰化物可用作工业生产的原料或辅料，如HCN用于生产聚丙烯腈纤维，氰化钠用于金属电镀，矿石浮选，以及用于染料、药品和塑料生产；氰化钾用于白金的电解精炼，金属的着色、电镀，以及制药等化学工业。这些工业部门的废水都含有氰化物。,性质：氢氰酸(HCN)是一种无色液体,密度为0.6876，熔点为14，沸点为26，易挥发，可溶于水、醇和醚中。其水溶液有苦杏仁臭味，臭味可感觉的最低浓度为0.001毫克/升。HCN的酸性是极弱的，不论在无水状态或水溶液中的HCN，只有和少量无机酸或某些其他物质共存时才是稳定的。 HCN受光照易分解为低毒的NH3、HCOOH、HOOCCOOH等。除HCN外，NaCN、KCN也是氰污染物的初始形态，氰离子的一个重要特点是容易与某些金属形成络合物。,毒性：氰化物是剧毒物质。HCN人的口服致死量平均为50毫克，氰化钠约100毫克，氰化钾约120毫克。简单的氰化物经口、呼吸道或皮肤进入人体，极易被人体吸收。氰化物进入胃内，在胃酸的作用下，能立即水解为HCN而被吸收，进入血液。细胞色素氧化酶的Fe3+与血液中的氰根结合，生成氰化高铁细胞色素氧化酶，使Fe3+丧失传递电子的能力，造成呼吸链中断，细胞窒息死亡。,(2) 铵盐、硝酸盐和亚硝酸盐 来源：铵盐、硝酸盐和亚硝酸盐是环境中常见的三类含氮污染物。 未经处理的生活污水中，它们会相继发生氨化、亚硝化和硝化等反应： 由于NH4+-NH3形成的共轭酸碱对在水溶液具有如下平衡关系：在pH8时，主要是以无毒的NH4+存在，当pH增高，NH3增多，毒性增强。,性质：NH3无色气体,有刺激性恶臭味。分子量17.03。相对密度0.7714g/l。熔点-77.7。沸点-33.35。易溶于水。吸入少量对人体无害，可能过代谢作用从尿液和汗中排出。硝酸盐经人体过量摄入后在肠道微生物作用转变为亚硝酸盐而产生毒性作用。亚硝酸盐类食物中毒又称肠原性青紫病、紫绀症、乌嘴病，是指食入含亚硝酸盐类植物中毒。亚硝酸盐是一种潜在的致癌物质，可以促胺类物质反应生成致癌的亚硝胺类物质，它可诱发人体胃癌、肝癌、食道癌等疾病，过量或长期食对人的身体会造成危害，所以，国家对食品中亚硝酸盐的含量有严格的限制。,(3) 硫化物 来源：硫化氢一般作为某些化学反应和蛋白质自然分解过程的产物以及某些天然物的成分和杂质，而经常存在于多种生产过程中以及自然界中。如采矿和有色金属冶炼。煤的低温焦化，含硫石油开采、提炼，橡胶、制革、染料、制糖等工业中都有硫化氢产生。开挖和整治沼泽地、沟渠、印染、下水道、隧道以及清除垃圾、粪便等作业，还有天然气、火山喷气、矿泉中也常伴有硫化氢存在。 在水体沉积物和土壤深层，硫酸根参与下的硫酸还原菌降解有机物，会发生生物还原反应生成H2S及其它一些中间价态的硫化物，如SO32-和S2O32-等，与环境介质中其它金属离子反应生成盐。,性质：常温下为无色气体，有刺激性（臭鸡蛋）的有毒气味，熔点：-85.5，-60.4，溶于水、乙醇。溶于水（溶解比例1:2.6）称为氢硫酸，是一二元弱酸，对水泥、Cu、Pb、Fe等金属有腐蚀作用。在空气中点燃生成二氧化硫和水: 2H2S + 3O2 2SO2 + 2H2O (火焰为蓝色)(条件是点燃)。若空气不足或温度较低时则生成单质硫和水。在好氧水体或土壤环境中H2S在微生物作用下，被氧化：毒性与临床表现H2S会细胞中的氧反应，阻止氧与人体内细胞色素、氧化酶等中的二硫键发生作用，从而影响细胞氧化过程，造成组织缺氧。急性硫化氢中毒一般发病迅速，出现以脑和（或）呼吸系统损害为主的临床表现，亦可伴有心脏等器官功能障碍。,(4)氟化物 来源：氟是构成地壳的固定元素之一，地球中矿物氟化物很多，其中商业上比较重要的是萤石和氟磷灰石。 自然界中的氟化物主要来源于火山爆发、高氟温泉、干旱土壤、含氟岩石的风化释放以及化石燃料的燃烧等。这些氟化物可以分布在空气中，也可以溶解在水体中。空气中的氟化物主要分为气态和颗粒状固态。,性质：在所有元素中唯一只显负一价的元素，氟的电负性最高，为4.0（鲍林标度），电离能为17.422电子伏特，是非金属中最活泼的元素，氧化能力很强，能与大多数含氢的化合物如水、氨和除氦、氖氩外一切无论液态、固态、或气态的化学物质起反应。氟气可以同绝大部分非金属元素和金属元素起猛烈的反应，生成氟化物，并发生燃烧。有极强的腐蚀性和毒性，操作时应特别小心，切勿使它的液体或蒸气与皮肤和眼睛接触。在卤化物中，氟化物容易与某些高氧化态的阳