(A)1水处理 引言-1

1、 1、环境工程导论（第3版），美国Mc Graw Hill教育出版集团。王建龙 译，清华大学出版社，2002年1月。 2、环境工程学 第二版，高等教育出版社，蒋展鹏，2005年6月。 3、废水处理工程，化学工业出版社，唐受印，1998年。 4、水污染控制工程，高庭耀、顾国维，高等教育出版社，1999，第二版 5、固体废物处理与资源化，清华大学出版社，李国鼎，1990年。 6、大气污染控制工程，高等教育出版社，郝吉明，2002年。（2学时）（2学时）（6学时）（6学时）（6学时）（6学时）（2学时）（2学时）1.1 什么是工程？什么是环境工程？l美国工程师发展协会（The Engineers C

2、ouncil for Professional Development, 简称ECPD）给出了工程的定义：“工程是一种职业，它利用通过学习、经验、实践所获得的数学和自然科学知识，来寻求经济地利用物质和自然力量的方法，以造福人类”。 美国土木工程师学会（American Society of Civil Engineers, ASCE）环境工程分会给出的环境工程的定义：l环境工程（Environmental Engineering），主要包括：提供安全、可口和充足的公共给水；适当处理与循环使用废水和固体废物；建立城市和农村符合卫生要求的排水系统；控制水、土壤和空气污染，并消除这些问题对社会和环境

3、所造成的影响。而且，例如控制通过节肢动物传染的疾病、消除工业健康危害、为城市、农村和娱乐场所提供合适的卫生设施，评价技术进步对环境的影响等。l运用环境科学、工程学和其他相关学科的原理和方法，研究保护和合理利用自然资源，控制和防止环境污染及生态破坏，以改善环境质量，使人们得以健康、舒适地生存与发展的学科 A、公元前2300年左右，中国，凿井取水，形成集市，带刀守卫制度、陶管排水。B、公元前六世纪，罗马开始修下水道。C、19世纪初，英国开始用砂滤净化自来水，1850年漂白粉消毒。 19世纪后半叶，建污水处理厂。D、1852年，美国，木炭过滤自来水。E、20世纪初，生物滤池出现。F、1914年，活性

4、污泥法出现。G、1855年，美国，发明离心除尘器。H、二十世纪初，布袋除尘器、旋风除尘器、静电除尘器相继出现。I、1874年，英国开始焚烧垃圾。J、1822年，德国，矿渣制造水泥。 目前公共卫生学也十分重视环境污染对健康的危害与风险，公共卫生学与环境工程关系已十分密切（1854年英国发现霍乱与井水的关系 ）。 法律、经济和管理手段结合，运用系统工程原理分析、规划环境，改“末端治理”为“全过程控制”的治理理念。1、水质净化与水污染控制工程： 研究预防和治理水体污染、保护和改善水环境质量、合理利用水资源以及提供安全饮用水和不同用途与要求的用水的工艺技术和工艺措施。 主要研究领域：水体自净及其利用;

5、给水净化处理；城市污水处理；工业废水处理与利用；废水再生与回用；城市、区域和水系的水污染综合整治和受污染水体的修复；水环境质量标准和废水排放标准等。2、大气污染控制工程： 研究预防和控制大气污染、保护和改善大气质量的过程技术措施。 主要研究领域： 大气质量管理烟尘等颗粒物控制技术；气体污染控制技术；城市、区域大气污染综合整治；室内空气污染控制；大气质量标准和废气排放标准等。l3、固体废弃物及噪声、振动与其他公害防治工程： 研究城市垃圾、工业废碴、放射性及其它危害固体废弃物的处理、处置与资源化，以及消除噪声、振动等对人类影响的技术途径和措施。 主要研究领域： 固体废物管理；固体废弃物无害化处置；

6、固体废弃物的综合利用和资源化；放射性及其它危险废物的处理；噪声、振动、电磁辐射的防护与控制等4、清洁生产、污染预防与全过程污染控制工程： 研究在工业等生产过程中，使用清洁的能源和原料，采用先进的工艺、技术与设备、改善管理、综合利用等措施，从源头消减污染，提高资源利用效率，减少或避免生产、服务和产品使用过程中污染物的产生与排放，以减轻或消除对人类健康和环境的危害。5、环境规划、管理和环境系统工程： 研究在科学发展观和可持续发展战略思想指导下，利用系统工程的原理和方法，对区域性的环境问题和防治技术措施进行整体的系统分析，以求取得综合整治的优化方案，进行合理的环境设计与管理；他也研究环境工程单元过程

7、系统的优化工艺条件，并用计算机技术进行设计、运行和管理。l.美切斯纳 (1967) l虽然每个系统都是由许多不同的特殊功能部分所组成，而这些功能部分之间又存在着相互关系，但是每一个系统都是完整的整体，每一个系统都有一定数量的目标。 l系统工程则是按照各个目标进行权衡，全面求得最优解的方法，并使各组成部分能够最大限度地相互协调。 l系统工程的主要任务是根据总体协调的需要 ，把自然科学和社会科学中的基础思想、理论、策略和方法等从横的方面联系起来，应用现代数学和电子计算机等工具 ，对系统的构成要素、组织结构、信息交换和自动控制等功能进行分析研究，借以达到最优化设计，最优控制和最优管理的目标。6、环境

8、监测与环境质量评价： 主要研究环境中污染物质的性质、成分、来源、含量和分布状态、变化趋势以及对环境的影响；在此基础上，按照一定的标准和方法对环境质量进行定量判定、解释和预测；此外，它还研究某项工程活动或资源开发所引起的环境质量变化及对人类健康和福利的影响等。 广义的环境工程学还包括供暖通风和空气调节等。1.2 环境系统概论1.2.1 系统 环境系统：环境事物按一定的关系组成的整体。l在环境系统中，我们很难真正识别所有关联的部分，更不用说了解它们之间的相互影响。因此，我们所要做的第一件事是将系统进行简化，且要求与真实系统相似，简化模型当然无法在细节上与真实系统完全一样，但要求基本上近似。1.2.

9、2 水资源管理系统（1）供水子系统l水源的性质决定了集水、净水、输水和配水工程的规划、设计与运行。（surface water）和（ground water）是供应社区和生活用水需求的两种主要水源。小溪、湖泊和河流是地表水源。地下水源是从水井抽出水的地方。l不同的水源需要使用不同的集水工程和处理工程。城市中的管网称为配水系统，管路本身通常称为水干线。在低水量期间（通常在夜间），水处理厂生产的多余水储存在蓄水池内，储存的水可以用来满足白天高需水量期间的要求。l以下为一个服务于小社区的供水资源系统概况图。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

10、或除铁系统）集水系统（井群）蓄水池水源（地下水）l人口和耗水形式是控制需水量的主要因素，因此也决定了水源和整个水资源系统的组成。选择合适的供水水源的前期步骤之一是确定需水量。影响需水量的基本要素包括平均日用水量和高峰需水量。估计平均日用水量是为了确定：（1）地表水或地下水在枯水季节低水位时能否不间断地供水；（2）需储存多大的水量才能满足枯水季节的需水量。估计高峰需水量是为了确定水管的尺寸压力损失和满足高峰用水需求所需要的需水量。l影响人们用水的主要因素包括：（1）工业活动：使人均需水量增加；（2）是否安装水表：水表赋予责任感。（3）系统管理：如果配水系统管理好，人均用水量就会降低。管理者知道何

11、时何地自来水干线会漏水，并且很快地修复它。（4）生活水平越高，个人水量就越多；（5）较高的年平均气温代表较多的人均用水量，降雨多的地区用水比较少。（2）废水处理子系统l最简单形式的废水管理子系统由六个部分组成，如右图。废水来源主要有工业废水和生活污水。当工业废水会影响到城市废水处理厂的正常运行时必须进行预处理。废水来源现场处理废水收集输送和提升处理处理或再利用l进入废水处理场的废水量随用水情况会有很大的变化。典型的日变化量如下图所示。0: 006: 0012: 0018: 0024:00废水流量平均日流量l大部分的社区用水最终都会进入污水下水道。浇草坪、洗车及其它消耗性用水在使用中大约会损失5

12、%10%。l下水道可以分为3类：污水、雨水和合流式下水道。输送住宅及商业区污水。工业废水经过适当处理以后也可排入污水下水道。处理过量的雨水以防低洼地区淹水。污水下水道将污水送到污水处理厂，而雨水下水道通常使雨水排入河流、小溪。同时接纳雨水和污水。目的是为了在干旱期使废水进入处理设施，在暴雨期间，使过量的水不经过处理直接排入河流、小溪和湖泊。可是，不幸的是，。现代设计不鼓励采用合流式下水道。l当无法使用重力流方式或下水管埋设太深而不经济时，需要考虑使用泵站。废水被垂直泵送到较高处的重力下水道。该污水泵所在的位置称为提升站（lift station）。废水处理厂的出水可以排放到海洋、湖泊或河流（受

13、纳水体），也可排入土壤，但是不要超过水体或土壤的纳污能力，或者回收利用。l总之，水资源管理是管理和的过程，应该在不破坏水的可利用性和纯度的情况下，满足人们对水的需求。1.2.3 空气资源管理系统l空气资源与水资源在有所不同。为了获得足够的水量，需要建造各种工程结构物，而空气可以大量免费获得。水可以在使用之前进行处理，然而我们不可能随时戴着防毒面具以处理不干净的空气。戴上耳塞以防止噪声污染。 空气资源管理计划建立的理由有多种，最正当的是：空气质量已经恶化且有必要进行改善；如果不处理，则将来可能会出现更大的问题。空气资源管理系统的简化方框图见下图。空气质量目标社会评估法律利益自然资源对大气物理性质

14、的影响对动物的影响对人的影响对植物的影响对材料和经济的影响最终归宿空气质量空气质量监测大气扩散和化学反应空气质量监测系统设计模型验证排放污染源清单污染预测控制测量气象预测液体废物固体废物污染物执法法规城市规划可利用产物1) 清洁生产：清洁的生产过程和清洁的产品2) 可持续发展的能源战略改善能源供应结构和布局，提高清洁能源和优质能源比例提高能源利用效率和节约能源推广少污染的煤炭开采技术和清洁煤技术积极开发利用新能源和可再生能源3) 建立综合性工业基地：各企业间相互利用原材料和废弃物，减少污染物排放总量1)必要的环境保护投资环保投资占国民生产总值（GNP）的比例，发展中国家为0.5%1，发达国家为

15、1%2。（中国？）2)实行“污染者和使用者支付原则”，可采用的经济手段：建立市场（排污许可证制度等）税收手段（污染税、资源税等）收费制度（排污费等）财政手段（生态环境基金等）责任制度（赔偿损失和罚款等）了解主要大气污染物及其发生源，大气环境空气质量标准和综合防治措施；了解大气扩散的基本原理，初步学会估算大气污染物浓度和烟囱高度；掌握有关除尘技术的基本理论，具有选用除尘设备、设计除尘系统的能力；掌握气态污染物控制的基本原理及其方法，能进行一般气态污染物控制系统的设计和典型设备的工艺计算。l固体废物：指人类在生产建设、日常生活和其他活动中产生的，在一定时间和地点无法利用而被丢弃的污染环境的固体、半

16、固体废弃物质。l从广义上讲，根据物质的形态划分，废物包括固态、液态和气态废弃物质。在液态和气态废弃物中,大部分为废弃的污染物质混掺在水和空气中,直接或经处理后排入水体或大气。在我国, 它们被习惯地称为废水和废气,而纳入水环境或大气环境管理体系管理。其中不能排入水体的液态废物和不能排入大气的置于容器中的气态废物，由于多具有较大的危害性，在我国归入固体废物管理体系。l固体废物一词中的。 , 它仅仅相对于目前的科学技术和经济条件, 随着科学技术的飞速发展,矿物资源的日渐枯竭, 生物资源滞后于人类需求, 昨天的废物势必又将成为明天的资源。, 废物仅仅相对于某一过程或某一方面没有使用价值, 而并非在一切

17、过程或一切方面都没有使用价值。 某一过程的废物,往往是另一过程的原料。 我国目前已建立了许多废物回收利用工厂, 如用粉煤灰制砖, 用煤矸石发电,用高炉渣生产水泥, 从电镀污泥中回收贵重金属等。 。l固体废物主要来源于人类的生产和消费活动。物质和能源消耗量越多，废物产生量就越大。进入经济体系中的物质,仅有1015% 以建筑物、工厂、装置、器具等形式积累起来，其余都变成了废物。以美国为例，投入使用的食品罐头盒,饮料瓶等，平均几个星期就变成了废物，家用电器和小汽车平均710年变成废物，建筑物使用期限最长，但经过数十年至数百年后也将变成废物。l固体废物分类的方法有多种，按其组成可分为有机废物和无机废物

18、；按其形态可分为固态的废物、半固态废物和液态（气态）废物；按其污染特性可分为危险废物和一般废物等。根据分为城市生活垃圾、工业固体废物和危险废物。城市生活垃圾又称为城市固体废物，它是指在城市居民日常生活中或为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废物，其主要成分包括厨余物，废纸，废塑料，废织物，废金属，废玻璃陶瓷碎片，砖瓦渣土，粪便，以及废家用什具，废旧电器，庭园废物等等。城市生活垃圾主要产自城市居民家庭、城市商业、餐饮业、旅馆业、旅游业、服务业、市政环卫业、交通运输业、文教卫生业和行政事业单位、工业企业单位以及水处理污泥等。它的主要特点是成分复杂，有机物含量高。影响城市生活垃圾成分的主要因素有

19、居民生活水平、生活习惯，季节，气候等。 干 基 重 量 百 分 比（%） 组 分碳氢氧氮硫灰分食物 脂肪73.011.514.80.40.10.2 混合食品废物48.06.437.62.60.45.0 水果废物48.56.239.51.30.24.2 肉类废物59.69.424.71.20.24.9纸制品 卡片纸板43.05.44.80.30.25.0 杂志32.95.038.60.10.123.3 白报纸49.16.143.00.10.223.3 混合废纸43.45.844.30.30.26.0 浸蜡纸板箱59.29.330.10.10.11.2塑料 混合废塑料60.07.222.8-10.

20、0 聚乙烯85.214.2-0.10.10.4 聚苯乙烯87.18.44.00.2-0.3 聚氨酯63.36.317.66.00.14.3 聚乙烯氯化物45.25.61.60.10.12.0木材、树枝等 花园修剪垃圾46.06.038.03.40.36.3 木材50.16.442.30.10.10.1 坚硬木材49.66.143.20.10.10.9 混合木材49.66.042.70.20.11.5 混合木屑49.55.845.50.10.10.4玻璃、金属等 玻璃和矿石0.50.10.40.1-98.9 混合金属4.50.64.30.1-90.5皮革、橡胶、衣物等 混合废皮革60.08.01

21、1.610.00.410.0 混合废橡胶69.78.7-1.620.0 混合废衣物48.06.440.02.20.23.2其他 办公室清扫垃圾24.33.04.00.50.268.0 油、涂料66.99.65.22.0-16.9用垃圾生产的燃料（RDF44.76.238.40.70.19.9组 分( 重量% )热值 组 成水分挥发分固定碳不可燃分湿基干基不含水分和灰分食物 脂肪2.095.32.50.2375303829638374 混合食品废物70.021.33.65.041751391716700 水果废物78.716.64.00.739701863819271 肉类废物38.856.41

22、.83.1177302897030516纸制品 卡片纸板5.277.512.35.0163801727818240 杂志4.166.47.022.5122201274216648 白报纸6.081.111.51.3185501973420032 混合废纸10.275.98.45.4158101761118738 浸蜡纸板箱3.490.94.51.2263452727227615塑料 混合废塑料0.295.82.02.0320003206432720 聚乙烯0.298.50.11.2434654355244082 聚苯乙烯0.298.70.70.5381903826638216 聚氨酯0.287

23、.18.34.4260602611227316 聚乙烯氯化物0.286.910.82.1226902273523224木材、树枝等 花园修剪垃圾60.030.09.50.560501512515316 木材50.042.37.30.4488597709840 坚硬木材12.075.112.40.5171001943219542 混合木材20.067.911.30.8154441934419500皮革、橡胶、衣物等 混合废皮革10.068.512.59.0185152057222858 混合废橡胶1.283.94.99.9253302563828493 混合废衣物10.066.017.56.51

24、74451938320892玻璃、金属等 玻璃和矿石2-9699196200200 金属、罐头听2-9699142515001500 黑色金属2-9699- 有色金属2-9699-其他 办公室清扫垃圾 3.220.56.370.08535881731847 城市废弃物2053720104701309017450(15 20)(30 60)(5 15)(9 3 0) 工业废弃物1558720116301368217892（2) 工业固体废物工业固体废物 工业固体废物是指在工业、交通等生产过程过程中产生的固体废物。工业固体废物主要包括以下几类： 主要包括各种金属冶炼或加工过程中所产生的各种废渣，如

25、高炉炼铁产生的高炉渣、平炉转炉电炉炼钢产生的钢渣、铜镍铅锌等有色金属冶炼过程产生的有色金属渣、铁合金渣及提炼氧化铝时产生的赤泥等； 主要包括燃煤电厂产生的粉煤灰、炉渣、烟道灰、采煤及洗煤过程中产生的煤矸石等； 主要包括石油及加工工业产生的油泥、焦油页岩渣、废催化剂、废有机溶剂等，化学工业生产过程中产生的硫铁矿渣、酸渣碱渣、盐泥、釜底泥、精(蒸）馏残渣以及医药和农药生产过程中产生的医药废物、废药品、废农药等； 矿业固体废物主要包括采矿废石和尾矿。废石是指各种金属、非金属矿山开采过程中从主矿上剥离下来的各种围岩，尾矿是指在选矿过程中提取精矿以后剩下的尾渣； 主要包括食品工业、造纸印刷工业、纺织印染

26、工业、皮革工业等工业加工过程中产生的污泥、动物残物、废酸、废碱以及其他废物； 主要包括机加工过程产生的金属碎屑、电镀污泥、建筑废料以及其他工业加工过程产生的废渣等。（3）危险废物）危险废物l危险废物是指列入国家危险废物名录或是根据国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方法认定。关于危险废物的定义、分类和鉴别标准，在后面专题讨论。l固体废物的分类，除以上三者之外，还有来自农业生产、畜禽饲养、农副产品加工以及农村居民生活所产生的废物，如农作物秸杆、人畜禽排泄物等。这些废物多产于城市郊区以外，一般多就地加以综合利用，或作沤肥处理，或作燃料焚化。在我国的固体废物污染环境防治法中，对此未单独列项作出规定。固体

27、废物管理的简化方框图废物产生储存收集处置处理、回收转移、运输l很多环境问题跨越空气-水-土壤边界。见以下示意图。燃煤、发电脱硫、脱氮固体废物空气污染SOx、NOx酸雨形成大气降雨土壤酸化大气降雨生态环境恶化垃圾焚烧脱酸、除尘飞灰空气污染 (NOx, HCl, SOx, 粉尘)尾气排放酸雨形成粉尘沉降大气降雨土壤酸化毒物土壤富集大气降雨生态环境恶化残渣燃煤、发电多介质系统垃圾焚烧多介质系统 物质既不会创造，也不会消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。l在环境系统或子系统中，质量方程式可以写成：l对于许多环境问题，时间是表达问题严重程度或工程设计中的重要参数：dtOutddtInddtdM)()(l在质量平衡方法中，先画出一个或，将所有已知的输入量、输出量、积累量都换算成相同的质量单位，未知的输入、输出和积累量也在图中标出来，然后写出物料平衡方程式，求解。l当一个系统的输入速率和输出速率保持恒定且相等时，累计速率等于零，这种状态称为稳定状态（steady sta