水污染控制工程授课教案.doc

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《水污染控制工程》授课教案

目录

第一章污水水质和污水出路 1

1.1污水质 1

2.2污染物在水体环境中的迁移与转化 2

2.3污水出路 4

第二章污水的物理处理 4

2.1格栅和筛网 5

2.2沉淀的基础理论 6

2.3沉砂池 9

2.4沉淀池 12

2.5调节池 16

2.6隔油和破乳 17

2.7浮上法 18

2.8 过滤 23

第三章污水的化学处理 29

3.1化学混凝法 29

3.2中和法 31

3.3化学沉淀法 32

3.4氧化还原法 32

第四章污水的物理化学法处理 32

4.1吸附法 32

4.2离子交换法 34

4.3萃取法 35

4.4膜析法 36

第五章废水处理的基本概念和生化反应动力学 38

5.1 废水的好氧生物处理和厌氧生物处理 38

5.2微生物的生长规律和生长环境 41

5.3反应速度和反应级数 42

5.4 米歇里斯-门坦方程式 44

5.5 莫诺特方程式 45

5.6 废水生物处理工程的基本数学式 46

第六章稳定塘和污水的土地处理 47

6.1稳定塘 48

6.2污水土地处理 52

第七章污水的好氧生物处理

（二）——生物膜法 52

7.1 生物滤池 53

7.2 生物转盘 61

7.3生物接触氧化 63

7.4生物流化床 64

第八章污水的好氧生物处理

（二）——活性污泥法 66

8.1基本概念 66

8.2活性污泥法的设计计算 68

8.3活性污泥法的发展和演变 71

8.4活性污泥法的设计计算 73

8.5活性污泥法系统设计和运行中的一些重要问题 82

8.6二沉池 85

第九章污水的厌氧生物处理 86

9.1厌氧生物处理的基本原理 86

9.2污水的厌氧生物处理方法 86

9.3厌氧生物处理法的设计 87

9.4厌氧和好氧技术的联合 87

第十章城市污水的深度处理 88

10.1氮、磷的去除 88

10.2城市污水的三级处理 94

第十一章污泥的处理和处置 94

11.1污泥的来源、性质和数量 94

11.2污泥的处置及其前处理 97

11.3污泥浓缩 98

11.4污泥的稳定 99

11.5污泥的调理 100

11.6污泥脱水 101

11.7污泥的干燥与焚化 102

11.8污泥的管道输送 103

第十二章污水处理厂的设计 103

12.1厂址选择 103

12.2厂、站处理方法和流程的选择 104

12.3污水厂的平面布置 104

12.4污水处理厂的高程布置 104

108

《水污染控制工程》授课教案

上部：

水处理技术I

第一章污水水质和污水出路

学时分配：

2学时

本章教学要点：

重点在于要求学生掌握水体自净作用的定义、机理，了解污水回用领域及水质要求。

教学内容：

1.1污水质

污水水质通用三大类指标：

一、物理性指标：

1、温度：

工业废水常引起水体热污染。

2、色度：

感官性指标，水的色度来源于金属化合物和有机化合物。

3、嗅和味：

感官性指标，水的异臭来源于还原性硫和氮的化合物、挥发性有机物和氯气等污染物质。

4、固体物质：

溶解物质和悬浮固体物质。

二、化学性指标：

1、有机物：

（1）生化需氧量（BOD）：

biologicaloxygendemand，在规定条件下的微生物氧化分解污水或受污染的天然水样中有机物所需要的氧量（20℃，5d）。

反映了在有氧的条件下，水中可生物降解的有机物的量主要污染特性（以mg/L为单位）。

有机污染物被好氧微生物氧化分解的过程，一般可分为两个阶段：

第一个阶段主要是有机物被转化成二氧化碳、水和氨；第二阶段主要是氨被转化为亚硝酸盐和硝酸盐。

污水的生化需氧量通常只指第一阶段有机物生物氧化所需的氧量，全部生物氧化需要20~100d完成。

实际中，常以5d作为测定生化需氧量的标准时间，称5日生化需氧量（BOD5）；通常以20℃为测定的标准温度。

（2）化学需氧量（COD）：

chemicaloxygendemand，用化学方法氧化分解废水水样中有机物过程中所消耗的氧化剂量折合成氧量（O2）（mg/L）。

常用的氧化剂主要是重铬酸钾K2Cr2O7（称CODCr）和高锰酸钾KMnO4（称CODMn或OC）。

酸性条件下，硫酸银作为催化剂，氧化性最强。

废水中无机的还原性物质同样被氧化。

如果废水中有机物的组成相对稳定，则化学需氧量和生化需氧量之间应有一定的比例关系：

生活污水通常在0.4~0.5。

（3）总有机碳（TOC）和总需氧量（TOD）

TOC:

totalorganismcarbon，在950℃高温下，以铂作为催化剂，使水样气化燃烧，然后测定气体中的CO2含量，从而确定水样中碳元素总量。

测定中应该去除无机碳的含量。

TOD:

totaloxygendemand，在900~950℃高温下，将污水中能被氧化的物质（主要是有机物，包括难分解的有机物及部分无机还原物质），燃烧氧化成稳定的氧化物后，测量载气中氧的减少量，称为总需氧量（TOD）。

TOD测定方便而快速。

各种水质之间TOC或TOD与BOD不存在固定的相关关系。

在水质条件基本不变的条件下，BOD与TOC或TOD之间存在一定的相关关系。

（4）油类污染物

石油类：

来源于工业含油污水。

动植物油脂：

产生于人的生活过程和食品工业。

油类污染物进入水体后影响水生生物的生长、降低水体的资源价值。

油膜覆盖水面阻碍水的蒸发，影响大气和水体的热交换。

油类污染物进入海洋，改变海水的反射率和减少进入海洋表层的日光辐射，对局部地区的水文气象条件可能产生一定影响。

大面积油膜将阻碍大气中的氧进入水体，从而降低水体的自净能力。

石油污染对幼鱼和鱼卵的危害很大，堵塞鱼的鳃部，能使鱼虾类产生石油臭味，降低水产品的食用价值。

破坏风景区，危害鸟类生活。

（5）酚类污染物

酚污染来源：

煤气、焦化、石油化工、木材加工、合成树脂等工业废水。

原生质毒物，可使蛋白质凝固，引起神经系统中毒。

酚浓度低时，能影响鱼类的洄游繁殖。

酚浓度达0.1～0.2mg/L时，鱼肉有酚味。

酚浓度高会引起鱼类大量死亡，甚至绝迹。

酚的毒性可抑制水中微生物的自然生长速度，有时甚至使其停止生长。

酚能与饮用水消毒氯产生氯酚，具有强烈异臭（0.001mg/L即有异味，排放标准0.5mg/L）。

灌溉用水酚浓度超过5mg/L时,农作物减产甚至枯死。

2、无机性指标

（1）植物营养元素：

过多的氮、磷进入天然水体，易导致富营养化，使水生植物尤其是藻类大量繁殖，造成水中溶解氧急剧变化，影响鱼类生存，并可能使某些湖泊由贫营养湖发展

为沼泽和干地。

（2）pH和碱度：

一般要求处理后污水的pH在6～9之间。

当天然水体遭受酸碱污染时，pH发生变化，消灭或抑制水体中生物的生长，妨碍水体自净，还可腐蚀船舶。

碱度指水中能与强酸定量作用的物质总量，按离子状态可分为三类：

氢氧化物碱度；碳酸盐碱度；重碳酸盐碱度。

（3）重金属：

作为微量金属元素。

重金属的主要危害：

生物毒性，抑制微生物生长，使蛋白质凝固;逐级富集至人体，影响人体健康。

三、生物性指标

（1）细菌总数：

水中细菌总数反映了水体有机污染程度和受细菌污染的程度。

常以细菌个数/mL计。

饮用水：

<100个/mL，医院排水：

<500个/mL。

（2）大肠菌群：

大肠菌群的值可表明水样被粪便污染的程度，间接表明有肠道病菌存在的可能性。

常以大肠菌群数/L计。

饮用水：

<3个/L，城市排水：

<10000个/L。

来源及危害：

来源：

生活污水：

肠道传染病、肝炎病毒、SARS、寄生虫卵等；制革屠宰等工业废水：

炭疽杆菌、钩端螺旋体等；医院污水：

各种病原体。

危害：

传播疾病，影响卫生，导致水体缺氧。

1.2污染物在水体环境中的迁移与转化

一、水体的自净作用

河流的自净作用是指河水中的污染物质在河水向下游流动中浓度自然降低的现象。

根据净化机制分为三类：

（1）物理净化：

稀释、扩散、沉淀

（2）化学净化：

氧化、还原、分解

（3）生物净化：

水中微生物对有机物的氧化分解作用

1、污水排入河流的混合过程

（1）竖向混合阶段：

污染物排入河流后因分子扩散、湍流扩散、弥散作用逐步向河水中分散，由于一般河流的深度与宽度相比较小，所以首先在深度方向上达到浓度分布均匀，从排放口到深度上达到浓度分布均匀的阶段称为竖向混合阶段，同时也存在横向混合作用。

（2）横向混合阶段：

当深度上达到浓度分布均匀后，在横向上还存在混合过程。

经过一定距离后污染物在整个横断面上达到浓度分布均匀，这一过程称为横向混合阶段。

（3）断面充分混合后阶段：

在横向混合阶段后，污染物浓度在横断面上处处相等。

河水向下游流动的过程中，持久性污染物的浓度将不再变化，非持久性污染物浓度将不断减少。

2、持久污染物的稀释扩散

当持久性污染物随污水稳态排入河流后，经过混合过程达到充分混合阶段时，污染物浓度可由质量守恒原理得出河流完全混合模式：

式中：

ρ——排放口下游河水的污染物浓度；

ρw，qvw——污水的污染物浓度和流量；

ρh，qvh——上游河水的污染物浓度和流量。

3、非持久性污染物的稀释扩散和降解

河断面达到充分混合后，污染物浓度受到纵向分散作用和污染物的自身分解作用不断减小。

根据质量守恒原理，其变化过程可用下式描述：

式中：

u——河水流速；

x——初始点至下游x断面处的距离；

Mx——纵向分散系数；

K——污染物分解速度常数；

ρ0——初始点的污染物浓度；

4、氧垂曲线

水体受到污染后，水体中溶解氧逐渐被消耗，到临界点后又逐步回升的变化过程，称氧垂曲线。

有机物降解：

氧垂曲线的求解：

某点处的氧不足量变化速率是该处耗氧速率和复氧速率之和：

求解得某点的亏氧量：

某点的溶解氧：

ρc=ρcs-ρD

到达最缺氧点时间dρD/dt=0：

二、污染物在不同水体中的迁移转化规律

污染物在河流中的扩散和分解受到河流的流量、流速、水深等因素的影响。

河口是指河流进入海洋前的感潮河段。

河口污染物的迁移转化受潮汐影响，受涨潮、落潮、平潮时的水位、流向和流速的影响。

湖泊水库的贮水量大，但水流一般比较慢，污染物的稀释、扩散能力较弱。

海洋虽有巨大的自净能力，但是海湾或海域局部的纳污和自净能力差别很大。

污染物在地下水中的迁移转化受多种因素影响，地下水一旦污染，要恢复原状非常困难。

2.3污水出路

污水的最终出路：

排放水体；工农业利用；地下水回灌。

一、污水排放水体的限制

污水综合排放标准GB8978—1996；城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918—2002；地表水环境质量标准GB3838—2002；海洋水质量标准GB3097。

二、污水回用应满足的要求

污水回用应满足的要求：

对人体健康不应产生不良影响；对环境质量和生态系统不应产生不良影响；对产品质量不应产生不良影响；应符合应用对象对水质的要求或标准；应为使用者和公众所接受；回用系统在技术上可行，操作简便；价格应比自来水低廉。

城市污水回用的几个方面：

1、城市生活用水和市政用水：

（1）供水

（2）城市绿地灌溉

（3）市政与建筑用水

（4）城市景观

2、农业、林业、渔业和畜牧业

3、