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水质工程学课件完整版pdf

日期:2020-12-25 10:22

  水质工程学-1 Water Quality Engineering 高景峰副教员 水质工程学的位子 境遇工程学的苛重实质 水质净化与水污染管制工程 大气污染管制工程 固体毁灭物处罚处分与经管工程 噪声、振动与其他公害防治技艺 境遇筹备、经管和境遇体例工程 境遇监测与境遇质地评议 水质净化与水污染管制工程 苛重职责是商酌戒备和管束水体污染,维护和改良水 境遇质地,合理行使水资源以及供应差别用处和条件 的用水的工艺技艺和工程手段。 苛重商酌范围:水体自净及其行使;都邑污水处罚与 行使;工业废水处罚与行使;给水净化处罚;都邑、 区域和水系的水污染归纳整顿;水境遇质地轨范和废 水排放轨范 大气污染管制工程 苛重职责:商酌戒备和管制大气污染。维护和改良大 气质地的工程技艺手段。 苛重商酌范围:大气质地经管、烟尘管束技艺、气体 污染物管束技艺、酸雨的成因和防治、都邑和区域大 气污染归纳整顿、大气质地轨范和废气排放轨范 固体毁灭物处罚处分与经管工程 苛重职责:商酌都邑垃圾、工业废渣、放射性及其他 有毒无益固体毁灭物的处罚、处分和接纳行使资源化 等的工艺技艺手段。 苛重商酌范围:固体毁灭物经管;固体毁灭物无害化 处分;固体毁灭物的归纳行使和资源化;放射性及其 它有毒无益废物的处罚等 噪声、振动与其他公害防治技艺 苛重商酌音响、振动、电磁辐射等对人类的影响 及息灭这些影响的技艺途径和管制手段 境遇筹备、经管和境遇体例工程 苛重商酌行使体例工程道理和手法,对区域性的境遇 题目和防治技艺手段实行举座的体例阐发,以求得综 合整顿的优化计划,实行合理的境遇筹备、打算与管 理;它也是商酌境遇工程单位进程体例的优化工艺条 件,并用准备机技艺实行打算、运转和经管 境遇监测与境遇质地评议 商酌境遇中污染物质的本质、因素、来历、含量和分 布形态、变更趋向以及对境遇的影响;正在此根基上, 服从肯定的轨范和手法对境遇质地实行定量的决断、 解说和预测;另外,它还商酌某项工程举止或资源开 发所惹起的境遇质地变更及对人类康健和福利的影响 等 广义的境遇工程学还征求供暖透风和氛围治疗(现正在 称作:兴办境遇开发 ) 第一章 水质与水质轨范 0 、概述 1、自然水中杂质的品种与本质 2、水体的污染和自净 3、饮用水水质与康健 4 、用水水质轨范 5、污水的排放轨范 第0节概述 0.1、地球上水的分散 0.2、水的轮回 0.3、中邦水污染的特性 0.4、污水 0.1 、地球上水的分散 4 3 4 3 水量(10 km ) 水分类型 水量(10 km ) 比例(%) 水分类型 比例(%) 1.3 0.001 大气水 1.3 0.001 大气水 132000 97.212 海洋水 132000 97.212 海洋水 2920 2.15 冰川和冰帽 2920 2.15 冰川和冰帽 0.13 0.0001 河水 0.13 0.0001 河水 12.5 0.0092 淡水湖 12.5 0.0092 淡水湖 10.4 0.0077 盐水湖 10.4 0.0077 盐水湖 6.7 0.0049 泥土水 6.7 0.0049 泥土水 835 0.615 地下水 835 0.615 地下水 0.12 0.0001 生物体内水 0.12 0.0001 生物体内水 135784.85 100.0 总量 135784.85 100.0 总量 淡水量 地球上总水量约14亿 400, 0.3% km3,然则97.2%是海 水;对人类有益而又比 较容易开荒行使的淡 3 水储量为400万km ,仅 占地球水量的0.3 %, 海水 13608, 而且这个别淡水的分 淡水 97.2% 布也很不服均 水资源 我邦的淡水资源 70000 年降水量占全寰宇 第三(陆地降水 60000 量);地面径流量 ) 50000 吨 占全寰宇第六(巴 亿 40000 西、前苏联、美邦、 ( 30000 量 加拿大、印尼); 水 20000 10000 0 年降水量 地面径流量 3 然则人均年径流量:2500 m /人/年,只相当于 寰宇人均占据量的1/4。 除此除外,水资源分散还存正在要紧的时空不服均 性 空间:东南众、西北少 年华:冬春雨少、夏日众雨;还每每显现枯水年 和丰水年景色 0.2、水的轮回 水的轮回 自然轮回 社会轮回 自然轮回:接连不断、轮回往返的蒸腾、着陆、滚动的 进程叫做自然界的水分轮回或水的自然轮回。 社会轮回:人工了知足存在和出产的需求,从种种天 然水体中取用大宗的水,这些水运用过就成为存在污 水和工业废水,这些废水末了又流入自然水体,如许 水正在人类社会中也组成了一个个别的轮回体例,这叫 做水的社会轮回。 50 2000 0.015 110 500 0.002 250 2000 50000 1t 饮水 冲茅厕 出产 糖 1t 1t 1t 出产 大米 出产 小麦 出产 牛奶 1t 1 提取 石油 创制 部汽车 发射导弹 水的社会轮回 水的社会轮回 0.3、中邦水污染的特性 发财邦度差别期间的水污染题目正在中邦短期内会合发作; 点源、面源、降雨和底泥中污染物的开释酿成了对水体污染的 空间复合。 凡是碳源有机物、氮磷等养分物质、难降解有机物和重金属等 有毒物质的共存;酿成了水体的复合污染及其特有的响应机理。 样板题目如:众种污染物的共存使水污染题目的治理愈加纷乱 化,水体担心祥重积层的转化;继续性有机污染物(POPs)的 降解等. 水污染缘故 1.人丁补充和经济延长的压力: 2.粗放型进展形式 3. 面源污染要紧 4.污水处罚率偏低,大宗污水直接排放 5.境遇认识淡漠、境遇经管懦弱、境遇法律力度不足 6. 排污收费等经济计谋未能起到对治污的刺激影响 7. 史籍欠帐太众,资金进入要紧不够 水污染防备计谋对策与保护手段 计谋对策: 1.加快都邑废水处罚厂的开发措施,奉行废水资源 化 2.尽速竣工从末尾管束向泉源管制的的计谋挪动, 大举执行洁净出产 3.从纯正的点污染源管束转向点源、内源和面源的 流域归纳归纳管束 4.真实维护饮用水源地,普及饮用水平和性 保护手段: 1.肃穆以法治水,制订并奉行有用的法令、规章、 轨制 2.完整水的经管体例,调动“众龙管水”的景色 3.加洪水污染管束投资 4.接纳有利于水污染防治的经济计谋 0.4、污水 起初,此地点说的污水没有征求农业废水 目前对农业废水的处罚可能从2个方面开端: A:运用可生物降解的农药、生物复合肥,尽量少 运用含难降解、苯系物等物质的农药 B:操纵种种手法全体处罚农田排水 本质上,境遇题目可能从两个方面治理: 1:从泉源淘汰污染,实行洁净出产 2:管束污染 本节含以下几个个别: 0.4.1污水分类 0.4.2污水最终的出途 0.4.3排水体例的体例 0.4.4污水的复用 0.4.1都邑中的污水分类 都邑污水 存在污水 工业废水 被污染的雨水 排入都邑排水体例的其他污染水 存在污水:人类正在寻常存在中所用过的,并为存在废 料所污染的水 工业废水:工矿企业出产进程中所形成和排放的水 被污染的雨水:初降雨水,因为冲涮了地外上的种种 污物,因而污染很要紧,需求处罚 进入都邑排水体例的其他污染水,征求渗流和流入 工业废水 出产污水 出产废水 出产污水:指正在出产进程中酿成,被有机或无 机性出产废物所污染的废水(征求温渡过高而 也许形成热污染的工业废水) 出产废水:正在出产进程中酿成,但未直接介入 出产工艺,只起辅助影响,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) 其它污染水 渗流 流入 渗流:从地下通过损坏的管道、管道接头或反省井 井壁和其他途径进入征求接户管正在内的污水体例的 水流。 流入:指从地下室向上排出的水、冷却塔排水、泉 水、池沼区排水、反省井盖、雨水管和合流管超过 连结管、街道冲洗水进入征求接户管正在内的污水系 统的水流。 都邑污水:排入城镇排水体例污水的总称,是 存在污水和工业废水的搀和液,正在合流制排水 体例中还征求降水。 0.4.2、污水最终的出途 最终出途 排放水体 水体稀释处罚 、水污染的缘故 灌溉农田 污水的土地处罚 反复运用 reuse 0.4.3、排水体例的体例 排水体例 合流制 分流制 合流制 存在污水、工业废水、雨水搀和正在统一管渠排 除的体例 缺陷:跟着降雨量的补充,仍有个别搀和污水 未经处罚溢流,直接排放,形成水体污染 1 合流制排水体例 : 合流制排水体例 : 1、合流干管 1、合流干管 2、扣留主干管 2、扣留主干管 3、溢流井 3 3、溢流井 4 、污水处罚厂 4 、污水处罚厂 4 5、出水口 5、出水口 6、溢流出水口 2 6、溢流出水口 6 5 分流制 依解除雨水体例差别而定 分流制 全体分流制 不全体分流制 全体分流制 1 5 污水排水体例和雨水排 3 水体例并存 2 1、干管 2、主干管 3、污水处罚厂 4、出水口 4 5、雨水干管 不全体分流制(半分流制) 只修了废水排放体例,未修雨水排放体例,雨水沿 自然地面、街道边沟渗透,待都邑进一步进展再修 修雨水排放体例 (2 ) (1) (2 ) (1) 2 2 3 3 1 1 不全体分流制:为 不全体分流制:为 增补输水才智而修 增补输水才智而修 修了个别雨水管道 修了个别雨水管道 只要污水排放体例 只要污水排放体例 4 4 5 5 河 河 河 (1)全体分流制 (2 )不全体分流制 (1)全体分流制 (2 )不全体分流制 1:污水管道;2:雨水管渠;3:原有渠道; 1:污水管道;2:雨水管渠;3:原有渠道; 4 :污水厂;5出水口 4 :污水厂;5出水口 4 、污水复用 污水复用分: 1、直接复用: (1 ):循序运用:工业企业一道工序形成的废水,适 当处罚后用于另一道工序 (2 ):轮回运用:经合意处罚,用于统一道工序(逛 泳池) 2、自然或间接复用:A 、B两都邑依序正在河的上下逛, A 的污水经合意处罚排入河道,然后又为下逛B都邑所 取用。 工业回用 工艺 洗涤 汽锅 冷却用水 其它杂用水 用水 用水 补给水 一 循 次 环 性 冷 冲 清 通 却 冲 刷 擦 过 系 刷 马 汽 冷 统 地 途 车 却 补 板 等 用 给 水 水 农业废水(含林、渔、牧) 食用作物 非食用作物 丛林 渔业 牧场 地下水 灌溉 灌溉 灌溉 用水 用水 回灌 回 回 灌 灌 防 至 纤 饲 种 森 至 止 葡 蔬 非 果 谷 维 料 子 灌 乔 林 饮 海 萄 菜 饮 园 物 作 作 作 木 木 绿 用 水 园 园 用 物 物 物 地 蓄 入 蓄 水 侵 水 层 层 第1节自然水中杂质的品种与本质 1.1.1 污染物质的本质和存正在形态 1.1.2 污染物质特点及污染目标 1.1.1 污染物质的本质和存正在形态 1、按化学本质 2、按物理形状 1、按化学本质 按化学本质 无机性污染物质 有机性污染物质 无机性污染物质 有机性污染物质 泥土、砂、粉尘、无机盐 动物性: 植物性: 动物性: 植物性: 酸、碱、矿物油、重金属 含碳物质,如蔬菜、 含氮物质,如粪便、 N、P等养分物质 果皮、植物碎片 动植物机闭 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 易于降解 难于降解 无机性污染物质 有直接迫害影响 无直接迫害影响 2、按物理形状分 溶化性 胶体 悬浮物 10-510-410-310-2 10-11 10 100 微米 可混凝去除 可重淀 少许学者以为胶体和悬浮固体的鸿沟该当正在10- 1 微米处 Application of Membrane Separation Particulate Range Atoms/Ions Molecules Macro molecules Small particles Sand particles Size (microns) 0.001 0.01 0.1 1.0 10 100 1000 100 200 1,000 100,000 500,000 Media filtration Media filtration Microfiltration Microfiltration Filtration Ultrafiltration Ultrafiltration Process Nanofiltration Nanofiltration Reverse Reverse osmosis osmosis Operation Pressures 15-80 5-25 1-5 1 1 (bar) Soluble Viruses Bacteria Sand Soluble Viruses Bacteria Sand Applications Metal ions Colloids Algae & Protozoa Metal ions Colloids Algae & Protozoa Pesticides Albumin Oil emulsions Pesticides Albumin Oil emulsions Visibility Electron Optical Human eye microscope microscope 溶化性和悬浮性的划分并不很切当, 丹麦用孔径为1.6微米的过滤器 其它很众邦度则运用孔径1微米的过滤器 尚有很众邦度运用0.45微米阁下的过滤器 提议运用0.45微米阁下 (IWA (邦际水协会) 的过滤器) 1.1.2 污染物质特点及污染目标 (一)可生物降解有机污染物 (二)难于生物降解有机污染物 (三)无直接迫害的无机污染物 (四)有直接迫害的无机污染物 (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,其联合特点即是耗 氧,因而又称作耗氧有机污染物, 这类物质众为碳水化合物、卵白质、脂肪等自 然天生的有机物,担心祥,也许正在微生物的作 用下转化成安祥的无机物 有氧前提下,最终降解产品:CO ;H O; 2 2 NO -;N , 降解速率速 3 2 无氧前提下,最终转化为CO ;H O ;CH ; 2 2 4 H2S,粪臭素, 降解速率很慢 好氧(aerobic): Dissolved Oxygen (DO) 缺氧(anoxic): DO ⊗⊗; NOx--N 厌氧(anaerobic) DO ⊗⊗; NOx--N ⊗⊗ 因为有机物的品种繁众,现有技艺无法将其分辨、 定量,也没有需要,由于这些有机物的共性是耗 氧,因而参用以下这些归纳污染目标 ❶BOD:Biochemical Oxygen Demand ,生物 化学需氧量 ❷COD:Chemical Oxygen Demand ,化学需 氧量 ❸TOD: Total Oxygen Demand ,总需氧量 ❹TOC:Total Organic Carbon ,总有机碳 ❶BOD 界说:水中有机污染物被好氧微生物领悟至无 机物时所消磨的溶化氧的量叫做生化需氧量, 单元mg/L O2 。 第一阶段(碳氧化阶段)、第二阶段(硝化阶 段) O ;O ;O ;O a b c d 合成 合成 新细胞 呼吸 新细胞 呼吸 (氧化) (氧化) 自养菌 自养菌 有机物 有机物 CO ,H O,能,NH CO ,H O,能,NH 2 2 3 2 2 3 O O (可生物降解) O O (可生物降解) a c a c - H O,能,NO - H O,能,NO 2 2 糟粕物质 2 2 糟粕物质 异养菌 异养菌 合成 合成 新细胞 新细胞 O Od d CO ,H O,能,NH CO ,H O,能,NH 新 2 2 3 新 2 2 3 能, O 能, Ob b - 细 - 细 NO NO3 3 内源呼吸 内源呼吸 胞 胞 可生物降解有机物降解进程示图谋 第一阶段(碳氧化阶段):正在异养菌的影响 下,含碳有机物被氧化(或称碳化)为CO2 , H O,含氮有机物被氧化(或称氨化)为NH , 2 3 所消磨的氧以Oa示意。与此同时,合成新细胞 (异养型) 合成的新细胞,正在存在举止中,实行着新陈代 谢,即自己氧化的进程,形成CO ,H O与 2 2 NH3 ,并放出能量和氧化残渣(糟粕物质),这 种进程叫做内源呼吸,所消磨的氧量用Ob示意 耗氧量O 十O 称为第一阶段生化需氧量(或称 a b 为总碳氧化需氧量、总生化需氧量、全体生化 需氧量) 用L 、S 或BOD 示意。 a a u 合成 合成 新细胞 呼吸 新细胞 呼吸 (氧化) (氧化) 自养菌 自养菌 有机物 有机物 CO ,H O,能,NH CO ,H O,能,NH 2 2 3 2 2 3 O O (可生物降解)O O (可生物降解) a c a c - H O,能,NO - H O,能,NO 2 2 糟粕物质 2 2 糟粕物质 异养菌 异养菌 合成 合成 新细胞 新细胞 O Od d CO ,H O,能,NH CO ,H O,能,NH 新 2 2 3 新 2 2 3 能, O 能, Ob b - 细 - 细 NO NO3 3 内源呼吸 内源呼吸 胞 胞 可生物降解有机物降解进程示图谋 第二阶段是硝化阶段,即正在自养菌(亚硝化菌) 的影响下,NH 被氧化为NO -和H O,所消磨 3 2 2 的氧量用Oc示意,再正在自养菌(硝化菌)的影响 下, NO - - 2 被氧化为NO3 ,所消磨的氧量用 Od示意。与此同时合成新细胞( 自养型)。 耗氧量 O 十O 称为第二阶段生化需氧量(或称 c d 为氮氧化需氧量、硝化需氧量)用硝化BOD或 NOD 或L 示意。 u N 合成 合成 新细胞 呼吸 新细胞 呼吸 (氧化) (氧化) 自养菌 自养菌 有机物 有机物 CO ,H O,能,NH CO ,H O,能,NH 2 2 3 2 2 3 O O (可生物降解)O O (可生物降解) a c a c - H O,能,NO - H O,能,NO 2 2 糟粕物质 2 2 糟粕物质 异养菌 异养菌 合成 合成 新细胞 新细胞 O Od d CO ,H O,能,NH CO ,H O,能,NH 新 2 2 3 新 2 2 3 能, O 能, Ob b - 细 - 细 NO NO3 3 内源呼吸 内源呼吸 胞 胞 可生物降解有机物降解进程示图谋 BOD的界说中规矩有机物质被氧化领悟至无机 物质,第一阶段生物氧化中,有机物中的C 已 经氧化至CO ,N氧化成NH ,都一经无机化 2 3 了。因而氨的延续氧化不正在思量之内,即不考 虑第二阶段生物氧化。 BOD 5天,20℃ 因为有机物的生化进程延续年华很长,正在 20 ℃水温下,告终两阶段约需100d以上。从 上图可睹,5d的生化需氧量约占总碳氧化需 氧量BOD 的70 %一80 %;20d 自此的生化反 u 应进程速率趋于平缓,以是常用20d的生化需 氧量BOD 行动总生化需氧量L 。 20天,20 a 正在工程适用上,20d 年华太长,故用5d生化需氧量 BOD 行动可生物降解有机物的归纳浓度目标,即 5 BOD5天,20 ℃ 。 因为硝化菌的世代(即孳乳周期)较长,凡是要正在碳化 阶段发轫后的5—7d,以至10d,才力孳乳出肯定数目 的硝化菌,并发轫氮氧化阶段,以是,硝化需氧量不 对BOD 形成扰乱。 5 差别温度、差别年华的BOD的准备 第一阶段BOD具有化学 动力学上的一级响应性 质,即响应速率与盈余 有机物的量呈正比: L :有机物质的初始浓度,即第一阶段生化需 a 氧量(BODu ),mg/L L:任何时辰(t 日)盈余的有机物, mg/L K :耗氧速度常数 1 解微分方程 令Xt 为t 光阴内所下降的 有机物浓度 则: Xt 即是任何光阴的生化 需氧量, 差别的污水水质有差别 的La ,关于一个给定的 水样,L 也跟着温度的 a 补充而补充: 例:某废水20 ℃的BOD 是150mg/L。已知此时耗氧速 5 率常数为k =0.10(1/d),求该废水15 ℃时的BOD 。 1 8 解: (1)确定此废水20 ℃时的L , a (2)准备15 ℃时的k1 (3)准备15 ℃时的La (4)准备15 ℃时的BOD8 BOD的意旨 1、具有直接的卫生界说,响应了自然水中的环境 2、能测定易降解的有机物 3、BOD/COD0.3才以为可能采用生物处罚 BOD的缺陷 1、耗时、不实时 2、当水中难生物降解物质含量较大时,偏差大 3、工业废水中若短少微生物孕育的元素或含有胁制微 生物孕育的物质,则影响测定。 因而还可能采用COD ❷COD ❷COD 界说:正在肯定的肃穆的前提下,水中种种有机物质 界说:正在肯定的肃穆的前提下,水中种种有机物质 与外加的强氧化剂(K Cr O ,KMnO 等)影响时,所 与外加的强氧化剂(K Cr O ,KMnO 等)影响时,所 2 2 7 4 2 2 7 4 消磨的氧量,叫做化学需氧量,用氧(O ) 的mg/L数来 消磨的氧量,叫做化学需氧量,用氧(O2) 的mg/L数来 2 示意。 示意。 强氧化剂:若运用重铬酸钾,则称之为重铬酸钾 强氧化剂:若运用重铬酸钾,则称之为重铬酸钾 耗氧量,示意为COD ,风气上简写为COD ,简 耗氧量,示意为CODCr ,风气上简写为COD ,简 Cr 称化学需氧量 称化学需氧量 No. 84 若运用高锰酸钾作氧化剂,则称之为高锰 若运用高锰酸钾作氧化剂,则称之为高锰 酸钾耗氧量,(COD ,风气上称耗氧量 酸钾耗氧量,(CODMn ,风气上称耗氧量 Mn Oxygen Consumed,简写为OC ,有时也叫做 Oxygen Consumed,简写为OC ,有时也叫做 高锰酸盐指数 )。 高锰酸盐指数 )。 No. 85 重铬酸钾可能将水中绝大个别有机物氧 重铬酸钾可能将水中绝大个别有机物氧 化,但关于苯、甲苯等芬芳烃类化合物则 化,但关于苯、甲苯等芬芳烃类化合物则 较难氧化,而且COD 还征求了水中存正在的 较难氧化,而且CODCr 还征求了水中存正在的 Cr 无机性还原物质,凡是来说COD 与第一阶 无机性还原物质,凡是来说CODCr 与第一阶 Cr 段生化需氧量之差,可能大概的示意不行 段生化需氧量之差,可能大概的示意不行 生物降解的有机物量 生物降解的有机物量 No. 86 高锰酸钾指数的测定比力疾速,但氧化能 高锰酸钾指数的测定比力疾速,但氧化能 力较重铬酸钾弱,水中不含氮的有机物质 力较重铬酸钾弱,水中不含氮的有机物质 正在测定前提下易被高锰酸钾氧化,而含氮 正在测定前提下易被高锰酸钾氧化,而含氮 的有机物则较难领悟,因而高锰酸钾指数 的有机物则较难领悟,因而高锰酸钾指数 适于测定自然水或适于饮用水处罚中运用。 适于测定自然水或适于饮用水处罚中运用。 COD 的轨范测定手法是回流法(需求两个 CODCr 的轨范测定手法是回流法(需求两个 Cr 小时) 小时) No. 87 ❸TOD :Total Oxygen Demand ❸TOD :Total Oxygen Demand 总需氧量 总需氧量 有机物的苛重因素是C、H 、O 、N 、P 、S等,当 有机物的苛重因素是C、H 、O 、N 、P 、S等,当 全体氧化后,划分天生CO 、H O 、NO 、SO 等 全体氧化后,划分天生CO 、H O 、NO 、SO 等

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