吉林師范大學環境工程學院楊春angchunwei1995@水污染控制工程

WaterPollutionControlEngineering

-----WastewaterTreatmentandReuse-----水對環境的塑造過程

流體—水和空氣，是地球面貌的外在塑造者和調和者。大氣和水既為生命提供循環著的物質基礎，也為生命提供環境。氣候的長期的塑造作用，表現在生態面貌和生態質量等群量的層面上。禹為鯀之子，姓姒，又名文命，字高密。相傳生于西羌（今甘肅、寧夏、內蒙南部一帶），后隨父遷徙于崇（今河南登封附近），堯時被封為夏伯，故又稱夏禹或伯。是中國第一個王朝------夏朝的建立者，同時也是奴隸社會的創建者。大禹治水大禹看到作何感想？直接經濟損失640億元小河不發威，真當我枯了大連理工凌水河城市內澇北京市蓮花橋下2004年7月10日排水管網設計不合理？還是“重地上輕地下、重建設輕規劃”？古人的智慧值得借鑒水少也會帶來麻煩我們的理想：碧水環城長江之水我國的水問題，滲透和反映了我國的太多，我們的任務也就有那么多。我們的三峽人類在如此殘酷的使用水2010年夏青島海水浴場游泳人山人海中石油大連輸油管道爆炸泄漏事故（1500噸原油流入海洋，受污染海域約500平方公里）2010吉林7000余個化工桶被洪水沖入松花江三甲基一氯硅烷松花江污染2005年11月13日，吉林石化公司爆炸事故引起，污染以苯、硝基苯為主。四川沱江特大污染事故2004年2月16日川化集團川化股份有限公司第二化肥廠二車間水解、解吸裝置的兩臺給料泵發生故障，導致含高濃度氨氮的尿素工藝冷凝液排入沱江的支流毗河共排放純氨氮２０００噸。四川沱江特大污染事故百萬人飲水中斷，水生態系統遭受重創，直接經濟損失超過億元福州一家醫療垃圾加工廠希望同學們保持和提高想象力！某些中國人的行為是超乎想象的。

安徽滁州清流河不流清安徽巢湖水質2007年8月份降為重度污染江西永平銅礦污染觸目驚心流體是環境物質的載體，任何化學污染，都可能與水的污染有聯系。黃河蘭州段又遭污染不愉快的景象反映不愉快的原因，意味不愉快的后果大自然很生氣，后果很嚴重。水污染的后果之一：水生態遭到嚴重破壞，魚大量死亡

水污染的后果之二：日出江華紅勝火春來江水綠如藍

滇池藍藻難治理定海長春水庫藍藻旺發水污染后果之三：麻煩大了

進入生態系統的水污染進入有人類活動的生態系統后，物質的空間轉移就變得難以預料，因果變得無法跟蹤。水環境問題的實質1．資源型缺水問題；2．水質型缺水問題。求雨

----2004年吉林省某縣----面對巨大的生存問題，逃避、輕信、迷信的態度和行為是沒有任何效果的。需要的是科學和技術。1.水體污染及水循環2.污染物在水環境中的遷移與轉化

3.水處理單元技術簡介緒論需要感悟和思考的問題1.大自然的循環過程中，有多種凈化的機制，如蒸發和降雨等。2.現代的大自然已經是人化了大自然了。3.大自然是科學技術的背景和前景。4.水處理科學技術是建立在整個自然科學技術平臺上的。一、水循環及水質1.水的自然循環一、水循環及水質自然界的水循環1.水的自然循環2.水的社會循環2.1生活用水2.2工業(農業)用水2.3集團設施（學校、醫院、商場、賓館、車站、飯店等等）用水。一、水循環及水質水的社會循環在自然循環里，水和地面或地下接觸和物質交換，水質帶有地域特點；在社會循環里，水與人類生活和產業活動接觸，水質帶有社會特點。3.水資源的屬性與特征1．有限性（淡水資源、水環境容量）水資源的有限性全球水資源分布圖14*108km33.水資源的屬性與特征1．有限性（淡水資源、水環境容量）2．可再生性（化學性質穩定、氣液固和海陸空三相轉變、周而復始、循環再生）3．價值性（生活、生產、生態服務、景觀、文化娛樂功能，即直接經濟價值和間接生態系統服務功能價值）4．不可替代性（生命之源、農業命脈、工業血液、氣候環境調節器）5．利弊雙重性（旱災與洪災）6．時空分布不均勻性（雨量分布東南多，西北少）雨量分布圖酸雨，就在我們身邊水質和水量的調查分析是明確水處理任務，為工程設計提供基礎依據和相關參數的基礎。工藝中各單元的效果一般用水質指標來表征。工藝中個單元以及單元連接構件的大小一般由水量來決定。

所以，水質和水量意識需要貫穿整個流程。4.水質與水量的把握向北京供應的山西水假如面對這樣的地面水源，將其處理成合格的自來水。你將如何展開工作程序？如何獲得水質和水量信息？對這些信息的完備性和可靠性有把握嗎？化肥廠的工業廢水從后院管道排向清流河針對這樣的工業排水口，設計一個合格的污水處理廠。想象一下，需要做那些工作？1.數據的收集（已有數據的收集和整理）2.數據的測量2.1.物理參數的獲得，水量及其變動。2.2.化學參數的獲得，組分及其原因3.數據的推斷，利用間接方法，包括自己的知識對于參數的推斷。注：各種水質標準的存在，使用和判斷4.水質與水量的把握地面水五類標準（河水、湖水）國家環保部《地面水環境質量標準GB3838-2002》共24項指標，其中列出COD，溶解氧DOⅠ類：適用于源頭水、國家自然保護區COD<15mg/L;DO>飽和90%;Ⅱ類：適用于集中式生活飲用水水源地一級保護區、珍貴魚類保護區，魚蝦產卵場等。COD<15mg/L;DO>6mg/L;Ⅲ類：適用于集中式生活飲用水水源地二級保護區、一般魚類保護區及游泳區。COD<20mg/L;DO>5mg/L;Ⅳ：適用于一般工業用水區及人體非直接接觸的娛樂用水區。COD<30mg/L;DO>3mg/L;Ⅴ：適用于農業用水區及一般景觀要求水域。COD<40mg/L;DO>2mg/L.地面水五類標準地面水取樣及測量（環境監測的內容）中華人民共和國國家標準污水綜合排放標準GB8978-1996

按照污水排放去向（結合地面水五類標準），分年限規定了69種水污染物最高允許排放濃度及部分行業最高允許排水量。

標準將排放的污染物按其性質及控制方式分為二類

第一類污染物：不分行業和污水排放方式，也不分受納水體的功能類別，一律在車間或車間處理設施排放口采樣，其最高允許排放濃度必須達到本標準要求。功13項，主要為重金屬，放射性物質；

第二類污染物：在排污單位排放口采樣，其最高允許排放濃度必須達到本標準要求。分三級，1997年前項目26項指標，1998年后56項。

工業污水按生產周期確定監測頻率。生產周期在8h以內的，每2h采樣一次；生產周期大于8h的，每4h采樣一次。其他污水采樣，24h不少于2次。最高允許排放濃度按日均值計算污水綜合排放標準5.水質分析如果把純水作為比較的基準，那么可以發現，現實的水體是一個復雜體系。廢水或污水，是“無限復雜體系”。基礎化學的應用在這里受到制約，環境水質分析充滿了未知數，需要推理的方法。對于廢水的分析是一個不斷深入，不斷逼近的過程。水質分析的方法論

由于面對的是探明黑箱的分析，盡管廢水的分析項目很多，但都是存在于一個實體上，必然不能矛盾。1.能反映總和數量的參數就顯得非常重要如：電導率，pH，總固體，TOC，TN……；2.簡易、在線、快速分析手段非常重要如：紫外掃描，電位掃描，……3.充分認識環境樣品分析的難度和挑戰性。不斷積累知識和經驗。4.化學分析指標的工程學意義再理解。1.取樣（Sampling),及其記錄的意識2.分析（Analysis)

[分析項目設置及其判讀是水平的反映]

2.1.物理特征(PhysicalCharacteristics)總固體（Totalsolids)TS總揮發性固體（Totalvolatilesolids)TVS總固定性固體（TotalFxedsolids)TFS總懸浮性固體（TotalSuspendedsolids)TSS總溶解性固體（TotalDissolvedsolids)TDS

TVS+TFS=TSS+TDS=TS濁度(Turbidity)

NTU(0.13mg/L白陶土懸浮體

),JTU(1mg/L)[簡易替代項目]透明度/吸光度(Transmittance)[靈活應用項目]溫度(Temperature)[高頻度記錄，重要]電導率(Conductivity)[靈活應用項目]

粘度（Viscosity)、表面張力（surfaceTension)……廢水（污水）中的成分分析12.2.化學特征（ChemicalCharacteristics)2.2.1無機化學特征

氨NH4+

有機氮OrgN總凱氏氮TotalKjeldahlNitrogen(OrgN+NH4+)硝酸根和亞硝酸根總氮磷Phosphorus[總磷、有機磷、無機磷]pH堿度AlkalinityΣHCO3-+CO3-2+OH-H+氯離子ChlorideCl-硫酸根SulfateSO42-

金屬類As,Cd,Ca,Cr,Co,Cu,Pb,Mg,Hg,Na……特別無機元素及化合物，SpecificInorganicelementsandcompounds廢水（污水）中的成分分析22.2.化學特征（ChemicalCharacteristics)2.2.2有機化學特征BOD5:Five-dayBiochemicaloxygendemand

COD:Chemicaloxygendemand

TOC:總有機碳：TotalOrganicCarbon特定成分或組分：Specificorganiccompoundsandclasses[色譜技術，色質聯機，核磁共振]

2.2.3生物學特征大腸菌微生物Coliformorganisms特種微生物Specificmicroorganisms

[Bacteria,protozoa,helminths,viruses]毒性ToxicityTua(Toxicunitacute)ToxicityTuc(Toxicunitchronic)廢水（污水）中的成分分析36、水污染當進入水體中的污染物量超過了水體自凈能力而使水體喪失規定的使用價值時，稱為水體污染或水污染。水體污染又分為：需氧有機物污染；水體富營養化；毒物污染；放射性污染等6、水污染需氧有機物污染：廢水中有機物分為：可生物轉化有機物、難生物轉化有機物和不能生物轉化有機物3大類。可生物轉化有機物被水中微生物利用吸收時，要消耗水中的溶解氧，如果該類有機物濃度較高，就會導致水中溶解氧濃度降低直至耗盡，水中有機物產生腐敗，水體發黑發臭，水環境惡化。6、水污染水體富營養化（entrophication）：是由于氮、磷、營養鹽類等植物營養物的排入引起水體中藻類大量繁殖的現象。在湖泊、水庫等淡水區域水體富營養化主要表現為綠藻和藍藻的大量生長，也稱水華現象；在河口、海灣等區域的水體富營養化會導致紅藻等藻類的大量繁殖，也稱為赤潮現象。水體富營養化程度劃分富營養程度總磷（mg/m3）總氮（mg/m3）極貧貧~中中中~高高<55~1010~3030~100>100<200200~400300~650500~1500>15006、水污染毒物污染：工業使用有毒物質已超過10000種，分為急性毒物與慢性毒物（三致作用，致畸、致癌、致突變）。無機毒物：金屬（汞、鉻、鎘、鉛、鎳等）；非金屬（砷、硒、氰、氟、亞硝酸跟等）有機毒物：有機農藥、有機染料、多環芳烴、芳香胺等。6、水污染放射性水污染：

α射線（氦原子核流）：穿透力較弱；β射線（電子流）：穿透力居中；γ射線（波長<10-8cm的電磁波）穿透力強；危害：1電離水分子為自由基（H?，OH?，H2O+）2損害DNA與RNA，致癌、影響遺傳。6、水污染其他水污染：懸浮物污染感官污染（色度，臭和味）酸堿污染熱污染油類污染生物污染北京的一個污水處理廠長江邊上的一個小型污水處理廠生態工程來凈化環境EcologicalEngineering生態工程是應用生態系統中物種共生與物質循環再生原理，結構與功能協調原則，結合系統分析的最優化方法，設計的促進分層多級利用物質的生產工藝系統。現代水處理技術的特點給水處理=廢水處理太行山區易水河重現流水潺潺.易水啊，你終于又能讓壯士們發那種誓師的感慨了。二、污染物在水體環境中的遷移與轉化2.1水體的自凈(物理、化學、生物凈化)混合(豎向混合階段—橫向混合階段—斷面充分混合后階段

)污染物的稀釋和擴散水體的氧平衡污染物的稀釋和擴散（1）持久污染物：濃度在充分混合后濃度保持不變。ρ——排放口下游河水污染物濃度——污水的污染物濃度和流量——上游河水的污染物濃度和流量（2）非持久性污染物的稀釋擴散和降解

充分混合以后，污染物濃度受縱向分散作用和污染物自身分解作用不斷減少計算可得：u——河水流速；x——初始點至下游x斷面的距離；Mx——縱向分散系數；水體的氧平衡需氧污染物在水體中發生氧化（生物、化學過程）會消耗水中的溶解氧。受污染水體的自凈過程直接改變水中溶解氧的濃度，考察水體中溶解氧的濃度對評價水體污染程度、水體自凈能力、污染物對水資源的危害程度等等都有重要意義。S—P（Streeter-Phelps）公式一維河流，不考慮擴散上述方程初始條件解方程可得到河水不同處BOD5濃度ρL、河水虧氧濃度ρD、河水溶解氧濃度ρC的大小。2.2污染物在不同水體中的遷移轉化規律自然再生（周期性）人工再生（解決水資源短缺的重要途徑之一）1.單元概念有利于技術的學習、積累、應用和提高。2.單元是分解思維的產物，又是科學原理的具體化。（對某單元的掌握是一個不斷進化的過程）3.流程是單元的連接，其中可以按設計者的思想，分為“骨干單元”和“輔助單元”。三、水處理單元技術地球典型自然環境單元模式污水站內景格柵機曝氣生物濾池輻流式沉淀池全自動砂過濾器離子交換除鹽裝置電氣控制箱面板污水處理一般工藝聯系是研究工作的核心，廣泛聯想可能導致找到比較本質的聯系。隨想則是在輕松愉快之中引發聯想的好辦法。（提供給同學的一個經驗）四、環境工程隨想認識和研究事物的兩種方向

實施和加工技術的兩種方式兩方夾擊的辦法是研究常使用的，尤其是對于難度很大的研究課題的時候。人的聰明在于向自然接近了多少而不是逃離了多少冰雕讓普通的水創造門票——創意和勞動才能開發材料的潛在價值麗江白水河畔大自然樂意接受人類的善意改造但是人類一直找不準自己在自然中的位置1903年萊特兄弟首次試飛成功B-52“同溫層堡壘”轟炸機萊特兄弟所沒有想到的。飛機加速突破音障的瞬間飛人的翅膀夢想總歸是可以實現的。美國激光動力飛機又一種能量的利用方式？環境工程離不開現代科技為依托！人雁齊飛法國鳥類學家、攝影師克里斯蒂安·穆萊克顯微鏡下的絕美雪花優雅珠寶添色：自然的才是最美的趙洲橋長50．82米，寬9．60米，大拱的凈跨度長37.37米，拱高7.23米隋朝公元605年至618年，李春所建印度的井水，當出問題的時候就知道重要了。10G-1T的硬盤微型工程也是大型工程環境工程是什么？人類改變環境是對是錯？