水质工程学(绪言)1-2章

1、水质工程学第一篇 水质与水处理概论第一章 水质与水质标准第二章 水的处理方法概论第二篇 物理、化学及物理化学处理工艺原理第三章 凝聚与絮凝第四章 沉淀与澄清 第五章 过滤第六章 吸附水质工程学第七章 氧化还原与消毒 第八章 离子交换第九章 膜滤技术第十章 水的冷却第十一章 腐蚀与结垢第十二章 其他处理方法水质工程学第三篇 生物处理理论与技术第十三章 活性污泥法第十四章 生物膜法第十五章 厌氧生物处理第十六章 自然生物处理系统第十七章 污泥处理、处置与利用第十八章 典型给水处理系统第十九章 典型污水处理系统 主要参考书：给水处理理论与设计 许保玖 主编水处理工程 顾夏生 主编给水工程 （第四版）

2、严煦世 主编Water Treatment Plant DesignMGRAW-HILL绪论原始水处理示意图水处理：给水工程的任务给水工程的任务：取、净、输、配主要研究的问题：混与清的矛盾、卫生与不卫生的矛盾、纯与不纯的矛盾、稳定与不稳定的矛盾、冷与热的矛盾。排水工程的任务1.收集2.处理或处置3.排放或深度处理、循环使用 水圈与水循环一、水圈的定义 二、世界的水资源 1、水资源的概念 2、世界的水资源 3、自然界水的存在形式三、水循环 1、水的自然循环 2、水的社会循环 绿藻泛滥的滇池形态各异的藻类微囊藻水圈的定义 水圈：指地壳表面向下连续的水层，其上界为海洋、湖泊、沼泽、江河、冰川、雪山等

3、地表水；下界主要为渗透至底部沉积物中的水。 水资源的概念 广义水资源：包括地球水圈中各个环节与各种形态的水资源量； 狭义水资源：可供人们取用的水资源量。 世界的水资源总水量：13.86亿km3 其中：海水 13.38亿km3 占96.5% 淡水 0.38亿km3 占 2.53% 其中：便于人们取用的 300万km3 占总水量的0.2% 我国水资源总量：2.8亿km3 ,人均2200m3占世界平均值1/4一、水的自然循环和社会循环n水的自然循环水的存在形式为地表水（包括海洋、冰雪、湖泊、沼泽、河流等），地下水，云和生物水四部分。云由其余三种水体通过蒸发而形成，再通过雨、雪、雾和冰雹等，分别进入其

4、余水体；地表水体的大部分水源来自于云和地下水体，同时自身也进行着各种形式的转变，这其中也完成着物质、能量和信息的转换过程；地下水体主要来源于地表水体的下渗；生物水和其余三个方面都有不可分割的关系，但从总量上来看相对小了很多，所以可以认为云、地表水体和地下水体起了决定性作用，决定着水的循环方向和整体特性。这三种水体之间的循环主要依靠太阳能来推动的，生物能相对作用较小，自然系统起了决定性的作用。自然界水的存在形式 大气水：大气圈中呈蒸发状态的水，包括雨、雪、雹、霜、露等构成的大气降水和云、雾等。 地表水：河流、湖泊（大陆水），海洋、沼泽等； 地下水：地面下各种状态的水，包括水汽、吸着水、薄膜水、毛

5、细管水、重力水。 水的自然循环 水循环指地球上各种形态的水在太阳辐射、地心引力等作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗以及地表径流等环节，不断地发生相态转换及周而复始的运动过程（见图1-1-1）。这一循环过程称为自然循环。 图图1-1-1 水的自然循环水的自然循环n水的社会循环是水自然循环的一个子系统，包括农业灌溉、工业用水和居民生活用水三个系统。这些系统通过取水系统和排水系统相互连接成一个复杂的网络系统。与自然循环相比，社会循环具有可控制性和系统完成有序化以及在时间上的及时性。 n人类诞生以来，对水循环的干预作用对水循环的干预作用越来越大，尤其在工业革命以来，大量的水被应用，大量的含有高

6、浓度有机物和无机物的水被排放到自然水体，大大超过了水体自然循环中太阳能和生物能所能带走的负荷，造成大量物质在水体中积累，也增加了人类的利用成本。水的社会循环水的社会循环 由天然水体通过人类社会的生活、工业等的使用所产生的废水又回到天然水体的过程称为水的社会循环。 影响天然水水质的因素a 降水类型 大气循环途径 b 大气组分 c 岩石类型d 土壤形成条件e 生物条件 陆地循环途径 f 溶质特性g 气候条件 天然水体的水质特征 大气降水：反映大气的物质组成；物质含量不同；大气物质随大气环流迁移，污染可扩大；降水中的物质浓度大于大气浓度；依赖于降水类型 河水：更新周期短，浑浊度高，矿化度低，易于从污

7、染中恢复；化学成分变化快，气体的成分较多，能溶解部分河床物质；含有有机物与气体，有水生生物活动；沿程变化强；易受污染，污染物复杂 天然水体的水质特征 湖泊水：水流缓慢，更新周期长，较清澈，混合程度差；矿化度高；受湖泊规模大小的影响；受水生生物、池底淤泥影响大 地下水：矿化度高；动态变化小；受污染机会小，一旦污染则很难恢复 海水：含离子量大，离子类型起主导作用；靠近海岸和海湾地区有生物沉降 给水处理的典型流程第一篇：水质与水处理概论第一章：水质与水质标准1、天然水中杂质的种类与性质1.1天然水体中的杂质1.2各种水体的水质特点2、水体的污染与自净3、饮用水水质与健康4、用水水质标准1、生活污水

8、2、工业废水：生产污水和生产废水(1)无机物：如冶金、建筑材料等工业所排出的废水。(2)有机物：如食品工业、炼油和石化工业等废水。(3)同时含有机物和无机物的废水：如焦化厂、化肥厂、洗毛厂等废水。(4)如按所含污染物的主要成分分类，如酸性废水、碱性废水、含氰废水、含铬废水、含镉废水、含汞废水、含酚废水、含醛废水、含油废水、含有机磷废水和放射性废水等。二、 污水的分类水源水质 取自任何水源的水中，都不同程度地含有各种各样的杂质。一是自然过程：如地层矿物质溶解在水中，水中微生物的繁殖及其死亡残骸，水流对地表及河床冲刷所带入的泥沙和腐殖质等。二是人为的因素即工业废水，农业污水及生活污水的污染。天然水

9、体中的杂质1、杂质来源：大气、土壤、人类活动产生的污染物2、按大小分：溶解物、胶体颗粒、悬浮物3、按化学结构分：无机杂质、有机杂质、生物杂质（微生物）水中杂质尺寸及外观溶解物胶体颗粒悬浮物颗粒大小0.1nm1nm1.0nm100nm100nm1mm外观特征透明光下混浊混浊可见悬浮物 尺寸较大，易于在水中下沉或者上浮。易于下沉的一般是大颗粒泥沙及矿物质废渣等；能够上浮的一般是体积较大而密度小的某些有机物胶体物质 胶体颗粒尺寸很小，在水中具有稳定性，长期静置也难下沉，它和悬浮物是使水产生浑浊现象的根源。水中存在的胶体通常有粘土，某些细菌和病毒，腐殖质及蛋白质等。其中的有机物如腐殖质和藻类会造成水的

10、色和嗅味。工业废水排入水体，会引入各种各样的胶质或者有机高分子物质。溶解物质 （1）溶解于水的盐 主要阳离子有Ca2+,Mg2+和Na+; 主要阴离子有HCO3-，SO42-和Cl-。 还有少量的K+，Fe2+，Mn2+和Cu2+等阳离子，以及少量HSiO3-,CO32-,NO3-等阴离子 。 （2）溶解气体 天然水体中主要是氧、氮和二氧化碳，同时也含有少量硫化氢。未被污染过的天然水体，溶解氧含量一般为510mg/L，最高不超过14mg/L 。各种水体的特征江河水湖泊水库水海水地下水水体污染与自净(见1.2)一、水中常见污染物来源1、有机物：可降解、难降解2、无机物：有毒害、无毒害水体富营养化

11、原由：N、P污染，藻类过量生长，溶解氧耗尽产生危害：臭味、透明度差、消耗溶解氧、释放有毒物质、影响生态水体自净1、水体自净能力：物理、化学、生物作用，污染物质被分离或分解，恢复原有生态平衡2、DO氧垂曲线：耗氧与复氧饮用水水质与健康1、水中的生物对人体健康的影响细菌、病毒、寄生虫、藻类2、水中的化学物质对人体健康的影响微量元素及其他无机物、有机物、放射性物质、消毒剂及副产物3、水质与地方病用水水质标准 水质标准是用水对象所要求的各项水质参数应达到的指标和限值。 随着科学的发展，经济的发展，水检测技术的进步将不断修改，提高和完善。生活饮用水水质标准 2006年颁发的生活饮用水卫生标准，GB574

12、9-2006标准主要分四大类：感官性状指标和化学指标毒理学指标细菌学指标放射性指标常规检测项目非常规项目感官性状指标 有时又称为物理性状，是指水中的某些物质对人的视觉，味觉和嗅觉的刺激。清洁的水无色，无嗅和无味。 当水中含有浮游生物，腐殖质或者受到废水污染时，往往使得水产生各种颜色，异嗅和异味。它虽然不属于影响人体健康的直接指标，但色，嗅，味的存在给使用者产生厌恶感。同时，色，嗅与味严重的，也可能是水中含有有害物质的标准。 浊度我国规定小于1度，一些发达国家规定低于1度。因为浊度超过10度就能使人产生不快，而且，病菌，病毒以及其它有害物质往往吸附于产生浊度的悬浮物上。因此降低水的浊度，不仅为满

13、足感观形状的要求，对于抑制水中的病菌，病毒以及其它有害物质的含量，也具有积极的意义。化学指标 水中存在的某些化学物质，对人体健康有益但不希望过量，如钠，钾，钙，铁，锌，镁，氯等使人体必须的化学元素，但含量过多，往往会对生活使用产生种种不良影响。 还有一些化学物质对人体健康无益但一般情况下毒性也很低的物质，如挥发酚类，阴离子合成洗涤剂等。毒理学指标 有毒物质一般是由于水源污染造成的，如砷，汞，镉，铬，氰化物，氯仿等。 实际上水中各种化学物质与健康的关系相当复杂，有些至今仍然不很清楚。其它指标细菌学指标细菌学指标 标准中细菌学指标目前只列了细菌总数，总大肠菌数、粪大肠菌群和余氯4项。放射性指标放射

14、性指标 总放射性，总放射性。其他用水水质标准1、食品及饮料类水质标准2、城市杂用类水质标准3、游泳池用水4、工业用水水质标污水的排放标准1、污水排放标准制定的依据2、国外的污水排放标准3、我国的污水排放标准第2章 水的处理方法概论一、水的物理化学处理方法混凝、沉淀与澄清、浮选、过滤、膜分离、吸附、离子交换、中和、氧化与还原二、水的生物处理方法反应器的概念及在水处理中的应用 一、物料衡算和质量传递 二、理想反应器模型 三、非理想反应器模型 反应器是化工生产过程中的核心部分，在其中所进行的过程，既有化学反应过程，又有物理过程，影响因素复杂。反应器的设计涉及了流体力学，传热，传质，特别是化学反应动力

15、学等方面的知识。 物料衡算和质量传递 变化量输入量输出量反应量物质的输入和输出是质量传递的结果。理想反应器模型 由于反应器内实际进行的工艺过程是复杂的，为了求得反应器数学模型，必须作某些假定予于简化。有三种理想反应器：完全混合间歇式反应器；完全混合连续式反应器；推流式反应器。理想反应器三种模型1、间隙式反应器（CMB）理想反应器模型2、完全混合连续式反应器-恒流搅拌反应器（CSTR）理想反应器模型三3、推流式反应器（PF型）-活塞流反应器非理想反应器模型 在实际生产中，反应器总是偏离理想状态，即介于各理想模型之间。 2.3 水处理工艺流程概论水处理工艺流程概论 由于单一的水处理单元方法是难以满

16、足要求，所以将多种基本单元过程互相配合，组成一个水处理工艺过程，称为水处理工艺流程。选择水处理流程的基本出发点是： (1) 以较低的成本、安全稳定的运行过程； (2) 获得满足水质要求的水； (3) 水处理设施所在的地区气候、地形地质、技术 经济条件的差异，也会影响到水处理工艺流程 的选择。 3. 典型的污水处理工艺流程分为： （1） 城市污水一级处理系统； （2） 城市污水二级处理系统； （3） 城市污水深度处理系统； （4） 高浊度的水质处理工艺流程； 4.2 给水处理工艺流程给水处理工艺流程 给水处理的主要水源有地表水和地下水两大类。 常规的地表水处理以去除水中的浑浊物质和细菌、病毒为主

17、，水处理系统主要由澄清和消毒工艺组成。 2. 典型的给水处理工艺流程有：（1） 地面水常规处理工艺系统（2） 典型除污染给水处理流程；（3） 活性炭吸附除污染水处理工艺系统；（4） 臭氧活性炭水处理工艺系统；（5） 高锰酸钾除污染工艺系统。 原水预处理混凝沉淀过滤消毒活性炭吸附饮用水图42 典型除污染给水处理流程图43 地面水常规处理工艺系统出水絮凝池清水池过滤池沉淀池混合装置混凝剂原水 受污染水源水图44 采用活性炭吸附除污染的水处理工艺系统出水清水池颗粒活性炭滤池过滤池沉淀池絮凝池混合装置投粉末活性炭混凝剂混凝剂投混合装置絮凝池沉淀池过滤池颗粒活性炭滤池清水池出水图45 臭氧活性炭水处理工艺系统受污染水源水臭氧接触池臭氧 粉末活性炭高锰酸钾臭氧受污染水源水图46 高锰酸钾除污染工艺系统出水清水池颗粒活性炭滤池过滤池沉淀池絮凝池混合装置投混凝剂生物处理构筑物受污染水源水图47 生物处理除污染工艺系统出水清水池过滤池沉淀池絮凝池混合装置投混凝剂 活性炭过滤城市自来水图48 建筑物或建筑小区的自来水深度处理工艺系统 出水消