revised环境工程综合

精品课程,环境工程学,资源环境学院,主讲教师:徐志兵、汪德进,一、环境科学与环境工程学,环境在中华人民共和国环境保护法中规定：“本法所称环境，是指影响人类生存和发展的各种天然的和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、城市和乡村等。”,绪论,一、环境科学与环境工程学,环境科学:以“人类-环境”系统为其特定对象，是研究该系统的发生和发展、调节和控制以及改造和利用的科学。环境工程学：环境科学的一个分支，运用工程学的基础知识和方法，结合环境科学的理论，研究保护自然环境所应采取的具体工程措施，开发和设计去除各种污染物的设施和设备，实现保护环境、改善或修复破坏的环境的目标，是环境科学理论和研究成果的实施者。“Scientistsdiscoverthings,engineersmakethemwork.”,一、环境科学与环境工程学,美国土木工程师学会环境工程分会给出定义：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、可口和充足的公共给水；适当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。,二、环境工程学的形成与发展,给排水方面：公元前两千年，中国已用陶土管修建地下排水道，并在明朝以前开始用明矾净水。古罗马在公元前6世纪修建下水道，英国在19世纪初开始用砂滤法净化自来水，并在1850年把漂白粉用于饮用水消毒。英国在19世纪后半叶开始建立公共污水处理厂。1914年出现了活性污泥法处理污水新技术。,二、环境工程学的形成与发展,气污染控制工程方面，1855年美国发明了离心除尘机，20世纪初开始采用布袋除尘器和旋风除尘器。固体废弃物处理与利用方面，1822年德国利用矿渣制造水泥，1974年英国建立垃圾焚烧炉。噪声控制方面，20世纪50年代以来，人们从物理学、机械学、建筑学等各个方面对噪声问题进行了广泛的研究，各种控制噪声的防治技术取得了很大的进展。,二、环境工程学的形成与发展,总之，环境工程学是在人类控制环境污染、保护和改善生存环境的斗争过程中诞生和发展起来的，随着经济的发展和人们对环境质量要求的提高，环境工程学必将得到进一步的完善与发展。,三、环境工程学的主要内容,（1）水质净化与水污染控制工程（2）大气污染控制工程（3）固体废弃物处理处置与管理工程（4）噪声、振动与其它公害防治技术（5）环境规划、管理与环境系统工程（6）环境监测与环境质量评价,三、环境工程学的主要内容,1、水质净化与水污染控制工程主要内容生活用水给水工业用水（供水）商业用水农业用水生活污水排水工业废水农业废水,三、环境工程学的主要内容,废水处理系统,三、环境工程学的主要内容,废水处理的基本方法及相互关系,三、环境工程学的主要内容,废(污)水中杂质粒度大小与分类,一般废（污）水处理厂的工艺流程,原废（污）水,格栅,（曝气）沉砂池,初沉池,生物处理,二沉池,消毒,视需要增加工艺,污泥浓缩,污泥消化,污泥脱水,出流,出流,出流,一级处理,二级处理,三级处理,剩余污泥,污泥处理与处置,一般废（污）水处理厂的工艺流程,三、环境工程学的主要内容,WastewaterTreatmentPlant,三、环境工程学的主要内容,曝气沉砂池,三、环境工程学的主要内容,初沉池,三、环境工程学的主要内容,曝气池,三、环境工程学的主要内容,2、大气污染控制工程大气污染颗粒物污染物控制技术气态污染物控制技术污染物的稀释法控制技术,三、环境工程学的主要内容,3、噪声污染噪声对人的影响等级评估系统交通噪声预测噪声控制,三、环境工程学的主要内容,4、固体废物管理的简化方框图,参考书1排水工程下册，张自杰主编，中国建筑工业出版社；2水污染控制工程，高廷耀主编，高教出版社；3大气污染控制工程，郝吉明主编，高教出版社；4固体废物处理工程，杨国清主编，科学出版社。,第一章水质与水体自净,第一节水的循环与污染第二节水质指标和水质标准第三节废水的成分和性质第四节水体自净作用与水环境容量第五节水处理的基本原则和方法,1.水的分布极不均衡2.水的循环(Watercycle)自然循环社会循环,第一节水的循环与污染,3.自然污染和人为(Man-made)污染,水体自净能力：水体自身在一定程度下能自身调节和降低污染的能力。水污染：水体因某种物质的介入，从而导致其化学、物理、生物或者放射性等方面特性的改变，进而影响水体的有效利用，危害人体健康或者破坏生态环境，造成水质恶化的现象。,4.水污染的分类和影响,水污染分类(Classification),工业废水,农业废水,生活污水,矿山废水,来源,污染物性质,化学性污染,物理性污染,生物性污染,化学性污染,(1）无机污染物：酸、碱、无机盐（2）无机有毒物：重金属、氰化物（3）有机有毒物：PAHs、农药（4）需氧污染物：碳水化合物、蛋白质、醇（5）植物营养物质：N、P（6）油类：矿物油、动植物油、原油,物理性污染,（1）悬浮物质污染（2）热污染（3）放射性污染,生物性污染,医院污水：SARs,一、水质指标,1、概念（1）水质：水和其中所含的杂质共同表现出来的物理学、化学和生物学的综合特性（2）水质指标：水中杂质的种类、成分和数量，判断水质的具体衡量标准2、杂质分类悬浮物质胶体物质溶解物质,第二节水质指标和水质标准,（1）物理性水质指标感官；其它：电导率、溶解固体（2）化学性水质指标一般化学性：pH等；有毒化学性：重金属；氧平衡（3）生物学水质指标细菌总数、大肠杆菌(coliformbacteria)等,3、水质指标分类,4、几种重要的水质指标（1）浑浊度(turbidity)（2）颜色、色度(chromaticitycolor)（3）固体（4）总含盐量和离子平衡（5）碱度(alkalinity)（6）硬度(hardness)（7）化学需氧量和耗氧量（COD）（8）生物化学需氧量（BOD）（9）总有机碳（TOC）和总需氧量（TOD）（10）氮含量,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）NTU（散射光浊度单位）光电浊度计，与入射光呈90度角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,1）浑浊度,水的颜色:真色；表色真色测定方法：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）表色:稀释倍数法比色管无色清洁水,2）颜色、色度,水中固体（蒸发残渣）：一定温度下将水样蒸发至干时所残余的固体物质总量；103105时蒸发称“总固体”溶解固体：过滤后，取滤液103105烘干后质量悬浮固体：过滤后，取滤渣103105烘干后质量挥发性固体：600蒸发干燥后固体失去的重量固定性固体：600蒸发干燥后残余物质的质量总固体固定性固体挥发性固体溶解固体悬浮固体,3）固体,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-,4）总含盐量和离子平衡,概念：水接受质子的能力测定方法：中和滴定法指示剂：酚酞（变色范围pH8.3）；甲基橙（变色范围pH4.4）酚酞碱度（P）甲基橙碱度（总碱度T）碳酸盐碱度重碳酸盐碱度氢氧化物碱度,5）碱度（alkalinity）,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），多用EDTA络合滴定法测定，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,6）硬度,化学需氧量(COD，CODCr)：一定严格的条件下，水中各种有机物质与外加的强氧化剂（重铬酸钾K2Cr2O7）作用时所消耗的氧化剂量，代表废水有机质总量。耗氧量（高锰酸盐指数,CODMn）,7）化学需氧量和耗氧量（COD）,概念：有氧条件下，水中可分解有机物由好氧微生物氧化分解所需的氧量。生活污水BOD5在70-250mg/L;综合污水100-300mg/L;垃圾渗滤液2000-30000mg/LBOD5：5日生物化学需氧量（20），总BOD的70COD和BOD关系：CODBODCODMnBOD/COD0.3，适宜用生物化学处理,8）生物化学需氧量（BOD）,9、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。TOD:totaloxygendemand在900-950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。,有机氮：主要指蛋白质和尿素。总氮（TN）：一切含氮化合物以N计量的总称。凯氏氮（TKN）：TN中的有机氮和氨氮，不包括亚硝酸盐氮、硝酸盐氮。氨氮：有机氮化合物的分解，或直接来自含氮工业废水。NOx-N：亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。,10）氮含量,污水有机物指标之间的关系,有机碳量,需氧量,TOC,TOD,CODcr,BODL,BOD5,CODMn,融会贯通各水质指标间的关系,二.水质标准,1、概念水质标准：对排入水体水质的要求2、水质标准分类（1）国家正式颁布的统一规定（2）各用水部门或设计等单位的要求3、常用水质标准（1）饮用水水质标准（2）地面水环境质量标准（3）污水综合排放标准（4）工业用水水质要求,水环境质量标准地表水环境质量标准（GB38382002）海水水质标准（GB30971997）生活饮用水卫生标准（GB574985）渔业水质标准（GB1160789）农田灌溉用水水质标准（GB508485）排放标准污水综合排放标准（GB89781996）医院污水排放标准（GBJ4883）工业水污染物排放标准造纸工业水污染物排放标准（GWPB21999）甘蔗制糖工业水污染物排放标准（GB354683）石油炼制工业水污染物排放标准（GB355183）纺织染整工业水污染物排放标准（GB428792）,（一）地表水环境质量标准（GB38382002）,依据地表水水域环境功能和保护目标、控制功能高低依次划分为五类：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地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、仔稚幼鱼的索饵场等。类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区。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水域。,（二）生活饮用水卫生标准（GB574985）,细菌总数大肠杆菌群游离性余氯,（三）污水综合排放标准（GB89781996）,按地表水域使用功能要求和污水排放去向，分别执行一、二、三级标准。标准将排放的污染物按其性质及控制方式分为二类：第一类污染物是指能在环境或动植物内蓄积，对人体健康产生长远不良影响者。第一类污染物一律在车间或车间处理设施排放口采样。其最高允许排放浓度必须达到国家标准要求。第二类污染物指长远影响小于第一类的污染物质。这类污染物排放标准按污水排放去向分别执行一、二、三级标准。,（四）回用水标准,再生水回用景观水体的水质标准（CJ/T952000）中华人民共和国生活杂用水水质标准（CJ25.189）,生活污水工业废水农业废水,第三节废水的成分和性质,一、水体自净污染物随污水排入水体后，经过物理的、化学的与生物化学的作用，使污染的浓度降低或总量减少，受污染的水体部分的或完全的恢复原状的现象。二、净化机理1.物理作用：稀释（对流、扩散）、混合、沉淀与挥发2.化学作用：氧化还原、酸碱反应、吸附凝聚3.生物化学净化：分解、转化,第四节水体自净作用与水环境容量,水体的自净作用,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。,污水排入河流的混合过程,持久污染物的稀释扩散,当持久性污染物随污水稳态排入河流后，经过混合过程达到充分混合阶段时，污染物浓度可由质量守恒原理得出河流完全混合模式：式中：排放口下游河水的污染物浓度；w，qvw污水的污染物浓度和流量；h，qvh上游河水的污染物浓度和流量。,氧垂曲线：,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过程，称氧垂曲线。,有机物降解：,氧垂曲线的求解：,某点处的氧不足量变化速率是该处耗氧速率和复氧速率之和：,求解得某点的亏氧量：,某点的溶解氧：c=cs-D,到达最缺氧点时间dD/dt=0：,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。河口是指河流进入海洋前的感潮河段。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。湖泊水库的贮水量大，但水流一般比较慢，污染物的稀释、扩散能力较弱。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。污染物在地下水中的迁移转化受多种因素影响，地下水一旦污染，要恢复原状非常困难。,污染物在不同水体中的迁移转化规律,一、给水处理基本方法,常规工艺,第五节水处理的基本原则和方法,混凝,沉淀,过滤,消毒,原水,供水,二、废水处理基本方法,1.废水处理原则改革工艺、减少废物排放量清洁生产重复利用废水：中水回用回收有用物质对废水进行妥善处理经济性，技术先进性,二、废水处理基本方法,2.废水处理程度确定按水体水质要求例如广州的污水处理厂按处理厂能达到的处理程度表115（P58）考虑水体的稀释和自净能力P58例17,三、废水处理的基本方法,物理：物理作用，沉淀、过滤、气浮、反渗透等化学：化学反应，混凝、电解、氧化还原等生物：生物化学作用，活性污泥、生物膜等一级：大颗粒悬浮物二级：溶解态胶体态杂质三级：营养物质难降解有机物等,第二章水的物理化学处理方法,第一节水中粗大颗粒物质的去除第二节水中悬浮物质和胶体物质的去除第三节水中溶解物质的去除第四节水中有害微生物的去除第五节水的其他化学处理方法,作用：目的是去除废水中粗大的悬浮物和杂物(detritus)，以保护后续处理设施能正常运行的一种预处理方法。分类：筛滤的构件包括平行的棒、条、金属网、格网或穿孔板。由平行的棒和条构成的称为格栅(barscreen)；由金属丝织物或穿孔板构成的称为筛网(screen)。,一、格栅、筛网和微滤机,1、格栅,位置：格栅一般斜置在进水泵站集水井的进口处。分类：,1、格栅,人工清渣格栅示意图,格栅,操作平台,滤水板,2、筛网,筛网的孔的形状和大小与格栅不同，最常用的使用金属丝编织成的方孔筛网。作用是除去粒度更小的悬浮物。,分类,振动筛网(vibrationscreen)水力筛网(hydraulicscreen)转鼓式筛网(drumscreen)转盘式筛网(discscreen)微滤机(microfiltration),振动筛网示意图,水力筛网构造示意图,筛余物,进水管,不透水部分,3、筛余物的处置,收集的筛余物(screenings)运至处置区填埋(landfill)或与城市垃圾一起处理。当有回收利用价值时，可送至粉碎机或破碎机被破碎后再用。对于大型水处理系统，也可采用焚烧的方法彻底处理。,二、沉砂池,沉砂池的作用：从污水中去除砂子、煤渣等密度较大的无机颗粒，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：以重力或离心力分离为基础，即将进入沉砂池的污水流速控制在只能使相对密度大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带走。沉砂池的几种形式：平流式、竖流式、曝气沉砂池、,1、平流沉砂池,平流沉砂池是一个狭长的矩形池子，污水经过消能或整流后进入池子，两端有闸门，以控制水流，池底设12个贮砂斗，利用重力排砂，也可用射流泵或螺旋泵排砂。此类型沉砂池结构简单，处理效果较好，过去的沉砂池大都是平流沉砂池。,2、曝气沉砂池,在沉砂池侧墙上设置一排空气扩散器，使污水产生横向流动，沉砂池这一特殊流态有以下作用：使有机悬浮物保持悬浮状态，不随砂粒下沉；砂粒与污水产生旋转摩擦，砂粒表面附着着的粘性有机物被冲洗到污水中，沉砂不易腐败；气浮油脂到水面形成浮渣被去除，并吹脱一些挥发性物质；预曝气充氧，氧化部分有机物。曝气沉砂池除砂效率稳定，受流量变化影响小。目前新建的处理厂以曝气沉砂池为主。,1、概述沉淀是利用水中悬浮物质与水的密度差进行分离的基本方法。当悬浮物的密度大于水时，在重力作用下，悬浮物下沉形成沉淀物；当悬浮物的密度小于水时，则上浮至水面形成浮渣（油）。通过收集沉淀物和浮渣使水体得到净化。,一、沉淀,第二节水中悬浮物质和胶体物质的去除,2、沉淀类型自由沉淀当悬浮物浓度不高且无絮凝性时，在沉淀过程中，颗粒之间互不碰撞，呈离散状态，形状、尺寸、密度均不改变，各自独立地完成沉淀过程。,自由沉淀过程可用Stokes公式描述（假设颗粒为球形）u颗粒沉速，m/s；s颗粒的密度；液体的密度；d颗粒直径，m；液体粘度；g重力加速度典型例子：砂粒在沉砂池中的沉淀；悬浮物浓度较低的污水在初次沉淀池中的沉淀过程。,絮凝沉淀（干涉沉淀）当悬浮物浓度约为50500mg/L时，在沉淀过程中，颗粒与颗粒之间可能互相碰撞，产生凝聚作用，形成更大的絮凝体（颗粒粒径与质量逐渐加大），沉淀速度随深度而不断加快。典型例子：投加混凝剂后悬浮物沉淀；活性污泥在二沉池中的沉淀。,拥挤沉淀（区域沉淀，成层沉淀，集团沉淀）当悬浮物浓度大于500mg/L时，在沉淀过程中，相邻颗粒之间互相妨碍、干扰，大颗粒的沉速减慢，小颗粒的沉速上升，这样沉速大的颗粒也无法超越沉速小的颗粒，各自维持相对位置不变。在聚合力的作用下，颗粒群结合成一个整体向下沉淀与澄清水之间形成清晰的液固界面，沉淀显示为界面下沉。典型例子：二次沉淀池下部的沉淀过程及污泥浓缩池中的初期情况。,压缩沉淀拥挤沉淀的继续，即形成压缩，随着沉淀时间的延长，颗粒间相互支撑，上层颗粒在重力作用下挤进下层颗粒的间隙，使污泥得以浓缩。典型例子：活性污泥在二沉池的污泥斗中及浓缩池中的浓缩过程。,3、沉淀的作用（1）作为化学处理与生物处理的预处理；（2）用于化学处理或生物处理后，分离化学沉淀物，分离活性污泥或生物膜；（3）污泥的浓缩脱水；（4）灌溉农田前作灌前处理。,4、理想沉淀池的工作原理上述四种类型的沉淀理论与沉淀池实际的运行规律及工程应用还有差距。为了便于说明沉淀池的工作原理及理解水中悬浮物颗粒在沉淀池内运动的一般规律，应用“理想沉淀池”这一概念加以分析。对于理想的沉淀池，作以下假设条件：,（1）池内水流在水平方向上作等速流动，进出水均匀分布到各个横断面；（2）悬浮固体颗粒在沉淀区以等速下沉；（3）在沉淀过程中，悬浮物的水平分速度等于水平速度；水流是稳定的；（4）颗粒流到池底，则认为被去除。,设处理水量为Q（m3/s）,水面面积为A（m2）,沉淀池容积为V（m3），则存在下列各项关系式A=BLt=L/=H/uoV=Qt=HBLQ=V/t=HBL/t=AuoQ/A=uo=q,Q/A的物理意义是：单位表面积单位时间所处理的水量，一般称为表面负荷和过流率。理想沉淀池的处理效率只是表面负荷的函数，也即沉淀效率取决于表面积，而与池深无关。池深仅与污泥贮存、防止冲刷有关。,5、自由沉淀实验,试验前先测定原污水中的悬浮物浓度co：将水样搅拌均匀注入一组沉降柱（通常57个），每隔一定时间取一定体积的水样，测定其悬浮物浓度。在沉淀时间为ti时刻，从深度为H的取样口取样，悬浮物浓度为ci，沉淀速度大于ui（uiH/ti）的所有颗粒全部沉过了取样面，而沉淀速度小于ui的颗粒浓度不变，记这部分颗粒与全部颗粒的质量之比为xi（xici/co）。将xi对ui作图，可得下图的沉淀曲线。,对于指定的沉淀时间to，可求得颗粒沉速uoH/to（沉速为uo的颗粒与总颗粒重量之比为xo），凡沉速大于等于uo的颗粒在to时间已全部去除，去除率为（1xo）。而沉速为u（uuo的颗粒因其处于水面下不同深度处，经to时间沉淀，也去除了u/uo部分。因此总去除率为：,自由沉淀实验数据计算机程序的开发由于自由沉淀实验数据处理工作量大，我们通过VisualBasic6.0编程语言设计了计算机程序，对实验数据进行处理，可以通过计算机自动绘出沉淀效率与沉速关系曲线，减少了实验数据处理的工作量，达到了很好的效果。相关的研究成果发表在(自然科学版)2004年第10期上。,应用实例：以下为一次实验所得数据及由程序运行得出的结果,由上面的示例可看出，我们采用VisualBasic6.0编程语言，设计出可视化的界面。输入原始数据后，通过程序运行，显示出沉泥量，沉速，残余颗粒百分比等参数，然后根据所选择的数据，绘出残余颗粒百分比与沉速关系图和沉淀效率与沉速关系图，达到准确、快速的效果。,6、絮凝沉降实验絮凝沉降是比自由沉降复杂得多的过程，其沉降规律只能用实验的方法来确定。,首先将沉淀柱装满待分析的悬浮液，在一定的时间间隔内于采样口排水取样，分析每个样品的悬浮固体浓度。去除百分比可利用下式计算：E表示在某一深度与时间下的去除率；Ct为在一定深度处，时间t时的浓度，mg/L。,沉降时间/min,绘出沉淀柱中颗粒的去除率与深度的关系图。在ti处绘制垂直线，与所有通过时间ti的等浓度曲线相交，再利用等浓度曲线间的中点定义H1、H2、H3等高度。按下面公式计算指定深度和沉降时间悬浮物总去除率：,沉淀池就其流态及结构形式可分为平流沉淀池、竖流沉淀池、辐流沉淀池和斜板沉淀池。对沉淀池池型的选择，应考虑诸多因素，如污水量的大小；悬浮物质的沉降性能与泥渣性能；地区地质条件；池造价高低及施工难易；运行管理的复杂程度等。,7、沉淀池,辐流式沉淀池,初沉池工艺参数a水力表面负荷沉淀池的水力表面负荷可用下式计算：当初沉池后续处理工艺为活性污泥法时，常采用q=1.31.7m3(m2h)；当后续处理工艺为生物滤池等膜法工艺时，常采用q=0.851.2m3(m2h)。,1、运转方法,b.水力停留时间初沉池的水力停留时间一般控制在1.52.0h之间。c.水平流速前两个参数确定后，初沉池内的水平推进流速对初沉池效果影响不大，但应注意不得超过冲刷速度(50mms)。,影响沉淀效果的其他因素a.污水性质新鲜程度新鲜的污水沉淀后去除率高。污水新鲜程度又取决于管道的长短、泵站级数等；此外缺氧的高浓度废水也可能影响新鲜程度。固体物颗粒大小、形状和密度污水中固体物颗粒大、形状规则、密度大时沉降快。,温度污水温度降低，水中悬浮物黏滞度增加，例如悬浮物在27时比10时沉降快50。然而水温高也会加速污水的腐败、厌氧发酵，从而降低悬浮物的沉降性能。故应综合这两个因素并结合污水网管系统具体状况一起分析。b.操作因素前道工序格栅或沉砂池的运行状况可直接影响初沉池的运行。若前道工序运行不好会加重初沉池的负荷，并降低去除效果。,工艺控制为了使初沉池SS的去除率基本保持稳定，应采取一定的控制措施应付入流污水的这些变化。a.控制流量当污水量在短期(几个小时)内变化，可利用上游的排水渠道进行短期贮存，以保证初沉池稳定的供给量。b.投加絮凝剂在经常发生水量水质波动，而其他措施无法采用的情况下，可在配水渠道内设置投药系统，或人工投药，或机械投药，视污水量的大小而定。c.增减初沉池数量一般污水处理厂都设有备用初沉池，当水量发生较大的变化时，可通过增减投入运行的初沉池数量来使各工艺参数控制在要求的范围内。,二沉池一般都布置在生化处理的后面，二沉池污泥较初沉池轻，浮渣较少，其工艺参数与初沉池有一定的差别。(出水堰板的溢流负荷为单位堰板长度在单位时间内所能溢流的污水量)有关二沉池的工艺控制可参考初沉池的工艺控制。,(2)二沉池,二、混凝,本部分主要内容（一）混凝原理和用途（二）废水中胶体颗粒的稳定性及脱稳机理（三）混凝剂与助凝剂（四）混凝的工艺过程（五）投药方法及设备（六）混合与反应（七）影响混凝的因素（八）沉降与澄清,（一）混凝原理和用途,混凝的主要对象是废水中的细小悬浮颗粒和胶体微粒（colloidalmatters)，这些颗粒用自然沉降法很难从水中分离出去。混凝是通过向废水中投加混凝剂(coagulant)，破坏胶体的稳定性，使细小悬浮颗粒和胶体微粒聚集(aggregation)成较粗大的颗粒而沉降与水分离，使废水得到净化。,（二）废水中胶体颗粒的稳定性及脱稳机理,1.胶体的特点：粒径小，一般直径为10-310-6mm；布朗运动，颗粒在废水中受水分子热运动的碰撞而作无规则的布朗运动；带电，同类胶体微粒带有同性电荷,天然水中的胶体杂质通常带负电荷，如粘土、细菌、藻类等。,2.胶体的双电层结构模型,胶核,电位离子,束缚反离子，滑动面,胶团边界,3.胶体的结构,（三）胶体的脱稳机理,胶体颗粒保持分散的悬浮状态的特性称为胶体的稳定性（stabilization)。胶体因电位降低或消除，从而失去稳定性的过程称为脱稳(destabilization)，脱稳的胶粒相互聚集为较大颗粒的过程称为凝聚(coagulation)。混凝的机理：混凝可分为压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥、沉淀物网捕四种机理。,（1）压缩双电层机理(modificationoftheelectricaldoublelayer)双电层的厚度与溶液中的反离子的浓度有关。当向溶液中投加电解质，使溶液中离子浓度增高时，则扩散层的厚度将减小。该过程的实质是加入的反离子与扩散层原有反离子之间的静电斥力把原有部分反离子挤压到吸附层中，从而使扩散层厚度减小。由于扩散层厚度的减小，胶粒得以迅速凝聚。（2）吸附电中和机理(electricalneutralization)胶粒表面对异号离子、异号胶粒、链状离子或分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中和了电位离子所带电荷，减少了静电斥力，降低了电位，使胶体的脱稳和凝聚易于发生。,（四）混凝机理,（3）吸附架桥（桥连）机理(polymerbridgingofcolloids)吸附架桥作用主要是指链状高分子聚合物在静电引力、范德华力和氢键力等作用下，通过活性部位与胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥连的过程。本机理能解释当废水浊度很低时有些混凝剂效果不好的现象。因为废水中胶粒少，当聚合物伸展部分一端吸附一个胶粒后，另一端因粘连不着第二个胶粒，只能与原先的胶粒粘连，就不能起架桥作用，从而达不到混凝的效果。,（四）混凝机理,高分子聚合物对胶体或微粒的吸附架桥作用示意图,（4）沉淀物网捕机理(entrapmentintheflocstructure)沉淀金属氢氧化物(如Al(OH)3、Fe(OH)3)或带金属的碳酸盐(如CaCO3)时，水中的胶粒和细微悬浮物可被这些沉淀物在形成时作为晶核或吸附质所网捕。以上介绍的混凝的四种机理，在水处理中往往可能是同时或交叉发挥作用的，只是在一定情况下以某种机理为主而已。,（四）混凝机理,三、混凝剂与助凝剂,凝聚、絮凝和混凝这三个词常引起混淆。凝聚(coagulation)是指胶体被压缩双电层而脱稳的过程。絮凝(flocculation)则指胶体由于高分子聚合物的吸附架桥作用聚结成大粒絮体的过程。混凝（coagulation-flocculation）则包括凝聚与絮凝两种过程。,絮凝与凝聚作用不同，它需要一定的时间让絮体长大，但在一般情况下两者难以截然分开。习惯上将低分子电解质称为凝聚剂，而将高分子药剂称为絮凝剂。混凝剂(coagulant)：一般把能起凝聚与絮凝作用的药剂统称为混凝剂。助凝剂(coagulantaids)：当单用混凝剂不能取得良好效果时，可投加某类辅助药剂以提高混凝效果，这种辅助药剂称为助凝剂。,三、混凝剂与助凝剂,水处理对混凝剂的要求：混凝效果好；对人类健康无害；价廉易得；使用方便。目前常用的混凝剂按化学组成可分为一般无机盐类、无机高分子类和有机高分子类。,1.混凝剂,无机盐类,1）三氯化铁(ferricchloride)无水物、结晶水物和液体，其中常用的是FeCl36H2O，极易溶于水。优点：形成的矾花沉降性好，处理低温水或低浊度水效果比铝盐好，适宜的pH值范围较宽；缺点：处理后的水的色度比铝盐的高，腐蚀性大。,2）硫酸亚铁(ferroussulfate),FeSO47H2O是半透明绿色晶体，易溶于水，在水温2O时溶解度为21。硫酸亚铁离解出的Fe2只能生成最简单的单核络合物，因此，不如三价铁盐混凝效果好。残留在水中的Fe2会使处理后的水带色，Fe2与水中的某些有色物质作用后，会生成颜色更深的溶解物。因此，使用硫酸亚铁时应将二价铁先氧化为三价铁，然后再起混凝作用。,3）硫酸铝(aluminumsulfate,alum),工业产品有精制和粗制两种。精制硫酸铝是白色结晶体。粗制硫酸铝的Al203含量不少于14.516.5，不溶杂质含量不大于2430。优点：价格较低，使用方便，混凝效果好。缺点：当水温低时硫酸铝水解困难，形成的絮体较松散。由于杂质含量高，所以渣量大。,无机高分子类,无机高分子混凝剂由于混凝效果好，使用成本较有机高分子混凝剂低等优点，近年来逐渐成为人们开发和应用的热点。无机高分子混凝剂有阳离子型，如：聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铁（PFS）、聚合磷酸铝（PAP）等；阴离子型，如：活化硅酸（AS）等；无机复合型如：聚合氯化铝铁（PAFC）、聚合硅酸氯化铁(PAFC)、聚硅酸硫酸铁（PSiFS）等。,1）聚合氯化铝(poly-aluminumchloride,PAC),聚合氯化铝是一种高分子混凝剂，简称PAC(poly-aluminiumchloride)其化学式可写为Al2(OH)nCl6-nm，式中n可取1到5中间的任何整数，m为10的整数。这个化学式实际是指m个Al2(OH)nCl6-n单体的聚合物。聚合氯化铝中OH与Al的比值对混凝效果有很大关系，一般可用碱化度B表示：B=0H100/3Al，例如n4时，碱化度B=4/（32）100=66.7。一般要求B为4060。,聚合氯化铝优点：,(a)应用范围广，对各种废水都可以获得较好的混凝效果。(b)易快速形成大的矾花，沉降性能好，投药量一般比硫酸铝低，过量投加时也不会象硫酸铝那样造成水浑浊。(c)适宜的pH值范围较宽(在59间)，且处理后水的pH值和碱度下降较小。(d)水温低时，仍可保持稳定的混凝效果。(e)其碱化度比其它铝盐、铁盐为高，因此药液对设备的侵蚀作用小。,2）活化硅酸(activatedsilicate),活化硅酸实质上是硅酸钠在加酸条件下水解聚合反应进行到一定程度的中间产物。对胶体的混凝是通过吸附架桥使粒子粘连而完成的。优点：絮凝体形成快且粗大、密实，在低水温、低碱度条件下也能良好絮凝，适用pH值范围宽。与其它的混凝剂配合使用，特别是与铝盐和铁盐混合使用，可缩短沉降时间，节省混凝剂用量。,3）聚合硫酸铁(poly-ferricsulfate,PFS),化学式为Fe2(OH)n(SO4)3-n/2m优点：投加剂量小，絮体生成快，对水质的适应范围广以及水解时消耗水中碱度少。它与聚合铝盐都是具有一定碱化度的无机高分子聚合物，且作用机理也颇为相似。,有机高分子类混凝剂(polyelectrolytes),分类：高分子混凝剂分为天然和人工两种，其中天然高分子混凝剂的应用远不如人工的广泛，主要原因是电荷密度小，分子量较低，且容易发生降解而失去活性。根据高分子聚合物所带基团能否离解及离解后所带离子的电性，有机高分子混凝剂可分为阴离子型(anionic)、阳离子型(cationic)和非离子型(nonionic),特点：高分子混凝剂一般为链状结构，各单体间以共价键结合。单体的总数称为聚合度，高分子混凝剂的聚合度约从10005000，甚至更高。高分子混凝剂溶于水中，将生成大量的线形高分子。作用机理：（a）由于氢键结合、静电结合、范德华力等作用对胶粒的吸附结合；（b）线型高分子在溶液中的吸附架桥作用。,在一般情况下，不论混凝剂为何种离子型，对不同电性的胶体和细微悬浮物都是有效的。但如为离子型，且电性与胶粒电性相反，就能起降低电位和吸附架桥双重作用，可明显提高絮凝效果。,有机高分子类混凝剂(polyelectrolytes),聚丙烯酰胺简介(polyacrylamides,PAM),分子式产量占高分子混凝剂总产量的80，按性状，聚丙烯酰胺产品有胶状(含量510)、片状(含量2030)和粉状(含量9095)三种。其聚合度可达21049104。相应的相对分子质量高达1.51066.0106。聚丙烯酰胺也常作为助凝剂与其他混凝剂一起使用，可产生较好的混凝效果。聚丙烯酰胺的投加次序与废水水质有关。,当废水浊度低时，宜先投加其他混凝剂，再投加聚丙烯酰胺，使胶体颗粒先脱稳到一定程度，为聚丙烯酰胺的絮凝作用创造有利条件；当废水浊度高时，应先投加聚丙烯酰胺，再投加其它混凝剂，以让聚丙烯酰胺先在高浊度水中充分发挥作用，吸附部分胶粒，使浊度下降，其余胶粒由其它混凝剂脱稳，再由聚丙烯酰胺吸附，这样可以降低其它絮凝剂的用量。,聚丙烯酰胺简介(polyacrylamides,PAM),2.助凝剂,（1）pH调整剂常用的pH调整剂包括石灰、硫酸、氢氧化钠、碳酸钠等。（2）絮体结构改良剂如活性硅酸、粘土等。（3）氧化剂可投加氯气、次氯酸钠、臭氧等氧化剂来破坏有机物，以提高混凝效果。,废水,混凝剂,混合,反应,沉降（澄清）,出水,污泥,混凝的工艺过程,混合目的是使混凝剂尽快与水混合，需要短时间高强度搅拌,反应阶段的目的是使药剂与水中的细小颗粒或胶体物质作用生成尽可能大的絮体，为沉降分离创造条件，需要低强度长时间搅拌。许多因素影响反应过程,澄清的目的是使所生成的絮体与水分离，完成净化过程,投药方法及设备,投药方法有干(dry)投法和湿(wetted)投法。干投法是把经过破碎易于溶解的药剂直接投入废水中。干投法占地面积小，但对药剂的粒度要求较严，投加量较难控制，对机械设备的要求较高，同时劳动条件也较差。目前应用的较少。湿投法是将混凝剂和助凝剂配成一定浓度的溶液，然后按处理水量大小定量添加。混凝剂的湿法投加包括药剂的配制、药剂的计量和药剂的投加三个过程。,混凝剂的水力调制设备,混凝剂的压缩空气调制,混合与反应(mixingandreaction),1.混合废水与混凝剂和助凝剂进行充分混合，是进行反应和混凝沉淀的前提。对混合要求是速度快。一般有两种混合型式：一种是借水泵的吸水管或压水管混合。另一种是在混合槽内进行混合。混合槽混合常用的有机械混合槽，分流隔板式混合槽，多孔隔板式混合槽。,分流隔板式混合槽,多孔隔板式混合槽,2.反应(reaction),水与药剂混合后进入反应池进行反应。反应池内水流特点是流速由大到小。在较大的反应流速时，使水中的胶体颗粒发生碰撞吸附，在较小的反应流速时，使碰撞吸附后的颗粒结成更大的矾花。反应池的型式有机械搅拌、隔板反应池，涡流式反应池等。,机械搅拌反应池,隔板反应池（平流式）,隔板反应池（回转式）,隔板反应池及平流式沉淀池,隔板反应池,穿孔配水墙,吸泥机,导流墙,上部穿孔出水墙,涡流式反应池,进水,出水,影响混凝的因素,1.废水水质的影响（1）浊度(turbidity)浊度过高或过低都不利于混凝，浊度不同，所需的混凝剂用量也不同。（2）pH值在混凝过程中，都有一个相对最佳pH值存在，使混凝反应速度最快，絮体溶解度最小。不同混凝剂最佳pH值要通过试验确定。,（3）水温(temperature)水温会影响无机盐类的水解，水温低，水解反应慢。另外水温低，水的粘度增大，布朗运动减弱，混凝效果下降。（4）共存杂质(impurities)有些杂质的存在能促进混凝过程。而有些物质则不利于混凝的进行。,2.混凝剂,（1）混凝剂种类(kindsofcoagulants)混凝剂的选择主要取决于胶体和细微悬浮物的性质、浓度。如水中污染物主要呈胶体状态，且电位较高，则应先投加无机混凝剂使其脱稳凝聚，如絮体细小，还需投加高分子混凝剂或配合使用活性硅酸等助凝剂。很多情况下，将无机混凝剂与高分子混凝剂并用，可明显提高混凝效果，扩大应用范围。,（2）混凝剂投加量(dosage)投加量除与水中微粒种类、性质、浓度有关外，还与混凝剂品种、投加方式及介质条件有关。对任何废水的混凝处理，都存在最佳混凝剂和最佳投药量的问题，应通过试验确定。（3）混凝剂投加顺序(sequence)当使用多种混凝剂时，其最佳投加顺序可通过试验来确定。一般而言，当无机混凝剂与有机混凝剂并用时，先投加无机混凝剂，再投加有机混凝剂。但当处理的胶粒在50m以上时，常先投加有机混凝剂吸附架桥，再加无机混凝剂压缩扩散层而使胶体脱稳。,3.水力条件的影响,水力条件对混凝效果有重要影响。两个主要的控制指标是搅拌强度和搅拌时间。混合阶段：要求混凝剂与废水迅速均匀混合，为此要求速度梯度G在5001000s1，搅拌时间t应在1030s。反应阶段：既要创造足够的碰撞机会和良好的吸附条件让絮体有足够的成长机会，又要防止生成的小絮体被打碎，因此搅拌强度要逐渐减小，而反应时间要长，相应G和t值分别应在2070s-1和1530min。,三、澄清,澄清池(clarifier)是用于混凝处理的另一种设备。在澄清池内，可以同时完成混合、反应、沉降分离等过程。其优点是占地面积小，处理效果好，生产效率高，节省药剂用量.缺点是对进水水质要求严格，设备结构复杂。从基本原理上澄清池可分为两大类：一类是悬浮泥渣型，有悬浮澄清池，脉冲澄清池；另一类是泥渣循环型，有机械加速澄清池和水力循环加速澄池清,机械加速澄清池示意图,混凝剂,水力循环澄清池,钟罩式脉冲澄清池示意图,出水,泥渣,脉冲澄清池的工作过程可分为两个阶段，从进水室水位开始上升到虹吸作用开始称为充水阶段，由虹吸作用开始到虹吸作用破坏称为放水阶段。脉冲澄清池两次充水相隔时间称为脉冲周期，约3040s,其中充水时间约为2530s，放水时间510s。,脉冲澄清池,悬浮澄清池l穿孔配水管2泥渣悬浮层3穿孔集水槽4强制出水管5一排泥窗口6气水分离器,悬浮澄清池示意图,四、过滤,概述41深层过滤的基本过程42过滤机理43过滤的工艺过程44滤池类型45滤层结构,46对滤料和垫层的要求47配水系统48快滤池的运行管理49滤池常见故障及对策410其它滤池,四过滤,过滤是使含悬浮物的废水流过具有一定孔隙率的过滤介质，水中的悬浮物被截留在介质表面或内部而除去。根据所采用的过滤介质不同，可将过滤分为下列四类：格筛过滤（screen）微孔过滤(microfiltration)膜过滤(membranefiltration)深层过滤(depthfiltration),过滤过程的分类：,(1)格筛过滤：过滤介质为栅条或滤网，用以去除粗大的悬浮物，如杂草、破布、纤维、纸浆等。其典型设备有格栅、筛网和微滤机。(2)微孔过滤：采用成型滤材，如滤布、滤片、烧结滤管、蜂房滤芯等，也可在过滤介质上预先涂上一层助滤剂(如硅藻土)形成孔隙细小的滤饼，用以去除粒径细微的颗粒。定型的商品设备很多。(3)膜过滤：采用特别的半透膜作过滤介质，在一定的推动力(如压力、电场力等)下进行过滤，由于滤膜孔隙极小且具有选择性，可以除去水中细菌、病毒、有机物和溶解性溶质。主要设备有反渗透、超过滤和电渗析等。,过滤过程的分类：,（4）深层过滤：采用颗粒状滤料，如石英砂、无烟煤等。由于滤料颗粒之间存在孔隙，废水穿过一定深度的滤层，水中的悬浮物即被截留。为区别于上述三类表面或浅层过滤过程，这类过滤称之为深层过滤，简称过滤。,过滤在水处理中的作用：,在给水处理中，常用过滤处理沉淀或澄清池出水，使滤后出水浑浊度满足用水要求；在废水处理中，过滤常作为吸附、离子交换、膜分离法等预处理手段；作为生化处理后的深度处理，使滤后水达到回用的要求。,深层过滤的基本过程,过滤过程分为过滤(filtration)和反洗(backwash)两个过程。过滤过程是废水由上到下通过一定厚度的由一定粒度的粒状介质组成的床层，由于粒状介质之间存在大小不同的孔隙，废水中的悬浮物被这些孔隙截留而除去。,滤料,废水,过滤水,1、过滤过程,到一定程度时过滤不能进行，需要进行反洗。反洗是通过上升水流的作用使滤料呈悬浮状态，滤料间的孔隙变大，污染物随水流带走，反洗完成后再进行过滤。所以深层过滤过程是间断进行的。,反冲洗的基本过程,2、过滤机理,过滤的机理可分为阻力截留、重力沉降和接触絮凝三种（1）阻力截留（staining）当废水流过滤料层时，粒径较大的悬浮物颗粒首先被截留在表层滤料的空隙中，从而使此层滤料间的空隙越来越小，截污能力随之变得越来越高。结果逐渐形成一层主要由被截留的固体颗粒构成的滤膜，并由它起主要的过滤作用。这种作用属于阻力截留或筛滤作用。,（2）重力沉降(gravitysettlement),废水通过滤料层时，众多的滤料介质表面提供了巨大的沉降面积。据估计，1m3粒径为0.5mm的滤料中就拥有400m2不受水力冲刷而可供悬浮物沉降的有效面积，形成无数的小“沉淀池”，悬浮物极易在此沉降下来。重力沉降强度主要取决于滤料直径和过滤速度。滤料越小，沉降面积越大；滤速越小则水流越平稳，这些都有利于悬浮物的沉降。,（3）接触絮凝(contactflocculation),由于滤料有较大的表面积，它与悬浮物之间有明显的物理吸附作用。此外，砂粒在水中表面常带有负电荷，能吸附带有正电的铁、铝等胶体，从而在滤料表面形成带正电的薄膜，进而又吸附带负电荷的粘土及多种有机胶体，在砂粒上发生接触絮凝。在大多数情况下，滤料表面对尚未凝聚的胶体还能起到接触碰撞的媒介作用，促进其凝聚过程。,3、过滤的工艺过程,过滤工艺包括过滤和反洗两个阶段：过滤(filtration)：过滤即截留污染物；反洗(backwashing)：反洗即把污染物从滤料层中冲走，使之恢复过滤能力。过滤周期(filterrun)：从过滤开始到结束延续的时间称为过滤周期（或工作周期）。过滤循环(filtercycle)：从过滤开始到反洗结束称为一个过滤循环。,普通快速滤池构造,进水管，待过滤的水由此进入,集水渠，进水及收集反洗水,过