1、水处理工程清华1水处理工程第一篇 水与废水物化处理的原理与工艺( 讲义)黄霞清华大学环境科学与工程系（2003年7）主要参考书：(1) 顾夏声等：水处理工程第一版，清华大学出版社，1985(2) 严煦世、范瑾初编著：给水工程第四版，中国建筑工业出版社，1999(3) 张自杰等编著：排水工程第四版，中国建筑工业出版社，2000(4) George Tchobanoglous, Franklin L. Burton and H. David Stensel: Wastewater Engineering, treatment disposal and reuse, Fourth edition,
2、Metcalf & Eddy, Inc.,（清华大学出版社影印，2002年8月）(5) Ronald L. Droste: Theory and Practice of Water and Wastewater Treatment, John Wiley & Sons, Inc., 1997(6) 环境工程手册之水污染防治卷，张自杰等，高等教育出版社，1996第一章 绪论第1节 水资源循环与特点一、中国水资源特点1. 人均占有量少淡水总量在全世界占第6位。但人均占有量只有2340m3/人年（以12亿人口计），世界平均水准的1/4，占88位。2. 空间分布不均81的水资源分布在长江流域及其以南东
3、南地区降水量可达1600mm，造成涝灾西北地区降水只有500mm，少的地区不到200mm 3. 年内及年际变化大6080降水集中在夏季，7，8，9月；年际变化差36倍（大时）4. 许多地区缺水严重三北（西北、华北、东北）和沿海（青岛、大连）在640个城市中，300多个城市缺水。二、水资源的自然循环与社会循环三、水处理工程的任务给水工程：取水给水处理配水 针对不同的水源水水质，经处理后满足工农业和生活的对水质与水量的要求。排水工程：废水收集（来源于生活、工业和农业）废水处理排放或回用第2节 水污染现状及来源一、水污染现状污水处理率低：污水排放排放量接近400亿m3。 工业废水处理率约80，达标排
4、放的只有60 城市污水处理率1590以上的城市水域受到污染，特别严重的水系：三河：淮河、海河、辽河湖泊富营养化严重：滇池、巢湖（安徽）、太湖（江苏）50左右地下水水质受到污染50以上的重点城镇饮用水源不符合标准二、水污染来源1工业污染源 2. 生活污染源3. 养殖业4. 面污染源： 三、 污染物性质与水质指标1 污染物性质 按化学物质分：有机物 无机物 按物理形态大小分：悬浮物 胶体 溶解性 2废水水质指标1)物理性质：色，温度，SS2)化学性质：pH、有机物、溶解性固体、有毒物、N、P有机物：综合指标：BOD、COD、TOD（总需氧量） 单项指标3)生物学指标：细菌总数、大肠菌数四、 水污染
5、原因1人口增加和经济增长的压力： 2粗放型发展模式3. 面源污染严重4污水处理率偏低，大量污水直接排放5环境意识淡薄、环境管理薄弱、环境执法力度不够6. 排污收费等经济政策未能起到对治污的刺激作用7. 历史欠帐太多，资金投入严重不足五、水污染防止战略对策与保障措施战略对策：1加快城市废水处理厂的建设步伐，实施废水资源化2尽快实现从末端治理向源头控制的的战略转移，大力推行清洁生产3从单纯的点污染源治理转向点源、内源和面源的流域综合综合治理4切实保护饮用水源地，提高饮用水安全性保障措施：1.严格以法治水，制定并实施有效的法律、规章、制度2.完善水的管理体系，改变“多龙管水”的现象3.加大水污染治理
6、投资4.采取有利于水污染防治的经济政策第3节水质标准一、 饮用水卫生标准回顾历史，改善的方向：注重水的外观、预防传染病去除重金属去除微量有机物-内分泌紊乱物质。有关的内分泌紊乱物质的提出始于90年代初野生动物学者的会议上。96年美国开始食品、饮用水中内分泌紊乱物的筛控方法研究。然后欧洲经济协力开发组织开始研究。97年日本，定出被怀疑的物质67, 包括：（1）杀虫剂、除草剂，45种；（2）工业原料，有机氯化合物；（3）副产物，如二恶英。国际上： 有现代意义的饮用水标准是在本世纪初在美国出现 公共卫生署饮用水水质标准1914年，只针对细菌数量 由此大大减少了伤寒病死亡的人数。 到1962年期间，有
7、过修订，但主要是针对化学物质、生物学指标和感官指标 1974年通过了安全饮用水法（Safe drinking water act）， 1975年颁布了国家暂行饮用水基本规则（National Interim primary drinking water regulations）美国饮用水水质标准上的里程碑 增加了6种有机物的限制 1979年修改国家暂行饮用水基本规则 1986年提出了安全饮用水法修正案（Safe Drinking Water Act Amendments） 暂行规定国家饮用水基本规定（National Primary Drinking Water Regulations） 提出
8、了达到该标准的最佳可行技术（Best available technology）。以后，不断改进，增加限制有机物的种类。美国等的情况代表了国际上先进水平水质标准的发展趋势。有机物指标的数目超过了水质指标总数的2/3，特别是消毒副产物项目的增加。国内情况：1956年 制订了第1个生活饮用水卫生标准（试行），16项水质指标1976年 项目修订增加到23项1986 年 GB5749-85 共35项，关于有机物指标只有6项2001年6月新标准生活饮用水卫生规范二、 工业与其它用水标准1 工业用水标准2 其它：游泳、渔业、灌溉三、 废水排放标准1 地表水环境质量标准 首次发布 1983年第1次修订 19
9、88年第2次修订 1999年 GHZB1-1999，2000年1月1日起实施。分成基本项目和特定项目特定项目适用于地表水域特定污染物的控制。共计75项，其中基本项目31项，以控制湖泊水库富营养化为目的的特定项目4项 以控制地表水I，II，III类水域有机化学物质为目的的特定项目40项。水体分类：I类 主要适用于源头水、国家自然保护区；II类 主要适用于集中式生活饮用水水源地一级保护区、珍贵鱼类保护区、鱼虾产卵区III类 主要适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区、一般鱼类保护区及游泳区IV类 主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区V类 主要适用于农业用水区及一般景观要求区域2 污
10、水综合排放标准原有标准：GB897888污染物分成两类： I类（9项）：对人体健康产生长远影响，不允许稀释，一律执行严格标准 II类（20项）：长远影响小于I类 针对排放区域和新建、现有，执行不同的标准。 修订标准：GB89781996颁布，98年1月1日开始实施。 I类：增加到了13项 II类：增加到了56项目 仍按排放区域不同执行不同的标准。3 行业排放标准第4节 水处理方法和工艺流程简介一、给水处理（一）给水处理的基本方法1 去除水中的悬浮物：混凝、澄清、沉淀、过滤、消毒2 变革水中溶解物质：减少、调整 如软化、除盐、水质稳定3 降低水温：冷却4 去除微量有机物（二） 常规处理工艺以没有
11、受到污染的地面水源为生活饮用水水源时：原水混凝沉淀过滤消毒饮用水以去除浊度、满足卫生学标准。地面水源水质：杂质多、含盐量较低。工业用除盐水：滤过水阳离子交换阴离子交换除盐水（三）其它水处理工艺1 高浊度水处理工艺2 低温第浊水处理工艺3 微污染水处理工艺4 富营养化湖泊水处理工艺（四）热点问题与发展方向有机污染物特别是80年代以后，对有机物的污染特别关注。已发现在给水水源中有机物种类在2000种以上；饮用水中有700多种。美国确立了117种优先控制有机物。我国也确定了12类，58种。病原微生物：新的病原微生物：如贾第虫（Giardia Lamblia）、隐孢子虫等。管网水二次污染：细菌繁殖水质
12、变差、管道堵塞水处理技术的发展方向：加强微量有机物去除：加强常规处理增加预处理（如生物预处理）增加后处理（如活性炭吸附、化学氧化） 开发新技术（如膜技术）加强消毒：防止各种致病微生物的影响消毒副产物的问题：替代氯的其它消毒技术管网水二次污染控制：二、废水处理（一）基本处理方法1 物理法：沉淀、气浮、筛网2 化学法：处理溶解性物质或胶体 中和、吹脱、混凝、消毒3生物处理方法：好氧、厌氧（二）城市污水处理一般流程预处理：Preliminary treatment一级处理：Primary treatment二级处理：Secondary treatment三级或深度处理：Tertiary or adv
13、anced treatment深度处理一般以污水回收、再用为目的。 BOD去除率 SS去除率一级处理 2040 5070二级处理 7595 7595存在问题： 基建与运行费用高，占地大，剩余污泥产量大，管理麻烦，不能除去氮磷。发展方向：低耗高效处理技术：天然处理 厌氧处理技术深度处理与再生利用技术污泥处理技术传统污水系统的变革（三）工业废水处理根据水质不同、处理程度工艺而异。一般大多以生物处理为主，但常有前处理（调节、气浮除油、中和）根据需要有后处理：混凝、过滤、活性炭吸附重要课题：难降解有机物工业废水的治理技术， 如农药废水、造纸废水、染料废水等。第二章 混凝第1节 混凝的去除对象 混凝可去
14、除的颗粒大小是胶体及部分细小的悬浮物，是一种化学方法。 范围在：1nm0.1m（有时认为在1m） 混凝目的：投加混凝剂使胶体脱稳，相互凝聚生长成大矾花。 水处理中主要杂质：粘土（50nm-4 m） 细菌（0.2m-80m） 病毒（10nm-300nm） 蛋白质（1nm-50nm）、腐殖酸1637年 我国开始使用明矾净水1884年 西方才开始使用混凝过程涉及到三个方面的问题：水中胶体的性质 混凝剂在水中的水解与形态 胶体与混凝剂的相互作用第2节 胶体的性质一、胶体的稳定性1 动力学稳定性：布朗运动对抗重力。2 聚集稳定性：胶体带电相斥（憎水性胶体） 水化膜的阻碍（亲水性胶体） 两者之中，聚集稳定性对胶体稳定性的影响起关键作用。二、胶体的双电层结构动电位电位：决定了胶体的聚集稳定性 一般粘土电位-15-40mV 细菌电位-30-70mV三、DLVO理论胶体的稳定性和凝聚可由两胶粒间的相互作用和距离来评价。由下列两方面的力决定：静电斥力：ER1/d2范德华引力：EA1/d6（有些认为是1/d2或1/d3）由此可画出两者的综合作用图。另一方面，胶体的布朗运动能量Eb1.5kT k：波兹曼常
