環(huán)境工程化學(xué)總結(jié)版

1、第一章緒論第一節(jié)環(huán)境問題一、人類活動和環(huán)境問題環(huán)境問題主要是指在全球環(huán)境或區(qū)域環(huán)境中出現(xiàn)的不利于人類生存與發(fā)展的各種現(xiàn)象。它是當(dāng)前世界上人類面臨的幾個重要問題之一。（ 1 ）人與環(huán)境的關(guān)系a. 人類與環(huán)境是一體的 環(huán)境是人類生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，人體組織的組成元素及其含量在一定程度上同地殼的元素及豐度之間具有相關(guān)的關(guān)系。b. 人類是環(huán)境的產(chǎn)物， 又是環(huán)境的改造者 人類是從環(huán)境中產(chǎn)生， 同時又通過生產(chǎn)與生活活動，從自然界獲取物質(zhì)資源，然后將經(jīng)過改造和使用的資源和各種廢棄物返還自然界，從而參與自然界的各種物質(zhì)循環(huán)和能量流動過程，不斷地改變自然環(huán)境。c. 環(huán)境問題的產(chǎn)生源于人類與自然本身 人類在改造

2、環(huán)境以適應(yīng)于本身生存的過程中，由于人類認(rèn)識能力和科學(xué)技術(shù)水平的限制，往往會產(chǎn)生意料不到的后果，造成環(huán)境污料與破壞；另一方面，自然環(huán)境也以自已的規(guī)律運(yùn)動著并不斷對人類產(chǎn)生反作用，相互間不能很好協(xié)調(diào)，也會產(chǎn)生環(huán)境問題。（ 2 ）環(huán)境問題的形成環(huán)境問題的形成是多方面的，但目前所指環(huán)境問題并非只限于環(huán)境污染，主要是人類利用環(huán)境不當(dāng)和在人類發(fā)展中與環(huán)境不相協(xié)調(diào)所致。 它大致可分為兩類： 原生環(huán)境問題和次生環(huán)境問題。a、由自然力引起的為原生環(huán)境問題，也是第一環(huán)境問題，如火山噴發(fā)、地震、洪澇、干旱、滑坡等引起的環(huán)境問題。b、 由于人類的生產(chǎn)和生活活動所引起的生態(tài)系統(tǒng)破壞和環(huán)境污染， 反過來又危及人類自身的生

3、存和發(fā)展的現(xiàn)象，為次生環(huán)境問題，也是第二環(huán)境問題。次生鞏固境問題包括生態(tài)破壞、環(huán)境污染和資源浪費等方面，目前所指的環(huán)境問題一般是指次生環(huán)境問題。（ 3 ）環(huán)境系統(tǒng)與的環(huán)境因素環(huán)境系統(tǒng) 地球表面各種環(huán)境因素及其相互關(guān)系的總稱為環(huán)境系統(tǒng)。它實際上是一個不割的整體，但通常把地球環(huán)境系統(tǒng)分為大氣圈、水圈、土壤圈（或土壤-巖石圈）與生物圈。人類的活動實質(zhì)上在大氣圈、水圈、土壤圈三圈交會處的生物圈中存在。特點 a . 物質(zhì)與能量進(jìn)行著永恒的能量流動和交換b. 各種生命元素如 n、 c 、 s、 p、 o 、 ca、mg、k等在地表環(huán)境中不斷循環(huán)，并保持相對穩(wěn)定的濃度c.環(huán)境系統(tǒng)是一個開放系統(tǒng)，但能量的收入

4、和支出保持平衡，因而地球表面溫度相對恒定d. 具有自我調(diào)節(jié)能力，維持組成各環(huán)境系統(tǒng)的各環(huán)境因素相對的穩(wěn)定性， 所有這些都是生物圈各生命發(fā)展與的繁衍不可少的條件。環(huán)境因素包括 非生物 的和 生物 的。非生物因素有溫度、光、大氣、土壤、巖石以及其它如重力、壓力、聲音和火等。生物因素是指各種有機(jī)體，它們彼此作用，并同非生物環(huán)境密切聯(lián)系著。從地球各圈層的質(zhì)量分布表可看出， 巖石 -土壤圈 質(zhì)量最大，占據(jù)了絕大部分的地球質(zhì)量，但是與人類生活直接相關(guān)的部分不多，因此巖石-土壤圈的研究也最少。 水圈 的質(zhì)量較多，但同樣的與人類生活密切相關(guān)的部分主要是河流、湖泊、地下水中可用的淡部分，在環(huán)境工程化學(xué)中工作研究

5、得最多 . 大氣 的質(zhì)量相對很少，但是與人類的生存息息相關(guān)，只是由于研究手段的原因，在20 世紀(jì)半葉才開始多方面展開。（5） 環(huán)境因素與環(huán)境系統(tǒng)間的關(guān)系a. 環(huán)境因素的變化， 影響區(qū)域環(huán)境變化， 整個環(huán)境系統(tǒng)的變化歸根結(jié)底是區(qū)域環(huán)境變化的積累，全球性變化穩(wěn)定以后，形成新的環(huán)境系統(tǒng)，對局部系統(tǒng)產(chǎn)生控制性影響。例如對森林的濫砍濫伐，造成綠地面積日益縮小，對全球環(huán)境因素（物質(zhì)循環(huán)（ co2 、 h2o 為主）和能量循環(huán)（直接的是對太陽和地球輻射的吸收和反射的變化，間接的是物質(zhì)循環(huán)過程中攜帶的化學(xué)能、熱能等）造成影響，進(jìn)而影響全球氣候和生態(tài)平衡，從而建立新的環(huán)境系統(tǒng)。b.環(huán)境系統(tǒng)具有一定調(diào)節(jié)能力，在一

6、定程度上可以對外界的干擾因素進(jìn)行補(bǔ)償和緩沖，從而維持環(huán)境系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性。c.環(huán)境系統(tǒng)各影響因素的作用相差很大，在一定條件下，某個 關(guān)鍵因素發(fā)生很小的變化，可能 觸發(fā)內(nèi)在的反饋機(jī)制，引起一系列鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，對整個環(huán)境系統(tǒng)造成無法挽救的嚴(yán)重后果。d.環(huán)境因素對環(huán)境的作用機(jī)制復(fù)雜 .至今為止，人類還未完全了解環(huán)境系統(tǒng)中許多錯綜復(fù)雜的機(jī)制，還未能建立精確的模式來揭示環(huán)境因素間微妙的平衡關(guān)系，有些影響，因科學(xué)和人類認(rèn)知的局限，也只有在不斷實踐中逐漸認(rèn)識。f.生產(chǎn)力的提高，人類對環(huán)境的破壞能力逐步增強(qiáng)，對自然界的索求也逐漸增加，對環(huán)境的負(fù) 面影響也越來越大。二、當(dāng)前主要面臨的環(huán)境問題（ 1）當(dāng)前人類活動所引

7、起的全球性環(huán)境影響主要有下列幾個方面：a. 天然生態(tài)系統(tǒng) 的逐漸 消失 ， 野生物種 大量 滅絕 ， 生態(tài)系統(tǒng)簡化 。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的高速發(fā)展，少數(shù)幾種作物代替多樣化植被。人類愈來愈借助 化肥與農(nóng)藥來維持農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，給生態(tài)系統(tǒng) 帶來了 嚴(yán)重的后果. b. 城市化進(jìn)程加劇，農(nóng)耕用地面積逐漸縮小，環(huán)境背景被破壞，全球環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重。 c. 土地利用不合理，土壤侵蝕嚴(yán)重，土壤肥力下降， 荒漠化 成為全球性問題。 d. 礦物燃料的燃燒和森林的減少，使大氣層中 co2 含量正在增長 ，伴隨著熱帶雨林面積的減少，全球氣候?qū)⒂兄卮笞兓.人類對地殼內(nèi)部 金屬礦產(chǎn) 的開發(fā)、利用和棄置，最終將造成

8、這些金屬元素在地表環(huán)境中濃度的增高。重金屬元素如 hg 、 cd 、 pb 等，毒性重，它們通過食物鏈危害生態(tài)系統(tǒng)。這些改變多數(shù)是不可逆的，如野生動物的滅絕和地表重金屬元素濃度的增加；有的則需要較長時間才能恢復(fù)，如植被、土壤與大氣。生態(tài)破壞是指人類活動直接作用于自然生態(tài)系統(tǒng)，造成生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力顯著減少和結(jié)構(gòu)顯著改變，從而引起環(huán)境問題。（ 2）當(dāng)前主要面臨的環(huán)境問題a. 人口問題 人口急劇增長是當(dāng)前環(huán)境的首要問題，特別是一些經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)國家的人口過度增長， 影響了整個國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、 社會安定和人民生活水平的提高， 給人類生活帶來許多問題。如生態(tài)環(huán)境問題、勞動就業(yè)問題、青少年犯罪問題和老齡問題。

9、b.資源問題主要是指由于人口增長和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對資源的過量開采和不合理開發(fā)利用而產(chǎn)生的影響資源質(zhì)量的一系列問題。同人口問題一樣，資源問題說到底也是發(fā)展問題。人類社會發(fā)展到今天，人口劇增、資源短缺、環(huán)境惡化以及生態(tài)危機(jī)等一系列的世界性問題，已經(jīng)直接威脅到我們和子孫后代的生存。c. 生態(tài)破壞生態(tài)破壞是指人類不合理地開發(fā)、 利用造成森林、 草原等自然生態(tài)環(huán)境遭到破壞，從而使人類、動物、植物的生存條件發(fā)生惡化的現(xiàn)象。如：水土流失、土地荒漠化、土壤鹽堿化、生物多樣性減少等等。d. 環(huán)境污染環(huán)境污染是指人類直接或間接地向環(huán)境排放超過其自凈能力的物質(zhì)或能量， 從而使環(huán)境的質(zhì)量降低，對人類的 生存與發(fā)展 、生態(tài)

10、系統(tǒng)和財產(chǎn)造成不利影響 的現(xiàn)象。具體包括：水污染在增加， 、大氣污染、噪聲污染、放射性污染等。隨著科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展和人民生活水平的提高， 環(huán)境污染也特別是在發(fā)展中國家。 環(huán)境污染問題越來越成為世界各個國家的共同課題之一。三、環(huán)境污染物的環(huán)境效應(yīng)自然過程或人類的生產(chǎn)活動會對環(huán)境造成污染和破壞，從而導(dǎo)致環(huán)境系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化，謂之 環(huán)境效應(yīng) ?？煞譃椋涵h(huán)境物理效應(yīng) ：是物理作用引起的環(huán)境效果，如噪聲、振動、地面下沉、熱島效應(yīng)與溫室效應(yīng)等。例子：噪聲與振動 ：主要是由工礦企業(yè)的機(jī)器和交通道路的車輛造成的。噪聲與振動不僅會干擾人的思維活動和工作休息， 而且還對人體健康有很大的危害。 地面下沉：

11、 地處平原的大城市，由于過量開采地下水， 就會引起地面下沉。 熱島效應(yīng)與溫室效應(yīng)： 城市和工業(yè)區(qū)因燃料的燃燒，放出大量的熱量，加上建筑群和街道的輻射熱量，致使城市的氣溫高于周圍地帶，產(chǎn)生熱島效應(yīng) 。大氣中二氧化碳量不斷增加，產(chǎn)生所謂溫室效應(yīng) 。另外，工業(yè)煙塵和風(fēng)沙的增加，引起大氣混濁度增大和能見度降低，進(jìn)而和二氧化碳一起影響城區(qū)輻射的平衡。大氣中顆粒物的大量存在增加了云霧的 凝結(jié)核 ，致使城市 降水量增加 。這些也都是環(huán)境物理效應(yīng)。環(huán)境化學(xué)效應(yīng)： 在各種環(huán)境條件的影響下，物質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)所引起的環(huán)境效果，如環(huán)境的酸化、土壤的鹽堿化、地下水硬度的升高、光化學(xué)煙霧的發(fā)生等等，就是環(huán)境化學(xué)效應(yīng)。例

12、子：環(huán)境酸化： 主要是酸雨造成的地面水體和土壤的酸度增大。環(huán)境酸化會降低土地肥力，使農(nóng)業(yè)和漁業(yè)減產(chǎn)。 環(huán)境鹽堿化： 是由于大量的可溶性鹽、堿類物質(zhì)在水體和土壤中長期積累，或者受到海水的長期浸漬造成的。 地下水硬度升高： 這是土壤和第四紀(jì)沉積物中的碳酸鹽礦物大量可交換的鈣、鎂離子，在需氧有機(jī)物的降解產(chǎn)物二氧化碳、酸、堿、鹽等污染物的酸解作用和鹽效應(yīng)的影響下，一方面促進(jìn)碳酸鹽礦物的溶解，另一方面某些污染物中的各種陽離子(主要是鈉離子)與土壤中的鈣、鎂離子進(jìn)行交換，從而增加了地下水的硬度。水硬度的升高增加了水處理的人力和物力消耗。 光化學(xué)煙霧： 是大氣光化學(xué)效應(yīng)的產(chǎn)物，它會惡化大氣環(huán)境，直接危害人體

13、健康和生物的生長。除此，填埋在地下的有毒有害廢棄物經(jīng)土壤的滲透傳輸可使地下水受到污染，甚至引起特殊疾病的流行，也屬環(huán)境化學(xué)效應(yīng)。環(huán)境生物效應(yīng)： 是指各種環(huán)境因素變化而導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)變異產(chǎn)生的后果。環(huán)境生物效應(yīng)的后果時間上有長有短、程度上有重有輕。例子： 現(xiàn)代大型水利工程的建設(shè)，切斷了魚、蝦、蟹等的回游途徑，致使這些水生生物的生長繁殖受到影響，并導(dǎo)致其生活習(xí)性發(fā)生變化。 工業(yè)廢水、生活污水及農(nóng)業(yè)污水大量排入江河湖海， 改變了水體的物理、 化學(xué)和生物條件， 致使魚類受害， 數(shù)量減少， 甚至滅絕。 森林的大量砍伐，植被的大規(guī)模破壞，既能引起水土流失，降低土壤肥力，引發(fā)干旱、風(fēng)沙等自然災(zāi)害，造成農(nóng)業(yè)減產(chǎn)

14、，又能造成鳥類棲息場所縮減，鳥類減少、蟲害加劇。而致畸、致癌、致突變物質(zhì)的污染則可引起染色體突變，機(jī)體畸變和癌癥發(fā)病率上升，這是對人類健康的嚴(yán)重威協(xié)。六、環(huán)境污染物的遷移轉(zhuǎn)化過程a 、環(huán)境污染物的遷移：是指污染物在環(huán)境中發(fā)生空間位置的移動及其所引起的污染物的富集、擴(kuò)散和消失的過程。b、環(huán)境污染物的轉(zhuǎn)化：指污染物在環(huán)境中通過物理的、化學(xué)的或生物的作用改變其形態(tài)或轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N物質(zhì)的過程。 各種污染物轉(zhuǎn)化的過程取決于它們的物理化學(xué)性質(zhì)和所處的環(huán)境條件，此轉(zhuǎn)化過程往往與遷移過程隨伴進(jìn)行。c、 遷移方式有物理遷移 、 化學(xué)遷移 和 生物遷移 三種。物理遷移： 就是污染物在環(huán)境中的機(jī)械運(yùn)動，如隨水流、氣流

15、的運(yùn)動和擴(kuò)散，在重力作用下的沉降，污染物的蒸發(fā)、滲透、凝聚、吸附與放射物的蛻變等過程實現(xiàn)轉(zhuǎn)化。化學(xué)遷移：是指污染物經(jīng)過化學(xué)過程發(fā)生的遷移，包括溶解、離解、氧化還原、水解、絡(luò)合、螯合、化學(xué)沉淀、生物降解等化學(xué)作用實現(xiàn)轉(zhuǎn)化，化學(xué)遷移一般包含有物理遷移。生物遷移：是指污染物通過有機(jī)體的吸收、新陳代謝、生育、死亡等生理過程實現(xiàn)的遷移。富集： 有的污染物(如一些重金屬元素、有機(jī)氯等穩(wěn)定的有機(jī)化合物)一旦被生物吸收，就很難排出生物體外，這些物質(zhì)就會在生物體內(nèi)積累，并通過食物鏈進(jìn)一步富集，使得生物體中該污染物的含量達(dá)到物理環(huán)境的數(shù)百倍、數(shù)千倍甚至數(shù)百萬倍，這種現(xiàn)象叫做富集。污染物的轉(zhuǎn)化可分為物理轉(zhuǎn)化 、 化

16、學(xué)轉(zhuǎn)化 和 生物轉(zhuǎn)化 。物理轉(zhuǎn)化：包括污染物的相變、滲透、吸附、放射性衰變等?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化：則以光化學(xué)反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)及水解反應(yīng)和絡(luò)合反應(yīng)最為常見。生物轉(zhuǎn)化：就是代謝反應(yīng)。在水體中，污染物可通過溶解態(tài)隨水流動或通過吸附于懸浮物而傳輸，懸浮物沉積于水底將污染物帶入沉積物中，實現(xiàn)遷移。同時污染物可通過氧化還原、水解、絡(luò)合、螯合、化學(xué)沉淀、生物降解等作用發(fā)生轉(zhuǎn)化，包括形態(tài)和價態(tài)的變化。下面以水環(huán)境污染為例，闡述水體環(huán)境化學(xué)污染物的遷移轉(zhuǎn)化過程(1) 擴(kuò)散遷移 進(jìn)入水體的污染物，如重金屬離子等無機(jī)污染物、鹵代烴、芳烴、醇、醛、酸、酯、鹵代烴芳烴、農(nóng)藥等，在水體中隨著平流和對流等而發(fā)生擴(kuò)散遷移。(2) 顆

17、粒物吸附和遷移 天然水體中常見礦物顆粒為石英、長石、云母及粘土礦物等硅酸鹽礦物。粘土礦物是由其他礦物經(jīng)化學(xué)風(fēng)化作用而生成，主要為鋁或鎂的硅酸鹽。由于顆粒具有巨大的比表面和表面能，在對水體中污染物吸附的同時，吸附了污染物的大小顆粒，因聚集，可能沉積于水底。(3) 揮發(fā)遷移 易揮發(fā)的污染物 如低分子量的鹵代烴、芳烴、醇、醛、酸、酯、鹵代烴芳烴，易在在水和空氣界面通過揮發(fā)，進(jìn)行污染物的物理遷移過程。(4) 電離遷移 很多 無機(jī)物 或 有機(jī)污染物分子如酸、堿等，能在水中發(fā)生電離，且電離過程非?？?，電離后的離子以水合的形式，在水體中遷移。(5) 水解 進(jìn)入水體的 過渡金屬鹽、 強(qiáng)堿弱酸鹽、 弱酸強(qiáng)堿鹽

18、等，在水中電離后，其金屬離子與水發(fā)生水合，引起一系列h+、oh-遷移反應(yīng)，金屬離子以含羥基的形式、陰離子以弱酸的形式遷移。(6)化學(xué)氧化與光化學(xué)氧化 水體中的有機(jī)污染物，除了發(fā)生以上情況的遷移轉(zhuǎn)化外，可能與水體中的氧、自由基、臭氧或其它氧化劑作用，發(fā)生氧化反應(yīng)；也可能在光的作用下，吸收電磁波，發(fā)生光氧化，其產(chǎn)物以擴(kuò)散、吸附等遷移。(7)生物濃集水體中的污染也可能被水體中的生物體，作為營養(yǎng)等引入體內(nèi)，并可能富集貯存在某臟器中。使居中于食物鏈末端人體的累積濃度比最初環(huán)境濃度高出數(shù)百倍，對機(jī)體構(gòu)成很大威脅。(8) 有機(jī)物發(fā)生生物轉(zhuǎn)化水體中的有機(jī)物在微生物作用下，逐步降解分解最終成為 co2 與h2o

19、 。這個過程，微生物通過有機(jī)物的分解獲得了細(xì)胞自身材料與活動所需能量，同時受有機(jī)污染物污染的水體也得到凈化。第三節(jié) 環(huán)境工程化學(xué)一、環(huán)境工程化學(xué)的定義環(huán)境工程化學(xué) 是研究環(huán)境化學(xué)在環(huán)境中的來源、 存在、 化學(xué)特性、行為和效應(yīng)及其控制的化學(xué)原理和技術(shù)的學(xué)科。是一門多學(xué)科的綜合性交叉學(xué)科，是環(huán)境化學(xué)的一個重要分支，也是環(huán)境工程的核心組成部分。二、環(huán)境工程化學(xué)的研究內(nèi)容環(huán)境工程化學(xué)的主要任務(wù)是研究化學(xué)污染 物質(zhì)在大氣、水體、土壤等自然環(huán)境中的 來源、化學(xué)特性、遷移轉(zhuǎn)化過程及其控制與治理的化學(xué)原理和技術(shù)方法 。是以 環(huán)境污染控制化學(xué)為重點 ，包括大氣污染控制化學(xué)、水污染控制化學(xué)和固體廢棄物污染控制化學(xué)

20、等內(nèi)容。第二節(jié) 水污染控制工程一、 水的循環(huán)與水污染1水的主要作用與分布作用：水是一切生命機(jī)體的組成物質(zhì)，也是生命代謝活動所必需的物質(zhì)，又是人類進(jìn)行生產(chǎn)活動的重要資源。 分布： 地球上的水分布在海洋、湖泊、沼澤、河流、冰川、雪山，以及大氣、生物體、土壤和地層。水的總量約為 1.4x1013 m3,其中96.5%在海洋中，約覆蓋地球總面積的 70% 。陸地上、大氣和生物體中的水只占很少一部分。2水的循環(huán)水的循環(huán)分自然循環(huán)和社會循環(huán)。自然循環(huán)： 在太陽能和地球表面熱能的作用下，通過海洋、湖泊、河流等廣大水面以及土壤表面、植物莖葉的蒸發(fā)與蒸騰作用形成水汽，進(jìn)入大氣，凝結(jié)為云，在風(fēng)的作用下，移動至各處

21、。在適當(dāng)條件下又以雨、雪、雹等形式降落下來。 這些降落下來的水分，在陸地上以地表徑流與地下滲流等環(huán)節(jié)，最后進(jìn)入海洋。同時一部分又以地面和水面的蒸發(fā)以及植物的蒸騰又進(jìn)入大氣圈。 水的這種在水圈，大氣圈，巖石圈，生物圈中進(jìn)行連續(xù)運(yùn)動的過程，稱為水的自然循環(huán)社會循環(huán) ：是指人類社會為了滿足生活和生產(chǎn)的需求，需從各種天然水體中取用大量的水，經(jīng)人類生活或生產(chǎn)使用后，成為生活污水和生產(chǎn)廢水，它們被排放出來，并最終又進(jìn)入天然水體。這樣水在社會中構(gòu)成的一個局部循環(huán)體系就叫做社會循環(huán)。水的自然循環(huán)與社會循環(huán)之間互相關(guān)聯(lián)、互相影響形成了 整個水循環(huán)系統(tǒng)。水污染 ： 水體因某種物質(zhì)的介入，而導(dǎo)致其化學(xué)、物理、生物或

22、者放射性等方面特性的改變，從而影響水的有效利用，危害人體健康或者破壞生態(tài)環(huán)境，造成水質(zhì)惡化的現(xiàn)象。分 自然污染與 人為污染。根據(jù) 污染雜質(zhì) 的不同，可將水污染分為 化學(xué)性污染、 物理性污染和 生物性污染三大類。1化學(xué)性污染 主要有(1)無機(jī)有毒物質(zhì) ，主要是重金屬 cd、 sb、 hg、 pb、 ga、 as 等，放射毒性元素有po、 tl 、th、u、pr、ra等，有潛在影響的物質(zhì)。 (2)無機(jī)污染物，包括酸、堿和一些無機(jī)鹽類等。(3)有機(jī)化合物和燒類包括烷燒、不飽和非芳香煌、芳煌、多環(huán)芳煌(pah)、二嗯英及鹵代物等 (4) 需氧污染物質(zhì)， 主要是生活污水、 畜禽廢水和一些工業(yè)廢水中所含的

23、碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪和酚、醇等有機(jī)廢水(5) 植物營養(yǎng)物質(zhì) ，主要是生活污水、農(nóng)田排水和某些工業(yè)廢水中一定量的氮、磷等植物營養(yǎng)物質(zhì)。植物營養(yǎng)物質(zhì)會造成水體 富營養(yǎng)化 ，破壞生態(tài)系統(tǒng)。 (6) 油類污染物質(zhì) ，主要來源于煉油廠和石油化工工業(yè)、海底石油開采、油輪洗艙以及大氣中碳?xì)浠衔锏某两档韧緩?，這些物質(zhì)會影響水質(zhì)與水環(huán)境，危害水生生物2物理性污染水體的物理性污染是指由 物理因素 引起的環(huán)境污染，如： (1) 不溶性懸浮物污染 ，主要是影響水體透明度，減弱水生植物光合作用，減速少水中溶解氧； (2) 熱污染 ，主要是熱電廠、核電站及各工業(yè)過程的冷卻水，熱污染使水溫升高，溶解氧含量降低，危害水

24、生生態(tài)系統(tǒng)； (3) 放射性輻射、電磁輻射等。3 生物性污染主要是指一些病原微生物、病毒和寄生蟲 等通過各種途徑進(jìn)入水體造成的污染。生物污染對人類和其它生物的危害很大，防止水體中生物污染是環(huán)境工程中得大課題之一。二、水的自凈能力和水環(huán)境容量水的自凈能力： 受污染的水體， 經(jīng)過水中物理、 化學(xué)與生物作用， 使污染物濃度降低，并恢復(fù)到污染前的水平，或建立一個新的平衡，這種現(xiàn)象，稱為水的自凈能力。當(dāng)進(jìn)入 水體污染物的量超過水體的自凈能力 時，就會造成水體污染 。水環(huán)境容量 ：是指在不影響水的正常用途的情況下,水體所能容納的污染物的最大量或自身調(diào)節(jié)凈化并保持生態(tài)平衡的能力的污染物量。四、水處理的基本原

25、理和方法(1) 給水處理通過必要的處理工藝， 改善天然水源的水質(zhì)， 使之符合飲用水不質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。常見的給水處理工藝中包括：1)去除顆粒物：方法有：混凝、沉淀、澄清、氣浮、過濾、篩濾(格柵、篩網(wǎng)、微濾機(jī)、濾網(wǎng)濾芯過濾器等)膜分離(微濾、超濾) 、沉砂(粗大顆粒的沉淀) 、離心分離(旋流沉砂)等2)去除、調(diào)整水中溶解(無機(jī))離子、溶解氣體等：方法有：石灰軟化、離子交換、地下水除鐵除錳、氧化還原、化學(xué)沉淀、膜分離等除無機(jī)離子等；對微生物污染水源，在消毒工藝前，還要增加臭氧氧化或活性炭吸附等 工藝(2) 廢水處理原則為了防止污染環(huán)境，破壞自然水體，工礦企業(yè)廢水及城市生活污水排放前必須進(jìn)行處理。在解決廢水問

26、題前需遵從下列原則：改革生產(chǎn)工藝，大力推進(jìn)清潔生產(chǎn)，盡可能在生產(chǎn)過程不用水或少用水，盡量不用或少用易產(chǎn)生污染的原料、設(shè)備及生產(chǎn)方法 。生產(chǎn)中 杜絕有毒有害廢水的產(chǎn)生 。如以無毒用料或產(chǎn)品取代有毒用料或產(chǎn)品。 重復(fù) 利用廢水，盡量采用 重復(fù)用水 和 環(huán)用水 系統(tǒng)，使廢水排放量減到最少。含有劇毒物質(zhì)廢水，如含有一些重金屬、放射性物質(zhì)、高濃度酚、氟等廢水應(yīng)與其他廢水分流 ，以便于處理和回收有用物質(zhì)。一些 流量大而 污染輕的廢水如冷卻廢水， 不宜排入下水道 ，以免增加城市下水道和污水處理廠的負(fù)荷。這類廢水應(yīng)在廠內(nèi)經(jīng)適當(dāng)處理后循環(huán)使用。（3）廢水常見的處理方法 廢水物理處理法 是通過物理作用分離和去除廢

27、水中 不溶解 的呈 懸浮狀態(tài) 的污染物（包括油膜、油珠）的方法。處理過程中，污染物的化學(xué)性質(zhì)不發(fā)生變化。方法有：重力分離法（包括沉淀、上?。飧。┑入x心分離法，使用設(shè)備有離心分離機(jī)、水旋分離器等篩濾截留法， 有柵篩截留和過濾兩種處理單元， 前者使用格柵、 篩網(wǎng)， 后者使用砂濾池、微孔濾機(jī)等。還有廢水蒸發(fā)處理法、廢水氣液交換處理法、廢水高梯度磁分離處理法、廢水吸附處理法等。物理處理法的優(yōu)點：設(shè)備大都較簡單，操作方便，分離效果良好，故使用極為廣泛。 廢水化學(xué)處理法 ：是通過化學(xué)反應(yīng)和傳質(zhì)作用來分離、去除廢水中呈 溶解、膠體狀態(tài) 的污染物或?qū)⑵?轉(zhuǎn)化 為 無害物質(zhì) 的廢水處理法。有氧化法、電解法、化

28、學(xué)沉淀法、混凝法、電滲法、中和法等。 廢水生物處理法 是利用微生物的生命活動，對廢水中呈溶解態(tài)或膠體狀態(tài) 的有機(jī)污染物降解作用， 降低 水中 氮、磷 等植物營養(yǎng)物質(zhì)的含量，從而使廢水得到凈化的一種處理方法?？煞?需氧生物處理法和 厭氧生物處理法兩種。 需氧生物處理法有活性污泥法、 生物膜法、氧化塘法、土地處理系統(tǒng)等。在實際應(yīng)用中，廢水處理流程是由以上各種方法合理組合而成。按照不同的 處理程度 ，廢水的處理可分為 一級處理 、 二級處理和三級處理。污水一級處理 ：又稱污水物理處理，通過簡單的沉淀、過濾或適當(dāng)?shù)钠貧?，以去除污水中的懸浮物，調(diào)整ph 值及減輕污水的腐化程度的工藝過程。廢水經(jīng)過一級處理

29、后一般仍達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)。污水二級處理 ：污水經(jīng)一級處理后，再經(jīng)過具有活性污泥的曝氣池及沉淀池的處理，使污水進(jìn)一步凈化的工藝過程， 以除去一級處理后污水的懸浮物和膠體顆粒物或低濃度的有機(jī)物。經(jīng)過二級處理后的污水，一般可以達(dá)到農(nóng)灌水的要求和廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。但在一定條件下仍可能造成天然水體的污染。污水三級處理 ：又稱深度處理，污水經(jīng)二級處理后，進(jìn)一步去除污水中的其他污染成分（如；氮、磷、微細(xì)懸浮物、微量有機(jī)物和無機(jī)鹽等）的工藝處理過程。主要方法有生物脫氮法、凝集沉淀法、砂濾法、硅藻土過濾法、活性炭過濾法、蒸發(fā)法、冷凍法、反滲透法、離子交換法和電滲析法等。第三章環(huán)境工程化學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)主要無機(jī)污染物的物理

30、、化學(xué)與生物性質(zhì)一、 無機(jī)酸、堿和鹽污染物（1） 氰化物來源： 氰化物多數(shù)是人工制造的， 但也有少量存在于天然物質(zhì)中， 如苦杏仁、 枇杷仁、 桃仁、木薯和白果等。污染環(huán)境的氰化物， 主要來自工業(yè)生產(chǎn) 。煤焦化時， 在干餾條件下碳與氨反應(yīng)，也產(chǎn)生氰化物。氰化物可用作工業(yè)生產(chǎn)的原料或輔料，如 hcn 用于生產(chǎn)聚丙烯腈纖維，氰化鈉用于金屬電鍍， 礦石浮選，以及用于染料、藥品和塑料生產(chǎn)；氰化鉀用于白金的電解精煉，金屬的著色、電鍍，以及制藥等化學(xué)工業(yè)。這些工業(yè)部門的廢水都含有氰化物。性質(zhì)： 氫氰酸 （hcn） 是一種無色液體 ,密度為 0.6876，熔點為 14，沸點為26，易揮發(fā)，可溶于水、醇和醚中。

31、其水溶液有苦杏仁臭味，臭味可感覺的最低濃度為 0.001 毫克/升。hcn 的酸性是極弱的， 不論在無水狀態(tài)或水溶液中的 hcn ，只有和少量無機(jī)酸或某些其他物質(zhì)共存時才是穩(wěn)定的。 hcn 受光照易分解為低毒的 nh3 、 hcooh 、 hooccooh 等。除 hcn 外， nacn 、 kcn 也是氰污染物的初始形態(tài)， 氰離子的一個重要特點是容易與某些金屬形成絡(luò)合物。毒性：氧化物是劇毒物質(zhì) 。hcn人的口服致死量平均為 50毫克，氧化鈉約100毫克，氧化鉀約120毫克。簡單的氧化物經(jīng)口、呼吸道或皮膚進(jìn)入人體，極易被人體吸收。氧化物進(jìn)入胃內(nèi)，在胃酸的作用下，能立即水解為hcn而被吸收，進(jìn)入

32、血液。細(xì)胞色素氧化酶的 fe3+與血液中的鼠根結(jié)合， 生成氧化高鐵細(xì)胞色素氧化酶，使fe3+喪失傳遞電子的能力，造成呼吸鏈中斷，細(xì)胞窒息死亡。二、氧化物類污染物氧化物是負(fù)價氧和另外一個化學(xué)元素組成的二元化合物如co?、cao等。氧化物的種類繁多，物理化學(xué)性質(zhì)差異非常大。以下僅介紹對環(huán)境影響大的 碳、氮、硫氧化物；（一）碳的氧化物碳的氧化物有co和co2。來源于天然污染源和人為污染源。天然污染源包括火山爆發(fā)、森林火災(zāi)、閃電過程、植物生長過程及各種有機(jī)物的光化學(xué) 分解。人為污染源主要是各種燃料的不完全燃燒所產(chǎn)生的co。在高溫下，即使燃料完全燃燒生 成co2,已生成的 co2也會部分分解為 co;

33、h2o在高溫下，也會部分分解成 h2與o2, h2 與co2反應(yīng)生成co。性質(zhì)：在通常狀況下，co是無色、無臭、無味、難溶于水的氣體， 熔點-207c,沸點-191.5c。標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體密度為1.25g/l,和空氣密度（標(biāo)準(zhǔn)狀況下1.293g/l）相差很小，這也是容易發(fā)生煤氣中毒的因素之一。co進(jìn)入人體之后會和血液中的血紅蛋白結(jié)合， 由于co與血紅蛋白結(jié)合能力遠(yuǎn) 強(qiáng)于氧氣與 血紅蛋白的結(jié)合能力，進(jìn)而使能與氧氣結(jié)合的血紅蛋白數(shù)量急劇減少，從而引起機(jī)體 組織出現(xiàn) 缺氧，導(dǎo)致人體窒息死亡。常見于家庭居室通風(fēng)差的情況下，煤爐產(chǎn)生的煤氣或液化氣管道漏氣或工業(yè)生產(chǎn)煤氣以及礦井中的一氧化碳吸入而致中毒，肉呈

34、紅色。（二）氮的氧化物氮氧化物包括多種化合物，如 n2o、no、no2、n203、n204和n205等。除no2以外，其 他氮氧化物均極不穩(wěn)定，遇光、濕或熱變成no2及no2, no又變?yōu)閚o2 。因此，職業(yè)環(huán)境中接觸的是幾種氣體混合物常稱為硝煙（氣），主要為no和no2 ,并以no2為主。氮氧化物都具有不同程度的毒性。來源：氮的氧化物主要來源于 土壤和海洋 中細(xì)菌對硝酸鹽的分解，其次是天空閃電過程氮的氧化 和大氣中氨的氧化。人類活動中產(chǎn)生的氮氧化物主要來源于各類 含氮燃料的燃燒 產(chǎn)生性質(zhì)： no為無色氣體,分子量 30.01,熔點-163.6c,沸點-1515c,蒸氣壓101.3lkpa（-

35、151.7 c ）。 溶于乙醇、二硫化碳，微溶于水和硫酸，水中溶解度4.7% （20 c）。性質(zhì)不穩(wěn)定，在空氣中易氧化成no2。no結(jié)合血紅蛋白的能力比co還強(qiáng)，更容易造成人體缺氧。不過，人們也發(fā)現(xiàn)了它在生物學(xué)方面的獨特作用。一氧化氮分子作為一種傳遞神經(jīng)信息的信使分子，在使血管擴(kuò)張，免疫，增強(qiáng)記憶力等方面有著及其重要的作用。no2在21.1 c溫度時為 紅棕色刺鼻氣體；在21.1 c以下時呈暗褐色液體。no2溶于水時生成硝酸和一氧化氮。工業(yè)上利用這一原理制取硝酸。no2能使多種織物褪色，損壞多種織物和尼龍制品，對金屬和非金屬材料也有腐蝕作用。在大氣中轉(zhuǎn)成酸雨危害：氮氧化物可刺激肺部，使人較難抵

36、抗感冒之類的呼吸系統(tǒng)疾病。對 兒童來說，氮氧化物可能 會造成肺部發(fā)育受損。研究指出長期吸入氮氧化物可能會導(dǎo)致肺部構(gòu)造改變。以no和no2為主的氮氧化物是形成 光化學(xué)煙霧和酸雨的一個重要原因。汽車尾氣中的 氮氧化物 與氮氫化合物 經(jīng)紫外線照射發(fā)生反應(yīng)形成的有毒煙霧，稱為光化學(xué)煙霧.光化學(xué)煙霧具有特殊氣味，刺激眼睛，傷害植物，并能使大氣能見度降低。（三）硫氧化物硫氧化物是硫的氧化合物的總稱。通常硫有4種氧化物，即so2、so3（硫酎）、s2o3、so;此外還有兩種過氧化物：s2o7和so4。在大氣中比較重要的是 so2和so3,其混合物用sox表示。硫氧化物是全球硫循環(huán)中的 重要化學(xué)物質(zhì)。它與水滴

37、、粉塵并存于大氣中，由于顆粒物（包括液態(tài)的與固態(tài)的）中鐵、鎰 等起催化氧化作用，而形成硫酸霧，嚴(yán)重時會發(fā)生煤煙型煙霧事件，如倫敦?zé)熿F事件，或造成 酸性降雨。sox是大氣污染、環(huán)境酸化的主要污染物。來源：自然界產(chǎn)生的硫氧化物很少，主要是生物腐爛生成的h2s在大氣中被氧化產(chǎn)生。如在厭氧條件下，細(xì)菌為了獲取氧，將周圍環(huán)中的so42-還原為h2s, h2s進(jìn)一步氧化成so2 和 so3。人類活動產(chǎn)生的硫氧化物主要來自含硫燃料的燃燒、金屬冶煉、石油煉制硫酸生產(chǎn)和硅酸 鹽制品焙燒等過程。危害：硫氧化物是大氣的主要污染物之一，是無色、有刺激性臭味的氣體，它不僅危害人體健康和植物生長，而且還會腐蝕設(shè)備、建筑物

38、和名勝古跡。第三節(jié)氮與磷在環(huán)境中的循環(huán)作用一、氮的循環(huán)作用氮循環(huán)包括氮素同化作用、氨化作用、硝化作用、反硝化作用及固氮作用。氮素同化：植物體或微生物吸收無機(jī)氮（no3-、nh4+、n2）,把它們同化為轉(zhuǎn)化為有機(jī)態(tài)氮（氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸等 ）的過程。氨化彳用：又叫脫氨作用，微生物分解有機(jī)氮化物產(chǎn)生氨的過程。產(chǎn)生的氨，一部分供微生 物或植物同化，一部分被轉(zhuǎn)變成硝酸鹽。硝化反應(yīng)：由氨根離子轉(zhuǎn)化為硝酸鹽 反硝化：由硝酸鹽經(jīng)亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮氣的過程固氮：是將氣態(tài)氮轉(zhuǎn)化為離子形式下面以含氮化合物的脫氨反應(yīng)，講述氨化作用：（1 ） 蛋白質(zhì)的分解氨化過程一般可分為兩步：第一步是含氮有機(jī)化合物（蛋白質(zhì)、核酸等

39、）降解為多肽、氨基酸、氨基糖、核甘酸等簡單含氮化合物；第二步則是降解產(chǎn)生的簡單含氮化合物在脫氨基過程中轉(zhuǎn)變?yōu)閚h3。氨基酸的脫氨過程方式很多，在脫氨基酶的作用下，可通 過氧化脫氨基、還原脫 氨基、水解脫氨基以及轉(zhuǎn)飽合脫氨基 作用，生成相應(yīng)的有機(jī)酸，并釋放氨：r-chchoohinh 2+o 2 氧化脫氨基+h 2 o 水解脫氨基+2h還原脫氨基r-cocooh+nhr-chohcooh+nhr-ch 2cooh+nh氨基酸還可以通過脫段基反應(yīng)降解 ，形成胺類物質(zhì):r-chchoohinh 2r-ch 2 nh 脫段基2 +co環(huán)境中絕大多數(shù)異養(yǎng)微生物都具有分解蛋白質(zhì)、釋放出氨的能力。（2）核酸

40、的分解：核酸在完成轉(zhuǎn)氨分解第一步后，生成核甘酸，再分解為核甘與磷酸后，進(jìn)一步 分解為核糖或脫氧核糖與生物堿。含氮的生物堿經(jīng)脫氨基產(chǎn)生氨，以腺喋吟為例，腺喋吟在脫 氨基酶作用與，生成次黃喋吟，次黃喋吟在次黃喋吟酶作用下，被氧化成黃喋吟，黃喋吟在黃 喋吟酶作用下，產(chǎn)生尿酸，尿酸進(jìn)一步分解成尿素和乙醛酸，尿素分解成成氨與co2。（3）它含氮有機(jī)物的分解除了蛋白質(zhì)、核酸外，還有尿素、尿酸、幾丁質(zhì)、卵磷脂等含氮有機(jī) 物， 它們都能被相應(yīng)的微生物分解并釋放出氨。 凡能產(chǎn)生尿酶的微生物都能分解尿素， 尿素在酸、堿、酶作用下，都能水解生成氨與co2（重點） 硝化作用： 硝化作用是指氨在微生物作用下 氧化為硝酸

41、（鹽）的過程。第一階段為亞硝化 ，即銨根（ nh4+） 氧化為亞硝酸根（ no2- ）的階段。參與這個階段活動的亞硝酸細(xì)菌主要有5 個屬 ：亞硝化毛桿菌屬 （nitrosomonas） ；亞硝化囊桿菌屬 （nitrosocystis） ；亞硝化球菌屬 （nitrosococcus） ；亞硝化螺菌屬 （nitrosospira） 和亞硝化肢桿菌屬 （nitrosogloea） 。其中，尤以亞硝化毛桿菌屬的作用居主導(dǎo)地位，常見的有歐洲亞硝化毛桿菌 （nitrosomonas europaea）等。第二階段為硝化，即亞硝酸根（ no2- ）氧化為硝酸根（ no3- ）的階段。 參與這個階段活動的硝酸

42、細(xì)菌主要有3 個屬 ：硝酸細(xì)菌屬（nitrobacter） ；硝酸刺菌屬（nitrospina） 和硝酸球菌屬（nitrococcus） 。 其中以硝酸細(xì)菌屬為主， 常見的有維氏硝酸細(xì)菌 （nitrobacter winogradskyi） 和活躍硝酸細(xì)菌 （n. agilis） 等 反硝化過程： 也稱脫氮作用。 反硝化細(xì)菌在 缺氧條件 下，還原硝酸鹽，釋放出分子態(tài)氮（ n2 ）或一氧化二氮（ n2o ）的過程?？偟姆聪趸^程可以用以下方程式表示：2no3-+10e+12h - n2+6h2o? 其中包括以下四個還原反應(yīng)還原反應(yīng)：?硝酸鹽還原為亞硝酸鹽：?2no3-+4h+4e f 2no2-

43、+2h2o?亞硝酸鹽還原為一氧化氮：?2no2-+4h+2e f 2no+2h2o?一氧化氮還原為一氧化二氮：?2no+2h+2e - n2o+h2o? 一氧化二氮還原為氮氣：?n2o+2h+2e - n2+h2o? 固氮作用： 是分子態(tài)氮被還原成氨和其他含氮化合物的過程。自然界氮（ n2 ）的固定有兩種方式 ： 一種 是 非生物固氮 ，即通過閃電、高溫放電等固氮，這樣形成的氮化物很少； 二是生物固氮 ，即分子態(tài)氮在生物體內(nèi)還原為氨的過程。大氣中 90% 以上的分子態(tài)氮都是 通過固氮微生物的作用被還原為氨的。根據(jù)固氮微生物的固氮特點以及與植物的關(guān)系， 可以將它們分為 自生固氮微生物 、 共生固

44、氮微生物和聯(lián)合固氮微生物 三類。? 微生物固氮的應(yīng)用：? 一些來自化工廢水、國防工業(yè)廢水、電鍍廢水等含氮物質(zhì)， 如氫氰酸、乙腈、丙腈、正丁腈、丙烯腈及硝基化合物 ，它們對水體、對環(huán)境、對人畜都有不同程度的危害，然而某些微生物 可利用它們作為 氮源 ，在碳源等存在下，可將有害物質(zhì)變成微生物自身的營養(yǎng)物。有些微生物也可分解不同含氮的污染物，從而達(dá)到治理廢水中有害污染物的目的。? （三）微生物與水體中的氮素循環(huán)? 自然水域中 ，在 好氧或厭氧條件下，通過微生物固氮作用固定的氮 ，以及 有機(jī)物通過氨化作用釋放的氨 ，既可被許多生物作為唯一氮源而同化，也可在好氧條件下被硝化菌氧 化，經(jīng)亞硝酸鹽進(jìn)而轉(zhuǎn)化為

45、硝酸鹽，即硝化作用。? 生成的 硝酸鹽 ，是藻類及一些微生物生長所需的營養(yǎng)，在 厭氧區(qū)不發(fā)生硝化作用 ，形成的氨一部分被生物質(zhì)同化，較多部分積累起來。已形成的硝酸鹽則因反硝化作用，而還原為氣態(tài)氮（ n2,n2o ） 。水體環(huán)境中的氮素循環(huán)如圖 3-13所示。? 在自然界水體中，不斷地進(jìn)行著氮素的同化、氮化、固氮、硝化和反硝化，微生物起著極其重要的作用。通過這樣的循環(huán)保持著水體環(huán)境中氮素平衡。? 二、磷在環(huán)境中的循環(huán)過程? （一）環(huán)境中的磷? 磷是包括微生物在內(nèi)的所有生命體中不可缺少的元素。在生物大分子核酸 、高能量化合物 atp 、以及生物體內(nèi) 糖代謝 的 某些中間體 中，都有磷的存在。磷的循

46、環(huán)： 包括 可溶性無機(jī)磷的同化、有機(jī)磷的礦化、不溶性磷的溶解等?？扇苄缘臒o機(jī)磷化物的同化 ：可溶性的無機(jī)磷化物被微生物吸收后合成有機(jī)磷化物，成為生命物質(zhì)結(jié)構(gòu)組分（同化作用）的過程。有機(jī)磷的礦化： 在土壤中，許多的細(xì)菌、放線菌和霉菌等含有植酸酶和磷酸酶，能夠?qū)⒑椎挠袡C(jī)物分解（異化作用） ，產(chǎn)生的無機(jī)磷化物可被植物吸收利用。不溶性磷的溶解： 土壤中的磷酸或可溶性的磷酸鹽與土壤中的一些鹽基結(jié)合，形成不溶性的磷酸鹽。在天然水體中，大部分的磷存在于水下的沉積物中。而生活在土壤和水體中的一些微生物，通過代謝產(chǎn)生的硝酸、硫酸和有機(jī)酸又可將不溶性的磷酸鹽溶解，從而使自然界中的磷素循環(huán)周而復(fù)始的不斷進(jìn)行。應(yīng)當(dāng)

47、指出，如果人類活動將含磷物質(zhì)大量排放到水環(huán)境中， 可溶性磷酸鹽濃度過高會造成藍(lán)細(xì)菌及其它藻類大量增殖，即常說的 富營養(yǎng)化 作用，從而破壞環(huán)境的生態(tài)平衡。（二）磷的循環(huán)作用1.有機(jī)磷的礦化動植物、微生物體中的含磷有機(jī)物有核酸、磷脂、植素以及各種磷脂酸，它們均可被微生物分解。核酸的礦化 ：核酸首先在核酸酶作用下，水解成核苷酸，核苷酸又在核苷酸酶作用下，分解成核苷與磷酸 ， 完成有機(jī)磷的礦化 ；核苷又核苷酶作用下，水解成核糖與五種不同生物堿，生物堿脫氨產(chǎn)生氨，完成有機(jī)氨的礦化。? 磷脂 卵磷脂是含膽堿的甘油磷酸脂，其結(jié)構(gòu)如下：? 它可以被微生物卵磷脂酶水解為甘油、脂肪酸、磷酸和膽堿，膽堿進(jìn)一步分解成

48、氨與二氧化碳、有機(jī)酸與醇? 植素： 植素是由 植酸 （ 肌醇六磷酸脂 ） 和鈣、 鎂結(jié)合成的鹽類。 植素在土壤中分解很慢，經(jīng)微生物的植酸酶分解為磷酸和co2 。?2.難溶性無機(jī)磷的可溶化作用?在土壤中存在難溶性的無機(jī)磷化合物 （例如磷酸鈣、磷灰石礦石） ，植物與微生物不能直接利用，必須經(jīng)過微生物分解為 溶解性 的磷酸鹽才能被植物和微生物吸收利用。?環(huán)境酸性增大，可使磷酸鈣轉(zhuǎn)化成磷酸氫鈣與二氫鈣，從而使鈣可溶性增大。? 也可與異養(yǎng)微生物的生命活動 產(chǎn)生的有機(jī)酸和碳酸 ，微生物在硝化作用中產(chǎn)生的 亞 硝酸、硝酸 ；硫酸化作用中產(chǎn)生的 硫酸 ；在呼吸作用中產(chǎn)生的二氧化碳溶于水產(chǎn)生的 碳酸 等作用，都

49、可促進(jìn)磷的溶解。例如：? 可溶性磷酸鹽 被植物、藻類及其它微生物吸收利用，同化成卵磷脂、核酸及atp 等? 3. 磷的同化作用無機(jī)磷 通過生物轉(zhuǎn)化 變?yōu)橛袡C(jī)磷 ，成為細(xì)胞的組成成分，稱為磷的同化作用或磷的固化作用。? 磷對農(nóng)業(yè)十分重要， 土壤中往往不足， 必須施入磷肥以滿足農(nóng)作物生長和微生物發(fā) 育的需要。? 影響磷的同化作用主要因素 有： 碳、氮以及ph 和環(huán)境溫度。? 生物同化過程需要適量的 碳、氮、磷。? 異養(yǎng)微生物的同化作用需要適量的有機(jī)碳。 若則微生物對磷的轉(zhuǎn)化作用會受到限制；合適的 ph 和環(huán)境溫度 有利于微生物代謝活動， 也有利于對磷的轉(zhuǎn)化 ， 反之則限制了磷的轉(zhuǎn)化。? 磷的同化作

50、用與水體富營養(yǎng)化防治? 水體中如進(jìn)入的磷酸鹽過多，會造成富營養(yǎng)化，其來源主要為磷肥流失，含磷廢水（如含磷洗滌劑等） 和二級生化處理出水所含磷酸鹽。 怎樣有效地對磷污染進(jìn)行控制和治理，充分利用微生物對 磷的同化作用， 已成為水體富營養(yǎng)化防治研究中的重要課題。? 第五節(jié) 污染物的分離原理與技術(shù)? 在環(huán)境工程中分離過程主要包括萃取法、離子交換與吸附法、膜分離法，下面對這幾種分離過程的原理、影響因素、設(shè)備和工藝等作一介紹。? 一、萃取法? （一）萃取過程? 液液萃取 是指 兩個完全不互溶或 部分互溶 的液相接觸后， 一個液相中的溶質(zhì)經(jīng)過物理或化學(xué)作用另一個液相，或在兩相中重新分配的過程。? 在萃取的過

51、程中，所使用的萃取溶劑稱為 萃取劑 。? 在廢水處理中欲萃取的溶質(zhì)在水相與萃取溶劑中的溶解度不同，有 三個步驟 ：?1將萃取劑加入水廢水中，并使它們充分混合接觸，廢水中有害物質(zhì)因在萃取劑中的溶解度大于水相，所以當(dāng)溶質(zhì)在水相與萃取相達(dá)平衡后，大部分有害物質(zhì)進(jìn)入萃取劑中；?2廢水與萃取劑分離?3含有害物質(zhì)萃取物從萃取劑中分離，萃取物作為有用的副產(chǎn)品；而萃取劑則回用于萃取過程。? （二） 萃取過程的基本原理? “在定溫、定壓下，若一個物質(zhì)溶解在兩個同時存在的互不相溶的液體里，達(dá)到平衡后，該物質(zhì)在兩相中濃度之比等于常數(shù) ” ，這稱為分配定律。用公式表示為：?cb1/cb2=k? 式中 cb1 和 cb

52、2 分別為溶質(zhì)b 在兩個互不相溶的溶劑 中的濃度， k 稱為分配系數(shù)? 當(dāng)溶液濃度不大時，活度比可用濃度比代替，就得到分配定律的經(jīng)驗式。?若原來料液中除溶質(zhì)a還有溶質(zhì)b,則由于a、b在萃取劑與料液中分配系數(shù)不同，選用 合適的萃取劑 進(jìn)行分離。（三）萃取劑的選擇在液 -液萃取中，萃取劑的性質(zhì)和價格 影響萃取效果和費用，也影響萃取物的產(chǎn)量和質(zhì)量。? 其 選取原則：?1對溶質(zhì)的溶解度要遠(yuǎn)大于原溶劑?2和原溶液中的溶劑互不相溶、粘度小，界面張力適中，便于兩相分離3萃取劑的回收和再生容易，化學(xué)穩(wěn)定好；4萃取劑價格要低廉，供應(yīng)要充沛。（四）萃取設(shè)備萃取設(shè)備型式很多，可按結(jié)構(gòu)分為三大類： 罐式 （萃取器）

53、、 塔式 （萃取塔）和 離心機(jī)式 （萃取機(jī)） ，其中塔式設(shè)備最常見。無論那種萃取設(shè)備，首先必須完成萃取兩相 的 混合（萃?。┡c分離。混合充分是基礎(chǔ)；分離完全是結(jié)果。罐式萃取器 通常是間歇操作的， 裝料、攪拌、靜澄和出料等四個步驟構(gòu)成一個循環(huán)。而 萃取塔與萃取離心機(jī)則是連續(xù)操作的。萃取器是一個具有攪拌設(shè)備的圓筒形容器。在混合時，開動攪拌設(shè)備，在靜澄分離時，關(guān)閉攪拌設(shè)備。攪拌與靜澄分離的時間可以調(diào)節(jié)?？梢允菃渭壱部梢允嵌嗉壿腿?。在萃取塔內(nèi)， 重液從頂部流入，萃取分離后從底部流出 ；而 輕液 則 從底部流入，萃取分離后從頂部流出 ；在 塔身中部 ， 輕重液 相 充分混合、充分接觸， 完成萃取 ；在

54、塔頂與塔底有充分的 空間與斷面， 讓 輕重液 彼此 完全分離 。 常用的萃取塔有以下幾種：1篩板萃取塔2轉(zhuǎn)盤萃取塔3填料萃取塔、吸附法固體表面因比表面積大，表面能高，為了使其更加穩(wěn)定，主要是通過吸附其它物質(zhì)在其表面，降低表面能。被吸附的物質(zhì)稱 吸附質(zhì) ；固體物質(zhì)稱為 吸附劑 。工業(yè)廢水處理中，常用的吸附劑有：硅膠、分子篩、活性炭等。? 吸附量通常有兩種表示方法 ：（1）單位質(zhì)量的吸附劑所吸附氣體的體積：（2）單位質(zhì)量的吸附劑所吸附氣體物質(zhì)的量：目前常用 langmuir 吸附等溫式langmuir 吸附理論的基本假設(shè)是：固體顆粒 表面是均勻 的，被吸附分子間的作用力互不影響；分子在其表的吸附是

55、單分子層 ，固體表面一旦被吸附質(zhì)覆蓋就不能被再吸附其它分子。 在吸附平衡時， 吸附與脫附達(dá)動態(tài)平衡。吸附平衡前，吸附速率與固體表面的空白成正比，解吸速率與覆蓋度成正比。? （二）影響吸附的因素? 吸附能力 與 吸附速率 是衡量吸附過程的 主要指標(biāo) 。? 固體吸附劑的吸附能力是用 吸附量 來表示； 吸附速率 是指 單位重量吸附劑在單位時 間 內(nèi)所吸附的物質(zhì)量。?在水處理中，吸附速率決定了污水需要與吸附劑接觸的時間。? 吸附速率快，則所需要的接觸時間就短，吸附設(shè)備的容量就小 。?多孔吸附劑的吸附過程，可分為三個階段 ：?（ 1 ）顆粒部外部擴(kuò)散階段；（2 ）孔隙擴(kuò)散階段；（3 ）吸附質(zhì)被吸附在孔隙吸附點表面。? 通常前（1 ）（2）階段決定吸附速率。顆粒部外部擴(kuò)散速度與溶液濃度成正比，也與吸附劑的比表面積（顆粒越小比表面積越大）成正比；同時增大溶液與顆粒間的相對運(yùn)動速率也可提高外部擴(kuò)散速率。 孔隙擴(kuò)散速率與孔隙大小與結(jié)構(gòu)、 吸附劑顆粒的大小和結(jié)構(gòu)等都有關(guān)。一般，吸附劑顆粒越小，孔隙擴(kuò)散速率越快。吸附能力也與吸附劑與吸附質(zhì)本身的物理化學(xué)性質(zhì)、吸附溫度、介質(zhì)ph 等有關(guān)。? （三）吸附劑及再生?活性炭：加熱再生與化學(xué)再生。? （四）吸附工藝與設(shè)備?吸附操作方式分為間歇式和連續(xù)式。? 間歇式是將廢水和吸附劑