第二章水质净化与水污染控制工程.

第二章水质净化与水污染控制工程内容1.水的循环与污染2.世界及我国水资源的特点3.水污染的分类4.水质指标与水质标准5.废水的成分与性质6.废水的类型7.水的自净作用与水环境容量8.水处理的基本原则与方法9.排水系统的分类10.废水处理的基本方法•重点•水质指标、废水的成分与性质、水的自净作用、废水处理的基本方法。•国务院下达的环保目标“一控双达标”•一控——污染物排放总量控制•双达标——1.工业污染源排放污染物要达到国家或地方规定的标准；2.环境空气、地面水环境质量，按功能区分别达到国家规定的有关标准。第一节环境污染控制方式简介一、浓度和效率控制二、总量控制方式三、动态控制方式环境污染控制方式一、浓度和效率控制1、浓度控制——控制污染源排放口排出污染物的浓度来控制环境质量的方法。其依据是由国家制订全国统一执行的污染物浓度排放标准。2、效率控制——对净化装置的效率进行控制。考虑经济发展优先于环境污染，属于局部控制二、总量控制方式总量是指当地允许排放的污染物的总量总量控制——通过控制给定区域内污染物的允许排放总量来确定控制区实现环境质量目标的一种方法。把目标排放总量作为改善环境的直接环节三、动态控制方式•总量控制的动态化，是总量控制的进一步发展。•动态控制是根据各种条件建立一个动态模型，把气象资料和污染源数据输入联机化的模拟系统中去，和同样联机化的环境监测网联系在一起，计算出随时间而变化的允许排放总量，并向各污染源发出允许排放量的指令，这样便可随时控制和保证其环境质量达标。建立动态模型气象资料和污染源数据环境监测网计算允许排放总量发出允许排放量的指令监控第二节水污染控制技术一、水体的自净作用1、定义：污染物进入天然水体后，通过一系列的物理、化学和生物因素的共同作用，使排入的污染物的浓度和毒性自然降低污染物物理作用化学作用生物作用浓度、毒性自然降低物理净化——由于天然水的稀释、扩散、挥发和沉淀等作用，使污染物在水中浓度降低的过程。化学净化——污染物质通过氧化、还原、吸附、凝聚、中和等反应，改变物质的存在形态，且浓度降低的过程。生物净化——污染物质中的有机物，由于水体中微生物的代谢活动而被分解、氧化并转化为无害、稳定的无机物，从而使浓度降低。按照净化机制可以分为以下三类：•各类水体都有自净能力！•但自净能力不同，使其受污染的状况不同。水体外观•外观特征：混浊程度、颜色及气味等•原因：水中细菌种类数量、悬浮物种类数量污染前污染净化开始持续结束•外观:无色暗灰色灰色继续变清无色•澄清透明很混浊、臭混浊浊度下降澄清透明•水面有泡沫泡沫减少2、水质指标1）生化需氧量BOD：Biochemicaloxygendemand，在水体中有氧的条件下，好氧微生物氧化分解单位体积水中有机物所消耗的溶解氧的量。2）化学需氧量COD：Chemicaloxygendemand，在一定严格的条件下，用化学氧化剂(如重铬酸钾KrCr2O7、高锰酸钾KMnO4等)氧化水中有机污染物时所需的溶解氧量。3）溶解氧DO：dissolvedoxygen，指溶解于水中的分子氧，以mg/L为单位。BOD、COD越高，水中有机污染物越多。DO值小，水体污染严重。3、水污染防治原则防、治、管相结合1.防：污染源排放的污染物减到最少量2.治：通过一系列水处理工艺，确保在排入水体前达到国家或地方规定的排放标准3.管：对污染源、水体及水处理设施的管理二、污水处理技术•按作用原理分为：1.物理处理法2.化学处理法3.物理化学处理法4.生物法。1、物理处理法通过物理作用，以分离、回收污水中不溶解的、呈悬浮状的污染物质(包括油膜和油珠)，在处理过程中不改变其化学性质。1）过滤法利用过滤介质截流污水中的悬浮物。过滤介质有筛网、纱布、微孔管、颗粒物，常用的过滤设备有格栅、筛网、微滤机等。①格栅设置在进水的渠道或者进水泵站集水井前，金属制的呈纵向平行的框条(格栅)，预处理，去除漂浮物和悬浮物。效果主要取决于污水水质和格栅空隙的大小人工清除栅渣的固定式格栅及布置情况转鼓式格栅除污机旋转式固液分离②粒状介质过滤（又称砂滤、滤料过滤)•过滤介质有石英砂、无烟煤和石榴石等，去除细小的悬浮物和胶体。•废水中粒径较大的悬浮颗粒首先被截留在表层滤料的空隙中，从而使此层滤料空隙越来越小，逐渐形成一层主要由被截留的固体颗粒构成的滤膜，并由它起主要的过滤作用。•滤料有巨大的比表面积，与悬浮物之间有物理吸附作用。•沙粒表面负电荷能吸附带正电荷的铁、铝等胶体，从而在滤料表面形成带正电荷的薄膜，并进而吸附带负电荷的黏土和多种有机物等胶体。石英沙石英沙无烟煤石榴石无烟煤均质滤料（a）（b）（c）几种过滤介质示意图2）沉淀法利用污水中的悬浮物和水的相对密度不同，借助重力沉降作用使悬浮物从水中分离出来。根据水中悬浮物的浓度和絮凝特征分为：①分离沉降（或称自由沉降）：在沉淀过程中，颗粒之间互不聚合，单独进行沉降。②混凝沉降（或称絮凝沉降）通过施用药剂(絮凝剂、浮选剂)使悬浮粒子发生沉降，应用这种方法主要能除去废水中细微颗粒物和胶体物质。•区域沉降和压缩沉降•依据水中悬浮性物质的性质不向，设有沉砂池和沉淀池两种设备。•沉砂池用于除去水中砂粒、煤渣等相对密度较大的无机颗粒物。•沉淀池是利用重力的作用使悬浮性杂质与水分离。•可以分离直径为20~100μm以上的颗粒。•根据沉淀池内的水流方向，可将其分为平流式、辐流式和竖流式三种。带有链式刮泥机的平流式沉淀池废水从池一端流入，按水平方向在池内流动，水中悬浮物逐渐沉向池底，澄清水从另一端溢出。排泥总管进水桁架竖流式沉淀池水由中心管的下口流入池中，通过反射板的阻拦向四周分布于整个水平断面上，缓缓向上流动。3）气浮（浮上）法•将空气通入污水中，并以微小气泡形式从水中析出成为载体，污水中相对密度接近于水的微小颗粒状的污染物质(如乳化油等)就黏附在气泡上，并随气泡上升到水面，然后用机械的方法撇除，从而使污水中的污染物质得以从污水中分离出来。•疏水性的物质易气浮，而亲水性的物质不易气浮。2、化学处理法•向污水中投加化学试剂，利用化学反应来分离、回收污水中的污染物质，或将污染物质转化为无害的物质。有混凝法、中和法、化学沉淀法和氧化还原法。1）沉淀法指向废水中投加某些化学药剂，使其与废水中的溶解性污染物发生互换反应，形成难溶于水的盐类(沉淀物)从水中沉淀出来，从而降低或除去水中的污染物。•去除钙、镁离子以及废水中的重金属离子，如汞、镉、铅、锌等。2）中和法中和法处理是利用酸碱相互作用生成盐和水的化学原理将废水从酸性或碱性调整到中性附近的处理方法。1.酸性废水：投加石灰、苛性钠、碳酸钠或以石灰石、大理石2.碱性废水：投加硝酸、盐酸或利用二氧化碳气体3、物理化学处理法•利用萃取、吸附、离子交换、膜分离技术、气提等物理化学的原理，处理或回收工业废水的方法。•分离废水中无机的或有机的(难以生物降解的)溶解态或胶态的污染物质。•适合于处理杂质浓度很高的废水（用作回收利用的方法)，或是浓度很低的废水(用作废水深度处理)。•常用方法：萃取法、吸附法、离子交换法、膜析法1）液-液萃取法向污水中投加一种与水不相溶而密度小于水的有机溶剂，充分混合接触后使污染物重新分配，由水相转移到溶剂相中，利用水与溶剂密度的差别，将溶剂分离出来，从而使污水得到净化的方式。2）吸附法利用一种多孔性固体材料(吸附剂)的表面来吸附水中的一种或多种溶解污染物、有机污染物等(称为溶质或吸附质)，以回收或去除它们，使废水得以净化。3）离子交换法利用离子交换剂的离子交换作用置换污水中离子态的污染物质的方法。Na＋离子交换树脂多用于工业给水中的软化和除盐，主要去除废水中的金属离子。4、生物处理法•利用自然环境中微生物的生物化学作用，氧化分解溶解于污水中或胶体状态的有机污染物和某些无机毒物(如氰化物、硫化物)，并将其转化为稳定无害的无机物，从而使废水得以净化的方法。•根据微生物在生化反应中是否需要氧气，分为好氧生物处理和厌氧生物处理两类。1）好氧生物处理法在有氧的条件下，依赖好氧菌和兼氧菌的生化作用完成废水处理的工艺称为好氧生物处理法。主要方法有：活性污泥法，生物膜法。①活性污泥法由曝气池、沉淀池，污泥回流，剩余污泥排除系统组成。多级离心鼓风机②生物膜法•使污水连续流经固体填料（碎石、煤渣或塑料填料）的滤床表面，微生物在填料上大量繁殖，形成污泥状的薄膜称为生物膜，利用生物膜处理污水的方法称为生物膜法。•生物膜上的微生物吸附和降解水中的有机污染物。污水处理流程格栅沉砂池沉淀池生物曝气池或生物滤池二沉池混凝、过滤、离子交换、消毒等设备废水垃圾处理沉渣处理一级处理出水(排放、灌溉)污泥消化池或其他处理设备浓缩池二级处理出水(排放、灌溉)三级处理出(排放或回用)沉渣处理一级处理二级处理三级处理2）厌氧生物处理法•在无氧的条件下，利用厌氧微生物的作用分解污水中的有机物，使污水净化的方法。•能耗小、可以回收能源、剩余的污泥量少、生成的污泥稳定而易处理、对高浓度有机废水处理效率高等优点•污水处理的主要方法之一。5、除磷、脱氮水体中氮的存在形式：N无机NNOx--N(硝态氮)TKN(凯氏氮)总N(TN)NO3—-NNH3-NNO2—-N有机N（尿素、氨基酸、蛋白质）1）化学脱氮法①氨吸收法：把废水的pH值调到10以上（氨以NH3的形式存在），在解吸塔内吸收氨。②加氯法：在含氨氮的废水中加氯。2）生物脱氮法：将有机氮和胺态氮转化为N2气•在好氧条件下，废水中的氨态氮被硝化细菌(亚硝酸菌和硝酸菌)转化为亚硝酸盐和硝酸盐（硝化反应）；•在无氧条件下，反硝化菌将硝酸盐氮(NO3-)和亚硝酸盐氮(NO2-)还原为氮气（反硝化反应）。三、污泥处理、利用•一座二级污水处理厂，产生的污泥量约占处理污水量的0.3％～5％（含水率以97％计）•污泥的成分：•很多有毒物质，如病原微生物、寄生虫卵及重金属离子等•也可能含有可利用的物质如植物营养素、氮、磷、钾、有机物等。•一般污泥处理的费用约占全污水处理厂运行费用的20％～50％。污泥处置的一般流程（一）污泥的脱水与干化：污泥在浓缩池内静止停留12～24小时，体积缩小为原污泥体积的1/3。（二）污泥消化：1.厌氧消化：将污泥置于密闭的消化池中，利用厌氧微生物的作用，产生沼气2．污泥好氧消化：利用好氧和兼氧菌，在污泥处理系统中曝气供氧，微生物分解生物可降解的有机物（污泥）及细胞原生质。•3．污泥的最终处理•肥料•焚烧•填地或充作筑路材料让我们共同努力，保持一方自然净土