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第1篇水质净化与水污染控制工程第一章水质与水体自净第二章水的物理化学处理方法第三章水的生物化学处理方法第四章水的回用与废水的最终处置本章概要1、水的循环与污染2、水质的指标3、废水的成分4、水体自净作用5、水处理的基本原则和方法第一章水质与水体自净1.1.1水分布1.1水的循环与污染水体水储量咸水淡水103km3%103km3%103km3%海洋1,338,000.096.53791,338,000.096.5379冰川与永久积雪24,064.11.736224,064.11.7362地下水23,400.01.688312,870.00.928610,5300.7597水冻层中冰300.00.02163000.0216湖泊水176.40.012785.40.0062910.0066土壤水16.50.001216.50.0012大气水12.90.000912.90.0009沼泽水11.50.000811.50.0008河流水2.120.00022.120.0002生物水1.120.00011.120.0001总计1,385,984.61001,350,955.497.472635,029.242.5274地球上的水分布联合国已将我国列为全球13个最缺水的国家之一。农业缺水城市缺水生态缺水我国水资源的主要问题：●我国水资源人均和亩均水量少；●水资源在地区分布上很不均匀，水土资源组合不平衡；●水量年内及年际变化大，水旱灾害频繁。1.1.1水分布1.1水的循环与污染1.1.2水循环1.1水的循环与污染自然循环：水的性质基本不变社会循环：水的性质不断变化取水给水处理工业用水农业用水生活用水排水处理降雨蒸发径流水体自然循环人为循环1.1.2水循环1.1水的循环与污染1.1.3自然污染与人为污染1.1水的循环与污染水污染定义是指水体因某种物质的介入而导致其化学、物理、生物或放射性方面特性的改变，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。水的污染有两类：一类是自然污染；另一类是人为污染。1.1.3自然污染与人为污染1.1水的循环与污染自然污染主要是自然原因造成的。通常把由于自然原因而带入水中杂质的含量称为自然本底值或背景水平。人为污染是人类生活和生产活动中产生的废物对水的污染。1.1.4水污染的分类与影响1.1水的循环与污染工业废水农业废水生活污水矿山废水来源污染物性质化学性污染物理性污染生物性污染课堂讨论11.头孢制药废水：头孢类药物中间体、二甲基甲酰胺、甲苯、二甲苯等有机溶剂，色度。2.照片冲洗废水：有机物如对苯二酚、苯二胺及其衍生物，硫代硫酸钠、硫化物、EDTA铁氨、银、铜离子等。3.洗浴废水：表面活性剂、颗粒物、毛发，呈乳白色，水温较高，细菌总数。4.炼油厂废水：油类、硫化物、酚类，悬浮物高，钾、钠离子，氯离子，硫酸根离子。课堂讨论2选出不属于废水中典型污染物，再分类。1.Vc制药废水：Vc钠盐、甲醇、油类、微量金属离子，CODCr≥10×104mg/L。2.线路板车间废水：含铜、镍、锡、铅等重金属，品红、罗丹明等染料，铜离子占90%以上，呈碱性，SS高，颜色深蓝或黑。3.采油废水：镉、锌离子，乳化油，酚、芳烃、烷烃等物质，胶体颗粒物含量高。4.洗车废水：表面活性剂、石油类、颗粒物，呈灰黑色，pH值≥10。1.1.4水污染的分类与影响1.1水的循环与污染化学-1：无机污染物质化学-2：无机有毒物质化学-3：有机有毒物质化学-4：需氧污染物质化学-5：植物营养物质化学-6：油类污染物质1.化学性污染物1.1.4水污染的分类与影响1.1水的循环与污染（1）无机污染物酸碱污染物主要由工业废水排放的酸碱以及酸雨带来。酸碱污染物使水体的pH值发生变化，破坏自然缓冲作用，消灭或抑制细菌及微生物的生长，妨碍水体自净，使水质恶化、土壤酸化或盐碱化。盐类污染物会提高水的硬度和增大渗透压。1.1.4水污染的分类与影响1.1水的循环与污染（2）无机有毒污染物废水中无机有毒物质，主要是重金属、类金属等有潜在长期影响的物质，如汞、镉、铅等。有毒重金属在自然界中不会自行消失，可以通过食物链而积累、富集，以及直接作用于人体而引起严重的疾病或促使慢性病的发生。1.1.4水污染的分类与影响1.1水的循环与污染（3）有机有毒污染物•主要是各种有机农药、多环芳烃、芳香胺等。这些物质大多是自然界中本来没有而经人工合成的物质，化学性质稳定，很难被生物降解。•代表性的有POPs。1.1.4水污染的分类与影响1.1水的循环与污染（4）需氧污染物废水中能通过生物化学和化学作用而消耗水中溶解氧的物质，统称为需氧污染物。排入水体后能在微生物作用下分解为简单的无机物，在分解过程中消耗氧气，使水体中的溶解氧减少。影响鱼类和水生生物生存，造成水体变黑发臭。（5）植物富营养性污染物主要指含有氮、磷的无机、有机化合物，易引起水中藻类及其他浮游生物大量繁殖，形成富营养化，使自来水处理厂运行困难，造成饮用水的异味，严重时会使水中溶解氧下降，鱼类大量死亡，甚至会导致湖泊的干涸灭亡。1.1.4水污染的分类与影响1.1水的循环与污染（6）油类污染物油污染是水体污染的重要类型之一，特别是在河口、近海水域更为突出。漂浮在水面上的油形成一层薄膜，影响大气中氧向水体转移，从而影响鱼类的生存和水体的自净，也干扰某些水处理设施的正常运行。1.1.4水污染的分类与影响1.1水的循环与污染物理-1：悬浮物质污染物理-2：热污染物理-3：放射性污染物理-4：感官污染2.物理性污染物1.1.4水污染的分类与影响1.1水的循环与污染（1）悬浮物质污染指水中的不溶性物质，包括固体物质和泡沫等。在水体中沉积后，会淤塞河道，危害水体底栖生物的繁殖，影响渔业生产。大量悬浮物的存在，还干扰废水处理和回收设备的工作。（2）热污染废水温度过高而引起的危害，叫做热污染。水温升高，会使水体溶解氧浓度降低，另外，还会导致生物耗氧速度加快，促使水体中的溶解氧更快被耗尽，水质迅速恶化，造成异色和水生生物因缺氧而死亡。1.1.4水污染的分类与影响1.1水的循环与污染（3）放射性污染放射性矿藏的开采，核试验或核电站建立与运行。当前主要的是同位素在医学、工业和研究领域的应用。对人体健康影响大的有90Sr、137Cs、131I等。（4）感官污染物废水中能引起异色、浑浊、泡沫、恶臭等现象的物质，能引起人们感官上的极度不快，被称为感官性污染物。对于供游览和文体活动的水体而言，感官性污染物的危害则较大。1.1.4水污染的分类与影响1.1水的循环与污染3.生物性污染物生物污染物指废水中的致病微生物及其它有害的生物体。主要包括病毒、病菌、寄生虫卵等各种致病体。废水中若生长有铁菌、硫菌、藻类、水草及贝壳类动物时，会堵塞管道、腐蚀金属及恶化水质，属于生物污染物。1.2.1水质指标1.2水质指标与水质标准1.概念（1）水质：水和其中所含的杂质共同表现出来的物理学、化学和生物学的综合特性。（2）水质指标：水中杂质的种类、成分和数量，判断水质的具体衡量标准。2.杂质分类3.水质指标分类（1）物理性水质指标（2）化学性水质指标（3）生物学水质指标类别悬浮物质胶体物质溶解物质粒径(mm)~10-310-3~10-610-6~课堂讨论3•1.列出5种你熟悉的水质指标。•2.对水质指标进行分类。•3.分别阐述其意义。•4.矿泉水的代表性水质指标有哪些？1.2.1水质指标1.2水质指标与水质标准4.几种重要的水质指标（1）固体(solids)（2）总含盐量和离子平衡（3）碱度(alkalinity)（4）化学需氧量和耗氧量(COD)（5）生物化学需氧量(BOD)（6）硬度(hardness)（7）总有机碳（TOC）和总需氧量（TOD）（8）氮含量（9）生物性质（10）浑浊度(turbidity)（11）颜色、色度(chromaticitycolor)（12）比电导(specificconductance)1.2.1水质指标1.2水质指标与水质标准（1）固体水中固体（蒸发残渣）：一定温度下将水样蒸发至干时所残余的固体物质总量；103～105℃时蒸发称“总固体”溶解固体：过滤后，取滤液103～105℃烘干后质量悬浮固体：过滤后，取滤渣103～105℃烘干后质量挥发性固体(灼烧减重)：600℃蒸发干燥后固体失去的重量总固体＝溶解固体＋悬浮固体总固体＝固定性固体＋挥发性固体1.2.1水质指标1.2水质指标与水质标准例题1-1将某污水水样100mL置于重量为46.4718g(D)的古氏坩埚中过滤，坩埚在105℃下烘干后称重为46.5036g(C)，然后再将此坩埚置于600℃下灼烧，最后称重为46.4848g(E)。另取同一水样100mL，放在重量为67.9624g(B)的蒸发皿中，在105℃下蒸干后称重为68.0138g(A)。试计算该水样的总固体、悬浮固体、溶解固体、灼烧减重分别为多少mg/L?1.2.1水质指标1.2水质指标与水质标准（2）总含盐量和离子平衡总含盐量（总矿化度）：水体中所含各种溶解性矿物盐类的总量总含盐量（mg/L）＝Σ阳离子（mg/L）+Σ阴离子（mg/L）阳离子主要考虑Ca2+，Mg2+，Na+，K+阴离子主要为HCO3-，CO32-，SO42-，Cl-。根据电荷平衡，Σmc×(Mm+)＝Σac×(Aa-)，c(Mm+)、c(Aa-)单位为molL-1或mmoL-1。分析误差由下式：如果误差大于5％，则应该考虑是否测定有误或分析项目不完全。1.2.1水质指标1.2水质指标与水质标准（3）碱度水的碱度是指水接受质子的能力。水中的碱度常用中和滴定法来测定，即用标准浓度的盐酸溶液滴定水样，而以酚酞和甲基橙作指示剂。根据滴定时用去的酸液量，即可测得水样的碱度。酚酞碱度（P）甲基橙碱度（总碱度T）测定结果氢氧化物碱度[OH-]碳酸盐碱度2[CO32+]重碳酸盐碱度[HCO3-](1)P=000T02PT-2P0T02P-T2（T-P）0(5)P=TT001.2.1水质指标1.2水质指标与水质标准例题1-2取某河水水样100mL，用0.1000mol/LHCI溶液测定其碱度，先以酚酞作指示剂，消耗了HCl溶液0.50mL；另取该水样100mL，以甲基橙作指示剂，用HCI溶液滴定消耗了6.80mL。试求该水样的总碱度和各致碱阴离子的含量(结果以mmol/L计)测定结果氢氧化物碱度[OH-]碳酸盐碱度2[CO32+]重碳酸盐碱度[HCO3-](1)P=000T02PT-2P0T02P-T2（T-P）0(5)P=TT001.2.1水质指标1.2水质指标与水质标准（4）化学需氧量和耗氧量概念：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(如K2Cr2O7、KMnO4)作用时所消耗的氧化剂量，结果用氧的mg/L数来表示。重铬酸钾耗氧量高锰酸钾耗氧量特点：测定时间短，不受水质限制。主要作为工业废水的污染指标。1.2.1水质指标1.2水质指标与水质标准（5）生物化学需氧量概念：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（BiochemicalOxygenDemand），简称生化需氧量(BOD)，结果以氧的mg/L表示。测定的标准条件：20±1℃下培养5天，记作BOD5(20℃)，或只写BOD5或BOD。碳氧化阶段所消耗的氧量→碳化生化需氧量(carbonaceousBOD)。总的碳化生化需氧量常称为第一阶段生化需氧量或完全生化需氧量，常以La或BODu表示。硝化作用所消耗的氧量→硝化生化需氧量(nitrogenousBOD)即第二阶段生化需氧量，可以LN或NOD表示。1.2.1水质指标1.2水质指标与水质标准废水可生化性评价BOD5/COD0.450.3～0.450.2～0.30.2可生化性好较好较难不宜废水可生化性：是指废水中通过微生物的生命活动来改变污染物的化学和物理性能所能达到的程度。经过生化处理后的废水，这个比值是会增大还是会减少？1.水质指标及其意义：硬度(hard