《环境工程学》教案

1《环境工程学》教案绪论一、环境科学与环境工程学1、环境科学环境——在《中华人民共和国环境保护法》中规定：“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2、环境工程学环境工程学——是运用工程学的基础知识和方法，结合环境科学的理论，研究保护自然环境所应采取的具体工程措施，开发和设计去除各种污染物的设施和设备，实现保护环境、改善或修复破坏的环境的目标。它是环境科学理论和研究成果的实施者。美国土木工程师学会（AmericanSocietyofCivilEngineers,ASCE）环境工程分会给出的环境工程的定义：环境工程（EnvironmentalEngineering）通过健全的工程理论与实践来解决环境卫生（environmentalsanitation）问题，主要包括：提供安全、可口和充足的公共给水；适当处理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；控制水、土壤和空气污染，并消除这些问题对社会和环境所造成的影响。而且，环境工程所涉及的是公共卫生领域里的工程问题，例如控制通过节肢动物传染的疾病、消除工业健康危害、为城市、农村和娱乐场所提供合适的卫生设施，评价技术进步对环境的影响等。因而，人们提出：“科学家发现事物，工程师使它们有用”即“Scientistsdiscoverthings,engineersmakethemwork.”二、环境工程学的形成与发展给排水方面：公元前两千年中国已用陶土管修建地下排水道，并在明朝以前开始用明矾净水。古罗马在公元前6世纪修建下水道，英国在19世纪初开始用砂滤法净化自来水，并在1850年把漂白粉用于饮用水消毒。英国在19世纪后半2叶开始建立公共污水处理厂。1914年出现了活性污泥法处理污水新技术。在大气污染控制工程方面，1855年美国发明了离心除尘机，20世纪初开始采用布袋除尘器和旋风除尘器。在固体废弃物处理处置与利用方面，1822年德国利用矿渣制造水泥，1974年英国建立了垃圾焚烧炉。在噪声控制方面，20世纪50年代以来，人们从物理学、机械学、建筑学等各个方面对噪声问题进行了广泛的研究，各种控制噪声的防治技术取得了很大的进展。总之，环境工程学是在人类控制环境污染、保护和改善生存环境的斗争过程中诞生和发展起来的，随着经济的发展和人们对环境质量要求的提高，环境工程学必将得到进一步的完善与发展。三环境工程学的主要内容1、水质净化与水污染控制工程2、大气污染控制工程3、固体废弃物处理处置与管理工程4、噪声、振动与其它公害防治技术5、环境规划、管理与环境系统工程6、环境监测与环境质量评价参考书：1《排水工程》下册，张自杰主编，中国建筑工业出版社，2000.62《水污染控制工程》，王宝贞主编，高教出版社，1990.43《大气污染控制工程》，郝吉明主编，高教出版社，1992.44《固体废物处理工程》，杨国清主编，科学出版社，2000.13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水的循环与污染一、地球上水的分布•1、概述水是地球上最丰富的化合物，约占地球外层五公里地壳中的50％，覆着地球71％的表面积，其平均深度达到3.8km，总量约有1.36×109km3，地球上水资源及其存在状态分布。2、世界的水资源及其特点：不能被直接利用的海水占总水量的97.2％；人类可以利用的河水、淡水湖及浅层地下水，大约为总水量的0.2％，约为3×106km3；由于世界各地的水文、气象条件的差异，地区和季节的不同，水的分布也极不均衡，这造成一些地区严重缺水。二、水的社会循环和自然（原始）循环1、自然循环：（1）基本动力:重力、太阳辐射（2）过程：蒸发（植物蒸腾）、水汽输送、降水、下渗、地表地下径流2、社会循环：定义：人类社会为了满足生活、生产的需要，从各种天然水体中取用大量的水，经过使用后的水被排放出来，最终又流入天然水体的过程，构成了一个局部的循环体系。三、我国的水资源及其污染现状1、我国水资源的特点（1）总量大，人均量少；（2）水量在地区上分布不平衡；（3）水量在时程分配上很不均匀；（4）水土资源组合不相适应；42、我国的水污染现状（1）“局部有所改善，整体仍在恶化”；（2）我国大江大河干流水质尚好，但临近大城市河段及城市附近的小河支流均已程度不同地受到了污染，严重的已成了臭水沟；（3）随着乡镇企业的发展和工业重心的转移，污染已有向农村、向内地转移的趋势，由地表水受污染向地下水受污染转移;（4）我国的湖泊大多呈富营养化，面积也不断萎缩；近海水域亦因受污染而赤潮频发;（5）我国水资源及污染现状请参阅下列文献：国家环境保护总局.2002年环境公报.国家环境保护总局网站中国工程院“21世纪中国可持续发展水资源战研究”项目组．中国可持续发展水资源战略研究综合报告．中国工程科学，2000，2（8）：1～17四、废水、废水污染及水污染1、基本概念水在社会循环中，由于种种原因而丧失了使用价值而外排，这种废弃外排的水称为废水。“废水”是指废弃外排的水，强调废弃的一面。“污水”是被污染物污染了的水，强调其脏的一面。实际上有相当数量的废水是不脏的，如冷却水。因而用“废水”一词统称所有排水比较合适。据废水的来源:生活废水（domestic)工业废水(industrial)据污染物的化学类别:有机废水(organic)无机废水(inorganic）按废水产生的工艺:焦化废水(coking)冶金废水(metallurgical)制药废水(pharmaceutical)食品废水(food)印染废水(printinganddyeing)废水污染是指废水对水体、大气、土壤或生物的污染，这里废水是污染的原因。水污染是指水体受到废水、废气、固体废弃物中污染物的污染，这里水体是受害者。但造成水体污染的主要原因是废水。2、废水中的污染物分类及危害简介5（1）固体污染物固体污染物是指废水中在100°C时不能蒸发的所有物质，称为总固体:溶解性固体(dissolvedsolid，DS);悬浮性固体(suspensionsolid，SS)实际区分二者是用特制的微孔滤膜（孔径0.45μm）来过滤，能透过的为溶解性固体，被膜截留的为悬浮性固体。悬浮固体:可沉降固体（settleable)：能在2小时内靠重力沉降的固体难沉降固体(unsettleable)两小时内不能沉降的称为难沉降固体废水中固体污染物的多少用单位体积的水中所含质量表示，即质量浓度，单位一般为mg/L。使用中需要指明是哪一种固体。废水中悬浮物含量的多少也可用浊度(turbidity)表示在水质分析中规定，1L水中含有1mgSiO2所构成的浊度为一个标准浊度单位，简称1度悬浮物的危害主要是造成沟渠、管道和抽水设备的阻塞、淤积和磨损；造成水生生物的呼吸困难；造成给水水源浑浊；干扰废水处理设施和回收设备的工作；有些悬浮物还有一定的毒性。几乎所有的废水中都含有数量不等的悬浮物，因此除去悬浮物是废水处理的一项基本任务。(2)需氧污染物需氧污染物主要是指废水中所含的能被微生物降解的有机物，有些是有毒的，但这类有机物大部分本身是无毒的。这类污染物的特点是数量大、成分复杂，所以很难分别表示其含量。产生污染的主要原因是在其分解过程中消耗水中的溶解氧。需氧污染物用间接指标来衡量，常用的有BOD、COD、TOC和TOD等。（1）生物化学需（耗）氧量（biochemicaloxygendemand简称BOD）表示在一定条件下（20C），单位体积废水中所含的有机物被微生物完全分解所消耗的分子氧的数量。单位为mg（氧）/L（废水）。有BOD5和BOD20之分，BOD5最常用。特点：准确反映污染的程度，但测定所需时间长，不利于指导实际生产和自动控制。（2）化学耗氧量（chemicaloxygendemand简称COD）6用化学氧化剂氧化分解废水中的有机物，用所消耗的氧化剂中的氧来表示有机物的多少，单位仍为mg/L。常用的氧化剂有K2Cr2O7和KMnO4，分别用CODCr和CODMn表示。特点：测定速度快，但与实际污染的程度有差距。（3）总需氧量（totaloxygendemand，TOD）和总有机碳（totalorganiccarbon，TOC）在900℃下，以铂为催化剂，使水样汽化燃烧，然后测定气体载体中氧的减少量，作为有机物完全氧化所需的氧量，称为总需氧量；在同样条件下测定气体中二氧化碳的增量，从而确定出水样中碳元素的含量，称为总有机碳特点：测定速度快，但设备复杂且与BOD、COD之间无固定关系。BOD5、BOD20、TOD、TOC有各自的特点和用途，在实际应用中应根据各自的特点和不同的情况选用！(4)有毒污染物(toxicmaterials)废水中能对生物引起毒性反应的化学物质称为有毒污染物。特点：急性中毒：初期效应十分明显，严重时会导致死亡。慢性中毒：初期效应不明显，但长期积累可引起突变、致畸、致死，甚至引起遗传畸变，这种效应不易察觉，但后果更严重，一旦发现，很难在近期内处理，甚至不可逆转。影响危害程度的因素：浓度和作用时间：浓度越大，作用时间越长，后果越严重。环境条件：如温度、pH值、溶解氧浓度等，生物的种类及生物自身的适应能力。分类：无机化学、有机化学和放射性毒物三类。表示方法：质量浓度表示，单位为mg/L。（1）无机化学毒物(inorganictoxics)无机化学毒物主要是指重金属离子、氰化物、氟化物和亚硝酸盐等。化学上一般把密度大于4的金属称为重金属（heavymetals)。7水污染中所指的重金属主要是Hg、Cr、Cd、Pb、As、Ni、Ce、Cu、Zn、Ti、Mo、Ti等，最主要的是前五种。重金属(heavymetals)污染有如下特点：（a）毒性以离子状态最大，且不同价态的毒性不同。如Cr6+Cr3+，但As3+As5+；（b）很难被生物降解，有时还可以被生物富集或转化成毒性更大的物质。据研究，海水中的汞通过食物链可富集2万倍；（c）危害时间长，难消除。（d）有些重金属是人体必须的元素。（2）有机化学毒物（organictoxics)有机化学毒物大多是人工合成的有机物。主要有：农药（DDT、有机氯、有机磷等）酚类化合物、聚氯联苯、稠环芳烃和芳香族氨基化合物等。特点：这类物质的种类最多，性质最复杂，毒性大。化学稳定性好。大多数难被生物降解且可以通过食物链富集，危害人体健康。（3）放射性物质(radioactivematters)放射性物质主要是指废水中所含的能产生有害射线的物质。(4)营养污染物(nutrients)营养污染物主要是指植物和微生物生长过程中所需的营养物质，并非有毒，主要是氮和磷。这种由营养物质过多产生的污染称做富营养化污染(eutrophication)产生污染的原因：当大量营养物质进入水体时，会使藻类大量繁殖，水面上积聚大量的动物和植物，这种现象在海洋中出现叫赤潮(redcurrent)，在湖泊中出现叫水华（waterbloom)。当水中的生物大量死亡时会使水中的BOD值猛增，导致水中的溶解氧降低，影响水体功能，影响鱼类生存。除氮和磷外，BOD、温度、维生素类物质也能触发和促进富营养化污染。表示水中营养物质多少的指标是单位体积水中含氮和磷的总质量，单位为mg/L。氮有多种表示方法：有机氮是反映水中蛋白质、氨基酸、尿素等含氮有机物总量的一个水质指标。8NH3和NH4+称为氨态氮，NO2─称为亚硝酸氮，NO3─称为硝酸氮，这几种形态的含量均可作为水质指标，分别代表有机氮转化为无机物的各个不同阶段。总氮（TN）则是一个包括从有机氮到硝酸氮等全部含量的水质指标。(5)生物污染物(biologicalpollutants)生物污染物主要是指废水中的致病微生物(pathogens)和其他的有机体。制革厂废水中常含有炭疽菌，医院污水中含有病原菌和病毒等。生活废水中含有可能引起肠道系统疾病的细菌和寄生虫卵等。（a