水污染控制工程(水环境的污染与防治、不溶态污染物的分离技术、混凝澄清法、厌氧生物处理、吸附法)

水污染控制工程水污染控制工程•定义（应用工程学的方法对水质进行控制以达到消除污染和恢复水的原有状态）•研究对象：点源污染、面源污染、水环境修复•控制方法：物理、化学、物理化学和生物化学•成果体现：工程（工艺）、装备（设备）参考资料（杂志）•环境工程•Waterresearch•WaterScience&Technology•Waterenvironmentresearch第一篇总论第一章水环境的污染与防治第一节水资源水资源(Waterresource)•基本概念水的存在状态(固、气、液)水圈（Watershed）水的自然圈（地下1000m,地上10km）水的社会圈（人类活动范围）水循环(水在自然界的迁移转化规律)•水资源：所有参与水循环的水水循环（Hydrologicalcycle）水循环的主要方式：蒸发和输运水循环•大循环（全球、大区域）•小循环（小区域）•循环的特征（水量平衡）。。。。大循环小循环outinQQ水资源的特征•有限性(Limited)•可再生性(Renewable)水资源的有限性全球水资源分布图我国水资源状况•水资源缺乏（人均仅世界平均值的1／4）•城市人均占有的水资源量更低•时空分布不均我国降雨量分布西安月降雨量分布0102030405060708090100123456789101112Rainfallprecipitation(mm)Month水资源的可再生性•自然再生（周期性）•人工再生（解决水资源短缺的重要途径之一）WaterofHydrospherePeriodofrenewalWorldOcean2500yearsGroundwater1400yearsPolarice9700yearsMountainglaciers1600yearsGroundiceofthepermafrostzone10000yearsLakes17yearsBogs5yearsSoilmoisture1yearsChannelnetwork16daysAtmosphericmoisture8daysBiologicalwaterseveralhours城市水循环第二节水污染水污染•污染的定义（原有状态的任何改变）•污染物（水、气、渣、放射性、热、光）•污染的途径自然循环平衡破坏取水排放水污染控制工程平衡破坏水的社会循环对自然（原始）循环的影响给水处理社会循环污染源•点源（PointSourcepollution）生活污水工业废水•非点源（Non-pointsourcepollution）雨水（地面径流）污染的类型•需氧型污染•毒物型污染•富营养型污染•感官型污染•其它需氧型污染•原因（水体接纳了过量的有机物（能量））•途径（废水排放引起的点源污染）•后果（直接和间接）•防止措施（生物处理）需氧性污染示意图河流河床表层O2废水排放CODCOD增加氧浓度分布曲线需氧型污染-案例水体处于厌氧状态•原因（有机、无机、重金属）•途径（点源污染，废水排放）•后果（短期和长期）•防止措施（化学与物理化学处理）毒物型污染毒物型污染-案例四川沱江污染造成鱼类大量死亡富营养型污染•原因（氮、磷）•途径（点源、面源）•后果（间接）•防止措施（生物处理）富营养型污染-案例藻类大量繁殖•原因（色、味、悬浮物）•途径（点源污染，废水排放）•后果（直接和间接）•防止措施（物理、化学、生物化学）感官型污染第三节水污染防治水污染防治途径•法律、监督•工程•管理•公众参与法律•中华人民共和国水法•中华人民共和国水污染防治法中华人民共和国水法（修订）（2002年8月29日第九届全国人民代表大会常务委员会第二十九次会议修订通过）（2002年8月29日中华人民共和国主席令第七十四号公布自2002年10月1日起施行）第一章总则第二章水资源规划第三章水资源开发利用第四章水资源、水域和水工程的保护第五章水资源配置和节约使用第六章水事纠纷处理与执法监督检查第七章法律责任第八章附则第一章总则第一条为了合理开发、利用、节约和保护水资源，防治水害，实现水资源的可持续利用，适应国民经济和社会发展的需要，制定本法。第二条在中华人民共和国领域内开发、利用、节约、保护、管理水资源，防治水害，适用本法。本法所称水资源，包括地表水和地下水。第三条水资源属于国家所有。水资源的所有权由国务院代表国家行使。农村集体经济组织的水塘和由农村集体经济组织修建管理的水库中的水，归各该农村集体经济组织使用。第四条开发、利用、节约、保护水资源和防治水害，应当全面规划、统筹兼顾、标本兼治、综合利用、讲求效益，发挥水资源的多种功能，协调好生活、生产经营和生态环境用水。第五条县级以上人民政府应当加强水利基础设施建设，并将其纳入本级国民经济和社会发展计划。第六条国家鼓励单位和个人依法开发、利用水资源，并保护其合法权益。开发、利用水资源的单位和个人有依法保护水资源的义务。中华人民共和国水污染防治法（修正）（１９８４年５月１１日第六届全国人民代表大会常务委员会第五次会议通过根据１９９６年５月１５日第八届全国人民代表大会常务委员会第十九次会议《关于修改〈中华人民共和国水污染防治法〉的决定》修正）第一章总则第一条为防治水污染，保护和改善环境，以保障人体健康，保证水资源的有效利用，促进社会主义现代化建设的发展，特制定本法。第二条本法适用于中华人民共和国领域内的江河、湖泊、运河、渠道、水库等地表水体以及地下水体的污染防治。海洋污染防治另由法律规定，不适用本法。第三条国务院有关部门和地方各级人民政府，必须将水环境保护工作纳入计划，采取防治水污染的对策和措施。第四条各级人民政府的环境保护部门是对水污染防治实施统一监督管理的机关。各级交通部门的航政机关是对船舶污染实施监督管理的机关。各级人民政府的水利管理部门、卫生行政部门、地质矿产部门、市政管理部门、重要江河的水源保护机构，结合各自的职责，协同环境保护部门对水污染防治实施监督管理。第五条一切单位和个人都有责任保护水环境，并有权对污染损害水环境的行为进行监督和检举。因水污染危害直接受到损失的单位和个人，有权要求致害者排除危害和赔偿损失。第二章水环境质量标准和污染物排放标准的制定第六条国务院环境保护部门制定国家水环境质量标准。省、自治区、直辖市人民政府可以对国家水环境质量标准中未规定的项目，制定地方补充标准，并报国务院环境保护部门备案。第七条国务院环境保护部门根据国家水环境质量标准和国家经济、技术条件，制定国家污染物排放标准。工程－污染控制•技术（高效）•经济（低耗）管理•清洁生产•源头治理（新工艺）•排污收费公众参与•参与意识（整体与个体的关系）•参与途径（NGO）•参与方式（决策与监督）本章小结•水资源的有限性•水污染的类型、后果、基本防治措施•水污染控制的不同方法和途径作业•阅读《中华人民共和国水法》和《中华人民共和国水污染防治法》•就你所看到（或媒体上）的某一水污染案例分析可能的污染类型和原因水污染控制工程第二章重力沉降法§2-1概述§2-2沉降的基本原理§2-3沉降试验和沉降曲线§2-4沉淀池及其设计计算第二篇不溶态污染物的分离技术§2-1概述中心进水周边出水辐流式沉淀池示意图进水出水排泥§2-2沉降的基本原理沉降动力学:颗粒受力情况分析式中：As——运动方向的面积Cd——牛顿无因次阻力系数：Cd=f(Re)μs——颗粒沉降速度当受力平衡时，沉速变为μs（最终沉降速度）gVmgFsggVFlf22slsdduACF2/13)(4ldslssCdg对于球形颗粒：①层流区（stokes区）:218)(slssdg③紊流区（牛顿区）②过渡流区（艾伦区）sssdAV32Re24dClssdRe§2-3沉降试验和沉降曲线一、自由沉降试验及沉降曲线二、絮凝沉降试验及沉降曲线一、自由沉降试验及沉降曲线一、试验装置三、Camp图解积分法及沉降曲线二、常规计算法及沉降曲线H0=1.5~2.0mφ100mmΔhH=H0-Δhi试验装置示意图二．常规计算法(数据记录与处理)tt0t1t2t3…ti…tnHH0H0H0–Δh1…H0–Δhi-1…CC0C1C2C3…Ci…CnμE%10000CCCEitH二．常规计算法(由数据绘制沉降曲线)（续）E沉降时间，t(min)图3-1E-t曲线最小沉速，uE图3-2E-u曲线三．Camp图解积分法给定的沉降时间t内：对于μ≥μ0的颗粒全部除去对于μμ0的颗粒可被部分去除。p01-p0给定的沉降时间t内：对于d≥d0的颗粒全部除去对于dd0的颗粒可被部分去除。p01-p0？？：对于μμ0的颗粒，可去除部分所占比例是多少？去除率是多少？Hh三．Camp图解积分法（续）μ＜μ0的颗粒中，di→di+dd范围内颗粒所占SS总量的百分率用dp表示。对于μ＜μ0的颗粒，其中可去除部分所占比例为：0//tHthHh则在di→di+dd范围内能被去除部分颗粒占SS总量的百分率为：dp0对于全部μμ0颗粒群体，可去除部分为：dpp000三．Camp图解积分法（续）μ≥μ0部分颗粒所占百分率为1–p0则，总沉降效率为ET：dpuupEpT0000)1(沉降速度μμ01-p0p0p0沉降速度uμi△pi沉降速度分布曲线沉降速度分布曲线的图解U＜u0颗粒分率，p颗粒分率，p2．Camp图解积分法(由数据绘制沉降曲线)E沉降时间，t(min)E-t曲线最小沉速，μEE-u曲线小结：1、基本概念重力沉降2、重点①基本概念②沉降试验和沉降曲线3、难点Camp图解积分法计算ET二、絮凝沉降试验及沉降曲线絮凝沉降的特点：颗粒的形状d、在沉降过程中改变；浓度上稀下浓；SS浓度随水深度变化而变化，且呈现非线性变化。u随d而增大。1.絮凝沉降试验●装置：φ140~150mmH=2.0~2.5m4~5个取样口，间距500mm●取样：C0由t=0时中间取样口采集t1、t2、…、ti、…、tn时，同时从各取样口取水样（两份，求平均浓度），用以确定不同时间、不同水深处残留的SS浓度C1、C2、…、Ci、…、Cn。●绘图：例如：0.5m、1.0m、1.5m处各有一取样口，按设定的时间序列同时取样，并计算Et。沉降时间，t(min)0.5m1.5m工作水深(m)沉降时间，t(min)102030405060Et-t曲线SS等去除率曲线Et1.0m§2-3理想沉淀池一、Hazen和Camp提出这一概念。其假设条件是：（1）在沉淀池各过流断面上，各点处水都以流速V作水平运动。（2）进水中SS颗粒沿水深呈均匀分布，其水平分速等于水的水平流速，并从竖直分速u匀还下沉；（3）颗粒一经沉到水底再不重新浮起（即认为沉到底部即视为被去除）§2-3理想沉淀池入流区出流区污泥区理想沉淀池示意图①沉降线为未被去除颗粒；②为刚好100%去除颗粒；③为可部分去除颗粒；④为可全部去除颗粒。§2-3理想沉淀池同样地有：0000000)1()1(PPTdpuupdpHhpE可见，静沉试验所得到的沉降规律也可适用于理想沉淀池。§2-3理想沉淀池二、表面负荷q0AQBLVBHLuHtHu0①q0在数值上等于最小沉降速度；②q0↓，ET↑；③在离散型沉降中，当处理水量为定值是，处理效率ET仅是沉降区表面积的函数，而与水深无关。A↑，q0↓，则ET↑。§2-3理想沉淀池三、实际沉淀池∵在实际沉淀池，理想沉淀池的假设是不存在的，颗粒的运动是不规则运动。0)75.1125.11(uq0)0.25.1(tt四、对于絮凝沉降颗粒之间并聚变大，或s变大，u也会之变大。其运动轨迹发生变化：§2-3理想沉淀池入流区出流区污泥区絮凝沉降颗粒运动轨迹但是，为保守起见，沉降效率依然按照：进行计算。0000)1(PTdpuupE§2-4沉砂池一、一般说明1.一般位于泵站之前或初沉池之前，用以分离水中较大的无机颗粒。以使水泵、管道免受磨损和阻塞；以减轻沉