水体污染与自净.ppt

1、第二章 水体污染净化模型及其污水处理基本方法,教学要求：掌握水体自净的概念、原理；理解氧垂曲线的概念，了解水处理的基本方法和典型的工艺流程。,一、水体污染及其危害,1. 水体污染：是指排入水体的污染物在数量上超过该物质在水体中的本底含量和水体的环境容量，从而导致水体的物理性质和化学性质发生变化，使水体的固有生态系统和水体功能受到破坏。 污染来源：点源污染、非点源污染、大气沉降。 2.水体的物理性污染及危害（第一章已述） 3.无机物污染及危害（第一章已述） 4.有机物污染及危害（第一章已述） 5.病源微生物污染及危害（第一章已述）,二、水体自净的基本原理,1.水体的自净作用 水体自净（self-

2、purification of water body） ：污染物在进入天然水体后，通过物理、化学和生物因素的共同作用，使污染物的总量减少或浓度降低，曾受污染的天然水体部分或完全地恢复原状。 如何理解： 以生物化学作用为主体，物理、化学和生物共同协同； 污染物的总量和浓度随时间和空间逐步降低； 生物的分解作用及其种群变化。 1）物理净化作用 污染物通过稀释、混合（mixing）、沉淀（sedimentation）、挥发（volatile），使浓度降低。,混合：污水与水体水的彼此分散。完全混合断面某污染物的平均浓度为CCiq/Q。 沉淀：污染物因重力作用、物理化学性质变化以及被水体悬浮物吸附而沉于

3、水底。但河水扰动时可能会造成二次污染。 挥发：污水中的挥发组分因挥发而使其在水体中的浓度降低. 2）化学净化作用 氧化还原：如Fe2+被水中DO氧化而最终变成了Fe(OH)3. 酸碱反应：如漓江中的HCO3遇到Ca2+而沉淀；硫酸盐遇到石灰石。 吸附与凝聚:悬浮泥沙及胶体因吸附各种离子后凝并而沉淀。,3）生物化学净化作用 水体生物化学净化过程如下： 讨论题：水体自净的工程意义是什么？哪一环节起主要作用？ 微生物学特征如何？,物理和化学净化只能使污染物的存在形态发生变化，使水体中的污染物浓度降低，但不能减少污染物的总量。 生物化学净化作用包括生物吸附和生物净化。生物首先是吸附有机物；生物化学净化

4、则是借助微生物的增殖将有机物转变成CO2 、将含氮物质部分同化成微生物自身，剩余部分变成硝酸盐和氮气，最终使有机污染物无机化。 生物化学净化过程（污水生物处理原型）： 排污口 河流净化段 污染物浓度：重 轻 消除(多污带 中污带 寡污 带 清洁带) DO(大气复氧)：厌氧 缺氧（兼氧） 好氧 DO恢复,污染物成分：含氮有机物 小分子有机物、氨氮和无机磷酸盐 CO2 、H2O和亚硝酸盐硝酸盐氮气 微生物：异养菌自养菌后生动物或细菌植物型鞭毛虫动物型鞭毛虫游泳型纤毛虫固着型纤毛虫轮虫. 2.水体水质模型（在环境评价中讲述） 3.河流氧垂曲线 1）氧垂曲线：污水排入水体后水体中的DO曲线呈悬索状下垂

5、，故称之。原因:有机物被生物降解耗氧、同时大气复氧.,曲线分三段： 污染段：耗氧速率大于复氧速率，水中DO下降，亏氧量增加，直至耗氧速率等于复氧速率。 恢复段：复氧速率大于耗氧速率，水中DO回升。 清洁段：DO回升至原状。 对于大气复氧：除与有机物浓度有关外，还与温度、水动力学条件以及水面是否有油膜（对淡水水体影响较大，而海洋影响较小）等有关。 水中DO浓度是维持水生生态系统的重要因素，它是检验水体水质的重要参数。 2）氧垂曲线方程有机物耗氧动力学、DO变化过程动力学、曲线方程应用在环境评价中讲述。,三、水环境保护,1.水质评价（在环境评价中讲述） 2.水环境容量（在环境评价中讲述要求弄懂）

6、3.我国环境法规与标准 水环境标准及排放标准（见p613635），但污水排放标准已被修改，于2003.7.1执行新标准。,标准说明 a.地面水环境质量标准，见p613614，分、和劣于类。 b.污水综合排放标准，见p618627。排入不同水域、管网的污水执行不同级的标准（4.1条款）。污染物排放标准：第一类污染物不允许超标排放，不允许设超越管。 c.农田灌溉水质标准：见p627631。因农作物具有生物积累功能，故其水质标准严格，重金属、部分有害有机物排放浓度低。 d.污水排入城市下水道水质标准，一类污染物浓度不变。 e.景观娱乐用水水质标准：比较严格，不能出现第一类污染物，其与地面水环境质量标

7、准也有区别。,四、污水处理基本方法与系统,1.按原理分：物理、化学、生物和复合技术处理法四类。 物理法（physical treatment）：利用物理作用实现固液分离，去除呈悬浮状污染物。包括：筛滤、沉淀法、上浮法、过滤法、反渗透法等。 化学法（chemical treatment）：利用化学反应分离、转化、破坏或回收废水中的污染物，并使其转化为无害化物质。包括中和、混凝、电解、氧化还原、汽提、萃取、吸附、离子交换、电渗析等。 生物法（biological treatment）：利用微生物的代谢作用使污水中溶解性、胶体有机物转化为稳定的无害化物质，最终泥水分离。包括好氧和厌氧二种。, 复合技

8、术：膜法生物法；生物法化学法；化学法生 物法等。 2. 按处理程度分：一级、一级半、二级、二级半或三级。 一级处理（primary treatment）：主要是采用沉淀法去除污水中悬浮状态的固体污染物，一般可去除30的BOD,为预处理。对普通活性污泥法因初沉池水力停留时间长，可去除40以上的COD。,一级半处理（一级强化）：即在一级处理的基础上投加化学絮凝剂或生物絮凝剂，能去除70的SS、50的BOD和部分磷。,二级处理（secondary treatment）：采用生物技术去除污水中的胶体状和溶解性有机物, 能去除90左右的COD、BOD，但氮磷可能不达标。常规方法有活性污泥法、AB法、SB

9、R和生物膜法等。,二级强化或三级处理（Tertiary treatment）：以脱氮除磷为目标，主要技术有生物脱氮除磷、生物化学协同脱氮除磷、活性碳吸附和二级处理混凝沉淀等。,3. 城市污水处理典型流程： 污水格栅（曝气）沉砂池（初沉池）曝 气池 二沉池排放,本章重点： 水体自净作用及原理。 氧垂曲线。 污水处理基本方法与工艺流程。 思考题： 污水各级处理的去除对象是什么？ 物理法、化学法和生物法主要处理的对象是什么？,教学要求： 1.掌握沉淀理论，理解各种沉淀类型的内在联系和区别，并学会分析沉淀池的影响因素。 2.了解各种沉淀池的适用范围，掌握其相关的工程设计，并结合流体力学理解其设计要求。

10、,第三章 污水的物理处理,概述 生活污水和工业废水中都含有大量的漂浮物与悬浮物，其进入水处理构筑物会沉入水底或浮于水面，对设备的正常运行带来影响，使其难以发挥应有的功效，必须予以去除。 物理处理的去除对象：漂浮物、悬浮物。 物理处理方法：筛滤、重力分离、离心分离。 筛滤: 筛网、格栅(去除漂浮物、纤维状物和大块悬浮物) 滤池、微滤机（去除中细颗粒悬浮物）。 重力分离：沉砂池、沉淀池（去除不同密度、不同粒径悬浮物）、隔油池与气浮池(去除密度小于1或接近1的悬浮物)。,一、格 栅,1.格栅(screening) 是一组平行的金属栅条、带钩的塑料栅条或金属筛网组成。 安装地点：污水沟渠、泵房集水井进

11、口、污水处理厂进水口及沉砂池前。 设置目的：根据栅条间距，截留不同粒径的悬浮物和漂浮物，以减轻后续构筑物的处理负荷,保证设备的正常运行。 栅渣：被截留的污染物,其含水率7080,容重750kg/m3。 分类：平面格栅和曲面格栅（又称回转式格栅）。,视 频,照 片,图 件,1）格栅设计主要依靠水量大小、栅渣量多少来确定(机械清渣、人工清渣)。机械清渣采用回转式、或栅条置于外侧耙头抓渣适于水量大、渣多或机械程度、自动化程度较高时采用;人工清渣适于水量小、少栅渣，当栅渣多为纤维状物质而难于用耙清楚时,也多采用定时吊起栅渣人工清除。 2）设计参数 B、L、e和b的相关尺寸见P55表31。 长度L：取决

12、于水深，以200mm为一级增长值。当L1000mm时，框架应加横向肋条。栅条材质为A 3钢制，栅条偏差1/1000，总偏差2mm。 栅条间隙e：10、15、20、25、30、40mm（细格栅）； 50、60、70150mm（中或粗格栅）。,a.水泵前：人工清渣e 20mm；对大中型泵站，采用机械清渣，e 20150mm。 b.水泵后:人工清渣e2540mm,机械清渣e1525mm.污水处理厂前可设粗细二道格栅,粗格栅e50150mm,细格栅e1540mm；当提升泵站前格栅e 25mm时,泵后可不住设格栅。 c.格栅数量：当每日渣量0.2 m3时，一般采用机械清渣，格栅台组数不宜少于2台。若仅为

13、1台时，应另设一条人工清渣格栅备用。 d.格栅安装角度：一般4575,对人工清渣，为省力一般角度60;对机械清渣，角度一般6075,特殊时为90;对回转式一般6090。,e.流速：栅前渠道流速V0.40.9m/s，过栅流速0.61.0m/s，通过格栅水头损失宜采用0.080.15m。 f.高度：设水深h，格栅水头损失h1 ，栅前渠道超高h2（一般采用0.3m），则后槽总高度H h1h2h。 格栅工作台高度：高出栅前最高设计水位0.5m 工作台宽度：人工清渣1.2m，机械清渣1.5m。 g.栅条断面形状、尺寸：正方形2020mm；圆形=20；长方形1050mm，迎水面半圆矩形1050mm。,3）

14、设计参数 栅槽宽度：已知B或Qmax 、水深h、流速V，则栅条间隙数：nAmax(sin) 0.5 /ehv,Ben(n-1)，栅条数n-1，栅宽s。 格栅的水头损失： h1Rh。R为倍数，一般取3。 h0V sin /2g， (s/e) 4/3，为阻力系数； 对圆形1.79，矩形2.42，迎面半园1.83，迎背面半圆1.67。 栅槽总高度：H h1h2h， h2为超高。 栅槽总长度：L L1L21.00.5H1 /tg ， 式中：L1(BB1)/2tg1，L2 L1/2， H1 h2h L1为进水渠渐宽部分长度；L2为渠出水渐窄处长度。 1为渠道展开角，一般20 ； B1为进水渠宽度。,0.

15、5与1.0为格栅前后的过渡段长度。 每日栅渣量：W Amax W186400/K总1000(m 3/d)。 式中： W1为栅渣量(m3/10 3 m3污水)，一般取0.010.1。粗格栅取小值，中格栅取中值，细格栅取大值。 K总为生活污水变化系数，见p59表33。 例题：见p59例31。,二、沉淀理论,1.沉淀类型： 沉淀是实现固液分离或泥水分离的重要环节，由于沉淀的对象和空间不同，其沉淀形式也各异自由沉淀、絮凝沉淀、区域沉淀、压缩沉淀。,自由沉淀：指SS浓度不高,沉淀过程中颗粒间互不碰、呈单颗粒状态,各自独立地完成沉淀过程。 絮凝沉淀(干涉沉淀)：当SS浓度较高(50500mg/L)，沉淀过

16、程中颗粒间可能互相碰撞产生絮凝作用，颗粒径与质量逐渐加大,沉速加快。,区域沉淀（成层、拥挤沉淀）：因SS过大，沉淀过程中相邻颗粒间互相妨碍、干扰，沉速大的颗粒也无法超越沉速小的颗粒，各自保持相对位置不变，颗粒群以整体向下速度沉降，并与上清液形成清晰的固液界面。压缩沉淀：颗粒间相互支撑，上层颗粒在重力作用下挤压下层颗粒间的间隙水，使污泥得到浓缩。 2、沉淀类型分析 1）自由沉淀： 假设颗粒为球形，由牛顿第二定律得： mdu/dtF1F2F3 。 带入整理得：u (gy)gd2/18， 即斯托克斯公式。,可见沉速u与g y以及d 2成正比，与成反比。但由于污水中的颗粒为非球形，直接采用斯托克斯公式

17、会油很大误差，需要修正。具体修正方法如下： 多个沉降柱试验法：见p63，沉降柱68个，d80100mm，h15002000mm，出水口位于1200mm处，出泥口在底部，进水SS浓度为C0，经沉淀t1 、t2、t3 ti tn时，分别在18号沉淀柱取水样100ml，得出水SS浓度C1 C8，沉速ui是指在沉淀时间ti内能从水面恰好下沉到水深H处的最小颗粒的沉淀速度。对于u ui的颗粒，可在时间ti内全部沉淀去除；而对u ui的颗粒，在时间ti内能否被沉淀去除取决于颗粒所在位置，因而此方法存在误差。,沉降柱修正试验法：试验方法同前，在每根沉降柱上开多个取样口，取H以上所有取样口的水样。 设水样中的

18、SS浓度为Ci，则出水中的剩余SS的比例为PiCi/C0，SS实际在ti时的去除率为1Pi，作的P0ut曲线，凡沉速utu0H/t的所有颗粒都可能去除，其去除率为1P0；而沉速utu0H/t的颗粒能被去除的比例为ut/u0，其在t时刻去除该颗粒的效率为ut/u0dp；故总去除率为(1P0)+ut/u0dp 。 所以% (100P0)+100/u0utdp 。 例题 （见p65例32）,2）絮凝沉淀 试验思路同前，柱略高略粗，取样口间距500mm，取样时间间隔5或10min，则SS在ti时的去除率为； (1 Ci/ C0 ) 100% 记算去除率，并记录与表中。,具体计算见例33，首先计算临界沉

19、速，后在图上作中间曲线，找出其与t时刻的交点，计算对应沉速，后计算去除率。 1 u1/ u0(1 2） u2/u0 (2 3）. 3)区域沉淀和压缩沉淀安排在第八章讲解。 3.理想沉淀池原理 从上面分析可以看出，沉淀理论与实际沉淀池的运动规律有所差距，为合理表征实际沉淀状态，提出了“理想沉淀池”概念。 理论假设条件： a.污水在池内沿水平方向作等速流动，速度为v。 b.在流入区颗粒沿AB断面均匀分布，并处于自由沉淀状 态，其水平分速等于v。,c.颗粒沉到池底即认为被去除。,1）平流式理想沉淀池 平流式理想沉淀池分流入区、流出区、沉淀区和底部的污泥区。从图中可以看出，必存在一种从A点进入、以流速

20、为u0 的颗粒，最后刚好在出水口D点沉入池底污泥区。根据几何相似原理，则u0/v=H/L，即u0vH/L。 所以凡沉速大于u0者全部沉入池底（代表I轨迹的颗粒）；凡沉速小于u0者、且在对角线AD以上者，均不能被去除（代表轨迹的颗粒）；凡沉速小于u0者、且在对角线AD以下者，仍可以被去除（代表虚线轨迹的颗粒）。 设沉速utut的颗粒质量为dP，则可被沉淀去除的量为ut/utdP，故总去除率(1P0)+1/u0utdp ，用百分数表示为% (100P0)+100/u0utdp，与前者分析推导结果相同，说明理论上是可行的。,将实际数据 Q、L、B、H带入，则颗粒在池内最长沉淀时间为：tL/v=H/

21、u0。沉淀池容积VQtHLB，因QHBL/tHA/t=A u0 。 故Q/A= u0 q。 Q/A的物理意义：在单位时间内通过沉淀池单位表面积的流量，即表面负荷率或溢流率，用q表示( m3/m2s 或m3/m2h)。表面负荷的数值等于颗粒沉速u0 。 由L/v=h/ut，hutL/v,则沉速ut为的颗粒去除率为： =h/H=utL/vH=ut/vH/L=ut/vHB/LB =ut/Q/A= ut/q=ut/u0 。 所以，平流式理想沉淀池的去除率取决于表面负荷及颗粒沉速ut ，而与t无关。,竖流式理想沉淀池（自学）。分析方法同前，但结果有 差距，p100p0 ）。 实际沉淀池与理想沉淀池之间的差距（自学） a.深度方向水流速度分布不均匀对去除率没有影响。 b.宽度方向水流速度分布不均匀是降低沉淀池去除率的主 要原因。 c.紊流对去除率的影响：减慢沉速，降低去除率；扰动底 部沉淀物，降低去除率。,三、沉砂池,功能和任务：去除比重比较大的无机颗粒（2.65，d 0.21mm，或65目的砂），以减轻对设备的磨损，降低或减轻构筑物（沉