污染控制的基本原则课件

污染控制的基本原则

----以工业废水处理为例环境工程专业按照教育部1998年目录----

环境工程（081001）包括:环境工程,环境监测,水文地质与工程地质(部分)和农业环境保护(部分)。环境科学（0714）包括:环境科学,环境学,环境规划与管理和生态学。污染控制的基本原则:(1)环境工程技术；(2)科学管理。工业废水的处理一、工业废水水质与生物降解性二、工业废水处理的基本原则

三、工业废水处理方法与技术一、工业废水水质与生物降解性（一）工业废水水质特点●工业企业各行业生产过程中排出的废水，统称“工业废水”，包括：冷却水、生产污水、工业企业内的生活污水。●水质成分复杂，浓度、水量变化大，性质不稳定。●对环境污染大，必需妥善处理，达标排放。●有机工业废水——量大、面广、多难处理。

全国COD排放总量（万吨）年份总量工业废水生活污水19952233.21622.9（72.7%）610.3（27.3%）199717571073（61.1%）684（38.9%）19981499806（53.8%）693（46.2%）19991389692（49.8%）697（50.2%）20001445704.5（48.8%）740.5（51.2%）年份总量工业废水生活污水20011407608(43.2%)799(56.8%)20021367584(47.7%)783(52.3)20031333.6511.9(38.4%)821.7(61.6)年份总量工业废水生活污水20041339.2509.7(38%)829.5(62%)20051414.2554.8(39%)859.4(61%)2006工业废水COD排放比例虽然下降，从1995年的72.7%到2005年的39%，总量仍然很大。（二）生物降解性定义：在微生物的作用下使某一有机物改变其原来的物理、化学性质，在结构上引起变化所能达到的程度。按降解程度分类：（1）初级降解——原结构发生部分变化，变成较简单的有机物（中间产物）如：脂肪的酸化。（2）环境可接受的降解——降解产物对环境已无害，如：长链卤化有机物断链。

溴代十二烷

（3）完全降解——降解产物无机化：好氧条件下CO2、H2O…；厌氧条件下CO2、CH4…

理论上讲，几乎所有有机物都能被微生物降解（筛选驯化特定微生物；营养；长时间）。但废水处理实际条件限制，要实现完全降解是困难的。按降解的难易程度分类：（1）易生物降解的；（2）可生物降解的；（3）难生物降解的（不可生物降解的）。（三）生物降解性鉴定方法

1、好氧生物降解性鉴定方法是什么？（考虑有机物和好氧微生物在一起时发生了什么变化？）

四种变化——（1）有机物数量（浓度）的减少；（2）氧的消耗；（3）降解产物数量增加；（4）微生物数量增多或活性增强。

（1）有机物数量（浓度）的减少●振荡培养试验法﹡反应瓶中加入：

——受试有机物

——接种物（生活污水沉淀上清液，活性污泥）

——营养液（N、P、K、Ca、Mg、Fe、痕量元素）﹡恒温下振荡培养﹡定时测定有机物浓度C，或TOC、DOC

（2）氧的消耗

●水质指标比较法

﹡最常用的是水样的

BOD5/COD

*COD——约略表示水中的全部有机物

*BODu（完全的生化需氧量）——

水中可被微生物氧化分解的那部分有机物

*BOD5——只是BODu的2/3左右BOD5/COD值如何衡量有机物生物降解性？用BOD5/COD值作为有机物生物降解性的评价指标时，一般的标准：

BOD5/COD＞0.45时为易生物降解；

BOD5/COD＞0.30时为可生物降解；

BOD5/COD＜0.30时为较难生物降解；

BOD5/COD＜0.20时为不宜生物降解。

﹡

McKinney:对一般有机物，生物氧化时，

——用于呼吸产生能量的约1/3，

——合成细胞物质的约占2/3，

——而内源呼吸全部完成时，残留物约为细胞物质的20%。因此，

BODu≈（1/3）CODB＋(2/3)×0.8CODB

=0.87CODB

BODu≈（1/3）CODB＋(2/3)×0.8CODB

=0.87CODB

式中：CODB为化学需氧量中的可生物降解部分。（可看成能量）

∵BOD5≈（2/3）BODu∴BOD5=（2/3）×0.87CODB

=0.58CODB

因而BOD5/COD=0.58CODB/COD

或CODB/COD=1.72（BOD5/COD）

﹡可见，按照McKinney的假设，当有机物可全部为微生物所利用（即CODB≈COD）

时，BOD5/COD约为0.58左右

﹡令：CODNB为COD中的不可生物降解部分，则：COD=CODB＋CODNBCODNB/COD=（COD－CODB）/COD=1－（CODB/COD）

=1－1.72（BOD5/COD）

﹡因此，可列出以下关系：

CODNB/COD00.10.20.3BOD5/COD0.580.520.460.410.40.50.60.70.80.350.290.230.170.12

由上可知，当BOD5/COD值大于0.45时，不可生物降解的有机物仅占全部有机物的20%以下，表现出良好的可生化性。BOD5/COD值小于0.20时，不可生物降解的有机物占全部有机物的60%以上，这种废水不宜采用生物降解的方法。

﹡所以，可用BOD5/COD值作为有机物生物降解性的评价指标：

BOD5/COD＞0.45时为易生物降解；

BOD5/COD＞0.30时为可生物降解；

BOD5/COD＜0.30时为较难生物降解；

BOD5/COD＜0.20时为不宜生物降解。

（3）降解产物数量增加●二氧化碳生成量测试法﹡反应瓶（2L）中加入：

——受试有机物

——接种物（污水厂活性污泥）

——营养液（N、P、K、Ca、Mg、Fe、痕量元素）

——通入经碱液吸收去除CO2后的空气﹡另做一内源反应瓶，一空白反应瓶﹡恒温下培养﹡定时测定CO2气体产量

（4）微生物数量或活性

●三磷酸腺苷（ATP）测试法

ATP(AdenosineTriphosphate),是生物体内一种特定的高能磷酸盐化合物。ATP在水解时，三个磷酸基(Pi)可分别断裂,生成二磷酸腺苷(ADP),单磷酸腺苷(AMP)和腺苷(A)，并放出大量的自由能：

-Pi-Pi

-PiATP→ADP→AMP→A-32.2-32.2-14.2(kJ/mole)

或-7.3-7.3-3.2(kcal/mole)

ATP只存在于活的生物体细胞中。当生物体死亡之后，它迅速从死亡的细胞中扩散出去，随即被水解消失。ATP作为微生物活性的一种指示，能够表征生物降解过程中微生物数量的多少和新陈代谢速度的快慢。而这两个方面正好表达了微生物降解有机物的能力和速度，即有机物被氧化分解得越多越完全，放出的能量就越多，生成的ATP也越多。可以通过检测生物降解过程中ATP含量的变化来评价有机物的生物降解性。

﹡反应瓶（2L）中加入：

——受试有机物

——接种物（污水厂活性污泥）

——营养液（N、P、K、Ca、Mg、Fe、痕量元素）

——通入空气

﹡另做一内源反应瓶，一空白反应瓶﹡恒温下培养﹡定时取样测定ATP含量

（5）综合测试评估法﹡鉴定途径、测试条件各不相同，所得结果之间的可比性不强，有时甚至会得到相反的结果。﹡选择三个评估因子:

（IO）——水质指标BOD5/COD，（IB）——降解产物CO2，（IA）——微生物生理生化指标ATP，

分别从有机物生物降解的速度、浓度、消耗的氧量和微生物活性、能量增长等多个方面反映了影响生物降解性的主要因素。

﹡综合评价指标：IW＝IO×Wo＋IB×Wb＋IA×Wa

﹡评价标准：评价指数易降解可降解难降解IO＞4530~45＜30IB＞200100~200＜100IA＞15050~150＜50IW＞14060~140＜60

综合评估法的评价结果有机物IOIBIAIW葡萄糖

58（易）231（易）410（易）250（易）正丁醇46（易）229（易）203（易）163（易）正丙醇

47（易）237（易）157（易）148（易）异丙醇31（可）160（可）123（可）106（可）丙三醇

44（可）226（易）

83（可）114（可）乙酸36（可）233（易）224（易）170（可）草酸89（易）228（易）410（易）258（易）乙二胺35（可）114（可）

39（难）

60（可）苯酚76（易）219（易）240（易）186（易）对氯苯酚46（易）175（可）149（可）125（可）对溴苯酚38（可）162（可）42（难）77（可）

（续）有机物IOIBIAIW对硝基苯酚32（可）140（可）72（可）80（可）邻硝基苯酚13（难）122（可）25（难）51（难）对氨基苯酚33（可）137（可）72（可）80（可）邻甲酚

44（可）164（可）

54（可）

84（可）邻二酚

37（可）175（可）

56（可）

86（可）苯胺56（易）115（可）

54（可）

73（可）间苯二胺28（难）124（可）

24（难）55（难）邻苯二甲酸

47（易）185（可）

18（难）77（可）城市污水71（易）205（易）82（可）112（可）H酸废母液5（难）129（可）6（难）42（难）吐氏酸废母液4（难）127（可）6（难）41（难）2、厌氧生物降解性

美国环保局标准测试法﹡反应瓶（500mL）中加入：

——受试有机物

——接种物（污水厂厌氧污泥）

——营养液（N、P、K、Ca、Mg、Fe、痕量元素）﹡恒温（35~37℃）下培养﹡定时测定气体产量二、工业废水处理的基本原则

工厂污染——工程治理1、工艺改革——清洁生产2、有用资源回收3、物理化学处理4、生物化学处理5、深度处理

1、清洁生产与污染预防①污染控制的两种模式：——终端治理(End-of-pipeControl)——污染预防(PollutionPrevention)与清洁生产(CleanerProduction)

•

终端治理

——有不小的效果，一定的改善，仍将是一个重要方面；

——资源和能源未充分利用；

——只能减少排放、不能阻止产生

——污染物转移而不是消除；

——耗能耗资、多无附加经济效益。•

污染预防与清洁生产“废物最小化”、“无废工艺”、“零排放”“绿色化学”、“环境无害化学”、“环境友好设计”等新名词、新提法不断出现。

GreenChemistry,EnvironmentalBenign（良好的）Chemistry,EnvironmentalFriendlyTechnology,DesigningChemistryfortheEnvironment,BenignbyDesign----AlternativeSyntheticDesignforPollutionControl20世纪90‘初联合国环境署在全球推动清洁生产概念

②清洁生产

•什么叫清洁生产？《中国21世纪议程--中国21世纪人口、环境与发展白皮书》中指出：“所谓清洁生产，是指既可满足人们的需要又可合理使用自然资源和能源并保护环境的实用生产方法和措施，其实质是一种物料和能耗最少的人类生产活动的规划和管理，将废物减量化、资源化和无害化，或消灭于生产过程之中。同时对人体和环境无害的绿色产品的生产亦将随着可持续发展进程的深入而日益成为今后产品生产的主导方向。”

污染控制与生产过程相结合

——要求在生产活动的全过程中，从产品开发、规划、设计、建设到运行管理的全过程，采取必要措施，防止污染发生；

——要求在产品的生命全过程中，从原材料加工、产品产出、产品使用直到产品寿命终结，都要采取措施，实施污染控制。积极的控制污染的途径，是今后的战略方向

例1、工艺改革：熄焦水改气

水熄焦：▲浪费热源（1000℃——>100℃)▲焦炭质量降低（强度）▲产生大量废水（含酚、氰、氨）

干熄焦：冷氮气“气浴”

▲升温后的氮气经热交换器产生蒸气进入热力管网（成了清洁能源）

▲节水，消灭废水，减少粉尘

例2、“以废治废”:钢厂焦化废水与烟道气

含氨的焦化废水自上而下从雾化器顶部喷下，含SO2的高温烟道气则从雾化器底部送入，两者化合生成硫酸铵（化肥）热量被利用，水被雾化蒸发例3、用复合改性矿物纤维替代部分植物纤维（40：60）造纸，不改变造纸设备，减轻黑液污染。（云南非金属矿产应用所）

清洁生产是一个相对的、比较的概念是一个方向，在不断完善。未来相当一段时期，终端治理仍不可缺少，甚至也是清洁生产的一个组成部分。三、工业废水处理方法与技术(一)有用资源回收技术目的：

——污染物减少，废水部分处理

——有用物质回收，工厂有利益要求：

——污染物浓度高

——废水组分较简单

方法：

1、膜分离

2、萃取

3、蒸发蒸馏

1、膜分离

●微滤：适合于去除﹡尺寸大于0.1~1μm的颗粒杂质﹡胶体、悬浮固体、细菌等﹡工作压力约0.07MPa

超滤：适合于去除﹡尺寸大于0.002~0.5μm的颗粒杂质﹡分子量大于1000~100000的物质﹡胶体、悬浮固体、蛋白质、微生物等﹡工作压力约0.1~0.7MPa

●纳滤：适合于去除﹡尺寸大于0.001μm（1nm）的颗粒杂质﹡分子量大于200~400的物质(有机、无机)

﹡离子、硬度、色素等﹡工作压力约0.35~1.6MPa●反渗透：适合于去除﹡尺寸大于0.0001μm（0.1nm）的颗粒杂质﹡分子量大于150~200的物质(有机、无机)

﹡离子、色素等﹡工作压力约1.4~6.0MPa

2、萃取﹡萃取是利用溶质在两种互相不溶的溶剂中分配性质的差异实现液-液间的传质过程。﹡染料中间体废液——J-酸、H-酸、DSD酸、吐氏酸等带磺酸基（-SO3H）的萘系染料中间体。﹡含酚废水（二）物理化学处理技术目的：

——降低污染物含量

——改善废水的可生化性(作为预处理)方法：

1、混凝

2、化学氧化

3、湿式氧化

4、光氧化

5、高级氧化技术1、混凝﹡无机混凝剂﹡机混凝剂

2、化学氧化，催化氧化

﹡O3

﹡H2O2

﹡ClO2

﹡KMnO4…

（化学氧化）﹡Fenton试剂——Fe2+/H2O2

Fe2+

＋H2O2→Fe3+＋OH-＋·OHFe3+＋H2O2→Fe2+＋HO2·

＋H+

·OH、HO2·

——自由基，极强的氧化剂

链式反应，连续进行

Fe2+

起到催化剂的作用，是催化氧化（催化氧化）

3、湿式氧化，催化湿式氧化﹡密闭容器（反应釜，连续式）

﹡180~270℃，2~8MPa

﹡催化剂（贵金属Pd、Ru、Pt、Ir，过渡金属Cu、Mn、Zn、Fe，稀土金属Ti、Ce、Bi）﹡适合于高浓度废水：焦化废水，染料废水，农药废水等

4、光氧化﹡UV/H2O2：H2O2

＋hν→2·OH

UV/O3：O3

＋hν→O·

＋O2O·

＋H2O→2·OH

UV/H2O2/O3：

H2O2＋2O3＋hν→2·O