《水污染控制技术》课程教案.docx

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《水污染控制技术》课程教案

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《水污染控制技术》课程教案

第一章 绪  论

第一节 水资源与水循环

一、水资源

世界1.4×1015m3   97.2%—咸水

 2.5～3%—淡水—0.5～0.8%能直接利用

中国2.8×1012m3    居世界第六位

人均2200m3        第100位以后   且分部不均

二、水循环

什么叫水循环：

是指自然界中的水通过蒸发、凝结、降水（雪）、渗透和径流等作用，无终止的往复循环过程。

⑴自然循环：

自然界中的水在太阳照射和地心引力等的影响下不停地流动和转化，通过降水、径流、渗透和蒸发等方式循环不止，构成水的自然循环，形成各种不同的水源的过程称为水的自然循环。

⑵社会循环：

人类为生存，从自然环境中大量取用天然水体中的水，作为维持生命活动的物质基础，又不断地通过新陈代谢把代谢物排泄到自然界中，如此周而复始。

使水在人类社会中构成的局部循环体系被称为社会循环。

第二节 水的性质

一、水的异常特性

⑴水的三态变化

固体—液体—气体（同时存在于自然界中）

⑵温度体积效应

   3.98℃时，密度最大为1.000g/㎝3, 结冰时体积膨胀

⑶热容量最大

   比热容、蒸发热、熔解热

⑷溶解及反应能力极强

   ①溶剂    ②化合反应……

⑸界面特性突出

   表面张力大

⑹有机物和生命物质中氢元素的来源

二、天然水中的杂质

⑴存在状态

   ①溶解物      ②胶体颗粒      ③悬浮物

   见P4表1-2、1-3

三、污水的来源与分类

污水：

是生活污水、工业废水、被污染的降水和流入排水管渠的其它污染水的总称。

水质污染：

是指人为造成河流、湖泊、海洋等自然状态的水，在水的物理、化学、生物等方面发生变化，使水的利用受到妨碍的现象。

⑴污水的来源

①生活污水 ②工业废水 ③降水

⑵工业废水的分类

①按工业废水的污染物性质和危害分类

a.    生产废水

b.    工业冷却水

②按工业废水中所含污染物分类

c.    含无机污染污水

d.    含有机污染物的污水

e.    既含有机污染物又含无机污染物的污水

③按耗氧和含有毒指标分类

f.    无机污水

无机无毒、  无机有毒

g.    有机污水

有机无毒、有机有毒、有机耗氧

④按主体污染物与采取治理方法结合分类

h.    含悬浮物和含油

i.    含无机污染物

j.    含有机污染物

k.    冷却用水                  思考题：

P3、P6

四、污水的水质指标

水质：

指水与水中杂质共同表现的综合特征。

水质指标：

水中杂质具体衡量的尺度称为水质指标。

⑴化学需氧量（COD）

化学需氧量,是指在一定条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消耗氧化剂的量，以氧的毫克/升来表示。

CODCr 单位：

mg/L

⑵生化需氧量（BOD）

   生化需氧量，是指在有氧的条件下，由于微生物的作用，水中能分解的有机物质完全氧化分解时所消耗溶解氧的量，以氧的毫克/升来表示。

BOD5   单位：

mg/l

⑶悬浮物（SS）

   悬浮物（SS），是指不能通过过滤器（滤纸或滤膜）的固体物质。

单位：

mg/l

⑷总需氧量（TOD）

总需氧量：

有机物中含有的C、H、N、S等元素全部被氧化为CO2、H2O、NO2和SO2，此时的需氧量称为总需氧量。

⑸总有机碳（TOC）

   总有机碳：

表示水中有有机污染物的总含碳量，是评价水中有机污染物质的一个综合参数。

单位：

mg/l

⑹有机氮

   有机氮：

是反映水中蛋白质、氨基酸、尿素等含氮有机物总量的一个指标。

有机氮在有氧的条件下进行生物氧化逐步分解为：

NH3 NH4+、 NO2-、  NO3-

氨氮 亚硝酸氮  硝酸氮

   总氮（TN）

⑺PH值

   PH值，是指示水酸碱性的重要指标，在数值上等于氢离子浓度的负对数。

⑻有毒物质

   有毒物质，是指污水中达到一定浓度后，能够危害人体健康、危害水体中的水生生物或影响污水的生物处理的物质。

⑼细菌总数

   细菌总数，是指1mL水中所含有的各种细菌的总数，是反映水体所受细菌污染程度的指标。

⑽大肠菌数

   大肠菌数，是指1L水中所含大肠菌个数，生物污染指标。

⑾溶解氧（DO）

   溶解氧，是指溶解在水中的游离氧。

单位：

O2mg/L

⑿温度

   常用的物理指标。

⒀色度

   是一种通过感官来观察污水颜色深浅的程度。

⒁浊度

由于水中含有泥土、粉砂、微细有机物、无机物等悬浮物和胶体物质而使水体变得混浊的程度。

⒂电导率（K）

   电导率：

电导是电阻的倒数，单位距离上的电导称为电导率。

电导率表示水中电离物质的总数，间接地表示水中溶解盐的含量。

五、水质标准

简单介绍以后工作中陆续了解

第三节 水体污染与自净

一、水体污染

水体：

是指地表被水覆盖的自然综合体。

水体不仅包括水，而且也包括水中的悬浮物、底泥及水中生物等。

水体污染：

是指排入水体的污染物在数量上超过了该物质在水体中本底含量和         水体环境容量，从而导致了水体的物理特征和化学特征发生不良变化，破坏了水中固有的生态系统，破坏了水体的功能及其在经济发展和人民生活中的作用。

水体中的污染物按其种类和性质一般可分为四类（简单介绍）

⑴无机无毒物

①颗粒状的污染杂质

②酸、碱、无机盐

③氮、磷等植物营养物质

⑵无机有毒物

①氰化物（CN）

②砷（As）

③汞（Hg）

④镉（Cd）

⑤铬（Cr）

⑶有机无毒物（需氧有机物）

   蛋白质、脂肪

⑷有机有毒物

①有机氯化物

多氯联苯、有机氯农药

②酚

③多环有机化合物

3，4-苯并芘、 1，2-苯并蒽

⑸石油及其他污染

①石油类污染物

②放射性污染

③热污染

介绍几个世界性公害

思考题：

P11⑴、⑵

二、水体的自然净化

水体的自然净化是指水体能够在其环境容量的范围以内，经过物理、化学和生物的作用，使排入水体的污染物质的浓度，随着时间的推移、流动的过程中自然降低，这就是水体是自然净化作用。

⑴物理净化

   物理净化作用，是指污染物质由于稀释、混合、沉淀等作用而使水体污染物质浓度降低的过程。

⑵化学净化

化学净化作用，是指污染物质由于中和、氧化、还原、分解等作用而使水体污染物质浓度降低的过程。

⑶生物净化

   生物净化作用，是指由于水中生物活动，尤其是水中微生物对有机物的氧化分               解作用而引起的污染物质浓度降低的过程。

以河流自净为例，讲述水体自然净化过程。

（见教材）P17

第四节 污水处理技术

一、一般处理原则（略）

二、污水处理方法的分类

⑴物理处理法

物理处理法，是通过物理作用，以分离、回收废水中不溶解的呈悬浮状态污染物质的方法。

⑵化学处理法

化学处理法，是通过化学反应和传质作用来分离、去除废水中呈溶解、胶体状态的污染物质或将其转化为无害物质的污水处理法。

⑶生物处理法

生物处理法，是通过微生物的代谢作用，使废水中呈溶解、胶体以及微细悬浮状态的有机性污染物转化为稳定、无害的物质的污水处理方法。

①好氧生物处理法

好氧生物处理法，是好氧微生物在有氧条件下将复杂的有机物分解成CO2、H2O和NH3等，   并以释放出的能量来完成其机体的功能，如：

繁殖、增长和运动等。

②厌氧生物处理法

厌氧生物处理法，是厌氧微生物在无氧条件下将高浓度有机废水或污泥中的有机物分解，最后产生甲烷和CO2等气体。

三、污水处理的分级

⑴污水一级处理

   污水一级处理，是去除废水中的漂浮物和部分悬浮状态的污染物质，调节废水               的PH值、减轻废水的腐化程度和后续处理工艺负荷的方法。

①筛选法

筛选法是分离污水中呈悬浮状态污染物的方法。

常用设备：

格栅、筛网

②沉淀法

沉淀法是通过重力沉降分离废水中呈悬浮状态污染物质的方法。

主要构筑物：

沉砂池、沉淀池。

③上浮法

上浮法用于去除污水中相对密度小于1的污染物，或通过投加药剂加压溶气等措施去除相对密度稍大于1的污染物质。

④预曝气法

预曝气法的作用，是产生自然或生物絮凝作用，使污水中是微小颗粒变大，以便于沉淀分离；氧化废水中的还原性物质；吹脱废水中的挥发物；减轻污水的腐化提高污水稳定度。

⑵污水二级处理

污水二级处理：

去除废水中呈胶体和溶解状态的有机物的方法。

①活性污泥法

以污水中有机物为底物，在有氧条件下，对各种微生物群体进行培养形成活性污泥，利用这种活性污泥在废水中凝聚、吸附、氧化、分解和沉淀等作用过程，去除废水中有机污染物，从而得到净化的废水处理方法。

②生物膜法

生物膜法是使废水通过生长在固定支承物表面的生物膜，利用生物氧化作用和各相之间的物质交换、降解废水中有机污染物的方法。

⑶三级处理

   污水深度处理、高级处理

   三级处理是为进一步去除二级处理未能去除的污染物质，其中包括微生物未能降解的有机物或氮、磷等可溶无机物的方法。

①除磷

a.化学除磷 b.生物除磷

②除氮

a.生物硝化-反硝化法

③有机污染物的去除

a.活性炭吸附  b.臭氧-活性炭

④溶解性无机物的去除

a.离子交换       b.电渗析       c.反渗透

⑤病毒的去除

臭氧、二氧化氯、次氯酸钠、氯气

见表1-5常用污水处理方法

思考题：

P22⑴、⑵

第二章 污水的物理处理

物理处理法：

借助于物理作用分离和去除污水中不溶性悬浮物体或固体的方法叫物理处理法。

第一节 均衡和调节

⑴为什么在污水处理前设置调节池对污水的水质、流量进行均衡和调节？

见P24

⑵什么叫调节池：

调节水量和水质的构筑物称为调节池。

一、水质调节

⑴外加动力调节

                                 外加动力：

鼓风空气搅拌、叶轮搅拌、

水泵循环.

⑵采用差流方式调节

   强制调节，使同时间和不同浓度的污水进行水质自身混合。

①对角线调节池

特点：

出水槽对角设置。

污水由左右两侧进入池内，经过一定的时间的混合才流到出水槽，使出水槽中的混合污水不同时间内流出，这种不同时间不同浓度的污水进入池为自动调节均质。

②折流调节池

二、水量调节

⑴线内调节池

调节时间一般6h

⑵线外调节池

第二节 筛选

筛选：

是指去除污水中粗大的悬浮物和杂物，以保护后续处理设施能正常运行的一种预处理方法。

一、格栅

格栅：

是一种最简单的过滤设备，由平行的金属条和金属棒构成，用来截留污水中粗大的悬浮物和漂浮物.

格栅栅条间隙：

粗格栅       中格栅        细格栅

50～100㎜     10～40㎜     3～10㎜

废水通过格栅的流速一般不小于0.8～1.0m/s

（一）格栅的分类

1.在应用中分类

⑴固定格栅

⑵活动格栅

2.根据清洗方法分类

⑴人工清渣格栅

⑵机械清渣格栅

二、筛网

筛网：

筛滤的构件由金属丝织物、或化学纤维构成，用于去除格栅难于去除的悬浮状的细小纤维等杂物。

⑴转筒式筛网       见P30页     图2-10

⑵水力回转筛网     见P30页     图2-11 

⑶振动筛网         见P30页     图2-12 

三、筛余物的处置

填埋、焚烧、或同城市垃圾一起处理

复习思考题：

P31 ⑴

四、格栅的设计计算

1.设计参数

   ⑴栅渣量计算

①格栅间隙16～25㎜  0.10～0.05m3/103m3（栅渣/污水）

②格栅间隙30～50㎜  0.03～0.01m3/103m3（栅渣/污水）

 每日栅渣量大于0.2m3，一般采用机械清渣

   ⑵过栅流速一般采用0.6～1.0m/s

   ⑶格栅前渠道内的水流速度一般采用0.4～0.9m/s

   ⑷格栅倾角一般采用45°～75°

  ⑸通过格栅的水头损失一般采用0.08～0.15m

  ⑹格栅间工作台台面应高出栅前最高设计水位0.5m

  ⑺工作台两侧过道宽度不应小于0.7m，工作台正面宽度1.2～1.5m

  ⑻动力装置宜设在室内，设通风设施

2.格栅的计算尺寸图

第二节 沉淀与上浮

沉淀：

水中悬浮颗粒依靠重力作用，从水中分离出来的过程称为沉淀.

上浮：

当悬浮物的密度小于水时，上浮至水面形成浮渣（油）的过程称上浮.

一、沉淀基本理论

⑴沉淀基本类型  P31 根据教材分析理解沉淀的四种类型

①自由沉淀

水中的悬浮物固体浓度不高，不具有凝聚的性能，也不互相干扰，其尺寸、形状、密度等均不改变，下沉速度恒定。

②絮凝沉淀

当水中悬浮物浓度不高，但有絮凝性时，在沉淀过程中，颗粒互相凝聚，其颗径和质量增大，沉淀速度加快。

③拥挤沉淀（也称集团沉淀、分层沉淀、成层沉淀）

当悬浮物浓度高时，每个颗粒下沉都受到周围其他颗粒的干扰，颗粒互相牵扯形成网状的“絮毯”整体下沉，在颗粒群与澄清水之间存在明显的界面。

④压缩沉淀

当悬浮物浓度很高，颗粒互相接触，互相支承时，在上层颗粒的作用下，下层颗粒间的水被挤出，污泥层被压缩。

⑵沉淀池沉淀效果分析

理想沉淀池的假定条件：

1.从入口到出口，池内污水按水平方向流动，颗粒分布均匀，水平流速为等速流动。

2.悬浮颗粒沿整个水深均匀分布，处于自由沉淀状态，颗粒的水平分速等于水平流速沉淀速度固定不变。

3.颗粒沉到池底即认为被除去。

沉淀池包括四部分：

流入区、流出区、沉淀区、污泥区

某一颗粒运动轨迹的斜率为：

u/υ       ⑴

υ—颗粒水平分速

 u—颗粒沉速

沉于池底的颗粒水平径流时间和垂直沉降时间相同，即：

                 f=L/υ=H/u        ⑵

设污水处理水量为Q（m3/h），B为沉淀池宽度，沉淀池面积为：

                 A=B·L（㎡）       ⑶

沉淀池的容积为：

                V=Q·t=HBL         ⑷  

通过沉淀池的流量为：

     Q=V/t=HBL/t=（H/t）·BL      ⑸

因为  H=u·t,u=H/t,A=LB     ⑹

因此   Q=A·u                       ⑺

可写成 Q/A =u=q

Q/A的物理意义：

在单位时间内通过沉淀池单位表面积的流量，称表面负荷。

                 以q表示。

单位m3/（㎡·h）或m3/（㎡·s），m/h或m/s。

沉淀池的沉淀率仅与颗粒沉速或沉淀池的表面负荷有关。

⑶沉淀基本原理

斯托克斯公式：

u=g/18μ（ρg–ρy）d2

式中：

 u—颗粒是沉浮速度，㎝/s

           g—重力加速度，㎝/s2

           ρg— 颗粒密度，g/㎝3

           ρy— 液体密度，g/㎝2

           d— 颗粒直径，㎝

μ— 污水的动力粘滞系数，g/（㎝·s）

ρg>ρy时，u正值，颗粒下沉

           ρg<ρy时，u负值，颗粒上浮

ρg=ρy时，u为零，颗粒不沉不上浮

u与颗粒直径d的平方成正比，d增加，沉淀效率提高，μ与u成反比。

⑷沉淀的应用

污水处理系统的主要处理工艺，污水处理效果取决于沉淀池。

二、沉淀池

⑴沉淀池的类型

①按工艺布置不同分为：

初次沉淀池和二次沉淀池

②按池内水流方向分为：

平流沉淀池、辐流沉淀池和竖流沉淀池三种

思考题：

P46 ⑴、⑵、⑶

⑵沉砂池

沉砂池，是利用重力沉淀的方法除去污水中所挟带的泥砂，以免造成后续工序         设备运行故障的构筑物。

去除砂粒的粒径 >0.2㎜

水平流速 0.15～0.3m/s

分格数n >2

⑶平流式沉淀池

①平流沉淀池的构造

②组成

a.进水区    b.沉淀区     c.出水区      d.存泥区

③排泥方法

a.静水压力排泥

b.机械排泥（见P37图2-22）

设计参数：

档板高出水面0.15～0.2m，伸入水下不小于0.2m

         有效高度：

3.0～4.0m

         长宽比不小于4：

1

         长深比不小于10：

1

         水平流速：

10～25㎜/s

         停留时间：

1.0～3.0h

         表面负荷：

初沉池1.5～3.0m3/㎡·h,二沉池1～2m3/㎡·h

④平流式沉淀池的计算

a.    沉淀区的计算            去除颗粒的沉速

（a）      有效水深：

 h2=q·t

q—表面负荷，初沉池1.5～3.0m3/㎡·h,二沉池1～2m3/㎡·h

t—污水沉淀时间，初沉池1～2h,二沉池1.5～2.5h

沉淀区有效水深一般为2.0～4.0m

（b）      总面积：

 A=Qmax/q

Qmax—最大设计流量，m3/h

q— 表面负荷

（c）      有效容积：

 V1=A·h2=Qmax·t

（d）      沉淀区长度:

  L=3.6υ·t

    υ—最大设计流量时的平均流速，㎜/s.一般不大于5㎜/s

（e）      沉淀区宽度：

 B=A/L

（f）      沉淀池座数或分格数：

 m=B/b

b—每座或每格的宽度，一般为5～10m

b.    污泥区的计算

污泥量：

 W={[24Qmax（CO-C1）×100]/r（100-ρo）}·t

CO、C1—原水与沉淀出水的悬浮物浓度，kg/m3

ρo — 污泥含水率%，一般95～97%

r— 污泥容积密度，kg/m3.  取1000kg/m3

t— 两次排泥时间间隔.

c.    沉淀池的高度

        H=h1+h2+h3+h4

h1—超高，0.3m

h2—沉淀区高度，m

h3—缓冲区高度，0.3～0.5m

h4—污泥区高度，m

[例2-2]：

题见P39

解：

1.设计参数的确定

沉淀池的去除率为

η=[（250—50）/250]×100%=80%

由η=80%，查沉淀曲线，应去除的最小颗粒沉速为0.4㎜/s（1.44m/h）即表面负荷q=1.44m3/㎡·h，沉淀时间t=65min。

为使设计留有余地，对表面负荷除以1.5及沉淀时间乘1.75的系数。

则设计表面负荷为

qo=q/1.5=1.44/1.5=0.96[m3/（㎡·h）]

由于qo=uo,所以

uo=0.96（m/h）=0.27（㎜/s）

设计沉淀时间to=1.75t=1.75×65=113.75（min）=1.9h

设计污水水量

Qmax=100000/24×60×60=1.157（m3/s）=4166.7（m3/h）

2.沉淀区各部尺寸

总有效沉淀面积

 A=Qmax/qo=4166.7/0.96=4340.3（㎡）

采用20座沉淀池，每池表面积A1=4340.3/20=217㎡，每池处理量为Q1=4166.7/20=208.3m3/h，则沉淀池有效水深为

   h2=V1/A1=Q1·t/A1=208.3×1.9/217=1.82（m）

每个池宽取6m,则池长为

   L=A1/b=217/6=36.17（m） 取36.0m

长宽比核算：

36.0/6=6/1>4：

1  合格

3.污泥区尺寸

每日污泥产生量

W＝{[24Qmax（CO-C1）×100]/r（100-ρo）}·t

＝＝666.7（m3）

每座沉淀池的污泥量

W1=666.7/20=33.3m3

污泥区高度   h4=2800tg45°=2.8（m）

污泥斗体积   V =1/3h4（A１+A２+）

  =1/3×2.8（36+0.16+）

=36（m3）>33.3（m3）

即每座污泥斗可贮存1d的污泥量，设2个污泥斗，可容纳2d污泥量。

沉淀池总高度（用刮泥机，缓冲区h3=0.6m）

    H=h1+h2+h3+h4=0.3+1.82+0.62+0.6++2.8=5.52（m）

设流入口至档板距离0.5m,流出口至档板距离0.3m，则沉淀池总长度

L=0.5+0.3+36=36.8（m）

平流池计算草图见P40图2-24

⑷竖流式沉淀池

①构造及特征

②优点：

排泥容易、不需刮泥设备、便于管理

③缺点：

池深大、施工难、造价高、容易小、水流分布不易均匀

④设计参数：

贮池斗倾角：

45～60°

         池直径：

不大于7m

         排泥管直径：

不小于200㎜

静水排泥压力：

1.5～2.0m

档渣板：

距池壁0.4～0.5m,伸入水中0.25～0.3m

        伸出水面0.1～0.2m

上升流速：

0.5～1.0㎜/s

沉淀时间：

1～1.5h

中心管流速：

 不大于100㎜/s、不大于30㎜/s.

反射板距喇叭口：

0.25～0.5m

缓冲层：

0.3～0.5m

超高：

 0.5m

⑸辐流式沉淀池

①构造与特征

构造：

见P42图2-26介绍

特征：

污水流速由大向小变化

⑹斜板斜管沉淀池

①原理：

增加沉淀面积，降低沉淀高度，提高沉淀效率

②构造

三、隔油池

油类在水中的存在形式：

（重点介绍）

①浮油：

油珠粒径较大，大于100μm，易于浮于水面形成油膜或油层。

②分散油：

油珠粒径为10～100μm，悬浮于水中不稳定，静止一定时间后可上浮。

③乳化油：

粒径小于10μm，一般0.1～2μm，固水中表有表面活性剂，使油珠成为稳定的乳化状态。

④溶解油：

粒径几μm，是溶于水中的油微粒。

重力分离法：

是一种利用油水的密度差进行分离的方法，去除60μm以上的油粒

⑴平流式隔油池

⑵斜板隔油池

 思考题：

P46 ⑴～⑸.

第四节 过滤

什么叫过滤：

过滤的利用过滤材料分离污水中悬浮和胶体杂质的一种技术。

什么叫滤池：

完成过滤工艺的处理构筑物称为滤池。

常用于污水的深度处理

一、过滤理论

⑴迁移机理

⑵附着机理

⑶脱落机理 可简单介绍（课后阅读）

⑷滤池的滤作用

①机械隔滤作用（画出滤料层局部示意图讲解）

滤料层是大小不同的滤料颗粒组成，其间有很多孔隙，好象一个“筛子”，当废水通过滤料时，比孔隙大的悬浮物颗粒首先被截流在孔