水处理工程

水处理工程WastewaterTreatmentEngineering水质净化与水污染控制工程主要任务是研究预防和治理水体污染，保护和改善水环境质量，合理利用水资源以及提供不同用途和要求的用水的工艺技术和工程措施。主要研究领域：水体自净及其利用；城市污水处理与利用；工业废水处理与利用；给水净化处理；城市、区域和水系的水污染综合整治；水环境质量标准和废水排放标准0、概述1、天然水中杂质的种类与性质2、水体的污染和自净3、饮用水水质与健康4、用水水质标准5、污水的排放标准第一章水质与水质标准第0节概述0.1、地球上水的分布0.2、水的循环0.3、中国水污染的特点0.4、污水0.1、地球上水的分布水分类型水量（104km3）比例（％）大气水1.30.001海洋水13200097.212冰川和冰帽29202.15河水0.130.0001淡水湖12.50.0092盐水湖10.40.0077土壤水6.70.0049地下水8350.615生物体内水0.120.0001总量135784.85100.0地球上总水量约14亿km3,但是97.2%是海水;对人类有益而又比较容易开发利用的淡水储量为400万km3,仅占地球水量的0.3％，并且这部分淡水的分布也很不均匀400,0.3%13608,97.2%海水淡水淡水量我国的淡水资源年降水量占全世界第三（陆地降水量）；地面径流量占全世界第六（巴西、前苏联、美国、加拿大、印尼）；010000200003000040000500006000070000年降水量地面径流量水量（亿吨）但是人均年径流量：2500m3/人/年，只相当于世界人均占有量的1/4。除此之外，水资源分布还存在严重的时空不均匀性空间：东南多、西北少时间：冬春雨少、夏季多雨；还不时出现枯水年和丰水年现象0.2、水的循环水的循环自然循环社会循环自然循环：川流不息、循环往复的蒸腾、降落、流动的过程叫做自然界的水分循环或水的自然循环。社会循环：人为了满足生活和生产的需要，从各种天然水体中取用大量的水，这些水使用过就成为生活污水和工业废水，这些废水最后又流入天然水体，这样水在人类社会中也构成了一个局部的循环体系，这叫做水的社会循环。0.002500000.0151105002000502502000饮水冲厕所生产1t糖生产1t大米生产1t小麦生产1t牛奶提取1t石油制造1部汽车发射导弹0.3、中国水污染的特点发达国家不同时期的水污染问题在中国短期内集中爆发；点源、面源、降雨和底泥中污染物的释放形成了对水体污染的空间复合。一般碳源有机物、氮磷等营养物质、难降解有机物和重金属等有毒物质的共存；形成了水体的复合污染及其特有的反应机理。典型问题如：多种污染物的共存使水污染问题的解决更加复杂化，水体不稳定沉积层的转化；持续性有机污染物（POPs)的降解等.水污染原因1．人口增加和经济增长的压力：2．粗放型发展模式3.面源污染严重4．污水处理率偏低，大量污水直接排放5．环境意识淡薄、环境管理薄弱、环境执法力度不够6.排污收费等经济政策未能起到对治污的刺激作用7.历史欠帐太多，资金投入严重不足水污染防止战略对策与保障措施战略对策：1．加快城市废水处理厂的建设步伐，实施废水资源化2．尽快实现从末端治理向源头控制的的战略转移，大力推行清洁生产3．从单纯的点污染源治理转向点源、内源和面源的流域综合综合治理4．切实保护饮用水源地，提高饮用水安全性保障措施：1.严格以法治水，制定并实施有效的法律、规章、制度2.完善水的管理体系，改变“多龙管水”的现象3.加大水污染治理投资4.采取有利于水污染防治的经济政策首先，此处所说的污水没有包括农业废水目前对农业废水的处理可以从2个方面着手：A：使用可生物降解的农药、生物复合肥，尽量少使用含难降解、苯系物等物质的农药B:应用各种方法具体处理农田排水0.4、污水实质上，环境问题可以从两个方面解决：1：从源头减少污染，进行清洁生产2：治理污染0.4.1城市中的污水分类城市污水生活污水工业废水被污染的雨水排入城市排水系统的其他污染水生活污水：人类在日常生活中所用过的，并为生活废料所污染的水工业废水：工矿企业生产过程中所产生和排放的水被污染的雨水：初降雨水，由于冲涮了地表上的各种污物，所以污染很严重，需要处理进入城市排水系统的其他污染水，包括渗流和流入工业废水生产污水生产废水生产污水：指在生产过程中形成，被有机或无机性生产废料所污染的废水（包括温度过高而能够造成热污染的工业废水）生产废水：在生产过程中形成，但未直接参与生产工艺，只起辅助作用，未被污染物污染或污染很轻的水，有的只是温度稍微上升（如冷却水）渗流：从地下通过损坏的管道、管道接头或检查井井壁和其他途径进入包括接户管在内的污水系统的水流。流入：指从地下室向上排出的水、冷却塔排水、泉水、沼泽区排水、检查井盖、雨水管和合流管跨越连接管、街道冲洗水进入包括接户管在内的污水系统的水流。其它污染水渗流流入城市污水：排入城镇排水系统污水的总称，是生活污水和工业废水的混合液，在合流制排水系统中还包括降水。0.4.2、污水最终的出路最终出路排放水体灌溉农田重复使用水体稀释处理、水污染的原因污水的土地处理reuse0.4.3、排水系统的体制排水体制合流制分流制合流制生活污水、工业废水、雨水混合在同一管渠排除的系统缺点：随着降雨量的增加，仍有部分混合污水未经处理溢流，直接排放，造成水体污染合流制排水系统：1、合流干管2、截留主干管3、溢流井4、污水处理厂5、出水口6、溢流出水口123456分流制依排除雨水方式不同而定分流制完全分流制不完全分流制1完全分流制污水排水系统和雨水排水系统并存1、干管2、主干管3、污水处理厂4、出水口5、雨水干管2354不完全分流制（半分流制）只建了废水排放系统，未建雨水排放系统，雨水沿天然地面、街道边沟排泄，待城市进一步发展再修建雨水排放系统（1）（2）河河河12345（1）完全分流制（2）不完全分流制1：污水管道；2：雨水管渠；3：原有渠道；4：污水厂；5出水口不完全分流制：为补充输水能力而修建了部分雨水管道只有污水排放系统污水复用分：1、直接复用：（1）：循序使用：工业企业一道工序产生的废水，适当处理后用于另一道工序（2）：循环使用：经适当处理，用于同一道工序（游泳池）2、自然或间接复用：A、B两城市依次在河的上下游，A的污水经适当处理排入河流，然后又为下游B城市所取用。4、污水复用1.1.1污染物质的性质和存在状态1.1.2污染物质特征及污染指标第1节天然水中杂质的种类与性质1.1.1污染物质的性质和存在状态1、按化学性质2、按物理形态1、按化学性质按化学性质无机性污染物质有机性污染物质植物性：含碳物质，如蔬菜、果皮、植物碎片动物性：含氮物质，如粪便、动植物组织土壤、砂、粉尘、无机盐酸、碱、矿物油、重金属N、P等营养物质有机性污染物质易于降解的有机污染物难于降解的有机污染物无机性污染物质有直接毒害作用无直接毒害作用2、按物理形态分一些学者认为胶体和悬浮固体的界限应该在10-1微米处微米10010110－110－210－310－410－5悬浮物胶体溶解性可沉淀可混凝去除溶解性和悬浮性的划分并不很确切，丹麦用孔径为1.6微米的过滤器其它许多国家则使用孔径1微米的过滤器还有许多国家使用0.45微米左右的过滤器（IWA（国际水协会）建议使用0.45微米左右的过滤器）1.1.2污染物质特征及污染指标（一）可生物降解有机污染物（二）难于生物降解有机污染物（三）无直接毒害的无机污染物（四）有直接毒害的无机污染物（一）可生物降解有机污染物BODCODTODTOC可生物降解有机污染物，其共同特征就是耗氧，所以又称作耗氧有机污染物，这类物质多为碳水化合物、蛋白质、脂肪等自然生成的有机物，不稳定，能够在微生物的作用下转化成稳定的无机物有氧条件下，最终降解产物：CO2；H2O；NO3－；N2，降解速度快无氧条件下，最终转化为CO2；H2O；CH4；H2S，粪臭素，降解速度很慢好氧(aerobic):DissolvedOxygen(DO)缺氧(anoxic):DO⊗;NOx--N厌氧(anaerobic)DO⊗;NOx--N⊗由于有机物的种类繁多，现有技术无法将其区分、定量，也没有必要，因为这些有机物的共性是耗氧，所以参用以下这些综合污染指标❶BOD：BiochemicalOxygenDemand，生物化学需氧量❷COD：ChemicalOxygenDemand，化学需氧量❸TOD：TotalOxygenDemand，总需氧量❹TOC：TotalOrganicCarbon，总有机碳❶BOD定义：水中有机污染物被好氧微生物分解至无机物时所消耗的溶解氧的量叫做生化需氧量，单位mg/LO2。第一阶段（碳氧化阶段）、第二阶段（硝化阶段）Oa；Ob；Oc；Od有机物（可生物降解）异养菌新细胞呼吸（氧化）Oa合成CO2,H2O,能,NH3自养菌合成新细胞OcH2O,能,NO2-残存物质CO2,H2O,能,NH3Ob内源呼吸Od能,NO3-新细胞可生物降解有机物降解过程示意图第一阶段（碳氧化阶段）：在异养菌的作用下，含碳有机物被氧化(或称碳化)为CO2，H2O，含氮有机物被氧化(或称氨化)为NH3，所消耗的氧以Oa表示。与此同时，合成新细胞(异养型)合成的新细胞，在生活活动中，进行着新陈代谢，即自身氧化的过程，产生CO2，H2O与NH3，并放出能量和氧化残渣(残存物质)，这种过程叫做内源呼吸，所消耗的氧量用Ob表示耗氧量Oa十Ob称为第一阶段生化需氧量(或称为总碳氧化需氧量、总生化需氧量、完全生化需氧量)用La、Sa或BODu表示。有机物（可生物降解）异养菌新细胞呼吸（氧化）Oa合成CO2,H2O,能,NH3自养菌合成新细胞OcH2O,能,NO2-残存物质CO2,H2O,能,NH3Ob内源呼吸Od能,NO3-新细胞可生物降解有机物降解过程示意图第二阶段是硝化阶段，即在自养菌(亚硝化菌)的作用下，NH3被氧化为NO2－和H2O，所消耗的氧量用Oc表示，再在自养菌(硝化菌)的作用下，NO2－被氧化为NO3－，所消耗的氧量用Od表示。与此同时合成新细胞(自养型)。耗氧量Oc十Od称为第二阶段生化需氧量(或称为氮氧化需氧量、硝化需氧量)用硝化BOD或NODu或LN表示。有机物（可生物降解）异养菌新细胞呼吸（氧化）Oa合成CO2,H2O,能,NH3自养菌合成新细胞OcH2O,能,NO2-残存物质CO2,H2O,能,NH3Ob内源呼吸Od能,NO3-新细胞可生物降解有机物降解过程示意图BOD的定义中规定有机物质被氧化分解至无机物质，第一阶段生物氧化中，有机物中的C已经氧化至CO2，N氧化成NH3，都已经无机化了。所以氨的继续氧化不在考虑之内，即不考虑第二阶段生物氧化。由于有机物的生化过程延续时间很长，在20℃水温下，完成两阶段约需100d以上。从上图可见，5d的生化需氧量约占总碳氧化需氧量BODu的70％一80％；20d以后的生化反应过程速度趋于平缓，因此常用20d的生化需氧量BOD20天，20作为总生化需氧量La。BOD5天，20℃在工程实用上，20d时间太长，故用5d生化需氧量BOD5作为可生物降解有机物的综合浓度指标，即BOD5天，20℃。由于硝化菌的世代(即繁殖周期)较长，一般要在碳化阶段开始后的5—7d，甚至10d，才能繁殖出一定数量的硝化菌，并开始氮氧化阶段，因此，硝化需氧量不对BOD5产生干扰。不同温度、不同时间的BOD的计算第一阶段BOD具有化学动力学上的一级反应性质，即反应速度与剩余有机物的量呈正比：La：有机物质的初始浓度，即第一阶段生化需氧量（BODu）,mg/LL:任何时刻(t日)剩余的有机物,mg/LK1:耗氧速率常数解微分方程令Xt为t时日内所降低的有机物浓度则：Xt就是任何