2第一章環(huán)境工程學

第一篇水質(zhì)凈化與水污染控制工程

第一章

水質(zhì)與水體自凈

一、地球上水的分布※概述

水是地球上最豐富的化合物，約占地球外層五公里地殼中的50%，覆著地球71%的表面積，其平均深度達到3.8km，總量約有1.36×109km3?！澜绲乃Y源及其特點：不能被直接利用的海水占總水量的97.2%；人類可以利用的河水、淡水湖及淺層地下水，大約為總水量的0.2%，約為3×106km3；由于世界各地的水文、氣象條件的差異，地區(qū)和季節(jié)的不同，水的分布也極不均衡，這造成一些地區(qū)嚴重缺水。第一節(jié)水的循環(huán)與污染我國水資源的特點總量大，人均量少；水量在地區(qū)上分布不平衡；水量在時程分配上很不均勻；水土資源組合不相適應(yīng)；水的循環(huán)形式-自然循環(huán)自然循環(huán)（1）基本動力：重力、太陽輻射（2）過程：蒸發(fā)（植物蒸騰）、水汽輸送、降水、下滲、地表地下徑流

水循環(huán)水的循環(huán)——社會循環(huán)社會循環(huán)：

定義：人類社會為了滿足生活、生產(chǎn)的需要，從各種天然水體中取用大量的水，經(jīng)過使用后的水被排放出來，最終又流入天然水體的過程，構(gòu)成了一個局部的循環(huán)體系。

社會循環(huán)分水嶺水源（流域）集水系統(tǒng)（水庫）輸水系統(tǒng)處理系統(tǒng)（過濾廠）配水系統(tǒng)（管網(wǎng)）處理系統(tǒng)（軟化系統(tǒng)或除鐵系統(tǒng)）集水系統(tǒng)（井群）蓄水池水源（地下水）供水資源系統(tǒng)概況圖社會循環(huán)廢水來源現(xiàn)場處理廢水收集輸送和提升處理處理或再利用社會循環(huán)水污染水體受到人類或自然因素（或因子）的影響，使水的感官性狀、物理化學性能、化學成分、生物組成及底質(zhì)情況等惡化。從水污染控制的角度看：當水中存在有一種或多種影響了水的有益用途的物質(zhì)時，即發(fā)生了水污染。換句話說，當水體由于水質(zhì)的關(guān)系不能發(fā)揮其正常功能時，我們認為該水體被污染了。

水污染1981年3月1991年2月2001年2月Ⅴ類Ⅳ類Ⅲ類Ⅱ類太湖20年來各類水質(zhì)分布變化（1981－2001年）引自：中科院南京地理與湖泊研究所淮河污染“五十年代淘米洗菜，六十年代洗衣灌溉，七十年代水質(zhì)變壞，八十年代魚蝦絕代，九十年代身心受害?！彼廴镜姆诸悺瘜W性污染①無機污染物質(zhì)：酸堿及無機鹽的污染②無機有毒物質(zhì)：受重金屬等污染，如砷、鉻、鎘、氰化物等③有機有毒物質(zhì)：有機農(nóng)藥、多環(huán)芳烴等④需氧污染物質(zhì)：碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪等；⑤植物營養(yǎng)物質(zhì)：氮磷等，導(dǎo)致富營養(yǎng)化⑥油類污染物質(zhì)：石油化工物質(zhì)水污染的分類——化學性污染重金屬水污染的分類——化學性污染有機、需氧物質(zhì)

有機物排入水體后，在溶解氧存在條件下，由于好氧微生物的作用被降解，同時合成新細胞，消耗水中的溶解氧。若好氧作用大于復(fù)氧作用，則水體會出現(xiàn)“黑臭”現(xiàn)象。水污染的分類——化學性污染植物性營養(yǎng)物質(zhì)氮、磷、硫均屬于植物營養(yǎng)素。當它們隨污水排入水體后，會發(fā)生一系列轉(zhuǎn)化作用，一部分可能會沉積于水底，一部分被微生物和藻類利用，使水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象加劇。在緩流水體中，這一現(xiàn)象特別明顯。隔絕水面與大氣間的復(fù)氧，加上藻類自身死亡與腐化，消耗溶解氧，使水體溶氧含量迅速降低。藻類堵塞魚鰓與缺氧，造成魚類窒息死亡。死亡的藻類與魚類不斷沉積于水體底部，逐漸淤積，最終導(dǎo)致水體演變成沼澤或旱地。

水污染的分類——化學性污染水污染的分類——化學性污染水污染的分類——物理性污染①懸浮物質(zhì)污染：懸浮物指水中含有的不溶性物質(zhì)，包括固體物質(zhì)和泡沫②熱污染：來自熱電廠的尾水，使水溫升高，DO降低，有毒物質(zhì)毒性增強等；③放射性污染：各種射線（α、γ）和放射源（鈷60等）水污染的分類——物理性污染高溫高溫廢水排入水體后，將使水體水溫升高，物理性質(zhì)發(fā)生變化，危害水生生物的繁殖與生長，稱為水體的熱污染。其后果是：①飽和溶解氧降低，氧虧量減少，復(fù)氧速率減慢；②水生生物的耗氧速率加快，加速了水體中溶解氧的消耗，造成魚類和水生生物的窒息死亡；③導(dǎo)致水體的化學反應(yīng)速率加快，引起水體的物理化學性質(zhì)發(fā)生變化；④使水體中細菌的繁殖加速，造成給水處理的費用增加；⑤加速藻類的繁殖，從而加快水體富營養(yǎng)化進程。

水污染的分類——物理性污染色度城市污水，特別是有色工業(yè)廢水排入水體后，使水體產(chǎn)生色度，引起感官性狀的變化。其后果是：使水體色度增加，降低透光性，影響水生生物的光合作用，抑制其生長，妨礙水體的自凈作用。水污染的分類——物理性污染“紅河”“黑龍江”“藍色的多瑙河”水污染的分類——物理性污染固體物質(zhì)包括懸浮固體和溶解固體。水體受懸浮固體污染后，產(chǎn)生的危害是：與色度危害相似；堵塞魚鰓；消耗水體溶解氧；造成底泥積累與腐化。水體受溶解固體污染后，產(chǎn)生的危害是：使溶解性無機鹽濃度增加。水污染的分類——生物性污染病原微生物：細菌、病毒等，如SARS.病原微生物數(shù)量多，分布廣，存活時間長，繁殖速度快，可隨水流傳播疾病。當人們飲用含病原微生物的水后，會患上傳染病，因此必須重視病原微生物的污染。非典病毒廢水的分類據(jù)廢水的來源:生活廢水（domestic)工業(yè)廢水(industrial)據(jù)污染物的化學類別:有機廢水(organic)無機廢水(inorganic）按廢水產(chǎn)生的工藝:焦化廢水、冶金廢水、制藥廢水、食品廢水、印染廢水、啤酒廢水等第二節(jié)水質(zhì)指標與水質(zhì)標準水質(zhì)：水及其雜質(zhì)的共同表現(xiàn)雜質(zhì)的分類懸浮物質(zhì)：大于分子尺寸，懸浮于水中；＞1微米溶解物質(zhì)：由分子和離子組成，與水分子相混合；＜10-3膠體物質(zhì)：介于懸浮物質(zhì)和溶解物質(zhì)之間；1~10-3水質(zhì)指標水質(zhì)指標——物理指標溫度、色度、濁度、固體物質(zhì)、電導(dǎo)率等水質(zhì)指標——化學指標一般指標：pH、硬度、離子含量有毒指標：重金屬、氰化物等氧平衡指標：溶解氧（DO）、化學需氧量（COD）生化需氧量（BOD）、總需氧量（TOD）等水質(zhì)指標——生物學指標細菌總數(shù)、大腸菌總數(shù)、病毒數(shù)等濁度-turbidity

表示水中不溶解性物質(zhì)對光線透過時產(chǎn)生的阻礙程度；在水質(zhì)分析中規(guī)定，1L水中含有1mgSiO2所構(gòu)成的濁度為一個標準濁度單位，簡稱1度使用濁度計來測量固體

固體污染物是指廢水中在103℃~105℃時不能蒸發(fā)的所有物質(zhì)，稱為總固體:溶解性固體(DS);懸浮性固體(SS)二者區(qū)分是用特制的微孔濾膜（孔徑0.45μm）來過濾，能透過的為溶解性固體，被膜截留的為懸浮性固體。懸浮固體:可沉降固體：能在1小時內(nèi)靠重力沉降的固體

難沉降固體：1小時內(nèi)不能沉降的稱難沉降固體固體例1-1p20根據(jù)其揮發(fā)性能，分為揮發(fā)性固體（VS）和固定性固體（FS）揮發(fā)性固體:600℃時，將蒸發(fā)干燥后的固體灼燒而失去的質(zhì)量，代表有機物的含量廢水中固體污染物的多少用單位體積的水中所含質(zhì)量表示，即質(zhì)量濃度，單位一般為mg/L。使用中需要指明是哪一種固體。

需氧量化學需氧量（COD）：

用化學氧化劑氧化分解廢水中的有機物，用所消耗的氧化劑中的氧來表示有機物的多少，單位仍為mg/L。

常用的氧化劑有K2Cr2O7和KMnO4，分別用CODCr和CODMn表示。需氧量化學需氧量（COD）：

CODCr和CODMn所適用的范圍不同?CODCr是否代表水中所有的有機物質(zhì)?需氧量生物化學需氧量（BOD）：表示在一定條件下（20

C），單位體積廢水中所含的有機物被微生物完全分解所消耗的分子氧的數(shù)量。單位為mg（氧）/L（廢水）。常有BOD5和BOD20，表示作用天數(shù)。測定比較準確，為什么？自學p26～31需氧量生物化學需氧量（BOD）：測定方法-P28BOD5=0.7TOD需氧量總需氧量（TOD）：

在900℃下，以鉑為催化劑，使水樣汽化燃燒，然后測定氣體載體中氧的減少量，作為有機物完全氧化所需的氧量，稱為總需氧量；BOD與TOD的關(guān)系：生化反應(yīng)動力學P29?BOD動力學：用來描述BOD與時間關(guān)系的數(shù)學公式為BOD動力學。可表達如下：

（1-1）積分：（1-2）式中：L0——廢水中BOD濃度，mg/LK1——耗氧常數(shù)，20℃時K1=0.1d-1

T——測定時間，d

生化反應(yīng)動力學則經(jīng)過t時間反應(yīng)消耗的溶解氧量（BODt）為：

（1-4）若在20℃、t=5d時，則

（1-3）式（1-4）表明5日生化需氧量占第一階段生化需氧量的68%。

生化反應(yīng)動力學為何常用BOD5廢水中有機物氧化可分為兩個階段：一是碳化階段需氧量，即第一階段需氧量，即BOD；二是氮氧化的需氧量，為硝化階段需氧量，又稱第二階段需氧量。兩階段需氧量曲線生化反應(yīng)動力學硝化細菌屬于自養(yǎng)型生長緩慢，需要有機物徹底消減，因此一般要7天以后發(fā)生BOD5具有準確性水質(zhì)標準水質(zhì)標準分類（1）、國家正式頒布的統(tǒng)一規(guī)定（2）、各用水部門或設(shè)計等單位的要求常用水質(zhì)標準（1）、飲用水水質(zhì)標準（GB5749-85）（p23、24)（2）、地面水環(huán)境質(zhì)量標準（GB3838-2002）：5類（p25)（3）、污水綜合排放標準（GB8978-1996）：（p26、27）（4）、工業(yè)用水水質(zhì)要求（p28）第三節(jié)廢水的成分與性質(zhì)污染源：指釋放或排放污染物的來源場所或進入途徑。分類：根據(jù)分布特征和稀釋方式可劃分為①點源：城市、工廠、船只等等；②面源：農(nóng)業(yè)徑流③擴散源：酸雨等

點源廢水的概念從污染源排放出來的攜帶各種污染物的水。包括生活污水、工業(yè)廢水、被污染的雨水和排入城市排水系統(tǒng)的其它污染水的總稱。其中工業(yè)廢水又分為生產(chǎn)污水和生產(chǎn)廢水生活污水與生產(chǎn)污水合稱城市污水。

廢水的概念廢水的類型——生活污水?來源：居住區(qū)、商業(yè)區(qū)、公用設(shè)施等；?特性：a.具有明顯的日周期和季節(jié)性變化；b.隨地區(qū)和生活習慣不同而異；c.與生活水平有關(guān)（供、排水設(shè)施等）?居住區(qū)生活污水量的確定平均日生活污水量=污水量標準×設(shè)計人口數(shù)

廢水的類型——生活污水通常情況下，污水處理廠的處理規(guī)模指平均日流量，設(shè)計流量指最大流量。對分流制系統(tǒng)應(yīng)考慮雨水滲入，一般可達25~30%，少時約10~15%。常用的污水量標準和總變化系數(shù)見表廢水的類型——生活污水廢水的類型——生活污水?生活污水：有色、渾濁、具惡臭、呈微堿性，有機雜質(zhì)占60%以上，干固體約0.1~0.2%，有些含致病菌。?城市污水：同生活污水，但有工業(yè)廢水排入。?水質(zhì)的確定：采用污染物人口負荷數(shù)進行估算污染負荷=NF（設(shè)計人口數(shù)×單位污染物負荷系數(shù)）單位污染物負荷系數(shù)指每人每日排放某種污染物的重量（g/人.日）

廢水的類型——工業(yè)廢水①特性：隨種類、規(guī)模、生產(chǎn)工藝流程及管理水平等的不同而不同。②幾種實測流量的方法?流量計?計量槽?計量堰?示蹤劑法?根據(jù)供水量或?qū)嶋H用水量估算污水量

廢水的類型——工業(yè)廢水廢水的類型——工業(yè)廢水工業(yè)廢水命名法：①根據(jù)行業(yè)命名（如味精廢水、啤酒廢水）②按主要污染物命名（如含酚廢水、含鉻廢水）水質(zhì)：通常為實測（逐時監(jiān)測水質(zhì)、不同排污點測定水質(zhì)等）或采用人口當量p-45第四節(jié)水的自凈作用與水環(huán)境容量一、河流污染過程1、污染惡化2、水體自凈二、水體的自凈作用1、定義

2、水體自凈的基本規(guī)律

水體污染

體現(xiàn)在下述幾方面：DO下降、低毒性變高毒性、低濃度變高濃度。對水生生物的影響：

?生物積累：同一生物體在其整個代謝活躍期的不同階段，機體內(nèi)來自環(huán)境的元素或難分解物質(zhì)的濃度不斷增大的現(xiàn)象。?生物放大：元素或難分解物質(zhì)在生物體內(nèi)的濃度隨營養(yǎng)級（食物鏈）逐級增大的現(xiàn)象。?生物富集：生物機體通過對環(huán)境中元素或難分解物質(zhì)的濃縮，使機體內(nèi)的濃度高于環(huán)境濃度的現(xiàn)象。水體自凈水體自凈——定義

污染物隨污水排入水體后，經(jīng)過物理的、化學的與生物化學的作用，使污染的濃度降低或總量減少，受污染的水體部分的或完全的恢復(fù)原狀的現(xiàn)象。水體自凈——原理1.物理作用：稀釋（對流、擴散）、混合、沉淀與揮發(fā)2.化學作用：氧化還原、酸堿反應(yīng)、吸附凝聚3.

生物化學凈化：分解、轉(zhuǎn)化水體自凈水體混合稀釋

p47~48，公式1-27生物凈化的作用?水體中溶解氧的動態(tài)變化（氧垂曲線）?耗氧作用?復(fù)氧作用（三個來源）?氧垂曲線方程（S-P模型）（p50～51，自學及應(yīng)用）生物凈化的作用?水體中溶解氧的來源1、原本含有的2、大氣復(fù)氧3、水生植物光合作用產(chǎn)生氧垂曲線微生物數(shù)量變化曲線污水第五節(jié)水處理的基本原則與方法?給水處理的基本方法常規(guī)工藝包括：混凝、沉淀、過濾、消毒

其目的是經(jīng)過處理后去除水中的懸浮固體、變革水中溶解物質(zhì)，使水源水的水質(zhì)達到飲用水標準。整個系統(tǒng)為：取水（送水）構(gòu)筑物凈化廠（設(shè)備）輸水管用戶

給水處理流程廢水處理目的及流程其目的是經(jīng)過處理后去除廢水中的污染物，使達到排放要求，從而減小對受納水體和周圍環(huán)境的危害。整個系統(tǒng)為：污染源廢水收集輸送系統(tǒng)污水處理系統(tǒng)排放系統(tǒng)

第五節(jié)水處理的基本原則與方法廢水處理的基本原則改革工藝、減少廢物排放量，如：清潔生產(chǎn)重復(fù)利用廢水，如：中水回用；回收有用物質(zhì)；變廢為寶對廢水進行妥善處理：達標排放廢水處理的經(jīng)濟性，技術(shù)先進性廢水處理程度的確定按水體水質(zhì)要求：如新區(qū)污水廠排入京杭運河按處理廠能達到的處理程度；經(jīng)濟性要求考慮水體的稀釋和自凈能力：自學p58例題1-7

排水系統(tǒng)的分類?合流制：雨水、污水共用同一排水系統(tǒng)收集與輸送?分流制：雨、污分流（常用）?截流式合流制：將初雨徑流截流后與污水混合，其余雨水采用單一排水系統(tǒng)

排入天然水體：河流、湖泊、海洋城市回收利用：城市綠地、水景、中水回用工業(yè)回用灌溉：農(nóng)田、果園地下水回灌：提高地下水位，防止地面沉降，利用土壤自凈人工娛樂場所廢水的出路廢水處理的基本方法1、物理法：懸浮態(tài)物質(zhì)的去除2、化學法：去除溶解性物質(zhì)和膠體物質(zhì)3、物化法：去除和回收利用溶解性及膠體物質(zhì)4、生物法：去除有機物（懸浮、膠體、溶解）物理法沉淀——沉砂池、沉淀池

重力分離法浮上法——氣浮、隔油池

離心分離法——離心機、水力旋流分離機篩、柵——格柵、篩網(wǎng)

過濾截留法

過濾——砂濾池、微濾機

磁分離、蒸發(fā)、結(jié)晶

化學法混凝——混凝反應(yīng)池中和——混合反應(yīng)池氧化還原——電解、硫化物還原法等消毒化學沉淀——氫氧化物、硫化物沉淀法

物理化學法氣體傳遞——吹脫、曝氣萃取吸附膜分離——電滲析、反滲透、超濾等離子交換

生物法廢水的分級處理法廢水的分級處理法高濃度有機廢水的典型處理流程9、春去春又回，新桃換舊符。在那桃花盛開的地方，在這醉人芬芳的季節(jié)，愿你生活像春天一樣陽光，心情像桃花一樣美麗，日子像桃子一樣甜蜜。2月-252月-25Thursday,February27,202510、人