化工环境保护概论

当前人类面临的主要环境问题A、人口问题人口的急剧增加是当今环境的首要问题。1999年世界人口突破了60亿，人口比世纪初增长了4倍，随着生活水平的提高，资源消耗并未等比例的增加，而是加速增长资源消耗。1999年比世纪初增长了10倍。B、资源问题土地资源在不断减少和恶化，森林资源不断缩小，生物物种在减少，某些矿产资源濒临枯竭等。1我国约有59%的耕地缺磷，23%的耕地缺钾，14%的耕地磷、钾俱缺。2由于森林的过度采伐，严重影响到生态环境，部分林场的恢复至少需几十年。3水资源的短缺，使其将成为继石油之后又一个严重的社会危机C、生态破坏1土地退化根本原因：人口增长、农业生产规模的扩大和强度增大、过度放牧以及人为破坏植被。后果：水土流失、沙漠化、土地贫瘠和盐碱化。2水土流失发生地区：干旱、半干旱、和半湿润地区。全世界有2500万平方公里，占全球陆地的16.8%。3土地沙漠化概念：非沙漠地区出现的风沙活动、沙丘起伏为主要标志的沙漠景观的环境退化过程。导致的后果：土地面积缩小、土地产出减少、降低了养育人口的能力。4生物物种的消失如果森林砍伐、沙漠化及湿地等的破坏按目前的速度继续下去，那么至21世纪初将有100万种生物从地球上永远消失。D、大气环境污染概念：指温室气体过量排放造成的气候变化、广泛的大气污染和酸沉降、臭氧层破坏、有毒有害化学物质的污染危害及其越境转移等。1酸雨Acidrain概念：指pH值小于5.6的降水。形成原因：排放大量的SO2和NOX，包括自然排放和人为排放。人为排放为主。酸雨的危害：a.破坏森林生态系统b.破坏土壤的性质和结构c.破坏水生生态系统d.腐蚀建筑物和损害人体的呼吸系统和皮肤。2臭氧层的破坏形成原因：含氯化学物质特别是氟氯烃进入大气会破坏同涡层的臭氧，除些之外，NOX、CH4等也都会破坏臭氧层。危害：臭氧的减少将导致地面接收紫外线辐射量的增加，对健康和植物产生影响。对人体的影响，臭氧减少1%紫外线辐射所引起的白内障将使10万人失明，并增加3%的非黑瘤皮肤癌。对农作物的影响，臭氧减少25%，大豆产量将减少20－25%。3温室气体及全球气候变化温室效应：大气层中某些微量组分能使太阳的短波射透过，加热地面，而地面增温后所放出的热辐射，却被这些组分所吸收从而使大气增温。主要的温室气体：CO2、CH4、N2O、CFC（氟氯烃）等，其中CO2的作用占55%，CFC占24%。危害：全球气候变暖，海平面上升，改变降雨和蒸发体系，影响农业和粮食资源，改变大气环流进而影响海洋水流、导致富营养化地区的迁移、海洋生物的再生分布和一些商业捕鱼区的消失。E、有毒化学品贸易的危险废物的管理过去数十年中，化学品的生产和使用大大增加，现在的化学品国际贸易值每年超过200亿美元。1987年2月，环境署在伦敦召开了会议，通过了“国际化学品贸易中交流的伦敦准则”，制定这个准则的目的是想在国际贸易中通过情报交流，从而提高各国使用和管理的经验，以及确定进口化学品的安全性。F、生物多样性危机由于人类活动频繁，人类的足迹差不多已经遍及至世界每个角落，破坏了生物的生存环境，由于生物物种生境的不可逆转，生物正在以空前的速度灭绝。因此保护野生亲属的样品代表作为进行遗传选择和改良的基础是绝对必要的。G、淡水资源缺乏与水污染淡水资源在地球上分布的不均匀，导致许多地区缺水，又由于城市化和工业发展，需消耗大量的水，同时大量污染物的排放破坏了水体，更加加剧了水的供求矛盾。H、海洋污染海底石油的开采和运输过程中原油的泄漏以及地表径流进入海洋的大量有机物造成海洋污染，近年来频繁的赤潮是海洋污染的突出表现。活性污泥法的工艺流程简图①曝气池：反应主体②二沉池：1）进行泥水分离，保证出水水质；2）保证回流污泥，维持曝气池内的污泥浓度。③回流系统：1）维持曝气池的污泥浓度；2）改变回流比，改变曝气池的运行工况。④剩余污泥排放系统：1）是去除有机物的途径之一；2）维持系统的稳定运行。厌氧生物处理的原理厌氧生物处理是一个复杂的微生物化学过程，依靠三大主要类群的细菌，即水解产酸细菌(fermentativebacteria)、产氢产乙酸细菌(acetogenicbacteria)和产甲烷细菌(methanogenicbacteria)的联合作用完成。①两阶段理论（30-60年代）第一阶段：发酵阶段又称产酸阶段或酸性发酵阶段；进行水解和酸化，产物主要是脂肪酸、醇类、CO2和H2等；A、主要参与微生物为：发酵细菌或产酸细菌；B、特点：1）生长快；2）适应性（温度、pH等）强。第二阶段：产甲烷阶段又称碱性发酵阶段；产甲烷菌利用前一阶段的产物，并将其转化为CH4和CO2；A、主要参与微生物为：产甲烷菌；B、特点：1）生长慢；2）对环境条件（温度、pH、抑制物等）非常敏感。②三阶段理论研究表明，产甲烷菌只能利用一些简单有机物如甲酸、乙酸、甲醇、甲基胺类以及H2/CO2等，而不能利用含两个碳以上的脂肪酸和甲醇以外的醇类。第一阶段：水解、发酵阶段第二阶段：产氢产乙酸阶段第三阶段：产甲烷阶段好氧微生物的增值曲线1）间歇静态培养；2）底物是一次投加①适应期:（延迟期或调整期）：微生物的细胞内各种酶系统对环境的适应过程.②对数增长期:活性污泥能量水平很高，活性污泥处于松散状态.③减数增长期:营养物不过剩，它已成为微生物生长的限制因素活性污泥水平的能量低下，污泥絮凝。④内源呼吸期：能量水平极低，微生物活动能力非常低，絮凝体形成速率增大，处理水显著澄清，水质良好。活性污泥处理系统的运行方式：1、传统活性污泥法（普通活性污泥法）工艺特征：1)有机物的吸附与代谢在一个曝气池中连续进行2)活性污泥经历了一个生长周期：对数增长期→减速增长期→内源呼吸期。经历了吸附与代谢二个阶段3)S由大→小，dO2/dt由大→小。池首往往供氧不足，后段供氧过剩，池前段DO浓度较低，沿池长逐渐增高存在不足：1)不适应冲击负荷和有毒物质。因为是推流式，进入池中的污水和回流污泥在理论上不与池中原有的混合液混合。∴水质的变化对活性污泥影响较大2)前段供氧不足，后段供氧过剩3)Ns不高，曝气池V大，占地大2、阶段曝气活性污泥法工艺特点：a、污水均匀分散地进入，使负荷及需氧趋于均衡，利于生物降解，降低能耗。b、混合液中Xa浓度逐步降低，减轻二次池负荷，利于固液分离。c、污水均匀分散地进入，增强了系统对水质、水量冲击负荷的适应能力。3、再生曝气活性污泥法系统工艺特点：a、提高污泥活性，使其充分代谢。b、再生池不另行设置，而是将曝气池的一部分在再生池。曝气池一般3或6廊道，1/3或1/6作再生段。c、处理效果与传统活性污泥法相近，BOD去除率90％以上。4、吸附—再生活性污泥法系统工艺特点：1)将吸附与代谢过程分二个池或二段,吸附与再生分别进行。2)吸附时间较短（30～60min），再生池只对回流污泥再生。∴整个池容小于普通活性污泥法3)处理效果低于普通活性污泥法出水BOD去除率一般小于90％4)具有一定的耐冲击负荷的能力5)不宜处理溶解性有机物较多的污水5、延时曝气活性污泥法工艺特点：1)负荷低(Ns非常小,0.05～0.10kgBOD/kgMLSS·d)，2)曝气时间长（24h以上），活性污泥处于内源呼吸期，剩余污泥少且稳定，污泥不需要消化处理，工艺也不需要设初沉池。3)出水水质好，对原污水有较强的适应能力,只适合于小城镇污水处理（Q≤1000m3/d）工艺不足：池容大、负荷小、曝气量大、投资与运行费用高。6、高负荷活性污泥法工艺特点：构筑物与普通活性污泥法以及吸附再生工艺相同，但其停留时间短，BOD负荷高、曝气时间短。曝气时间短（1.5～3.0h）。Ns高（1.5～3.0kgBOD/kgMLSS·d），工艺不足：BOD去除率不高（ηBOD<（65～75）%），出水水质不达标。7、完全混合活性污泥法工艺特点：a、污水进入曝气池后迅速被稀释混匀，水质水量变化对系统影响小。b、由于水质在各处相同，因而各处微生物群体与组成相同，降解工况相同。c、需氧速度均衡，动力消耗略省。工艺不足：池内未有污染物浓度、微生物浓度与种群的梯度或链群，导致微生物的有机物降解动力低下，易出现污泥膨胀。类型：按构筑物形状分合建式与分建式。8、多级活性污泥法系统当进水有机污染浓度很高时采用此工艺工艺特点：a、污水处理单元串联。b、负荷高（一级），且赖冲击负荷，二级负荷低。c、各级污泥Qc不同，微生物种群各异.不足：投资与运行费用高，管理麻烦（各种设备多）。9、深水曝气活性污泥法系统工艺特点：a、由于水压加大，提高了饱和溶解氧浓度以及降低气泡直径，提高气泡的表面积，进而提高了氧的传递速率，从而利于微生物的增殖与有机污染物的降解。b、向深部发展，节省占地。按机械（曝气）设备的利用情况，分中层曝气和底层曝气，前者可以利用常用风机（5m风机），对10m深井曝气；后者需用高压风机（10m风机）。10、深井曝气池活性污泥法系统工艺特点：a、由于水压很大（井深50-100m），明显提高了饱和溶解氧浓度以及降低气泡直径，提高气泡的表面积，进而显著提高氧的传递速率，从而利于微生物的增殖与有机污染物的降解。b、向深部发展，节省占地，并利用进出水位差以及曝气提升力循环。不足之处：施工难度大，对地质条件和防渗要求高。11、浅层曝气活性污泥法系统理论基础：气泡只是在形成与破碎瞬间，有着最高的氧转移率，而与水深无关。工艺特点：曝气器安装深度0.6～0.8m，适宜低压风机曝气，节省电耗。12、纯氧曝气活性污泥法系统原理：提高氧的分压，强化氧的传质能力，增加MLSS浓度和容积负荷，提高生化反应速率。不足之处：要密闭运行，工艺运行管理复杂。上流式厌氧污泥床反应器的特点:（a）反应器内污泥浓度高，一般平均污泥浓度为30-40g/L，其中底部污泥床(sludgebed)污泥浓度60-80g/L，污泥悬浮层(sludgeblanket)污泥浓度5-7g/L；污泥床中的污泥由活性生物量占70-80％的高度发展的颗粒污泥(sludgegranules)组成，颗粒的直径一般在0.5-5.0mm之间，颗粒污泥是UASB反应器的一个重要特征。（b）有机负荷高，水力停留时间短，中温消化，COD容积负荷一般为10-20kgCOD/（m3·d）；（c）反应器内设三相分离器，被沉淀区分离的污泥能自动回流到反应区，一般无污泥回流设备；（d）无混合搅拌设备。投产运行正常后，利用本身产生的沼气和进水来搅动；（e）污泥床内不填载体，节省造价及避免堵塞问题。（f）反应器内有短流现象，影响处理能力。进水中的悬浮物应比普通消化池低得多，特别是难消化的有机物固体不宜太高，以免对污泥颗粒化不利或减少反应区的有效容积，甚至引起堵塞；（g）运行启动时间长，对水质和负荷突然变化比较敏感。影响好氧和厌氧处理效率的基本因素有哪些控制厌氧处理效率的基本因素有两类:一类是基础因素:包括微生物量(污泥浓度)、营养比、混合接触状况、有机负荷等；另一类是环境因素:如温度、pH值、氧化还原电位、有毒物质等。产甲烷细菌是决定厌氧消化效率和成败的主要微生物，产甲烷阶段是厌氧过程速率的限制步骤。影响好氧生物处理的主要因素1）溶解氧：约1~2mg/l；2）水温：15~30°C；3）营养物质：BOD5:N:P=100:5:1（好氧工艺）；其它无机营养元素：K、Mg、Ca、S、Na等；微量元素：Fe、Cu、Mn、Mo、Si、硼等；4）pH值：一般好氧微生物的最适宜pH在6.5~8.5之间；pH<4.5时，真菌将占优势，引起污泥膨胀；5）有毒物质（抑制物质）重金属、氰化物、H2S、卤族元素及其化合物；酚、醇、醛等6）有机负荷率：污水中的有机物本来是微生物的食物，但太多时，也会不利于微生物。7）氧化还原电位：好氧细菌：+300~400mV，至少要求大于+100mV。厌氧细菌：要求小于+100mV，对于严格厌氧细菌，则<-100mV，甚至<-300mV。除去颗粒污染物有哪些方法重力沉降；旋风除尘；静电除尘；袋式除尘；湿式除尘噪声控制的基本方法技术有哪些方法：噪声源的控制分析噪声源发声的机理，消除噪声发生的根源采用吸声、隔声、减振、隔振、安装消声器控制噪声传播途径噪声的传播距离，噪声的方向性对接受者的防护技术：吸声；隔声；消声大气结构和各主要层次的特点大气圈厚度约为地球表面到1000—1400千米的范围，其总质量估计为6000万亿吨，约为地球质量的百万分之一。根据大气气温的垂直分布、化学组分和运动规律，大气圈可以相对分为五个气层，即对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层（外大气层）。（一）对流层(troposphere)：是最接近地面的一层，其平均厚度约为12千米，大气总质量的90%集中在这一层，该层有如下特点：(1)气温随高度增加而降低。在不同地区、不同季节和不同高度，降低的数值并不相同。(2)空气具有强烈的对流运动。(3)气体密度大。这层对人类的影响较大，通常所讲的大气污染就是指这一层。（二）平流层parallelflowlay：此层在对流层上面，距地面高度可达50—60千米，总质量只占大气总质量的5%，特点：(1)大气温度随高度的增加而上升。(2)平流层内垂直对流运动很小。(3)大气透明度高。（三）中层(middle-lay)：平流层上面是中层，该层距地面80—85千米。特点：(1)气温随高度的增加而下降，顶界温度可降至-83—-113℃。(2)空气具有强烈的对流运动。(3)大气透明度高。（四）暖层warmlay：中间层顶到800千米高度为暖层。特点：(1)气温随高度增高而普遍上升，温度最高可升至1200℃这一极大值。(2)空气处于高度电离状态。电离层能使无线电波返回地面，这一层对远距离通讯极为重要。（五）散逸层scatterlay：在暖层上部800km以上的大气层称为散逸层(或外层大气层)。由于那里空气已极其稀薄，同时又远离地面，受地球引力作用较小，因而大气质点将不断地向星际空间逃逸。同时该层气体距地面越远，气温越高，气体的电离度也越大，粒子的运动速度也越快。八大公害事件：马斯河谷烟雾事件；多诺拉烟雾事件；伦敦烟雾事件；洛杉矶光学烟雾事件；水俣事件；富山事件；四日事件；米糠油事件。曝气池池型：从混合液流型可分为推流式、完全混合式和二池结合型三种。水体富营养化：营养化是指水体营养盐浓度的增加，使浮游生物特别是藻类的产量增多，透明度降低，水中溶解氧减少。N>0.2mg/L，P>0.02mg/L时，就有可能发生富营养化。名词解释1环境问题：指人类经济社会发展与环境的关系不协调所引起的问题。分为两类：一是不合理开发利用自然资源，超出环境承载力，使生态环境质量恶化或自然资源枯竭的现象；二是人口激增、城市化和工农业高速发展引起的环境污染和破坏。2生态系统的结构、生态系统生物和非生物组分保持相对稳定的相互联系，相互作用而形成的组织形式、结合方式和秩序。3生态系统的功能生态系统整体在其内部和外部的联系中表现出的作用和能力。随着能量和物质等的不断交流，生态系统亦产生不断变化和动态的过程。4酸雨指pH值小于5.6的降水。5活性污泥法：向生活污水注入空气进行曝气，并持续一段时间以后，污水中即生成一种絮凝体。这种絮凝体主要是由大量繁殖的微生物群体所构成，它有巨大的表面积和很强的吸附性能，称为活性污泥(activatedsludge)。6COD：在一定的严格条件下，水中各种有机物质与外加的强氧化剂（）作用时所消耗的氧量，叫做化学需氧量，用氧（O2）的mgL数来表示。7BOD：水中有机污染物被好氧微生物分解至无机物时所消耗的溶解氧的量叫做生化需氧量8TOD水样中的有机物在900℃高温下燃烧变成稳定的氧化物时所需的能量叫做总需氧量，结果以氧（O2）的mg/L计9TOC：将水样在900-950℃高温下燃烧，有机碳即氧化生成二氧化碳，量测所产生的二氧化碳量既得水样中的总有机碳值，单位以C的mg/L计10好氧生化处理、好氧是指这类生物必须在有分子态氧气（O2）的存在下，才能进行正常的生理生化反应.11厌氧生化处理：废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过厌氧微生物(anaerobicmicrobes)(包括兼氧微生物）的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷(methane)和二氧化碳(carbondioxide)等物质的过程，也称为厌氧消化(anaerobicdigestion)。12曝气池、利用活性污泥法进行污水处理的构筑物。池内提供一定污水停留时间，满足好氧微生物所需要的氧量以及污水与活性污泥充分接触的混合条件。曝气池主要由池体、曝气系统和进出水口三个部分组成。池体一般用钢筋混凝土筑成，平面形状有长方形、方形和圆形等。13水体富营养化：营养化是指水体营养盐浓度的增加，使浮游生物特别是藻类的产量增多，透明度降低，水中溶解氧减少。14溶解氧、溶解在水中的分子态氧。其含量与水温、氧分压、盐度、水生生物的活动和耗氧有机物浓度有关。15环境容量、在不产生不良效应前提下，某一生态系统单元或环境介质对污染物的最大容纳量。水环境容量一定水体在规定的环境目标下所能容纳污染物质的最大负荷量16污泥沉降比：是指将曝气池中的混合液在量筒中静置30分钟，其沉淀污泥与原混合液的体积比，一般以%表示；正常数值为20~30%。17声强、在垂直声波传播方向上，单位时间内通过单位面积的声能量称为声强18环境荷尔蒙：环境中存在一些能像激素一样影响人体和动物体内分泌功能的物质，叫“环境激素”，又译为“环境荷尔蒙”，学名“内分泌干扰物”。可以是天然的，也可以是人工的。19温室效应：大气层中某些微量组分能使太阳的短波射透过，加热地面，而地面增温后所放出的热辐射，却被这些组分所吸收从而使大气增温。（增加大气中CO2浓度，阻止地球热量的散失，使地球发生可感觉到的气温升高，这就是有名的“温室效应”。）20污泥膨胀活性污泥沉降性能变差的现象。有非丝状菌性膨胀和丝状菌性膨胀两种，前者系因黏性物质大量积累而引起，后者系丝状菌异常增长而引起。请说明好氧生物处理的作用机制。好氧生物处理的基本生物过程，好氧：是指这类生物必须在有分子态氧气（O2）的存在下，才能进行正常的生理生化反应.厌氧：是指在无分子态氧存在的条件下，能进行正常的生理生化反应的生物，如厌氧细菌、酵母菌等.A、好氧生物处理过程的生化反应方程式分解反应（又称氧化反应、异化代谢、分解代谢）C、H、O、N、S+O2——CO2+H2O+NH3+SO42-+¼+能量合成反应（也称合成代谢、同化作用）C、H、O、N+能量————————C5H7NO2内源呼吸（也称细胞物质的自身氧化）C5H7NO2+O2——CO2+H2O+NH3+SO42-+¼+能量其它各类微生物细胞物质的实验分子式分别是：细菌：C5H7NO2；真菌：C16H17NO6；藻类：C5H8NO2；原生动物：C7H14NO3B、分解与合成的相互关系1）二者不可分，而是相互依赖的；a、分解过程为合成提供能量和前物，而合成则给分解提供物质基础；b、分解过程是一个产能过程，合成过程则是一个耗能过程。2)对有机物的去除，二者都有重要贡献；3）合成量的大小，对于后续污泥的处理有直接影响；C、有机物被生物降解的历程结构简单、小分子、可溶性物质，直接进入细胞壁；结构复杂、大分子、胶体状或颗粒状的物质，则首先被微生物吸附，随后在细胞外酶的作用下被水解液化成小分子有机物，再进入细胞内。写出生物法脱氮方法与流程，并进行必要的说明。脱氮菌在脱氮过程中必须有能量的供给，也要有供氢体（H2-donor)的存在。其流程为：方法（图见附件）：消化液循环法硝化液循环二段脱氮法硝化液二段循环法简述好氧法与厌氧法处理废水的优缺点。厌氧：优点（1）应用范围广（2）能耗低（3）负荷高(4）剩余污泥量少，且其浓缩性、脱水性良好（5）氮、磷营养需要量较少（6）有杀菌作用（7）污泥易贮存缺点（a）厌氧微生物增殖缓慢，因而厌氧设备启动和处理所需时间比好氧设备长；（b）出水往往达不到排放标准，需要进一步处理，故一般在厌氧处理后串联好氧处理；（c）厌氧处理系统操作控制因素较为复杂。（d）厌氧过程会产生气味对空气有污染好氧：A活性污泥法优点1)有机物的吸附与代谢在一个曝气池中连续进行2)活性污泥经历了一个生长周期：对数增长期→减速增长期→内源呼吸期。经历了吸附与代谢二个阶段3)S由大→小，dO2/dt由大→小缺点1)不适应冲击负荷和有毒物质2)前段供氧不足，后段供氧过剩3)Ns不高，曝气池V大，占地大B氧化沟1)氧化沟属于活性污泥处理工艺的一种变形工艺;2)氧化沟一般采用转刷等表面曝气设备；3)氧化沟结型式采用环形沟渠型式，混合液在氧化沟曝气器的推动下作水平流动(平均流速>0.3m/s)；4)氧化沟采用延时曝气，不需初沉池，且不采用污泥消化处理；5)氧化沟的污泥负荷在0.05～0.10kgBOD5/kgMLSS.d之间。6)污泥负荷和污泥龄的选取，要考虑污水硝化和污泥稳定化两个因素，一般污泥龄为10～30d。CSBR反应器优点1)沉淀效果好；2)可以防止污泥膨胀；3)反应效率高，特别对难降解有机物降解性能好；4)可以除磷脱氮等等。5)工艺简单，如可省去二沉池，不需污泥回流等；D膜生物反应器主要优点1、可充分利用地形(旧河道、沼泽地、峡谷地)，工程简单，基建投资省2、可以实现污水资源化，使污水处理和利用相结合3、污水处理能耗低，维护方便，处理成本低。不足之处1、停留时间长，占地面积大；2、处理效果不稳定，受季节、气温、光照等自然因素影响大；3、防渗处理不当，可能污染