环境工程概论第2章

高等学校土建类创新规划教材2013年《环境工程概论》第二章水污染及控制§2-1水环境概述§2-2水污染控制技术§2-3废水处理系统§2-4污泥处理与利用§2-5土木工程中的水污染与控制§2-1水环境概述二、水体污染及危害三、水体自净和水环境容量四、水环境标准一、水环境与水资源1、水环境2、水资源一、水环境与水资源水环境是指地球表面上的各种水体，包括江、河、湖、海、冰川、水库、池塘、土壤岩石空隙中的地下水等指在一定时期内，能被人们直接或间接开发取用的淡水，包括大气降水补给的各种地表水、地下水等。全球总贮水量估计为13.86亿m3可利用的淡水总量不足世界总贮水量的0.6%一、水环境与水资源水的自然循环示意图一、水环境与水资源水的社会循环示意图工业自然水体取水与供水不同用户污水处理农业生活地下径流给水系统排水系统一、水环境与水资源单向线性的社会水循环地表地下径流-枯水季节干涸全国可开采水资源总量8000~9500亿m3/a城镇污水污水厂用户大部分直接排放58%已开采/取水供水一、水环境与水资源不合理的城市取水模式自然河流自然水体中游城市下游河段受污染、断流、无法作城市集中水源上游城市从上游修建长距离人工引水渠大坝河流丧失生命下游城市排水从上游修建长距离人工引水渠一、水环境与水资源反馈封闭性的社会水循环地表地下径流-城镇污水污水厂用户节制开采取水供水再生供水系统排放一、水环境与水资源新的城市取水模式湖自然河流自然水体中游城市河流上中下游共享良好水资源上游城市保障河流生态基流，维持良好生态系统再生水再生水下游城市再生水一、水环境与水资源二、水体污染及危害1、水体污染2、水体污染源水体因某种物质的介入而导致其物理、化学、生物等方面特征的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或破坏生态环境，造成水质恶化的现象，称为水体污染。常见污染源：工业废水、生活污水、农业排水、交通运输、工业废渣和城市垃圾等。3、水体中的主要污染物及其危害4、水质指标①需氧污染物：一般用COD、BOD、BOD5、TOD、TOC指标来表示耗氧有机物的含量3、水体中的主要污染物及其危害②营养性污染物③有毒污染物④油类污染物⑤酸碱污染物⑥生物污染物⑦热污染⑧固体污染物需氧污染物排放到水体中，会消耗水中的氧气，可造成溶解氧的大量减少，影响鱼类、水生生物的生长发育，甚至威胁生命。当溶解氧耗尽后，污染物会进行厌氧分解，产生H2S、NH3、醇类等物质，不但味道难闻，而且水颜色变黑。⑨放射性污染物①需氧污染物：3、水体中的主要污染物及其危害②营养性污染物③有毒污染物④油类污染物⑤酸碱污染物⑥生物污染物⑦热污染⑧固体污染物大量藻类的生长覆盖了大片水面，减少了鱼类的生存空间，藻类死亡腐败后会消耗溶解氧，导致溶解氧下降，并释放出更多的营养物质，死亡的藻类还会产生并释放有毒物质等。如此周而复始地循环，最终导致水质恶化，鱼类死亡，水草丛生，水体外观呈红色或其他色泽。另外，硝酸盐超过一定量时有毒性，当亚硝酸盐进入人体后，有致畸、致癌的危险⑨放射性污染物①需氧污染物：3、水体中的主要污染物及其危害②营养性污染物③有毒污染物④油类污染物⑤酸碱污染物⑥生物污染物⑦热污染⑧固体污染物无机有毒物质：金属毒物：汞、铬、铅、镉、锌、铜非金属毒物：砷、氟、硫、氰化物等有机有毒物质：酚类化合物、多氯联苯、有机农药(有机氯、有机磷等）19世纪80年代，日本富山县的神冈矿山在采矿过程及堆积的矿渣中产生的含有镉等重金属的废水直接长期流入周围的环境中，在当地的水田土壤、河流底泥中产生了镉等重金属的沉淀堆积。镉通过稻米进入人体，首先引起肾脏障碍，逐渐导致软骨症，在妇女妊娠、哺乳、内分泌不协调、营养性钙不足等诱发原因存在的情况下，使妇女得上一种浑身剧烈疼痛的病，叫痛痛病，也叫骨痛病，重者全身多处骨折，在痛苦中死亡。从1931年到1968年，神通川平原地区被确诊患此病的人数为258人，其中死亡128人，至1977年12月又死亡79人。⑨放射性污染物①需氧污染物：3、水体中的主要污染物及其危害②营养性污染物③有毒污染物④油类污染物⑤酸碱污染物⑥生物污染物⑦热污染⑧固体污染物无机有毒物质：金属毒物：汞、铬、铅、镉、锌、铜非金属毒物：砷、氟、硫、氰化物等有机有毒物质：酚类化合物、多氯联苯、有机农药(有机氯、有机磷等）⑨放射性污染物①需氧污染物：3、水体中的主要污染物及其危害②营养性污染物③有毒污染物④油类污染物⑤酸碱污染物⑥生物污染物⑦热污染⑧固体污染物无机有毒物质：金属毒物：汞、铬、铅、镉、锌、铜非金属毒物：砷、氟、硫、氰化物等有机有毒物质：酚类化合物、多氯联苯、有机农药(有机氯、有机磷等）1968年日本九州爱知县一个食用油厂在生产米糠油时，因管理不善，操作失误，致使米糠油中混入了在脱臭工艺中使用的热载体多氯联苯，造成食物油污染。由于当时把被污染了的米糠油中的黑油用去做鸡饲料，造成了九州、四国等地区的几十万只鸡中毒死亡的事件。随后九州大学附属医院陆续发现了因食用被多氯联苯污染的食物而得病的人。病人初期症状是皮疹、指甲发黑、皮肤色素沉着、眼结膜充血，后期症状转为肝功能下降、全身肌肉疼痛等，重者会发生急性肝坏死、肝昏迷，以至死亡。1978年，确诊患者人数累计达1684人。⑨放射性污染物①需氧污染物：3、水体中的主要污染物及其危害②营养性污染物③有毒污染物④油类污染物⑤酸碱污染物⑥生物污染物⑦热污染⑧固体污染物⑨放射性污染物①需氧污染物：3、水体中的主要污染物及其危害②营养性污染物③有毒污染物④油类污染物⑤酸碱污染物⑥生物污染物⑦热污染⑧固体污染物⑨放射性污染物导致水中溶解氧减少，造成鱼类和水生生物的死亡。加快藻类繁殖，从而加快水体的富营养化过程。加快水体中的化学反应速度，使离子浓度、电导率、腐蚀性发生变化，可导致对管道、容器的腐蚀。加快水中细菌的生长繁殖，增加后续水处理的费用。物理性水质指标：化学性水质指标：生物学水质指标：4、水质指标温度、色度、嗅和味、悬浮物、浊度等有机物的化学性指标：生化需氧量（BOD）、化学需氧量(COD)、总需氧量(TOD)、溶解氧(DO)无机物的化学性指标：氨氮、亚硝酸氮、硝酸氮、总氮、磷酸盐和总磷、pH、有毒物质等细菌总数、大肠菌群、贾第鞭毛虫和隐孢子虫等1、什么是水体自净？三、水体自净和水环境容量2、水体自净机制3、水环境容量物理作用：稀释混合、沉淀、吸附凝聚化学作用：分解与化合、氧化与还原、酸碱反应等生物作用：生物降解作用、生物富集作用生物富集作用：金鱼藻----能从水中选择吸收砷水葱--------能从水中选择吸收酚凤眼莲-----能从水中选择吸收锌一定水体所能容纳污染物的最大负荷被称为水环境容量。W=V(Cs－Ci)＋C1、水环境质量标准四、水环境标准2、废水排放标准是指为保护人体健康和水的正常使用而对水体中污染物或其他物质的最高容许浓度所作的规定。为保护各类水体免受污染，对排放废水中的污染物的最高容许浓度所作的规定。我国在废水排放标准的执行方面，坚持国家《污水综合排放标准》与国家行业排放标准不交叉执行的原则《地表水环境质量标准（GB3838-2002）》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水源地一级保护区、珍贵鱼类保护区、鱼虾产卵场等。Ⅲ类主要适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区、一般鱼类保护区及游泳区。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。1）污染物的分类标准《污水综合排放标准》四、水环境标准2）废水排放标准分级第一类污染物：汞、镉、铬、铅、镍、铍、苯并芘、放射性等第二类污染物:溶解氧、生化需氧量、悬浮固体、pH、大肠菌和各种有毒有害物质，共有三级标准，其中一级标准要求最严。Ⅰ、Ⅱ类水域和Ⅲ类水域中划定的保护区，禁止新建排污口，现有排污口应按水体功能要求，实行污染物总量控制，以保证受纳水体水质符合规定用途的水质标准。排入Ⅲ类水域（划定的保护区和游泳区除外）的污水，执行一级标准。排入Ⅳ、Ⅴ类水域的污水，执行二级标准。排入设置二级污水处理厂的城镇排水系统的污水，执行三级标准。排入未设置二级污水处理厂的城镇排水系统的污水，必须根据排水系统出水受纳水域的功能要求，分别执行以上两条的规定。一级标准二级标准三级标准新扩改现有新扩改现有1PH值6-96-96-96-96-92色度508080100-3悬浮物701002002504004生化需氧量306060803005化学需氧量1001501502005006石油类10151020307动植物油203020401008挥发性酚0.51.00.51.02.09氰化物0.50.50.50.51.0表2第二类污染物最高允许排放浓度表1第一类污物最高允许排放浓度污染物最高允许排放浓度１总汞0.05２烷基汞不得检出３总镉0.1４总铬1.5５六价铬0.5６总砷0.5７总铅1.0８总镍1.0９苯并芘0.00003《污水综合排放标准》§2-2水污染控制技术二、废水的化学处理法三、废水的物理化学处理法以自学为主五、废水的生态处理法四、废水的生物处理法一、废水的物理处理法一、废水的物理处理法1、原理2、分类利用物理作用，将废水中呈悬浮状态的物质分离出来。在整个处理过程中污染物质的性质不发生变化。格栅和筛网沉淀作用：沉淀池、沉砂池；上浮作用：隔油池、气浮池过滤池重力分离法：过滤法：筛滤法：自动机械格栅筛滤法-------格栅工作中的格栅筛滤法-------筛网沉淀池三种流态平流式竖流式辐流式重力分离法-------沉淀池平流式沉淀池重力分离法-------沉淀池辐流式沉淀池重力分离法-------沉淀池1）基本概念重力分离法-------气浮池2）气浮法工艺必须满足的基本条件利用高度分散的微小气袍作为载体粘附于废水中的悬浮污染物，使其浮力大于重力和阻力，从而使污染物上浮至水面，形成泡沫，然后用刮渣设备自水面刮除泡沫，实现固液或液液分离的过程称为气浮。必须向水中提供足够量的细微气泡；必须使污水中的污染物质能形成悬浮状态；必须使气泡与悬浮的物质产生粘附作用。重力分离法-------气浮池加压溶气气浮法流程石英沙石英沙无烟煤石榴石无烟煤均质滤料（a）（b）（c）图9-5几种滤料组成示意过滤法-------过滤池废水的化学处理是向废水中投加某种化学物质，利用化学反应来分离、回收废水中的某些污染物质，或使其转化为无害的物质。它的处理对象主要是废水中的无机或有机的（难以生物降解的）溶解物质或胶体物质，以及微小的悬浮物。主要包括以下几种方法：化学混凝法、中和法、化学沉淀法、氧化还原法以上内容结合教材相关内容自学二、废水的化学处理法污水的物理化学处理是利用物理化学机制来去除、回收废水中的某些污染物质，它的处理对象主要是废水中的无机或有机的（难以生物降解的）溶解物质或胶体物质。主要包括以下几种方法：吸附法、离子交换法、以及反渗透、超滤法、电渗析等膜处理法以上内容结合教材相关内容自学三、污水的物理化学处理法四、废水的生物处理法1、概念2、代谢机制3、分类利用微生物的代谢去除废水中的呈胶体态和溶解态的有机污染物质。生物代谢包括：分解代谢和合成代谢对氧的需求存在形态好氧处理厌氧处理悬浮生长活性污泥法厌氧消化法固着生长生物膜法厌氧滤池、厌氧生物流化床等以下主要从好氧生物处理、厌氧生物处理、厌氧-好氧联合生物处理分别介绍生物处理法四、废水的生物处理法好氧生物处理厌氧生物处理好氧-厌氧联合生物处理好氧生物处理好氧处理机制：处理构筑物：活性污泥法生物膜法传统的曝气反应池及其变形、氧化沟等；生物滤池、生物转盘、接触氧化法好氧生物处理法-------活性污泥法----曝气反应池好氧生物处理法-------生物膜法----生物滤池好氧生物处理法-------生物膜法----生物转盘好氧生物处理法-------生物膜法----生物接触氧化池厌氧生物处理厌氧处理机制：厌氧处理构筑物：悬浮生长固定生长厌氧消化池、化粪池、升流式厌氧污泥床等；厌氧生物滤池厌氧生物处理法-------悬浮生长法----