水質(zhì)工程學(緒言)1-2章

1、水質(zhì)工程學第一篇 水質(zhì)與水處理概論第一章 水質(zhì)與水質(zhì)標準第二章 水的處理方法概論第二篇 物理、化學及物理化學處理工藝原理第三章 凝聚與絮凝第四章 沉淀與澄清 第五章 過濾第六章 吸附水質(zhì)工程學第七章 氧化還原與消毒 第八章 離子交換第九章 膜濾技術(shù)第十章 水的冷卻第十一章 腐蝕與結(jié)垢第十二章 其他處理方法水質(zhì)工程學第三篇 生物處理理論與技術(shù)第十三章 活性污泥法第十四章 生物膜法第十五章 厭氧生物處理第十六章 自然生物處理系統(tǒng)第十七章 污泥處理、處置與利用第十八章 典型給水處理系統(tǒng)第十九章 典型污水處理系統(tǒng) 主要參考書：給水處理理論與設(shè)計 許保玖 主編水處理工程 顧夏生 主編給水工程 （第四版）

2、嚴煦世 主編Water Treatment Plant DesignMGRAW-HILL緒論原始水處理示意圖水處理：給水工程的任務(wù)給水工程的任務(wù)：取、凈、輸、配主要研究的問題：混與清的矛盾、衛(wèi)生與不衛(wèi)生的矛盾、純與不純的矛盾、穩(wěn)定與不穩(wěn)定的矛盾、冷與熱的矛盾。排水工程的任務(wù)n收集n處理或處置n排放或深度處理、循環(huán)使用 水圈與水循環(huán)一、水圈的定義 二、世界的水資源 1、水資源的概念 2、世界的水資源 3、自然界水的存在形式三、水循環(huán) 1、水的自然循環(huán) 2、水的社會循環(huán) 綠藻泛濫的滇池形態(tài)各異的藻類微囊藻水圈的定義 水圈：指地殼表面向下連續(xù)的水層，其上界為海洋、湖泊、沼澤、江河、冰川、雪山等地表水

3、；下界主要為滲透至底部沉積物中的水。 水資源的概念 廣義水資源：包括地球水圈中各個環(huán)節(jié)與各種形態(tài)的水資源量； 狹義水資源：可供人們?nèi)∮玫乃Y源量。 世界的水資源總水量：13.86億km3 其中：海水 13.38億km3 占96.5% 淡水 0.38億km3 占 2.53% 其中：便于人們?nèi)∮玫?300萬km3 占總水量的0.2% 我國水資源總量：2.8億km3 ,人均2200m3占世界平均值1/4一、水的自然循環(huán)和社會循環(huán)n水的自然循環(huán)水的存在形式為地表水（包括海洋、冰雪、湖泊、沼澤、河流等），地下水，云和生物水四部分。云由其余三種水體通過蒸發(fā)而形成，再通過雨、雪、霧和冰雹等，分別進入其余水體

4、；地表水體的大部分水源來自于云和地下水體，同時自身也進行著各種形式的轉(zhuǎn)變，這其中也完成著物質(zhì)、能量和信息的轉(zhuǎn)換過程；地下水體主要來源于地表水體的下滲；生物水和其余三個方面都有不可分割的關(guān)系，但從總量上來看相對小了很多，所以可以認為云、地表水體和地下水體起了決定性作用，決定著水的循環(huán)方向和整體特性。這三種水體之間的循環(huán)主要依靠太陽能來推動的，生物能相對作用較小，自然系統(tǒng)起了決定性的作用。自然界水的存在形式 大氣水：大氣圈中呈蒸發(fā)狀態(tài)的水，包括雨、雪、雹、霜、露等構(gòu)成的大氣降水和云、霧等。 地表水：河流、湖泊（大陸水），海洋、沼澤等； 地下水：地面下各種狀態(tài)的水，包括水汽、吸著水、薄膜水、毛細管水

5、、重力水。 水的自然循環(huán) 水循環(huán)指地球上各種形態(tài)的水在太陽輻射、地心引力等作用下，通過蒸發(fā)、水汽輸送、凝結(jié)降水、下滲以及地表徑流等環(huán)節(jié)，不斷地發(fā)生相態(tài)轉(zhuǎn)換及周而復始的運動過程（見圖1-1-1）。這一循環(huán)過程稱為自然循環(huán)。 圖圖1-1-1 水的自然循環(huán)水的自然循環(huán)n水的社會循環(huán)是水自然循環(huán)的一個子系統(tǒng)，包括農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)用水和居民生活用水三個系統(tǒng)。這些系統(tǒng)通過取水系統(tǒng)和排水系統(tǒng)相互連接成一個復雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。與自然循環(huán)相比，社會循環(huán)具有可控制性和系統(tǒng)完成有序化以及在時間上的及時性。 n人類誕生以來，對水循環(huán)的干預作用對水循環(huán)的干預作用越來越大，尤其在工業(yè)革命以來，大量的水被應(yīng)用，大量的含有高濃度有

6、機物和無機物的水被排放到自然水體，大大超過了水體自然循環(huán)中太陽能和生物能所能帶走的負荷，造成大量物質(zhì)在水體中積累，也增加了人類的利用成本。水的社會循環(huán)水的社會循環(huán) 由天然水體通過人類社會的生活、工業(yè)等的使用所產(chǎn)生的廢水又回到天然水體的過程稱為水的社會循環(huán)。 影響天然水水質(zhì)的因素a 降水類型 大氣循環(huán)途徑 b 大氣組分 c 巖石類型d 土壤形成條件e 生物條件 陸地循環(huán)途徑 f 溶質(zhì)特性g 氣候條件 天然水體的水質(zhì)特征 大氣降水：反映大氣的物質(zhì)組成；物質(zhì)含量不同；大氣物質(zhì)隨大氣環(huán)流遷移，污染可擴大；降水中的物質(zhì)濃度大于大氣濃度；依賴于降水類型 河水：更新周期短，渾濁度高，礦化度低，易于從污染中恢

7、復；化學成分變化快，氣體的成分較多，能溶解部分河床物質(zhì)；含有有機物與氣體，有水生生物活動；沿程變化強；易受污染，污染物復雜 天然水體的水質(zhì)特征 湖泊水：水流緩慢，更新周期長，較清澈，混合程度差；礦化度高；受湖泊規(guī)模大小的影響；受水生生物、池底淤泥影響大 地下水：礦化度高；動態(tài)變化小；受污染機會小，一旦污染則很難恢復 海水：含離子量大，離子類型起主導作用；靠近海岸和海灣地區(qū)有生物沉降 給水處理的典型流程第一篇：水質(zhì)與水處理概論第一章：水質(zhì)與水質(zhì)標準1、天然水中雜質(zhì)的種類與性質(zhì)1.1天然水體中的雜質(zhì)1.2各種水體的水質(zhì)特點2、水體的污染與自凈3、飲用水水質(zhì)與健康4、用水水質(zhì)標準1、生活污水 2、工

8、業(yè)廢水：生產(chǎn)污水和生產(chǎn)廢水(1)無機物：如冶金、建筑材料等工業(yè)所排出的廢水。(2)有機物：如食品工業(yè)、煉油和石化工業(yè)等廢水。(3)同時含有機物和無機物的廢水：如焦化廠、化肥廠、洗毛廠等廢水。(4)如按所含污染物的主要成分分類，如酸性廢水、堿性廢水、含氰廢水、含鉻廢水、含鎘廢水、含汞廢水、含酚廢水、含醛廢水、含油廢水、含有機磷廢水和放射性廢水等。二、 污水的分類水源水質(zhì) 取自任何水源的水中，都不同程度地含有各種各樣的雜質(zhì)。一是自然過程：如地層礦物質(zhì)溶解在水中，水中微生物的繁殖及其死亡殘骸，水流對地表及河床沖刷所帶入的泥沙和腐殖質(zhì)等。二是人為的因素即工業(yè)廢水，農(nóng)業(yè)污水及生活污水的污染。天然水體中的

9、雜質(zhì)1、雜質(zhì)來源：大氣、土壤、人類活動產(chǎn)生的污染物2、按大小分：溶解物、膠體顆粒、懸浮物3、按化學結(jié)構(gòu)分：無機雜質(zhì)、有機雜質(zhì)、生物雜質(zhì)（微生物）水中雜質(zhì)尺寸及外觀懸浮物 尺寸較大，易于在水中下沉或者上浮。易于下沉的一般是大顆粒泥沙及礦物質(zhì)廢渣等；能夠上浮的一般是體積較大而密度小的某些有機物膠體物質(zhì) 膠體顆粒尺寸很小，在水中具有穩(wěn)定性，長期靜置也難下沉，它和懸浮物是使水產(chǎn)生渾濁現(xiàn)象的根源。水中存在的膠體通常有粘土，某些細菌和病毒，腐殖質(zhì)及蛋白質(zhì)等。其中的有機物如腐殖質(zhì)和藻類會造成水的色和嗅味。工業(yè)廢水排入水體，會引入各種各樣的膠質(zhì)或者有機高分子物質(zhì)。溶解物質(zhì) （1）溶解于水的鹽 主要陽離子有Ca

10、2+,Mg2+和Na+; 主要陰離子有HCO3-，SO42-和Cl-。 還有少量的K+，F(xiàn)e2+，Mn2+和Cu2+等陽離子，以及少量HSiO3-,CO32-,NO3-等陰離子 。 （2）溶解氣體 天然水體中主要是氧、氮和二氧化碳，同時也含有少量硫化氫。未被污染過的天然水體，溶解氧含量一般為510mg/L，最高不超過14mg/L 。各種水體的特征江河水湖泊水庫水海水地下水水體污染與自凈(見1.2)一、水中常見污染物來源1、有機物：可降解、難降解2、無機物：有毒害、無毒害水體富營養(yǎng)化原由：N、P污染，藻類過量生長，溶解氧耗盡產(chǎn)生危害：臭味、透明度差、消耗溶解氧、釋放有毒物質(zhì)、影響生態(tài)水體自凈1、

11、水體自凈能力：物理、化學、生物作用，污染物質(zhì)被分離或分解，恢復原有生態(tài)平衡2、DO氧垂曲線：耗氧與復氧飲用水水質(zhì)與健康1、水中的生物對人體健康的影響細菌、病毒、寄生蟲、藻類2、水中的化學物質(zhì)對人體健康的影響微量元素及其他無機物、有機物、放射性物質(zhì)、消毒劑及副產(chǎn)物3、水質(zhì)與地方病用水水質(zhì)標準 水質(zhì)標準是用水對象所要求的各項水質(zhì)參數(shù)應(yīng)達到的指標和限值。 隨著科學的發(fā)展，經(jīng)濟的發(fā)展，水檢測技術(shù)的進步將不斷修改，提高和完善。生活飲用水水質(zhì)標準 2006年頒發(fā)的生活飲用水衛(wèi)生標準，GB5749-2006標準主要分四大類：感官性狀指標和化學指標毒理學指標細菌學指標放射性指標常規(guī)檢測項目非常規(guī)項目感官性狀指

12、標 有時又稱為物理性狀，是指水中的某些物質(zhì)對人的視覺，味覺和嗅覺的刺激。清潔的水無色，無嗅和無味。 當水中含有浮游生物，腐殖質(zhì)或者受到廢水污染時，往往使得水產(chǎn)生各種顏色，異嗅和異味。它雖然不屬于影響人體健康的直接指標，但色，嗅，味的存在給使用者產(chǎn)生厭惡感。同時，色，嗅與味嚴重的，也可能是水中含有有害物質(zhì)的標準。 濁度我國規(guī)定小于1度，一些發(fā)達國家規(guī)定低于1度。因為濁度超過10度就能使人產(chǎn)生不快，而且，病菌，病毒以及其它有害物質(zhì)往往吸附于產(chǎn)生濁度的懸浮物上。因此降低水的濁度，不僅為滿足感觀形狀的要求，對于抑制水中的病菌，病毒以及其它有害物質(zhì)的含量，也具有積極的意義。化學指標 水中存在的某些化學物

13、質(zhì)，對人體健康有益但不希望過量，如鈉，鉀，鈣，鐵，鋅，鎂，氯等使人體必須的化學元素，但含量過多，往往會對生活使用產(chǎn)生種種不良影響。 還有一些化學物質(zhì)對人體健康無益但一般情況下毒性也很低的物質(zhì)，如揮發(fā)酚類，陰離子合成洗滌劑等。毒理學指標 有毒物質(zhì)一般是由于水源污染造成的，如砷，汞，鎘，鉻，氰化物，氯仿等。 實際上水中各種化學物質(zhì)與健康的關(guān)系相當復雜，有些至今仍然不很清楚。其它指標細菌學指標細菌學指標 標準中細菌學指標目前只列了細菌總數(shù)，總大腸菌數(shù)、糞大腸菌群和余氯4項。放射性指標放射性指標 總放射性，總放射性。其他用水水質(zhì)標準1、食品及飲料類水質(zhì)標準2、城市雜用類水質(zhì)標準3、游泳池用水4、工業(yè)用

14、水水質(zhì)標污水的排放標準1、污水排放標準制定的依據(jù)2、國外的污水排放標準3、我國的污水排放標準第2章 水的處理方法概論一、水的物理化學處理方法混凝、沉淀與澄清、浮選、過濾、膜分離、吸附、離子交換、中和、氧化與還原二、水的生物處理方法反應(yīng)器的概念及在水處理中的應(yīng)用 一、物料衡算和質(zhì)量傳遞 二、理想反應(yīng)器模型 三、非理想反應(yīng)器模型 反應(yīng)器是化工生產(chǎn)過程中的核心部分，在其中所進行的過程，既有化學反應(yīng)過程，又有物理過程，影響因素復雜。反應(yīng)器的設(shè)計涉及了流體力學，傳熱，傳質(zhì)，特別是化學反應(yīng)動力學等方面的知識。 物料衡算和質(zhì)量傳遞 變化量輸入量輸出量反應(yīng)量物質(zhì)的輸入和輸出是質(zhì)量傳遞的結(jié)果。理想反應(yīng)器模型 由

15、于反應(yīng)器內(nèi)實際進行的工藝過程是復雜的，為了求得反應(yīng)器數(shù)學模型，必須作某些假定予于簡化。有三種理想反應(yīng)器：完全混合間歇式反應(yīng)器；完全混合連續(xù)式反應(yīng)器；推流式反應(yīng)器。理想反應(yīng)器三種模型1、間隙式反應(yīng)器（CMB）理想反應(yīng)器模型2、完全混合連續(xù)式反應(yīng)器-恒流攪拌反應(yīng)器（CSTR）理想反應(yīng)器模型三3、推流式反應(yīng)器（PF型）-活塞流反應(yīng)器非理想反應(yīng)器模型 在實際生產(chǎn)中，反應(yīng)器總是偏離理想狀態(tài)，即介于各理想模型之間。 2.3 水處理工藝流程概論水處理工藝流程概論 由于單一的水處理單元方法是難以滿足要求，所以將多種基本單元過程互相配合，組成一個水處理工藝過程，稱為水處理工藝流程。選擇水處理流程的基本出發(fā)點是：

16、 (1) 以較低的成本、安全穩(wěn)定的運行過程； (2) 獲得滿足水質(zhì)要求的水； (3) 水處理設(shè)施所在的地區(qū)氣候、地形地質(zhì)、技術(shù) 經(jīng)濟條件的差異，也會影響到水處理工藝流程 的選擇。 3. 典型的污水處理工藝流程分為： （1） 城市污水一級處理系統(tǒng)； （2） 城市污水二級處理系統(tǒng)； （3） 城市污水深度處理系統(tǒng)； （4） 高濁度的水質(zhì)處理工藝流程； 4.2 給水處理工藝流程給水處理工藝流程 給水處理的主要水源有地表水和地下水兩大類。 常規(guī)的地表水處理以去除水中的渾濁物質(zhì)和細菌、病毒為主，水處理系統(tǒng)主要由澄清和消毒工藝組成。 2. 典型的給水處理工藝流程有：（1） 地面水常規(guī)處理工藝系統(tǒng)（2） 典型

17、除污染給水處理流程；（3） 活性炭吸附除污染水處理工藝系統(tǒng)；（4） 臭氧活性炭水處理工藝系統(tǒng)；（5） 高錳酸鉀除污染工藝系統(tǒng)。 原水預處理混凝沉淀過濾消毒活性炭吸附飲用水圖42 典型除污染給水處理流程圖 4 3 地 面 水 常 規(guī) 處 理 工 藝 系 統(tǒng)出 水絮 凝 池清 水 池過 濾 池沉 淀 池混 合 裝 置混 凝 劑原 水 受污染水源水圖 4 4 采 用 活 性 炭 吸 附 除 污 染 的 水 處 理 工 藝 系 統(tǒng)出水清水池顆?；钚蕴繛V池過濾池沉淀池絮凝池混合裝置投粉 末 活 性 炭混 凝 劑混 凝 劑投混合裝置絮凝池沉淀池過濾池顆?；钚蕴繛V池清水池出水圖 4 5 臭 氧 活 性 炭 水 處 理 工 藝 系 統(tǒng)受污染水源水臭 氧接觸池臭 氧 粉 末 活 性 炭高 錳 酸 鉀臭 氧受污染水源水圖 4 6 高 錳 酸 鉀 除 污 染 工 藝 系 統(tǒng)出水清水池顆粒活性炭濾池過濾池沉淀池絮凝池混合裝置投混 凝 劑生物處理構(gòu)筑物受污染水源水圖 4 7 生 物 處 理 除 污 染 工 藝 系 統(tǒng)出水清水池過濾池沉淀池絮凝池混合裝置投混 凝 劑 活性炭過濾城市自來水圖4 8 建筑物或建筑小區(qū)的自來水深度處理工藝系統(tǒng) 出水