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水质工程学第一篇水质与水处理概论第一章水质与水质标准第二章水的处理方法概论第二篇物理、化学及物理化学处理工艺原理第三章凝聚与絮凝第四章沉淀与澄清第五章过滤第六章吸附水质工程学第七章氧化还原与消毒第八章离子交换第九章膜滤技术第十章水的冷却第十一章腐蚀与结垢第十二章其他处理方法主要参考书：《给水处理理论与设计》许保玖主编《水处理工程》顾夏生主编《给水工程》（第四版）严煦世主编《WaterTreatmentPlantDesign》MGRAW-HILL绪论原始水处理示意图水处理：给水工程的任务给水工程的任务：取、净、输、配主要研究的问题：混与清的矛盾、卫生与不卫生的矛盾、纯与不纯的矛盾、稳定与不稳定的矛盾、冷与热的矛盾。排水工程的任务排水工程的任务：收集处理或处置排放或深度处理、循环使用水圈与水循环一、水圈的定义二、世界的水资源1、水资源的概念2、世界的水资源3、自然界水的存在形式三、水循环1、水的自然循环2、水的社会循环水圈的定义水圈：指地壳表面向下连续的水层，其上界为海洋、湖泊、沼泽、江河、冰川、雪山等地表水；下界主要为渗透至底部沉积物中的水。绿藻泛滥的滇池水资源的概念广义水资源：包括地球水圈中各个环节与各种形态的水资源量；狭义水资源：可供人们取用的水资源量。形态各异的藻类微囊藻世界的水资源总水量：13.86亿km3其中：海水13.38亿km3占96.5%淡水0.38亿km3占2.53%其中：便于人们取用的300万km3占总水量的0.2%我国水资源总量：2.8亿km3,人均2200m3占世界平均值1/4一、水的自然循环和社会循环水的自然循环水的存在形式为地表水（包括海洋、冰雪、湖泊、沼泽、河流等），地下水，云和生物水四部分。云由其余三种水体通过蒸发而形成，再通过雨、雪、雾和冰雹等，分别进入其余水体；地表水体的大部分水源来自于云和地下水体，同时自身也进行着各种形式的转变，这其中也完成着物质、能量和信息的转换过程；地下水体主要来源于地表水体的下渗；生物水和其余三个方面都有不可分割的关系，但从总量上来看相对小了很多，所以可以认为云、地表水体和地下水体起了决定性作用，决定着水的循环方向和整体特性。这三种水体之间的循环主要依靠太阳能来推动的，生物能相对作用较小，自然系统起了决定性的作用。自然水体利用太阳能和生物能在循环过程中携带和产生物质和能量，保持熵值的稳定，即水体自净。自然界水的存在形式大气水：大气圈中呈蒸发状态的水，包括雨、雪、雹、霜、露等构成的大气降水和云、雾等。地表水：河流、湖泊（大陆水），海洋、沼泽等；地下水：地面下各种状态的水，包括水汽、吸着水、薄膜水、毛细管水、重力水。水的自然循环水循环指地球上各种形态的水在太阳辐射、地心引力等作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗以及地表径流等环节，不断地发生相态转换及周而复始的运动过程（见图1-1-1）。这一循环过程称为自然循环。水的社会循环——我国700多个城市一半缺水，100个城市严重缺水水的社会循环是水自然循环的一个子系统，包括农业灌溉、工业用水和居民生活用水三个系统。这些系统通过取水系统和排水系统相互连接成一个复杂的网络系统。与自然循环相比，社会循环具有可控制性和系统完成有序化以及在时间上的及时性。人类诞生以来，对水循环的干预作用越来越大，尤其在工业革命以来，大量的水被应用，大量的含有高浓度有机物和无机物的水被排放到自然水体，大大超过了水体自然循环中太阳能和生物能所能带走的负荷，造成大量物质在水体中积累，也增加了人类的利用成本。水循环系统的熵值增加，原有的平衡被打破，新的平衡即将建立。图1-1-1水的自然循环水的社会循环由天然水体通过人类社会的生活、工业等的使用所产生的废水又回到天然水体的过程称为水的社会循环。影响天然水水质的因素a降水类型大气循环途径b大气组分c岩石类型d土壤形成条件e生物条件陆地循环途径f溶质特性g气候条件天然水体的水质特征①大气降水：反映大气的物质组成；物质含量不同；大气物质随大气环流迁移，污染可扩大；降水中的物质浓度大于大气浓度；依赖于降水类型②河水：更新周期短，浑浊度高，矿化度低，易于从污染中恢复；化学成分变化快，气体的成分较多，能溶解部分河床物质；含有有机物与气体，有水生生物活动；沿程变化强；易受污染，污染物复杂天然水体的水质特征③湖泊水：水流缓慢，更新周期长，较清澈，混合程度差；矿化度高；受湖泊规模大小的影响；受水生生物、池底淤泥影响大④地下水：矿化度高；动态变化小；受污染机会小，一旦污染则很难恢复⑤海水：含离子量大，离子类型起主导作用；靠近海岸和海湾地区有生物沉降给水处理的典型流程第一篇：水质与水处理概论第一章：水质与水质标准1、天然水中杂质的种类与性质1.1天然水体中的杂质1.2各种水体的水质特点2、水体的污染与自净3、饮用水水质与健康4、用水水质标准1、生活污水2、工业废水：生产污水和生产废水(1)主要含无机物：如冶金、建筑材料等工业所徘出的废水。(2）主要合有机物的：如食品工业、炼油和石油化工工业等废水。(3)同时含有有机物和无机物的废水：如焦化厂、化学工业中的氦肥厂、轻工业、中的洗毛厂等废水。(4)如按所含污染物的主要成分分类，如酸性废水、碱性废水、含氰废水、含铬废水、含镉废水、含汞废水、含酚废水、含醛废水、含油废水、含有机磷废水和放射性废水等。该分类法明确地指出了废水中主要污染物的成分。二、污水的分类天然水体中的杂质1、杂质来源：大气、土壤、人类活动产生的污染物2、按大小分：溶解物、胶体颗粒、悬浮物3、按化学结构分：无机杂质、有机杂质、生物杂质（微生物）水中杂质尺寸及外观水中杂质的尺寸与外观溶解物胶体颗粒悬浮物颗粒大小0.1nm~1nm1.0nm~100nm100nm~1mm外观特征透明光下混浊混浊可见水源水质取自任何水源的水中，都不同程度地含有各种各样地杂质。一是自然过程：如地层矿物质溶解在水中，水中微生物的繁殖及其死亡残骸，水流对地表及河床冲刷所带入的泥沙和腐殖质等。二是人为的因素即工业废水，农业污水及生活污水的污染。污水中的杂质按照尺寸大小可分为悬浮物，胶体和溶解物：见表1－1（教课书P8）表中的颗粒尺寸按球形计，且各类杂质额尺寸界限只是大体的概念，而不是绝对的。天然水体中的杂质按尺寸分：悬浮物、胶体、溶解物按化学结构分：无机杂质、有机杂质、生物（微生物）杂质悬浮物尺寸较大，易于在水中下沉或者上浮。易于下沉的一般是大颗粒泥沙及矿物质废渣等；能够上浮的一般是体积较大而密度小的某些有机物胶体物质胶体颗粒尺寸很小，在水中具有稳定性，长期静置也难下沉，它和悬浮物是使水产生浑浊现象的根源。水中存在的胶体通常有粘土，某些细菌和病毒，腐殖质及蛋白质等。其中的有机物如腐殖质和藻类会造成水的色和嗅味。工业废水排入水体，会引入各种各样的胶质或者有机高分子物质。溶解物质（1）溶解于水的盐水中的主要阳离子有Ca2＋,Mg2＋和Na＋;主要阴离子有HCO3－，SO42－和Cl－。同时还含有少量的K+，Fe2+，Mn2+和Cu2+等阳离子，以及少量HSiO3-,CO32-,NO3-等阴离子。（2）溶解气体天然水体中的溶解气体主要是氧、氮和二氧化碳，同时也含有少量硫化氢。未被污染过的天然水体，溶解氧含量一般为5~10mg/L，最高不超过14mg/L。各种水体的特征江河水湖泊水库水海水地下水水体污染与自净(见1.2)一、水中常见污染物来源1、有机物：可降解、难降解2、无机物：有毒害、无毒害水体富营养化原由：N、P污染，藻类过量生长，溶解氧耗尽产生危害：臭味、透明度差、消耗溶解氧、释放有毒物质、影响生态水体自净1、水体自净能力：物理、化学、生物作用，污染物质被分离或分解，恢复原有生态平衡2、DO氧垂曲线：耗氧与复氧饮用水水质与健康1、水中的生物对人体健康的影响细菌、病毒、寄生虫、藻类2、水中的化学物质对人体健康的影响微量元素及其他无机物、有机物、放射性物质、消毒剂及副产物3、水质与地方病用水水质标准水质标准是用水对象所要求的各项水质参数应达到的指标和限值。水质标准随着科学的发展，经济的发展，水检测技术的进步将不断修改，提高和完善。生活饮用水水质标准表1-3是2001年颁发的《生活饮用水卫生标准》，新的饮用水卫生标准在一共34个项目，非常规检测项目有62项；2005年建设部颁发了《城市供水水质标准》，常规检测项目42项，非常规项目61项。标准主要分四大类：感官性状指标和化学指标17项；毒理学指标11项；细菌学指标4项；放射性指标2项。感官性状指标有时又称为物理性状，是指水中的某些物质对人的视觉，味觉和嗅觉的刺激。清洁的水无色，无嗅和无味。当水中含有浮游生物，腐殖质或者受到废水污染时，往往使得水产生各种颜色，异嗅和异味。它虽然不属于影响人体健康的直接指标，但色，嗅，味的存在给使用者产生厌恶感。同时，色，嗅与味严重的，也可能是水中含有有害物质的标准。浊度我国规定小于1度，一些发达国家规定低于1度。因为浊度超过10度就能使人产生不快，而且，病菌，病毒以及其它有害物质往往吸附于产生浊度的悬浮物上。因此降低水的浊度，不仅为满足感观形状的要求，对于抑制水中的病菌，病毒以及其它有害物质的含量，也具有积极的意义。化学指标水中存在的某些化学物质，对人体健康有益但不希望过量，如钠，钾，钙，铁，锌，镁，氯等使人体必须的化学元素，但含量过多，往往会对生活使用产生种种不良影响。还有一些化学物质对人体健康无益但一般情况下毒性也很低的物质，如挥发酚类，阴离子合成洗涤剂等。毒理学指标有毒物质一般是由于水源污染造成的，如砷，汞，镉，铬，氰化物，氯仿等。实际上水中各种化学物质与健康的关系相当复杂，有些至今仍然不很清楚。其它指标细菌学指标标准中细菌学指标目前只列了细菌总数，总大肠菌数、粪大肠菌群和余氯4项。放射性指标总α放射性，总β放射性。其他用水水质标准1、食品及饮料类水质标准2、城市杂用类水质标准3、游泳池用水4、工业用水水质标污水的排放标准1、污水排放标准制定的依据2、国外的污水排放标准3、我国的污水排放标准水的处理方法概论一、水的物理化学处理方法混凝、沉淀与澄清、浮选、过滤、膜分离、吸附、离子交换、中和、氧化与还原二、水的生物处理方法反应器的概念及在水处理中的应用一、物料衡算和质量传递二、理想反应器模型三、非理想反应器模型反应器是化工生产过程中的核心部分，在其中所进行的过程，既有化学反应过程，又有物理过程，影响因素复杂。反应器的设计涉及了流体力学，传热，传质，特别是化学反应动力学等方面的知识。物料衡算和质量传递变化量＝输入量－输出量＋反应量物质的输入和输出是质量传递的结果。理想反应器三种模型1、间隙式反应器（CMB）理想反应器模型2、完全混合连续式反应器-恒流搅拌反应器（CSTR）理想反应器模型三3、推流式反应器（PF型）--活塞流反应器理想反应器模型由于反应器内实际进行的工艺过程是复杂的，为了求得反应器数学模型，必须作某些假定予于简化。有三种理想反应器：完全混合间歇式反应器；完全混合连续式反应器；推流式反应器。非理想反应器模型在实际生产中，反应器总是偏离理想状态，即介于两种理想模型之间。