環(huán)境工程化學(xué)

1、第二章環(huán)境工程基礎(chǔ)第一節(jié)第一節(jié)環(huán)境工程學(xué)概論環(huán)境工程學(xué)概論定義：定義：環(huán)境工程學(xué)是環(huán)境科學(xué)環(huán)境科學(xué)的一個分支。它主要研究運用工程技術(shù)和有關(guān)學(xué)科的原理和方法，保護(hù)和合理利用保護(hù)和合理利用自然資源自然資源，防治防治環(huán)境污染環(huán)境污染，以改善改善環(huán)境質(zhì)量環(huán)境質(zhì)量的學(xué)科。環(huán)境工程的主要內(nèi)容環(huán)境工程的主要內(nèi)容：包括大氣污染防治工程大氣污染防治工程、水污染防治工程水污染防治工程、固體廢物的處理和利用，以及噪固體廢物的處理和利用，以及噪聲控制聲控制等。環(huán)境工程學(xué)還研究環(huán)境污染綜合防治研究環(huán)境污染綜合防治的方法和方法和措施措施，以及利用系統(tǒng)工程方法以及利用系統(tǒng)工程方法，從區(qū)域的整體上從區(qū)域的整體上尋尋求解決環(huán)境

2、問題的最佳方案求解決環(huán)境問題的最佳方案。任務(wù)任務(wù)：保護(hù)環(huán)境保護(hù)人類保護(hù)環(huán)境保護(hù)人類第二節(jié)水污染控制工程第二節(jié)水污染控制工程n一、水的循環(huán)與水污染水的循環(huán)與水污染n水的主要作用與分布水的主要作用與分布n作用：作用：水是一切生命機(jī)體一切生命機(jī)體的組成物質(zhì)組成物質(zhì)，也是生命生命代謝活動代謝活動所必需的物質(zhì)必需的物質(zhì)，又是人類進(jìn)行生產(chǎn)活動人類進(jìn)行生產(chǎn)活動的重要資源重要資源。 n分布：分布：地球上的水分布在海洋、湖泊、沼澤、河海洋、湖泊、沼澤、河流、冰川、雪山，以及流、冰川、雪山，以及大氣大氣、生物體、土壤和地層、生物體、土壤和地層。n水的總量約為1.41013 m3，其中96.5%在海洋中，約覆蓋地球

3、總面積的70%。陸地上、大氣和生物體中的水只占很少一部分。n水的循環(huán)水的循環(huán)n水的循環(huán)分自然循環(huán)和社會循環(huán)。n自然循環(huán)：自然循環(huán)：在太陽能太陽能和地球表面熱能地球表面熱能的作用下，通過海洋、湖泊、河流海洋、湖泊、河流等廣大水面廣大水面以及土壤土壤表面表面、植物莖葉植物莖葉的蒸發(fā)蒸發(fā)與蒸騰作用形成水汽蒸騰作用形成水汽，進(jìn)入大氣，凝結(jié)為云，在風(fēng)的作用下，移動至各處。在適當(dāng)條件下又以雨、雪、雹雨、雪、雹等形式降落下來。n這些降落下來的水分，在陸地上以地表徑流地表徑流與地地下滲流下滲流等環(huán)節(jié)，最后進(jìn)入海洋最后進(jìn)入海洋。同時一部分又以地地面和水面的面和水面的蒸發(fā)蒸發(fā)以及植物的植物的蒸騰蒸騰又進(jìn)入大氣圈。

4、n水的這種在水圈，水圈，大氣圈大氣圈，巖石圈，生物圈，巖石圈，生物圈中進(jìn)行連續(xù)運動的過程，稱為水的自然循環(huán)。n水的社會循環(huán)水的社會循環(huán)：n是指人類社會為了滿足生活和生產(chǎn)的需求，需從各種天然水體天然水體中取用大量的水，經(jīng)人類生活或生產(chǎn)使用后，成為生活污水生活污水和生產(chǎn)廢水生產(chǎn)廢水，它們被排放出來，并最終又進(jìn)入又進(jìn)入天然水體天然水體。這樣水在社會中構(gòu)成的一個局部循環(huán)體系就叫做社會循環(huán)。n水的自然循環(huán)與社會循環(huán)之間互相關(guān)聯(lián)、互相影響形成了整個水循環(huán)系統(tǒng)整個水循環(huán)系統(tǒng)。n水污染水污染 ： 水體因某種物質(zhì)某種物質(zhì)的介入，而導(dǎo)致其化化學(xué)、物理、生物或者放射性學(xué)、物理、生物或者放射性等方面特性的改變特性的改

5、變，從而影響影響水的有效利用水的有效利用，危害危害人體健康人體健康或者破壞破壞生態(tài)生態(tài)環(huán)境環(huán)境，造成造成水質(zhì)惡化水質(zhì)惡化的現(xiàn)象。n分自然污染自然污染與人為污染人為污染。n根據(jù)污染雜質(zhì)污染雜質(zhì)的不同，可將水污染分為化學(xué)性污化學(xué)性污染染、物理性污染物理性污染和生物性污染生物性污染三大類。n 化學(xué)性污染化學(xué)性污染主要有n(1)無機(jī)有毒物質(zhì)無機(jī)有毒物質(zhì)，主要是重金屬Cd、Sb、Hg、Pb、Ga、As等，放射毒性元素有Po、Tl、Th、U、Pr、Ra等，有潛在影響的物質(zhì)。n(2)無機(jī)污染物無機(jī)污染物，包括酸、堿和一些無機(jī)鹽類等。n(3)有機(jī)化合物和烴類有機(jī)化合物和烴類包括烷烴、不飽和非芳香烴、芳烴、多環(huán)

6、芳烴(PAH)、二噁英及鹵代物等n(4) 需氧污染物質(zhì)需氧污染物質(zhì)，主要是生活污水、畜禽廢水和一些工業(yè)廢水中所含的碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪和酚、醇等有機(jī)廢水n(5) 植物營養(yǎng)物質(zhì)植物營養(yǎng)物質(zhì)，主要是生活污水、農(nóng)田排水和某些工業(yè)廢水中一定量的氮、磷等植物營養(yǎng)物質(zhì)。植物營養(yǎng)物質(zhì)會造成水體富營養(yǎng)化富營養(yǎng)化，破壞生態(tài)系統(tǒng)。n(6) 油類污染物質(zhì)油類污染物質(zhì)，主要來源于煉油廠和石油化工工業(yè)、海底石油開采、油輪洗艙以及大氣中碳?xì)浠衔锏某两档韧緩剑@些物質(zhì)會影響水質(zhì)與水環(huán)境，危害水生生物。物理性污染物理性污染n水體的物理性污染是指由物理因素物理因素引起的環(huán)境污染，如：n (1) 不溶性懸浮物污染不溶性懸浮

7、物污染，主要是影響水體透明度，減弱水生植物光合作用，減速少水中溶解氧；n (2) 熱污染熱污染，主要是熱電廠、核電站及各工業(yè)過程的冷卻水，熱污染使水溫升高，溶解氧含量降低，危害水生生態(tài)系統(tǒng)；n (3) 放射性輻射、電磁輻射放射性輻射、電磁輻射等。n 3 生物性污染生物性污染n 主要是指一些病原微生物、病毒和寄生蟲病原微生物、病毒和寄生蟲等通過各種途徑進(jìn)入水體造成的污染。n 生物污染對人類和其它生物的危害很大，防止水體中生物污染是環(huán)境工程中得大課題之一。n二、水的自凈能力和水環(huán)境容量二、水的自凈能力和水環(huán)境容量n水的自凈能力：水的自凈能力：受污染的水體受污染的水體，經(jīng)過水中物理、物理、化學(xué)與生物

8、作用化學(xué)與生物作用，使污染物濃度污染物濃度降低降低，并恢復(fù)恢復(fù)到污污染前的水平染前的水平，或建立建立一個新的平衡一個新的平衡，這種現(xiàn)象，稱為水的自凈能力。n當(dāng)進(jìn)入水體污染物的量水體污染物的量超過超過水體的自凈能力水體的自凈能力時，就會造成水體污染水體污染。n水環(huán)境容量水環(huán)境容量：是指在不影響水的正常用途不影響水的正常用途的情況下,水體所能容納容納的污染物的最大量污染物的最大量或自身調(diào)節(jié)凈自身調(diào)節(jié)凈化并保持生態(tài)平衡的能力化并保持生態(tài)平衡的能力的污染物量污染物量。n三、水質(zhì)指標(biāo)三、水質(zhì)指標(biāo)n水質(zhì)指標(biāo)大致可分為：n(1)物理指標(biāo)物理指標(biāo)如嗅味、溫度、渾濁度、電導(dǎo)率、透明度、顏色等n(2)化學(xué)指標(biāo)化學(xué)

9、指標(biāo)n(a)一般化學(xué)性指標(biāo)，如pH值、硬度、堿度、各種陰陽離子、總鹽量、一般有機(jī)物質(zhì)等n(b) 有毒性化學(xué)性水質(zhì)指標(biāo)如各種重金屬、有毒準(zhǔn)金屬、多環(huán)芳烴、各種農(nóng)藥等；n(c)氧平衡指標(biāo)如總耗氧量、化學(xué)耗氧量、生化耗氧量、總有機(jī)碳、高錳酸鉀指數(shù)、酚類等n(3)生物指標(biāo)生物指標(biāo)如細(xì)菌總數(shù)、大腸菌群、藻類等n(4)放射性指標(biāo)放射性指標(biāo)如總射線、總射線、鈾、鐳、釷等)n四、水處理的基本原理和方法四、水處理的基本原理和方法n(1) 給水處理給水處理通過必要的處理工藝，改善天然水源的水質(zhì)，使之符合飲用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。常見的給水處理工藝中包括：n1)去除顆粒物：方法有：混凝、沉淀、澄清、氣浮、過濾、篩濾（格柵、篩網(wǎng)

10、、微濾機(jī)、濾網(wǎng)濾芯過濾器等）膜分離（微濾、超濾）、沉砂（粗大顆粒的沉淀）、離心分離（旋流沉砂）等n2)去除、調(diào)整水中溶解（無機(jī)）離子、溶解氣體等：n方法有：石灰軟化、離子交換、地下水除鐵除錳、氧化還原、化學(xué)沉淀、膜分離等除無機(jī)離子等；對微生物污染水源，在消毒工藝前，還要增加臭氧氧化或活性炭吸附等工藝n(2) 廢水處理廢水處理n為了防止污染環(huán)境，破壞自然水體，工礦企業(yè)廢水及城市生活污水排放前必須進(jìn)行處理。在解決廢水問題前需遵從下列原則：n改革生產(chǎn)工藝，大力推進(jìn)清潔生產(chǎn)清潔生產(chǎn)，盡可能在生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程不用水或少用水不用水或少用水，盡量不用不用或少用少用易產(chǎn)生污染的原料、設(shè)備易產(chǎn)生污染的原料、設(shè)備

11、及生產(chǎn)方法及生產(chǎn)方法。生產(chǎn)中杜絕有毒有害廢水的產(chǎn)生杜絕有毒有害廢水的產(chǎn)生。如以無毒用料或產(chǎn)品取代有毒用料或產(chǎn)品。n重復(fù)重復(fù)利用廢水，盡量采用重復(fù)用水重復(fù)用水和循環(huán)用水環(huán)用水系統(tǒng)，使廢水排放量減到最少排放量減到最少。n含有劇毒物質(zhì)廢水，如含有一些重金屬、放射性物質(zhì)、重金屬、放射性物質(zhì)、高濃度酚、氰高濃度酚、氰等廢水應(yīng)與其他廢水分流分流，以便于處理和回收有用物質(zhì)。n一些流量大流量大而污染輕污染輕的廢水如冷卻廢水，不宜排入下水不宜排入下水道道，以免增加城市下水道和污水處理廠的負(fù)荷。這類廢水應(yīng)在廠內(nèi)經(jīng)適當(dāng)處理后循環(huán)使用。n(3)廢水常見的處理方法廢水常見的處理方法n 廢水物理處理法廢水物理處理法是通過

12、物理作用分離和去除廢水中不溶解不溶解的呈懸浮狀態(tài)懸浮狀態(tài)的污染物（包括油膜、油珠）的方法。處理過程中，污染物的化學(xué)性質(zhì)不發(fā)生變化。n 方法有：重力分離法（包括沉淀、上?。飧。┑萵離心分離法，使用設(shè)備有離心分離機(jī)、水旋分離器等n篩濾截留法，有柵篩截留和過濾兩種處理單元，前者使用格柵、篩網(wǎng)，后者使用砂濾池、微孔濾機(jī)等。n 還有廢水蒸發(fā)處理法、廢水氣液交換處理法、廢水高梯度磁分離處理法、廢水吸附處理法等。n 物理處理法的優(yōu)點：設(shè)備大都較簡單，操作方便，分離效果良好，故使用極為廣泛。n 廢水化學(xué)處理法廢水化學(xué)處理法：是通過化學(xué)反應(yīng)和傳質(zhì)作用來分離分離、去除、去除廢水中呈溶解、膠體狀態(tài)溶解、膠體狀態(tài)的

13、污染物或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化為無無害物質(zhì)害物質(zhì)的廢水處理法。n有氧化法、電解法、化學(xué)沉淀法、混凝法、電滲法、中和法等。n 廢水生物處理法廢水生物處理法是利用微生物的生命活動，對廢水中呈溶解態(tài)或膠體狀態(tài)溶解態(tài)或膠體狀態(tài)的有機(jī)污染物降解作用，降低降低水中氮氮、磷、磷等植物營養(yǎng)物質(zhì)的含量，從而使廢水得到凈化的一種處理方法。n 可分需氧需氧生物處理法生物處理法和厭氧厭氧生物處理法生物處理法兩種。需氧生物處理法有活性污泥法、生物膜法、氧化塘法、土地處理系統(tǒng)等。n在實際應(yīng)用中，廢水處理流程是由以上各種方法合理組合而成。n按照不同的處理程度處理程度，廢水的處理可分為一級處理一級處理、二級處理和三二級處理和三級處理級

14、處理。n污水一級處理污水一級處理：又稱污水物理處理物理處理，通過簡單的沉淀、過濾過濾或適當(dāng)?shù)钠貧馄貧?，以去除去除污水中的懸浮物懸浮物，調(diào)整調(diào)整pH值值及減輕污水的腐化程度的工藝過程。廢水經(jīng)過一級處理后一般仍達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)。n污水二級處理污水二級處理：污水經(jīng)一級處理后，再經(jīng)過具有活性污泥活性污泥的曝氣池曝氣池及沉淀池沉淀池的處理，使污水進(jìn)一步凈化的工藝過程，以除去一級處理后污水的懸浮物和膠體顆粒物或低濃度的有機(jī)物。n經(jīng)過二級處理后的污水，一般可以達(dá)到農(nóng)灌水的要求和廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。但在一定條件下仍可能造成天然水體的污染。n 污水三級處理污水三級處理：又稱深度處理，污水經(jīng)二級處理后，進(jìn)一步去除污水中的

15、其他污染成分（如；氮、磷、微細(xì)懸浮物、微量有機(jī)物和無機(jī)鹽等）的工藝處理過程。n主要方法有生物脫氮法、凝集沉淀法、砂濾法、硅藻土過濾法、活性炭過濾法、蒸發(fā)法、冷凍法、反滲透法、離子交換法和電滲析法等。n第三節(jié)固體廢物污染控制與資源化工程n第四節(jié)大氣污染控制工程n后面各章逐一講述第三章環(huán)境工程化學(xué)基礎(chǔ)第三章環(huán)境工程化學(xué)基礎(chǔ)n第一節(jié)主要無機(jī)污染物的物理、化學(xué)與生物性質(zhì)第一節(jié)主要無機(jī)污染物的物理、化學(xué)與生物性質(zhì)n一、無機(jī)酸、堿和鹽污染物無機(jī)酸、堿和鹽污染物n (1) 氰化物n 來源：來源：氰化物多數(shù)是人工制造的，但也有少量存在于天然物質(zhì)中，如苦杏仁、枇杷仁、桃仁、木薯和白果如苦杏仁、枇杷仁、桃仁、木薯

16、和白果等。污染環(huán)境的氰化物，主要來自工業(yè)生產(chǎn)主要來自工業(yè)生產(chǎn)。n煤焦化時，在干餾條件下碳與氨反應(yīng)，也產(chǎn)生氰化物。氰化物可用作工業(yè)生產(chǎn)的原料或輔料，如HCN用于生產(chǎn)聚丙烯腈纖維，氰化鈉用于金屬電鍍，礦石浮選，以及用于染料、藥品和塑料生產(chǎn)；氰化鉀用于白金的電解精煉，金屬的著色、電鍍，以及制藥等化學(xué)工業(yè)。這些工業(yè)部門的廢水都含有氰化物。n性質(zhì)：性質(zhì)：氫氰酸(HCN)是一種無色液體,密度為0.6876，熔點為14，沸點為26，易揮發(fā)，可溶于水、醇和醚中。其水溶液有苦杏仁臭味，臭味可感覺的最低濃度為0.001毫克/升。HCN的酸性是極弱的，不論在無水狀態(tài)或水溶液中的HCN，只有和少量無機(jī)酸或某些其他物質(zhì)

17、共存時才是穩(wěn)定的。 HCN受光照易分解為低毒的NH3、HCOOH、HOOCCOOH等。n除HCN外，NaCN、KCN也是氰污染物的初始形態(tài)，氰離子的一個重要特點是容易與某些金屬形成絡(luò)合物。n毒性：毒性：氰化物是劇毒物質(zhì)氰化物是劇毒物質(zhì)。nHCN人的口服致死量平均為50毫克，氰化鈉約100毫克，氰化鉀約120毫克。n簡單的氰化物經(jīng)口、呼吸道或皮膚進(jìn)入人體，極易被人體吸收。氰化物進(jìn)入胃內(nèi)，在胃酸的作用下，能立即水解為HCN而被吸收，進(jìn)入血液。n細(xì)胞色素氧化酶的Fe3+與血液中的氰根結(jié)合，生成氰化高鐵細(xì)胞色素氧化酶，使Fe3+喪失傳遞電子的能力，造成呼吸鏈中斷，細(xì)胞窒息死亡。n(2) 銨鹽、硝酸鹽和

18、亞硝酸鹽銨鹽、硝酸鹽和亞硝酸鹽n 來源：來源：銨鹽、硝酸鹽和亞硝酸鹽銨鹽、硝酸鹽和亞硝酸鹽是環(huán)境中常見的三類含氮污染物。n 未經(jīng)處理的生活污水中，它們會相繼發(fā)生氨化、亞硝化和硝化等反應(yīng)：n 由于NH4+-NH3形成的共軛酸堿對在水溶液具有如下平衡關(guān)系：在pH8時，主要是以無毒的NH4+存在，當(dāng)pH增高，NH3增多，毒性增強(qiáng)。RCHNH2COOHO2NH3O2HNO2O2HNO3NH3+H2ONH4OHNH4+OH-n性質(zhì)：性質(zhì)：NH3無色氣體,有刺激性惡臭味。分子量17.03。相對密度0.7714g/l。熔點-77.7。沸點-33.35。易溶于水。吸入少量對人體無害，可能過代謝作用從尿液和汗中

19、排出。n硝酸鹽硝酸鹽經(jīng)人體過量攝入后在腸道微生物作用轉(zhuǎn)變?yōu)閬喯跛猁}而產(chǎn)生毒性作用。n亞硝酸鹽亞硝酸鹽類食物中毒又稱腸原性青紫病、紫紺癥、烏嘴病，是指食入含亞硝酸鹽類植物中毒。n亞硝酸鹽是一種潛在的致癌物質(zhì)，可以促胺類物質(zhì)反應(yīng)生成致癌的亞硝胺類物質(zhì)，它可誘發(fā)人體胃癌、肝癌、食道癌等疾病，過量或長期食對人的身體會造成危害，所以，國家對食品中亞硝酸鹽的含量有嚴(yán)格的限制。n(3) 硫化物硫化物n 來源：來源：硫化氫一般作為某些化學(xué)反應(yīng)某些化學(xué)反應(yīng)和蛋白質(zhì)自然分解蛋白質(zhì)自然分解過程的產(chǎn)物以及某些天然物的成分和雜質(zhì)，而經(jīng)常存在于多種生產(chǎn)過程中以及自然界中。如采礦和有色金屬冶煉。煤的低溫焦化，含硫石油開采、

20、提煉，橡膠、制革、染料、制糖等工業(yè)中都有硫化氫產(chǎn)生。開挖和整治沼澤地、溝渠、印染、下水道、隧道以及清除垃圾、糞便等作業(yè)，還有天然氣、火山噴氣、礦泉中也常伴有硫化氫存在。n 在水體沉積物和土壤深層，硫酸根參與下的硫酸還原菌硫酸根參與下的硫酸還原菌降解有機(jī)物降解有機(jī)物，會發(fā)生生物還原反應(yīng)生成H2S及其它一些中間價態(tài)的硫化物，如SO32-和S2O32-等，與環(huán)境介質(zhì)中其它金屬離子反應(yīng)生成鹽。n 性質(zhì)性質(zhì)：常溫下為無色氣體，有刺激性（臭雞蛋）的有毒氣味，熔點：-85.5，-60.4，溶于水、乙醇。溶于水（溶解比例1:2.6）稱為氫硫酸，是一二元弱酸，對水泥、Cu、Pb、Fe等金屬有腐蝕作用。n在空氣中點燃生成二氧化硫和水: 2H2S + 3O2 2SO2 + 2H2O (火焰為藍(lán)色)(條件是點燃)。若空氣不足或溫度較低時則生成單質(zhì)硫和水。n在好氧水體或土壤環(huán)境中H2S在微生物作用下，被氧化：n毒性與臨床表現(xiàn)毒性與臨床表現(xiàn)H2S會細(xì)胞中的氧反應(yīng)，阻止氧與人體內(nèi)細(xì)胞色素、氧化酶等中的二硫鍵發(fā)生作用，從而影響細(xì)胞氧化過程，造成組織缺氧。n急性硫化氫中毒一般發(fā)病迅速，出現(xiàn)以腦和（或）呼吸系統(tǒng)損害為主的臨床表現(xiàn)，亦可伴有心臟等器官功能障礙。2H2S+O22H2O+2S2H2S+2O22H+SO42-n(4