水污染控制工程大纲 讲义.doc

水污染控制工程教学大纲课程英文名称：waterpollutioncontrolengineering课程教学目的、要求教学目的：通过该课程的学习，使学生了解废水的来源，评价水质的指标，水质标准，水处理工艺的基本原理及主要的处理方法，能够根据实际的处理对象提出基本的水处理方案，并能根据需要进行设计、调试以及相关项目管理。教学要求：了解废水的水质指标以及最终的出路；掌握废水处理的基本处理工艺、原理和方法；能够根据实际的处理需要设计工艺路线、进行设备选型以及构筑物的选择和设计计算；课程必备知识先修课程：工程制图、环境化学、环境科学概论课程内容提要水污染控制工程主要是利用物理、化学或者生物处理的技术与方法使废水经过一定环节的净化处理，去除其中的污染物质，达到一定的水质指标后排放到具有一定环境容量的水体中，从而达到消除或减轻水污染的目的。知识要点一、污水的水质和处理1、主要内容：水质指标、排放标准、污染物在水体环境中的迁移和转化、废水的出路2、重点与难点（句前带*号指既是重点又是难点，其余仅为重点，下同）：*废水的水质指标；水质指标的分类及具体的含义；*废水的排放标准；国家标准和地方标准之间的关系；水体的自净作用；排放水体及其限制，*废水的回用。二、废水的物理处理1、主要内容：格栅和筛网、沉淀的基础理论、沉淀池、沉砂池、隔油和破乳、浮上法种分类。2、重点和难点：格栅和筛网的主要设备；*沉淀的基础理论；沉淀池和沉砂池的主要形式、隔油的主要方法和构筑物的主要形式、破乳的基本方法、浮上法的原理和主要设备及形式。三、废水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础1、主要内容：好氧生物处理和厌氧生物处理、微生物生长规律和生长环境、反应速度和反应级数、米-门方程、莫氏方程、废水生物处理的基本数学模式。2、重点与难点：*好氧生物处理的原理；*厌氧生物处理的原理；*微生物生长规律和生长环境；*反应速度和反应级数；米-门方程、莫氏方程、*废水生物处理的基本数学模式。四、稳定塘和污水的土地处理1、主要内容：稳定塘、土地处理。2、重点与难点：*稳定塘的类型及工作原理，*稳定塘的适应性及优缺点；土地处理的基本方法及类型。五、生物膜法1、主要内容：生物膜、生物膜法的基本类型。2、重点与难点：生物膜的基本概念；*生物膜的形成；*生物膜法的基本类型及主要设备。六、活性污泥法1、主要内容：活性污泥、气体传递原理、曝气池、活性污泥法的类型、活性污泥法的设计计算、活性污泥法的运行管理。2、重点与难点：活性污泥法的基本概念、活性污泥的类型；*气体传递原理；*曝气池的类型及结构；*活性污泥法的设计计算；*二沉池；*活性污泥法的运行管理；七、厌氧生物处理法1、主要内容：厌氧生物处理、主要方法和设计过程。2、重点与难点：厌氧生物处理的基本概念、厌氧生物处理的类型；*设计方法；*厌氧池的类型及结构；*好氧-厌氧的联合运用；八、化学处理法1、主要内容：化学混凝、中和、化学沉淀、氧化还原2、重点与难点：*混凝法的基本概念、混凝的基本步骤、混凝药剂及主要设备、*中和法的类型、中和法的药剂、*化学沉淀法的概念、沉淀药剂、*氧化还原的基本方法、氧化还原药剂；九、吸附法、离子交换、萃取和膜析1、主要内容：吸附、离子交换、萃取、膜析2、重点与难点：*吸附法、离子交换、萃取和膜析的基本概念；*处理原理和规律；*主要设备及结构；适用的范围。十、城市污水的深度处理1、主要内容：氮、磷的处理；污水的三级处理2、重点与难点：氮磷的危害性；城市污水三级处理的必要性；*氮磷处理的基本方法。十一、污泥的处理和处置1、主要内容：污泥的来源、性质和数量；污泥处理的基本步骤；2、重点与难点：污泥的来源、性质和数量；污泥的处置和前处理；污泥的浓缩；污泥的稳定；污泥的调理；污泥的脱水；污泥的干燥和脱水。参考书目水污染控制工程，高廷耀主编，高等教育出版社，1999年水污染控制工程，张希衡主编，冶金出版社，2002年开课单位环境科学与工程学院教学素材检索教学图片(bmp):TJ溶气释放器沉砂池钙系脱硫剂钢丝绳牵引格栅鼓式旋转型污泥焚化专用炉硅藻土过滤弧形格栅除污机扩散管组立体蜂窝网状填料膜片微孔曝气器排列图气浮池溶气系统污泥干化场纤维状填料氧化沟氧化沟处理厂俯视图_2氧化沟处理运行景观紫外线消毒教学视频(avi)板框压滤机脱水泵形叶轮曝气器对角线出水调节池反冲洗过程滚压带式脱水机虹吸滤池过滤过程活性污泥法基本流程离心脱水机滤池过滤过程平流式沉砂池普通快滤池升流式膨胀中和滤池塔式生物滤池推流式曝气池污泥消化流程移动伸缩臂式格栅除污机重力式无阀滤池过滤过程水资源圆形曝气池自动撇油斜板隔油池教学动画(swf):SBR工艺的操作过程T型氧化沟系统工艺流程变速升流膨胀式中和滤池侧面鼓风曝气生物接触氧化池臭氧发生器臭氧消毒流程分层沉淀现象辐流式沉淀池滚压带式过滤机过滤原理虹吸滤池回转式格栅回转式压实器活性污泥法基本流程机械加速澄清池机械搅拌混合槽胶体粒子的结构及其电位分布接触氧化池的基本构造空气氧化脱硫塔快滤池连续式重力浓缩池链带式刮泥机氯氧化系统排水槽断面平流式沉淀池普通平流式隔油池曝气沉砂池强制调节池亲水性和疏水性颗粒的接触角全流程溶气气浮法三向联合式压实器射流式水力冲击空气扩散装置生物接触氧化流程生物滤池竖流式沉淀池双膜理论完全混合法基本流程往复式隔板反应池污泥水分线内水量调节池压缩空气搅拌厌氧接触法工艺流程叶轮气浮设备构造液氯消毒工艺圆形曝气池圆形卧式吸附器折流调节池重力浓缩原理重力式无阀滤池-过滤过程转鼓真空过滤机水污染控制工程参考书目1、废水治理设施典型实用范例，2001年，广东经济出版社（孙水裕主编）2、广东省先进环境工程实例选编，2003年，广东科学出版社（朱又春主编）3、水污染控制工程（下册）（第二版），高廷耀、顾国维主编，高等教育出版社，北京：19994、排水工程（下册）（第三版），张自杰主编，中国建筑工业出版社，北京：19965、废水生物处理，秦麟源编著，同济大学出版社，上海：19896、水污染控制工程，王宝贞主编，高等教育出版社，北京：19907、污水脱氮除磷技术，郑兴灿、李亚新编著，中国建筑工业出版社，北京：19988、废水中氮磷的处理，徐亚同编著，华东师范大学出版社，上海：19969、现代废水处理新技术，钱易、米祥友主编，中国科学技术出版社，北京：199310、生物接触氧化技术，余淦申编著，中国环境科学出版社，北京：1992水污染控制工程理论学习复习思考题第一章1、概述水体污染控制的主要水质指标。2、概述我国我省的水排放标准。3、概述我国水环境质量标准。4、水污染控制技术可分为几大类型？简要介绍重要的控制技术。6、污水处理方法与污染物粒径有何关系？试举例说明之。7、什么叫水体的自然净化？水体自然净化能力取决于哪几个方面的因素？第二章1、什么是调节池？调节池有什么作用？2、简述格栅的含义和分类。3、沉淀可分为哪几种类型？请分别列出沉淀类型的具体例子。4、沉淀池的形式很多，按工艺布置不同，可分为几种，初沉池和二沉池有哪些不同？按水流方向不同，可分为几种？运用条件如何？5、含油污水中油的存在形式有几种？乳化油是怎样形成的？破乳方法有哪些？6、常用的沉砂池有哪几种？曝气沉砂池的工作原理和平流式式沉砂池有何区别？7、气浮分离的基本原理是什么？必须满足哪些条件？按气泡产生的方式不同，气浮法可以分为几类？试述加压溶气气浮法有几种工艺流程？试述它的工艺原理。第三章1、在生化反应中酶起了什么作用？2、名词解释：内源呼吸、对数期、发酵3、何谓米氏方程？4、何谓莫诺特方程？在应用时需满足哪些条件？5、微生物的呼吸类型有哪几种？简要介绍之。6、细菌生长可划分为几个时期？哪一个时期净化废水的效果最好？为什么？7、什么是污水的可生化性？一般如何评价？第四章1、在活性污泥处理系统中，哪几种微生物可作为污泥状况良好的指示生物？2、曝气池和二次沉淀池各有何作用？3、名词解释：双膜理论、微孔曝气、氧化沟4、常用的曝气设备有哪些？各适用于什么场合？5、何谓SBR法？请列出你所知道的变种SBR工艺，并简述它们的特征和优点。6、试说明污泥沉降比、污泥浓度和污泥指数在活性污泥法运行中的重要意义。7、什么是污泥龄？在污水生物处理中有什么作用？8、试简单论述氧转移的基本原理和影响氧转移的主要因素。9、什么是活性污泥的驯化？驯化的方法都有哪些？10、活性污泥系统中常发生的异常现象有哪些？产生的原因是什么？11、在废水的好氧生物处理中，如何提高废水的可生物降解性？12、活性污泥法的运行方式有哪几种？试比较推流式曝气池和完全混合曝气池的优缺点？13、曝气方法和曝气设备的改进对活性污泥法的运行有什么意义？有哪几种曝气方法和曝气设备？各有什么优缺点？第五章1、试述生物膜法净化污水的原理。2、什么条件下宜采用活性污泥法，什么条件下宜采用生物膜法？3、高负荷生物滤池因何得名？与传统的普通滤池相比最大的不同在哪里？生物滤池的最新发展形式是什么？4、生物转盘的构造主要有哪几部分？为什么它比传统的生物滤池处理能力要高？5、什么是接触氧化法？有何显著特点？其主要构造如何？在接触氧化法的设计中，应注意哪些问题？6、二相生物流化床与三相生物流化床的主要区别有哪些？第六章1、试说明厌氧处理工艺的发展历程及其适用范围。2、近年来厌氧好氧联合工艺如：AO法，AAO法取得了良好的效果，试说明它们的原理和特征。3、试画出UASB草图，说明其工作原理。4、对含硫酸盐的有机废水生化处理的原理是什么？应注意哪些问题？5、你认为哪种厌氧反应器最有优势？为什么？6、试简述废水厌氧生物处理的基本原理。7、厌氧、好氧、缺氧有哪些异同点。8、试比较厌氧生物法与好氧生物法的优缺点。第七章1、稳定塘有哪此类型？它们的处理机理和运行条件有何区别？2、污水土地处理系统有几种类型？各有什么特点？3、污水土地处理系统有哪些类型？各有什么特点？第八章1、压缩双电层、吸附架桥作用、网捕作用。2、常用的混凝剂有哪些？各有何特点？3、试述过滤中和法处理酸性废水时，选择滤料的原则。并讨论升流式膨胀中和滤池及变截面升流式滤池的特点。4、什么是污水的化学处理？5、什么是中和过滤法，过滤中和法的优缺点是什么？6、混凝剂与助凝剂有何区别？在使用中应注意什么问题？7、什么叫湿式氧化法？请列出你所知道的高级氧化技术，并简述各种方法的要点。8、吸附法处理废水的原理是什么？影响吸附的因素有哪些？9、常用的吸附剂有哪几类？各有何特点？10、试列出几种物理化学法水处理技术，并简述它们的工作原理。11、污水中哪些物质适宜用吹脱法去除？影响吹脱的因素有哪些？第九章1、名词解释：污泥浓缩、脱水、干燥、焚烧2、污泥的脱水通常采用哪些方法？各有何特点？3、板框压滤机的工作原理是什么样的？试画一草图说明。4、在污泥的处理处置中，完整的工艺路线是怎样的？请以含水率为指标，描述出从剩余活性污泥到焚烧一系列过程中的变化。第十章1、常规的城市污水处理厂二级生物处理工艺的主要去除对象是什么？为什么要加上脱氮除磷功能？2、在课堂上，共讲了哪几种脱氮除磷工艺，你认为哪种工艺最有竞争力？3、试简述生物脱氮除磷的工作原理。第十一章1、污水处理工程的初步设计和施工图设计各有哪些特点？2、污水处理厂（站）的工艺设计包含哪些重要内容？3、对于污水厂（站）设计的平面布置图应当考虑哪些问题？4、对于污水厂（站）设计的高程布置图应当考虑哪些问题？5、曝气池和沉淀池的运行管理有哪些要点？课程目录第一章污水水质和污水出路第二章污水的物理处理第三章废水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础第四章稳定塘和污水的土地处理第五章污水的好氧生物处理(一)生物膜法第六章污水的好氧生物处理(二)活性污泥法第七章污水的厌氧生物处理第八章污水的化学处理第九章污水的吸附法、离子交换法、萃取法和膜析法处理第十章城市污水的深度处理第十一章小型污水处理设施第十二章污泥的处理和处置第十三章污水处理厂的设计第一章污水水质和污水出路第1节污水水质第2节污染物在水体环境中的迁移于转化第3节污水出路第1节污水水质一、物理性指标二、化学性指标三、生物性指标污水所含的污染物质千差万别，可用分析和检测的方法对污水中的污染物质作出定性、定量的检测以反映污水的水质。国家对水质的分析和检测制定有许多标准，其指标可分为物理、化学、生物三大类。一、物理性指标1温度许多工业排出的废水都有较高的温度，这些废水排放水体使水温升高，引起水体的热污染。水温升高影响水生生物的生存和对水资源的利用。氧气在水中的溶解度随水温升高而减少。这样，一方面水中溶解氧减少，另一方面水温升高加速耗氧反应，最终导致水体缺氧或水质恶化。2色度色度是一项感官性指标。一般纯净的天然水是清澈透明的，即无色的。但带有金属化合物或有机化合物等有色污染物的污水呈现各种颜色。将有色污水用蒸馏水稀释后与参比水样对比，一直稀释到二水样色差一样，此时污水的稀释倍数即为其色度。3嗅和味嗅和味同色度一样也是感官性指标，可定性反映某种污染物的多寡。天然水是无嗅无味的。当水体受到污染后会产生异样的气味。水的异臭来源于还原性硫和氮的化合物、挥发性有机物和氯气等污染物质。不同盐分会给水带来不同的异味。如氯化钠带咸味，硫酸镁带苦味，铁盐带涩味，硫酸钙略带甜味等。4固体物质水中所有残渣的总和称为总固体(TS)，总固体包括溶解物质(DS)和悬浮固体物质(SS)。水样经过滤后，滤液蒸干所得的固体即为溶解性固体(DS)，滤渣脱水烘干后即是悬浮固体(SS)。固体残渣根据挥发性能可分为挥发性固体(VS)和固定性固体(FS)。将固体在600C的温度下灼烧，挥发掉的量即是挥发性固体(VS)，灼烧残渣则是固定性固体(FS)。溶解性固体表示盐类的含量，悬浮固体表示水中不溶解的固态物质的量，挥发性固体反映固体的有机成分量。水体含盐量多将影响生物细胞的渗透压和生物的正常生长。悬浮固体将可能造成水道淤塞。挥发性固体是水体有机污染的重要来源。二、化学性指标1有机物生活污水和某些工业废水中所含的碳水化合物、蛋白质、脂肪等有机化合物在微生物作用下最终分解为简单的无机物质、二氧化碳和水等。这些有机物在分解过程中需要消耗大量的氧，故属耗氧污染物。耗氧有机污染物是使水体产生黑臭的主要因素之一。污水中有机污染物的组成较复杂，现有技术难以分别测定各类有机物的含量，通常也没有必要。从水体有机污染物看，其主要危害是消耗水中溶解氧。在实际工作中一般采用生物化学需氧量(BOD)、化学需氧量(COD、OC)、总有机碳(TOC)、总需氧量(TOD)等指标来反映水中需氧有机物的含量。(1)生化需氧量(BOD)水中有机污染物被好氧微生物分解时所需的氧量称为生化需氧量(以mg/L为单位)。它反映了在有氧的条件下，水中可生物降解的有机物的量。生化需氧量愈高，表示水中需氧有机污染物愈多。有机污染物被好氧微生物氧化分解的过程，一般可分为两个阶段：第一阶段主要是有机物被转化成二氧化碳、水和氨；第二阶段主要是氨被转化为亚硝酸盐和硝酸盐。污水的生化需氧量通常只指第一阶段有机物生物氧化所需的氧量。微生物的活动与温度有关，测定生化需氧量时一般以20C作为测定的标准温度。一般生活污水中的有机物需20天左右才能基本上完成第一阶段的分解氧化过程，即测定第一阶段的生化需氧量至少需20天时间，这在实际工作中有困难。目前以5天作为测定生化需氧量的标准时间，简称5日生化需氧量(用BOD5表示)。据实验研究，一般有机物的5日生化需氧量约为第一阶段生化需氧量的70左右，对其他工业废水来说，它们的5日生化需氧量与第一阶段生化需氧量之差，可以较大或比较接近，不能一概而论。(2)化学需氧量(COD)化学需氧量是用化学氧化剂氧化水中有机污染物时所消耗的氧化剂量，用氧量(mg/L)表示。化学需氧量愈高，也表示水中有机污染物愈多。常用的氧化剂主要是重铬酸钾和高锰酸钾。以高锰酸钾作氧化剂时，测得的值称CODMn或简称OC。以重铬酸钾作氧化剂时，测得的值称CODCr，或简称COD。如果废水中有机物的组成相对稳定，则化学需氧量和生化需氧量之间应有一定的比例关系。一般说，重铬酸钾化学需氧量与第一阶段生化需氧量之差，可以粗略地表示不能被需氧微生物分解的有机物量。(3)总有机碳(TOC)与总需氧量(TOD)目前应用的5日生化需氧量(BOD5)测试时间长，不能快速反映水体被有机质污染的程度。有时进行总有机碳和总需氧量的试验，以寻求它们与BOD5的关系，实现自动快速测定。总有机碳(TOC)包括水样中所有有机污染物质的含碳量，也是评价水样中有机污染质的一个综合参数。有机物中除含有碳外，还含有氢、氮、硫等元素，当有机物全都被氧化时，碳被氧化为二氧化碳，氢、氮及硫则被氧化为水、一氧化氮、二氧化硫等，此时需氧量称为总需氧量(TOD)。TOC和TOD都是燃烧化学氧化反应，前者测定结果以碳表示，后者则以氧表示。TOC、TOD的耗氧过程与BOD的耗氧过程有本质不同，而且由于各种水样中有机物质的成分不同，生化过程差别也较大。各种水质之间TOC或TOD与BOD不存在固定的相关关系。在水质条件基本相同的条件下，BOD与TOC或TOD之间存在一定的相关关系。(4)油类污染物油类污染物有石油类和动植物油脂两种。工业含油污水所含的油大多为石油或其组分，含动植物油的污水主要产生于人的生活过程和食品工业。油类污染物进入水体后影响水生生物的生长、降低水体的资源价值。油膜覆盖水面阻碍水的蒸发，影响大气和水体的热交换。油类污染物进入海洋，改变海面的反射率和减少进人海洋表层的日光辐射，对局部地区的水文气象条件可能产生一定的影响。大面积油膜将阻碍大气中的氧进入水体，从而降低水体的自净能力。随着石油工业的发展，石油类物质对水体的污染愈来愈严重。石油污染对幼鱼和鱼卵的危害很大。石油类污染还能使鱼虾类产生石油臭味，降低水产品的食用价值。(5)酚类污染物酚类化合物是有毒有害污染物。水体受酚类化合物污染后影响水产品的产量和质量。水体中的酚浓度低时能影响鱼类的回游繁殖，酚浓度达0102mgL时鱼肉有酚味，浓度高时引起鱼类大量死亡，甚至绝迹。酚的毒性可抑制水微生物(如细菌、藻等)的自然生长速度，有时甚至使其停止生长。2、无机性指标(1)植物营养元素污水中的N、P为植物营养元素，从农作物生长角度看，植物营养元素是宝贵的物质，但过多的N、P进入天然水体却易导致富营养化。“富营养化”一词来自湖沼学。湖沼学家认为，富营养化是湖泊衰老的一种表现。湖泊中植物营养元素含量增加，导致水生植物的大量繁殖，主要是各种藻类的大量繁殖，使鱼类生活的空间愈来愈少。藻类的种类数逐渐减少，而个体数则迅速增加。通常藻类以硅藻、绿藻为主转为以蓝藻为主，而蓝藻有不少种有胶质膜，不适于作鱼料，有一些是有毒的。藻类过度生长繁殖还将造成水中溶解氧的急剧变化。藻类在有阳光的时候，在光合作用下产生氧气；在夜晚无阳光的时候，藻类的呼吸作用和死亡藻类的分解作用所消耗的氧能在一定时间内使水体处于严重缺氧状态，从而严重影响鱼类生存。在自然界物质的正常循环过程中，也有可能使某些湖泊由贫营养湖发展为富营养湖，进一步发展为沼泽和干地。水体富营养化现象除发生在湖泊、水库中，也发生在海湾内，但在有水流动的河流中发生较少。水体中氮、磷含量的高低与水体富营养化程度有密切关系。就污水对水体富营养化作用来说，磷的作用远大于氮。(2)pH值主要是指示水样的酸碱性。pH7是碱性。一般要求处理后污水的pH值在69之间。天然水体的pH值一般为69，当受到酸碱污染时pH值发生变化，消灭或抑制水体中生物的生长，妨碍水体自净，还可腐蚀船舶。若天然水体长期遭受酸、碱污染，将使水质逐渐酸化或碱化，从而对正常生态系统产生影响。(3)重金属重金属主要指汞、镉、铅、铬、镍，以及类金属砷等生物毒性显著的元素，也包括具有一定毒害性的一般重金属，如锌、铜、钴、锡等。重金属是构成地壳的物质，在自然界分布非常广泛。重金属在自然环境的各部分均存在着本底含量，在正常的天然水中重金属含量均很低，汞的含量介于0.0010.01mg/L之间，铬含量小于0.001mgL，在河流和淡水湖中铜的含量平均为002mg/L，钴为0.0043mg/L，镍为0.001mg/L。重金属作为有色金属在人类的生产和生活方面有广泛的应用。这一情况使得在环境中存在着各种各样的重金属污染源。采矿和冶炼是向环境中释放重金属的最主要的污染源。通过废水、废气、废渣向环境中排放重金属的工业企业举不胜举。由于人类活动进入环境的重金属量几乎相当于自然过程中的迁移量。前者常是点源，因而能在局部地区造成严重的污染后果。三、生物性指标1.细菌总数水中细菌总数反映了水体受细菌污染的程度。细菌总数不能说明污染的来源，必须结合大肠菌群数来判断水体污染的来源和安全程度。2大肠菌群水是传播肠道疾病的一种重要媒介，而大肠菌群被视为最基本的粪便污染指示菌群。大肠菌群的值可表明水样被粪便污染的程度，间接表明有肠道病菌(伤寒、痢疾、霍乱等)存在的可能性。第2节污染物在水体环境中的迁移与转化一、水体的自净作用二、污染物在不同水体中的迁移转化规律一、水体的自净作用以河流为例，河流的自净作用是指河水中的污染物质在河水向下游流动中浓度自然降低的现象。这种现象从净化机制来看。可分为以下几类：(1)物理净化是指污染物质由于稀释、扩散、沉淀等作用而使河水污染物质浓度降低的过程。其中稀释作用是一项重要的物理净化过程。(2)化学净化是指污染物质由于氧化、还原、分解等作用而使河水污染物质浓度降低的过程。(3)生物净化由于水中生物活动，尤其是水中微生物对有机物的氧化分解作用而引起的污染物质浓度降低的过程。河流自净作用包含着十分广泛的内容，而在实际上这些作用又常是相互交织在一起。因此在具体情况下，研究工作中必然有所侧重。1污水排人河流的混合过程(1)竖向混合阶段污染物排人河流后因分子扩散、湍流扩散和弥散作用逐步向河水中分散，由于一般河流的深度与宽度相比较小，所以首先在深度方向上达到浓度分布均匀，从排放口到深度上达到浓度分布均匀的阶段称为竖向混合阶段。在竖向混合阶段也存在着横向混合作用。(2)横向混合阶段当深度上达到浓度分布均匀后，在横向上还存在混合过程。经过一定距离后污染物在整个横断面达到浓度分布均匀，这一过程称为横向混合阶段。(3)段面充分混合后阶段在横向混合阶段后，污染物浓度在横断面上处处相等。河水向下游流动的过程中，持久性污染物浓度将不再变化，非持久性污染物浓度将不断减少。2水体的氧平衡(氧垂曲线图1-1)需氧污染物排入水体后即发生生物化学分解作用，在分解过程中消耗水中的溶解氧。在受污染水体中，有机物的分解过程制约着水体中溶解氧的变化过程。这一问题的研究，对评价水污染程度，了解污染物对水产资源的危害和利用水体自净能力，都有重要意义。二、污染物在不同水体中的迁移转化规律污染物排人河流后，在随河水往下游流动的过程中受到稀释、扩散和降解等作用，污染物浓度逐步减小。污染物在河流中的扩散和分解受到河流的流量、流速、水深等因素的影响。大河和小河的纳污能力差别很大。河口是指河流进入海洋前的感潮河段。一般以落潮时最大断面的平均流速与涨潮时最小断面的平均流速之差等于0.05m/s的断面作为河口与河流的分界。河口污染物的迁移转化受潮汐影响，受涨潮、落潮、平潮时的水位、流向和流速的影响。污染物排人后随水流不断回荡，在河流中停留时间较长，对排放口上游的河水也会产生影响。湖泊、水库的贮水量大，但水流一般比较慢，对污染物的稀释、扩散能力较弱。污染物不能很快地和湖、库的水混合，易在局部形成污染。当湖泊和水库的平均水深超过一定深度时，由于水温变化使湖(库)水产生温度分层，当季节变化时易出现翻湖现象，湖底的污泥翻上水面。海洋虽有巨大的自净能力，但是海湾或海域局部的纳污和自净能力差别很大。此外，污水的水温较高，含盐量少，密度较海水小，易于浮在表面，在排放口处易形成污水层。地下水埋藏在地质介质中，其污染是一个缓慢的过程，但地下水一旦污染要恢复原状非常困难。污染物在地下水中的迁移转化受对流与弥散、机械过滤、吸附与解吸、化学反应、溶解与沉淀、降解与转化等过程的影响。第3节污水出路一、排放水体及其限制二、污水回用为防止污染环境，污水在排放前应根据具体情况给予适当处理。污水的最终出路有：排放水体；工农业利用；处理后回用。一、排放水体及其限制排放水体是污水的传统出路。从河里取用的水，回到河里是很自然的。污水排入水体应以不破坏该水体的原有功能为前提。由于污水排入水体后需要有一个逐步稀释、降解的净化过程，所以一般污水排放口均建在取水口的下游，以免污染取水口的水质。水体接纳污水受到其使用功能的约束。中华人民共和国水污染防治法规定禁止向生活饮用水地表水源、一级保护区的水体排放污水，已设置的排污口，应限期拆除或者限期治理。在生活饮用水源地、风景名胜区水体、重要渔业水体和其它有特殊经济文化价值的水体的保护区内，不得新建排污口。在保护区附近新建排污口，必须保证保护区水体不受污染。污水综合排放标准GB30996规定在地面水质量标准GB383888中、类水域和类水域中划定的保护区和海洋水质量标准GB3097中规定的一类水域，禁止新建排污口。现有排污口按水体功能要求，实行污染物总量控制，以保证受纳水体水质符合规定用途的水质标准。对生活饮用水地下水源应当加强保护。禁止企业事业单位利用渗井、渗坑、裂隙和溶洞排放、倾倒含有毒污染物的废水和含病原体的污水。向水体排放含热废水，应当采取必要措施，保证水体的水温符合环境质量标准，防止热污染危害。排放含病原体的污水，必须经过消毒处理，符合国家有关标准后方准排放。向农田灌溉渠道排放工业废水和城市污水，应当保证其下游最近的灌溉取水点的水质符合农田灌溉水质标准。利用工业废水和城市污水进行灌溉，应当防止污染土壤、地下水和农产品。二、污水回用水资源缺乏是全球性问题。经过处理的城市污水被看作为水资源而回用于城市或再用于农业和工业等领域。随着科学技术的发展，水质净化手段增多，城市污水再生利用的数量和领域也逐渐扩大。总之，城市污水应作为淡水资源积极利用，但必须十分谨慎，以免造成患害。污水回用应满足下列要求：对人体健康不应产生不良影响；对环境质量和生态系统不应产生不良影响；对产品质量不应产生不良影响；应符合应用对象对水质的要求或标准；应为使用者和公众所接受；回用系统在技术上可行、操作简便；价格应比自来水低廉；应有安全使用的保障。城市污水回用领域有以下几个方面：1城市生活用水和市政用水(1)供水此类回用水易与人直接接触，对细菌指标和感官性指标要求较高。为防止供水管道堵塞，要求回用水除磷脱氮。(2)城市绿地灌溉用于灌溉草地、树木等绿地，要求消毒。(3)市政与建筑用水用于洒浇道路、消防用水和建筑用水(配置混凝土、洗料、磨石子等)。(4)城市景观用于园林和娱乐设施的池塘、湖泊、河流、水上运动场的补充水。这类水应遵循景观娱乐用水水质标准GBl294191的规定。2农业、林业、渔业和畜牧业用于农作物、森林和牧草的灌溉用水，这类水对重金属和有毒物质要严格控制，要求满足农田灌溉水质标准GB508492的要求。当用于渔业生产时，应符合国家渔业水质标准GBll60789。3工业(1)工艺生产用水水在生产中被作为原料和介质使用。作原料时，水为产品的组成部分或中间组成部分。作介质时，主要作为输送载体(水力输送)、洗涤用水等。不同的工业对水质的要求不尽相同，有的差别很大，对回用水的水质要求应根据不同的工艺要求而定。(2)冷却用水冷却水的作用是作为热的载体将热量从热交换器上带走。回用水的冷却水系统易发生结垢、腐蚀、生物生长等现象。作为冷却水的回用水应去除有机物、营养元素N和P，控制冷却水的循环次数。(3)锅炉补充水回用于锅炉补充水时对水质的要求较高。若汽压高，需再经软化或离子交换处理。(4)其他杂用水用于车间场地冲洗、清洗汽车等。4地下水回灌用于地下水回灌时，应考虑到地下水一旦污染，恢复将很困难。用于防止地面沉降的回灌水，应不引起地下水质的恶化。，5其他方面主要回用于湿地、滩涂和野生动物栖息地，维持其生态系统的所需水。要求水中不含对回用对象的生态系统有毒有害的物质。第二章污水的物理处理第1节格栅和筛网第2节沉淀的基础理论第3节沉沙池第4节沉淀池第5节隔油和破乳第6节浮上法第1节格栅和筛网一、格栅的作用及种类二、筛网一、格栅的作用及种类在排水工程中，格栅是用来去除可能堵塞水泵机组及管道阀门的较粗大悬浮物，并保证后续处理设施能正常运行。格栅是由一组(或多组)相平行的金属栅条与框架组成。；倾斜安装在进水的渠道，或进水泵站集水井的进口处，以拦截污水中粗大的悬浮物及杂质。格栅所能截留污染物的数量，随所选用的栅条间距和水的性质而有很大的区别。一般以不堵塞水泵和水处理厂站的处理设备为原则。当采用pW型或PWI型污水泵时，格栅的栅条间距及所截留的污染物的数量可按(表21)选用。设置在污水处理厂处理系统前的格栅，还应考虑到使整个污水处理系统能正常运行，对处理设施或管道等均不应产生堵塞作用。因此，可设置粗细两道格栅，栅条间距一般采用1625mm，最大不超过40mm。所截留的污染物数量与地区的情况、污水沟道系统的类型，污水流量以及栅条的间距等因素有关。一般可参考下列数据。当栅条间距为1625mm时，栅渣截留量为0.100.05m3/109m3污水。当栅条间距为40mm左右时，栅渣截留量为0.030.01m3/103m3污水。栅渣的含水率约为80；密度约为960kg/m3。格栅的清渣方法，有人工清除和机械清除两种。每天的栅渣量大于0.2m时，一般应采用机械清除方法。1人工清理的格栅中小型城市的生活污水处理厂或所需截留的污染物量较少时，可采用人工清理的格栅。这类格栅是用直钢条制成，一般与水平面成4560倾角安放，倾角小时，清理时较省力，但占地则较大。(图2-1)为人工清理的格栅示意图。人工清渣的格栅，其设计面积应采用较大的安全系数，一般不小于进水管渠有效面积的2倍，以免清渣过于频繁。在污水泵站前集水井中的格栅，应特别注重有害气体对操作人员的危害，并应采取有效的防范措施。格栅间应设置操作平台。2机械格栅机械清渣的格栅，倾角一般为6070，有时为90。机械清渣格栅过水面积，一般应不小于进水管渠的有效面积的1.2倍。(图22)(精彩flash）为目前我国常用的几种机械格栅。格栅栅条的断面形状有圆形、矩形及方形，圆形的水力条件较方形好，但刚度较差。目前多采用断面形式为矩形的栅条。设置格栅的渠道，宽度要适当，应使水流保持适当的流速，一方面泥砂不至于沉积在沟渠底部，另一方面截留的污染物又不至于冲过格栅。通常采用0.40.9m/s。为了防止栅条间隙堵塞，污水通过栅条间距的流速一般采用0.61.0m/s，最大流量时可高于1.21.4m/s。为了防止格栅前渠道出现阻流回水现象，一般在设置格栅的渠道与栅前渠道的联结部，应有一展开角1=20的渐扩部位(图2-3)。为了保证格栅的正常工作，在实际采用上，城市污水一般取0.10.4m。对工业污水，根据使用的格栅栅条间距以及清理时间间隔等因素，应留有因部分堵塞而必需的安全量。二、筛网筛网的去除效果，可相当于初次沉淀池的作用。目前，应用于废水处理或短小纤维回收的筛网主要有两种型式，即振动筛网和水力筛网。振动式筛网示意图见(图2-4)。污水由渠道流在振动筛网上，在这里进行水和悬浮物的分离，并利用机械振动，将呈倾斜面的振动筛网上截留的纤维等杂质卸到固定筛网上，进一步滤去附在纤维上的水滴。水力筛网的构造见(图2-5)。运动筛网呈截顶圆锥形，中心轴呈水平状态，锥体则呈倾斜方向。废水从圆锥体的小端进入，水流在从小端到大端的流动过程中，纤维状污染物被筛网截留，水则从筛网的细小孔中流人集水装置。由于整个筛网呈圆锥体，被截留的污染物沿筛网的倾斜面卸到固定筛上，以进一步滤去水滴。这种筛网的旋转动力依靠进水的水流作为动力，因此在水力筛网的进水端一般不用筛网，而用不透水的材料制成壁面，必要时还可在壁面上设置固定的导水叶片，但需注意不可因此而过多地增加运动筛的重量。另外原水进水管的设置位置与出口的管径亦要适宜，以保证进水有一定的流速射向导水叶片，利用水的冲击力和重大作用产生运动筛网的旋转运动。设计采用水力筛网时，一般应在废水进水管处保持一定的压力，压力的大小与筛网的大小与废水性质有关。格栅(筛)截留的污染物的处置方法有：填埋、焚烧(820以上)以及堆肥等也可将栅渣粉碎后再返回废水中，作为可沉固体进入初沉污泥。粉碎机应设置在沉砂池后，以免大的无机颗粒损坏粉碎机。此外，大的破布和织物在粉碎前应先去除。第2节沉淀的基础理论一、概述二、沉淀类型三、自由沉淀及其理论基础四、沉淀池的工作原理一、概述沉淀法是水处理中最基本的方法之一。它是利用水中悬浮颗粒的可沉降性能，在重力作用下产生下沉作用，以达到固液分离的一种过程。按照废水的性质与所要求的处理程度的不同，沉淀处理工艺可以是整个水处理过程中的一个工序，亦可以作为唯一的处理方法。在典型的污水厂中，有下列四种用法：1用于废水的预处理沉砂池是典型的例子。沉砂池是用以去除污水中的易沉物(如砂粒)。2用于污水进人生物处理构筑物前的初步处理(初次沉淀池)用初次沉淀池可较经济的去除悬浮有机物，以减轻后续生物处理构筑物的有机负荷。3用于生物处理后的固液分离(二次沉淀池)二次沉淀池，主要用来分离生物处理工艺中产生的生物膜、活性污泥等，使处理后的水得以澄清。4用于污泥处理阶段的污泥浓缩污泥浓缩池是将来自初沉池及二沉池的污泥进一步浓缩，以减小体积，降低后续构筑物的尺寸及处理费用等。二、沉淀类型根据水中悬浮颗粒的凝聚性能和浓度，沉淀通常可以分成四种不同的类型。1自由沉淀自由沉淀发生在水中悬浮固体浓度不高，沉淀过程悬浮固体之间互不干扰，颗粒各自单独进行沉淀，颗粒的沉淀轨迹呈直线。整个沉淀过程中，颗粒的物理性质，如形状，大小及比重等不发生变化。这种颗粒在沉砂池中的沉淀是自由沉淀。2絮凝沉淀絮凝沉淀的悬浮颗粒浓度不高，但沉淀过程中悬浮颗粒之间有互相絮凝作用，颗粒因互相聚集增大而加快沉降，沉淀的轨迹呈曲线(图2-6)。沉淀过程中，颗粒的质量、形状和沉速是变化的，实际沉速很难用理论公式计算，需通过试验测定。化学混凝沉淀属絮凝沉淀。3区域沉淀(或成层沉淀)区域沉淀的悬浮颗泣浓度较高(5000mg/L以上)，颗粒的沉降受到周围其它颗粒影响，颗粒间相对位置保持不变，形成一个整体共同下沉，与澄清水之间有清晰的泥水界面。二次沉淀池与污泥浓缩池中均有区域沉淀发生。4压缩沉淀压缩沉淀发生在高浓度悬浮颗粒的沉降过程中，由于悬浮颗粒浓度很高，颗粒相互之间已挤集成团块结构，互相接触，互相支承，下层颗粒间的水在上层颗粒的重力作用下被挤出，使污泥得到浓缩。二沉池污泥斗中的浓缩过程以及在浓缩池中污泥的浓缩过程存在压缩沉淀。三、自由沉淀及其理论基础水中的悬浮颗粒，都因二种力的作用而发生运动：悬浮颗粒受到的重力，水对悬浮颗粒的浮力。重力大于浮力时，下沉；两力相等时，相对静止；重力小于浮力时，上浮。为分析简便起见，假定：颗粒为球形；沉淀过程中颗粒的大小、形状、重量等不变；颗粒只在重力作用下沉淀，不受器壁和其它颗粒影响。静水中悬浮颗粒开始沉淀时，因受重力作用产生加速运动，经过很短的时间后，颗粒的重力与水对其产生的阻力平衡时(即颗粒在静水中所受到的重力Fg与水对颗粒产生的阻力FD相平衡)，颗粒即呈等速下沉。当颗粒粒径较小、沉速小、颗粒沉降过程中其周围的绕流速度亦小时，颗粒主要受水的粘滞阻力作用，惯性力可以忽略不计，颗粒运动是处于层流状态。在实际应用中，由于悬浮颗粒在形状、大小以及密度等有很大差异，因此不能直接用公式进行工艺设计，但公式有助于理解沉淀规律。四、沉淀池的工作原理为便于说明沉淀池的工作原理以及分析水中悬浮颗粒在沉淀池内运动规律，Haen和Camp提出了理想沉淀池这一概念。理想沉淀池划分为四个区域，即进口区域、沉淀区域、出口区域及污泥区域，并作下述假定：(1)沉淀区过水断面上各点的水流速度均相同，水平流速为v；(2)悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，下沉速度为u；(3)在沉淀池的进口区域，水流中的悬浮颗粒均匀分布在整个过水断面上；(4)颗粒一经沉到池底，即认为已被去除。根据上述的假定，悬浮颗粒自由沉降的迹线可用(图2-7)表示。当某一颗粒进入沉淀池后，一方面随着水流在水平方向流动，其水平流速v等于水流速度。另一方面，颗粒在重力作用下沿垂直方向下沉，其沉速即是颗粒的自由沉降速度U0颗粒运动的轨迹为其水平分速v和沉速u的矢量和。在沉淀过程中，qv/A反映沉淀池效力的参数，一般称为沉淀池的表面负荷率，或称沉淀池的过流率，用符号q表示，U0=qv/A(10-15)q=qv/A(10-16)由式(1015)及(1016)可以看出，理想沉淀池中,U0与q在数值上相同,但它们的物理概念不同：U0的单位是m/h；q表示单位面积的沉淀池在单位时间内通过的流量，单位是m3m2h。可见，只要确定颗粒的最小沉速U0，就可以求得理想沉淀池的过流率或表面负荷率。此外，式(1015)还表明，理想沉淀池的沉淀效率与池的水面面积A有关，与池深H无关，即与池的体积v无关。第3节沉砂池一、平流式沉砂池二、曝气沉砂池沉砂池的作用是从污水中去除砂子、煤渣等比重较大的颗粒，以免这些杂质影响后续处理构筑物的正常运行。沉砂池的工作原理是以重力分离为基础，即将进入沉砂池的污水流速控制在只能使比重大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带走。沉砂池可分为平流式、竖流式和曝气沉砂池等三种基本型式。在工程设计中，可参考下列设计原则与主要参数。(1)城市污水厂一般均应设置沉砂池，工业污水是否要设置沉砂池，应根据水质情况而定。城市污水厂的沉砂池的只数或分格数应不少于2，并按并联运行原则考虑。(2)设计流量应按分期建设考虑。当污水自流进入时，应按每期的最大设计流量计算；当污水为提升进入时，应按每期工作水泵的最大组合流量计算；在合流制处理系统中，应按降雨时的设计流量计算。(3)沉砂池去除的砂粒比重为2.65、粒径为0.2mm以上。(表2-2)所列为水温在15时，砂粒在静水中的沉速与砂粒平均粒径的关系。(4)城市污水的沉砂量可按每106m3污水沉砂30m3计算，其含水率约60%，容重约1500kg/m3。(5)贮砂斗的容积应按2日沉砂量计算，贮砂斗壁的倾角不应小于55。排砂管直径不应小于200mm。(6)沉砂池的超高不宜小于0.3m。下面介绍常用的平流式沉砂池和曝气沉砂池。一、平流式沉砂池平流式沉砂池是最常用的一种型式，它的截留效果好，工作稳定，构造亦较简单。(图2-8)所示的是平流式沉砂池的一种。池的上部，实际是一个加宽了的明渠，两端设有闸门(图上只表示出池壁上的闸槽)以控制水流。在池的底部设置12个贮砂斗，下接排砂管。1平流式沉砂池的设计参数(1)污水在池内的最大流速为0.3m/s，最小流速为0.15ms；(2)最大流量时，污水在池内的停留时间不少于30s，一般为3060s；(3)有效水深应不大于1.2m，一般采用0.251.Om，池宽不小于0.6m；(4)池底坡度一般为0.010.02，当设置除砂设备时，可根据除砂设备的要求考虑池底形状。二、曝气沉砂池曝气沉砂池从五十年代开始试用，目前已推广使用。它具有下述特点：沉砂中含有机物的量低于5；由于池中设有曝气设备，它还具有预曝气、脱臭、防止污水厌氧分解、除泡作用以及加速污水中油类的分离等作用。这些特点对后续的沉淀、曝气、污泥消化池的正常运行以及对沉砂的干燥脱水提供了有利条件。1曝气沉砂池的构造及工作原理曝气沉砂池的常见构造如(图2-9)所示。(精彩flash)曝气沉砂池是一个长型渠道，沿渠道壁一侧的整个长度上，距池底约6090mm处设置曝气装置，在池底设置沉砂斗，池底有i=0.10.5的坡度，以保证砂粒滑人砂槽。为了使曝气能起到池内回流作用，在必要时可在设置曝气装置的一侧装设挡板。污水在池中存在着两种运动形式，其一为水平流动(流速一般取0.1m/s，不得超过0.3m/s)，同时，由于在池的一侧有曝气作用，因而在池的横断面上产生旋转运动，整个池内水流产生螺旋状前进的流动形式。旋转速度在过水断面的中心处最小，而在池的周边则为最大。空气的供给量应保证在池中污水的旋流速度达到0.250.4m/s之间，一般取0.4m/s。由于曝气以及水流的螺旋旋转作用，污水中悬浮颗粒相互碰撞、摩擦、并受到气泡上升时的冲刷作用，使粘附在砂粒上的有机污染物得以去除，沉于池底的砂粒较为纯净。有机物含量只有5左右的砂粒