环境工程学：第一章水质与水体自净

第一篇

水质净化与水污染控制工程第一章水质与水体自净第二章水的物理化学处理方法第三章水的生物化学处理方法整理课件图1－2污水浇灌油菜图1－4污染的井水图1－3集水渠变污水渠图1－1高浓度废水直排整理课件第一章水质与水体自净

第一节水的循环与污染一、水资源分布我国水资源的特点：

a总量丰富，人均量少；

b时空分布不均衡。第一节水的循环与污染地球水体

13.9亿km3海洋咸水（97.3%）淡水（<3%）冰川、冰帽（77.2%）地下水、土壤水(22.4%)江河、湖泊（0.36%）整理课件二、水循环水循环分为自然循环和社会循环地表水蒸腾蒸发水汽云雨、雪、雹地下水、土壤水凝结自然循环社会循环天然水体生产、生活生活污水生产废水排放第一节水的循环与污染整理课件三、水污染通过体系内部一系列的物理、化学和生物学的连锁反响和相互作用，水体在一定程度下具有自我调节和降低污染的能力——水体的自净能力。水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、生物或者放射性等方面特性的改变，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——?中华人民共和国水污染防治法?关于“水污染〞的定义第一节水的循环与污染图1－5武汉东湖大面积死鱼整理课件第一节水的循环与污染图1－7原油污染的海岸图1－6海底油田井喷图1－8赤潮整理课件第一节水的循环与污染图1－9微山湖被污染图1－10云南滇池爆发蓝藻整理课件太湖天下秀图1－11龙头马迹图1－12太湖风光图1－13太湖风光图1－14太湖春晓整理课件太湖蓝藻爆发图1－15纯净水缺货图1－16太湖蓝藻整理课件四、水污染的分类和影响能使水体的水质、生物质、底泥质量恶化的各种物质第一节水的循环与污染化学性污染物理性污染生物性污染根据其性质水体污染图1－17受污染的长江流域（1）整理课件1〕无机污染物质：酸、碱及一些无机盐类2〕无机有毒物质：重金属〔汞、镉、铅等〕3〕有机有毒物质：有机农药、多环芳烃、芳香胺等4〕需氧污染物质：碳水化合物、蛋白质、脂肪和酚等5〕植物营养物质：含氮、磷的化合物6〕油类污染物质水体污染物

1、化学性污染物第一节水的循环与污染图1－17受污染的长江流域（2）整理课件2、物理性污染物质1〕悬浮污染物质：固体物质2〕热污染：热电厂、核电站及各种工业过程中的冷却水3〕放射性污染：Sr90、Cs137、I1313、生物性污染

生活污水、医院污水和某些工业废水中的病原微生物、病毒、寄生虫等。第一节水的循环与污染水体污染物图1－18受石油污染的海鸟整理课件第二节水质指标与水质标准一、水质指标

水质

——水的品质，指水与其中所含的杂质共同表现出来的物理学、化学和生物学的综合特性。水质指标

——水中杂质的种类、成分和数量，是判断水质的具体衡量标准。第二节水质指标与水质标准图1－19按颗粒尺寸进行物质分类溶解物质胶体物质悬浮物质10-510-410-310-210-111010010-910-710-610-510-410-310-210-1(μm)(mm)物理性指标化学性指标生物学指标整理课件〔1〕感官物理性状指标：温度、混浊度、嗅和味、色度等〔2〕其它物理性状指标：总固体、悬浮固体、电导率等1、物理学水质指标色度感官性指标，水中悬浮物、胶体或溶解物质均可生色。第二节水质指标与水质标准浊度水中不溶性物质对光线透过时产生的阻碍程度。〔水中悬浮物或胶体状颗粒物质〕表色：由水中悬浮物、胶体物质和溶解物质共同引起的颜色。真色：除去水中悬浮物质后所呈现的颜色。整理课件总固体〔TS〕

一定温度下一定体积水样蒸发至干所残留的固体物质总量总固体过滤溶解固体悬浮固体0.45µm挥发性固体固定性固体灼烧600℃常用蒸发烘干温度：103～105℃；单位：mg/L灼烧减重总可滤残渣总不可滤残渣整理课件例1-1：将某污水水样100mL置于重量为46.4718g的古氏坩埚中过滤，坩埚在105℃下烘干后称重为46.5036g，然后再将此坩埚置于600℃下灼烧，最后称重为46.4848g。另取同一水样100mL，放在重量为67.9624g的蒸发皿中，在105℃下蒸干后称重为68.0138g。试计算该水样的总固体、悬浮固体、溶解固体、挥发性悬浮固体和固定性悬浮固体量各为多少mg/L？46.5036g?46.4718g?46.4848g67.9624g?68.0138g悬浮固体挥发性悬浮固体总固体第二节水质指标与水质标准溶解固体？固定性悬浮固体？整理课件2、化学水质指标〔1〕非专一性指标电导率表示水样中可溶解性电解质总量。总含盐量水中各种溶解性矿物盐类的总称。碱度一般来源于水样中OH-、CO32-、HCO3-离子。关系到水的许多化学反响过程。硬度可溶性钙盐和镁盐组成，引起沉积和结垢现象。

〔2〕非专一性有机物指标化学需氧量(COD)有机污染物浓度指标。生物化学需氧量水体通过微生物作用发生自然净化的能力标(BOD)度，废水生物处理效果标度。总需氧量(TOD)近于理论耗氧量值。总有机碳(TOC)近于理论有机碳量值。石油类影响空气—水界面间氧的交换，被微生物降解时耗氧，使水质恶化。第二节水质指标与水质标准整理课件铝影响水的可饮用性，对金属有腐蚀作用，对生物有一定毒性。铁在不同条件下可呈Fe3+或胶粒Fe(OH)3状态，造成水有铁锈味和浑浊，形成水垢，繁殖滋生铁细菌。有毒金属常见的有镉、汞、铅等，一般来源于工业废水。氯化物影响可饮用性，腐蚀金属外表。亚硝酸盐氮是婴幼儿高铁血红蛋白症的病原物，与仲胺类作用生成致癌的亚硝胺类化合物。〔4〕溶解性气体氧气生物呼吸所需，腐蚀金属，水体缺氧会产生CH4、H2S等有害气体。二氧化碳大多数天然水系中碳酸体系的组成物。第二节水质指标与水质标准〔3〕无机物指标整理课件总含盐量

——也称总矿化度，

水中各种溶解性矿物盐类的总称水中主要的阳离子：Ca2+、Mg2+、Na+、K+水中主要的阴离子：HCO3－、CO32－、SO42－

、Cl－总含盐量〔mg/L〕＝∑阳离子〔mg/L〕＋∑阴离子〔mg/L〕整理课件在水中离解或水解后生成可与强酸〔或H+〕反响的物质总量碱度

——水接受质子的能力强碱、弱碱、强碱弱酸盐、有机碱等中和滴定法甲基橙黄→红酚酞红→无甲基橙碱度T酚酞碱度P第二节水质指标与水质标准整理课件例1-2：取某河水水样100mL，用0.1000mol/L的HCl溶液测定其碱度，先以酚酞作指示剂，消耗了HCl溶液0.40mL；另取该水样100mL，以甲基橙作指示剂，用HCl溶液滴定消耗了7.20mL。求该水样的酚酞碱度、甲基橙碱度、总碱度。100mL水样0.1000moL/LHCl酚酞0.40mLHCl100mL水样0.1000moL/LHCl甲基橙7.20mLHCl单位：mmoL/L第二节水质指标与水质标准整理课件水中的两价金属离子与肥皂作用生成沉淀和与水中某些阴离子化合生成水垢而产生硬度。硬度Ca2+Mg2+HCO3－、CO32－、SO42－、Cl－、NO3－、SiO32+碳酸盐硬度——由钙、镁的碳酸盐和重碳酸盐形成（暂时硬度）非碳酸盐硬度——由钙、镁的硫酸盐和氯化物形成（永久硬度）总硬度测定——EDTA络合滴定法第二节水质指标与水质标准整理课件一定严格的条件下，用化学氧化剂〔如KMnO4、K2Cr2O7〕将水中各种有机物质氧化所消耗的氧化剂的量，用mgO/L表示。化学需氧量〔COD〕高锰酸钾耗氧量〔CODMn或OC〕天然水或含易氧化有机物的一般废水重铬酸钾耗氧量〔CODCr或COD〕污染较严重的水样第二节水质指标与水质标准整理课件表示水中有机物在有氧条件下经好氧微生物氧化分解所需氧量。用单位体积污水所耗氧量表示〔mgO/L〕生物化学需氧量〔BOD〕有机物有氧生物分解过程碳化阶段硝化阶段LN(NOD)La(BODu)碳化＋硝化碳化第一阶段BOD图1－20有机物质好氧分解的两个阶段需氧量时间t第二节水质指标与水质标准20℃BOD5整理课件碳化阶段的反响速率与当时剩有有机物浓度成正比。反响动力学

——第一阶段生化需氧量

La—第一阶段生化需氧量L—任何时日剩余有机物浓度Lt—t时剩余有机物浓度k1=0.434k1'

—耗氧速率常数第二节水质指标与水质标准整理课件第一阶段生化需氧量反响动力学公式θ、Txtk与TL与T第二节水质指标与水质标准整理课件例1-3：某废水20℃时的BOD5是150mg/L，此时

k1=0.10d-1，求该废水15℃时的BOD5。x5(20)=150mg/Lk1(20)=0.10d-1La(20)k1(15)La(15)x5(15)第二节水质指标与水质标准整理课件总需氧量TOD——将水样中的有机物在900℃高温下燃烧变成稳定氧化物时所需的氧量，常用mgO/L表示。总有机碳TOC——将水样在900~950℃高温下燃烧，有机碳即氧化成CO2，测量所产生的CO2的量，即可求出水样的总有机碳值，常用mgC/L表示。第二节水质指标与水质标准图1－21TOC测定仪整理课件

3、生物学水质指标细菌总数对饮用水进行卫生学评价时的依据。

大肠菌群水体被粪便污染程度的指标。藻类水体营养状态指标。4、放射性指标总α、总β、铀、镭、钍等生物体受过量辐照(特别是内射)

可引起各种放射病或烧伤等。第二节水质指标与水质标准除了物理学、化学水质指标外还有…？整理课件水质标准——环境标准的一种，它对各种水体的水质提出具体的限制和要求。GB3838-2002地表水环境质量标准GB5749-85生活饮用水卫生标准CJ3020-93生活饮用水水源水质标准GB/T14848-93地下水质量标准GB11607-89渔业水质标准GB5084-92农田灌溉水质标准GB3097-97海水水质标准GB12941-91景观娱乐用水水质标准B8978-96污水综合排放标准二、水质标准第二节水质指标与水质标准整理课件依据地表水水域环境功能和保护目标，按功能上下依次划分为五类：

I类主要适用于源头水、国家自然保护区；

Ⅱ类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、仔稚幼鱼的索饵场等；Ⅲ类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、泅游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区；

IV类主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区；

V类主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。?地表水环境质量标准?〔GB3838-2002〕第二节水质指标与水质标准整理课件?污水综合排放标准?〔GB8978-1996〕第二节水质指标与水质标准按排放污染物的性质分为两类污染物:〔1〕第一类污染物指能在环境或动植物体内积累，对人体健康产生长远不良影响。〔要求一律在车间或车间处理设施排出口采样，最高允许排放浓度必须符合表1－7，不得用稀释法处理〕

〔2〕第二类污染物指长远影响小于第一类污染物质。〔要求在排污单位排放口采样，最高允许排放浓度必须符合表1－8，可用稀释法处理〕整理课件?污水综合排放标准?〔GB8978-1996〕第二节水质指标与水质标准执行标准等级确实定：〔1〕特殊保护水域指国家?地表水环境质量标准?中的Ⅰ、Ⅱ类水域，不得新建排污口，现有的排污单位由地方环保部门从严控制，以保证受纳水体水质符合规定用途的水质标准。〔2〕重点保护水域指国家?地表水环境质量标准?中的Ⅲ类水域和?海水水质标准?Ⅱ类水域，对排入该区水域的污水执行一级标准。〔3〕一般保护水域指国家?地表水环境质量标准?中的Ⅳ、Ⅴ类水域和?海水水质标准?Ⅲ类水域，对排入该区水域的污水执行二级标准。〔4〕对排入城镇下水道并进入二级污水处理厂进行生物处理的污水执行三级排放标准。整理课件第三节废水的成分与性质生活污水工业废水农业废水废水来源居民在日常生活活动中所产生的废水。工业生产工程中排放出来的废水。由农作物栽培、畜牧养殖、农产品加工等工程排出的废水。生活污水工业废水农业废水第三节废水的成分与性质?特征整理课件稀释、扩散、生物化学降解作用第四节水体自净作用与水环境容量经过一系列的物理、化学和生物学变化，污染物被别离或分解，水体根本上或完全恢复到受污染前的状态。这一自然净化过程即为水体的自净作用。一、废水在水体中的稀释、扩散

1、稀释机理——推流、扩散

2、水体混合稀释

第四节水体自净作用与水环境容量a—混合系数n—稀释比ρ—污染物质浓度整理课件二、水体的生化自净1、水体的氧〔1〕水体的复氧与耗氧〔2〕氧垂曲线复氧水中原有氧大气溶氧光合作用溶氧耗氧碳化、硝化耗氧还原态物质、底泥分解植物呼吸作用图1－23氧垂曲线第四节水体自净作用与水环境容量图1－22污水排入后河流的水质变化整理课件2、氧垂曲线公式临界点氧垂曲线公式图1－23氧垂曲线第四节水体自净作用与水环境容量整理课件例题：某城市污水处理厂的出水排入一河流。最不利的情况将发生在夏季气温高而河水流量小的时候。废水最大流量为15000m3/d，BOD5＝30mg/L，DO＝2mg/L，水温25℃。废水排入口上游处河流最小流量为0.5m3/s，BOD5＝4mg/L，DO＝5mg/L，水温22℃。假定废水和河水能瞬时完全混合，耗氧速度常数为k1＝0.10/d，复氧速度常数为k2＝0.17/d〔20℃〕。试求临界亏氧量及其发生的时间。求Dc，tc中间量k1，

k2，D0，L0先求tc，后代入公式求Dc临界点k1,

k2与时间相关D0＝S－DO0整理课件三、水体中细菌的死亡第四节水体自净作用与水环境容量图1－24微生物物种和数量变化的示意图整理课件污化系统将污染水体划属为不同污染带类型：

降解区、强分解区、恢复区、清洁区降解区整理课件颤蚯蚓

*颤蚯蚓属后生动物，与陆地上的蚯蚓从体态和习性上都十分相似，他们也是环节动物，栖息于水底污泥中，与蚯蚓类似吞食污泥故俗称水蚯蚓，与蚯蚓不同的是，他们体表多毛。整理课件强分解区整理课件**天蓝喇叭虫、椎尾水轮虫、栉虾生物的形态。天蓝喇叭虫椎尾水轮虫栉虾整理课件恢复区整理课件***恢复区的藻类变异直链硅藻短棘盘星藻水花束丝藻梭裸藻整理课件清洁区整理课件****清洁区的指示生物

——轮虫、水蚤、鱼腥藻、玫瑰旋轮虫。蚤状水蚤大型水蚤

鱼腥藻玫瑰旋轮虫前节晶囊轮虫整理课件一定水体在规定的环境目标下所能容纳污染物的最大负荷量影响因素水体特征污染物特征水质目标第四节水体自净作用与水环境容量四、水环境容量

W=V〔S－B〕+C某地表水体的水环境容量水体体积水质目标某污染物的环境背景值地表水的自净能力整理课件A水质净化与水污染控制工程的主要任务:研究控制水体污染，保护和改善环境质量，合理利用水资源以及提供不同用途和要求的用水等的工艺技术和工程措施。B水质净化与水污染控制工程的主要内容:〔1〕水体污染和自净规律；〔2〕城市污水和工业废水的处理与利用；〔3〕生活饮用水与工业给水处理；〔4〕城市、区域、水系的水污染综合防治。第五节水处理的根本原那么和方法第五节水处理的根本原那么和方法整理课件一、给水处理的根本方法

工业用水处理

——根据不同工业的水质要求进行软化、除盐、冷却、控制结垢与腐蚀等处理。原水饮用水混凝沉淀过滤消毒混凝剂臭氧氧化/活性炭吸附(深度处理工艺)一般流程饮用水处理

——通过必要的处理工艺，改善天然水的水

质，使之符合生活饮用水水质标准。第五节水处理的根本原那么和方法整理课件1、解决废水问题的主要原那么〔1〕改革生产工艺，减少废水排放量；〔2〕重复利用废水；〔3〕回收有用物质；〔4〕妥善处理；〔5〕选择处理工艺和方法。二、废水处理的根本方法第五节水处理的根本原那么和方法整理课件〔2〕处理程度确实定方法A、按水质；B、按处理厂的能力