环境工程学课件.docx

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环境工程学课件

1水循环的分类及其联系。

水循环分为自然循环和社会循环两种。

自然循环:

在太阳能及其他自然力的作用下，通过降水、径流、渗流和蒸发等方式，构成水的自然循环。

社会循环:

人类为了生活和生产，不断取用天然水体中的水，经过使用，一部分天然水被消耗，但绝大部分却变成生活污水和生产废水排放，重新进入天然水体。

2水中杂质的分类

按杂质在水中的存在状态可分为：

①悬浮物质（颗粒尺寸>10-3mm）②溶解物质（颗粒尺寸<10-6mm）③胶体物质（10-6mm<颗粒尺寸<10-3mm）

3水质指标的分类及其常用的水质指标种类

第一类，物理性水质指标①感官物理性状指标:

温度、色度、嗅和味、浊度等。

②其它物理性状指标:

总固体（TS）、悬浮固体（SS）、溶解固体（DSDS）、可沉固体、电导率（电阻率）等等。

第二类，化学性水质指标①一般的化学性指标:

pH、碱度、硬度、各种阴离子、各种阳离子、总含盐量、一般有机物质等。

②有毒的化学性指标:

如重金属、氰化物、多环芳烃、农药等。

③有关氧平衡的指标:

如溶解氧（DO）、化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、总需氧量（TOD）、总有机炭（TOC）等。

第三类，生物学水质指标包括细菌总数、总大肠菌群数、各种病原细菌、病毒等。

（标红的是常用水质指标4个）

4BOD亏氧量水中酸碱度计算

5能够利用所学知识综合分析水污染现状原因及其处理方法。

（目标原则任务方法）

（一）水污染防治的目标①确保地面水和地下饮用水源地的水质。

②恢复各类水体的使用功能。

③还清地面水体的水质，恢复其美好的观瞻，增加人类居住区的悦人景色。

（二）水污染防治的原则防管治

（1）、“防”（预防）“防”是指对污染源的控制，通过有效控制使污染源排放的污染物量减少到最少量。

推行“清洁生产”工艺减少末端治理，“零排放”

节水，减少生活污水排放量施肥和农药的合理使用

（2）“管”（管理）“管”是指对污染源，水体及处理设施的管理。

①对污染源的经常监测和管理；②对污水处理厂的监测和管理

③对水体卫生特征的监测和管理。

例如：

限期治理，2000年零点行动

规范排污口关停“十五小”排污许可证、总量控制指标排污收费（水量→污染物量）环保设施“三同时”验收

（3）“治”（治理）“治”是水污染防治中不可缺少的一环。

通过各种治理措施，对污（废）水进行妥善的处理，确保在排入水体前达到国家或地方规定的排放标准。

（三）水处理的主要任务：

改善水质。

①给水处理：

将原水中的杂质去掉，加工成符合生产和生活使用水质要求的成品水；②排水处理：

收集使用过的废水并处理到水质符合循环使用或排放要求。

（四）控制水污染途径

（1）改革生产工艺，发展清洁生产工艺。

（2）改进生产装置的结构性能。

（3）发展封闭系统，重复利用废水。

（4）清污分流，分隔治理。

（5）回收有用物质。

（6）适当处理，安全排放。

（7）节约用水。

（8）排出系统控制。

6格栅的分类及其去除效率的影响因素。

结构形式：

平面格栅和曲面格栅

效率影响因素:

取决于栅条的间距（缝隙宽度）细格栅（间距1.5-10mm）中格栅（间距10-40mm）粗格栅（（间距50-100mm）。

7根据悬浮颗粒的性质（粒径凝聚性）及其浓度的高低，说明沉淀的类型及其各自的特点。

（1）自由沉淀:

水中悬浮物颗粒浓度低，呈离散状态；互不干扰，各自完成沉淀过程。

颗粒在下沉过程中的形状、尺寸、密度等均不发生变化。

例如：

沉砂池

（2）絮凝沉淀:

水中悬浮物浓度较高，且有絮凝性能。

在沉淀过程中互相碰撞发生凝聚，其粒径和质量均随沉淀距离增加而增大，沉淀速度加快。

例如：

二沉池上部；混凝沉淀

（3）拥挤沉淀（成层沉淀）:

水中悬浮物浓度较高，颗粒下沉受到周围其它颗粒的干扰，沉速降低，颗粒碰撞互相“凝聚”而共同下沉，形成一明显的泥、水界面。

沉淀过程实质是泥、水界面下降的过程，沉淀速度为界面下降速度。

如：

二沉池的泥斗上部；污泥浓缩池

（4）压缩沉淀:

当悬浮物浓度很高、颗粒互相接触、互相支承，在上层颗粒在上层颗粒的重力作用下将下层颗粒间的水挤出，使颗粒群浓缩。

例如：

二沉池污泥斗;浓缩池底部。

8表面负荷或过流率的定义及物理意义

设：

水量Q（m3/s）水平流速v（m/s）宽度B（m），长度L（m），高度H（m）,沉降面积A（m2）：

A=BL容积V（m3）：

V=BLH故：

颗粒在沉淀池内的沉淀时间t为：

t=L/v=H/u0V=Qt=HBLQ=V/t=HBL/t=Au0有：

u0=Q/A=q0

Q/A的物理意义：

在单位时间内通过沉淀池单位面积的流量，称为表面负荷或过流率，用q0表示。

表面负荷的量纲m3/（m2·s）或m3/（m2·h）。

表面负荷q的数值等于颗粒沉速u0（m/s）。

9混凝的定义

混凝包括凝聚和絮凝

凝聚（coagulation）：

投加混凝剂后水中的胶体失去稳定性，胶体颗粒互相凝聚，结果形成众多的“小矾花”。

絮凝（flocculation）：

凝聚过程中形成的“小矾花”通过吸附、卷带、架桥等作用，形成颗粒较大絮凝体的过程。

混凝：

是凝聚、絮凝两各过程的总称。

是水中胶体粒子及微小悬物的聚集过微小悬浮物的聚集过程。

10胶体结构及双电层理论

结构:

双电层理论:

中心称为胶核，其表面选择性地吸附了层带有选择性地吸附了一层带有同号电荷的离子（可以是胶核胶核的组成物直接电离产生的，也可以是从水中选择吸附的H+或OH-造成的），成为胶体的电位离子。

由于电位离子的静电引力，在其周围又吸附了大量的异号离子，形成了所谓的“双电层”。

这些异号离子，其中紧靠电位离子的部分被牢固的吸引着，当胶核运动时，它也随着一起胶核运动，形成固定的离子层，称为吸附层。

而其它的异号离子，距离电位离子较远，受到的引力较弱，不随胶核一起运动，并有向水中扩散的趋势，形成了扩散层。

吸附层与扩散层之间的交界面称为滑动面。

滑动面以内的部分称为胶粒，胶粒与扩散层之间有一个电位差，称为胶体的电动电位（ξ电位）。

而胶核表面的电位离子与溶液之间的电位差称为总电位（φ电位，电位离子和反离子形成的总电位。

）

11混凝的机理

一、双电层压缩

1、憎水性胶体:

当两个胶粒相互接近以当两个胶粒相互接近以至双电层发生重叠时，就产生静电斥力。

向溶液中投加电解质，溶液中离子浓度增加，扩散层的厚度将从图上的oa减小到ob。

加入的反离子与扩散层原有反离子之间的静电斥力将部分反离子挤压到吸附层中，从而使扩散层厚度减小。

由于扩散层厚度的减小，ξ电位相应降低，胶粒间的相互排斥力也减少。

由于扩散层减薄，颗粒相撞时的距离减少，相互间的吸引力变大。

颗粒间排斥力与吸引力的合力由斥力为主变为以引力为主，颗粒就能相互凝聚。

两个胶粒能否相互凝聚，取决于二者的总势能。

（DLVO理论）

根据DLVO理论，要使胶粒通过布朗运动相互碰撞聚集，需要降低其排斥势能，即降低或消除胶粒的ξ电位，在水中投加电解质即可达到此目的。

对于水中的负电荷胶体，投入的电解质——混凝剂应是正电荷或聚合离子，如Na+、Ca2+、Al3+等等，其作用是压缩胶体双电层——为保持胶为保持胶体电性中和所要求的扩散层厚度。

根据Schulze—Hardy法则：

浓度相同的电解质破坏胶体稳定性的效力随离子价数的增加而加大。

（高价电解质压缩胶体双电层的效果远比低价电解质有效。

）重新稳象定现象:

当混凝剂投量过多时，凝聚效果下降的现象。

原因：

胶体吸附电解质，表面电荷重新分布。

M+:

M2+:

M3+=1:

20-50:

1500-2500

2亲水性胶体：

水化作用是亲水性胶体聚集稳定性的主要原因。

亲水性胶体虽然也存在双电层结构，但ξ电位对胶体稳定性的影响远小于水化膜的影响。

二、吸附电中和机理

异号胶粒间相互吸引达到电中和而凝聚；大胶粒吸附许多小胶粒或异号离子，ξ电位降低，吸引力使同号胶粒相互靠近发生凝聚。

在水处理中，一般均投加高价电解质或聚合离子。

再稳现象：

过多投加多核络合离子，胶核的强烈吸附作用，使胶体重新带电（电荷异号），而出现的再稳现象。

三、吸附架桥机理吸附架桥作用是指链状高分子聚合物在静电引力、范德华力和氢键力等作用下，通过活性部位与胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥连的现象。

胶体再稳现象：

（1）高分子聚合物浓度较高时，对胶粒的包裹，产生“胶体保护”作用。

（2）胶粒较少时，高分子聚合物的缠绕作用；（3）长时间的剧烈搅拌

四、沉淀物网捕机理当采用硫酸铝、石灰或氯化铁等高价金属盐类作混凝剂时，当投加量很大形成大量的金属氢氧化物（如Al（OH）3、Fe（OH）3或带金属碳酸盐（CaCO3）沉淀时，可以网捕、卷扫水中的胶粒，水中的胶粒以这些沉淀为水中的胶粒以这些沉淀为核心产生沉淀。

这基本上是一种机械作用。

混凝剂最佳投加量与被除去物质的浓度成反比，胶粒越多，金属混凝剂投加量越少。

在混凝过程中，上述现象常不是单独存在的，往往同时存在，只是在一定情况下以某种现象为主。

对于混凝剂而言，在废水处理时：

（带负电胶体）

（1）普通电解质只有压缩双电层和吸附电中和作用；

（2）高分子物质

A、阳离子型（带正电荷）聚合电解质，具有电中和作用和吸附架桥功能。

B、非离子型（不带电荷）或阴离子型（带负电荷）聚合电解质，只能起吸附架桥作用。

12自然上浮与气浮的区别

自然上浮在重力作用下，利用颗粒污染物与水之间密度差，使其上浮至水面的过程称为“自然上浮”。

气浮在废水中以大量微小气泡作为载体，使废水中微细的疏水性悬浮颗粒粘附于气泡上，随气泡上浮到水面形成泡沫层而去除的过程。

13亲水性物质和疏水性物质是如何区别的？

接触角如何画？

一般规律：

疏水性颗粒易与气泡粘附，而亲水性颗粒难以与气泡粘附。

容易被水润湿的物质称为亲水性物质.难于被水润湿的物质称为疏水性物质。

在静止状态下，气、液、固三相接触达到平衡时，存在着：

气-液界面张力（rLG））气-固界面张力（rGS）固-液界面张力（rLS）（rLG）与（rLS）之间的夹角（对着液相），称为平衡接触角，用θ表示。

θ<90°亲水性物质;θ>90°疏水性物质。

14加压溶气气浮溶气的三种方式

三种溶气方式比较：

（1）与①相比，②、③两种方式溶气水量分别占总水量的30～35%和和10～20%；；节能；设备容积小，投资省。

（2）在相同能耗下，③水质好，溶气效果好；（3）混凝气浮时，③可避免对絮凝体的破坏。

（4）①、②悬浮物会堵塞溶气设备。

常用部分出水回流加压溶气浮.

15过滤的机理

（一）机械筛滤（截留）把滤料间的空隙看作把滤料间的空隙看作“筛子”，尺寸大于孔隙尺寸的悬浮颗粒被截留下来。

（二）重力沉淀悬浮颗粒靠重力作用沉淀在滤料的表面。

滤料层类似于层层叠起的多层沉淀池，巨大的沉淀面积（1m3粒径为0.5mm的滤料中约有400m2不受水力冲刷而可供SS沉降的有效面积），将细小的SS沉淀截留下来。

（三）接触吸附（凝聚）<重要>悬浮颗粒在布朗运动等作用下迁移扩散到滤料表面，在范德华力、静电引力、特殊化学吸附力等的作用下被滤料吸附。

16快滤池的结构

滤池的构造1、进水系统2、滤料层

3、承托垫层4、出水系统

5、反洗系统6、排污系统

二、滤料层

1、滤料层的作用

滤料层是滤池的核心部分。

作用：

提供滤料接触吸附的表面积；

17.物理吸附和化学吸附的区别与联系

18、吸附的机理。

依靠分子间作用力和化学键力的物理吸附和化学吸附都是吸附剂与吸附质分子之间的吸附，故统称为分子吸附。

如果吸附质的离子因静电引力或化学键力而聚集到吸附剂表面的带电点上，这种现象则称为离子吸附。

前面讨论过的离子交换就属于交换性的离子吸附，又称离子交换吸附。

19、离子交换的实质

离子交换的实质:

是不溶性的电解质（离子交换树脂）上的可交换离子与溶液中其他同性离子之间的交