水处理工程基本方法

1、水 处 理 工 程万 沙水 处 理 工 程主要内容：一、水与水体污染；二、水处理的基本方法；三、污水处理厂的设计；四、生活污水和工业污水的处理；水 处 理 工 程 由于近年来环境污染问题日趋严重，很多的地面水水体和地下水都不同程度地受到了污染，因此给水处理与废水处理之间的界限已变得模糊起来，更何况它们的一些处理机理和处理构筑物有着许多类似之处，所以又将给水处理和废水处理合称为水处理工程。水 处 理 工 程 20世纪50年代以前，给水处理与废水处理涵义的划分是很清楚的。 给水处理：从天然水源取水，为供生活或工业的使用(特别是生活使用)而进行的处理，称为给水处理。 废水处理：为了排除的目的，对于使

2、用过的水所进行的处理，称为废水处理。 水 处 理 工 程 饮用水 生活给水 去离子水 给水处理 蒸馏水 工业给水 锅炉给水 水处理工程 生产用水 农业给水 生活污水 废水处理 工业废水 农业废水第一章 水与水体污染第一节 水污染对人类的危害第二节 水环境与水循环第三节 废水的来源与污染物第四节 水质指标与水质标准第五节 水处理的基本途径与方法第一节 水污染对人类的危害 一、水污染： 人类的活动会使大量的工业、农业和生活废弃物排入水中，使水受到污染。目前，全世界每年约有4200多亿立方米的污水排入江河湖海，污染了5.5万亿立方米的淡水，这相当于全球径流总量的14%以上。第一节 水污染对人类的危害

3、 1984年颁布的中华人民共和国水污染防治法中为“水污染”下了明确的定义，即水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、理、生物或者放射性等方面特征的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或者破坏生态环境，造成水质恶化的现象称为水污染。第一节 水污染对人类的危害 水的污染有两类：一类是自然污染；另一类是人为污染。 当前对水体危害较大的是人为污染。水污染可根据污染杂质的不同而主要分为化学性污染、物理性污染和生物性污染三大类。第一节 水污染对人类的危害二、水污染对人类的危害： 环境污染对人体健康的危害，按时间分为急性危害、慢性危害和远期危害三种。第一节 水污染对人类的危害 1、急性危害： 在短时期

4、内（或者是一次性的），有害物大量地进入人体所引起的中毒为急性中毒。 急性危害的急性毒作用，常用动物实验来阐明环境污染物对机体的作用途径、毒性表现和对机体的剂量与效应之间的关系。第一节 水污染对人类的危害 2、慢性危害： 小量的有害物质，经过长时期的侵入人体所引起的中毒，称为慢性中毒。 人和动物对慢性毒作用易呈现耐受性。但是，污染物长时间作用于机体，往往会损及体内的遗传物质，引起突变，给机体带来远期的危害，甚至通过遗传会影响到子孙后代的身体健康。因此，慢性毒作用对入体的损害可能比急性毒作用更加深远和严重。第一节 水污染对人类的危害3、远期危害： 远期危害包括致畸作用、致突变作用和致癌作用。 第一

5、节 水污染对人类的危害 致畸作用：环境污染物通过入或动物母体影响胚胎发育和器官分化，使子代出现先天性畸形的作用。 致突变作用：是指环境污染物或其他环境因素引起生物体细胞遗传物质或遗传信息发生突然改变的作用。 致癌作用：是环境中致癌物质诱发肿瘤的作用。第二节 水环境与水循环一、水环境： 天然水可分为降水、地表水和地下水三大类。 天然水体又是江、河、湖、海等水体的总称。 天然水体中通常含有三大类物质，即悬浮物质、溶解物质和胶体物质。第二节 水环境与水循环悬浮物质：是由大于分子尺寸的颗粒组成的，它们靠浮力和粘滞力悬浮于水中；溶解物质：是由分子或离子组成，它们被水的分子结构所支承；胶体物质：是介于悬浮

6、物质和溶解物质之间；第二节 水环境与水循环 悬浮物质：细菌、病毒、藻类及原生动物、泥沙、粘土等颗粒物； 溶解物质：氧、二氧化碳、硫化氢、氮等溶解气体、钙、镁、钠、铁、锰等离子的卤化物、碳酸盐、硫酸盐等盐类、其他可溶性有机物； 胶体物质：硅、铝、铁的水合氧化物胶体物质、粘土矿物胶体物质、腐殖质等有机高分子化合物； 第二节 水环境与水循环二、水的循环：水的循环分为自然循环与社会循环;第二节 水环境与水循环1、自然循环: 2、社会循环:第二节 水环境与水循环三、水体自净作用与水环境容量： 1、水体自净作用： 污染物质也参与水体中的物质转化和循环过程。经过一系列的物理、化学和生物学变化, 污染物质被分

7、离或分解,水体基本上或完全地恢复到原来的状态,这个自然净化的过程叫做水体自净。第二节 水环境与水循环(1)水体自净主要由下列几种过程组成: 物理过程: 其中包括稀释、扩散、挥发、沉淀等过程。 化学和物理化学过程: 其中包括氧化、还原、吸附、凝聚、中和等反应。 生物学和生物化学过程: 进入水体中的污染物质特别是有机污染物质, 由于水体中微生物的代谢活动而被分解氧化并转化为无机物的过程。第二节 水环境与水循环 在实际地面水体中, 这几项作用常常互相交织在一起综合进行。 从水体污染控制的角度看,水体对废水的稀释、扩散以及生物化学降解作用是水体自净的主要问题。第二节 水环境与水循环 水体的生化自净：废

8、水进入河流后，除得到稀释外，其中的有机污染物质还会在水中微生物的作用下进行氧化分解，逐渐变成无机物质，这一过程称为水体的生化自净。 有机污染物质可以通过生化自净而消除或减少，而大多数无机污染物质只能通过稀释而降低其浓度，却并未减少其总量。第二节 水环境与水循环(2)水体中细菌生长与死亡走势规律: 总趋势：在研究水体污染和自净现象时，除稀释和溶解氧变化的规律外，细菌死亡的规律也是重要的。含有一般有机物的废水排入水体后，水体中的细菌开始大量增加，以后就逐渐减少。第二节 水环境与水循环(3)水环境容量： 一定水体在规定的环境目标下（即确定了污水将要排入几类水体之后），所能容纳污染物质的最大负荷量，就

9、称为水环境容量。 水环境容量既反映了满足特定功能条件下水体对污染物质的承受能力，也反映了污染物质在水环境中的迁移、转化、降解、消亡规律。第二节 水环境与水循环水环境容量对实际工作的指导作用： 水体的自净作用说明了自然环境中存在着对污染物质一定的容纳能力。从城市或工业企业等排放出来的污水、废水并不一定要处理到完全达到相应的水环境质量标准的程度才能排入水体。第二节 水环境与水循环 充分利用这种自净作用和容纳能力，正确经济合理地确定废水应该处理的程度，这对于环境管理和环境工程无疑都是十分重要的。第二节 水环境与水循环水环境容量的大小与下列因素有关：水温参数（河宽、河深、流量、流速等）；背景参数（水的

10、pH值、碱度、硬度、污染物质的背景值等）；自净参数（物理的、物理化学的、生物化学的）；工程因素（水上的工程设施如闸、堤、坝以及污水向水体的排放位置、排放方式等）。第三节 废水的来源与污染物一、废水的来源与特性：1、废水的来源： 水体污染有两类:一类是自然污染，另一类是人为污染； 第三节 废水的来源与污染物 自然污染主要是自然因素所造成，如特殊的地质条件,使某些地区的某些或某种化学元素大量富集，天然植物在腐烂过程中产生某种毒物，以及降雨淋洗大气和地面后挟带各种物质流入水体。都会影响该地区的水质。 第三节 废水的来源与污染物 人为污染是人类生活和生产活动中产生的废污水对水体的污染。 包括生活污水、

11、工业废水、农田排水和矿山排水等。第三节 废水的来源与污染物 2、废水的特性： （1）生活污水 生活污水的水质特征是水质较稳定，但浑浊、色深且具有恶臭，里微碱性，一般不含有毒物质。由于生活污水适于各种微生物的生长繁殖，所以往往含有大量的细菌、病毒和寄生虫卵。第三节 废水的来源与污染物（2）工业废水 工业废水是指工业生产所排放的废水。工业废水中除冷却水等较清洁的生产废水外，都含有各种各样的污染物:有的含有大量的有机污染物质；有的含有毒有害物质；有的物理性状十分恶劣，成分十分复杂。这类工业废水必须经处理后方能排入水体或城市下水道系统。第三节 废水的来源与污染物 （3）农业废水 施用于农田的农药与化肥

12、除一小部分被植物吸收外，大部分残留在土壤或漂浮于大气中，经降水洗淋、冲刷及农田灌溉排水，残留的农药与化肥最终会随降水及灌溉排水径流排入地面水体或渗人地下水中。此外，农业废弃物（包括农作物的秆、茎、叶以及牲畜粪便等）也会随各种途径带入水体中，造成水体的污染。第三节 废水的来源与污染物 二、污染物种类： 废水中的污染物种类大致可分为:固体污染物、需氧污染物、营养性污染物、酸碱污染物、有毒污染物、油类污染物、生物污染物、感官性污染物、热污染等。第三节 废水的来源与污染物三、污染物特征： 污染物质的扩散性、持久性、生物降解性等都影响环境容量。 一般来说，污染物质的物理化学性质越稳定环境容量越小。耗氧有

13、机物的水环境容量最大，难降解有机物的水环境容量很小，而重金属的水环境容量则甚微。第三节 废水的来源与污染物四、水质目标： 水体对污染物质的纳污能力是相对于水体满足一定的用途和功能而言的。水的用途和功能要求不同，允许存在于水体的污染物的量也不同。第四节 水质指标与水质标准一、水质指标： 水质指标是指水和其中所含杂质共同表现出来的物理、化学和生物学的综合特性。各项水质指标表示水中杂质的种类、成分和数量，是判断水质的具体衡量指标。水质指标种类很多，有上百项。它们可以分为物理的、化学的和生物学三类。第四节 水质指标与水质标准 1、物理性水质指标： (1)感官物理性状指标:温度、色度、嗅和味、浑浊度、透

14、明度等。 (2)其他物理性水质指标:如总固体、悬浮固体、溶解固体、可沉固体、电导率或电阻率等。第四节 水质指标与水质标准 2、化学性水质指标： (1)一般化学性水质指标:如pH值、碱度、硬度、各种阴（阳）离子、总含盐量、一般有机物质； (2)有毒的化学性水质指标:如各种重金属、氰化物、多环芳烃、各种农药等； (3)氧平衡指标:如溶解氧（DO）、化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD），总需氧量（TOD）等；第四节 水质指标与水质标准 3、生物学水质指标： 包括细菌总数、总大肠菌群数、各种病原细菌、病毒等。第四节 水质指标与水质标准 二、常用的水质指标：1、浑浊度 Turbidity 2、颜色

15、 Color 3、固体 Solids 4、比电导 Specific Conductance 5、总含盐量和离子平衡 第四节 水质指标与水质标准6、碱度 Alkalinity 7、硬度Hardness 8、化学需氧量和耗氧量 BOD和OC 9、生物化学需氧量10、总有机碳和总需氧量TOCTotal Organic Carbon ，TODTotal Oxygen Demand第四节 水质指标与水质标准 显然在生化需氧量所表示的有机物中，不包括不可分解的有机物或称生物难降解有机物，也不包括变成残渣的那一部分有机物。 因此它并不包括水中有机物的全部，而只是其中的一部分有机物。 尽管如此，生化需氧量仍然

16、是环境工程中最广泛采用的有机物测定方法之一。第四节 水质指标与水质标准 在生化需氧量测定中还需注意：某些工业废水中缺乏必要的微生物，在测定其生化需氧量时还要作微生物的接种。 近年来也有一些生化需氧量的测定仪器可供应用。 对于有机物生物氧化率与时间之间的关系，有人认为需要100天左右才能基本完成。对于多数有机物质来说，20天大约能完成9599，以后的反应进行得非常缓慢。5天的生化需氧量约只完成70左右。第四节 水质指标与水质标准耗氧量、化学需氧量和生化需氧量三者的比较： 耗氧量、化学需氧量和生化需氧量都是通过定量的数值来间接地、相对地表示水中有机物质数量的重要的水质指标。 如果同一废水中各种有机

17、物质的相对组成没有变化，那么以上三个指标之间的相应关系是： 生物化学需氧量COD化学需氧量BOD耗氧量 OC。第四节 水质指标与水质标准 化学需氧量几乎可以表示出水中有机物质全部氧化所需的氧量。 生化需氧量则反映了能被微生物氧化分解的有机物质氧化时所需的氧量。 如果同一废水的化学需氧量BOD5/生化需氧量COD0.3 ，一般认为此种废水是适宜于采用生化处理方法的。而且该比值越大，废水的可生化处理性越强。如果该比值小于0.3，则说明该废水种不可生物降解的有机物质数量很多，需要寻求其它的处理途径。第四节 水质指标与水质标准 除了上面这些水质指标以外，还有如：水的pH值，水中的有毒物质（如汞、镉、铬

18、、砷、酚、醛、氰化物和农药等）、营养物质（氮、磷）和微生物（细菌、病毒、藻类和原生动物等）也都是十分重要的。 不过它们的定义或含义多数可以从其名称上直接反映出来，因此不再赘述。第四节 水质指标与水质标准三、水质标准： 水质标准可分为两类: 1、是根据水的不同用途而制定的水质标准。即针对不同的用途而建立起相应的物理、化学和生物学的水质质量标准； 2、是为了保护环境、保护水体的正常用途，对排入水体的生活污水和工业废水水质提出一定的限制与要求，即污水排放标准。第四节 水质指标与水质标准 一般排放标准有：工业“三废”排放试行标准(GBJ4-1973)污水综合排放标准(GB8978-1996)农业污水中

19、污染物控制标准(GB4284-1984 ) 等。第四节 水质指标与水质标准表第一类污染物最高允许排放浓度 单位：mg/l 序号 污染物 最高允许排放浓度 1 总汞 0.05 2 烷基汞 不得检出 3 总镉 0.1 4 总铬 1.5 5 六价铬 0.5 6 总砷 0.5 7 总铅 1.0 8 总镍 1.0 9 苯并(a)芘 0.00003 10 总铍 0.005 11 总银 0.5 12 总放射性 1Bq/L 13 总放射性 10Bq/L 表 2 第二类污染物最高允许排放浓度(1997年12月31日之前建设的单位) 单位：mg/L序号 污染物 适用范围 一级标准 二级标准 三级标准 1 pH 一

20、切排污单位 69 69 69 2 色度(稀 染料工业 50 180 - 释倍数) 其他排污单位 50 80 - 采矿、选矿、 100 300 - 选煤工业脉金选矿 100 500 - 3 悬浮物(SS) 边远地区砂金选矿 100 800 - 城镇二级污水处理厂 20 30 - 其他排污单位 70 200 400 甘蔗制糖、苎麻脱 胶、湿法纤维板工业 30 100 600 4 五日生化 甜菜制糖、酒精、 需氧量(BOD5) 味精、皮革、化纤 浆粕工业 30 150 600 城镇二级污水处理厂 20 30 - 其他排污单位 30 60 300序号 污染物 适用范围 一级标准 二级标准 三级标准 甜

21、菜制糖、焦化、 合成脂肪酸、湿法 纤维板、染料、洗毛、 有机磷农药工业 100 200 1000 味精、酒精、医药原料 药、生物制药、苎麻脱 胶、皮革、化纤浆粕工业 100 300 1000 石油化工工业(包括石油炼制) 100 150 500化学需 城镇二级污水处理厂 60 120 氧量(COD)石油类 其他排污单位 100 150 500动植物油 一切排污单位 10 10 30挥发酚 一切排污单位 20 20 100总氰化合物 一切排污单位 0.5 0.5 2.0 电影洗片(铁氰化合物) 0.5 5.0 5.010 硫化物 其他排污单位 0.5 0.5 1.0序号 污染物 适用范围 一级标

22、准 二级标准 三级标准11 氨氮 一切排污单位 1.0 1.0 2.0 医药原料药、染料、 石油化工工业 15 50 - 其他排污单位 15 25 -12 氟化物 黄磷工业 10 20 20 低氟地区(水体含 氟量0.5mg/L) 10 10 20 磷酸盐(以P计) 其它排污单位 0.5 1.0 - 甲醛 一切排污单位 - - - 苯胺类 一切排污单位 1.0 2.0 5.0 硝基苯类 一切排污单位 2.0 3.0 5.0 阴离子表面 合成洗涤剂工业 5.0 15 20 面活性剂(LAS) 其他排污单位 5.0 10 20 总铜 一切排污单位 5.0 1.0 2.0 总锌 一切排污单位 2.0

23、 5.0 5.0 总锰 合成脂肪酸工业 2.0 5.0 5.0 其他排污单位 2.0 2.0 5.021 彩色显影剂 电影洗片 2.0 3.0 5.0序号 污染物 适用范围 一级标准 二级标准 三级标准 22 显影剂及 电影洗片 3.0 6.0 6.0 氧化物总量 23 元素磷 一切排污单位 0.1 0.3 0.3 24 有机磷农药 (以P计) 一切排污单位 不得检出 0.5 0.5 25 粪大肠 医院*、兽医院及 菌群数 医疗机构含病原 体污水 500个/L 1000个/L 5000个/L 传染病、结核病 医院污水 100个/L 500个/L 1000个/L 26 总余氯(采 医院*、兽医院

24、 3(接触 2(接触 用氯化消毒) 及医疗机构含 时间 1h) 时间1h) 的医院污水) 传染病、结核 病医院污水 6.5(接触 5(接触 时间1.5h 时间1.5h)第四节 水质指标与水质标准 行业排放标准： 石油炼制工业水污染排放标准(GB3551-1983) 制革工业水污染物排放标准(GB 3549-1983) 医院污水排放标准(GBJ48-1983) 造纸工业水污染物排放标准(GB3544-1992)第四节 水质指标与水质标准 钢铁工业水污染物排放标准(GB13456-1992) 纺织染整工业水污染物排放标准(GB4287-1992) 肉类加工工业水污染物排放标准(GB13457-19

25、92) 合成氨工业水污染物排放标准(GB13458-1992) 可作为规划、设计、管理与监测的依据。第四节 水质指标与水质标准 当废水作某种用途时，应满足相应的用水水质标准，如农田灌概水质标准(GB5084-1985)、渔业水质标准(GB11607-1989 )等。第四节 水质指标与水质标准 污水综合排放标准(GB8978-1996)。该标准根据废水污染物危害程度把污染物分为两类。 第一类污染物能在环境或在动植物体内积蓄，对人类健康产生长远的影响。规定含此类污染物的污水必须在车间或车间处理设施排放日处取样分析，同时其含量必须符合表1中的规定。第四节 水质指标与水质标准 第二类污染物的长远影响小

26、于第一类，规定的取样地点为排污单位的排出口，其最高允许排放浓度要按地面水使用功能的要求和污水排放去向，分别执行表2中的一、二、三级标准。第四节 水质指标与水质标准 这类浓度标准存在明显的缺陷:不论废水接纳水体的大小和状况，不论污染源的大小，都采用同一个标准。因此即使满足排放标准，如果排放总量大大超过接纳水体的环境容量，也会对水体造成不可逆的严重后果。此外，浓度标准也无法防止某些工厂用清水稀释来降低排放浓度以满足排放标准的现象。第四节 水质指标与水质标准 总量控制标准根据一定范围内的水体环境容量和自净能力，计算出允许排入该水域的污染物总量，然后再按照一定的原则，将这些允许的排污总量合理地分配给区

27、内各污染源。第四节 水质指标与水质标准 总量控制可以避免浓度标准的缺点，但要实行总量控制先需要做很多基础工作，如污染源调查、环境质量评价、水体自净规律和污染物迁移转化规律的研究、污染治理边际费用研究等。在没有这些条件以前，总量控制难以实施或奏效。第五节 水处理的基本途径与方法 废水往往需要通过几个处理单元组成的处理系统处理后，才能够达到排放要求。采用哪些方法或哪几种方法联合使用需根据废水的水质和水量，排放标准，处理方法的特点，处理成本和回收经济价值等，通过调查、分析、比较后才能决定，必要时还要进行小试、中试等试验研究。第五节 水处理的基本途径与方法 任何化工生产过程都可以分解为许多步对物料所采

28、取的行动，每一步行动产生一种独特的效果。当这种行动不包含产生任何化学反应时，称为单元操作，当这种行动产生了化学反应时，则称为单元过程。第五节 水处理的基本途径与方法水处理中单元操作与单元过程混合沉淀浓缩 过滤 浮升属 于单元操作 第五节 水处理的基本途径与方法化学沉淀离子交换脱氯 消毒属 于单元过程 第五节 水处理的基本途径与方法水处理目的：（1）去除水中的影响使用水质的杂质以及污泥的处置最主要的内容 （2）为了满足用水的要求，在水中加入新的成分以改变水的化学性质 如：循环冷却水中加缓蚀剂及缓垢剂以控制腐浊及结垢等； (3)改变水的物理性质的处理。如水的冷却，降低水的粘滞度等。第五节 水处理的

29、基本途径与方法 一、按处理方法进行分类： 针对不同污染物质的特征，发展了各种不同的废水处理方法，这些处理方法可按其作用原理划分为四大类: 物理处理法 化学处理法 物理化学法 生物处理法第五节 水处理的基本途径与方法 1、物理处理法： 主要通过物理作用，以分离、回收废水中不溶解的呈悬浮状态污染物质（包括油膜和油珠）的废水处理法。第五节 水处理的基本途径与方法 2、化学处理法： 通过化学反应和传质作用来分离、去除废水中呈溶解、胶体状态的污染物质或将其转化为无害物质的废水处理法。第五节 水处理的基本途径与方法 3、物理化学法： 利用物理化学作用去除废水中的污染物质。物理化学法主要有吸附法、离子交换法

30、、膜分离法、萃取法、气提法和吹脱法等。第五节 水处理的基本途径与方法 4、生物化学处理法： 通过微生物的代谢作用，使废水中呈溶液、胶体以及微细悬浮状态的有机性污染物质转化为稳定、无害的物质的废水处理方法。根据起作用的微生物不同，生物处理法又可分为好氧生物处理法和厌氧生物处理法。第五节 水处理的基本途径与方法二、按处理程度进行分类 现代废水处理技术，按处理程度划分可分为一级处理、二级处理和三级处理。第五节 水处理的基本途径与方法 1、一级处理： 去除废水中的漂浮物和部分悬浮状态的污染物质，调节废水pH值、减轻废水的腐化程度和后续处理工艺负荷的处理方法。 污水经一级处理后，一般达不到排放标准。所以一般以一级处理为预处理，以二级处理为主体，必要时再进行三级处理，即深度处理，使污水达到排放标准或补充工业用水和城市供水。 一级处理的常用方法有筛滤法、沉淀法、上浮法、预曝气法。第五节 水处理的基本途径与方法 2.二级处理： 污水通过一级处理后，再加以处理，用以除去污水中大量有机污染物。使污水进一步净化的工艺过程。 相当长时间以来，主要把生物化学处理作为