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1、废水处理理论与工艺 邱立平 谢康济南大学土木建筑学院市政工程系TEL 0531 82765973Mobile 13793189608E mail Cea qiulp Wastewatertreatment theoryandprogress 1 课程基本要求 考核形式 考察 读书报告考核具体要求 1 以废水预处理技术为主题 查阅指定的相关资料 撰写读书笔记 2 结合当前废水化学处理现状 查阅指定的相关资料 撰写读书笔记 3 针对工业废水综合整治和零排放问题 查阅指定的相关资料 撰写读书笔记 4 围绕废水处理工艺系统的选择和优化 查阅指定的相关资料 撰写读书笔记 5 结合本人研究方向 选择一个主
2、题 准备一个30min的学术报告 综述废水处理领域某个方向的最新进展 共计提交读书笔记4份 做学术报告一次 作业一份 其余为课间讨论成绩 2 课程简介 什么是 废水处理 废水处理理论与工艺 的主要内容是什么 学习 废水处理 后 能做什么 课程网站 3 废水处理 Wastewatertreatment 废水中不同类型的杂物或污染物 影响水的使用价值或污染环境 需要采用不同的处理方法和技术工艺进行去除处理 水和废水处理的对象主要是两大类废水 1 生活污水 DomesticWastewater 2 工业废水 IndustrialWastewater 城市污水 MunicipalWastewater
3、生活污水 初步处理后的工业废水 两大类污染物 非溶解性污染物 无机物 有机物 溶解性污染物 有机物营养元素 氮和磷 4 例1 生活污水或城市污水的处理 进水水质 COD 400mg lBOD 200mg lSS 200mg l 出水水质 COD 40mg lBOD 15mg lSS 20mg l 排放标准 COD 100mg lBOD 30mg lSS 70mg l 5 高碑店污水处理厂的工艺流程图 6 高碑店污水处理厂鸟瞰图 初沉池 曝气池 二沉池 一期 二期 污泥处理 7 武汉东西湖啤酒厂 厌氧UASB反应器 好氧氧化沟 8 武汉东西湖啤酒厂 厌氧UASB反应器 好氧氧化沟 9 武汉东西湖
4、啤酒厂 10 本课程的教学目的 学习废水处理的基本原理 熟练掌握基本理论 主要废水处理工艺的基本原理 废水处理过程的主要影响因素 学习各种废水处理工艺的基本形式 全面掌握各种废水处理的工艺流程 特点及典型参数 学习与废水处理有关的构筑物设计计算 工程设计以及有关的工程实例 工程实践训练与理论分析 11 本课程的主要内容 本课程将按照 废水性质 水质指标 处理要求 单元处理技术原理与设计 工艺设计集成的思路分为四部分内容讲授 亦即 第一篇废水处理总论第二篇废水物化处理理论与技术第三篇废水生物处理理论与技术第四篇废水处理工艺系统设计 12 教材及主要参考书目 1 张自杰 排水工程 上册 第四版 北
5、京 中国建筑工业出版社 20002 李圭白 张杰 水质工程学 北京 中国建筑工业出版社 20053 张自杰 废水处理理论与设计 北京 中国建筑工业出版社 20034 张忠祥 钱易 废水生物处理新技术 北京 清华大学出版社 20045 胡纪萃 废水厌氧生物处理理论与技术 北京 中国建筑工业出版 20026 郑兴灿 李亚新 污水脱氮除磷技术 北京 中国建筑工业出版社 19987 顾夏声 废水生物处理数学模型 第二版 北京 清华出版社 19958 顾夏声 水处理微生物学 第三版 北京 中国建筑工业出版社 19989 黄铭荣 胡纪萃 水污染治理工程 北京 高教出版社 199510 G Tchobano
6、glous F L BurtonandH D Stensel WastewaterEngineering TreatmentandReuse 4thEdition 清华大学出版社 影印版 2003 13 第一篇废水处理总论 14 第1章水资源及其开发利用 15 1 1水的自然循环 自然界的水 在地球引力和太阳的作用下 通过海洋 湖泊 河流 冰川 大气和地下水等环节 进行周而复始的水文大循环 称为水的自循环 全球海洋和陆地之间水的流动与分配 称为 大循环 或者 外循环 海洋与大气及陆地与大气之间水的流动和交换 称为 小循环 或者 内循环 包括海洋小循环和陆地小循环 16 17 18 1 2水的社
7、会循环 城市是人口和工业集中的地方 城市用水主要是人们的生活饮用水和工业用水 城市由天然水体取水 供人们生活和工业使用 用过的水又排回天然水体 这就是水的社会循环 在水的社会循环过程中 用过的水中常会有许多废弃物 一般天然水体都是一个生态系统 对排入的废弃物有一定的净化能力 称为水体的自净能力 由于社会循环的水量不断增大 排入水体的废弃物不断增多 一旦超出了水体的自净能力 水质就会恶化 从而使水体遭到污染 对城市污水进行处理 使其排入水体不会造成污染 从而实现水资源的可持续利用 称为水的良性社会循环 19 20 21 1 3全球水资源 地球上的总水量约为13 86 108km3 覆盖地球表面的
8、70 全球各个国家的年均降雨径流量较高的国家为巴西 俄罗斯 加拿大 中国 印度尼西亚 美国 印度等国 1950s 1999 全球人口由25亿增加至60亿 农业用水增长5倍 工业用水增长26倍 市政用水增长18倍 目前全球有26个国家2 32亿人口缺少淡水 全世界有1 5的人口得不到符合卫生标准的饮用水 22 水资源将成为新世纪影响国家关系的重要因素之一 20世纪60 70年代的撒哈拉大旱 1976 1977和1988的美国大旱 发展中国家的缺水问题严重 如印度的孟买和加尔各答 埃及开罗 孟加拉的达卡 巴西圣保罗 中国天津和青岛等 阿拉伯地区拥有全球9 的土地 5 的人口 仅仅拥有0 5 的可再
9、生水资源 水资源短缺的原因在于用水浪费 水污染和人口剧增 23 1 4中国水资源 中国年均降水量约6 0 1012m3 a 623mm a 河流径流量2 638 1012m3 a 地表径流量2 0 1012m3 a 地表蒸发量3 29 1012m3 a 产水量2 72 1012m3 a水资源总量接近印尼和美国 占4 6位 但是人均水资源量仅为2200m3 C a 为中等偏下水平 特点 时空分布不均匀 部分地区水污染严重 24 1 5水资源合理利用的对策及途经 政策和对策 水法 和 水污染防治法 措施和办法 1 多渠道开辟水资源 降雨利用 海水开发 城市污水资源化 水资源调配 2 建设节水型城市
10、 农业和工业 节水型城市 工业节水 农业节水 生活节水 25 第2章水污染与废水性质 指标 26 2 1水污染 水体污染 水体在接受了来自工厂企业 矿山 城市 农业 养殖等生产或生活用水所携带的各种污染物后导致水质或水生态变劣 水体的使用价值下降 称为水体污染 我国目前的水污染现状极其严峻 水环境质量呈逐年下降趋势 27 28 29 2 2污染源与污染物 污染源 排放污染物的源头称为污染源 污染物排放相对集中的污染源称为点源 包括生活污水 工业废水等 污染物排放相对分散且面广的污染源称为面源 包括农田排水 地表径流和大气沉降等 水中的主要污染物1 病原微生物 致病菌 病毒 寄生虫 2 需氧耗氧
11、有机物 碳水化合物 蛋白质 脂肪酸 油脂 氨基酸 3 植物营养素 氮磷等 4 重金属 汞 镉 铬 铅 镍 5 难降解有机物 多氯联苯 PCBs 有机氯农药 多环芳烃 PAHs 有机金属化合物等等 30 2 3废 污 水的种类及出路 污 废 水是生活污水 工业废水和被污染的雨水的总称 生活污水 domesticwastewater 是人类在日常生活中使用过的 并被生活废料所污染的水 工业废水 industrialwastewater 是在工业生产及其辅助过程中使用过 并受到污染的水 分为生产废水和生产污水 城市污水是生活污水和工业废水混和后的废水的统称 废水的最终处置包括排放水体和再生回用 31
12、 32 33 34 35 2 4废水的性质 危害及水质指标 物理性质及指标1 水温 约为10 20 之间 极为重要 2 色度 灰色至黑灰色 表色和真色 3 嗅味 有机物酸败或挥发气体所致 4 固体含量 分为悬浮固体 胶体和溶解固体 一般用总固体量 totalsolid TS 为指标 定量水样在105 110 烘干至恒重 即为TS 悬浮固体 suspendedsolid SS 为水样经过滤烘干至恒重的重量 滤液中的固体为胶体和溶解固体 SS可以分为细分散 粗分散和可沉三部分 也可分为挥发性SS和非挥发性SS 胶体 粒径0 001 0 1 m 溶解性固体 DS 有机和无机的 36 37 38 39
13、 40 化学性质及指标1 无机物及指标 1 酸碱度 用pH表示 或者用碱度 2 氮及其化合物 总氮 有机氮 氨氮 亚硝酸盐氮 硝酸盐氮凯氏氮的定义 不同类型氮的关系 3 磷及其化合物 总磷 有机磷 无机磷 4 硫酸盐和硫化物 5 氯化物 6 非金属无机有毒物质 氰化物和砷化物 7 重金属离子 原子序数为21 83的金属 41 42 43 44 想一想 大量含磷化合物进入水体有什么危害 45 2 有机物 1 碳水化合物 2 蛋白质和尿素 3 脂肪和油类 4 酚类 5 有机酸 碱 6 表面活性剂 7 有机农药 8 取代苯类化合物 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 5
14、7 生物性指标1 大肠菌群数2 病毒3 细菌总数 58 59 60 61 几种水质标准中主要指标浓度值 mg L 从上面几个水质标准看看废水处理工程的任务 62 第3章水体自净与水质评价 63 3 1水体自净作用 64 物理净化作用 稀释 稀释废水排入水体后 在流动过程中逐渐与水体混合 使得污染物的浓度不断下降的过程 稀释的效果主要靠两种运动形式的影响 对流和稀释 对流是指污染物随水流方向的运动 包括水流方向 河宽方向和河深方向运动的统称 扩散包括分子扩散 紊流扩散和弥散 紊流扩散和弥散作用符合虎克定律 则或 65 物理净化作用 混合 沉淀和挥发 河流的混合稀释效果取决于混合系数的大小 混合系
15、数 Q混 Q总 混合系数受河流形状 污水排污口形式等因素影响 若要计算出排污口下游某处特定断面的混合系数 可采用 L计算 L全混 该断面称为计算断面或者控制断面 根据污染物在水体中的稳定程度 可以将之区分为持久性污染物和非持久性污染物 废水中的可沉物质可以通过沉淀去除 沉淀作用的大小与沉淀系数有关 可挥发物质可通过挥发而降低其浓度 66 67 68 69 化学净化作用 氧化还原作用 溶解氧的氧化作用 铁锰的氧化等等 酸碱中和作用 矿物质 碳酸盐缓冲体系 一些盐的溶出与溶入等 吸附与凝聚作用 属于物理化学作用 胶体微粒的静电吸附 电中和等过程 70 生物化学净化作用 生物净化和化学净化目前还很难
16、进行精准的数学描述 71 3 2水体水质模型简介 水体水质模型是描述水体中的污染物在物理净化 化学净化和生物净化的作用下迁移转化的过程 水质模型有5种分类方法 运动空间 水质组成 时间相关性 数学特征 水体类型 按照运动空间 可以将水质模型分为0维 1维 2维和3维模型 72 零维水体水质模型 73 一维水体水质模型 假设污染物在河流各断面的宽度和深度方向分布均匀 浓度梯度为0 仅考虑纵向的浓度变化 包括流量模型和质量模型 流量模型 质量模型 74 二维水体水质模型 假设污染物在断面的深度上均匀分布 即z向的浓度梯度为0 仅在x和y向扩散 水质模型为 75 三维水体水质模型 考虑水体的各点在x y z方向上的流量和质量浓度的变化 比较符合实际情况 但是求解比较困难 水质模型 Brooks 为 76 二维水体水质模型的应用 废水在河流中的扩散稀释及应用污水在河流中扩散时 可将深度方向的流速视为0 x方向的扩散与流速相比作用甚微 可忽略 故二维水质模型可简化为 解之 可得 77 78 79 80 应用计算示例 81 废水排海的扩散稀释与应用 废水排海后 存在着初始轴线稀释 输移扩散稀释和大
