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人类面临的环境问题生态破坏和环境污染环境1.自然环境：环绕人们周围的各种自然因素的总和2社会环境：在自然环境的基础上，人类通过长期有意识的社会劳动，加工和改造了的自然物质，创造的物质生产体系，积累的物质文化等所形成的环境体系，是与自然环境相对的概念。环境保护指采取法律的、行政的、经济的、科学技术的措施，合理利用自然资源，防止环境污染和破坏，以求保护和发展生态平衡，扩大有用自然资源的再生产，保障人类社会的发展。环保的内容：“保护人类”“合理开发资源，减少污染物排放”环境工程学:运用环境科学、工程学和其它有关学科的理论和方法来研究控制环境污染，保护和改善环境质量，合理利用自然资源的技术途径和技术措施的学科。“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.固体废弃物控制（垃圾和废渣）及噪声、振动与其他公害（电磁）防治工程4.清洁生产、污染预防与全过程污染控制工程5.环境规划、管理和环境系统工程6.环境监测与环境质量评价.水危机：1.淡水缺乏；2.淡水污染3.争夺淡水资源；4.海洋污染我国水资源特点我国水资源特点：1总量很大，人均很少总量很大，人均很少2降雨量分布不均3水资源利用不当水资源利用不当,水库修建不当用水浪费水体污染:水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、生物或者放射性等方面特性的改变，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。热污染：如冷却水：1.DO下降，鱼类死亡。当DO≤4时，鱼类生存就会受到影响2.每升高10℃，化学反应加快一倍，水腐化速度加快，臭味加剧。3.细菌繁殖加速，作为水源需多投加混凝剂和氯4.加速藻类生长，加快富营养化5.某些有毒物质毒性增加悬浮物污染：1.降低穿透率，影响光合作用，妨碍水体自净2.堵塞鱼鳃，导致死鱼。造纸废水尤其明显。3.污染物的载体富营养化:水体中的N、P等植物营养物的浓度超过一定数值时，使得藻类迅速生长，引起水中氧气大量减少，导致鱼虾等水生生物死亡，使水质恶化的污染现象产生原因1农田化肥2牲畜粪便3污水灌溉4城镇地表径流：主要来自人类的生活垃圾、生活污水及和某些工商业废水。5矿区地表径流6大气沉降7水体人工养殖水质即水的品质，自然界中的水并不是纯粹的氢氧化物，因此水质就是指水与其中杂质共同表现出的物理、化学、生物的综合特性。浊度:水中的不溶解物质对光线透过时所产生的阻碍程度悬浮固体：水样过滤后，滤渣在103-105℃下蒸发至干时的残渣量，也称“总不可滤残渣”；挥发固体：水样蒸发干燥后的固体，在600℃下灼烧，固体失去的重量。代表有机物质的含量；总固体＝悬浮固体＋溶解固体；总固体＝挥发固体＋固定固体硬度:主要指水中的能与肥皂作用生成沉淀，能与某些阴离子产生水垢的钙、镁离子。分类：（按阴离子种类）a.碳酸盐硬度（暂时硬度）：由钙、镁的碳酸盐和重碳酸盐形成，煮沸可除去；b.非碳酸盐硬度（永久硬度）：由钙、镁的硫酸盐、氯化物形成，不受加热影响。总硬度=碳酸盐硬度+非碳酸盐硬度总硬度测定方法：EDTA络合滴定法COD化学需氧量OC耗氧量:在一定严格的条件下，水中各种有机物质与外加的强氧化剂KCrOKMnO作用时消耗的氧化剂的量，用氧的mg/L数来表示。重铬酸钾耗氧量（COD）高锰酸钾耗氧量（OC）特点：COD:水样在强酸性条件下，加热回流2小时，使绝大部分有机物充分被氧化的情况下测定的。代表水中有机物的总量。OC:测定较快，30min，但含氮有机物较难分解，不能代表水中有机物的总量。测定天然水或含易被氧化的有机物的一般废水。可避免六价铬的二次污染。BOD:在有氧的条件下，水中可分解的有机物由于好氧微生物的作用被氧化分解而无机化，这个过程所需要的氧量叫做生物化学需氧量，简称生化需氧量，结果以氧的mg/L表示。TOC:900-950℃高温下燃烧，有机碳都氧化成CO,测定其产生的量。用碳的mg/L计。要排除无机碳的干扰。TOD:水样中的有机物在900℃高温下燃烧变成稳定的氧化物时所需的氧量。用氧的mg/L计。生活饮用水水质标准制定原则：①流行病学上应安全可靠，饮用水中不应有各种病源微生物和寄生虫卵，以防止水性传染病的传播；②化学组成上应对人体无害，水中所含化学物质及放射性物质的浓度不危害人体健康；③水的感官性状良好；④在使用上应方便无弊。.污水综合排放标准按污染物分类：第一类：能在环境和动植物体内蓄积，对人体健康产生长远不良影响的，在车间排放口采样；第二类：长远影响小于第一类，在单位排放口采样。水体自净：经过一系列的物质、化学和生物学变化，污染物质被分散、分离或分解，最后水体基本上或完全的恢复到原来状态，这个自然净化的过程称为水体自净。主要机理：（1）物理过程：稀释、扩散等；（2）化学和物理化学过程：中和、氧化还原、絮凝、吸附等；（3）生物学和生物化学过程：水生生物、微生物。稀释机理两种运动形式：1）推流（或平流）——污染物质由于河流流速的推动沿着水流前进的方向运动。2)扩散——由于污染物的进入，使水流产生了浓度差，使得污染物由高浓度向低浓度迁移。水体的生化自净：1氧的消耗：a.分解有机物b.还原性物质c.淤泥分解d.水生植物呼吸2氧的来源：a.水体、废水原含氧量b.大气向水中溶氧c.水生植物光合细菌死亡的原因：（1）有机物的减少（2）吞食细菌的生物（原生动物等）（3）生物物理因素（如生物絮凝、沉淀）（4）其他因素（如pH、水温、日光等）废水处理系统按不同的处理程度分类：一级处理：主要是去除废水中的悬浮固体和飘浮物质，同时起到中和、均衡，调节水质的作用。主要采用筛滤、沉淀等物理处理技术。处理水达不到排放标准，必须进行再处理。二级处理：主要是去除废水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质。主要应用各种生物处理技术。处理水可以达标排放。三级处理：是在一级、二级处理的基础上，对难降解的有机物，磷、氮等营养性物质，溶解盐类等进一步处理。采用的处理技术有混凝、过滤、离子交换、反渗透、超滤、消毒等、处理水可直接排放地表水系或回用。预曝气：污水进入沉淀池前曝气20-30min为预曝气。作用：（1）促使悬浮物互相碰撞，促进絮凝而沉降；（可投加少量剩余活性污泥，起生物絮凝的作用，可使沉淀池去除率提高到80%左右，BOD去除5率提高到35-45%。）（2）促进油水分离；（3）提供溶解氧，抑制臭气产生。沉降类型：根据水中悬浮颗粒的浓度及絮凝特性分为四种沉降类型。第一类自由沉降（分粒沉降）第二类絮凝沉降（混凝沉降）第三类拥挤沉淀（成层沉降）第四类压缩沉降固体通量——单位时间内通过单位面积的固体质量。G=vρρ：固体浓度v：下沉速度理想沉淀池分析1）各过水断面上各点的流速均相同；2）悬浮颗粒等速下降，水平分速度等于水流速度；3）悬浮颗粒落到池底后不再浮起，认为已被除去。“截留沉速”，反映：沉淀池所能全部去除的颗粒中的最小颗粒的沉速。斜板斜管沉淀池优缺点：优点：去除率高，停留时间短（20min），占地面积小。缺点：1.池子体积缩小，使单位面积上泥量增加如排泥不畅，将产生泛泥现象(过渡区变大)，使出水水质2.水流停留时间短，耐冲击负荷的能力差来不及调整来水水质水量变化3.斜板间距或斜管管径较小容易在板间或管内积泥，二沉池不宜采用4.斜板或斜管的上部在光照下会长大量藻类会给运行带来困难，南方地区混凝过程1.凝聚指使胶体脱稳并聚集为微絮粒过程。2.絮凝指微絮粒通过吸附、卷带和桥而成长为更大的絮体的过程。脱稳机理：胶体稳定性——胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。1).压缩双电层ζ电位的静电斥力。投加电解质，使反离子浓度增加，挤入吸附层，降低ζ电位。2).吸附电中和异号离子、胶粒或链状高分子带异号电荷的部位吸附在胶粒表面。中和电荷，减小静电斥力3).吸附架桥:高分子聚合物、异号胶粒“胶体保护”当胶粒吸附面全被高分子覆盖后，两胶粒接近时，就受到高分子的阻碍而不能接近聚集。4).网捕、卷扫：絮凝体沉淀过程中的机械作用混凝剂应具有三种性质：a.三价阳离子；b.无毒性；c.pH中性范围内有效Al盐三种状态.1单体形态2聚合形态:3溶胶形态作用1.Al3+和低聚合度羟基配合物—稳凝聚2.高聚合度羟基配合物—桥连絮凝作用3.氢氧化物溶胶形态—网捕絮凝作用铝盐絮凝剂优点：使用方便，价格较低兼，净化效果较好缺点：（1）铝离子对水生生物有严重的毒害。（2）铝盐沉淀产生的污泥，如果直接施于土壤作肥料时，会使植物的根毛消失，根尖园秃，到枯萎死去；（3）对人体的危害临床表现有三种症状，即铝性脑病，铝性骨病和铝性贫血。长期摄入铝金属后致使人体内铝的大量积累，最后可能患痴呆症，尤其是中老人助凝剂：当单独使用混凝剂不能取得预期效果时，需投加某种辅助药剂以提高混凝效果，这种药剂称为助凝剂。（1）改善絮体结构（2）提供碱度：石灰（促进水解反应）（3）去除有机物干扰：氯气粒状介质过滤：水和废水通过粒状滤料床层时，其中的悬浮颗粒和胶体就被截留在滤的表面和内部空隙中，这种通过粒状介质层分离不溶性污染物的方成为粒状介质过滤。过滤机理1.阻力截留：表层滤膜的形成。滤膜阻力截留或筛滤，悬浮物粒径大、表层滤料和滤速小，易成表层滤膜，截污力强。2.重力沉降：滤料提供悬浮物的沉降面积。滤料越小，沉淀面积越大；滤速越小，受重力影响越大，有利于悬浮物沉降。3.接触絮凝a.物理吸附；b.滤料吸正电颗粒再吸负电的悬浮物；c.未脱稳胶体的接触碰撞的媒介。过滤分类：1.按滤料的种类：单层滤池、双层滤池、多层滤池2.按作用水头：重力滤池、压力滤池3.按过滤速度：快滤池、慢滤池4.进出水方式：普通快滤池、虹吸滤池、无阀滤池反洗强度——反洗时单位滤池面积上通过的反洗水流量。双层滤池：石英砂+无烟煤上层：密度小，粒径大（无烟煤结构特点）下层：密度大，粒径小（石英砂）优点：（1）克服水力分层；（2）提高纳污能力（上层粗滤，下层精滤）配水系统作用：（1）在过滤时均匀地收集滤过水。（2）保证反洗水均匀地分布在整个滤池断面上如果反洗水分布不均，则流量小的部位滤料冲洗不净，流量大的部位，可能造成“跑砂”。分类：大阻力配水系统：使水头损失差异所占比例减小，水均匀，在生产实践中工作可靠，是主要的配水形式。小阻力配水系统：流速减慢，使水头损失绝对值减小、用配水室代替配水管，在室顶安装栅条、尼龙网和多孔板等配水装置。水中溶解物质的去除方法：一软化除盐二离子交换三吸附四膜分离五生物化学离子交换交换剂：离子交换树脂磺化煤实质:不溶性离子化合物（离子交换剂）上的可交换离子与溶液中的其他同性离子之间的交换反应。.结构：树脂本体：苯乙烯的聚合物（网状骨架）活性基团(固定离子：固定在骨架上活动离子：依靠静电引力与固定离子结合)物理性能指标粒径越小、越均匀，树脂的吸附性能越好。粒径太小，使用时对流体的阻力太大，过滤困难，并且容易流失。干真密度——干燥恒重后的树脂质量与体积之比。湿真密度——树脂在水中经充分膨胀后的颗粒密度，即湿树脂质量与湿树脂颗粒体积之比。湿视密度——树脂在水中经充分膨胀后的堆积密度，即湿树脂质量与湿树脂堆积体积之比。交换容量：全交换容量——一定量的树脂所具有的活性基团或可交换离子的总数量。工作交换容量——在给定工作条件下实际的交换能力。（再生程度，软化流速、树脂柱高度等）吸附类型(1)交换吸附静电引力，离子交换。(2)物理吸附分子间力(范德华力)而产生的吸附。特点：①无选择性②单分子层或多分子层吸附。③再生容易，且能回收吸附质。解吸——被吸附的分子由于热运动离开吸附剂表面的现象.主要影响因素：吸附剂比表面积和细孔分布。(3)化学吸附发生化学反应，形成牢固的吸附化学键和表面络合物。特点：①有选择性②单分子层吸附。③再生较因难。主要影响因素：吸附剂、吸附质的化学性质。吸附等温线——在一定温度下，活性炭与被处理的水接触并达到平衡时，吸附质在溶液中的浓度和活性炭吸附量之间的关系曲线。第一阶段，颗粒外部扩散阶段(膜扩散阶段)：吸附质通过水膜到达吸附剂表面；(溶液浓度越高——浓度梯度越大,吸附剂外表面积越大——颗粒越小,搅动程度越大——液膜变薄)吸附速度越