第1章 水污染控制工程绪论

吉林师范大学环境工程学院杨春维[e-mail]水污染控制工程WaterPollutionControlEngineering-----WastewaterTreatmentandReuse-----水对环境的塑造过程流体—水和空气，是地球面貌的外在塑造者和调和者。大气和水既为生命提供循环着的物质基础，也为生命提供环境。气候的长期的塑造作用，表现在生态面貌和生态质量等群量的层面上。禹为鲧之子，姓姒，又名文命，字高密。相传生于西羌（今甘肃、宁夏、内蒙南部一带），后随父迁徙于崇（今河南登封附近），尧时被封为夏伯，故又称夏禹或伯。是中国第一个王朝------夏朝的建立者，同时也是奴隶社会的创建者。大禹治水大禹看到作何感想？直接经济损失640亿元小河不发威，真当我枯了大连理工凌水河城市内涝北京市莲花桥下2004年7月10日排水管网设计不合理？还是“重地上轻地下、重建设轻规划”？古人的智慧值得借鉴水少也会带来麻烦我们的理想：碧水环城长江之水我国的水问题，渗透和反映了我国的太多，我们的任务也就有那么多。我们的三峡人类在如此残酷的使用水2010年夏青岛海水浴场游泳人山人海中石油大连输油管道爆炸泄漏事故（1500吨原油流入海洋，受污染海域约500平方公里）2010吉林7000余个化工桶被洪水冲入松花江三甲基一氯硅烷松花江污染2005年11月13日，吉林石化公司爆炸事故引起，污染以苯、硝基苯为主。四川沱江特大污染事故2004年2月16日川化集团川化股份有限公司第二化肥厂二车间水解、解吸装置的两台给料泵发生故障，导致含高浓度氨氮的尿素工艺冷凝液排入沱江的支流毗河共排放纯氨氮２０００吨。四川沱江特大污染事故百万人饮水中断，水生态系统遭受重创，直接经济损失超过亿元福州一家医疗垃圾加工厂希望同学们保持和提高想象力！某些中国人的行为是超乎想象的。安徽滁州清流河不流清安徽巢湖水质2007年8月份降为重度污染江西永平铜矿污染触目惊心流体是环境物质的载体，任何化学污染，都可能与水的污染有联系。黄河兰州段又遭污染不愉快的景象反映不愉快的原因，意味不愉快的后果大自然很生气，后果很严重。水污染的后果之一：水生态遭到严重破坏，鱼大量死亡水污染的后果之二：日出江华红胜火春来江水绿如蓝滇池蓝藻难治理定海长春水库蓝藻旺发水污染后果之三：麻烦大了进入生态系统的水污染进入有人类活动的生态系统后，物质的空间转移就变得难以预料，因果变得无法跟踪。水环境问题的实质1．资源型缺水问题；2．水质型缺水问题。求雨----2004年吉林省某县----面对巨大的生存问题，逃避、轻信、迷信的态度和行为是没有任何效果的。需要的是科学和技术。1.水体污染及水循环2.污染物在水环境中的迁移与转化3.水处理单元技术简介绪论需要感悟和思考的问题1.大自然的循环过程中，有多种净化的机制，如蒸发和降雨等。2.现代的大自然已经是人化了大自然了。3.大自然是科学技术的背景和前景。4.水处理科学技术是建立在整个自然科学技术平台上的。一、水循环及水质1.水的自然循环一、水循环及水质自然界的水循环1.水的自然循环2.水的社会循环2.1生活用水2.2工业(农业)用水2.3集团设施（学校、医院、商场、宾馆、车站、饭店等等）用水。一、水循环及水质水的社会循环在自然循环里，水和地面或地下接触和物质交换，水质带有地域特点；在社会循环里，水与人类生活和产业活动接触，水质带有社会特点。3.水资源的属性与特征1．有限性（淡水资源、水环境容量）水资源的有限性全球水资源分布图14*108km33.水资源的属性与特征1．有限性（淡水资源、水环境容量）2．可再生性（化学性质稳定、气液固和海陆空三相转变、周而复始、循环再生）3．价值性（生活、生产、生态服务、景观、文化娱乐功能，即直接经济价值和间接生态系统服务功能价值）4．不可替代性（生命之源、农业命脉、工业血液、气候环境调节器）5．利弊双重性（旱灾与洪灾）6．时空分布不均匀性（雨量分布东南多，西北少）雨量分布图酸雨，就在我们身边水质和水量的调查分析是明确水处理任务，为工程设计提供基础依据和相关参数的基础。工艺中各单元的效果一般用水质指标来表征。工艺中个单元以及单元连接构件的大小一般由水量来决定。所以，水质和水量意识需要贯穿整个流程。4.水质与水量的把握向北京供应的山西水假如面对这样的地面水源，将其处理成合格的自来水。你将如何展开工作程序？如何获得水质和水量信息？对这些信息的完备性和可靠性有把握吗？化肥厂的工业废水从后院管道排向清流河针对这样的工业排水口，设计一个合格的污水处理厂。想象一下，需要做那些工作？1.数据的收集（已有数据的收集和整理）2.数据的测量2.1.物理参数的获得，水量及其变动。2.2.化学参数的获得，组分及其原因3.数据的推断，利用间接方法，包括自己的知识对于参数的推断。注：各种水质标准的存在，使用和判断4.水质与水量的把握地面水五类标准（河水、湖水）国家环保部《地面水环境质量标准GB3838-2002》共24项指标，其中列出COD，溶解氧DOⅠ类：适用于源头水、国家自然保护区COD15mg/L;DO饱和90%;Ⅱ类：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。COD15mg/L;DO6mg/L;Ⅲ类：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。COD20mg/L;DO5mg/L;Ⅳ：适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区。COD30mg/L;DO3mg/L;Ⅴ：适用于农业用水区及一般景观要求水域。COD40mg/L;DO2mg/L.地面水五类标准地面水取样及测量（环境监测的内容）中华人民共和国国家标准污水综合排放标准GB8978-1996按照污水排放去向（结合地面水五类标准），分年限规定了69种水污染物最高允许排放浓度及部分行业最高允许排水量。标准将排放的污染物按其性质及控制方式分为二类第一类污染物：不分行业和污水排放方式，也不分受纳水体的功能类别，一律在车间或车间处理设施排放口采样，其最高允许排放浓度必须达到本标准要求。功13项，主要为重金属，放射性物质；第二类污染物：在排污单位排放口采样，其最高允许排放浓度必须达到本标准要求。分三级，1997年前项目26项指标，1998年后56项。工业污水按生产周期确定监测频率。生产周期在8h以内的，每2h采样一次；生产周期大于8h的，每4h采样一次。其他污水采样，24h不少于2次。最高允许排放浓度按日均值计算污水综合排放标准5.水质分析如果把纯水作为比较的基准，那么可以发现，现实的水体是一个复杂体系。废水或污水，是“无限复杂体系”。基础化学的应用在这里受到制约，环境水质分析充满了未知数，需要推理的方法。对于废水的分析是一个不断深入，不断逼近的过程。水质分析的方法论由于面对的是探明黑箱的分析，尽管废水的分析项目很多，但都是存在于一个实体上，必然不能矛盾。1.能反映总和数量的参数就显得非常重要如：电导率，pH，总固体，TOC，TN……；2.简易、在线、快速分析手段非常重要如：紫外扫描，电位扫描，……3.充分认识环境样品分析的难度和挑战性。不断积累知识和经验。4.化学分析指标的工程学意义再理解。1.取样（Sampling),及其记录的意识2.分析（Analysis)[分析项目设置及其判读是水平的反映]2.1.物理特征(PhysicalCharacteristics)总固体（Totalsolids)TS总挥发性固体（Totalvolatilesolids)TVS总固定性固体（TotalFxedsolids)TFS总悬浮性固体（TotalSuspendedsolids)TSS总溶解性固体（TotalDissolvedsolids)TDSTVS+TFS=TSS+TDS=TS浊度(Turbidity)NTU(0.13mg/L白陶土悬浮体),JTU(1mg/L)[简易替代项目]透明度/吸光度(Transmittance)[灵活应用项目]温度(Temperature)[高频度记录，重要]电导率(Conductivity)[灵活应用项目]粘度（Viscosity)、表面张力（surfaceTension)……废水（污水）中的成分分析12.2.化学特征（ChemicalCharacteristics)2.2.1无机化学特征氨NH4+有机氮OrgN总凯氏氮TotalKjeldahlNitrogen(OrgN+NH4+)硝酸根和亚硝酸根总氮磷Phosphorus[总磷、有机磷、无机磷]pH碱度AlkalinityΣHCO3-+CO3-2+OH-H+氯离子ChlorideCl-硫酸根SulfateSO42-金属类As,Cd,Ca,Cr,Co,Cu,Pb,Mg,Hg,Na……特别无机元素及化合物，SpecificInorganicelementsandcompounds废水（污水）中的成分分析22.2.化学特征（ChemicalCharacteristics)2.2.2有机化学特征BOD5:Five-dayBiochemicaloxygendemandCOD:ChemicaloxygendemandTOC:总有机碳：TotalOrganicCarbon特定成分或组分：Specificorganiccompoundsandclasses[色谱技术，色质联机，核磁共振]2.2.3生物学特征大肠菌微生物Coliformorganisms特种微生物Specificmicroorganisms[Bacteria,protozoa,helminths,viruses]毒性ToxicityTua(Toxicunitacute)ToxicityTuc(Toxicunitchronic)废水（污水）中的成分分析36、水污染当进入水体中的污染物量超过了水体自净能力而使水体丧失规定的使用价值时，称为水体污染或水污染。水体污染又分为：需氧有机物污染；水体富营养化；毒物污染；放射性污染等6、水污染需氧有机物污染：废水中有机物分为：可生物转化有机物、难生物转化有机物和不能生物转化有机物3大类。可生物转化有机物被水中微生物利用吸收时，要消耗水中的溶解氧，如果该类有机物浓度较高，就会导致水中溶解氧浓度降低直至耗尽，水中有机物产生腐败，水体发黑发臭，水环境恶化。6、水污染水体富营养化（entrophication）：是由于氮、磷、营养盐类等植物营养物的排入引起水体中藻类大量繁殖的现象。在湖泊、水库等淡水区域水体富营养化主要表现为绿藻和蓝藻的大量生长，也称水华现象；在河口、海湾等区域的水体富营养化会导致红藻等藻类的大量繁殖，也称为赤潮现象。水体富营养化程度划分富营养程度总磷（mg/m3）总氮（mg/m3）极贫贫~中中中~高高55~1010~3030~100100200200~400300~650500~150015006、水污染毒物污染：工业使用有毒物质已超过10000种，分为急性毒物与慢性毒物（三致作用，致畸、致癌、致突变）。无机毒物：金属（汞、铬、镉、铅、镍等）；非金属（砷、硒、氰、氟、亚硝酸跟等）有机毒物：有机农药、有机染料、多环芳烃、芳香胺等。6、水污染放射性水污染：α射线（氦原子核流）：穿透力较弱；β射线（电子流）：穿透力居中；γ射线（波长10-8cm的电磁波）穿透力强；危害：1电离水分子为自由基（H·，OH·，H2O+）2损害DNA与RNA，致癌、影响遗传。6、水污染其他水污染：悬浮物污染感官污染（色度，臭和味）酸碱污染热污染油类污染生物污染北京的一个污水处理厂长江边上的一个小型污水处理厂生态工程来净化环境EcologicalEngineering生态工程是应用生态系统中物种共生与物质循环再生原理，结构与功能协调原则，结合系统分析的最优化方法，设计的促进分层多级利用物质的生产工艺系统。现代水处理技术的特点给水处理=废水处理太行山区易水河重现流水潺潺.易水啊，你终于又能让壮士们发那种誓师的感慨了。二、污染物在水体环境中的迁移与转化