环境工程学(王玉恒)重点-第1章

1,1,第一篇水质净化与水污染控制工程,主讲人：王玉恒,2,2,主要研究领域,水体自净及其利用；给水净化处理；城市污水处理；工业废水处理与利用；废水再生与回用；城市、区域和水系的水污染综合整治和受污染水体的修复；水环境质量标准和废水排放标准。,3,3,水污染定义水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、生物或者放射性等方面特征的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或者破坏生态环境，造成水质恶化的现象称为水污染。,水污染的原因(1)自然活动如矿石溶解、火山爆发灰飞、干旱地区风蚀灰尘落入水体等，是目前尚无法控制的污染。(2)人类活动（主要原因）工业生产工业废水人类生活生活污水,三、水污染,4,4,水污染的危害（一）危害人体健康（二）影响农、林、牧、渔业生产的产量和质量（三）制约工业的发展（四）加速生态环境的退化和破坏（五）造成经济损失,5,水污染,化学性污染,物理性污染,生物性污染：病原微生物等,无机污染物质：酸、碱、无机盐类,无机有毒物质：重金属,有机有毒物质：有机农药、多环芳烃等,需氧污染物质：可生物降解有机物,植物营养物质：氮、磷等,油类污染物质,悬浮物质污染,热污染,放射性污染,6,水污染,点源污染：由固定排放点的污染源所造成的污染。,面源污染：污染物以广域的、分散的形式进入到水体中。,内源污染：次生污染，水体内部由于污染物长期积累产生的污染再排放。,7,7,作用：水质指标是评价水质污染程度、水处理工程设计、反映水处理效果、开展水污染控制的基本依据。国际通用三大类指标：第一类物理性指标第二类化学性指标第三类生物性指标,8,几种重要的水质指标,（1）浑浊度(turbidity)（2）颜色、色度(chromaticitycolor)（3）固体物质含量（4）比电导（5）总含盐量和离子平衡（6）碱度alkalinity（7）硬度hardness（8）化学需氧量和耗氧量（COD）（9）生物化学需氧量（BOD）（10）总有机碳（TOC）和总需氧量（TOD）（11）氮和磷含量,9,水质指标,物理性指标,感官性指标，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,挥发性物质,溶解物质,固定性物质,悬浮固体物质,加速耗氧反应，最终导致水体缺氧或水质恶化,造成水中溶解氧减少,工业废水常引起水体热污染,色度,固体物质,嗅和味,温度,浑浊度,10,10,水和污水中固体成分的内部相关性,水样,英霍夫锥形管,可沉固体,蒸发,TS,过滤（微孔滤膜）,滤渣蒸发,滤液蒸发,SS,DS,马弗炉,VSS,FSS,马弗炉,VDS,VFS,VS,FS,TS,11,浑浊度概念：不溶性物体对光线透过时所产生的阻碍程度发展变化：JTU（杰克逊浊度单位）：蒸馏水中含有1mg/LSiO2NTU（散射光浊度单位）光电浊度计，与入射光呈90度角的散射光强度FTU（福尔马肼浊度单位）甲簪浊度单位硫酸肼+六亚甲基四胺配置标准浑浊液,12,水的颜色:真色（溶解和胶体物质所致）;表色（悬浮、溶解和胶体物质所致）真色测定方法：铂钴标准比色法（氯铂酸钾和氯化钴配成与天然水黄色色调相同的标准比色系列），度（TCU）1度=1L水中含有1mg铂的颜色。表色:稀释倍数法比色管无色清洁水,色度,13,比电导,比电导（电导率）：25时长1m、横截面积为1m2水中的电导值。水的电阻率：相距1cm、面积各为1cm2的两片平行板电极，将它们插入被测水中时的电阻值。电阻率越大，溶解盐类越少。电导率=1/电阻率天然水中，溶解固体与电导率之间可按下式进行估算。TDS=（0.55-0.70）,14,总含盐量和离子平衡总含盐量（总矿化度）：水体中所含各种溶解性矿物盐类的总量(测量误差5%)总含盐量阳离子阴离子天然水主要阳离子：Ca2+、Mg2+、Na+、K+阴离子：HCO3-、CO32-、SO42-、CL-总含盐量与溶解固体的关系：,总含盐量溶解固体+1/2HCO3-,例题1-2（P22）：实测与理论误差5%,15,碱度（alkalinity）,概念：水接受质子的能力测定方法：中和滴定法（标准浓度盐酸溶液）指示剂：酚酞（变色范围pH8.3）酚酞碱度（P）甲基橙（变色范围pH4.3）甲基橙碱度（总碱度T）按水中致碱阴离子的不同可分为：碳酸盐碱度重碳酸盐碱度氢氧化物碱度,可用P和T测定值进行计算P23表1-3,16,硬度,概念：由于能与肥皂作用生成沉淀和与水中某些阴离子化合生成水垢的二价金属离子的存在而产生的。（钙和镁离子）测定：多用EDTA络合滴定法测定(总硬度）分为以下两种硬度：碳酸盐硬度（暂时硬度）：受热煮沸除去非碳酸盐硬度（永久硬度）总硬度碳酸盐硬度非碳酸盐硬度,可由总硬度和碱度求出,17,计算方法：设S=2CO32-+HCO3-，则有：（1）1/2S总硬度时，碳酸盐硬度=总硬度，非碳硬=0，1/2S-总硬度=负硬度硬度常用单位换算,例题1-4（P25）,18,18,有机物,生化需氧量（BOD）,作用：反映了在有氧的条件下，水中可生物降解的有机物的量（以mg/L为单位）。原理：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。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，需要20d左右。实际中，常以5d作为测定生化需氧量的标准时间，称5日生化需氧量（BOD5）；通常以20为测定的标准温度。补充：生活污水BOD570250mg/L;城市污水100300mg/L;垃圾渗滤液200030000mg/L：。,BOD:biologicaloxygendemand在规定条件下，微生物氧化分解水中有机物所需要的氧量（20，5d）,19,19,生化需氧量(BOD)的测定存在一些缺点：(1)当污水中含大量难降解有机物时，BOD5测定误差较大；(2)每次测定需5天，不能及时指导实际工作；(3)废水中如存在抑制微生物生长繁殖的物质或不含微生物生长所需的营养时，将影响测定结果。,20,20,化学需氧量（COD）,常用的氧化剂主要是重铬酸钾K2Cr2O7（称CODCr)和高锰酸钾KMnO4(称CODMn或OC)；CODCrCODMn（？）酸性条件下，硫酸银作为催化剂。废水中部分无机的还原性物质同样被氧化。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：生活污水通常在0.4-0.5。BOD5/CODCr大于0.3时，一般认为该废水具有可生化性。,COD:chemicaloxygendemand用化学方法氧化分解水样中有机物过程中，所消耗的氧化剂量（mg/L）。,21,21,总有机碳（TOC）和总需氧量（TOD）,TOC:totalorganismcarbon在950高温下，以铂作为催化剂，使水样气化燃烧，然后测定气体中的CO2含量，从而确定水样中碳元素总量。测定中应该去除无机碳的含量。,各种水质之间TOC或TOD与BOD不存在固定的相关关系。在水质条件基本不变的条件下，BOD与TOC或TOD之间存在一定的相关关系。,TOD:totaloxygendemand在900950高温下，将污水中能被氧化的物质（主要是有机物，包括难分解的有机物及大部分无机还原物质），燃烧氧化成稳定的氧化物后，测量载气中氧的减少量，称为总需氧量（TOD）。TOD测定方便而快速。,22,22,总有机碳(TOC)的测定总有机碳(TOC)的测定方法是：向氧含量已知的氧气流中注入定量的水样，并将其送入以铂为触媒的燃烧管中，在900高温下燃烧，用红外气体分析仪测定在燃烧过程中产生的CO2量，再折算出其中的含碳量，就是总有机碳T0C值。为排除无机碳酸盐的干扰，应先将水样酸化，再通过压缩空气吹脱水中的碳酸盐。TOC的测定时间仅需几分钟。局限性:含悬浮物较多的水样,TOC就无法准确地反映总有机物的含量.,return,日本岛津TOC仪,23,23,3总需氧量(TOD)有机物主要元素是C、H、O、N、S等。在高温下燃烧后，将分别产生CO2和H2O，所消耗的氧量称为总需氧量TOD。TOD的值一般大于COD的值。TOD的测定方法是：向氧含量已知的氧气流中注入定量的水样，并将其送入以铂为触媒的燃烧管中，在900高,return,温下燃烧，水样中的有机物即被氧化。消耗掉氧气流中的氧气，剩余氧量可用电极测定并自动记录。氧气流原有氧量减去剩余氧量即得总需氧量TOD。TOD的测定仅需几分钟。,24,24,污水有机物指标之间的比较,有机碳量,需氧量,TOC,TOD,CODcr,BODL,BOD5,CODMn,25,25,植物营养元素,pH,重金属,过多的氮、磷进入天然水体，易导致富营养化（赤潮或水华），使水生植物尤其是藻类大量繁殖，造成水中溶解氧急剧变化，影响鱼类生存，并可能使某些湖泊由贫营养湖发展为沼泽和干地。,一般要求处理后污水的pH在69之间。当天然水体遭受酸碱污染时，pH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。,重金属的主要危害：生物毒性，抑制微生物生长，使蛋白质凝固;逐级富集至人体，影响人体健康。,26,26,含氮化合物,氮是有机物中除碳以外的一种主要元素，也是微生物生长的重要元素。总氮浓度超过0.2mg/l,引起富营养化现象.污水中的氮有四种存在形式，即有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。危害：消耗水体中溶解氧；促进藻类等浮游生物的繁殖，形成水华、赤潮；引起鱼类死亡，导致水质迅速恶化。,关于氮的几个指标表达形式：有机氮(OganicNitrogen)：主要指蛋白质和尿素。总氮（TotalNitrogen，TN)：一切含氮化合物，以N计量的总称。凯氏氮（KjeldahlNitrogen，TKN）：TN中的有机氮和氨氮，不包括亚硝酸盐氮、硝酸盐氮。氨氮(NH3-N)：有机氮化合物的分解，或来自含氮工业废水。NOx-N：亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。,27,27,含磷化合物,磷也是有机物中的一种主要元素，是仅次于氮的微生物生长的重要元素。总磷浓度超过0.02mg/l,引起富营养化现象.磷主要来源：人体排泄物以及合成洗涤剂、牲畜饲养场及含磷工业废水。危害：促进藻类等浮游生物的繁殖，破坏水体耗氧和复氧平衡；使水质迅速恶化，危害水产资源。,含磷化合物,有机磷,包括磷酸甘油酸、磷肌酸等,无机磷,磷酸盐:正磷酸盐(PO43-)、磷酸氢盐(HPO42-)、磷酸二氢盐（H2PO4-)、偏磷酸盐(PO3-)聚合磷酸盐:焦磷酸盐(P2O74)、三磷酸盐(P3O105-)、三磷酸氢盐(HP3O92-),28,28,生物性指标,生活污水：肠道传染病、肝炎病毒、SARS、伤寒、霍乱、寄生虫卵等制革屠宰等工业废水：炭疽杆菌、钩端螺旋体等医院污水：各种病原体危害：数量大，分布广，存活时间长，繁殖速度快。传播疾病，影响卫生，导致水体缺氧,来源及危害,水中细菌总数反映了水体受细菌污染的程度。常以细菌个数/mL计。饮用水：100个/mL医院排水：500个/mL,细菌总数,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存在的可能性。常以大肠菌群数/L计。饮用水：3个/L城市排水：10000个/L游泳池：1000个/L,大肠菌群,29,29,30,30,水体的自净作用,经过一系列的物理、化学和生物学变化，污染物质被分散、分离或分解，最后水体基本上或完全恢复到原来状态的自然过程。,净化机制分为三类,物理过程：稀释、扩散、沉淀、挥发等；,化学和物理化学净化：中和、絮凝、吸附、络合氧化、还原；,生物净化：水中微生物对有机物的氧化分解作用,31,二、水体的生化自净,32,32,二、水体的生化净化,水体受到污染后，水体中溶解氧逐渐被消耗，到临界点后又逐步回升的变化曲线，称氧垂曲线。,D=S-X,D亏氧量；S饱和溶氧量；X实际溶氧量；,氧垂曲线,耗氧速度与剩余有机物浓度成正比；复氧速度与亏氧量成正比。,距离,33,33,（2）按照污水处理程度划分一级处理（包括预处理）二级处理（生物处理）三级处理（深度处理）,34,34,一级处理（物理处理）,主要任务：从废水中去除漂浮物和悬浮物，调节废水水质，减轻废水的腐化程度和后续处理的工艺负荷。,常用方法：筛滤法、重力沉淀法、上浮法（如隔油法）、气浮、离心分离、滤池、微滤机等。,35,35,（1）一级处理厂流程,城市污水经一级处理后，悬浮固体物的去除率为70%-80%，BOD的去除率只有30%左右,36,36,二级处理（生物处理）,主要任务：大幅度地去除污水中呈胶体和溶解状态的有机物，脱氮除磷。,处理方法：以生化处