环境工程学绪论讲义

环境工程学,EnvironmentalEngineering,绪论,本章概要什么是环境？什么是环境工程？环境工程学的发展环境工程学什么？怎么学？关于教材及老师,一、什么是环境,某一中心以外的空间的事物,中科院院士、理论物理学家何祚庥先生在接环球杂志专访时，以人类无需敬畏大自然为题，从人与自然关系的角度讨论了海啸给人类的教训。2005年1月11日,民间环保人士、北京“绿家园志愿者”汪永晨女士在新京报上发表了题为敬畏自然不是反科学的文章做出了最初的回应。,“敬畏自然”大讨论,小资料,2005年1月27日18时19分新浪网文化频道的调查情况单位：%，票,深层理论背景：人类中心主义和非人类中心主义之争,这次关于敬畏自然的讨论，虽然也涉及到了科学主义和反科学主义的问题，但重点还是围绕着人与自然的关系展开的。问题的实质，是人类中心主义和非人类中心主义之争在特定时期和特定问题上的具体体现。即究竟是从“人类中心主义”还是从“非人类中心主义”的角度来看待和理解人与自然的关系问题。,由于对环境有不同的定义，导致对待环境的认识不同，可能使得保护环境的内涵和措施不同，因此，了解不同的环境观，对于正确实施环境保护具有十分重要的意义,二、什么是环境工程,问题：你认为工程师和科学家的任务有何不同？,科学家发现事物，工程师使他们有用,小故事,环境工程：通过健全的工程理论与实践来解决环境卫生问题，主要包括：提供安全、可口和充足的水，适当处置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（包括作为大气污染物的噪声），并消除这些问题对社会和环境所造成的影响。而且，它涉及的是公共卫生领域里的工程问题。,环境工程学的定义(美国),三、环境工程学的发展,环境工程学最早起源于水污染的控制化学方法处理水污染生化方法处理水污染物理手段处理水污染,大气污染很早也受到关注烟尘造成的污染,环境工程学的发展,悠久的固体废弃物的处理和利用历史生活垃圾和排泄物的堆肥利用垃圾焚烧处理垃圾分类处理，回收，再生,噪声的控制与公共卫生的关注建筑布局优化，隔音材料的使用各种疾病与工作环境的关系得到关注,小故事,环境工程学的内容,水质净化与水污染控制工程大气污染控制工程固体废弃物处置与管理工程噪声、振动与其他公害防治技术,水文学，水质管理，电离辐射，危险废物管理,本部分包括四章,水质净化与水污染控制工程,第一章水质与水体自净【简单】第二章水的物理化学处理方法【重点】第三章水的生物化学处理方法【重点】第四章水的回用与废水的最终处置【简单】,教学要求,学习本课程，要求：（1）本课程较难，并且本课程考核方式为闭卷考试，所以同学们要有啃骨头的准备；（2）正确理解环境工程学中的一些基本概念和基本原理；（）掌握环境污染控制工程和公害防治技术的基本方法和基本工艺过程；（）能够将所学过的“三废”及其它公害治理的基本知识和技术较熟练地应用到环境保护领域.,小故事,课堂要求,关于本教材,优点本教材内容较全面、系统编者较有名气缺点本教材内容较老本教材内容不够严谨，存在较多错误,推荐资源,参考书目环境工程学导论（第三版），MackenL.Davis王建龙译，清华大学出版社2002环境工程学，郑正主编，科学出版社，2004年8月版废水工程处理及回用（第四版），【美】MetcalfEddy,Inc秦裕珩，化学工业出版社，2004,网站,第一章水质与水体自净,我国城镇水环境整体恶化三大污染源未有效控制时间:2006/08/25来自:新华网,局部的好转，整体的恶化造成这种严峻形势的原因主要的是三大污染源都没有得到有效的控制：第一，城镇生活污水的排放；第二，工业污水排放；第三，农业面污染。中国政府非常坦率地承认，在“十五”期间我们有两项指标没有完成，一项是能耗，第二项就是污染的控制。我们的处理率现在只能做到50%，这就要求我们在“十一五”期间，再增加20%的污水处理能力。,你知道吗,“十五”期间，城镇水务发展取得的成绩（一）供水安全保障水平不断提高，服务功能不断增强。2005年，城市用水普及率达91.1%，5年提高了27个百分点。同时，建设部着力加强城镇供水水质督察体系建设，为饮用水安全提供了重要保障。（二）城镇污水处理步伐不断加快，再生水利用不断加强。到2005年底，全国城市污水处理率由2000年的34提高到52。缺水城市大力推广污水处理再生利用，在生活杂用水、市政环卫、水系景观等方面逐步推广应用，每年再生水利用量约20亿立方米。（三）城镇用水效率不断提高。“十五”期间，平均每年城市节水量约35亿立方米以上，2005年节水达38亿立方米，18个城市获得“节水型城市”称号。（四）加强和完善政府监管，城镇水务改革稳步推进，初步形成了城镇水务特许经营体系。,但是，水资源短缺和城镇水污染加剧、水生态退化等问题仍然比较突出：一是城镇供水安全形势依然严峻。一些地区水源污染不断加重和水污染事故的频繁发生，对水质安全形成重大威胁，供水企业的应对措施迫切需要加强。二是城市污水处理滞后的局面没有根本扭转。到2005年底，全国还有278个城市没有建成污水处理厂，至少有30多个城市约50多座污水处理厂运行负荷率不足30%，或者根本没有运行。三是城镇用水低效率的问题依然存在。市场在水资源配置中的基础性作用没有充分发挥，水价改革不到位，不足以促进节约用水。四是推进城镇污水和垃圾处理产业化还存在薄弱环节。,本章概要,1、水的循环与污染2、水质的指标（BOD、COD重点）3、废水的成分4、水体的自净5、水处理的基本原则和方法,水的循环：自然循环和社会循环,第一节水的循环与污染,水中污染物及其来源,化学性污染无机污染物：酸，碱，盐。来自工业废水，如造纸，皮革，炼油，制碱，染料等；无机有毒物质：重金属，氰化物，氟化物等；,有机污染物：各种农药，多环芳烃，多氯联笨，芳香胺等；需氧污染物：脂肪，醇，蛋白质，糖类等营养物质，易分解导致水中缺氧，恶化水质。这是水中最大量，最经常，最普遍的污染。,化学性污染,赤潮之谜,？赤潮是由于什么水质问题引起的,植物营养物质：主要是N、P，造成富营养化，藻类大量繁殖，鱼类死亡。如赤潮之谜即是富营养化使得某些藻类（如裸甲藻）和浮游生物大量繁殖，另一些死亡，使海水呈现出优势藻类的本色，赤潮的危害是赤潮生物的死亡需微生物分解耗氧，致水体缺氧，赤潮生物分泌粘液和毒素致海洋生物死亡。,油类污染物：形成油膜，影响氧的补充供给，进而影响水生生物的生长繁殖；在灌溉中由于附着于土壤和植物表面，影响养分的供给和废物排出；同时，油膜能吸收阳光辐射，致使表面水温比常日高3度，阻碍海水与大气的热交换，减少了海面蒸发，导致气候异常。海上石油污染,海上石油污染2,二物理性污染,悬浮物质污染：水体和大气中的不溶性物质，来自采石，采矿，建筑，造纸等产生的废物；热污染放射性污染,三生物性污染：各种病菌,第二节水质指标和水质标准,一、水质：水和水中含有的杂质共同表现出来的物理学，化学和生物学的综合特性。二、水质指标：用于表示水中杂质的种类，成分和数量，判断水质的具体衡量标准。,物理性指标化学性指标生物学指标,重点指标：浑浊度，固体，总盐量和离子平衡，碱度，硬度，化学耗氧量，生物化学耗氧量，总有机碳，总需氧量,1、总含盐量和离子平衡：总含盐量（mg/L）阳离子（mg/L）+阴离子（mg/L）。阳离子主要考虑Ca2+，Mg2+，Na+，K+；阴离子主要为HCO3-，CO32-，SO42-，Cl-。根据电荷平衡，mMm+aAa-，M和A单位为molL-1或mmoL-1。分析误差由下式：,如果误差大于5，则应该考虑是否测定有误或分析项目不完全。,2、碱度,碱度：水接受质子的能力。与平常酸碱反应的概念类似。所以用水中所有能与强酸作用的物质的总量来表示碱度。主要由HCO3-，CO32-，OH-产生酚酞碱度：以酚酞为指示剂，用标准盐酸滴定至无色时用去盐酸的物质的量，称为酚酞碱度（P）。甲基橙碱度：以甲基橙为指示剂，用标准盐酸滴定至无色时用去盐酸的物质的量，称为甲基橙碱度（T），也称为总碱度。,碱度单位：mmoL-1或e50mg/L（以CaCO3计）或者度，规定1度10mg/L（以CaO计）。因为CaCO3要消耗2倍物质的量的H+，所以碱度以CO32-表示时倍数为2，以HCO3-表示时倍数为1。则以CaO计:1mmoL-1e50mg/LCaO/CaCO3e28mg/Le2.86度。,硬度：能够与肥皂生成沉淀或与阴离子反应生成水垢的金属离子的量。一般是钙镁离子的盐。通过EDTA络合滴定测定。硬度分为暂时硬度（钙镁碳酸盐和重碳酸盐）和永久硬度（钙镁硫酸盐，氯化物），单位与碱度的一样。一般而言，碳酸盐碱度和重碳酸盐碱度之和（S）大于硬度。当1/2SBOD20BOD5CODMn，与反应时间和反应物的数量种类有关。BOD5时间不如BOD20，BOD20只能氧化可降解有机物，COD则能比较完全地氧化水中大部分有机物和无机性还原物，CODMn是由于高锰酸钾的氧化能力欠强。,BOD、COD之间的关系,未处理的城市废水BOD/COD的比值为0.30.8BOD/COD0.5易于生物处理BOD/COD0.3废水中或许有有毒物质随着废水处理的程度不同，这个比值会有很大变化？同学们想想经过生化处理后这个比值是会增大还是会减少（减少）,小结,碱度理解概念COD应用，实际测量BOD掌握，会计算及应用其他了解,水质标准,饮用水水质标准地面水环境质量标准(五类）污水综合排放标准工业用水水质要求,2005年环境公告,2005年，全国地表水水质无明显变化。珠江、长江水质较好，辽河、淮河、黄河、松花江水质较差，海河污染严重；淮河、海河、辽河、太湖、巢湖、滇池、南水北调（东线）、三峡库区及其上游等重点治理流域的453个水质考核断面达标率为60%。重点城市集中式饮用水源地水质总体良好。根据对110个环保重点城市的360个集中式饮用水源地的监测结果统计，水源地水质达标率为80%；河流型水源主要污染指标为粪大肠菌群，湖库型水源主要污染指标为总氮。,2005年环境公告,主要城市和平原地区的地下水水质状况相对稳定，但局部地区有继续恶化的趋势。监测表明，地下水污染存在加重趋势的城市有21个（主要分布在西北、东北和东南地区），污染趋势减轻的城市14个（主要分布在华北和西北地区），地下水水质基本稳定的城市123个。近岸大部分海域水质良好，但局部海域污染严重。全国近岸海域一、二类海水比例占67.2%，与上年相比上升17.6个百分点；三类海水占8.9%，下降6.5个百分点；四类、劣四类海水占23.9%，下降11.1个百分点。,桂林的水质你了解吗？,暑期我们班有的同学做了相关的社会调查，我们欢迎他们为我们介绍一下。,第三节废水的成分与性质,一、废水的成分与性质1.生活废水：含有较高的可溶性有机物和氮，磷等物质。来源、成分、特点2.工业生产废水:成分复杂，含有多种酚类，芳香类，农药中间体等毒性很大的有机物和重金属，氰化物等。来源、特点3.农业废水：各种杀虫剂，除草剂植物生长调节剂等。来源、特点,建议课外阅读：废水流量与组分负荷的分析,通过阅读，你可以学习到以下内容：废水流量数据的分析方法废水组分质量负荷数据的分析方法废水流量、组分质量负荷的统计方法废水设计流量及组分质量负荷的选择,水体的自净（复习）,水体的自净作用是指经过一系列的物理、化学和生物学变化，污染物质被分散、分离或分解，最后，水体基本上或完全地恢复到原来的状态。,第四节水体的自净作用与水环境容量,废水在水体中的稀释和扩散,水中污染物的浓度计算：,C1废水中污染物的浓度（mg/L）C2原河水中污染物的浓度（mg/L）C计算断面上水中污染物的浓度（mg/L）q废水流量a混合系数Q参与混合稀释的河水总量,河水中无此污染物，且河水流量远大于废水流量时：,物理自净,生化自净,废水中有机物进入河流后，水中有机物被河水稀释，并且会被水中微生物分解，这一过程称为水体的生化自净。水中溶解氧的变化始终由氧的恢复和氧的消耗两个过程同时进行，即DOO恢复O消耗DO为溶解氧，mg/L,耗氧曲线,耗氧曲线表示的是累积消耗的氧量,在某一时刻，溶解氧增加的量为：,氧垂曲线公式的推导,由于水中溶解氧的消耗与BOD的衰减是一致的，可得：,为耗氧速度常数,而氧气的恢复速率正比于水中饱和溶解氧量与河水实际溶解氧量之间的差值，即：,K2为复氧速率常数，D称为亏氧量,氧垂曲线公式的推导：,因此，一定温度下，水中溶解氧的变化速率为：,用亏氧量的变化速率表示为：,这是一个y+Py=Q一元线性非齐次方程。,氧垂曲线公式的推导：,对上式方程积分得到亏氧量的解：,即氧垂曲线公式（Streeter-Phelps方程）,溶解氧的最低点临界点，从混合开始到达临界点的时间为：,氧垂曲线公式的推导：,复氧速率常数k2和耗氧速率常数k1是在水温20摄氏度时的值，水温不在20C时分别用下式计算：,一般取1.016,一般取1.047,作业P63125,课后作业,课后P621-26,第五节水处理的基本原则和方法,1、给水处理的基本方法慢滤池快滤池混凝加沉淀消毒2、废水处理的基本方法及原则一级沉淀二级处理,3、基本原则：改革生产工艺，减少废物排放量重复利用废水回收有用物质对废水进行处理技术手段合理经济,4、处理基本方法：物理法化学法生物法,萃取法