环境工程概论--第2章

高等学校土建类创新规划教材,2013年,环境工程概论,第二章水污染及控制,2-1水环境概述2-2水污染控制技术2-3废水处理系统2-4污泥处理与利用2-5土木工程中的水污染与控制,2-1水环境概述,二、水体污染及危害,三、水体自净和水环境容量,四、水环境标准,一、水环境与水资源,1、水环境,2、水资源,一、水环境与水资源,水环境是指地球表面上的各种水体，包括江、河、湖、海、冰川、水库、池塘、土壤岩石空隙中的地下水等,指在一定时期内，能被人们直接或间接开发取用的淡水，包括大气降水补给的各种地表水、地下水等。,全球总贮水量估计为13.86亿m3可利用的淡水总量不足世界总贮水量的0.6%,一、水环境与水资源,水的自然循环示意图,一、水环境与水资源,水的社会循环示意图,一、水环境与水资源,单向线性的社会水循环,地表地下径流,-,枯水季节干涸,全国可开采水资源总量,8000,9500,亿,m,3,/,a,城镇污水,污水厂,用户,大部分直,接排放,58,%,已开采,/,取水,供水,一、水环境与水资源,不合理的城市取水模式,一、水环境与水资源,反馈封闭性的社会水循环,地表地下径流,-,城镇污水,污水厂,用户,节制开采,取水,供水,再生供水系统,排放,一、水环境与水资源,新的城市取水模式,一、水环境与水资源,二、水体污染及危害,1、水体污染,2、水体污染源,水体因某种物质的介入而导致其物理、化学、生物等方面特征的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或破坏生态环境，造成水质恶化的现象，称为水体污染。,常见污染源：工业废水、生活污水、农业排水、交通运输、工业废渣和城市垃圾等。,3、水体中的主要污染物及其危害,4、水质指标,需氧污染物：,一般用COD、BOD、BOD5、TOD、TOC指标来表示耗氧有机物的含量,3、水体中的主要污染物及其危害,营养性污染物,有毒污染物,油类污染物,酸碱污染物,生物污染物,热污染,固体污染物,需氧污染物排放到水体中，会消耗水中的氧气，可造成溶解氧的大量减少，影响鱼类、水生生物的生长发育，甚至威胁生命。当溶解氧耗尽后，污染物会进行厌氧分解，产生H2S、NH3、醇类等物质，不但味道难闻，而且水颜色变黑。,放射性污染物,需氧污染物：,3、水体中的主要污染物及其危害,营养性污染物,有毒污染物,油类污染物,酸碱污染物,生物污染物,热污染,固体污染物,大量藻类的生长覆盖了大片水面，减少了鱼类的生存空间，藻类死亡腐败后会消耗溶解氧，导致溶解氧下降，并释放出更多的营养物质，死亡的藻类还会产生并释放有毒物质等。如此周而复始地循环，最终导致水质恶化，鱼类死亡，水草丛生，水体外观呈红色或其他色泽。另外，硝酸盐超过一定量时有毒性，当亚硝酸盐进入人体后，有致畸、致癌的危险,放射性污染物,需氧污染物：,3、水体中的主要污染物及其危害,营养性污染物,有毒污染物,油类污染物,酸碱污染物,生物污染物,热污染,固体污染物,无机有毒物质：金属毒物：汞、铬、铅、镉、锌、铜非金属毒物：砷、氟、硫、氰化物等有机有毒物质：酚类化合物、多氯联苯、有机农药(有机氯、有机磷等）,19世纪80年代，日本富山县的神冈矿山在采矿过程及堆积的矿渣中产生的含有镉等重金属的废水直接长期流入周围的环境中，在当地的水田土壤、河流底泥中产生了镉等重金属的沉淀堆积。镉通过稻米进入人体，首先引起肾脏障碍，逐渐导致软骨症，在妇女妊娠、哺乳、内分泌不协调、营养性钙不足等诱发原因存在的情况下，使妇女得上一种浑身剧烈疼痛的病，叫痛痛病，也叫骨痛病，重者全身多处骨折，在痛苦中死亡。从1931年到1968年，神通川平原地区被确诊患此病的人数为258人，其中死亡128人，至1977年12月又死亡79人。,放射性污染物,需氧污染物：,3、水体中的主要污染物及其危害,营养性污染物,有毒污染物,油类污染物,酸碱污染物,生物污染物,热污染,固体污染物,无机有毒物质：金属毒物：汞、铬、铅、镉、锌、铜非金属毒物：砷、氟、硫、氰化物等有机有毒物质：酚类化合物、多氯联苯、有机农药(有机氯、有机磷等）,放射性污染物,需氧污染物：,3、水体中的主要污染物及其危害,营养性污染物,有毒污染物,油类污染物,酸碱污染物,生物污染物,热污染,固体污染物,无机有毒物质：金属毒物：汞、铬、铅、镉、锌、铜非金属毒物：砷、氟、硫、氰化物等有机有毒物质：酚类化合物、多氯联苯、有机农药(有机氯、有机磷等）,1968年日本九州爱知县一个食用油厂在生产米糠油时，因管理不善，操作失误，致使米糠油中混入了在脱臭工艺中使用的热载体多氯联苯，造成食物油污染。由于当时把被污染了的米糠油中的黑油用去做鸡饲料，造成了九州、四国等地区的几十万只鸡中毒死亡的事件。随后九州大学附属医院陆续发现了因食用被多氯联苯污染的食物而得病的人。病人初期症状是皮疹、指甲发黑、皮肤色素沉着、眼结膜充血，后期症状转为肝功能下降、全身肌肉疼痛等，重者会发生急性肝坏死、肝昏迷，以至死亡。1978年，确诊患者人数累计达1684人。,放射性污染物,需氧污染物：,3、水体中的主要污染物及其危害,营养性污染物,有毒污染物,油类污染物,酸碱污染物,生物污染物,热污染,固体污染物,放射性污染物,需氧污染物：,3、水体中的主要污染物及其危害,营养性污染物,有毒污染物,油类污染物,酸碱污染物,生物污染物,热污染,固体污染物,放射性污染物,导致水中溶解氧减少，造成鱼类和水生生物的死亡。加快藻类繁殖，从而加快水体的富营养化过程。加快水体中的化学反应速度，使离子浓度、电导率、腐蚀性发生变化，可导致对管道、容器的腐蚀。加快水中细菌的生长繁殖，增加后续水处理的费用。,物理性水质指标：化学性水质指标：生物学水质指标：,4、水质指标,温度、色度、嗅和味、悬浮物、浊度等,有机物的化学性指标：生化需氧量（BOD）、化学需氧量(COD)、总需氧量(TOD)、溶解氧(DO)无机物的化学性指标：氨氮、亚硝酸氮、硝酸氮、总氮、磷酸盐和总磷、pH、有毒物质等,细菌总数、大肠菌群、贾第鞭毛虫和隐孢子虫等,1、什么是水体自净？,三、水体自净和水环境容量,2、水体自净机制,3、水环境容量,物理作用：稀释混合、沉淀、吸附凝聚化学作用：分解与化合、氧化与还原、酸碱反应等生物作用：生物降解作用、生物富集作用,生物富集作用：金鱼藻-能从水中选择吸收砷水葱-能从水中选择吸收酚凤眼莲-能从水中选择吸收锌,一定水体所能容纳污染物的最大负荷被称为水环境容量。W=V(CsCi)C,1、水环境质量标准,四、水环境标准,2、废水排放标准,是指为保护人体健康和水的正常使用而对水体中污染物或其他物质的最高容许浓度所作的规定。,为保护各类水体免受污染，对排放废水中的污染物的最高容许浓度所作的规定。,我国在废水排放标准的执行方面，坚持国家污水综合排放标准与国家行业排放标准不交叉执行的原则,地表水环境质量标准（GB3838-2002）类主要适用于源头水、国家自然保护区。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、鱼虾产卵场等。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。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。类主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。,1）污染物的分类标准,污水综合排放标准,四、水环境标准,2）废水排放标准分级,第一类污染物：汞、镉、铬、铅、镍、铍、苯并芘、放射性等第二类污染物:溶解氧、生化需氧量、悬浮固体、pH、大肠菌和各种有毒有害物质，共有三级标准，其中一级标准要求最严。,、类水域和类水域中划定的保护区，禁止新建排污口，现有排污口应按水体功能要求，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。排入类水域（划定的保护区和游泳区除外）的污水，执行一级标准。排入、类水域的污水，执行二级标准。排入设置二级污水处理厂的城镇排水系统的污水，执行三级标准。排入未设置二级污水处理厂的城镇排水系统的污水，必须根据排水系统出水受纳水域的功能要求，分别执行以上两条的规定。,表2第二类污染物最高允许排放浓度,表1第一类污物最高允许排放浓度,污水综合排放标准,2-2水污染控制技术,二、废水的化学处理法三、废水的物理化学处理法,以自学为主,五、废水的生态处理法,四、废水的生物处理法,一、废水的物理处理法,一、废水的物理处理法,1、原理,2、分类,利用物理作用，将废水中呈悬浮状态的物质分离出来。在整个处理过程中污染物质的性质不发生变化。,自动机械格栅,筛滤法-格栅,工作中的格栅,筛滤法-筛网,沉淀池三种流态,平流式,竖流式,辐流式,重力分离法-沉淀池,平流式沉淀池,重力分离法-沉淀池,辐流式沉淀池,重力分离法-沉淀池,1）基本概念,重力分离法-气浮池,2）气浮法工艺必须满足的基本条件,利用高度分散的微小气袍作为载体粘附于废水中的悬浮污染物，使其浮力大于重力和阻力，从而使污染物上浮至水面，形成泡沫，然后用刮渣设备自水面刮除泡沫，实现固液或液液分离的过程称为气浮。,必须向水中提供足够量的细微气泡；必须使污水中的污染物质能形成悬浮状态；必须使气泡与悬浮的物质产生粘附作用。,重力分离法-气浮池,加压溶气气浮法流程,过滤法-过滤池,废水的化学处理是向废水中投加某种化学物质，利用化学反应来分离、回收废水中的某些污染物质，或使其转化为无害的物质。它的处理对象主要是废水中的无机或有机的（难以生物降解的）溶解物质或胶体物质，以及微小的悬浮物。主要包括以下几种方法：化学混凝法、中和法、化学沉淀法、氧化还原法以上内容结合教材相关内容自学,二、废水的化学处理法,污水的物理化学处理是利用物理化学机制来去除、回收废水中的某些污染物质，它的处理对象主要是废水中的无机或有机的（难以生物降解的）溶解物质或胶体物质。主要包括以下几种方法：吸附法、离子交换法、以及反渗透、超滤法、电渗析等膜处理法以上内容结合教材相关内容自学,三、污水的物理化学处理法,四、废水的生物处理法,1、概念,2、代谢机制,3、分类,利用微生物的代谢去除废水中的呈胶体态和溶解态的有机污染物质。,生物代谢包括：分解代谢和合成代谢,以下主要从好氧生物处理、厌氧生物处理、厌氧-好氧联合生物处理分别介绍生物处理法,四、废水的生物处理法,好氧生物处理,厌氧生物处理,好氧-厌氧联合生物处理,好氧生物处理,好氧处理机制：,处理构筑物：,活性污泥法生物膜法传统的曝气反应池及其变形、氧化沟等；生物滤池、生物转盘、接触氧化法,好氧生物处理法-活性污泥法-曝气反应池,好氧生物处理法-生物膜法-生物滤池,好氧生物处理法-生物膜法-生物转盘,好氧生物处理法-生物膜法-生物接触氧化池,厌氧生物处理,厌氧处理机制：,厌氧处理构筑物：,悬浮生长固定生长厌氧消化池、化粪池、升流式厌氧污泥床等；厌氧生物滤池,厌氧生物处理法-悬浮生长法-污泥厌氧消化池和化粪池,厌氧生物处理法-固着生长法-厌氧生物滤池,1、生物脱氮原理和工艺,好氧-厌氧联合生物处理,氮的存在形式：有机氮（50%60%）、氨氮（40%50%）、亚硝酸盐氮与硝酸盐氮（05%）。,生物法脱氮：硝化过程反硝化过程,1、生物脱氮原理和工艺,好氧-厌氧联合生物处理,缺氧-好氧生物脱氮工艺,好氧-厌氧联合生物处理,2、生物除磷原理和工艺,厌氧放磷：聚磷菌分解体内积聚的磷进入水中，放出能量-吸收转化水中有机物为体内PHB好氧吸磷：聚磷菌分解体内PHB，放出能量-大量吸收水中的磷为聚磷,厌氧-好氧生物除磷工艺,好氧-厌氧联合生物处理,3、生物同步脱氮除磷工艺,厌氧-缺氧-好氧生物脱氮除磷工艺,五、废水的生态处理法,3、人工湿地废水处理系统,1、废水土地处理系统,2、氧化塘,是在人工调控下，利用土壤及其中的微生物、植物组成的生态系统使废水中的污染物得到净化的处理系统。,是利用水体中的微生物和藻类的共生关系处理废水的一种天然或人工池塘。藻类利用细菌分解废水有机物产生的二氧化碳、磷酸盐、铵盐等营养物生长并释放氧气，而细菌利用藻类光合作用产生的氧气降解有机物，生成藻类生长合成的营养原料，从而构成共生系统共同作用完成废水的净化过程。一般可分为好氧塘、兼性塘、厌氧塘和曝气塘等。,人工湿地是在一定长宽比及地面坡度的洼地中，由土壤和基质填料混合组成填料床，并在床的表面种植水生植物，污水在床体的填料缝隙或床体的表面流动，形成一个独特的“基质植物微生物”生态系统。,人工湿地废水处理系统,深圳人工湿地处理城市生活污水基地,如：美人蕉、富贵竹、芋类植物等在治理污水的同时还可以获得一定的经济效益。,美人蕉,马蹄莲,富贵竹,2-3废水处理系统,一、废水的三级处理二、城市污水处理系统三、工业废水污水处理系统,一级处理,一、废水的三级处理,二级处理,三级处理,去除对象污水中的粗大颗粒和呈悬浮状态的不溶解污染物，以减轻后续处理工艺的负荷。（主要由筛滤法、重力分离法等物理法相互组合而成）,去除对象呈溶解态、胶体态的污染物质（主要由活性污泥法、生物膜法等生物处理法、化学处理法组合而成）,去除对象二级处理中未能去除的有机物、N、P、可溶性无机盐等。（主要由生物脱氮除磷、吸附、混凝沉淀、离子交换、电渗析、反渗透、消毒等组成）,二、城市污水处理系统,工业废水种类多、变化多，对它的处理与城市污水的处理有很大不同，处理方法的选择和工艺确定必须建立在大量试验研究和工程实践的基础上，从不成熟到逐渐完善。工业废水水质不同，则工艺流程差异较大。,三、工业废水处理系统,2-4污泥处理与利用,三、污泥的利用与处置,二、污泥的处理,一、污泥的性质,来源,污泥处理目的,富含有机物，容易腐化；颗粒较细，比重较小，含水率高且不易脱水,一、污泥的性质,以无机物为主，颗粒较粗，比重较大，含水率低，容易脱水，流动性差,生污泥或新鲜污泥,污泥中所含水分大致可以分为四类：颗粒间的空隙水，约占总水分的70%左右；颗粒间毛细管内的水，约占20%左右；污泥颗粒吸附水和颗粒内部水，约占10%左右。浓缩法用于降低污泥中的空隙水-是减容的主要方法脱水和干化：主要脱除毛细水；干燥与焚烧法：主要脱除吸附水与内部水消化、焚烧：稳定有机物，杀死病原菌和寄生虫卵等,二、污泥的处理,污泥处理方法：浓缩、消化、脱水和干化、干燥和焚烧等。,1、污泥浓缩,重力浓缩是靠重力作用分离污泥和水分。,处理对象是来自二沉池的剩余活性污泥、或初沉污泥和剩余活性污泥的混合污泥。,气浮浓缩是依靠微小气泡与污泥颗粒产生黏附作用，使污泥颗粒的密度小于水而上浮，达到浓缩目的。适应处理污泥比重接近于1的活性污泥。,1、污泥浓缩,离心法浓缩是利用污泥中固、液相的密度不同，在高速旋转的离心机中受到不同的离心力而使两者分离，达到浓缩的目的,剩余污泥机械浓缩,1、污泥浓缩,2、污泥消化,污泥消化就是指在氧或无氧的条件下，利用微生物的作用，使污泥中的有机物转化为较稳定物质的过程。污泥的消化有厌氧消化法和好氧消化法。最常用的是厌氧消化法。,污泥消化池,3、污泥脱水,带式压滤机,3、污泥脱水,4、污泥的干燥与焚烧,转筒式干燥器,污泥脱水或干化后，仍含有65%85%的水分，且含部分有机物，还会继续腐化。污泥干燥在干燥器中进行，在150500的温度下，可将污泥含水率降至20%左右。经干燥后的污泥体积小，便于包装运输，病原菌和寄生虫卵被完全杀死，有利于卫生。,三、污泥的利用与处置,最终处置与资源化方法,农肥利用与土地处理,制作建筑材料：生化纤维板、灰渣水泥和灰渣混凝土、污泥砖和地砖,裂解制化工原料,污泥填埋,焚烧发电和沼气利用,2-5土木工程中的水污染与控制,一、土木工程中可能产生废水的活动,二、土木工程中的水污染控制,三、建筑中水回用,一、土木工程中可能产生废水的活动,1、施工期,2、运营期,一、土木工程中可能产生废水的活动,1、施工期,2、运营期,二、土木工程中的水污染控制,1、施工期,2、运营期,二、土木工程中的水污染控制,1、施工期,2、运营期,1、施工期,2、运营期,二、土木工程中的水污染控制,三、建筑中水回用,介绍几个概念：什么是建筑中水？建筑中水的用途？杂排水？优质杂排水？中水原水系统？中水供水系统？,1、建筑中水系统的类型和组成,2、中水原水的水质与水量,3、中水供水的水质与水量,4、建筑中水系统的水量平衡,1、建筑中水系统的类型与组成,单幢建筑中水系统,建筑小区中水系统,区域性建筑中水系统,中水水源取自建筑物本身内部的杂排水或优质杂排水，中水供水对象是该建筑物。该建筑物的生活给水和排水都应该是双管系统。,中水水源取自建筑小区内各建筑物排放的杂排水或优质杂排水，中水供水对象是该建筑小区及其建筑物。建筑小区和建筑物内部的生活给水和排水都应该是双管系统。,中水水源取自城市污水处理厂的二级出水，中水供水对象是整个城市规划区。给水管道应为双管系统，排水管道系统不必设置成双管系统,组成：中水原水系统、中