水质工程学PPt.ppt

本专业主要培养从事给水工程、排水工程、建筑给水排水工程、水污染控制和水资源利用与保护的规划、设计、施工、运行管理、科研和教学等方面工作的高级工程技术人才。 学生通过系统学习，主要掌握给水排水工程、水污染控制和水资源利用与保护等方面的基本理论、基本知识和基本技能，通过外语、工程设计、管理及规划方面的学习和训练，具有水科学和环境科学技术领域的工程设计、科学研究和管理规划等方面的能力。,主要课程：给水工程、排水工程、建筑给水排水工程、工程力学、水力学、测量学、水泵与泵站、水处理微生物学、无机化学、水分析化学、工程制图、电工与电子学、计算机技术与应用、管理科学等。,主要实践性教学环节：金工实习、测量实习、工程制图、管道工程安装实训、计算机应用及上机实习、建筑给水排水课程设计、工程施工实习、CAD制图训练、物理实验、力学实验、化学实验、水质分析实验、课程设计、认识实习、毕业实习、毕业设计(论文)等，一般安排40周左右。 毕业去向：设计部门、规划部门、环境保护部门、科研院所、高等院校、工矿企业、经济管理部门和政府部门等从事给水排水工程规划、设计、管理、科研和教学等工作。,1.建筑公司或者安装公司，做施工员或者管理人员，这方面主要是和给排水施工相关 2.概预算；3.设计院，现在的设计院招给排水的还是比较多的，现在找一家设计院也不难，但是好一点的基本上都是要研究生的，一般可以做建筑给排水设计和市政管线等。 4.水厂或者水务集团，一般来说这个待遇比较好，有很多有事业编制，各个地方不一样。 5.污水厂，一般来说待遇还行。,本书是李圭白院士为高中毕业生及家长写的介绍给水排水工程专业的小册子。,李圭白,李圭白(1931.9.25-)市政工程专家，中国工程院院士。河南省偃师市人。生于沈阳，1955年毕业于哈尔滨工业大学。现任哈尔滨工业大学教授，博士研究生导师，全国高等学校给水排水工程专业指导委员会主任。,1931年9月25日生于沈阳。籍贯河南偃师。 哈尔滨工业大学预科，1950-1951 哈尔滨工业大学本科土木系给水排水专业，1951-1953 哈尔滨工业大学土木系给水排水专业研究班毕业，1953-1955 哈尔滨工业大学土木系助教，1955-1959 哈尔滨建筑工程学院助教，1959-1962 哈尔滨建筑工程学院讲师，1962-1978 哈尔滨建筑工程学院副教授，1978-1982 哈尔滨建筑工程学院（哈尔滨建筑大学）教授，1982-2000 哈尔滨工业大学教授，2000-至今 中国工程院院士，1995,李圭白 - 社会兼职 全国高校给水排水工程专业指导委员会主任，1994-至 今 中国土木工程学会给水排水学会副理事长，1998-2002 中国土木工程学会水工业学会副理事长，2002-至今 国家建设部科学技术委员会委员，1997-2001 国家建设部科学技术委员会顾问，2001-至今 黑龙江省专家顾问委员会委员，1997-至今 哈尔滨市专家顾问委员会特邀委员，1995-至今 给水排水杂志编委会委员，1986-至今 中国给水排水杂志编委会委员，1985-至今,李圭白 - 研究领域 市政供水工艺技术、农村饮用水技术与管理、供水管网技术与管理、饮用水水质安全技术与管理、应急供水技术与管理、污水深度处理与再生利用工艺技术、化学工业废水、环境监测与评价、自控系统及软件、阀门、泵、水资源管理、河流治理、湖泊治理、地下水污染修复、风机、石油工业废水、自控模拟、过滤器材、材料、药剂、消毒、投药设备。,顾康乐，给水排水工程专家，我国给水排水专业的创 始人之一。长期致力于市政卫生工程的教学和科研 工作，是我国创办并讲授市政工程课程的第一位教 授。 年月日 生于江苏省苏州市。 年 毕业于苏州工业学校。 年 毕业于上海交通大学土木工程系。 年 毕业于美国康奈尔大学研究生院市政卫生专业，获硕士学位。 年 任上海复旦大学、交通大学教授。 年 任上海市工务局总工程师。 年 任上海市城市建设局总工程师、技术处副处长。 年 任上海市给水排水设计院副院长、总工程师。 年 任建筑工程部北京给水排水设计院副院长、总工程师。 年 任国家建设委员会城市建设局技术顾问。 年 任国家城市建设总局副局长。,顾康乐一生与水打交道，对水一往情深。工业化高度发展引起的水污染，使他忧心如焚。他写到：“水赋予人类、动物和植物以生命的可能，可以说人类的全部历史是按照天然水资源的分布而编写的但我国水环境的污染，给城市生产和人民生活带来了严重影响，现在我国财力物力有限，如何根据我国的具体经济条件，以较少的投资，消减水环境污染，保护水资源，是环境科学研究领域面临的一个突出问题。”,“水是人类社会赖以生存和发展的命脉，是城市的血液，没有水就没有人类社会，没有水就没有城市。我跟水打了多年的交道，深感至今对于水的利用和处理还有许多问题需要研究探讨，特别是在建设具有中国特色的社会主义城镇的今天，尤为如此。”这是顾康乐一生的迷恋，也是他留给后来人的希冀。,姜文源 上海沪标工程建设咨询有限公司副 总经理，高级工程师，1935年12月 生，浙江省慈溪市人，1957年同济 大学卫生工程系给水排水专业毕业，1998年2月于上海建筑设计研究院退休。 1957年至1969年在建工部北京工业建筑设计院工作，1969年下放湖南省建筑设计院，1978年转入湖南省建材研究设计院，85年底调上海市民用建筑设计院，退休后在沪标公司从事上海市建筑产品推荐性应用标准和推荐性通用图集的组织和编制工作。,主要技术专长有：给水流量计算、给水方式、水泵隔振、气压给水、减压阀应用；高层建筑消防、自动喷水灭火系统、稳高压消防、沟槽式连接；特殊单立管排水系统、柔性接口排水铸铁管；半即热式水加热、地下热水综合利用；规范体系等。目前主攻方向为无后座力消防水枪、铜管应用等。,社会任职现有：中国土木工程学会水工业分会常务理事、建设部给水排水产品标准化技术委员会副主任委员、中国工程建设标准化协会学术委员会委员、兼建筑和市政工程产品应用分会理事、给水排水杂志编委会委员、上海市消防协会专家委员会委员等。,求职意向 应聘职能类型一：市政工程师 应聘职能类型二：给排水工程师 应聘职能类型三：建筑制图 应聘职能类型四：水电工程师 应聘职能类型五：设备工程师 应聘职能类型六：环保工程师,工作经验 2007年 7月 到天津市政工程公路有限责任公司 参加暑期社会实践。 2007年 7月 到天津水利局及海水淡化研究所 参加暑期社会实践。 2007年12月 在山东建筑大学校内实践基地实习。 2008年 8月 到北京西点方略营销顾问公司 参加银行信息数据录入与整理工作。 2008年11月 到济南建大教授花园工地、09年十一届全运会主场馆参加水工程施工实习。 2008年11月 到济南雪山供水有限公司、光大水务（济南）有限公司、济南鹊华水厂实习。 2009年3月 江门市市政工程设计院 市政给排水设计员 2009年7月 东莞新城市政工程设计咨询有限公司 市政给排水设计员,工作技能 掌握水的开发、净化、输送、回收与应用必需的基本理论、基本技能。接受过工程技术训练和科研训练，具备独立分析、解决给水排水工程实际问题的能力。掌握给水排水系统规划方法，能进行给水排水工程工艺设计、施工管理和结构设计。掌握水资源控制与保护、节水等相关知识。 熟练掌握计算机辅助设计（CAD、PHOTOSHOP）绘图、多媒体演示文稿的制作和使用等计算机技术，对鸿业市政软件，天正软件有一定的熟练程度。,给水工程,任务：供给生产和生活用水，满足用户对 水量、水质和水压的要求。 包括：取水工程 净水工程 输配水工程,给水处理,包括： 城市给水处理 工业给水处理 给水处理的任务： 将原水进行适当处理，满足用户对水质的要求。,第一章 水质与水质标准,原水水质,用户对水质的要求,处理方案,第一节 水源水质,一、原水中的杂质 1、来源： 自然过程：水在自然循环过程中的 溶解作用（降水、渗透、冲刷等）,人为因素：使用中的污染,2、分类 水中杂质按颗粒大小可分为以 下三类： 悬浮物，胶体，溶解物,水中杂质分类,(1)悬浮物：d0.1m(1m=1/1000mm) 泥砂：来源于水流对地面的冲 刷，它主要存在于江河一带。 当d0.1mm时，自行下沉 当d0.1mm时，很难下沉 浮游生物：虫类、原生动物、藻 类。它主要存在于湖、塘、沼泽地带。 产生色、臭、味。,细菌：来源于生活污水的侵入，存在于 地面水中。 它包括： 病原菌：通过水传播，引起霍乱、痢 疾、伤寒 非病原菌：如大肠杆菌。 悬浮物的主要特征： 在动水中呈悬浮状态 在静水中易于分离 从外观看，是浑浊的 通常用重力沉降法去除。,（2）胶体物：1nmd0.1m 粘土微粒：来源于水流对地表的冲 刷及人为污染。是引起“浑浊”的主要因 素。 腐植质：高分子物质，存在于水 库、沼泽地带。引起色、臭、味。 病毒：由人为污染引起。能引起传 染性肝炎、小儿麻痹症等。,胶体物的主要特征： 在水中相当稳定； 例如: d=0.1m的微粒，v=7.510-6mm/s， H=1m时，T=4.5Y, 从外表看，引起Tyndall效应； 须投加混凝剂方可去除。 胶体物和悬浮物是一般城市给水处理的 主要对象。,（3）溶解物：d1nm 低分子状态（溶解气体） O2来源于空气和水中生物的光合作 用。地表水含量较多，一般510mg/l；地 下水含量少。 CO2来源于有机物的分解及地壳的化 学变化，地下水含量较多。 N2来源于空气及有机物的分解。 H2S，SO2来源于工业废水的污染， 具有臭、味。,离子状态： 阳离子：主要是Ca2+、Mg2+、K+（Na+）， 其次是Fe2+、Mn2+。 阴离子：主要是HCO3-，SO42-、Cl-, 其次是HSiO3-、CO32-。 来源：由于水流经地层时，某些矿物质 溶于水中的结果。 如CaCO3+H2O+CO2,Ca2+2HCO-3,由于水中存在以上离子，故在水中形 成： 碱度(HCO3-、CO32-) 硬度（Ca2+、Mg2+） 含盐量（阳、阴离子） 溶解物的主要特征： 稳定、均匀地分散于水中真溶液 外观：透明 须用化学或物化等特殊方法去除。,工业给水处理的 主要对象,以上三类杂质，概括起来具有以下危害： 1、危害健康； 2、感官厌恶； 3、有害生产（某些离子对生产工艺有害 ）。,水中杂质对人体健康的具体影响参见课本 P1519 人体需要的主要元素（11种）： 碳、氧、氮、氢、钙、硫、磷、钠、 钾、氯、镁 人体需要微量元素： 铁、碘、铜、锰、锌、钴、铬、硒、 钼、氟、硅、锡、矾、镍、溴、铝、硼等 17种,不利健康物质,微量元素（适量）,有机物 重金属 无机化合物 放射性物质 病原体,有利健康物质,按化学结构来分类：,无机物（溶解性离子、气体及悬浮性砂） 有机物（腐殖质及一些蛋白质） 微生物（原生动物、藻类、细菌、病等） 按杂质的来源分类： 天然性的 污染性的 给水处理研究的杂质通常按第一种分类 方式分。,二、各种天然水源的水质特点,1、天然水体的类型 地下水 地表水（江河水、湖泊及水库水、海水） 2、各类水源的水质特点 （1）地下水 优点： 浊度、色度低 微生物少,利于净化处理,水温低，而且稳定利于冷却； 不易受污染利于卫生防护。 地下水宜作为生活饮用水和工业冷却用水水 源。 缺点： （1）含盐量高； （2）硬度大； （3）可能含铁，一般10mg/1，少数20mg/1， 个别30mg/1。 一般北方地下水的钙镁离子和重碳酸盐含量 高于南方地下水。,（2）江河水： 悬浮物和胶态杂质含量较多，细菌含 量和浊度高于地下水；含盐量、硬度较 低。水的色、臭、味变化较大，有毒、有 害物质易进入水体，水温不稳定；受自然 条件的影响较大。（与地下水恰好相反） 水量充沛宜作为大用户用水,（3）湖泊、水库； 水质类似于河水， 浊度低；（流动性小，类似大型沉淀池） 藻类高；（水透明，易于藻类生长） 腐植质多；（湖底污泥，水生物残骸） 含盐量较河水高。（ 分淡水湖和咸 水湖，咸水湖含盐量在1000mg/l以上，不宜 作为生活饮用水）,（4）海水： 含盐量特别高，达3500mg/1； （氯化物含量最高， 约占89%左右，其 次为硫化物、碳酸盐，其他盐类含量极 少） 腐蚀性大。 须经淡化处理后方可作为居民生活 用水。,三、水质污染概述,1、污染情况 废水排放量增长趋势预测,1997年止，全国城市污水排放量351亿m3， 处理率仅14.35%。 污染成份：有机物， 目前给水水源中2221种，饮用水中765种， 其中20种为致癌物。 我国优先控制的有毒有机物12类，58种。,水环境污染已经成灾： 受评价的10万公里河段中，类以 上污染河段占47%； 75%以上湖泊，53%以上近岸海域受 到严重污染； 近97.5%城市的地下水受到不同程度 的污染； 近90%城镇的饮用水受到不同程度的 污染,2、危害： （1）水资源遭受破坏； （2）影响工业生产，造成经济损失； （3）城市自来水净化成本增加； （4）危害人民身体健康。,第二节 水质标准,水质标准指经过处理后达到用户要 求的各项水质指标（用水对象所要求的各项水 质参数应达到的限值）。它是进行水质监测的 依据，是衡量水质好坏的尺度。 生活饮用水卫生标准 工业用水水质标准 生活饮用水水源水质标准 城市供水行业水质标准 地表水环境质量标准,一、生活饮用水水质标准 国际上（美国）： 1914年，有现代意义的饮用水标准是在 美国出现公共卫生署饮用水水质标 准，只针对细菌数量，由此大大减少了伤 寒病死亡的人数。到1962年期间，有过修 订，但主要是针对化学物质、生物学指标和 感官指标。,1974年通过了安全饮用水法 （Safe drinking water act） ； 1975年颁布了国家暂行饮用水基本规则（National Interim primary drinking water regulations）美国饮用水水质标准上的 里程碑，增加了6种有机物的限制； 1979年修改国家暂行饮用水基本规则,1986年提出了安全饮用水法修正案 （Safe Drinking Water Act Amendments）、 暂行规定、国家饮用水基本规定 （National Primary Drinking Water Regulations），提出了达到该标准的最佳可 行技术（Best available technology），以 后，不断改进，增加限制有机物的种类。 美国等的情况代表了国际上先进水平水质标 准的发展趋势。有机物指标的数目超过了水质指 标总数的2/3，特别是消毒副产物项目的增加。,国内情况： 1956年 制订了第1个生活饮用水卫生 标准（试行），16项水质指标 1976年 项目修订增加到23项 1986年 生活饮用水卫生标准 （GB5749-85），共35项，关于有机物指标只 有6项 2001年6月卫生部又重新修订了饮用水标 准，共计64项。,生活饮用水卫生标准要求： 流行病学上安全不含病原菌、病毒、寄生 虫卵等，避免传播传染病。 毒理学上可靠不含有生物毒性物质或其浓 度保证长期饮用无毒害。 生理学上有益无害适合人类生理需求，有 必要的营养物质对健康有益。 感官上良好外观、物理特性不会使人不愉 快，无臭味。 所列项目主要有四项（P20） 感官性状和一般化学指标；毒理学指标；微生物 学指标；放射性指标,二、工业用水水质标准（P24）,工业用水种类繁多，对水质的要求各异，水 质的优劣关系到产品质量和生产的发展。 工业用水水质标准由相应行业制定并实施。 1.工艺用水 水质不能影响产品质量。 2.锅炉用水 严格限制水的硬度和碱度。 3.冷却用水 水质要求不高，但水温较低。 4.特种工业用水 对水中的离子和杂质的存在有 严格要求。,三、地表水环境质量标准,1999年国家环保总局颁布地表水环境质量标准（GHZB1999）； 2002年地面水环境质量标准 （GB38382002）。,地表水分五类： 主要适用于源头水，国家自然保护区 主要适用于集中式生活饮用水水源地一级保护 区，珍贵鱼类保护区，鱼虾产卵场等 主要适用于集中式生活饮用水水源地二级保护 区，一般鱼类保护区及游泳区 主要适用于一般工业用水及人体非直接接触的 娱乐用水区 主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。 每类水的水质标准均不同。,四、生活饮用水水源水质标准,1993年建设部颁布生活饮用水水 源水质标准（CJ302093）,建设部颁布的城市供水水质标准（2005）分常 规检验项目和非常规检验项目，其中常规检验项目 共42项，分以下四个部分： （1）微生物学指标。共5项，对人体健康产生威 胁。 （2）感官和一般化学指标。共17项，它们虽然对 人体健康无直接危害，但给人们以厌恶感，对生活 产生不良影响。 （3）毒理学指标。共18项，属于有毒物质，超过 一定量时，便对人体产生危害。 （4）放射性指标。共2项，对人体健康产生危害,五、城市供水行业水质标准（CJ/T2062005）,（42）,（5）,（17）,（18）,（2）,（61）,（3）,（4）,（54）,随着生活水平的提高，科技的发展， 人们对水质的要求越来越高，制定了相应 的标准：食品、饮料类水质标准；城市杂 用水（绿化、清洗、施工等）水质标准 （GB/T189202002）2002）；游泳池用 水水质标准。,一、给水处理方法： 悬浮杂质沉淀方法去除； 胶体状态存在水中的杂质混凝沉淀过滤去除； 离子、分子状态存在水中的杂质生成沉淀物将这种杂质去除； 有机物用活性炭吸附； 微生物、细菌等消毒方法。 以上各种方法可以单独使用，也可几种方法结 合使用，以形成不同的处理系统，就是所谓的水 处理流程。,第二章 水的处理方法概论,（一）去除悬浮物和胶体物： 1、混凝： 2、沉淀：,或气浮,3、过滤： 4、消毒： 以上方法是以地表水为水源的生活饮用 水的常规处理工艺，是当前给水处理最基本 的方法。,5、除臭、除味： 其方法取决于水中臭和味的来源： （1）有机物所产生的臭和味活性炭吸附或氧化剂氧化； （2）挥发性有机物或溶解性气体所产生的臭和味曝气； （3）藻类繁殖所产生的臭和味气浮或微滤机； （4）因溶解盐所产生的臭和味除盐。,（二）去溶解物（工业用水） 1、软化：去除水中Ca2+，Mg2+ 离子交换法、药剂软化法。 2、淡化、除盐： 处理对象是水中各种溶解盐类，包 括阴、阳离子。 淡化：将高含盐量的海水及“苦咸 水” 处理到符合生活饮用或某些工业用水 要求时的处理过程。,除盐：制取纯水及高纯水的处理过程。 处理方法：蒸馏法、离子交换法、 电渗析法、反渗透法等。 3、除铁锰：去除水中Fe2+，Mn2+ 自然氧化法、接触氧化法或药剂氧 化、生物氧化、离子交换法。 4、脱气：去除水中某些有害气体 脱气塔。,（三）水的冷却与水质稳定 1、水的冷却：降低水温冷却塔。 2、水质稳定：防结垢，防腐蚀加防垢缓蚀剂。 （四）预处理和深度处理 目的：去除水中有机物和污染物(三致物) 方法：预处理+常规处理+深度处理,预处理：粉末活性炭吸附法、臭氧或高锰 酸钾氧化法；生物滤池、生物接触氧化池 及生物转盘等生物氧化法等。 深度处理；粒状活性炭吸附法、臭氧粒 状活性炭联用法或生物活性炭法；合成树 脂吸附法；化学氧化法；光化学氧化法； 超滤法；反渗透法；超声波-紫外线联用法 等。,二、给水处理流程 1、依据： （1）原水水质； （2）用户对水质的要求； （3）经济因素。,2、示例,给水处理流程,三、反应器的概念及其在水处理中的应用,化工观点，反应器发生化学反应的容器。 水处理观点，反应器凡能起水处理效应的容器或设备。,1.分类 按反应器内物料的形态分 均相反应器（homogeneous reactor） 多相反应器（heterogeneous reactor）,按反应器操作情况分 间歇式反应器（batch reactor） 连续流式反应器（continuous flow reactor） 活塞流反应器（推流式反应器 plug flow reactor PF) 恒流搅拌反应器（完全混合连续式反应 器 constant flow stirred tank reactor CFSTR、CSTR),2.物料衡算和质量传递,物料衡算方程 在反应器内某一指定部位（或反应 区），任选某一物料组分，据质量守恒 定律，存在如下物料平衡式（均以单位 时间、单位体积物量计）： 变化量=输入量-输出量+反应量,质量传递（引起物质的输入和输出） 包括： 主流传递物质随着水流主体而移 动，与液体中物质的浓度分布无关；传 递速度与流速相等，方向与流速方向一 致。如平流池中，物质随水流做水平迁 移。,分子扩散传递在静止或做层流运动的 液体中，某物料组分分布不均，即存在浓度 梯度，则 物料从高浓度区低浓度区迁移 紊流扩散传递在紊流状态下，除了水 流方向的运动以外，还有上、下、左、右的 脉冲，并伴有涡漩。水中物质由于脉冲和涡 漩所引起的扩散称为涡流扩散。紊流扩散传 质速度与浓度梯度成正比。,无论分子扩散或紊流扩散，若在扩散过程的起端不断由外界投入新的扩散物质而在终端不断将扩散物质输出，扩散将不断地进行下去，空间个点的浓度分布将始终保持不变稳定扩散,3.理想反应器模型简化了的反应器,完全混合间歇式反应器（CMB型） 分批反应器 反应物投入反应器后，通过搅拌使容器 内物质均匀混合，同时反应，直至达到预期 要求停止操作。物料在反应器内的停留时间 完全一样。 此类反应器需有投料和卸料的时间，通 常用于实验室实验或少量水处理中。,推流型反应器（PF） 反应器内物料以相同流速平行流 动，无扩散作用，物料浓度垂直于液流 方向完全均匀，沿液流方向发生变化。 物料在反应器内的停留时间完全一样。 PF比CMB优越： 连续操作； 不需另考虑投料和卸料时间,完全混合连续式反应器（ CSTR ） 反应物进入反应器，经搅拌立即与反应 器内料液完全均匀混合，新的反应物连续输 入，反应产物连续输出，输出产物浓度和成 分与反应器内相同；新的反应物进入反应器 在快速混合作用下一部分随产物立即输出， 停留时间为零，其余在反应器内时间各不相 同。 采用多个CSTR反应器串联，会缩短所需 的反应时间，当n时就类似为推流式反应 器。,反应器在水处理中的应用,四、几种特殊水源水质处理工艺 对于高浊度水源、微污染水源极富营养 化水的处理在后面的章节会详述。 五、热点问题与发展方向 热点问题 1、有机污染物 特别是80年代以后，对有机物的污染特 别关注。已发现在给水水源中有机物种类在 2000种以上；饮用水中有700多种。美国确 立了117种优先控制有机物。我国也确定了 12类，58种。,2、病原微生物：新的病原微生物：如贾第虫（Giardia Lamblia）、隐孢子虫等。 3、管网水二次污染：细菌繁殖水质变差、管道堵塞,水处理技术的发展方向： 1、加强微量有机物去除： 加强常规处理 增加预处理（如生物预处理） 增加后处理（如活性炭吸附、化学氧化） 开发新技术（如膜技术） 2、加强消毒：防止各种致病微生物的影响 3、消毒副产物的问题：替代氯的其它消毒技 术