环境工程概论(教案)

环境工程概论（授课教案）课程体系（45课时）项目一水污染控制（20课时）项目二大气污染与控制（11课时）项目三固体废弃物处理与处置（6课时）项目四噪声控制方法（6课时）项目五其他物理污染和防护（2课时）考核方式出勤率（10％）3次（0％），5次（取消考试资格）作业4－5次（20％）讨论（演讲）（20％）考试（50％）项目一水污染控制一、环保产业

1、全球环保产业概况1992年全球环保产业的市场规模约为2500亿美元10年后已增至6000亿美元，年均增长率近8％，远远超过全球的经济增长率。到2010年预计全球环保产业的规模将是现在的3倍，可达1.8万亿美元。环保产业已成为世界瞩目的“朝阳产业”。根据国际经验,环境投资占GDP1.0%－1.5%时,可以基本控制污染,当达到2%—3%时,环境才可得到逐步改善。2、中国环保产业2004年中国的环保产业收入总额超过2500亿元，2005年预计达3000亿元，5年后将达到5000亿元左右。中国环保产品出口为14亿人民币，而全球环保产业每年的产值己达6000亿美元预计今后国家还要新建1000多家城市污水处理厂，到2010年城市污水处理投资需求将达到500亿～2000亿元。3、湖北省环保产业概况2002年底，全省城市污水处理率仅26.8％，城市垃圾无害化处理率也只有68.1％；2004年底，全省已投入运行污水厂22座，处理能力为147.10万立方米/日，全省城市污水处理率达到46.74％，居全国第13位。2004年底，垃圾无害化处理率达81.37％，全省23个设市城市中，只有12个城市的13座垃圾处理场为垃圾无害化处理场。全省44个县城中，只有2个县城的2座垃圾处理场为垃圾无害化处理场（厂）。全省有11个市、县的16座垃圾无害化处理场（厂）正在建设。全省在建并要求在2005年底建成通水的污水处理厂有14座，处理能力为46万立方米/日。4、湖北环境治理规划到2010年，全省城镇总污水量为540.22万立方米/日。到2010年，闽江流域城镇污水处理率为75.5％，九龙江流域城镇污水处理率为75.3％，晋江流域城镇污水处理率为84％。至2010年，设市城市生活垃圾无害化处理率达95％，县城生活垃圾无害化处理率达60％；设市城市和县城生活垃圾必须日产日清，清运率为100％。2006年至2010年，全省将新建、扩建污水处理厂78座，处理能力总规模为239.2万立方米/日，总投资约21.92亿元（不包括土地征购费及拆迁费）。至2010年底，全省城镇污水处理率平均达到60％，其中福、泉、厦城市污水处理率达到80％以上，其他城市达到60％，县城达到50％。至2010年底，全省沿海城市中重点城市再生水利用率达到8％—10％，其中福、厦、漳、莆再生水利用率达到8％，泉州市、石狮市、晋江市、南安市、惠安县城再生水利用率达到10％。在“十一五”期间，全省23个设市城市需新建或扩建（不包括在建）12座垃圾处理场（厂），44个县城需新建39座垃圾处理场（厂）。二、环境环境是指与某一体系有关的周围客观事物的总和。《中华人民共和国环境保护法》：“本法所称环境，是指影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然遗迹、人文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村等”。三、环境问题广义的环境问题是指由于自然原因和人类活动作用所引发的人们周围环境质量的变化，以及这种变化所产生的对人类的生产、生活和健康等一系列有害的影响问题。狭义的环境问题，即由人为因素引起的环境问题（通常所指的环境问题）。分类：原生环境问题：由自然力引起的次生环境问题：由人类活动引起的（环境科学主要研究对象）四、环境科学

1、概述以人类与环境这对矛盾为特定研究系统介于社会科学、自然科学和技术科学之间的综合性新兴学科。目的考察以人类为主体的生态系统研究人类与环境的对立统一关系的发生与发展掌握它们之间的客观规律调节与控制这个系统中的物质和能量的交换过程合理利用与改造环境，使之处于最佳运行状态，从而形成生态系统的良性循环。2.环境科学特点环境科学发展的综合性:环境科学几乎涉及到现代科学的各个领域，包括科学技术、经济管理、社会行为、文化教育、人文法律、以及行业部门等人类社会的各个方面分支学科形成的独特性各传统学科运用本学科的理论和方法研究相应的环境问题，从而形成了环境化学、环境生物学、环境物理、环境经济学、环境医学、环境法学等多个交叉的分支学科。分析化学应用于环境污染物质分析，形成了环境化学应用现代工程技术解决“三废”及噪声污染的同时形成了环境工程学3、环境科学分类系统基础环境学基础环境学环境社会学环境数学环境物理学环境化学环境生态学环境毒理学环境地质学环境声学辐射污染及其控制热污染及其控制环境科学应用环境学应用环境学应用环境学环境控制学环境工程学环境污染防治工程技术及理由大气污染防治工程水污染防治工程固体废物治理及利用工程噪声及热污染控制工程环境污染综合防治技术和环境规划环境系统工程环境水利工程环境经济学环境医学环境法学环境工效学(研究环境因素与工作效率的关系)五、环境工程学（EnvironmentalEngineering）主要运用相关学科的基本原理和工程技术方法，研究保护和合理利用自然资源，防治环境污染，以改善环境质量保护人类健康的学科。美国土木工程师学会（简称ASCE）环境工程分会定义：通过健全的工程理论与实践来解决环境卫生问题，包括几个方面：控制水、土壤和空气污染提供安全、可口和充足的公共给水适当处置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消除污染问题对社会和环境所造成的影响环境工程学的分类环境工程学环境工程学环境污染防治工程技术及理由大气污染防治工程水污染防治工程固体废物治理及利用工程噪声及热污染控制工程环境污染综合防治技术和环境规划环境系统工程环境水利工程1.环境工程学的形成水污染防治方面：中国，公元前2300年，陶土管修建的地下排水道形成了中国排水工程雏形，明朝以前开始采用明矾净水英国，19世纪初开始用砂滤法净化自来水，19世纪末采用漂白粉消毒，19世纪中叶开始建立污水处理厂，20世纪开始采用活性污泥法(生化法)处理污水。随后，给排水工程、污水处理工程、卫生工程等逐步发展起来，形成了一门防治水污染的技术科学。大气污染控制方面美国，1885年发明了离心除尘器以消除工业生产造成的粉尘污染当除尘、工业气体净化、空气调节、燃烧装置改造等工程技术逐渐发展后，形成防治大气污染的技术科学。固体废物处理方面古希腊，约在公元前3000～1000年，开始对城市垃圾采用填埋处置方法20世纪出现了利用工业废渣制造建筑材料等工程技术。噪声控制方面有20世纪50年代，在对噪声控制问题广泛研究的基础上形成了环境声学。此后，研究工作从单项治理措施逐渐向综合防治措施过渡，同时对防治环境污染的措施进行综合的技术经济分析，使得环境系统工程和环境污染综合防治的研究工作迅速发展起来，最终形成了一门新的环境工程学科。2.环境工程学的研究内容大气污染防治工程水污染防治工程固体废物的处理和利用噪声控制光、热、放射性和电磁辐射污染与防治环保新技术、新材料及新能源的开发利用无毒新工艺的设计和应用工业污染系统控制环境污染综合防治的方法和措施污染控制技术中的控制法规与设计准则环境影响的预测、监测和评价的方法参与制订环境保护规划的方法与原则利用系统工程方法，从区域的整体上寻求解决环境问题的最优方案。（1）水污染防治工程采用物理处理、化学处理，生物处理和物理化学处理等方法对废水进行综合治理，并充分利用环境自净能力，以防止、减轻直至消除水体污染，改善和保持水环境质量。并且要合理地利用水源，加强水资源的管理工作，制定废水排放标准。（2）大气污染防治工程应用化学和物理的基本原理，采用各种工程技术方法去除工业废气的颗粒物，治理排放的有害气体，制定不同类型的废气排放标准，保持进入大气的有害物质在大气的自净化能力范围之内。（3）固体废物的处置和利用按照减量化、无害化和资源化要求，从工程技术角度解决固体废物的填埋、焚化等方案的具体实施，以及工业固体废物的资源化处理方法，使某些固体废物成为有用产品的原料，得到有效利用。（4）噪声控制设法从声源上控制它，如采取用无声的或低噪声的工艺和设备代替高噪声的工艺和设备。在技术上控制噪声的传播途径，如采取吸声、消声、隔声、隔振、阻尼等噪声控制技术，根据不同时间、不同地区和人处于不同行为状态来制定环境噪声标准。（5）环境系统工程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，以求取得最优化方案，是环境系统工程的主要任务。根据当地的自然条件对环境问题进行系统分析，弄清污染物产生，迁移和转化的规律采取经济手段，管理手段和工程技术手段相结合的综合防治措施，以便取得环境污染防治的最佳效果。环境工程图纸：高程布置图、平面布置图、管道布置图作业一：p4；0－2，0－3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一节概述一立方米水的作用有多大？炼钢100kg生产水泥2000kg发电2500度生产食用油250kg炼油2000kg生产电视机11台造纸100kg生产红砖200块一、水循环自然循环社会循环：生活用水、工业生产用水、农业生产用水二、水资源1、世界水资源状况目前，世界上已有超过一半的陆地面积、遍及一百多个国家和地区缺水，二十亿人饮水困难。公元前每天人均耗水约12升，中世纪时人均耗水增加到20－40升，18世纪增加到60升人类正以每15年增加1倍的淡水需求消耗着水资源。到目前为止，人类淡水消费量已占全世界可用淡水的54％。阿拉伯联合酋长国被迫从1984年起每年从日本进口雨水2000万立方米2.我国水资源的状况我国水资源总储量约2.81万立方米，居世界第六位，但人均水资源量不足2400立方米，仅为世界人均占水量的1/4，相当于美国的1/5,前苏联的1/7,，加拿大的1/48，世界排名110位，被列为全球13城市每年缺水60亿立方米，全国668个城市中有400多个供水不足，其中108个严重缺水。因缺水每年造成工业损失2300多亿元。3、我国水资源特点水量在地区分布上不平衡水资源分布呈东南多、西北少；53％的东南沿海地区，拥有水资源总量的93％，西北广大地区却只有7％的水资源量。水量在时程分配上很不均匀在广大的北方和西部地区，降水多集中于一年的6～9月份，约占年降水总量的70％以上，而其他季节降水稀少，气候干旱。水土资源组合不相适应东北、西北、黄淮河流域径流量只占全国总量的17%，但土地面积却占全国的65%；长江以南江河径流量占全国的83%，土地面积仅占35%。4.水资源的主要用途农业灌溉（最主要和用水量最大的部门）生活饮用工业用水城市供水畜禽用水牧草灌溉、林业繁育生态及环境用水水力发电、航运、渔业、工程及河道冲淤等5、水资源开发利用中存在的主要问题水体污染中国目前排放污水已近1.7亿t/天（80％以上未经任何处理）水源枯竭生态环境恶化展示一些环境污染的图片第二节水体的主要污染源水体海洋、湖泊、河流、沼泽、水库、地下水的总称。按水体的类型，又可将水体分为海洋水体和陆地水体（地表水水体和地下水水体）。水体污染由于人类活动排放出大量的污染物，这些污染物质通过不同的途径进入水体，使水体的感官性状(如色度、味、浑浊度等)、物理化学性质(如温度、电导率、氧化还原电位、放射性等)、化学成分(有机物和无机物)、水中的生物组成(种群、数量)以及底质等发生变化，水质变坏，水的用途受到影响的情况水体污染源：向水体排放或释放污染物的来源或场所1、水体污染来源（1）生活废水主要包括粪便水、洗浴水、洗涤水和冲洗水等。来源:除家庭生活废水外，还有各种集体单位和公用事业等排出的废水。以有机污染为主，有如下几个特点：含氮、磷、硫高，容易引起水体的富营养化；含有纤维素、淀粉、糖类、脂肪、蛋白质、尿素等，在厌氧性细菌作用下易产生恶臭；含有多种微生物，如细菌、病原菌、病毒等，易使人传染上各种疾病；洗涤剂在废水中含量增大，呈弱碱性，对人体有一定危害。（2）工业废水排放量大，污染范围广，排放方式复杂工业企业遍布全国各地，污染范围广，不少产品在使用中又会产生新的污染。有间歇排放，有连续排放，有规律排放和无规律排放等，给污染的防治造成很大困难。污染物种类繁多，浓度波动幅度大工业产品品种繁多，生产工艺各不相同，导致不同污染物性质、浓度有很大差异污染物质毒性强，危害大被酸碱类污染的废水有刺激性、腐蚀性，有机含氧化合物如醛、酮、醚等则有还原性，能消耗水中的溶解氧悬浮物含量很高，可达3000mg/L，为生活废水的10倍污染物排放后迁移变化规律差异大有的沉积水底，有的挥发转入大气，有的富集于生物体内，有的则分解转化为其他物质，甚至造成二次污染，使污染物具有更大的危险性。恢复比较困难（3）农业生产废水农业废水包括农作物栽培、牲畜饲养、食品加工等过程排出的废水和液态废物。面广、分散、难于收集，难于治理有机质、植物营养物质及病原微生物含量高中国农村牛圈所排废水生化需氧量可高达4300mg/L，是生活废水的几十倍；杭州湾水体中化学耗氧量的88％来自农业含较高量的化肥、农药（农药是农业污染的主要方面）施用农药、化肥的80％～90％均可进入水体有机氯农药半衰期约为15年，所以参加了水循环形成全球性污染，在一般各类水体中均有其存在。第三节水体主要污染物凡使水体的水质、生物质、底质质量恶化的各种物质均可称为水体污染物或水污染物。1、固体污染物（溶解态、胶体态、悬浮态）水样经过一定孔径的滤膜，能被截留下来的为悬浮固体(SS－SuspendedSolids)（危害：沉积在水体中，会淤塞河道，危害水体底栖生物的繁殖灌溉时，会阻塞土壤的孔隙，不利于作物生长。干扰、破坏废水处理和回收设备的工作）能够透过滤膜的为溶解性固体(DS-DissolvedSolids)（主要是盐类，亦包括其它溶解的污染物。含盐量高的废水，对农业和渔业生产有不良影响。）SS+DS＝TS（总固体）上述可用筛滤、沉淀除去2、耗氧（或需氧）有机污染物废水中能通过生物化学和化学作用而消耗水中溶解氧的物质，统称为需氧污染物。它的来源多，排放量大，所以污染范围广。来源及成分：1、生活废水、工业废水中所含的大量有机物，如碳水化合物、蛋白质、油脂、木质素、纤维素等；2、天然水中天然的腐殖物质及水生生物的生命活动产物如动植物残体等3、无机物主要有Fe、Fe2+、S2-、SO32-、CN-等特点：在好氧微生物的作用下分解＝简单无机物＋CO2＋H2O在厌氧微生物的作用下分解＝NH3、CH4、H2S、CO2、H2O水质腐败3、有毒污染物废水中能对生物引起毒性反应的物质，称为有毒污染物，简称为毒物。工业上使用的有毒化学物已经超过12000种，而且每年以500种的速度递增。危害：引起生物急性中毒或慢性中毒，其毒性的大小与毒物的种类、浓度、作用时间、环境条件(如温度、pH值、溶解氧浓度等)、有机体的种类及健康状况等因素有关。大量有毒物质排入水体，危及鱼类等水生生物的生存许多有毒物质能在食物链中逐级转移、浓缩，最后进人人体，危害人的健康。4、富营性污染物指可引起水体富营养化的物质，主要是指氮、磷等元素，其他尚有钾、硫等。此外，可生化降解的有机物、维生素类物质、热污染等也能触发或促进富营养化过程。水中氮和磷的浓度分别超过0.2和0.02mg/L，会促使水华(在湖泊、水库)或赤潮(在海洋)；而藻类的死亡和腐化又会引起水中溶解氧的大量减少，使水质恶化，鱼类等水生生物死亡；严重时，由于某些植物及其残骸的淤塞，会导致湖泊逐渐消亡。这就是水体的营养性污染(又称富营养化)。来源：化肥来自于人、畜、禽的粪便及含磷洗涤剂。食品厂、印染厂、化肥厂的染料厂、洗毛厂、制革厂、炸药厂等排出的含有大量氮、磷等营养元素的废水。5、生物污染物指废水中的致病微生物及其它有害的生物体。包括病毒、病菌、寄生虫卵等各种致病体。废水中若生长有铁菌、硫菌、藻类、水草及贝壳类动物时，会堵塞管道、腐蚀金属及恶化水质，也属于生物污染物。来源：城市生活废水、医院废水、垃圾及地面径流等方面。用细菌总数和菌指数为病原微生物污染的间接指标。6、油脂类污染物包括矿物油和动植物油。难溶于水，在水中常以粗分散的可浮油和细分散的乳化油等形式存在。危害：漂浮在水面上的油形成一层薄膜，影响大气中氧的溶入，从而影响鱼类的生存和水体的自净作用1千克石油完全氧化需要消耗40万升海水中的溶解氧阻碍水的蒸发，影响局部地区的水文气象条件对海洋生物影响最大，油膜能粘住大量的鱼卵和幼鱼，对成鱼产生石油臭味，降低食用价值油脂类污染物还能附着于土壤颗粒表面和动植物体表，影响养分的吸收和废物的排出。7、感官污染物废水中能引起异色、浑浊、泡沫、恶臭等现象的物质，虽无严重危害，但能引起人们感官上的极度不快，被称为感官性污染物。异色、浑浊的废水主要来源于印染厂、纺织厂、造纸厂、焦化厂、煤气厂等。恶臭废水主要来源于炼油厂、石化厂、橡胶厂、制药厂、屠宰厂、皮革厂。当废水中含有表面活性物质时，在流动和曝气过程中将产生泡沫，如造纸废水、纺织废水等。评价指标：色度、臭味、浊度、漂浮物8、酸、碱、盐类污染物工业废水排放的酸碱以及酸雨带来。危害：使水体的pH值发生变化破坏自然缓冲作用消灭或抑制细菌及微生物的生长，妨碍水体自净，使水质恶化土壤酸化或盐碱化。对金属和混凝土材料造成腐蚀对渔业水体而言，pH值不得低于6或高于9.2，当pH值为5.5时，一些鱼类就不能生存或繁殖率下降。农业灌溉用水的pH值应为4.5～8.5酸与碱往往同时进入同一水体，从pH值角度看，酸、碱污染因中和作用而自净了，但会产生各种盐类，又成了水体的新污染物。无机盐的增加能提高水的渗透压，对淡水生物、植物生长都有影响。在盐碱化地区，地面水、地下水中的盐将进一步危害土壤质量。9.热污染指废水温度过高而引起的危害主要危害：使水体溶解氧浓度降低，大气中的氧向水体传递的速率也减慢；导致生物耗氧速度加快，促使水体中的溶解氧更快被耗尽，水质迅速恶化，造成异色和水生生物因缺氧而死亡加快藻类繁殖，从而加快水体富营养化进程导致水体中的化学反应加快，使水体的物理化学性质如离子浓度、电导率、腐蚀性发生变化，从而引起管道和容器的腐蚀。加速细菌生长繁殖，增加后续水处理的费用美国，每天所排放的冷却用水达4.5亿立方米，接近全国用水量的1/3；废热水含热量约2500亿千卡，足够2.5亿立方米的水温升高10第四节水质与水质标准一、水质水质，即水的品质，是指水与其中所含杂质共同表现出来的物理学、化学和生物学的综合特性。水中所含的杂质，按存在状态可分为三类：悬浮物质：由大于分子尺寸的颗粒组成的，它们藉浮力和粘滞力悬浮于水中溶解物质：由分子或离子组成，它们被水的分子结构所支承胶体物质：介于悬浮物质与溶解物质之间。二、水质指标水水质指标物理性水质指标化学性水质指标生物学水质指标

感官物理性状指标其他物理性状指标一般的化学性水质指标有毒的化学性水质指标有关氧平衡的水质指标pH值、硬度、阴、阳离子温度、色度、嗅和味、浑浊度、透明度总固体（TS）、悬浮固体（SS）、电导率重金属、氰化物、多环芳烃DO、COD、BOD、TOC细菌总数、总大肠菌群数、各种病原细菌、病毒等1、物理性水质指标嗅：还原性硫和氮的化合物、挥发性有机物和氯气等污染物质味：如氯化钠带咸味，硫酸镁带苦味，铁盐带涩味，硫酸钙略带甜味等。浊度色度：带有金属化合物或有机化合物等有色污染物的污水说法1：总固体(TS)＝挥发性固体(VS)+固定性固体(FS)其中：挥发性固体(VS)：将固体在600℃的温度下灼烧，挥发掉的量（反映固体的有机成分量固定性固体(FS)：将固体在600℃说法2：总固体(TS)＝溶解固体(VS)+悬浮固体(FS)其中：溶解固体(VS)：表示盐类的含量悬浮固体(FS)：表示水中不溶解的固态物质的量2、化学性指标有关无机物的指标：pH值天然水体的pH一般在6～9之间，饮用水的适宜pH应在6.5～8.5之间生活污水一般呈弱碱性氮、磷等植物性营养物质造成水体富营养化(P>>N)城市污水处理厂磷<1.0mg/L水中有亚硝酸存在说明水体受污染并在自净中（亚硝酸盐在水中不稳定）有毒物质无机毒物、有机毒物和放射性物质三类国际公认6大毒物：氰化物、砷化物、汞、铬、镉、铅。表示有机物的指标溶解氧(DO)：溶解于1升水中的分子氧的含量生化需氧量(BOD)：由于微生物(主要是细菌)的活动，使单位体积污水中可降解的有机物氧化达到稳定状态时所需氧的量(mg/L)反映水中可生物降解的含碳有机物的含量多少以及排入水体后产生耗氧影响的指标碳化阶段和硝化阶段，一般碳化阶段在20天内完成，作为我们需要的数据。五日生化需氧量(BOD5)：微生物在20℃条件下，对单位体积污水中可降解的有机物氧化5天分解所需氧的量BOD5＝70％BOD20缺点：(1)当污水中含大量的难生物降解的物质时，BOD5测定误差较大；(2)反馈信息太慢，每次测定需5天，不能迅速及时指导实际工作；(3)废水中如存在抑制微生物生长繁殖的物质或不含微生物生长所需的营养时，将影响测定结果。化学需氧量(COD)：在规定条件下用化学氧化剂（K2Cr2O7或KMnO4）氧化分解水中有机物时，与消耗的氧化剂当量相等的氧量(mg／L)不能表示可被微生物氧化的有机物量CODcr：完全地氧化水中大部分有机物(除苯、甲苯等芳香烃类化合物以外)无机性还原物质(但不包括硝化所需的氧量)CODMn：较难分解含氮有机物CODcr＞BOD20＞BOD5＞CODMnBOD5/CODcr>0.3(废水适宜采用生化处理)总需氧量(TOD－TotalOxygenDemand)有机物中的主要元素是C、H、O、N、S，在高温下燃烧后，将分别产生CO2、H2O、NO2和SO2，所消耗的氧量称为总需氧量TOD，TOD的值一般大于COD的值。测定方法：是向氧含量已知的氧气流中注入定量的水样，并将其送入以铂为触媒的燃烧管中，在900℃TOD的测定仅需几分钟。总有机碳(TOC－TotalOrganicCarbon)通过测定废水中的总含碳量可以表示有机物含量。测定方法：是向氧含量已知的氧气流中通入定量的水样，并将其送入以铂为触媒的燃烧管中，在900℃高温下燃烧，用红外气体分析仪测定在燃烧过程中产生的CO2量，再折算出其中的含碳量，就是总有机碳TOCTOC的测定时间仅需几分钟。3、生物学指标细菌总数说明水体受细菌污染程度，不能说明污染来源大肠菌群数粪便中大量存在大肠菌群。在一般情况下，大肠菌群属于非致病菌。如果水中的大肠菌群数超过规定的指标，就认为这些水中可能含有水致传染病菌和病毒，如人体直接接触这些水就可能会被传染上疾病。二、水质标准1、生活饮用水水质标准(GB5749－85)2、水环境质量标准：地面水环境质量标准(GB3838－2002)、海水水质标准(GB3097－82)3、污水综合排放标准（GB8978－1996）4、工业用水水质标准第五节水体自净水体是地面水（河流、湖泊、沼泽、水库）、地下水和海洋的总称。它不仅仅指水，还包括水中的溶解物、悬浮物、水生生物和底泥等，是一个完整的生态系统。水体自净指水体具有消纳一定量的污染物质，使自身的质量保持洁净的能力水环境容量指一定水体所能容纳污染物的最大负荷净化机理：物理过程，如稀释、扩散、挥发、沉淀等；化学和物理化学过程，如氧化、还原、吸附、凝聚、中和等反应；生物和生物化学过程，如微生物对有机物的分解代谢，不同生物群体的相互作用等。氧垂曲线I区位于污水排放口上游，水质清洁，溶解氧饱和，生物物种多，可发现鱼类包括观赏鱼类；II区位于污水排放口附近，水质浑浊，有污泥下沉或上浮现象，溶解氧减少至饱和溶解氧量的40％，鱼类和绿藻减少，蓝绿藻蔓生，底泥中出现颤蚓虫等蠕虫；III区为污染严重地区，水质变灰发黑，出现浮渣，溶解氧降至40％饱和度以下甚至零，有腐败性气体如硫化氢等产生，厌氧细菌大量繁殖，微生物物种减少，藻类减少，鱼虾死亡，蚊蝇孳生；IV区水质逐渐恢复，溶解氧逐渐回升，出现真菌、浮游动物，藻类增加，底栖生物中可见颤蚓、贻贝等介壳类以及昆虫的幼虫，一般鱼类复生；V区水质变清，生物物种恢复到污水排放口上游的状态，表明水体对有机污染物的自净作用已经完成。污染物在不同水体中的迁移转化规律河流中的扩散：受到河流的流量、流速、水深等因素的影响。大河和小河的纳污能力差别很大河口的扩散：受潮汐影响，受涨潮、落潮、平潮时的水位、流向和流速的影响。污染物排人后随水流不断回荡，在河流中停留时间较长。湖泊、水库的扩散：贮水量大，但水流比较慢，对污染物的稀释、扩散能力较弱。污染物不能很快地和湖、库的水混合，易在局部形成污染。当湖泊和水库的平均水深超过一定深度时，由于水温变化使湖(库)水产生温度分层，当季节变化时易出现翻湖现象，湖底的污泥翻上水面海洋扩散：海湾或海域局部的纳污和自净能力差别很大。污水的水温较高，含盐量少，密度较海水小，易于浮在表面，在排放口处易形成污水层。地下水扩散：污染是一个缓慢的过程，但地下水一旦污染要恢复原状非常困难。第六节水处理方法和工艺流程简介一、给水处理基本方法：1、去除水中的悬浮物：混凝、澄清、沉淀、过滤、消毒2、变革水中溶解物质：软化、除盐、水质稳定3、降低水温：冷却4、去除微量有机物常规处理工艺工业用除盐水其它水处理工艺：高浊度水处理工艺、低浊度水处理工艺、微污染水处理工艺、富营养化湖泊水处理工艺热点问题与发展方向：热点问题：有机污染物的去除：已发现有机物种类在2000种以上；饮用水中有700多种。美国确立了117种优先控制有机物我国也确定了12类58种病原微生物：贾第虫、隐孢子虫等管网水二次污染：细菌繁殖―>水质变差、管道堵塞`发展方向：加强微量有机物去除：加强常规处理、增加预处理（如生物预处理）、增加后处理（如活性炭吸附、化学氧化）、开发新技术（如膜技术）加强消毒：防止各种致病微生物的影响消毒副产物的问题：替代氯的其它消毒技术管网水二次污染控制二、废水处理按废水中污染物的除去方式分：分离处理：通过各种方法使污染物从废水中分离出来，一般不改变污染物的化学本性转化处理：通过化学或生物化学的方法，使废水中的污染物转化为无害的物质，或是转化为易于分离的物质然后再分离。稀释处理：既不把污染物分离出来，也不改变污染物的化学性质，通过稀释混合，降低污染物的浓度，从而使其达到无害的目的。按处理的程度分：一级处理：也叫初级处理，该过程只能除去废水中的大颗粒的悬浮物及漂浮物。很难达到排放标准。二级处理：一般可以除去细小的或呈胶体态的悬浮物及有机物，一般能达到排放标准。三级处理：也称高级处理：进一步除去废水中的胶体及溶解态的污染物。一般可达到回用的目的。处理级别污染物质处理方法一级处理悬浮或胶态固体、悬浮油类、酸、碱格栅、沉淀、浮上、过滤、混凝、中和二级处理可生化降解的有机物生物化学处理三级处理难生化降解的有机物、溶解态的无机物、病毒、病菌、磷、氮等吸附、离子交换、电渗析、反渗透、超滤、化学处理法按处理过程中发生的变化分：物理法：沉淀、气浮、筛网化学法：中和、吹脱、混凝、消毒生物处理方法：好氧、厌氧物理化学方法：吸附、离子交换、膜技术处理一般流程：工业废水处理根据水质不同、处理程度工艺而异。一般大多以生物处理为主，但常有前处理（调节、气浮除油、中和）根据需要有后处理：混凝、过滤、活性炭吸附重要课题难降解有机物工业废水的治理技术，如农药废水、造纸废水、染料废水等作业二：浓度排放标准和总量排放控制标准各有什么特点？为什么总量控制标准更合理？简述氧垂曲线的内容？常规河流的监测指标有哪些？工业废水（造纸、印染、电镀）的水质控制指标有哪些？给水处理与废水处理有何区别？第二章水的物理化学处理方法第一节水中粗大颗粒物质的去除大小0.1mm或1mm以上，包括砂砾、小卵石、砾石、树枝、菜叶、碎布、垃圾等去除方法：物理处理法处理设备：格栅、筛网、沉砂池、离心机等格栅由一组平行的金属栅条制成的框架，斜置在废水流经的管道上或泵站集水池的进口处，或取水口进口端部用以截留水中粗大的悬浮物和漂浮物，以免堵塞水泵及沉淀池的排泥管格栅通常是废水处理流程的第一道设施。形状：平面格栅、曲面格栅栅条间隙：粗格栅(50～100mm)、中格栅(10～40mm)、细格栅(3～10mm)隔栅的类型：见PPT设备图设计参数（注意事项）为了防止栅条间隙堵塞，污水通过栅条间距的流速一般采用0.6～1.0m/s，一方面泥砂不至于沉积在沟渠底部，另一方面截留的污染物又不至于冲过格栅。可设置粗细两道格栅，水泵前栅条间距一般采用16—25mm，沉砂池或沉淀池前栅条间距一般采用15—30mm，最大不超过40mm。一般可参考下列数据（生活污水）①当栅条间距为10～25mm时，栅渣截留量为22～60L/103m3污水。②当栅条间距为25～50mm时，栅渣截留量为5～22L/103m3污水③当栅条间距为50～75mm时，栅渣截留量为2～5L/103m3污水栅渣的含水率约为75～85％；密度约为950kg/m3。清渣方法：人工清除和机械清除栅条的断面形状有圆形、矩形及方形，圆形的水力条件较方形好，但刚度较差。目前多采用断面形式为矩形的栅条。人工清除污物的格栅人工清除污物的格栅 由图可了解：人工清理一般成45º～60º安放，过水面积一般不小于进水管渠有效面积的2倍机械清渣倾角一般为60º～70º，有时为90º。过水面积一般应不小于进水管渠的有效面积的1.2倍。h1：由于格栅的水头损失，为避免出现壅水现象，栅后渠底应比栅前低10～15cmα1：为了防止格栅前渠道出现阻流回水现象，应有一展开角α1=20º的渐扩部位格栅本身由于截留污物堵塞造成水头损失（10～15cm）此时需要清渣筛网主要用于截留尺寸在数毫米至数十毫米的细碎悬浮态杂物，尤其适用于分离和回收废水中的纤维类悬浮物（纸浆）和动植物残体碎屑（藻类）。这类污染物容易堵塞管道、孔洞或缠绕于水泵叶轮。用筛网分离具有简单、高效、运行费用低廉等优点。筛网装置：见PPT设备图孔径小于10mm：工业废水预处理截留大于3mm的漂浮物孔径小于0.1mm：处理后出水的最终处理或重复利用水的处理沉砂池去除粒径在20～100mm以上的可沉固体颗粒砂粒、煤渣、有机杂质（骨屑、种子等）工作原理是以重力分离（自由沉降）为基础平流式沉砂池、曝气沉砂池、钟式沉砂池平流式沉砂池介绍：①当污水自流进入时，应按每期的最大设计流量计算；②当污水为提升进入时，应按每期工作水泵的最大组合流量计算；③在合流制处理系统中，应按降雨时的设计流量计算。座数或分格数不应少于两个池内流速max为0.3m/s，min0.15m／s；最大流量时，污水在池内的停留时间不少于30s，一般为30～60s；池宽不小于0.6m有效水深应不大于1.2m，一般采用0.25—1.0m超高不宜小于0.3m池底坡度一般为0.01—0.02，储砂斗一般按2d内的沉砂量考虑，斗壁与水平面倾角不应小于55°平流式沉砂池计算1、确定最大流速v及最大设计流量时的停留时间t2、确定池长L：L＝vt3、确定水流断面面积A：A＝Qmax/v4、确定有效水深h25、确定池宽B：B＝A/h26、确定沉砂斗容积V：讲义p727、设计泥斗各尺寸，确定斗高h38、确定沉淀池总高度H：H＝h1+h2+h3（h1≥0.3m）9、核算最小流速vmin：vmin＝Qmin/A（A工作断面面积）曝气沉砂池克服了平流式沉砂池去除的泥渣中混有有机物（15％），久置易腐败的缺点去除的泥渣含有机物低于5％曝气沉砂池水流运动形式两种运动形式：水平流动：流速一般取0.1m/s，不得超过0.3m/s旋转运动：池一侧的曝气作用导致在池的横断面上产生旋转运动，整个池内水流产生螺旋状前进的流动形式。空气的供给量应保证在池中污水的旋流速度达到0.25—0.4m/s之间，一般取0.4m/s。由于曝气以及水流的螺旋旋转作用，污水中悬浮颗粒相互碰撞、摩擦、并受到气泡上升时的冲刷作用，使粘附在砂粒上的有机污染物得以去除，沉于池底的砂粒较为纯净。有机物含量只有5％左右的砂粒，长期搁置也不至于腐化。曝气沉砂池的设计参数(1)污水在池内的停留时间为4—6min；当雨天最大流量时为1～3min。如作为预曝气，停留时间为10～30min。(2)池的有效水深为2—3m，池宽与深比为1～1.5，池的长宽比可达5，当池长宽比大于5时，应考虑设置横向挡板；(3)曝气沉砂池多采用穿孔管曝气，孔径为2.5～6.0mm，距池底约0.6～0.9m，并应有调节阀门；(4)供气量一般0.2m3/m3污水和3～5m3/m2·h可参照下表（单位池长所需空气量）钟式沉砂池离心分离水旋分离设备：容器不动，由沿切向高速进入器内的水流本身造成的旋转来产生离心力。常用的有压力式和重力式。器旋分离设备：依靠容器的高速旋转带动器内水旋转产生离心力，即离心机。优点：降低沉砂池建造和操作的成本。缺点：通常需要浓缩器压力式水力旋流器优点：体积小、用料少、单位容积的处理能力高等缺点：设备易受损耗、电耗较大。应用：纸浆、矿浆、洗毛废水的除砂建材工业中金刚砂的分离高浊度河水去除泥沙的预处理重力式水力旋流器常速离心机α＜3000：污泥和化学沉渣的处理高速离心机α＞3000：废水中乳化油的去除第二节水中悬浮物质和胶体物质的去除沉淀主要用于去除粒径在20～100mm以上的可沉固体颗粒原理利用颗粒与水的密度之差，比重>1，下沉比重<1，上浮工艺简单，应用广泛，主要用于去除100um以上的颗粒给水处理――混凝沉淀，高浊预沉废水处理――沉砂池（去除无机物）初沉池（去除悬浮有机物）二沉池（活性污泥与水分离）类型：自由沉淀：沉砂池、初沉池前期在沉淀过程中颗粒的形状，大小及比重等不发生变化，沉速不变各自单独进行沉淀，沉淀轨迹呈直线。絮凝沉淀：初沉池后期、二沉池前期、给水混凝沉淀悬浮颗粒浓度不高，但沉淀过程中悬浮颗粒之间有互相絮凝作用，颗粒因互相聚集增大而加快沉降，沉淀的轨迹呈曲线。拥挤沉淀：高浊水、二沉池、污泥浓缩池悬浮颗泣浓度较高(5000mg/L以上)，颗粒的沉降受到周围其它颗粒影响，颗粒间相对位置保持不变，形成一个整体共同下沉，与澄清水之间有清晰的泥水界面。压缩沉淀沉降过程中由于悬浮颗粒浓度很高，颗粒相互之间已挤集成团块结构，互相接触，互相支承，下层颗粒间的水在上层颗粒的重力作用下被挤出，使污泥得到浓缩。自由沉降原理球形颗粒在水中受到两个力的作用：水的阻力F2=CDrlpd2/4u2/2和重力F1=1/6pd3(rp-rl)g当平衡时：F1＝F2球形颗粒：非球形颗粒：上述是理论计算，实际可采用沉降实验来确定见教材p79～80沉淀实验自由沉降（实验）曲线取直径80～100mm，高度为1500～2000mm的沉淀筒6～8个，将已知悬浮物浓度c0和水温的水样注入各个筒中，搅拌均匀后，同时开始沉淀，取样点设于水深1200mm处，经t1时间后从第一个筒中取水样得悬浮物浓度c1，经t2后，取第二筒测浓度c2，依次得各筒浓度，绘制曲线H处以上u>u0的颗粒可去除，以下u<u0的颗粒也可能去除取沉淀筒6～8个，注入已知悬浮物浓度c0和水温的水样，取样时将取样点以上水样取走测定浓度，经t1时间后从第一个筒中取水样得悬浮物浓度c1，经t2后，取第二筒测浓度c2，依次得各筒浓度，绘制曲线絮凝沉降（实验）曲线取直径150～200mm，高度为1500～2000mm的沉淀筒1个，每隔300mm设取样口，将已知悬浮物浓度c0和水温的水样注入筒中，搅拌均匀后，同时开始沉淀，每隔一定时间间隔，同时在各取样口取样，分析悬浮物浓度，绘制曲线拥挤和压缩沉降（实验）曲线理想沉淀池理论为便于说明沉淀池的工作原理以及分析水中悬浮颗粒在沉淀池内运动规律，Haen和Camp提出了理想沉淀池这一概念。理想沉淀池作下述假定：(1)沉淀区过水断面上各点的水流速度均相同，水平流速为v；(2)悬浮颗粒在沉淀区等速下沉，下沉速度为u；(3)在沉淀池的进口区域，水流中的悬浮颗粒均匀分布在整个过水断面上；(4)颗粒一经沉到池底，即认为已被去除。v=Q/(h0B)B:池宽I、III之间直线代表：q=Q/A=u0表面负荷或溢流率正好有一个沉降速度为u0的颗粒从池顶沉淀到池底，称为截留速度。II、III之间直线代表：u<u0的颗粒只能部分去除去除率为E＝ui/u0＝ui/(Q/A)；Q/A：颗粒在理想沉淀池的沉淀效率只与表面负荷有关，而与其它因素（如水深、池长、水平流速、沉淀时间）无关。(Hazen理论,1904年）I下直线代表：u≥u0的颗粒可以全部去除mB直线代表：u<u0的颗粒从沉淀池某处沉降去除率为h1/h0修正表面负荷率qq＝（1/1.25～1/1.75）u0t＝（1.5～2.0）t0沉淀设备处理地位分类：初沉池设在沉砂池后、某些生物处理构筑物前，主要作用时去除有机固体颗粒。一般可去除悬浮固体40～50％，同时去除悬浮性BOD（占BOD520～30％），降低后续有机负荷二沉池池内水流方式分类：平流式沉淀池竖流式沉淀池辐流式沉淀池斜流式沉淀池平流式沉淀池结构：进水装置、沉淀区、缓冲区、污泥区、排泥装置、出水装置进水区：使水流均匀分布在整个进水断面上，尽可能减少扰动，在污水入口处设置整流措施。出水区：不仅可控制沉淀池内的水面高度，而且对沉淀池内水流的均匀分布有直接影响。通常采用：溢流堰（施工难）、三角堰（对出水影响不大）、淹没孔口（容易找平）沉淀区：减少紊动性，提高稳定性L/B>4，L/H>10存泥区：泥斗排泥，机械排泥缓冲区：防止污泥重新扬起，进入沉淀区平流式沉淀池设计功能设计：沉降区、污泥区尺寸计算和沉淀池个数的确定构造设计：进、出口区设计和排泥、除渣方法确定及设备的选定平流式沉淀池计算1、沉淀时间t和水平流速v的确定或水力负荷q的确定；A、由沉淀实验得到：选u0时，絮凝性颗粒池深要与实验柱高相等；选t0时，无论颗粒的性质如何－－池深要与实验柱高相等考虑水流的影响（安全系数）u设＝u0/1.25-1.75；T设＝1.5-2.0T0在数值上，q设＝u设B、查手册获得经验值讲义p88表2－62、沉淀池有效表面积A：A＝Qmax/q；3、沉淀区有效水深H：H＝ut＝qt＝Qmaxt/A；4、最大流量时水平流速的确定vmax：初沉池≥7mm/s，二沉池≥7mm/s，给水处理10-25mm/s；5、池长L：L＝vmaxt×3.6；(平流式沉淀池一般30～50m)6、沉淀池总宽度B：B＝A/L7、校核L/B：L/B为3～5，一般L/B≥48、校核后如果B过大，可将池子分为数格（n）9、每个沉淀池宽b：b＝B/n10、校核L/B（L/H为8～12）11、沉淀池有效容积W：W＝L×B×H12、校核停留时间t：t＝W/Qmax13、沉淀池总长度L0：进水区(0.5m)，出水区(0.3m)L0＝L+0.5+0.314、污泥斗容积V:V＝SNT（S－每人每日污泥量，0.3－0.8l/d·人；N－设计人口数；T－储泥时间，1d）15、确定污泥斗高度h416、沉淀池总高H0：H0＝H＋h1＋h2+h3+h4（h1－超高0.3m；h2－缓冲层高，无机械刮泥0.5m，有机械刮泥0.3m；h3－池底有坡度的坡度高）竖流式沉淀池适用于絮凝沉降和区域沉降，对自由沉降效果不理想竖流式沉淀池原理悬浮颗粒受到两种力的作用：竖直向上水流速度v和重力下沉速度u(沉降实验)u<v颗粒不能沉淀，随上升水流带走u＝v颗粒处于悬浮态u>v颗粒以u－v差值下沉，颗粒除去可见处于自由沉淀状态的颗粒，该法去除效果远低于平流式沉淀池主要去除原理：絮凝颗粒互相接触、碰撞，使颗粒聚集，直径变大，利于沉降悬浮颗粒由于絮凝作用形成一假想“悬浮层”（起“截流”和“过滤”作用）竖流式沉淀池设计参数1、污泥斗壁倾角为45°～60°；2、泥斗一般按2日储泥量计，如果时活性污泥法后的二沉池以停留时间2小时计；3、沉淀池直径d为4～7m，不大于8m；4、沉淀池直径与沉淀区深度（中心管下口和堰口的间距）比值不超过3，一般取2；5、中心管内流速不大于30mm/s；6、沉淀区上升流速v若无实验资料时，对于生活污水，v为0.3～0.5mm/s，沉淀时间1.5～2.0h；辐流式沉淀池：类型见PPT设备沉淀池适用条件斜板（斜管）沉淀池为了提高沉淀池处理能力缩小体积和占地面积，设计了斜板(斜管)沉淀池具有沉淀效率高、停留时间短、占地少等特点浅池沉降原理理想沉淀池L/H＝v/u0；u0＝Q/AQ、A不变，u0的颗粒沉淀时间缩短，提高沉淀效率斜板（管）沉淀池构造1、斜板沉淀池；2、斜管沉淀池（材质：轻质，无毒；纸质蜂窝、薄塑料板（硬聚氯乙烯、聚丙烯）根据水流与泥流方向分为：异向流、同向流、横向流斜流沉淀池流向：按斜板或斜管间水流与污泥的相对运动方向来区分，斜流式沉淀池有同向流和异向流两种。在污水处理中常采用升流式异向流斜流沉淀池.斜板（斜管）沉淀池构造：由斜板(管)沉淀区、进水配水区、清水出水区、缓冲区和污泥区组成斜流沉淀池设计参数：导向流斜流沉淀池中，斜板(管)与水平面呈60º角，长度通常为1.0m左右，斜板净距(或斜管孔径)一般为80～100mm。斜板(管)区上部清水区水深为0.7～1.0m，底部缓冲层高度为1.0m一、异向流基本参数：1、斜板（管）倾角60°2、斜板（管）长1～1.2m，斜管直径50～810mm(给水处理直径25～35mm)3、板间垂直距离80～120mm（给水处理不小于50mm）4、入流区（沉淀区下面包括缓冲层）高度：1.0～1.5m5、出流区（沉淀区上面）高度：0.7～1.0m6、布水区宽度：0.5-1.0m7、沉降速度u0=0.2-0.4mm/s,水平流速v≤3mm/s8、Q设＝hu0（A斜＋A原）（h：0.6-0.8，斜板效率系数；A斜：斜板在水平面的投影面积；A原：液面面积）二、同向流1、水流促进泥的下滑，斜角可减少到30－40度2、Q设＝hu0（A斜－A原）三、横向流1、使用少，结构和平流式沉淀池较接近，易于改造，但水流条件差2、Q设＝hu0A斜斜流沉淀池优缺点优点：沉淀面积增大，水深降低，产水量增加q＝9－11m3/(m2h)平流式q<2m3/(m2h)层流状态Re<200，平流式>500缺点：单位面积上泥量增加，易导致排泥不畅，产生泛泥现象来水水质、水量变化时，来不及调整运行，耐冲击负荷的能力较差停留时间短（几分钟），缓冲能力差对混凝要求高，耗材，有时堵，常用于给水处理，和污水隔油池混凝化学混凝所处理的对象，主要是水中的微小悬浮物和胶体杂质。大颗的悬浮物由于受重力的作用而下沉，可以用沉淀等方法除去。但是，微小粒径的悬浮物和胶体，能在水中长期保持分散悬浮状态，即使静置数十小时以上，也不会自然沉降。这是由于胶体微粒及细微悬浮颗粒具有“稳定性”。1．胶体的稳定性根据研究，胶体微粒都带有电荷。天然水中的粘土类胶体微粒以及污水中的胶态蛋白质和淀粉微粒等都带有负电荷，其结构示意图见(HYPERLINKP:\环境工程\环境工程相关资料\文本讲义\水污染讲义\\shuiwr\photo\8-1.jpg图8—1)。它的中心称为胶桉。其表面选择性地吸附了一层带有同号电荷的离子，这些离子可以是胶校的组成物直接电离而产生的，也可以是从水中选择吸附H+或OH-离子而造成的。这层离子称为胶体微粒的电位离子，它决定了胶粒电荷的大小和符号。由于电位离子的静电引力，在其周围又吸附了大量的异号离子．形成了所谓“双电层”。这些异号离子，其中紧靠电位离子的部分被牢固地吸引着．当胶核运行时，它也随着一起运动，形成固定的离子层。而其他的异号离子，离电位离子较远，受到的引力较弱，不随胶核一起运动，并有向水中扩散的趋势．形成了扩散层。固定的离子层与扩散层之间的交界面称为滑动面。滑动面以内的部分称为胶粒，胶粒与扩散层之间，有一个电位差。此电位称为胶体的电动电位，常称为∫电位。而胶核表面的电位离子与溶液之间的电位差称为总电位或∮电位。胶粒在水中受几方面的影响：①由于上述的胶粒带电现象，带相同电荷的胶粒产生静电斥力，而且∫电位愈高，胶粒间的静电斥力愈大；②受水分子热运动的撞击，使微粒在水中作不规则的运动，即“布朗运动；”③胶粒之间还存在着相互引力——范德华引力。范德华引力的大小与胶粒间距的2次方成反比，当间距较大时，此引力略去不计。一般水中的胶粒∫电位较高。其互相间斥力不仅与∫电位有关，还与胶粒的间距有关，距离愈近，斥力愈大。而布朗运动的动能不足以将两颗胶粒推近到使范德华引力发挥作用的距离。因此，胶体微粒不能相互聚结而长期保持稳定的分散状态。使胶体微粒不能相互聚结的另一个因素是水化作用。由于胶粒带电，将极性水分子吸引到它的周围形成一层水化膜。水化膜同样能阻止胶粒间相互接触。但是，水化膜是伴随胶粒带电而产生的，如果胶粒的电位消除或减弱，水化膜也就随之消失或减弱。2．混凝原理化学混凝的机理至今仍未完全清楚。因为它涉及的因素很多，如水中杂质的成分和浓度、水温、水的pH值、碱度，以及混凝剂的性质和混凝条件等。但归结起来，可以认为主要是三方面的作用：1．压缩双电层根据DLVO理论，加入电解质对胶体进行脱稳。电解质加入――与反离子同电荷离子――压缩双电层――电位――稳定性――凝聚电位＝0，等电状态，实际上混凝不需要电位＝0，只要使Emax=0即可，此时的电位称为临界电位。示例：河川到海洋的出口处，由于海水中电解质的混凝作用，胶体脱稳凝聚，易形成三角洲。叔采－哈代法则可以适用，即：凝聚能力离子价数6但该理论不能解释：1）混凝剂投加过多，混凝效果反而下降；2）与胶粒带同样电号的聚合物或高分子混凝效果好。这些都与胶粒的吸附力有关，绝非只来源于静电力，还来源于范得华力、氢键及共价键力（多出现在有聚合离子或高分子物质存在时）。2．吸附-电性中和这种现象在水处理中出现的较多。指胶核表面直接吸附带异号电荷的聚合离子、高分子物质、胶粒等，来降低电位。这一点与第1条机理不同。在铝盐混凝剂的过程中，水解的多核羟基络合物主要起吸附电性中和作用。在水处理中由水合的Al3+产生的单纯的压缩双电层作用甚微。3．吸附架桥指高分子物质和胶粒，以及胶粒与胶粒之间的架桥高分子投量过少，不足以形成吸附架桥，但投加过多，会出现“胶体保护”现象。4．网捕或卷扫金属氢氧化物在形成过程中对胶粒的网捕小胶粒与大矾花发生接触凝聚―――澄清池中发生的现象上述三种作用产生的微粒凝结理象——凝聚和絮凝总称为混凝。对于不同类型的棍凝剂，压缩双电层作用和吸附架桥作用所起的作用程度并不相同。对高分子混凝剂特别是有机高分子混凝剂，吸附架桥可能起主要作用；对硫酸铝等无机混凝剂，压缩双电层作用和吸附架桥作用以及网捕作用都具有重要作用。混凝过程1、凝聚（coagulation）带电荷的水解离子或高价离子压缩双电层或吸附电中和――z电位¯――脱稳――凝聚，生长成约d=10特点：剧烈搅拌，瞬间完成®®在混合设备中完成2．絮凝（flocculation）高聚合物的吸附架桥脱稳胶粒――生长成大矾花d=0.6-1.2mm特点：需要一定时间，搅拌从强®弱®®在絮凝中设备完成混凝剂和助凝剂一、混凝剂（胶粒脱稳）种类有不少于200－300种。无机铝系硫酸铝、明矾、聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铝（PAS）适宜pH：5.5~8铁系三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铁（国内生产少）、聚合硫酸铁、聚合氯化铁适宜pH：5~11，但腐蚀性强有机人工合成阳离子型：含氨基、亚氨基的聚合物国外开始增多，国内尚少阴离子型：水解聚丙烯酰胺（HPAM）非离子型：聚丙烯酰胺（PAM），聚氧化乙烯（PEO）两性型：使用极少天然淀粉、动物胶、树胶、甲壳素等

微生物絮凝剂

䦋㌌㏒㧀좈໱琰茞ᓀ㵂Ü二、发展方向1、无机复合聚合物混凝剂：聚合硫酸铝铁（PFAS）、聚合氯化铝铁（PFAC）、聚合硫酸氯化铁（PFSC）、聚合硫酸氯化铝（PASC）、聚合铝硅（PASi）、聚合铁硅（PFSi）、聚合硅酸铝（PSA）、聚合硅酸铁（PSF）2、无机－有机复合：聚合铝/铁-聚丙烯酰胺、聚合铝/铁-甲壳素、聚合铝/铁-天然有机高分子、聚合铝/铁-其它合成有机高分子3、有机高分子絮凝剂三、助凝剂可以参加混凝，也可不参加混凝。但与混凝剂一起使用时，能够促进水的混凝过程1．酸碱类：调整水的pH，如石灰、硫酸等2、绒粒核心类：加大矾花的粒度和结实性，如活化硅酸（SiO2·nH2O）、骨胶、高分子絮凝剂3、氧化剂类：破坏干扰混凝的物质，如有机物。如投加Cl2、O3等影响混凝效果的主要因素水温：无机盐类混凝剂的水解是吸热反应，水温低时，水解困难如：硫酸铝，当水温低于5℃pH值：用硫酸铝去除水中浊度时，最佳pH值6.5—7.5；用三价铁盐时，最佳pH值6.O一8.4。高分子混凝剂尤其是有机高分子混凝剂，混凝的效果受pH值的影响较小。水中杂质的成分性质和浓度：天然水中含粘土类杂质为主，需要投加的混凝剂的量较少；污水中含有大量有机物时，需要投加较多的混凝剂才有混凝效果，但影响的因素比较复杂。水力条件：混合（使药剂在很短的时间内完成迅速均匀地扩散到全部水中，使胶体脱稳进行凝聚。）和反应（使混凝剂的微粒通过絮凝形成大的具有良好沉淀性能的絮凝体。）混凝设备混凝剂配置和投配干投：将固体药剂破碎成粉末后定量投加湿投：混凝剂先溶解，再配制成一定浓度的溶液后投加混合设备：水泵混合、隔板混合、机械混合（搅拌强度大，水流为湍流，混合流速1.5m/s以上，混合时间短<2min）反应设备：隔板反应、折板反应、机械反应（适宜的搅拌强度，防止将形成的较大矾花打碎，反应时间10～30min）混凝剂的配制与投配1．投配流程：药剂－溶解池－溶液池－计量设备－投加设备－混合设备－2．剂量与投加方式计量：流量计（转子、电磁）、孔口、计量泵投加方式：泵前投加，虹吸投加，水射器投加，泵投加3．投加量自动控制最佳投加量：既定水质目标的最小混凝剂投加量一般采用混凝搅拌试验，确定最佳混凝剂投加量，然后进行人工调节。自动控制方法：数学模型法：需要大量的生产数据、涉及仪表多 现场模拟试验法：根据试验结果反馈到投药，仍有一定滞后。 流动电流检测器（SCD）：流动电流是指胶体扩散层中反离子在外来作用下随流体流动而产生的电流。 絮凝监测器：利用光电原理检测水中絮凝颗粒变化二、混合设备水泵混合：投药投加在水泵吸水口或管上。管式混合：管式静态混合器、扩散混合器，混合时间2－3秒机械混合：搅拌三、絮凝设备隔板絮凝池：由往复式和回转式两种水头损失由局部水头和沿程水头损失组成。往复式总水头损失一般在0.3－0.5m，回转式的水头损失比往复式的小40％左右。特点：构造简单、管理方便，但絮凝效果不稳定，池子大。适应大水厂设计参数：流速：起端0.5-0.6m/s，末端0.2-0.3m/s段数：4－6段絮凝时间：20－30分隔板间距：不大于0.5m折板絮凝池：通常采用竖流式，与隔板式相比，水流条件大大改善，有效能量消耗比例提高，絮凝时间10－15分但安装维修较困难，折板费用较高机械絮凝池：浆板式和叶轮式水平轴式和垂直轴式调节容易，效果好，大、中、小水厂均可但维修是问题。穿孔旋流不同形式的组合澄清“三位一体”(水和药剂的混合、反应以及絮凝体与水的分离)的一种专门设备。悬浮态泥渣（起截流分离杂质颗粒作用的介质）接触絮凝作用（微小絮凝体与悬浮态泥渣接触碰撞，吸附在泥渣表面而被迅速去除）常用于给水处理分类：泥渣悬浮型（过滤型）：靠上升水流能量在池内形成一层悬浮态泥渣层，絮凝体被截留，如：悬浮澄清池、脉冲澄清池泥渣循环型（分离型）：泥渣在垂直方向不断循环，在运动中捕捉絮凝体，如：机械加速澄清池、水力循环澄清池。过滤以具有孔隙的粒状滤料层截留水中杂质（悬浮颗粒或胶体）使水获得澄清的工艺过程。不仅可以进一步降低水中的悬浮物，而且还可以将水中的有机物、细菌乃至病毒随悬浮物的降低而大量去除。过滤后残留在滤后水中的细菌、病毒等，由于失去悬浮物的保护或依存而大部分裸露，在消毒过程中也将容易被灭杀。应用：给水处理：原水－混凝沉淀/澄清－过滤原水－微絮凝－过滤（微絮凝过滤）原水－加药－过滤（接触过滤）废水处理：原水－生物处理－过滤过滤机理迁移机理：筛滤（比滤层孔隙大的颗粒（机械筛分））和拦截、惯性、沉淀、扩散、水动力（比滤层孔隙小的悬浮颗粒）附着机理：1、接触凝聚、2、静电引力、3、吸附、4、分子引力脱落机理：截留和附着于滤料上的悬浮物受到高速反洗水的冲刷而脱落过滤过程过滤开始阶段：滤层较干净，孔隙较大，孔隙流速较小，水中大量悬浮颗粒首先被表层5～10cm左右厚度的滤料截留，形成一层主要由截留颗粒构成的滤膜（起主要过滤作用）过滤中期：表层滤料孔隙率减小，孔隙流速增大，表层滤料粘附颗粒脱落趋势加强，并向下层推移，下层滤料截留作用渐次发挥。过滤后期：滤料间孔隙逐渐被堵塞，过滤阻力剧增（出水量大量减少）或由于大量的原水在滤层表层积聚导致滤层表面受力不均而使滤膜产生裂缝时，大量水从裂缝中流出，造成水质恶化，过滤结束。滤池分类慢滤池（主要利用顶部的滤膜截留悬浮固体，同时发挥微生物对水质的净化作用。这种滤池生产水量少、滤速慢(<10m/d)、占地大；）快滤池（1、普通快滤池、2、虹吸滤池、3、重力滤池、4、压力滤池、5、移动罩冲洗滤池）普通快滤池的设计滤料层设计滤料：足够的机械强度、较好的化学稳定性、适宜的级配和足够的孔隙率、尽量就地取材，货源充足，价廉、滤料的外形最好接近于球形，表面粗糙而有棱角、石英砂、无烟煤粒、矿石粒以及人工生产的陶粒滤科、瓷料、纤维球、塑料颗粒、聚苯乙烯泡沫珠等滤料的性能指标d10（有效直径）:重量10％的滤料通过的筛孔的直径（mm）d80:重量80％的滤料通过的筛孔的直径（mm）k80（不均匀系数）：d80/d10，k80越大，滤料越不均匀，小颗粒会填充于大颗粒的间隙内，从而使滤料的空隙率和纳污能力降低，k80越小，加工费用也越高。最佳（1.65～1.80）滤料级配＝k80（生产上使用）滤料的纳污能力：滤