废水处理工程教学ppt课件 77页

2021/9/200:15主讲：胡田田电话：15332371186E-mail:hutiantian@tom.com水处理工程n绪论一、为什么要学习水处理工程？1.生态环境保护的需要●水资源的日益减少和水污染的加剧使得水危机越来越严重社会经济的迅速发展，加速了对水资源的消耗，同时也使水环境普遍遭到破坏。工业污水、面源污染和生活污水构成了对生态系统的严重威胁，使地表水急剧恶化，地下水也受到影响，从而威胁着动植物的生命和人类的安全。●水是一种普遍存在但又极为宝贵的自然资源，是人类和一切生物赖以生存的物质基础。“水是生命之源、生产之要、生态之基。”n我国每年的工业污水和城市污水合计排放量达400亿m3以上，即每天要排放1亿m3以上。大量的污水排放到长江、黄河、辽河、淮河、珠江、海河、松花江等七大水系，使我国80%以上的河流、湖泊受到不同程度的污染，水体污染已成为我国面临的严重问题之一，对水污染的控制已成为摆在我国政府和人民面前的重大课题之一。●水资源的日益减少和水污染的加剧使得水危机越来越严重●水危机的特殊性到目前为止，人们还没有找到适当的替代品。未来“水产业”的开发和利用，不同于能源方面以找寻地下新的资源为主，而重在基础设施的建设。从取水、净化、送水到用水，其中心都是围绕节水及污水排放进行的。n2.社会用水对水质的需求一方面，随着社会的发展，人类饮用水的水质要求在不断提高。饮用水净化技术的三个发展阶段：第一阶段是从19世纪初到20世纪60年代，主要是采用以混凝沉淀一砂滤一投氯消毒为代表性工艺流程的普通净水技术，去除浊度和杀灭水传染病菌，如霍乱、痢疾、伤寒等。第二阶段是从20世纪60年代开始，采用以臭氧氧化和生物活性炭为代表的深度净化工艺，从饮用水中去除多种微量污染物(尤其是致癌、致畸、致突变污染物)，如有机氯化物三氯甲烷等，无机重金属等。第三阶段是进入20世纪90年代后，饮用水中不断出现新的病原微生物因子如抗氯型病原微生物，且饮用水中化学成分的数量急剧增加，开始出现了深度氧化技术和膜技术。n自1996年以来，国家对水污染控制的投入增多、力度加大。各地对水污染控制专门人才的需求也更显迫切。3.个人就业的需要另一方面，随着社会的发展，新兴工业等行业对用水水质的要求不断提高，例如半导体器件的洗涤要用高纯水。二、水处理及其发展水处理包括给水处理和废水处理。●早期的给水处理与废水处理分别是给水工程与废水工程中的一个重要组成部分，是为城市的建设而发展起来的学科。给水处理原主要是对天然水加工，以满足城市居民生活的需要，而废水处理则主要是对居民生活所产生的废水进行加工，以便排入水体。两者的界限极为明确。n●随着社会的发展，过去在给水处理与废水处理间所存在的明确界限已经消失了。一方面，由于现代工业的发展所引起的各种用水水质要求，使给水处理中新添了份量极大的废水处理的内容。水在生活与工业生产过程中的用途大致可以分成下列七个类型：(1)饮用水，(2)食品、饮料及其它工业产品的原料；(3)洗涤用水；(4)生产蒸汽；(5)传热介质；(6)消防；(7)原料或废物的输送介质。饮用水以外的各类用水中，不止是每类间用水水质要求不同，每类中随着用水对象不同，对水质要求往往截然不同。另一方面，由于多种的工业用水产生了多种的工业废水，水处理的内容也随着改变了。按现代的概念，废水处理的任务是对用过的水进行加工，使之符合排入水体或其它处置方法、以及再用的水质要求。n(1)为了节水，工业的用水从直流系统改为循环用水系统，使生产中用过的水经过处理后循环使用。最常见的是循环冷却水系统。这样对“用过的水”的处理(即废水处理)也就变成对“用水”的处理(即给水处理)了。(2)用经处理过的生活废水作为工业用水的原水。(3)由于水源污染严重，在饮用水的处理中也逐渐采用了某些过去认为是专属废水处理的方法、工艺或原理。采用水处理这一综合性术语和概念来包括给水处理和废水处理的内容。具体体现在下列情况中：(4)世界范围内的缺水地区，已经在积极研究将经处理后的生活废水，进一步处理后作为饮用水以外的用水，甚至饮用水的方案。n水处理是将水质不合格的原料水加工成符合需要的水质标准的产品水的过程。因此，当产品水是用于饮用或工业的生产过程时，这样的水处理过程就属于给水处理；当产品水只是为了符合排入水体或其它处置方法的水质要求时，这样的水处理则属于废水处理。按这样的概念，原料水既包括了天然水源中的水，也包括了用过的水(废水)，更能反映现代水处理的发展特点。1999年在中国香港召开的关于“21世纪革新的水与废水处理技术的进展”国际会议中，丹麦的哈尔莫斯教授提出了“水的处理可以解释为从任何污染程度净化到满足需求的任何净化程度的净化方法”，“用于供水的处理工艺与用于废水的处理工艺的差别将消失”。n三、《水处理工程》的内容与任务●水处理工程学主要研究水质净化和水污染控制的各种物理化学方法，生物化学方法，废水的合理排放及水处理工程系统的设计基础等水处理原理、方法和技术。n第3章水处理的生物化学方法第1章总论第2章水处理的物理化学方法第4章废水回用及废水的最终处置第5章水处理工程系统设计基础2021/9/200:1510●《水处理工程》的基本内容n●通过本课程的学习，力争达到以下要求：(1)了解水处理的基本原则与方法，掌握水处理的物理化学方法、生物化学方法和水处理工艺流程的设计方法；(2)正确理解和运用常规水处理方法的原理和技术规程；(3)了解水处理工程系统设计基本原理和方法，初步掌握废水资源化的基本途径和废水的土地处理系统与废水的最终处置方式。n122021/9/200:15新兴综合性学科，已有许多成熟的理论，并在实践中得到成功应用，但仍有许多正处在试验研究阶段。因此要求大家一方面学习掌握现有的理论、方法和技术，同时也要积极地查阅文献资料，了解新的研究动向。培养自己创新的能力。期末考试占70%，平时30%(包括实验60%、作业30%、考勤10%)。四、《水处理工程》特点及学习方法五、要求及考核方式n●高湘主编.给水工程技术及工程实例.化学工业出版社.2002.使用教材及参考书●唐受印戴友芝汪大翚等编.废水处理工程（第二版）化学工业出版社.2004.4●杨岳平徐新华刘传富编.废水处理工程及实例分析化学工业出版社.2003.1●缪应祺主编.水污染控制工程.东南大学出版社.2002.122021/9/200:1513n第1章总论1.1水体污染1.3水体的自净作用1.2水体污染物1.4水质标准2021/9/200:1514返回1.5水处理的基本途径与方法n1.1水体污染2021/9/200:1515一.天然水质背景值返回天然水从本质上看，应属于未受人类排污影响的各种天然水体中的水。在任何天然水中，都含有各类溶解物和悬浮物，并且随着地域的不同，各种水体中天然水含有的物质种类不同，浓度各异，但却代表着天然水的水质状况，故称其为天然水质背景值，或水环境背景值。n下面列出了天然水中所含有的各种物质：n二.水体污染的概念水体是一个完整的生态系统，其中包括水、水中悬浮物、溶解物、底质和水生生物等。水体污染是指污染物进入河流、海洋、湖泊或地下水等水体后，使水体的水质和水体沉积物的物理、化学性质或生物群落组成发生变化，从而降低了水体的使用价值和使用功能的现象。这个概念将水污染的定义同研究水污染的目的——保护水资源以便更好地利用，结合起来了。n三.水体污染源1.概念水体污染源是指造成水体污染的污染物的发生源。通常是指向水体排入污染物或对水体产生有害影响的场所、设备和装置。2.水体污染源的分类根据是否因为人类的参与而产生，可分为天然污染源和人为污染源。天然源是指自然界自行向水体释放有害物质或造成有害影响的场所。诸如大气沉降物、火山喷发、水流冲蚀地表、岩石风化、有机物自然降解以及水体由于自然灾害等原因产生的放射性物质和硫化物、氟化物等。例如在含有萤石(CaF2)、氟磷灰石[Ca5(PO4)3F]等的矿区，地下水或地表水中的氟含量可能增高，造成水体的氟污染。n人为源是指由于人类活动形成的污染源，是环境保护研究和水污染防治的主要对象。人为源体系很复杂，按人类活动方式可分为工业、农业、生活、交通等污染源；按排放的污染物种类可分为有机、无机、放射性、病原体等污染源，以及同时排放多种污染物的混合污染源；按污染物排放的空间分布方式可分为点源和非点源。点源是指以点状形式排放而使水体造成污染的发生源。一般工业污染源和生活污染源产生的工业废水和生活污水是重要的污染点源。这种点源含污染物多，成分复杂，其变化规律依据工业废水和生活污水的排放规律而有明显的季节性和随机性。n非点源在我国多称为面源，是以面积形式分布和排放污染物而造成水体污染的发生源。坡面径流、农田灌溉水、含有从大气冲刷下来的污染物的大气降水过程都是面源污染。面源污染会导致河流、水库、湖泊等水体污染甚至富营养化。面源污染的特点是：面广、分散、难于治理。随着农药与化肥的大量使用，农业生产已成为水体的主要污染源之一。施用于农田的农药和化肥，仅有一小部分被植物吸收，大部分残留在土壤或漂浮于大气中。这部分残留的农药、化肥最终会随降水的淋洗与冲刷，以及灌溉排水径流带入地面水体或渗入地下水中。此外，农业废弃物（包括农作物秸秆残留、牲畜粪便等）、牧场及养殖场的有机废物等也会随各种途经带入水体中，造成水体污染。农业污染源n1.2水体污染物一.废水的水质特征1.生活污水的水质特征生活污水是指居民在日常生活中所产生的废水，主要包括生活废料和人的排泄物，包括厨房洗涤、沐浴、洗衣等废水以及冲洗厕所等污水。有以下几个特征：(1)水质较稳定，但浑浊、色深且具有恶臭，呈微碱性，一般不含有毒物质；(2)含有大量的细菌、病毒和寄生虫卵，容易传播疾病；(3)含有氮、磷、硫等营养物质，易引起水体富营养化；(4)含有各种洗涤剂。从污染物的形态组成来看，固体物质约占总质量的0.1%～0.2%，其中溶解性固体约占固体总量的3/5～2/3，主要是各种无机盐和可溶性的有机物质；悬浮固体占1/3～2/5，其中的有机成分几乎占3/4以上。n2.工业废水的水质特征工业废水是在工业生产过程中所排出的废水。可分为生产废水和生产污水，生产废水是指较清洁的、不经处理即可排放和回用的工业废水（如工业用冷却水）；生产污水是与产品直接接触、受污染严重的排水。由于工业类型、生产工艺及用水水质、管理水平等的不同，各类工业废水的成分与性质千差万别。概况起来其特征是：成分复杂；有危害性；水质、水量变化大。工业废水中除冷却水等较清洁的生产废水外，都含有各种各样的污染物：有大量的有机污染物质，放射性污染物，有毒有害物质如重金属、酚类、氰化物等。其中，以重金属和难降解有机物对环境的污染最为危险。而重金属中，汞的毒性最大，镉次之，铅、铬等也有剧毒。n二.污染物种类及水质指标1.水质指标水质指标是指水和其中所含杂质所共同表现出来的物理、化学和生物学的综合特性。水质指标可表示水中杂质的种类、成分和数量，是判断水质的具体衡量指标。水质指标种类很多，有上百项。可以分为物理、化学和生物学的三类。（1）物理性水质指标A.感官物理性指标：如温度、色度、嗅和味、浑浊度、透明度等；B.其他物理性指标：如总固体、悬浮固体、溶解固体、可沉固体、电导率等。n（3）生物学水质指标（2）化学性水质指标A.一般化学性水质指标：如pH值、碱度、硬度、各种阴（阳）离子、总含盐量、一般有机物质；B.有毒的化学性水质指标：如各种重金属、氰化物、多环芳烃、各种农药等；C.氧平衡指标：如溶解氧(DO)、化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、总需氧量(TOD)等。包括细菌总数、总大肠菌群数、各种病原细菌、病毒等。n2.污染物种类及相应的水质指标废水中的污染物大致可分为固体污染物、需氧污染物、营养性污染物、酸碱污染物、有毒污染物、油类污染物、生物污染物、感官性污染物和热污染等不同种类。常用表征废水水质的水质指标主要有有毒物质、有机物质、悬浮物、细菌总数、pH值、色度、温度等。一种水质指标可能包括几种污染物；而一种污染物也可以属于几种水质指标。n(1)固体污染物水质分析中把固体污染物质分为两部分：能透过滤膜（孔径约3～10μm）的叫溶解性固体(DS);不能透过的叫悬浮固体或悬浮物(SS),二者合称总固体(TS)。这种分类是为了水处理技术的需要。固体污染物常用悬浮物和浊度两个指标来表示。悬浮物的存在不但使水质浑浊，而且易使管道及设备堵塞、磨损，干扰废水处理及回收设备的工作。由于大多数废水中含有悬浮物，因此去除悬浮物是废水处理的一项基本任务。浊度是对水的光传导性能的一种测量，其值可表征废水中胶体和悬浮物的含量。水体中含有泥沙、有机质胶体、微生物以及无机物质的悬浮物和胶体物时，会产生浑浊现象，导致水的透明度降低，影响感官甚至影响水生生物的活动。n(2)需氧污染物废水中能通过生物化学作用和一般的化学作用而消耗水中溶解氧的物质，统称需氧污染物。绝大多数是有机物，只有少量无机物（如Fe,Fe2+,S2-,CN-等），因而在一般情况下是指有机物。主要是来自于城市生活污水及食品、造纸、印染等工业废水的大量烃类化合物、碳水化合物、蛋白质、脂肪、纤维素等。本身无毒性，但在微生物的分解过程中要消耗水中的溶解氧，使水体出现恶臭，破坏水生生态系统。由于需氧有机物的种类繁多、组成复杂、存在形式多样，绝对含量难以确定。在实际工作中是利用其共性，间接反映其总量或分类含量。常采用以下几个综合水质污染指标来描述。n生化需氧量是水中有机物被好氧性微生物分解时所需氧的数量，表示水中可被生物降解的有机物数量。用单位体积废水所消耗氧的量（mg/L）表示。A.生化需氧量（BOD）图1-2可生物降解有机物降解过程示意图微生物对废水中有机物的分解分为两个阶段：第一阶段碳化阶段，所消耗的氧量称为碳化需氧量，用La或BODu表示；第二阶段是氮化阶段，其耗氧量称为硝化需氧量，用LN或NODu表示。n有机物的生化耗氧过程与温度和时间有关。在一定范围内温度越高，微生物的活力越强，消耗有机物越快，需氧越多；时间越长，微生物降解有机物的数量和程度越大，需氧量越多。在实际测定时规定用20℃。在20℃条件下，一般有机物需20天左右才能基本完成第一阶段的氧化分解过程，此时的需氧量用BOD20表示，BOD20可看作是完全生化需氧量La。在实际测定中一般用5天。目前国内外普遍采用20℃、五昼夜的生化耗氧量作为指标，即BOD5。BOD5存在一些缺点：①污水中含有大量微生物难以降解的物质时误差较大；②反馈信息太慢，不能迅速及时地指导实际工作；③废水中如果存在抑制微生物生长繁殖的物质或其中所含微生物生长的营养物质非常少时，将影响测定结果。各种废水的水质差别很大，BOD5与BOD20之间的数量关系变化非常大。但对某一种废水而言，BOD5/BOD20的比值相对固定，如生活废水的比值约为0.7。因此，BOD5基本上能反映可被微生物氧化分解的有机物的量，有很大的应用价值。nB.化学需氧量（COD）化学需氧量是指在酸性条件下用强氧化剂将有机物氧化为CO2、H2O所消耗氧化剂中氧的总量。（但不包括硝化作用所需氧量）常用的氧化剂有KMnO4和K2Cr2O7。用K2Cr2O7作氧化剂时，能够较完全地氧化水中的大部分有机物和无机还原性物质。此时，化学需氧量用CODCr或COD表示，该指标适用于污染严重的水样，如生活污水和工业废水。用KMnO4作氧化剂时，测定结果用CODMn表示，适用于一般地表水如海水、湖泊水。CODMn被称为高锰酸盐指数。n优点：CODCr能够在较短时间内（规定为2h）较精确地测定出废水中的耗氧物质含量，不受水质限制。缺点是不能表示可被微生物氧化的有机物量，且废水中的无机还原性物质会干扰测定结果，造成误差。如果废水的各种成分相对稳定，那么COD与BOD之间应有一定的比例关系。一般地，COD＞BOD20＞BOD5＞CODMn。BOD/COD比值越大，越容易被生物氧化。因此这个比值可作为废水是否适宜用生化法处理的一个衡量指标。一般认为大于0.3才适宜采用生化法处理。nC.总需氧量（TOD）D.总有机碳（TOC）TOD的测定方法：向氧含量已知的氧气流中注入一定量的水样，并将其送入以铂为催化剂的燃烧管中，在900℃的高温下燃烧，水样中的有机物即被氧化，使氧气流中的氧气减少，剩余氧量用电极测定并自动记录。TOD测定仅需几分钟，但在水质监测中应用比较少。有机物一般都含有C、H、O、N和S，它们在高温下燃烧后将产生CO2、H2O、NO2、SO2等无机氧化物，所消耗氧的量称为总需氧量。一般有TOD＞COD。是以总有机碳来表示水中溶解性有机物的总量，即总碳量与无机碳之差。TOC测定方法与TOD类似，所不同之处是在燃烧之后用红外气体分析仪测定所生成CO2的量。无机碳酸盐干扰的排除方法是：先将水样酸化后通过压缩空气吹脱所形成的CO2后，再进行燃烧测定。n（3）营养性污染物污水中除大量的有机物外，还含有氮、磷的无机化合物。当这些废水排入受纳水体并使水中氮和磷的浓度分别超过0.2mg/L和0.02mg/L时，就会引起水体的富营养化，促进水生生物主要是藻类大量增殖，造成一系列危害。危害主要表现在：①使鱼类的活动空间不断减小；②藻类组成由以硅藻和绿藻为主转变为以蓝藻为主，而蓝藻不是鱼类的良好饲料，并且有些种类还会产生毒素；③水体中溶解氧急剧减少，造成鱼类大量死亡，水体腐败发臭；④衰败死亡的藻类沉入水底，使水体中的有机物增加。另外，水温增高、水中因为需氧有机物含量高使微生物活动旺盛时也会促进和诱发水体富营养化。n（4）无机无毒物质（酸、碱、盐污染物）无机无毒物质主要是指排入水体的酸、碱及一般的无机盐类。酸主要来自工业废水和酸雨等。碱性废水主要来自碱法造纸、制碱、制革等工业的废水。常以pH值来反映其酸碱水平。由于酸、碱性废水可中和形成盐类；二者也可与地表物质相互作用，生成无机盐，所以酸碱污染同时伴随着无机盐污染。主要危害：①使水体的pH值发生变化，破坏其自然缓冲作用，降低其自净能力，使水质恶化；②灌溉用水pH应为5.5～8.5，超出此范围会对农作物造成危害，使土壤酸化、盐碱化；③渔业水体的pH不得低于6或高于9.2。当pH为5.5时，一些鱼类就不能生存或生殖率降低；④酸性废水也对金属和混凝土材料有腐蚀作用；⑤还会增加水中的一般无机盐和水的硬度。n（5）有毒污染物废水中能对生物引起毒性反应的化学物质称为有毒污染物。工业上使用的有毒化学物质已超过12000种，并且每年以500种的速度递增。废水中的毒物可分为三类：无机有毒物质，有机有毒物质和放射性物质。A.无机有毒物质——金属和非金属两类重要的非金属毒物有氰、砷、亚硝酸根、氟、硒、硫等。氰会导致窒息死亡；砷、亚硝酸根会致癌。氰化物主要来自电镀厂、煤气厂、焦油厂、有色金属冶炼厂等的废水。n污染的特点：①局域性。因某些化合物的生产与应用，在局部地区可能出现高浓度污染；②金属离子在水中容易被带负电荷的胶体吸附而随水移动，但大多数会迅速沉降，因此重金属一般都富集在排污口下游一定范围的底泥中。危害特点：①不能被微生物降解，能被生物富集于体内，如淡水鱼能将汞富集1000倍、镉300倍、铬200倍；②一般都具有潜在危害性，通过食物链摄入人体后会在体内蓄积，引起慢性中毒，其危害有时需10－20年才显露出来；③某些重金属在生物体内会转化为毒性更大的有机化合物，如Hg2+；④其毒害不仅与数量有关，而且还与存在形态有密切关系，不同形态其毒性有时差别很大，如砷的化合物中以As2O3(砒霜)毒性最大。金属毒物有：汞、铬、铅、镉、锌、镍、铜、钴、锰、钛、钒和钼等，前几种的危害尤其大。n主要包括有机氯农药、聚氯联苯、稠环芳烃（如苯并芘）、有机磷农药、酚类化合物、芳香族氨基化合物、合成洗涤剂、高分子聚合物（塑料、人造纤维、合成橡胶）、染料等。B.有机有毒物质危害的共同特点有：①毒性很强，大多为三致物质（致癌、致突变、致畸形）；②稳定性强，难降解；③可通过食物链逐级富集，并会在人体内蓄积，导致慢性中毒。例如聚氯联苯（PCB）有剧毒；脂溶性很强，易被生物吸收并蓄积；PCB的化学性质非常稳定，酸、碱、氧化剂都难以将其分解；耐热性高，不易被燃烧；绝缘性好；蒸气压低，难挥发。也因此作为绝缘油、润滑油、添加剂等，被广泛用于变压器、电容器，以及各种塑料、树脂、橡胶等工业。因此聚氯联苯也来自于这些工业的废水。nC.放射性物质放射性是指原子核衰变而释放射线的物质属性。所释放的射线主要有X射线，α射线，β射线，γ射线及质子束等。放射性物质的来源：天然的放射性同位素238铀、226镭、232钍等，一般放射性都比较弱，对生物没有什么危害。废水中的放射性物质主要来自铀、镭等放射性金属的生产和使用过程，如核试验、核燃料再处理、原料冶炼厂等。放射性物质的危害：浓度一般较低，主要引起慢性辐射和后期效应，如诱发癌症，促成贫血、白血球增生、对孕妇和婴儿产生损伤，引起遗传性伤害等。n（6）油类污染物包括“石油类”和“动植物油”两类。沿海及河口石油的开发、油轮运输、炼油工业废水的排放、内河水运以及生活废水的大量排放等，都会导致水体受到油污染。近年来石油对水体的污染变得十分严重。水中含油0.01～0.1mg/L，对鱼类和水生生物就会产生影响；含油0.3～0.5mg/L时就会产生石油气味，不适合饮用。油类污染物的危害：①减少水体中的溶解氧。一方面油类能在水面上形成油膜，阻碍氧气进入水体，破坏了水体的复氧条件；另一方面油膜的生物分解和自身的氧化作用会消耗水中大量的溶解氧，致使水体缺氧；②还能覆盖或堵塞生物的表面和细微结构，影响养分的吸收和废物的排出，如油膜会堵塞鱼的腮部，使其呼吸困难；油膜还会粘附在农作物上使其枯死；③油污染还破坏了海滩休养地、风景区的景观。④石油中的各种成分都有一定的毒性。n（7）生物污染物主要是指废水中的致病性微生物，包括病菌、病毒和病虫卵。污染源：生活污水、医院污水、垃圾淋溶水、肉类屠宰加工厂、制革厂等的废水。污染的特点是：数量大，分布广，存活时间长，繁殖速度快。必须予以高度重视。水质指标中总大肠菌群数反映水体受到动物粪便污染的状况。n（8）感官性污染物废水中能引起异色、浑浊、泡沫、恶臭等现象的物质，虽然没有严重的危害，但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。异色、浑浊的废水主要来源于印染厂、纺织厂、造纸厂、焦化厂、煤气厂等，如印染废水，炼油废水等。在流动和曝气过程中将产生泡沫的表面活性物质来源于造纸废水、纺织废水等。恶臭废水来源于炼油厂、橡胶厂、制药厂、屠宰厂等。各类水质标准中，对色度、嗅、味、浊度、漂浮物等指标都作了相应的规定n（9）热污染废水温度过高而引起的危害，称为热污染。热电厂等的冷却水是热污染的主要来源。危害：①水温升高，使水中的溶解氧减少，相应的亏氧量随之减少，故大气中的氧向水体传递的速率减慢，另一方面，水温的升高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，使水质迅速恶化，造成鱼类和其他水生生物因缺氧而死亡；②水温升高，加快藻类繁殖，从而加快水体的富营养化进程；③水温升高，导致水体中的化学反应加快，使水体的物理化学性质如离子浓度、电导率、腐蚀性发生变化，可能导致对管道和容器的腐蚀；④水温升高，加速细菌生长繁殖，增加后续水处理的费用。如取该水体作为给水水源，则需要增加混凝剂和氯的投加量，且使水中有机氯化合物含量增加。n1.3水体的自净一.水体自净的概念水体自净作用是受到污染的各种水体，在水体本身和污染物自身的物理、化学和生物等方面的作用下，使水中污染物浓度降低或总量减少，使受污染的水体部分或完全地恢复原状的过程。也称为水体净化。n二.水体自净过程的分类1.物理净化作用水体的自净过程非常复杂，其作用机理包括以下3种类型：物理净化作用是指水体中的污染物通过稀释、混合、沉淀与挥发，使浓度降低的过程。物理自净对广大的水体如海洋、流量大的河段等起重要作用。稀释是污水中的污染物和水体的水相混合使浓度降低的过程。混合是污水与水体水混合使污染物浓度降低的过程。沉淀是水中污染物质直接或经过凝聚、结晶、吸附等过程，在重力作用下从水中析离进入底质或含水介质中，使水质净化的作用。挥发（逃逸）是指气态或挥发性污染物，在水体温度、压力及水动力条件影响下脱离水体使浓度降低的过程。n2.化学净化作用化学净化作用：是水体中的污染物通过氧化还原、酸碱反应、分解与化合、吸附与凝聚等各种化学反应，使其存在形态发生变化从而降低浓度或甚至无害化的过程。氧化还原是水体化学净化的主要作用。水体中的溶解氧可与某些污染物产生氧化反应，如Fe2+可被氧化为氢氧化铁沉淀，S2-可被氧化为硫酸根。还原反应则多在微生物的作用下进行，如硝酸盐在缺氧条件下被反硝化细菌还原成N2逸出。酸碱反应：水体中存在的地表矿物质（如石灰石、白云石等）以及游离CO2、碳酸系碱度等，对排入的酸、碱有一定的缓冲能力，使水体的pH值维持稳定。分解与化合：如水中的氰化物与CO2作用生成氰化氢从水中逸出。吸附与凝聚属物理化学作用，是由于天然水中存在大量的带电胶体微粒，能吸附水体中的阴阳离子，从而扩散或沉降，达到净化目的。n3.生化净化作用生化净化作用是指水体中的污染物通过水中生物特别是微生物的生命活动，使其存在形态发生变化，有机物无机化，有害物无害化，浓度降低，总量减少。生物化学净化作用是水体自净的主要原因。影响因素：水体中有机物的生物降解主要是在微生物参与下的氧化分解过程，需要消耗大量的溶解氧。因此，水体的生物净化能力主要取决于水体的溶解氧含量和复氧能力。n水体的自净过程包含着十分广泛的内容，而且这些作用又常是相互交织在一起。不同水体中上述三种作用机制所占比重不同。因此在具体的研究工作中必然有所侧重。影响水体综合净化能力的主要因素有：污染物的种类、性质、浓度以及排放方式等;水体的物理化学条件，如水温、流量、流速、含沙量及溶解氧等因素；水中生物的种类和数量等。水体自净作用往往需要一定的时间、一定范围的水域和适当的水文条件。n三.水环境容量及其与水处理的关系水环境容量是指一定水体在规定环境目标下所能容纳污染物的数量。也就是说，水体接纳一定数量的污染物质后，其原有功能可以不受影响，仍可以满足一定的用途和功能。若污染物的数量超过水体的自净能力即水体的环境容量，就会导致水体污染。影响因素：水环境容量的大小取决于水体特征、水质目标、污染物的特性及其背景含量。n水体特征包括反映水体物理化学状况的各种因素，如水文要素、物理自净和化学自净以及生物自净能力等，水体的自净能力愈强，水环境容量愈大。水质目标是水体的用途和使用功能决定的，水的用途不同，允许存在于水体的污染物含量也不同。污染物特性决定了其在水体中被净化的方式和强度及其对水生生物和人体健康的危害性，因而其允许限量也不同。污染物的自然本底值愈低，其水环境容量愈大。水环境容量与水处理的关系水环境容量是污水处理及排放的重要依据。既要合理地减少污水排放量，降低污染，又要经济地处理污水，充分利用水体自身的净化能力。影响因素n1.4水质标准一.水质标准及其类型水质标准是根据不同用途对水质有不同要求、根据废水排放应有一定的允许排放浓度而制定的规范性指标。属于环境标准之一。环境标准是一定时期内环境政策、环境目的的具体体现，它是一定时期内环境效益、社会效益和经济效益相统一的体现，它具有法律效力，它是制定环境规则的重要依据，也是环境管理的技术基础。各国的水质标准是有差异的。n水质标准可分为两类：一类是根据水的不同用途而制定的水质标准，即针对不同的用途而建立起相应的物理、化学和生物学的水质质量标准，即用水水质标准；另一类是为了保护环境、保护水体的正常用途，对排入水体的生活污水和工业废水水质提出一定的限制与要求，即污水排放标准。一般排放标准有《工业“三废”排放试行标准(GBJ4-1973)》、《污水综合排放标准(GB8978-1988)》、《农业污泥中污染物控制标准(GB4284-1984)》等。行业排放标准涉及各种行业，如《石油炼制工业水污染排放标准(GB3551-1983)》、《制革工业水污染物排放标准(GB3549-1983)》、《医院污水排放标准(GBJ48-1983)》等，可作为规划、设计、管理与监测的依据。当废水作某种用途时，应满足相应的用水水质标准，如《农田灌溉水质标准(GB5084-1985)》、《渔业水质标难(GBll607-1989)》等。废水排放标准n二.污水综合排放标准应用最广泛的是《污水综合排放标准(GB8978-1988)》，该标准根据废水污染物危害程度把污染物分为两类。第一类污染物能在环境或动植物体内积蓄，对人类健康产生长远的影响。规定含此类污染物的污水必须在车间或车间处理设施排放口处取样分析，同时其含量必须符合表1-1的规定。①烧碱行业（新建、扩建、改建企业）采用0.005mg/L；②为试行标准，二级、三级标准区暂不考核。表1-1第一类污染物最高允许排放浓度／(mg/L)n第二类污染物的长远影响小于第一类，规定的取样地点为排污单位的排出口，其最高允许排放浓度要按地面水使用功能的要求和污水排放去向，分别执行表1-2中的一、二、三级标准（p7)。浓度标准的缺陷：不论废水接纳水体的大小和状况，不论污染源的大小，都采用同一个标准。因此即使满足排放标准，如果排放总量大大超过接纳水体的环境容量，也会对水体造成不可逆的严重后果。此外，浓度标准也无法防止某些工厂用清水稀释来降低排放浓度以满足排放标准的现象。n三.总量控制标准总量控制标准是根据一定范围内的水体环境容量和自净能力，计算出允许排入该水域的污染物总量，然后再按照一定的原则，将这些允许的排污总量合理地分配给区内各污染源。按照适用范围的大小，总量控制可分几个层次：规定一个工厂(或企业)每个排放口的排污总量；规定一个范围内(包括若干工厂)的排放总量，由各厂协商分配，只要各厂总量不超过该范围所允许的排放总量即可；一条河流的流域往往在地理上与若干城市有关，可以规定流经某城市的河段所允许的排污总量。总量控制需要做的基础工作，如污染源调查、环境质量评价、水体自净规律和污染物迁移转化规律的研究、污染治理边际费用研究等。否则，总量控制难以实施或奏效。n1.5水处理的基本途径与方法一.水处理中的几个基本概念单元处理方法就是在整个处理过程中，完成一个特定加工目的的加工单元。研究单元处理方法是理解和设计水处理过程的基础。单元处理方法所利用的原理不外物理的、化学的或者生物化学的三类。水处理是改造原水水质的过程，这个过程是由一些单元处理方法串联起来组成的。凡是能起水处理效应的容器或设备，都称为反应器。每个单元方法设有相应的设备，例如完成絮凝作用的设备为絮凝池，完成凝聚作用则有加药和混合等设备。p9-10将反应器按其水力特性划分为2类6种。n某成分的去除百分数表示为：水处理效率也就是对水中成分的去除效率。通常有两种表示方法，一个是用去除的百分数表示，另一个是用成分的浓度绝对值表示。n二.给水处理的基本方法1.5水处理的基本途径与方法给水处理的任务是通过必要的处理方法改善水质使之符合生活饮用或工业使用所要求的水质标准。给水处理的具体内容大致可分为下列八个方面：去除水中的悬浮固体各种性质的用水都要求去除水中的悬浮物质。生活饮用水的处理主要是去除悬浮物的问题。浊度和大肠菌类是饮用水水质的两项极重要的参数。工业用水处理的要求程度变化较大，有的比生活饮用水低，有的相当，而有的则远高于生活饮用水。悬浮物的去除方法有混凝、沉淀、过滤、消毒等。n去除水中的溶解固体总溶解固体含量或者电导率对于一般天然水来说，饮用水的处理问题，只有当原水的含盐量高于饮用水的允许值时，才去除部分溶解固体以满足饮用水的要求。对于需要高纯水的工业用水，必须达到接近去除全部溶解固体的程度。去除水中对用水有危害的某种或某几种溶解成分。饮用水的处理常遇到这类处理问题，如去除原水中的铁、锰、氟或砷等。又如低压锅炉给水处理中去除水中钙和镁离子的软化处理。去除水中溶解的有机物。腐植质是天然水中存在的主要有机物，是产生色度的主要原因；水中出现较大量的有机物主要是污染引起的，这些有机物的含量和去除效果由水的BOD、TOC、UV吸光度等参数数值的降低显示出来。n去除水中溶解的气体这些气体一般是水中原有的，但有时则是处理过程中故意产生的。例如，一般去除的CO2都是指水中原有的CO2，但有时在处理过程中，先把水中所含的HCO3转化成CO2，然后再去除掉。降低水的温度在整个工业用水中，冷却用水约占70%，所以采用循环系统可以节约大量用水。利用冷却设备、降低水温是循环系统的主要任务。n对给水处理过程中所产生的废水或污泥加以相应的处理和处置对水质加以调整，改善其水质，以防止在使用过程中产生危害。最常见的是对管道或容器材质的腐蚀作用以及产生沉积物作用。这两个问题在循环冷却水系统中特别突出。水质的调整往往是在水中加入一些控制水质行为的药剂来解决问题，如控制腐蚀的缓蚀剂，控制结垢的阻垢剂。有时也通过去除水中产生腐蚀或沉积物的成分来达到调质处理的目的。n生活饮用水处理方法当以地面水作为水源时，处理方法常包括混凝、沉淀、过滤和消毒，如图1-1。当以地下水作为水源时，一般采用消毒处理即能满足水质的要求。图1-1以地面水作为饮用水水源时的处理流程n从地表水制取自来水的加工过程n工业冷却用水处理方法当工业冷却用水质只要求悬浮物含量低于50mg/L时，在河水含砂量不高的情况下，通过自然沉淀就可能达到要求；在河水含砂量很高的情况下，就需要采用自然沉淀和混凝、沉淀两步处理，才能满足要求。图1-2以河水作为冷却用水水源时的处理流程n处理方法的选取上述各种处理方法可以根据不同的水源水质和处理后的水质要求单独使用，或几种方法联合使用，以形成不同的处理系统。在水处理中，某一种处理方法除了取得某一特定的处理效果外，有的往往也直接或间接的兼收其它处理效果。n三.废水处理1.我国的水污染控制策略水污染防治，应以防为主、防治结合、多管齐下。防治水污染应主要从以下几个方面考虑：（1）推行清洁生产工艺、发展节水型工业推行清洁生产工艺能减少污染，降低成本，节约能源，不仅是防止水污染的最佳途径，而且是可持续发展方向下工业生产发展所必须遵循的道路。目前，我国的水资源利用是一方面很紧张，另一方面浪费却十分惊人。发展节水型工业的具体措施有以下三方面：A.采用先进工艺技术，如以气冷设备代替水冷设备，以逆流漂洗系统代替顺流漂洗系统，以压力淋洗系统代替重力淋洗系统，可以使用水量节省20%-90%;B.发展工业用水的重复使用和循环使用系统;C.改进设备、加强管理、杜绝浪费据估计其浪费水量约占总耗水量的20%-30%。n（2）加快城市污水处理厂的建设水污染主要是城市生活污水和工业废水任意排放所造成的。修建城市污水处理设施对污水进行治理，是防止水污染，保护水资源的关键措施。我国是一个水资源贫乏的国家，大力发展城市污水资源化，是防治水污染、节约水资源的有效途径。城市污水水质较工业冷却水或洗涤水要复杂得多，但通过有效净化手段可以使其再生且回用于某些用途，如用于农业灌溉；用作工业冷却用水、洗涤用水或工艺用水；用于市政，如灌溉绿地和公园、浇洒道路、洗涤车辆、用作消防等；也可用来补给地下水，防止地下水位的下降或海水的入侵等。对于缺乏水资源的城市，城市污水资源化，比从丰水地区远距离引水往往更经济，且减轻了水环境的污染，缓解了水资源的紧张。（3）大力发展城市污水资源化n（4）积极研究和开发污水处理新技术依靠科技进步，积极研究、不断开发处理功能强、出水水质好、基础投资少、能耗及运行费用低、操作维护简单、处理效果稳定的污水处理新技术、新流程，对于水污染防治具有至关重要的作用。2.废水处理的基本方法（1）按处理方法进行分类针对不同污染物质的特征，发展了各种不同的废水处理方法，这些处理方法可按其作用原理划分为四大类：物理处理法、化学处理法、物理化学法和生物处理法。废水处理方法也可按对污染物实施的作用不同而分为两类，即分离法和转化法。分离法是通过各种外力作用把有害物质从废水中分离出去；转化法是通过化学或生化作用使其转化为无害物质或可分离的物质，后者再经过分离予以除去。nA.物理处理法主要通过物理作用，以分离、回收废水中不溶解的呈悬浮状态污染物质(包括油膜和油珠)的废水处理法。根据物理作用的不同，又可分为重力分离法、离心分离法和筛滤截留法等。属于重力分离法的处理单元有：沉淀、上浮(气浮、浮选)等，相应使用的处理设备是沉砂池、沉淀池、除油池、气浮池及其附属装置等。离心分离法本身就是一种处理单元，使用的处理装置有离心分离机和水旋分离器等。筛滤截留法包括截留和过滤两种处理单元，前者使用的处理设备是格栅、筛网，而后者使用砂滤池和微孔滤池等。nB.化学处理法通过化学反应和传质作用来分离、去除废水中呈溶解、胶体状态的污染物质或将其转化为无害物质的废水处理方法。在化学处理法中，以投加药剂产生化学反应为基础的处理单元是：混凝、中和、氧化还原等；而以传质作用为基础的处理单元则有：萃取、汽提、吹脱、吸附、离子交换以及电渗析和反渗透等。后两种处理单元又统称为膜处理技术。其中运用传质作用的处理单元具有化学作用，而同时又有与之相关的物理作用，所以也可以从化学处理法中分离出来，成为另一种处理方法，称为物理化学法，即运用物理和化学的综合作用使污水得到净化的方法。nC.物理化学处理法利用物理化学作用去除废水中的污染物质。物理化学法主要有吸附法、分离法、萃取法、气提法和吹脱法等。D.生物化学处理法通过微生物的代谢作用，使废水中呈溶液、胶体以及微细悬浮状态的有机性污染物质转化为稳定、无害的物质的废水处理方法。根据起作用的微生物不同，生物处理法又可分为好氧生物处理法和厌氧生物处理法。n（2）按处理程度进行分类A.一级处理去除废水中的漂浮物和部分悬浮状态的污染物质，调节废水pH值、减轻废水的腐化程度和后续处理工艺负荷的处理方法。污水经一级处理后，一般达不到排放标准。所以一般以一级处理为预处理，以二级处理为主体，必要时再进行三级处理，即深度处理，使污水达到排放标准或补充工业用水和城市供水。一级处理的常用方法有筛滤法、沉淀法、上浮法、预曝气法。nB.二级处理污水通过一级处理后，再进行处理，用以除去污水中大量有机污染物，使污水进一步净化的工艺过程。污水经过一级处理之后，可以有效地去除部分悬浮物，生化需氧量(BOD)也可以去除一部分，但一般不能去除污水中呈溶解状态的和呈胶体状态的有机物和氧化物、硫化物等有毒物质，不能达到污水排放标准。因此需要进行二级处理。目前，二级处理的主要工艺为生物处理，包括厌氧生物处理及好氧生物处理，其中好氧生物处理主要有活性污泥法及生物膜法。化学或物理化学处理法正在快速发展之中。nC.三级处理污水三级处理又称污水深度处理或高级处理。为进一步去除微生物以及未能降解的有机物或磷、氮等可溶性无机物。三级处理与深度处理有所不同：三级处理是经二级处理后，为了从废水中去除某种特定的污染物质，如磷、氮等而补充增加的一项或几项处理单元；深度处理往往是以废水回收、复用为目的，而在二级处理后所增设的处理单元或系统。n三级处理耗资较大，管理也较复杂，但能充分利用水资源。完善的三级处理由除磷、脱氮、去除有机物(主要是难以生物降解的有机物)、病毒和病原菌、悬浮物和矿物质等单元过程组成。根据三级处理出水的具体去向，其处理流程和组成单元是不同的。如果为防止受纳水体富营养化，则采用除磷和除氮的三级处理；如果为保护下游引用水源或浴场不受污染，则应采用除磷、除氮、除毒物、除病毒和病原菌等三级处理，可直接作为城市饮用水以外的生活用水，如洗衣、清扫、冲洗厕所、喷洒街道和绿化地带等用水。n图1-3城市污水的典型处理流程一般以一级处理为预处理，以二级处理为主体，必要时再进行三级处理或深度处理，使污水达到排放标准或补充工业用水和城市供水。n废水中的污染物质是多种多样的，往往不可能用一种处理单元就能够把所有的污染物质去除干净。一般地，一种废水往往需要通过几个处理单元组成的处理系统处理后，才能够达到排放要求。采用哪些方法或哪几种方法联合使用，需根据废水的水质和水量，排放标准，处理方法的特点，处理成本和回收经济价值等，通过调查、分析、比较后才能决定，必要时还要进行小试、中试等试验研究。水处理必须考虑四个原则：政策上允许、理论上可行、技术上能实现、经济上能办到。n