《环境工程基础》PPT课件.ppt

环境工程基础,讲授教师：丁文明Email:dingwm,一、课程基本信息,环境工程基础教学大纲（限选课）,二、课程教育目标,环境工程基础教学大纲,1、基于化学工程专业的技术背景，认识化学化工技术与环境工程技术的内在联系，以及本专业技术在环境工程中的应用方法。2、掌握水污染控制、大气污染控制及固体废弃物处理与利用的相关技术知识。3、本课程的目的是使学生建立环境工程的基本概念及形成可持续发展的科学思想，并扩大学生的专业视野。,三、理论教学内容与要求,第一章绪论（1学时）环境工程所要解决的问题，及其发展现状。第二章水污染控制工程基础（约9学时）废水的物理处理方法、化学处理方法、生物处理方法及工程实现，污泥的处理与处置。第三章大气污染控制工程基础（约8学时）气体除尘、SO2污染治理、NXO污染治理、VOC防治技术。第四章固体废弃物处理与利用（约6学时）垃圾资源化技术、垃圾填埋、垃圾焚烧技术。,环境工程基础教学大纲,第一章概论（1学时）1.1环境问题1.2环境与生态、能源及关系1.3环境保护与可持续发展1.4环境工程的内容、任务与方法第二章水污染与治理（9学时）2.1水污染治理的一般概念2.2废水物理处理方法与过程2.3废水的化学处理方法与过程2.4废水的生化处理方法与过程2.5污泥的处理与处置,环境工程基础教学目录,第三章大气污染与控制（8学时）3.1大气污染治理的一般概念3.2自然与气象因素对大气污染形成过程的影响3.3固体颗粒物去除方法与过程3.4SO2与NOX去除方法与过程3.5全球性大气环境问题与大气污染控制对策实例第四章固体废物的处理和利用（5学时）4.1固体废物污染治理的一般概念4.2固体废物的收集与预处理4.3固体废物的卫生填埋4.4固体废物资源化与回收4.5有毒有害固体废物的处理,环境工程基础教学目录,四、作业、考试与成绩评定,作业：每课选择性收取部分班级作业，不收延期作业。作业讲解会在下一次课上有针对性进行。期末考试：第24学时作为课程复习，同时进行期末考试。考试形式为开卷，时间90分钟。成绩评定：课程成绩以最终试卷分、课后作业与课堂表现等综合给分。其中试卷分占80，作业与课堂表现占20。,环境工程基础教学大纲,第一章概论,1.1环境问题1.2环境与生态、能源及关系1.3环境保护与可持续发展1.4环境工程的内容、任务与方法,环境问题,环境自然环境：环绕于人类周围的各种自然因素的总和，由空气、水、土壤、阳光和各种物质资源等因素组成，是一切生物生存所依赖的物质世界。环境的法律定义：影响人类生存及发展的各种天然的及经过人工改造的自然因素的总体，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然遗迹、人文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村。环境问题环境科学与环境保护所研究的问题主要不是自然灾害问题，而是人为因素所引起的环境问题。,自然环境社会环境,环境出了哪些问题？,印度博帕尔毒气泄漏案,1984年12月3日凌晨，印度中央邦的博帕尔市的美国联合碳化物属下的联合碳化物（印度）有限公司设于贫民区附近一所农药厂发生氰化物泄漏，引发了严重的后果。大灾难造成了2.5万人直接致死，55万人间接致死，另外有20多万人永久残废的人间惨剧。,环境出了哪些问题？,环境问题归类,水污染问题：陆地水体（河流、湖泊）溶解氧降低，水生生物死亡有毒有害废水排放湖泊富营养化、海水赤潮饮用水水源减少，水质下降工农业用水紧张空气污染问题酸雨问题汽车尾气问题城市热岛问题温室效应问题固体废物污染问题垃圾围城、白色垃圾垃圾渗滤液污染地下水垃圾焚烧的二次污染,环境问题产生原因,人口增长的压力城市化效应不合理开发利用自然资源，超出环境承载力，使生态质量恶化或自然资源枯竭。工业化的发展导致环境问题加速环境与发展的关系没有协调环境保护的法律法规缺乏完善经济高效的绿色工业技术有待建立,人口增长规模,环境问题对社会发展的影响,对人民健康的影响水、大气、噪声、微生物污染等。急性危害，慢性危害，长远危害。对资源利用的影响污染的本质：物质或能量出现在不该出现的地方。对经济发展的影响资源效率低下，成本增加。对子孙后代的影响资源浪费导致的资源匮竭，将来只有花费高代价寻找替代资源。,环境要素与环境效应,环境要素是指构成人类环境整体的、各个独立的、性质不同的而又服从整体演化规律的基本物质组分。环境要素可以分为自然环境要素与社会环境要素，习惯上指自然环境要素，包括水、大气、岩石、生物、阳光与土壤等。环境要素具有的特点最小限制律整体性效应大于个体效应之和环境诸要素相互依赖、相互作用与相互制约环境效应环境物理效应环境化学效应环境生物效应,环境与生态、能源及关系,什么是生态系统生态系统是指在自然界的一定空间内，生物群落与周围环境构成的统一整体。其中生物与环境相互作用、相互制约、不断演变，并在一定时期内处于相对稳定的动态平衡。生态系统有以下四部分组成：生产者：进行光合作用，进行有机物的合成（植物和其他光合生物）消费者：直接或间接利用植物所制造的有机物分解者：将动、植物残骸分解为无机物的微生物无生命物质：无机物、有机物，水、大气、矿物质等生态系统的功能生态系统产生能量流动,生态系统的物质流动水的循环,碳的循环,氮的循环,硫的循环,磷的循环,生态平衡,概念：生态平衡是指某生态系统的生物环境和非生物环境之间以及它们内部之间通过物质循环、能量流动和信息传递，达到互相适应、相互制约、协调统一的效果，维持一种恒定状态。也就是说，生态平衡包括了生态系统中结构上的平衡和功能上的平衡两个方面：结构平衡主要指生物种类的多样性。功能平衡指生态系统中物质流动相对恒定，循环保持正常；能量输入和输出接近相等，流动基本守恒。特性：生态系统的平衡是一种动态平衡。当生态系统受到一定程度的外界干扰而引起不平衡时，具有恢复平衡状态的能力，使其进入新的平衡状态，即自身调节的能力。当干扰超出其承受能力，即一定的限度，达到破坏生态规律的程度，调节就不再起作用，生态平衡就会遭到严重破坏。,环境容量问题,生态系统的自净功能水、气、固三态环境在自然条件下互相发生物质与能量交换，在生态系统中保持相对稳定的组成。由于生态系统的自身运行活力，导致污染物的浓度及总量在某一水平之下时，生态系统能够通过自身的运行机制，逐渐自动将污染物分解为无害环境。这就是生态系统的自净功能。环境容量概念污染水平超过一定限度，污染能力超过生态自净能力，将导致生态系统内的生物种类既相对数量发生质的变化，自净能力急剧下降，生态平衡被打破。不导致生态平衡破坏的最大污染水平，就是相对于某一环境的环境容量。如何维持生态平衡通过各种手段，尽量减少污染，降低污染水平，使不致超过环境容量。,能源与环境,能源的使用现状不可再生能源逐渐枯竭两次石油危机能源使用中的污染问题燃煤电厂烟尘污染酸性气体排放温室气体问题（CO2，NOX)水污染问题废渣问题,环境治理中的能源投入污染物收集、输送设备污染物处理能耗污染治理相关企业能耗节约及合理利用能源就等于保护环境节能途径结构节能管理节能技术节能节能技术提高能源的转化率提高能源的利用效率绿色能源计划太阳能利用风能发电潮汐发电生物质能地热利用,环境保护与可持续发展,什么是可持续发展可持续发展，是指满足当前需要，同时不削弱子孙后代满足其需要之能力的发展。两要素：当前需要子孙后代发展能力,为什么将环境保护列为我国的一项基本国策？环境破坏阻碍经济发展的势头已经出现生态平衡一旦破坏，再次恢复十分困难环境与发展密不可分坚持可持续发展的良性发展道路,我国在环境保护中采取了哪些措施？,将环境保护纳入综合决策，转变传统经济增长模式完善环境立法与监督机制积极发展循环经济，推行清洁生产调整产业结构，减少产业污染与能耗提高全民环境意识，加强环境教育改变消费观念，推行绿色消费方式,环境工程的内容、任务与方法,环境工程概念环境工程是通过健全的工程理论与实践来解决环境卫生问题。环境工程主要解决内容提供大气污染控制与治理工业实现；提供安全、可口和充足的公共给水；处理与循环使用废水和固体废物；建立城市和农村符合卫生要求的排水系统；控制水、土壤和空气污染，并消除这些问题对社会和环境所造成的影响。环境工程所涉及的是公共卫生领域里的工程问题，例如控制通过节肢动物传染的疾病、消除工业健康危害、为城市、农村和娱乐场所提供合适的卫生设施，评价技术进步对环境的影响等。,环境工程的对象将对象概括描述三种环境系统：水资源系统、空气资源系统和固体废物管理系统。如果介质是空气、水或土壤之一，则限于以上三个系统之一的污染问题称为“单介质（single-medium）问题”。许多重要的环境问题并不限于简单的某一系统之中，通常涉及到空气、水和土壤等多种介质，这些问题称为“多介质（Multimedia）问题”。以下针对三种环境系统简介污染治理的任务。,废水处理任务与方法,最简单形式的废水管理子系统由六个部分组成，如右图。废水来源主要有工业废水和生活污水。当工业废水会影响到城市废水处理厂的正常运行时必须进行预处理。处理方法：针对具体水质及规模采用不同的物理、化学、及生物处理手段。,典型城市污水处理系统示意流程,大气污染治理：通过气固分离、气体吸收、气体吸附、催化净化、生物净化等工程化手段处理大气污染的常见有害污染物。大气污染治理一般采用源头控制。,固体废弃物处理与利用一方面以工业化手段进行固体废弃物处理，另一方面坚持物尽其用的原则，尽量将固体废弃物加以利用。坚持废物处理的无害化、减量化与资源化及3R原则（reduce,reuse,recycle）,固体废物管理的简化方框图,利用质量守恒原则解决实际环境问题,原理：积累质量=输入质量-输出质量累计速率=输入速率输出速率例题：某段河流来水水质为II级，其自然降解的环境容量为50kgBOD/d，某居民区向该河段排放废水量为2000t/d，该排放废水至少应该处理到什么程度，才不致使该河段的BOD水质超过II级标准？,第二章水污染与治理,2.1水污染治理的一般概念2.1.1水资源现状2.1.2水体污染源与污染物2.1.3水质指标与排放标准2.1.4水循环与水体自净2.1.5水污染治理的一般过程,2.1.1水资源现状由于陆地水资源分布与人口分布的不一致，以及地理条件限制等原因，可供利用的水资源远远少于以上比例。例如：北京市人均可利用水资源只有300m3,远小于上述人均值。,14.1亿立方公里,人均2.35亿m3,人均1万2千m3,我国水资源特点1.人均占有量少淡水总量在全世界占第6位。但人均占有量只有2340m3/人年（以12亿人口计），是世界平均值的1/4，占88位。2.空间分布不均81的水资源分布在长江流域及其以南东南地区降水量可达1600mm，造成涝灾西北地区降水只有500mm，少的地区不到200mm3.年内及年际变化大6080降水集中在夏季；年际变化差36倍（大时）4.许多地区缺水严重三北（西北、华北、东北）和沿海（青岛、大连）在640个城市中，300多个城市缺水,但同时水污染问题严重。,我国的水污染现状污水处理率低：污水年排放排放量接近400亿m3。工业废水处理率约80，达标排放的只有60城市污水处理率1590以上的城市水域受到污染。特别严重的水系：三河：淮河、海河、辽河。湖泊富营养化严重：滇池、巢湖、太湖50左右地下水水质受到污染50以上的重点城镇饮用水源不符合标准,2.1.2水体污染源与污染物,污染源工业废水城市生活废水交通运输污染养殖业污染农业面源污染,水体污染物,固体污染物悬浮物危害：沉淀后产生污泥淤积降低水体透光度，降低水体生物活性及生物量,危害水生生物，特别是水生动物衡量指标：悬浮颗粒物SS(suspendedsolid)测量标准：0.45微米滤膜过滤截留,耗氧（或需氧）有机物容易被微生物分解的动植物残骸或代谢物等。由于其快速分解耗尽水体中的溶解氧，导致水体好氧生物死亡，厌氧生物继发性占优势地位，于是有机物厌氧分解产生有毒气、液产物，继而毒害其他水生动植物。,无机物营养物质一般指N、P等营养元素。如果水体中营养元素超标，在适当条件下会导致光合细菌爆发，继后大量死亡分解，耗尽水体溶解氧，导致水体失衡甚至死亡。该现象称之为富营养化现象。富营养化越来越被发现是一项难于解决的重要环境问题。,毒性物质无机毒物：重金属（Hg,Cd,Cr,As,Pt)有机毒物：有机农药，多氯联苯、稠环芳烃、卤代酚、杂环化合物其它无机毒物（亚硝酸盐、氟化物）生物污染物病毒、细菌、寄生虫等油脂类污染物石油及其产品污染,称为第一类水体污染物，为严格控制的水质指标,2.1.3水质指标与标准常用废水水质指标物理性质：色度，水温，浊度，悬浮颗粒化学性质：pH、有机物、耗氧量（DO）、溶解性固体、有毒物、NH3-N、TN、TP有机物综合指标：生物需氧量（BOD）、化学需氧量（COD）、TOD（总需氧量）单项指标：重金属含量等生物学指标：细菌总数、大肠菌数,几个常见的简化表示说明:SS(SuspendedSolid)DO(DssolvedOxygen)BOD(Bio-chemicalOxygenDemand)COD(ChemicalOxygenDemand)TOD(TotalOxygenDemand)TN（TotalNitrogen)TP(TotalPhosphorus)其他水质指标（略）,地表水环境质量标准污水排放质量标准污水综合排放标准各种工业污水排放标准饮用水质量标准农田灌溉用水水质标准,水质标准,地表水环境质量标准（GHZB1-1999）水体分类：I类主要适用于源头水、国家自然保护区；II类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、鱼虾产卵区；III类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；IV类主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区；V类主要适用于农业用水区及一般景观要求区域劣V类低于以上五类标准的天然水体。,污水排放质量标准污水综合排放标准各种工业污水排放标准污水综合排放标准（GB89781996）将污染物分成两类：I类（13项）对人体健康产生长远影响，不允许稀释，一律执行严格标准II类（56项）长远影响小于I类按排放区域不同执行不同的标准。,第一类污染物最高允许排放浓度,2.1.4水循环与水体自净水的自然循环,水体自净,概念：进入水体的污染物，通过自然界的物理、化学和生物等方面作用，使污染物浓度逐步降低，经过一段时间后，水体恢复到受污染之前的状态。机理：物理过程：扩散、稀释、沉淀、混合等化学或物化过程：氧化、还原、分解、中和、吸附等生化及生物过程：微生物氧化分解有机物,典型城市污水处理系统流程,废水的三级处理系统,一级处理系统：主要解决悬浮固体、胶体、悬浮油类等污染物质的分离。主要处理方法有：格栅、沉淀、过滤、混凝等。二级处理系统：主要解决可分解或氧化的呈胶状或溶解状的有机污染物的去除问题，多采用较为经济的生物化学处理法。三级处理系统：主要用以处理难以分解的有机物和溶液中的无机物等污染物。处理方法一般有：吸附、消毒、离子交换、膜过滤、化学处理法等。,城市污水处理系统组成（1）,格栅：废水进入处理厂遇到的第一个设施通常就是格栅。目的：去除会阻塞或卡住泵、阀及其它机械设备的大颗粒物质，下水道废水中的破布、木材及其它颗粒较大的物质被格栅去除。以机械方式清除格栅上的拦截物。定期填埋。格栅的种类有粗隙栅（间隙大于40mm）、细隙栅（间隙540mm),从清渣方式上分为人工清渣与机械清渣，一般机械清渣格栅的间隙范围在540mm。,城市污水处理系统（2）,沉沙池：目的：去除惰性的、较重的物质，如沙子、碎玻璃、淤泥及卵石。若这些物质在废水中未被去除，将会磨损泵及其它机械设备。初沉池：经过格栅与沉砂池后，废水中仍含有较轻的有机悬浮固体，其中一部分可在沉淀池中通过重力沉降除去，沉淀下来的固体称为初沉池污泥（rawsludge）。可利用机械刮除器或泵从沉淀池中去除，再进一步处理。,城市污水处理系统（3）,曝气池：将废水与活性污泥（微生物）混合搅拌并曝气，使废水中的有机污染物分解，生物固体随后从已处理废水中分离，并可根据需要将部分污泥回流到曝气池中。微生物与有机物完全混合，微生物利用有机物为食物而生长。当微生物随空气的搅拌而混合在一起时，单个微生物就会凝聚而形成微生物团块（生物絮体），称为活性污泥（activatedsludge)。,城市污水处理系统（3）,二次沉淀池：曝气池中活性污泥和废水混合液从曝气池流到二次沉淀池，以使活性污泥沉降下来。二沉池中大部分的沉淀污泥又回流到曝气池中，以维持较高的微生物浓度，快速去除有机物。该工艺中污泥产生量通常多于需要量，多余的污泥排放到污泥处理系统中被进一步处置或利用。,城市污水处理系统（4）,三级处理单元虽然二级处理加上消毒工艺可去除85%以上的BOD5和悬浮固体以及几乎所有的致病菌,但对氮、磷、溶解性COD、重金属等污染物的去除较少。在许多情况下，这些污染物可能更令人关心。无法在二级处理中去除的污染物可以通过三级废水处理或高级废水处理过程去除。这些工艺除了可以解决不易处理的污染问题外，还可改善出水水质，以满足许多回用的目的，将废水转变为可再利用的资源。深度处理单元往往由于三级出水的使用目的及达标标准而有很大的不同。例如对富营养化物质N、P的去除就可能选用生物强化脱氮除磷，也可能选择化学沉淀或吸附工艺。,水处理与水工业,水工业概念水工业包含了从事水的开采、净化、供给、保护和再生的一条龙模式。是经过多次检验的行之有效的，既使水资源合理利用，又能够保护水资源免遭破坏的“水的可持续利用与保护”的良性开发模式。,水处理与水工业,水处理在水工业链条中的作用,给水处理：天然水源水净化处理生活用水生产用水废水处理：生活工业废水净化处理排放到环境中(或回用),水处理与水工业,水的梯级利用与水再生技术,城市废水处理一般工艺,单元过程：包括过滤、沉淀、反应（化学、生化）、氧化消毒等，可归