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工业水污染控制技术与设备绪论环境问题与环保产业一、环境问题大气污染水污染固体废物污染大气污染大气中污染物或由它转化成的二次污染物的浓度达到了有害程度的现象。污染原因1.自然因素2.人为因素大气污染引发的现象：1、温室效应增强——全球变暖2、臭氧层破坏3、酸雨温室效应“温室气体”：大气层中吸收热量的气体。主要包括水蒸气，二氧化碳，氟利昂等。水污染地球表面约有70%以上为水所覆盖，大部分是海水，淡水储量占总储量的2.53%。到目前为止，深层地下水、冰雪固态淡水等还很少被直接利用。比较容易开发利用的、与人类生活生产关系最为密切的湖泊、河流和浅层地下淡水资源，只占淡水总储量的0.34%，还不到全球水总储量的万分之一。地球上的淡水资源并不丰富。人类活动使水受到污染。目前，全世界每年有4200亿m3的污水排入水体，污染5.5万亿m3的淡水，相当于全球径流总量的14%以上。水的污染有两类：一类是自然污染；另一类是人为污染。当前对水体危害较大的是人为污染。水污染可根据污染杂质的不同分为化学性污染、物理性污染和生物性污染三大类。固体废物污染固体废物的分类是依据其产生的途径与性质而定。在经济发达国家将固体废物分为工业、矿业、农业固体废物与城市垃圾四大类。我国将固体废物分为工业固体废物（废渣）与城市垃圾两类。其中含有毒有害物的成分，单独分列出一个有毒有害固体废物小类。垃圾正成为困扰人类社会的一大问题，全世界每年要产生超过计划10亿吨的垃圾，大量的生活和工业垃圾由于缺少处理系统而露天堆放，垃圾围城现象日益严重，成堆的垃圾臭气熏天，病菌滋生，有毒物质污染地表和地下水，严重危害人类的健康，这种现象若得不到遏制，人类将被自己生产的垃圾埋葬掉。二、环境问题的危害地面沉降生物多样性变化（1）植被破坏（2）动物灭绝赤潮水土流失厄尔尼诺现象北部白犀牛白鳍豚苏门答腊虎僧海豹小嘴狐猴奥里诺科鳄鱼奥瑞纳克鳄鱼兰.坎皮海龟猪鼻蝙蝠夏威夷蜗牛斯比克斯鹦鹉微型猪图中是太湖赤潮的遥感图像，图中箭头所指处为赤潮发生地带。厄尔尼诺现象示意图三、环保产业以防治环境污染、改善生态环境、保护自然资源为目的所进行的技术开发、产品生产、商业流通、资源利用、信息服务、工程承包、自然保护开发等活动的总称。当前的环保产业主要包括三大部分环保设备制造业环境工程和软件服务业自然生态环保业水污染处理设备：包括物理法、化学法、生物法处理设备气体污染治理设备：包括除光、除雾、除臭、去除有害气体等装置设备环保设备固体废弃物处理设备：包括资源回收、废旧物质利用、垃圾处理等噪声和振动控制器：包括吸声、隔声、消声装置、隔振、减振装置检测仪器：各种通用、专用的检测、显示仪器仪表居民小区废水处理城市污染防治工程城市污水处理城市工业废弃物处理环境工程放射性废弃物处理和软件服务生态工业园区城市环境设计与环境恢复工业清洁生产清洁农业、绿色食品温室效应气体控制化肥与农药与污染处理自然生态保护沙漠化防治节能和新能源开发飕风、森林火灾、地震灾害防治海洋环境与污染防治环境产业我国环保产业概况环保产业初具规模环保产业覆盖面广环保产业数量多，规模小产业分布和产业结构不均衡技术水平有待提高市场管理有待规范环保技术人才严重不足节约用水功在当代利在千秋第一章水污染及治理概述一、我国的水资源淡水资源总量为2.8万亿立方米（占全球水资源的6％，居世界第四位）人均水资源2300立方米预计到2030年，人均水资源量仅有1750立方米。20世纪末，全国600多座城市中存在供水不足问题的城市400多个，其中比较严重的缺水城市110个，全国城市缺水总量60亿立方米。我国每年因干旱损失粮食300亿公斤。为世界平均水平的1/4，居世界第121位，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一二、我国的水污染状况面临三大问题：主要污染物排放量远远超过水环境容量。江河湖泊普遍遭受污染。生态用水缺乏，水环境恶化加剧。据专家测算，去年我国COD排放量超过环境容量的70％。2005年，水利部公布的数据表明，我国70％以上的河流都受到了不同程度的污染.全国七大江河水系741个监测断面中，41％的监测断面水质劣于五类标准；全国75％的湖泊出现不同程度的富营养化。辽河、淮河、黄河地表水资源利用率已远远超过国际上公认的４０％的河流开发利用率上限，海河水资源开发利用率更接近９０％。一些北方河流呈现出“有水皆污、有河皆干”的局面，生态功能几近丧失。三、水污染来源工业废水农业用水生活污水印染、纺织、造纸、电镀、食品、医药、化工、冶金、制革、印刷、石油炼厂等重金属污染热污染酸碱污染放射性污染灌溉用水养殖废水大量化肥、农药富营养化农药污染住宅小区、学校、饭店、宾馆、医院富营养化有机污染病毒、细菌四、废水的性质排放量大，污染范围广，排放方式复杂。污染物种类繁多、浓度波动幅度大。污染物质有毒性、刺激性、腐蚀性、pH值变化幅度大，悬浮物和富营养物多。污染物排放后迁移变化规律差异大。恢复困难。五、水污染的分类化学污染物理污染生物污染无机污染物质。酸、碱、无机盐无机有毒物质。重金属有机有毒物质。农药、苯、苯酚、氯化物需氧污染物质。碳氢化合物、蛋白质植物营养物质。氮、磷油类污染物质。石油悬浮物污染热污染放射性污染病原细菌、病毒、寄生虫等六、水污染的危害污染源工业农业生活污水水体河流湖泊海洋地下水水生态系统恶化水生动物鱼、虾、蟹、浮游生物渔业水生植物藻类、浮游植物“死水”作物减产品质降低土壤污染农业增加处理费用产品质量下降设备腐蚀停产工业直接饮用食物链健康大面积污染的治理污染源的治理七、水污染控制与处理方法水体自净直接净化技术（HDP、活性炭等）方法分类对污染物实施的作用不同分离法转化法处理机理的不同物理法化学法物理化学法生物化学法处理的程度不同一级处理二级处理三级处理表1废水处理的分离法技术污染物存在形式分离法技术离子态离子交换法、电解法、电渗析法、离子吸附法、离子浮选法分子态萃取法、结晶法、精馏法、浮选法、反渗透法、蒸发法胶体混凝法、气浮法、吸附法、过滤法悬浮物重力分离法、离心分离法、磁力分离法、筛滤法、气浮表2废水治理的转化法技术技术机理转化法技术化学转化中和法、氧化还原法、化学沉淀法、电化学法生物转化活性污泥法、生物膜法、厌氧生物处理法、生物塘法和氧化沟法物理法化学法物理化学法生物化学法沉降、浮选、过滤、筛分、磁分离、蒸发中和、混凝、氧化还原萃取、吸附、离子交换、膜分离好氧生物处理、厌氧生物处理、厌氧－好氧联合处理一级处理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。二级处理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。三级处理在一级、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、消毒等八、典型的废水处理流程第二章物理法处理技术与设备物理法处理技术：不改变污染物的化学形式而将其从水中分离。物理法设备简单、运行费用低、工艺成熟，主要用于去除水中难溶解的大颗粒污染物，为污水一级处理的首选技术。物理法包括沉降、浮选、筛滤、过滤等。2.1沉降法及其装置1）原理利用废水中悬浮颗粒或液滴密度比水大，借助重力场作用产生下沉而实现固液分离的一种处理方法（一般适用于去除20～100μm以上的颗粒）。2）沉降类型•自由沉降•拥挤沉降•压缩沉降絮凝沉降成层沉降自由沉降絮凝沉降成层沉降压缩沉降3）间歇沉降实验ABCDBACDAADD均匀悬浮液界面清晰临界沉降点——过程表观沉降速度A—澄清区；B—沉降区；C—过渡区；D—压缩区4）沉降装置作用：是污水进入生物处理前进行初次沉淀，去除进水中的悬浮固体，以及在生物处理后进行二次沉淀，将生化反应的微生物从水中分离，使水澄清。主要类型：平流式竖流式辐流式挡板液面溢流堰出水沉降池排泥管污泥斗刮泥机进水平流式沉降装置挡板水流溢流堰出水沉降池排泥管中心管进水竖流式沉降装置挡板溢流堰出水沉降池排泥管进水上升管（出水孔）进水辐流式沉降装置1）原理在水中通过或产生大量微细气泡，水中的悬浮粒子与气泡吸附在一起，形成密度小于水的“气泡－颗粒”复合体，靠气泡的浮力一起浮升至水面，形成浮渣，从而将杂质从水中分离出去。浮选法主要用于分离密度非常接近甚至略小于水的密度的污染物。2）浮选的条件必须在水中产生足够量的微小气泡；必须使待分离物质形成不溶性的固态或液态悬浮体，必要时可采用混凝剂；必须使气泡与杂质颗粒产生粘附作用，否则应采用表面活性剂等对颗粒进行改性。2.2气浮法及其装置3）浮选装置按产生气泡的方式压力溶气气浮装置真空气浮装置分散空气气浮装置电解气浮装置生物、化学气浮装置全部进水加压式压力溶气气浮工艺1—加压泵；2—减压阀；3—压力溶气罐（含填料层）；4—放气阀；5—刮渣机；6—浮渣；7—浮上分离池；8—集水系统压力溶气气浮装置主要包括：（1）压力溶气系统包括水泵、空压机（或射流器）、压力溶气罐及其他附属设备。（2）溶气释放系统一般由释放器（或穿孔管、减压阀）及溶气水管路组成。溶气释放器的功能是将压力溶气水通过消能、减压，使溶入水中的气体以微气泡的形式释放出来，并能迅速而均匀地与水中杂质相粘附。（3）气浮分离系统气浮分离系统一般可分为三种类型，即：平流式、竖流式及综合式，其功能是确保一定的容积与池表面积，使微气泡群与水中絮凝体充分混合、接触、粘附，并使带气絮凝体与清水分离。平流式气浮分离系统竖流式气浮分离系统1—反应池；2—原水；3—溶气水；1—反应池；2—原水；3—溶气水；4—接触室；5—排渣；6—分离室；4—接触室；5—排渣；6—分离室；7—出水7—出水4）压力溶气气浮法的特点a．在加压条件下，空气的溶解度大，供气浮用的气泡数量多，能够确保气浮效果；b．溶入的气体经骤然减压释放，产生的气泡不仅微细、粒度均匀、密集度大，而且上浮稳定，对液体扰动微小，因此特别适用于对疏松絮凝体、细小颗粒的固液分离；c．工艺过程及设备比较简单，便于管理、维护。2.3过滤法及其装置1）过滤的分类过滤是利用过滤介质将固体和液体分离的操作，可分为滤饼过滤和澄清过滤两大类别。两种不同的过滤方式示意图a.滤饼过滤；b.深层过滤1－滤饼；2－过滤介质悬浮液清液悬浮液清液2）过滤机理（1）迁移机理悬浮颗粒脱离流线而与滤材颗粒接触的过程就是迁移过程。在迁移过程中，与物理的或水力学的各种因素有关的作用：拦截作用、惯性作用、扩散作用、沉降作用、水力作用。（2）附着机理由于上述迁移过程而与滤材颗粒接触的悬浮颗粒，不再从滤材表面脱离，而达到去除水中悬浮颗粒的过程就是附着过程。它主要是通过以下几种机理来实现的。絮凝作用、范德华引力、水合作用、互相吸附。（3）脱落机理当颗粒或颗粒团与过滤介质表面的结合力较弱时，它们就会从滤材表面是脱落下来。因此，附着及迁移是可逆的。致使颗粒脱落的主要原因是流体对附着的颗粒的剪切作用及运动的颗粒对附着的颗粒的碰撞。反冲洗水排水排水出水进水EDCBA滤料层承托层配水系统水渠3）过滤装置——快滤池快滤池构造示意图滤料及其级配常用的过滤介质：石英砂、无烟煤、大理石、白云石、花岗石，石榴石、磁铁矿和钛铁矿等滤料的级配（滤料的粒径分布）单一滤料多级滤料承托层承托层承托层出水出水出水石英砂石英砂石英砂无烟煤无烟煤铁磁矿小大第三章化学法处理技术与设备化学法处理技术：利用化学反应原理及方法分离废水中的污染物，或改变其性质，使之无害化的处理方法。处理对象：可溶解的无机物难以生物降解的有机物胶体物质化学法处理技术包括中和、混凝、氧化还原法等。3.1中和法及其装置1）中和原理H＋＋OH－→H2O2）中和方法•酸碱废水相互中和•投药中和•过滤中和酸碱废水相互中和法及设备若酸、碱废水均为均匀排出，且所含酸碱能相互平衡，可直接在管道内混合反应，不需设中和池。若排出的酸碱浓度和流量经常波动变化，则应