2第一章环境工程学

1、 一、 地球上水的分布概述概述 水是地球水是地球上最丰富的化合物，约占地球外层五公里地壳中的上最丰富的化合物，约占地球外层五公里地壳中的50%，覆着地球，覆着地球71%的表面积，其平均深度达到的表面积，其平均深度达到3.8 km，总量约有，总量约有1.36109 km3 。世界的水资源及其特点：世界的水资源及其特点：不能被直接利用的海水占总水量的不能被直接利用的海水占总水量的97.2%；人类可以利用的河水、淡水湖及浅层地下水，大约为总水量的人类可以利用的河水、淡水湖及浅层地下水，大约为总水量的0.2%，约为，约为3106 km3 ；由于世界各地的水文、气象条件的差异，地区和季节的不同，水的分布

2、也极不均衡，由于世界各地的水文、气象条件的差异，地区和季节的不同，水的分布也极不均衡，这造成一些地区严重缺水。这造成一些地区严重缺水。第一节 水的循环与污染我国水资源的特点u总量大，人均量少；总量大，人均量少；u水量在地区上分布不平衡；水量在地区上分布不平衡；u水量在时程分配上很不均匀；水量在时程分配上很不均匀；u水土资源组合不相适应；水土资源组合不相适应；水的循环形式-自然循环自然循环自然循环（1）基本动力：）基本动力：重力、太阳辐射重力、太阳辐射（2）过程）过程：蒸发（植物蒸腾）、水汽输送、降蒸发（植物蒸腾）、水汽输送、降水、下渗、地表地下径流水、下渗、地表地下径流 水循环水的循环社会循环

3、社会循环：社会循环： 定义：人类社会为了满足生活、生产的需要，从各种天然水体中取用大量的水，经定义：人类社会为了满足生活、生产的需要，从各种天然水体中取用大量的水，经过使用后的水被排放出来，最终又流入天然水体的过程，构成了一个局部的循环体系过使用后的水被排放出来，最终又流入天然水体的过程，构成了一个局部的循环体系。 社会循环分水岭水源（流域）集水系统（水库）输水系统处理系统（过滤厂）配水系统（管网）处理系统（软化系统或除铁系统）集水系统（井群）蓄水池水源（地下水）供水资源系统概况图社会循环社会循环图1-2 水的社会循环静水站雨水地面或地下水源取水站净化厂生活用水设备污水处理厂 生产用水设备（1

4、）给水管网排水管网生产用水设备（2）废水处理从厂直流系统（1）自然水体或土壤排放渠直流系统（2）给水工程（用水）排水工程（废水）输水管接续系统水污染 水体受到人类或自然因素（或因子）的影响，使水的感官性状、物理化学性能、化学成分、生物组成及底质情况等恶化。 从水污染控制的角度看：当水中存在有一种或多种影响了水的有益用途的物质时，即发生了水污染。换句话说，当水体由于水质的关系不能发挥其正常功能时，我们认为该水体被污染了。 水污染1981年年3月月1991年年2月月2001年年2月月类类类类太 湖 2 0 年 来 各 类 水 质 分 布 变 化（19812001年）引自：中科院南京地理与湖泊研究所

5、引自：中科院南京地理与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，七五十年代淘米洗菜，六十年代洗衣灌溉，七十年代水质变坏，八十年代鱼虾绝代，九十年十年代水质变坏，八十年代鱼虾绝代，九十年代身心受害。代身心受害。”水污染的分类化学性污染无机污染物质：酸碱及无机盐的污染无机有毒物质：受重金属等污染，如砷、铬、镉、氰化物等有机有毒物质：有机农药、多环芳烃等需氧污染物质：碳水化合物、蛋白质、脂肪等；植物营养物质：氮磷等，导致富营养化油类污染物质：石油化工物质水污染的分类化学性污染u重金属重金属水污染的分类化学性污染u有机、需氧物质有机、需氧物质 有机物排入水体后，在溶解氧存在条件下，由于有

6、机物排入水体后，在溶解氧存在条件下，由于好氧微生物的作用被降解，同时合成新细胞，消耗好氧微生物的作用被降解，同时合成新细胞，消耗水中的溶解氧。若好氧作用大于复氧作用，则水体水中的溶解氧。若好氧作用大于复氧作用，则水体会出现会出现“黑臭黑臭”现象。现象。水污染的分类化学性污染u 植物性营养物质植物性营养物质氮、磷、硫均属于植物营养素。当它们随污水排入水体后，会发氮、磷、硫均属于植物营养素。当它们随污水排入水体后，会发生一系列转化作用，一部分可能会沉积于水底，一部分被微生生一系列转化作用，一部分可能会沉积于水底，一部分被微生物和藻类利用，使水体物和藻类利用，使水体富营养化富营养化现象加剧。在缓流水

7、体中，这现象加剧。在缓流水体中，这一现象特别明显。一现象特别明显。隔绝水面与大气间的复氧，加上藻类自身死亡与腐化，消耗溶解隔绝水面与大气间的复氧，加上藻类自身死亡与腐化，消耗溶解氧，使水体溶氧含量迅速降低。藻类堵塞鱼鳃与缺氧，造成鱼氧，使水体溶氧含量迅速降低。藻类堵塞鱼鳃与缺氧，造成鱼类窒息死亡。死亡的藻类与鱼类不断沉积于水体底部，逐渐淤类窒息死亡。死亡的藻类与鱼类不断沉积于水体底部，逐渐淤积，最终导致水体演变成沼泽或旱地。积，最终导致水体演变成沼泽或旱地。 水污染的分类化学性污染水污染的分类化学性污染水污染的分类物理性污染悬浮物质污染： 悬浮物指水中含有的不溶性物质，包括固体物质和泡沫热污染

8、：来自热电厂的尾水，使水温升高，DO降低，有毒物质毒性增强等；放射性污染：各种射线（、）和放射源（钴60等）水污染的分类物理性污染u 高温高温 高温废水排入水体后，将使水体水温升高，物理性质发生变化，高温废水排入水体后，将使水体水温升高，物理性质发生变化，危害水生生物的繁殖与生长，称为水体的热污染。危害水生生物的繁殖与生长，称为水体的热污染。 其后果是：饱和溶解氧降低，氧亏量减少，复氧速率减慢；其后果是：饱和溶解氧降低，氧亏量减少，复氧速率减慢；水生生物的耗氧速率加快，加速了水体中溶解氧的消耗，造成水生生物的耗氧速率加快，加速了水体中溶解氧的消耗，造成鱼类和水生生物的窒息死亡；导致水体的化学反

9、应速率加快，鱼类和水生生物的窒息死亡；导致水体的化学反应速率加快，引起水体的物理化学性质发生变化；使水体中细菌的繁殖加速，引起水体的物理化学性质发生变化；使水体中细菌的繁殖加速，造成给水处理的费用增加；加速藻类的繁殖，从而加快水体富造成给水处理的费用增加；加速藻类的繁殖，从而加快水体富营养化进程。营养化进程。 水污染的分类物理性污染u 色度色度 城市污水，特别是有色工业废水排入水体后，使水体产生色度，引城市污水，特别是有色工业废水排入水体后，使水体产生色度，引起感官性状的变化。起感官性状的变化。 其后果是：使水体色度增加，降低透光性，影响水生生物的光合作其后果是：使水体色度增加，降低透光性，影

10、响水生生物的光合作用，抑制其生长，妨碍水体的自净作用。用，抑制其生长，妨碍水体的自净作用。水污染的分类物理性污染“红河红河”“黑龙江黑龙江”“蓝色的多瑙河蓝色的多瑙河”水污染的分类物理性污染u 固体物质固体物质包括悬浮固体和溶解固体。包括悬浮固体和溶解固体。 水体受悬浮固体污染后，产生的危害是：与色度危害相似；堵塞鱼水体受悬浮固体污染后，产生的危害是：与色度危害相似；堵塞鱼鳃；消耗水体溶解氧；造成底泥积累与腐化。鳃；消耗水体溶解氧；造成底泥积累与腐化。 水体受溶解固体污染后，产生的危害是：使溶解性无机盐浓度增加。水体受溶解固体污染后，产生的危害是：使溶解性无机盐浓度增加。 水污染的分类生物性污

11、染病原微生物：细菌、病毒等，如病原微生物：细菌、病毒等，如SARS. 病原微生物数量多，分布病原微生物数量多，分布广，存活时间长，繁殖速度快，可随水流传播疾病。当人们饮广，存活时间长，繁殖速度快，可随水流传播疾病。当人们饮用含病原微生物的水后，会患上传染病，因此必须重视病原微用含病原微生物的水后，会患上传染病，因此必须重视病原微生物的污染。生物的污染。 非非典典病病毒毒废水的分类据废水的来源据废水的来源:生活废水（生活废水（domestic) 工业废水工业废水 (industrial)据污染物的化学类别据污染物的化学类别:有机废水有机废水(organic) 无机废水无机废水(inorganic

12、）按废水产生的工艺按废水产生的工艺:焦化废水、冶金废水、制药废水、食品废水、印染废水、焦化废水、冶金废水、制药废水、食品废水、印染废水、啤酒废水等啤酒废水等第二节 水质指标与水质标准u水质：水及其杂质的共同表现水质：水及其杂质的共同表现u杂质的分类杂质的分类悬浮物质：大于分子尺寸，悬浮于水中；悬浮物质：大于分子尺寸，悬浮于水中； 1微米微米溶解物质：由分子和离子组成，与水分子相混合；溶解物质：由分子和离子组成，与水分子相混合； 10-3胶体物质：介于悬浮物质和溶解物质之间；胶体物质：介于悬浮物质和溶解物质之间；1 10-3水质指标u水质指标水质指标物理指标物理指标温度、色度、浊度、固体物质、电

13、导率等温度、色度、浊度、固体物质、电导率等u水质指标水质指标化学指标化学指标一般指标：一般指标：pH、硬度、离子含量、硬度、离子含量有毒指标：有毒指标：重金属、氰化物等重金属、氰化物等氧平衡指标：氧平衡指标：溶解氧（溶解氧（DO）、化学需氧量（）、化学需氧量（COD） 生化需氧量（生化需氧量（BOD）、总需氧量（）、总需氧量（TOD）等）等u水质指标水质指标生物学指标生物学指标细菌总数、大肠菌总数、病毒数等细菌总数、大肠菌总数、病毒数等浊度-turbidity 表示水中不溶解性物质对光线透过时产生的阻碍程度； 在水质分析中规定，1 L水中含有1 mgSiO2所构成的浊度为一个标准浊度单位，简称

14、1度 使用浊度计来测量固体 固体污染物是指废水中在固体污染物是指废水中在 103 105 时不能蒸发的所有物质，时不能蒸发的所有物质，称为称为总固体总固体:溶解性固体溶解性固体(DS); 悬浮性固体悬浮性固体(SS)二者区分是用特制的微孔滤膜（孔径二者区分是用特制的微孔滤膜（孔径0.45 m）来过滤，能透过）来过滤，能透过的为溶解性固体，被膜截留的为悬浮性固体。的为溶解性固体，被膜截留的为悬浮性固体。 悬浮固体悬浮固体: 可沉降固体：可沉降固体：能在能在1小时内靠重力沉降的固体小时内靠重力沉降的固体 难沉降固体：难沉降固体：1小时内不能沉降的称难沉降固体小时内不能沉降的称难沉降固体 固体 例1

15、-1 p20 根据其挥发性能，分为挥发性固体（根据其挥发性能，分为挥发性固体（VS）和固定性固体）和固定性固体（FS）挥发性固体挥发性固体: 600时，将蒸发干燥后的固体灼烧而失去的质量，时，将蒸发干燥后的固体灼烧而失去的质量，代表有机物的含量代表有机物的含量废水中固体污染物的多少用单位体积的水中所含质量表示，即质废水中固体污染物的多少用单位体积的水中所含质量表示，即质量浓度，单位一般为量浓度，单位一般为mg/L。使用中需要指明是哪一种固体。使用中需要指明是哪一种固体。 需氧量 用化学氧化剂氧化分解废水中的有机物，用所消耗的氧化剂中的氧来表示有机物的多少，单位仍为mg/L。 常用的氧化剂有K2

16、Cr2O7和KMnO4，分别用CODCr 和CODMn表示。需氧量 CODCr 和CODMn所适用的范围不同?CODCr 是否代表水中所有的有机物质?需氧量 表示在一定条件下（20C），单位体积废水中所含的有机物被微生物完全分解所消耗的分子氧的数量。单位为mg（氧）/L（废水）。 常有BOD5和BOD20，表示作用天数。测定比较准确，为什么？自学p2631需氧量 测定方法-P28 BOD5=0.7TOD需氧量 在900下，以铂为催化剂，使水样汽化燃烧，然后测定气体载体中氧的减少量，作为有机物完全氧化所需的氧量，称为总需氧量； BOD与TOD的关系：生化反应动力学 P29 BOD动力学：用来描述

17、BOD与时间关系的数学公式为BOD动力学。可表达如下： LKdtdL1（1-1）tKtKLeLL11100011434. 0KK 积分：（1-2）式中：L 0废水中BOD浓度，mg/L K1耗氧常数，20时 K1 = 0.1d-1 T 测定时间，d 生化反应动力学则经过t时间反应消耗的溶解氧量（BODt）为： tKtLLLBOD110100（1-4）若在20、t = 5d时，则 00568. 0LLLBOD（1-3）式（1-4）表明5日生化需氧量占第一阶段生化需氧量的68%。 生化反应动力学 为何常用BOD5 废水中有机物氧化可分为两个阶段：一是碳化阶段需氧量，即第一阶段需氧量，即BOD；二是

18、氮氧化的需氧量，为硝化阶段需氧量，又称第二阶段需氧量。两阶段需氧量曲线生化反应动力学硝化细菌属于自养型生长缓慢，需要有机物彻底消减，因此一般要7天以后发生BOD5具有准确性水质标准水质标准分类（1）、国家正式颁布的统一规定（2）、各用水部门或设计等单位的要求常用水质标准（1）、饮用水水质标准（GB5749-85）（p23、24)（2）、地面水环境质量标准（GB3838-2002）：5类（p25)（3）、污水综合排放标准（GB8978-1996）：（ p26、27）（4）、工业用水水质要求（ p28）第三节 废水的成分与性质 污染源：指释放或排放污染物的来源场所或进入途径。 分类：根据分布特征和

19、稀释方式可划分为 点源：城市、工厂、船只等等； 面源：农业径流 扩散源：酸雨等 点源废水的概念从污染源排放出来的携带各种污染物的水。包括生活污水、工业废水、被污染的雨水和排入城市排水系统的其它污染水的总称。其中工业废水又分为生产污水和生产废水生活污水与生产污水合称城市污水。 废水的概念废水的类型生活污水 来源：居住区、商业区、公用设施等； 特性： a.具有明显的日周期和季节性变化； b.随地区和生活习惯不同而异； c.与生活水平有关（供、排水设施等） 居住区生活污水量的确定 平均日生活污水量=污水量标准设计人口数 废水的类型生活污水 通常情况下，污水处理厂的处理规模指平均日流量，设计流量指最大

20、流量。 对分流制系统应考虑雨水渗入，一般可达2530%，少时约1015%。 常用的污水量标准和总变化系数见表废水的类型生活污水废水的类型生活污水 生活污水：有色、浑浊、具恶臭、呈微碱性，有机杂质占60%以上，干固体约0.10.2%，有些含致病菌。 城市污水：同生活污水，但有工业废水排入。 水质的确定：采用污染物人口负荷数进行估算 污染负荷 = NF（设计人口数单位污染物负荷系数） 单位污染物负荷系数指每人每日排放某种污染物的重量（g/人.日） 废水的类型工业废水 特性：随种类、规模、生产工艺流程及管理水平等的不同而不同。 几种实测流量的方法 流量计 计量槽 计量堰 示踪剂法 根据供水量或实际用

21、水量估算污水量 废水的类型工业废水废水的类型工业废水 工业废水命名法：根据行业命名（如味精废水、啤酒废水）按主要污染物命名（如含酚废水、含铬废水） 水质：通常为实测（逐时监测水质、不同排污点测定水质等）或采用人口当量 p-45第四节 水的自净作用与水环境容量一、河流污染过程 1、污染恶化 2、水体自净 二、水体的自净作用 1、定义 2、水体自净的基本规律 水体污染 体现在下述几方面：DO下降、低毒性变高毒性、低浓度变高浓度。对水生生物的影响： 生物积累：同一生物体在其整个代谢活跃期的不同阶段，机体内来自环境的元素或难分解物质的浓度不断增大的现象。 生物放大：元素或难分解物质在生物体内的浓度随营

22、养级（食物链）逐级增大的现象。 生物富集：生物机体通过对环境中元素或难分解物质的浓缩，使机体内的浓度高于环境浓度的现象。 水体自净u水体自净定义 污染物随污水排入水体后，经过物理的、化学的与生物化学的作用，使污染的浓度降低或总量减少，受污染的水体部分的或完全的恢复原状的现象。u水体自净原理 1.物理作用：稀释（对流、扩散）、混合、沉淀与挥发 2.化学作用：氧化还原、酸碱反应、吸附凝聚 3. 生物化学净化：分解、转化水体自净u水体混合稀释 p4748，公式1-27生物净化的作用 水体中溶解氧的动态变化（氧垂曲线） 耗氧作用 复氧作用（三个来源） 氧垂曲线方程（S-P模型） （p5051，自学及应

23、用）生物净化的作用 水体中溶解氧的来源1、原本含有的、原本含有的2、大气复氧、大气复氧3、水生植物光合作用产生、水生植物光合作用产生氧垂曲线微生物数量变化曲线污污水水第五节 水处理的基本原则与方法 给水处理的基本方法常规工艺包括：混凝、沉淀、过滤、消毒 其目的是经过处理后去除水中的悬浮固体、变革水中溶解物质，使水源水的水质达到饮用水标准。整个系统为：取水（送水）构筑物 净化厂（设备） 输水管 用户 给水处理流程废水处理目的及流程 其目的是经过处理后去除废水中的污染物，使达到排放要求，从而减小对受纳水体和周围环境的危害。整个系统为：污染源 废水收集输送系统 污水处理系统 排放系统 第五节 水处理的基本原则与方法消化气（沼气）污泥流线污水流线图 4.3.3 城市污水处理典型流程沼气利用污泥处理污泥消化池 脱水和干燥设备污泥浓缩池沉砂池格栅原污水污泥利用或处置排放或三级处理 生物处理设备（活性污泥法或生 物膜法）消毒二次沉淀池初次沉淀