污染控制的基本原則

----以工業廢水處理為例1環境工程專業按照教育部1998年目錄----

環境工程（081001）包括:環境工程,環境監測,水文地質與工程地質(部分)和農業環境保護(部分)。環境科學（0714）包括:環境科學,環境學,環境規劃與管理和生態學。2污染控制的基本原則:(1)環境工程技術；(2)科學管理。3工業廢水的處理一、工業廢水水質與生物降解性二、工業廢水處理的基本原則

三、工業廢水處理方法與技術4一、工業廢水水質與生物降解性（一）工業廢水水質特點●工業企業各行業生產過程中排出的廢水，統稱“工業廢水”，包括：冷卻水、生產污水、工業企業內的生活污水?！袼|成分復雜，濃度、水量變化大，性質不穩定?！駥Νh境污染大，必需妥善處理，達標排放?！裼袡C工業廢水——量大、面廣、多難處理。5

全國COD排放總量（萬噸）6年份總量工業廢水生活污水20011407608(43.2%)799(56.8%)20021367584(47.7%)783(52.3)20031333.6511.9(38.4%)821.7(61.6)7年份總量工業廢水生活污水20041339.2509.7(38%)829.5(62%)20051414.2554.8(39%)859.4(61%)20068大家學習辛苦了，還是要堅持繼續保持安靜9工業廢水COD排放比例雖然下降，從1995年的72.7%到2005年的39%，總量仍然很大。10（二）生物降解性定義：在微生物的作用下使某一有機物改變其原來的物理、化學性質，在結構上引起變化所能達到的程度。11按降解程度分類：（1）初級降解——原結構發生部分變化，變成較簡單的有機物（中間產物）如：脂肪的酸化。（2）環境可接受的降解——降解產物對環境已無害，如：長鏈鹵化有機物斷鏈。

溴代十二烷

（3）完全降解——降解產物無機化：好氧條件下CO2、H2O…；厭氧條件下CO2、CH4…12

理論上講，幾乎所有有機物都能被微生物降解（篩選馴化特定微生物；營養；長時間）。但廢水處理實際條件限制，要實現完全降解是困難的。13按降解的難易程度分類：（1）易生物降解的；（2）可生物降解的；（3）難生物降解的（不可生物降解的）。14（三）生物降解性鑒定方法

1、好氧生物降解性15鑒定方法是什么？（考慮有機物和好氧微生物在一起時發生了什么變化？）16

四種變化——（1）有機物數量（濃度）的減少；（2）氧的消耗；（3）降解產物數量增加；（4）微生物數量增多或活性增強。17

（1）有機物數量（濃度）的減少●振蕩培養試驗法﹡反應瓶中加入：

——受試有機物

——接種物（生活污水沉淀上清液，活性污泥）

——營養液（N、P、K、Ca、Mg、Fe、痕量元素）18﹡恒溫下振蕩培養﹡定時測定有機物濃度C，或TOC、DOC19

（2）氧的消耗●水質指標比較法﹡最常用的是水樣的BOD5/COD

20*COD——約略表示水中的全部有機物

*BODu（完全的生化需氧量）——

水中可被微生物氧化分解的那部分有機物

*BOD5——只是BODu的2/3左右21BOD5/COD值如何衡量有機物生物降解性？用BOD5/COD值作為有機物生物降解性的評價指標時，一般的標準：

BOD5/COD＞0.45時為易生物降解；

BOD5/COD＞0.30時為可生物降解；

BOD5/COD＜0.30時為較難生物降解；

BOD5/COD＜0.20時為不宜生物降解。22

﹡

McKinney:對一般有機物，生物氧化時，

——用于呼吸產生能量的約1/3，

——合成細胞物質的約占2/3，

——而內源呼吸全部完成時，殘留物約為細胞物質的20%。因此，

BODu≈（1/3）CODB＋(2/3)×0.8CODB

=0.87CODB

23BODu≈（1/3）CODB＋(2/3)×0.8CODB

=0.87CODB

式中：CODB為化學需氧量中的可生物降解部分。（可看成能量）24

∵BOD5≈（2/3）BODu∴BOD5=（2/3）×0.87CODB

=0.58CODB

因而BOD5/COD=0.58CODB/COD

或CODB/COD=1.72（BOD5/COD）

25﹡可見，按照McKinney的假設，當有機物可全部為微生物所利用（即CODB≈COD）

時，BOD5/COD約為0.58左右

26﹡令：CODNB為COD中的不可生物降解部分，則：COD=CODB＋CODNBCODNB/COD=（COD－CODB）/COD=1－（CODB/COD）

=1－1.72（BOD5/COD）27

﹡因此，可列出以下關系：

CODNB/COD00.10.20.3BOD5/COD0.580.520.460.410.40.50.60.70.80.350.290.230.170.1228

由上可知，當BOD5/COD值大于0.45時，不可生物降解的有機物僅占全部有機物的20%以下，表現出良好的可生化性。29BOD5/COD值小于0.20時，不可生物降解的有機物占全部有機物的60%以上，這種廢水不宜采用生物降解的方法。30

﹡所以，可用BOD5/COD值作為有機物生物降解性的評價指標：

BOD5/COD＞0.45時為易生物降解；

BOD5/COD＞0.30時為可生物降解；

BOD5/COD＜0.30時為較難生物降解；

BOD5/COD＜0.20時為不宜生物降解。

31

（3）降解產物數量增加●二氧化碳生成量測試法﹡反應瓶（2L）中加入：

——受試有機物

——接種物（污水廠活性污泥）

——營養液（N、P、K、Ca、Mg、Fe、痕量元素）

——通入經堿液吸收去除CO2后的空氣32﹡另做一內源反應瓶，一空白反應瓶﹡恒溫下培養﹡定時測定CO2氣體產量33

（4）微生物數量或活性●三磷酸腺苷（ATP）測試法

ATP(AdenosineTriphosphate),是生物體內一種特定的高能磷酸鹽化合物。34ATP在水解時，三個磷酸基(Pi)可分別斷裂,生成二磷酸腺苷(ADP),單磷酸腺苷(AMP)和腺苷(A)，并放出大量的自由能：

-Pi-Pi-PiATP→ADP→AMP→A-32.2-32.2-14.2(kJ/mole)

或-7.3-7.3-3.2(kcal/mole)35

ATP只存在于活的生物體細胞中。當生物體死亡之后，它迅速從死亡的細胞中擴散出去，隨即被水解消失。36ATP作為微生物活性的一種指示，能夠表征生物降解過程中微生物數量的多少和新陳代謝速度的快慢。而這兩個方面正好表達了微生物降解有機物的能力和速度，即有機物被氧化分解得越多越完全，放出的能量就越多，生成的ATP也越多。37可以通過檢測生物降解過程中ATP含量的變化來評價有機物的生物降解性。38

﹡反應瓶（2L）中加入：

——受試有機物

——接種物（污水廠活性污泥）

——營養液（N、P、K、Ca、Mg、Fe、痕量元素）

——通入空氣

39﹡另做一內源反應瓶，一空白反應瓶﹡恒溫下培養﹡定時取樣測定ATP含量40

（5）綜合測試評估法﹡鑒定途徑、測試條件各不相同，所得結果之間的可比性不強，有時甚至會得到相反的結果。41﹡選擇三個評估因子:

（IO）——水質指標BOD5/COD，（IB）——降解產物CO2，（IA）——微生物生理生化指標ATP，

42

分別從有機物生物降解的速度、濃度、消耗的氧量和微生物活性、能量增長等多個方面反映了影響生物降解性的主要因素。

43﹡綜合評價指標：IW＝IO×Wo＋IB×Wb＋IA×Wa44

﹡評價標準：45

綜合評估法的評價結果46

（續）472、厭氧生物降解性48

美國環保局標準測試法﹡反應瓶（500mL）中加入：

——受試有機物

——接種物（污水廠厭氧污泥）

——營養液（N、P、K、Ca、Mg、Fe、痕量元素）﹡恒溫（35~37℃）下培養﹡定時測定氣體產量49二、工業廢水處理的基本原則

工廠污染——工程治理501、工藝改革——清潔生產2、有用資源回收3、物理化學處理4、生物化學處理5、深度處理51

1、清潔生產與污染預防①污染控制的兩種模式：——終端治理(End-of-pipeControl)——污染預防(PollutionPrevention)與清潔生產(CleanerProduction)52

?

終端治理

——有不小的效果，一定的改善，仍將是一個重要方面；

——資源和能源未充分利用；

——只能減少排放、不能阻止產生

——污染物轉移而不是消除；

——耗能耗資、多無附加經濟效益。53?

污染預防與清潔生產“廢物最小化”、“無廢工藝”、“零排放”“綠色化學”、“環境無害化學”、“環境友好設計”等新名詞、新提法不斷出現。54

GreenChemistry,EnvironmentalBenign（良好的）Chemistry,EnvironmentalFriendlyTechnology,DesigningChemistryfortheEnvironment,BenignbyDesign----AlternativeSyntheticDesignforPollutionControl20世紀90‘初聯合國環境署在全球推動清潔生產概念55

②清潔生產

?什么叫清潔生產？《中國21世紀議程--中國21世紀人口、環境與發展白皮書》中指出：“所謂清潔生產，是指既可滿足人們的需要又可合理使用自然資源和能源并保護環境的實用生產方法和措施，其實質是一種物料和能耗最少的人類生產活動的規劃和管理，將廢物減量化、資源化和無害化，或消滅于生產過程之中。同時對人體和環境無害的綠色產品的生產亦將隨著可持續發展進程的深入而日益成為今后產品生產的主導方向?！?6

污染控制與生產過程相結合

——要求在生產活動的全過程中，從產品開發、規劃、設計、建設到運行管理的全過程，采取必要措施，防止污染發生；

57——要求在產品的生命全過程中，從原材料加工、產品產出、產品使用直到產品壽命終結，都要采取措施，實施污染控制。積極的控制污染的途徑，是今后的戰略方向58

例1、工藝改革：熄焦水改氣

水熄焦：▲浪費熱源（1000℃——>100℃)▲焦炭質量降低（強度）▲產生大量廢水（含酚、氰、氨）

59干熄焦：冷氮氣“氣浴”

▲升溫后的氮氣經熱交換器產生蒸氣進入熱力管網（成了清潔能源）

▲節水，消滅廢水，減少粉塵60

例2、“以廢治廢”:鋼廠焦化廢水與煙道氣

含氨的焦化廢水自上而下從霧化器頂部噴下，含SO2的高溫煙道氣則從霧化器底部送入，兩者化合生成硫酸銨（化肥）熱量被利用，水被霧化蒸發61例3、用復合改性礦物纖維替代部分植物纖維（40：60）造紙，不改變造紙設備，減輕黑液污染。（云南非金屬礦產應用所）62

清潔生產是一個相對的、比較的概念是一個方向，在不斷完善。未來相當一段時期，終端治理仍不可缺少，甚至也是清潔生產的一個組成部分。63三、工業廢水處理方法與技術(一)有用資源回收技術目的：

——污染物減少，廢水部分處理

——有用物質回收，工廠有利益64要求：

——污染物濃度高

——廢水組分較簡單65

方法：

1、膜分離

2、萃取

3、蒸發蒸餾6667

1、膜分離●微濾：適合于去除﹡尺寸大于0.1~1μm的顆粒雜質﹡膠體、懸浮固體、細菌等﹡工作壓力約0.07MPa

68超濾：適合于去除﹡尺寸大于0.002~0.5μm的顆粒雜質﹡分子量大于1000~100000的物質﹡膠體、懸浮固體、蛋白質、微生物等﹡工作壓力約0.1~0.7MPa69

●納濾：適合于去除﹡尺寸大于0.001μm（1nm）的顆粒雜質﹡分子量大于200~400的物質(有機、無機)

﹡離子、硬度、色素等﹡工作壓力約0.35~1.6MPa70●反滲透：適合于去除﹡尺寸大于0.0001μm（0.1nm）的顆粒雜質﹡分子量大于150~200的物質(有機、無機)

﹡離子、色素等﹡工作壓力約1.4~6.0MPa71

2、萃取﹡萃取是利用溶質在兩種互相不溶的溶劑中分配性質的差異實現液-液間的傳質過程。72﹡染料中間體廢液——J-酸、H-酸、DSD酸、吐氏酸等帶磺酸基（-SO3H）的萘系染料中間體。﹡含酚廢水7374（二）物理化學處理技術目的：

——降低污染物含量

——改善廢水的可生化性(作為預處理)75方法：

1、混凝

2、化學氧化

3、濕式氧化

4、光氧化

5、高級氧化技術761、混凝﹡無機混凝劑﹡機混凝劑77

2、化學氧化，催化氧化

﹡O3

﹡H2O2

﹡ClO2

﹡KMnO4…

（化學氧化）78﹡Fenton試劑——Fe2+/H2O2

Fe2+

＋H2O2→Fe3+＋OH-＋·OHFe3+＋H2O2→Fe2+＋HO2·

＋H+

·OH、HO2·

——自由基，極強的氧化劑鏈式反應，連續進行

Fe2+

起到催化劑的作用，是催化氧化（催化氧化）79

3、濕式氧化，催化濕式氧化﹡密閉容器（反應釜，連續式）﹡180~270℃，2~8MPa

﹡催化劑（貴金屬Pd、Ru、Pt、Ir，過渡金屬Cu、Mn、Zn、Fe，稀土金屬Ti、Ce、Bi）﹡適合于高濃度廢水：焦化廢水，染料廢水，農藥廢水等80

81

4、光氧化﹡UV/H2O2：H2O2

＋hν→2·OHUV/O3：O3

＋hν→O·

＋O2O·

＋H2O→2·OHUV/H2O2/O3：

H2O2＋2O3＋hν→2·O