水质工程学(绪言)1-2章

,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,水质工程学,第三篇 生物处理理论与技术 第十三章 活性污泥法 第十四章 生物膜法 第十五章 厌氧生物处理 第十六章 自然生物处理系统 第十七章 污泥处理、处置与利用 第十八章 典型给水处理系统 第十九章 典型污水处理系统,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 Water Treatment Plant DesignMGRAW-HILL,绪论,原始水处理示意图,水处理：,加矾,搅拌,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,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,绿藻泛滥的滇池,形态各异的藻类,微囊藻,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。,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。,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。,图1-1-1 水的自然循环,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。,水的社会循环,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, 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 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, 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 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 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)无机物：如冶金、建筑材料等工业所排出的废水。 (2)有机物：如食品工业、炼油和石化工业等废水。 (3)同时含有机物和无机物的废水：如焦化厂、化肥厂、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。,二、 污水的分类,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的杂质。 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。,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,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 主要阳离子有Ca2+,Mg2+和Na+; 主要阴离子有HCO3-，SO42-和Cl-。 还有少量的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510mg/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。 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,2006年颁发的生活饮用水卫生标准，GB5749-2006 标准主要分四大类： 感官性状指标和化学指标 毒理学指标 细菌学指标 放射性指标 常规检测项目 非常规项目,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 总放射性，总放射性。,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,第2章 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。,理想反应器三种模型,1、间隙式反应器（CMB）,反应物C,产物,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）,反应物,产物,理想反应器模型三,3、推流式反应器（PF型）-活塞流反应器,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，即介于各理想模型之间。,2.3 水处理工艺流程概论 由于单一的水处理单元方法是难以满足要求，所以 将多种基本单元过程互相配合，组成一个水处理工 艺过程，称为水处理工艺流程。 选择水处理流程的基本出发点是： (1) 以较低的成本、安全稳定的运行过程； (2) 获得满足水质要求的水； (3) 水处理设施所在的地区气候、地形地质、技术 经济条件的差异，也会影响到水处理工艺流程 的选择。,3. 典型的污水处理工艺流程分为： （1） 城市污水一级处理系统； （2） 城市污水二级处理系统； （3） 城市污水深度处理系统； （4） 高浊度的水质处理工艺流程；,4.2 给水处理工艺流程 给水处理的主要水源有地表水和地下水两大类。 常规的地表水处理以去除水中的浑浊物质和细菌、病毒为主，水处理系统主要由澄清和消毒工艺组成。,