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第一章 總論,第一節(jié) 廢水來源與特性 第二節(jié) 水質(zhì)標準 第三節(jié) 廢水處理方法綜述 第四節(jié) 廢水處理反應器及動力學基礎,廢水的來源,第一節(jié) 廢水來源與特性,根據(jù)來源不同，廢水可分為生活污水和工業(yè)廢水兩大類。 生活污水是人們在日常生活中所產(chǎn)生的廢水，主要包括廚房洗滌污水。 工業(yè)廢水是在工業(yè)生產(chǎn)過程中所排出的廢水。工業(yè)廢水分為生產(chǎn)污水和生產(chǎn)廢水。生產(chǎn)廢水是指較清潔，不經(jīng)處理即可排放或回用的工業(yè)廢水。而那些污染較嚴重，須經(jīng)過處理后方可排放的工業(yè)廢水就稱為生產(chǎn)污水。,return,廢水的特性,廢水中的污染物種類大致可如下區(qū)分：固體污染物、需氧污染物、營養(yǎng)性污染物、酸堿污染物、有毒污染物、油類污染物、生物污染物、感官性污染物和熱污染等。 為了表征廢水水質(zhì)，規(guī)定了許多水質(zhì)指標。主要有有毒物質(zhì)、有機物質(zhì)、懸浮物總數(shù)、pH值、色度、溫度等。一種水質(zhì)指標可能包括幾種污染物；而一種污染物也可幾種水質(zhì)指標。,return,(一)固體污染物 固體污染物常用懸浮物和濁度兩個指標來表示。 懸浮物是一項重要水質(zhì)指標，它的存在不但使水質(zhì)渾濁，而且使管道及設備阻塞、磨損，干擾廢水處理及回收設備的工作。 濁度是對水的光傳導性能的一種測量，其值可表征廢水中膠體相懸浮物的含量。 固體污染物在水中以三種狀態(tài)存在：溶解態(tài)(直徑小于1nm)、膠體態(tài)(直徑介于1100nm)和懸浮態(tài)(直徑大于100nm)。水質(zhì)分析中把固體物質(zhì)分為兩部分：能透過濾膜(孔徑約310m)的叫溶解固體(DS)；不能透過的叫懸浮固體或懸浮物，兩者合稱為總固體(TS)。,return,(二)需氧污染物 廢水中能通過生物化學和化學作用而消耗水中溶解氧的物質(zhì)，統(tǒng)稱為需氧污染物。絕大多數(shù)的需氧污染物是有機物，無機物主要有Fe3+、Fe2+、S2-、CN-等。因而在一般情況下，需氧物即指有機物。 由于有機物的種類非常多，現(xiàn)有的分析技術難以將其區(qū)分與定量。在工程實際中主要用生化需氧量、化學需氧量、總需氧量、總有機碳等指標來描述。,return,1生化需氧量(BOD) 存在一些缺點： (1)當污水中含大量難降解物質(zhì)時，BOD5測定誤差較 大； (2)每次測定需5天，不能及時指導實際工作； (3)廢水中如存在抑 制微生物生長繁 殖的物質(zhì)或不含 微生物生長所需 的營養(yǎng)時，將影 響測定結果。,2化學需氧量(COD) 化學需氧量是指在酸性條件下，用強氧化劑特有機物氧化為CO2、H20所消耗的氧量。氧化劑一般采用重鉻酸鉀。由于重鉻酸鉀氧化作用很強，所以能夠較完全地氧化水中大部,return,分有機物和無機性還原物質(zhì)(但不包括硝化所需的氧量)，此時化學需氧量用CODcr，或COD表示。如采用高錳酸鉀作為氧化劑，則寫作CODMn。,3總需氧量(TOD) 有機物主要元素是C、H、O、N、S等。在高溫下燃燒后，將分別產(chǎn)生CO2和H2O，所消耗的氧量稱為總需氧量TOD。TOD的值一般大于COD的值。TOD的測定方法是：向氧含量已知的氧氣流中注入定量的水樣，并將其送入以鉑為觸媒的燃燒管中，在900高,return,溫下燃燒，水樣中的有機物即被氧化。消耗掉氧氣流中的氧氣，剩余氧量可用電極測定并自動記錄。氧氣流原有氧量減去剩余氧量即得總需氧量TOD。TOD的測定僅需幾分鐘。,4.總有機碳(TOC) 有機物都含有碳，通過測定廢水中的總含碳量可以表示有機物含量。 總有機碳(TOC)的測定方法是：向氧含量已知的氧氣流中注入定量的水樣，并將其送入以鉑為觸媒的燃燒管中，在900高溫下燃燒，用紅外氣體分析儀測定在燃燒過程中產(chǎn)生的CO2量，再折算出其中的含碳量，就是總有機碳T0C值。為排除無機碳酸鹽的干擾，應先將水樣酸化，再通過壓縮空氣吹脫水中的碳酸鹽。TOC的測定時間也僅需幾分鐘。,return,(三)營養(yǎng)性污染物 當廢水排入受納水體，使水中N和P的濃度分別超過0.2和0.02mg/L時，就會引起受納水體的富營養(yǎng)化，促進各種水生生物的活性，刺激它們的異常增殖，這樣會造成一系列的危害。藻類占據(jù)的空間越來越大，使魚類活動空間越來越小，衰死藻類將沉積水底，增加水體有機物量。藻類種類逐漸減少，從以硅藻和綠藻為主轉為以迅速繁殖的藍藻為主，藍藻不是魚類的良好飼料，并且有些還會產(chǎn)生出毒素。藻類過度生長，將造成水中溶解氧的急劇減少，使水體處于嚴重缺氧狀態(tài)，造成魚死亡，水體腐敗發(fā)臭。 N的主要來源是氮肥廠、洗毛廠、制革廠、造紙廠、印染廠食品廠等。P的主要來源是磷肥廠和含磷洗滌劑等。生活污水經(jīng)普通生化法處理，也會轉化為無機的P和N等。此外BOD、溫度、維生素類物質(zhì)也能促進和觸發(fā)營養(yǎng)性污染。,return,(四)酸堿污染物 酸堿污染物主要由工業(yè)廢水排放的酸堿以及酸雨帶來。水質(zhì)標準中以pH值來反映其含量水平。 酸堿污染物使水體的PH值發(fā)生變化，破壞自然緩沖作用。抑制微生物生長，妨礙水體自凈，使水質(zhì)惡化、土壤酸化或鹽堿化。各種生物都有自己的PH適應范圍，超過該范圍，就會影響其生存。對漁業(yè)水體而言，pH值不得低于6或高于9.2，當PH值為5.5時，一些魚類就不能生存或生殖率下降農(nóng)業(yè)灌溉用水的pH值應為6.58.5。此外酸性廢水也對金屬相混凝土材料造成腐蝕。,return,(五)有毒污染物 廢水中能對生物引起毒性反應的化學物質(zhì)，稱有毒污染物。工業(yè)上使用的有毒化學物已經(jīng)超過12000種，而且每年以500種的速度遞增。毒物是重要的水質(zhì)指標，各類水質(zhì)標準對主要的毒物都規(guī)定了限值。 廢水中的毒物可分為三大類：無機化學毒物、有機化學毒物和放射性物質(zhì)。,return,1無機化學毒物 無機化學毒物包括金屬和非金屬兩類。 金屬毒物主要為汞、鉻、鎘、鉛、鋅、鎳、銅、鐵、錳、放、釩、鉬和鉍等，特別是前幾種危害更大。金屬毒物具有以下特點：不能被微生物降解；其毒性以離子態(tài)存在時最嚴重，金屬離子在水中容易被帶負電荷的膠體吸附，吸附金屬離子的膠體可隨水流遷移，但大多數(shù)會迅速沉降；能被生物富集于體內(nèi)，既危害生物，又通過食物鏈危害人體；重金屬進入人體后，能夠和生理高分子物質(zhì)發(fā)生作用而使這些生理高分子物質(zhì)失去活性，也可能在人體的某些器官積累，造成慢性中毒。 重要的非金屬毒物有砷、硒、氰、氟、硫、亞硝酸很等。如砷中毒時能引起中樞神經(jīng)紊亂，誘發(fā)皮膚癌等。亞硝酸鹽在人體內(nèi)還能與仲胺生成亞硝胺，具有強烈的致癌作用。,return,2有機化學毒物 這類毒物大多是人工合成有機物，難以被生化降解，并且大多是較強的三致物質(zhì)(致癌、致突變、致畸)，毒件很大。主要有：農(nóng)藥(DDT、有機氯、有機磷等)、酚類化合物、聚氯聯(lián)苯、稠環(huán)芳烴(如苯并芘)、芳香族氨基化合物等。以有機氯農(nóng)藥為例，首先其具有很強的化學穩(wěn)定性，在自然環(huán)境中的半衰期為十幾年到幾十年，其次它們都可能通過食物鏈在人體內(nèi)富集，危害人體健康。如DDT能蓄積于魚脂中，濃度可比水體中高12500倍。,return,3放射性物質(zhì) 放射性是指原子核衰變而釋放射線的物質(zhì)屬性。主要包括X射線、射線、射線、射線及質(zhì)子束等。廢水中的放射性物質(zhì)主要來自鈾、鐳等放射性金屬生產(chǎn)和使用過程，如核試驗、核燃料再處理、原料冶煉廠等。其濃度一般較低，主要引起慢性輻射和后期效應，如誘發(fā)癌癥、對孕婦和嬰兒產(chǎn)生損傷，引起遺傳性傷害等。,(六)油類污染物 油類污染物包括“石油類”和“動植物油”兩項。油類污染物能在水面土形成油膜，隔絕大氣與水面，破壞水體的復氧條件。它還能附著于土壤顆粒表面和動植物體表，影響?zhàn)B分的吸收和廢物的排出。當水中含油0.010.1mg/L，對魚類和水生生物就會產(chǎn)生影響。當水中含油0.30.5mg/L就會產(chǎn)生石油氣味，不適合飲用。,return,(七)生物污染物 生物污染物主要是指廢水中的致病性微生物，它包括致病細菌、病蟲卵和病毒。未污染的天然水中細菌含量很低，當城市污水、垃圾淋溶水、醫(yī)院污水等排入后將帶入各種病原微生物。如生活污水中可能會有能引起肝炎、傷寒、霍亂、痢疾、腦炎的病毒和細菌以及蛔蟲卵和鉤蟲卵等。生物污染物污染的特點是數(shù)量大，分布廣，存活時間長，繁殖速度快。必須予以高度重視。 水質(zhì)標準中的衛(wèi)生學指標有細菌總數(shù)和總大腸苗群數(shù)兩項。后者反映水體中動物糞便污染的狀況。,return,(八)感官性污染物 廢水中能引起異色、渾濁、泡沫、惡臭等現(xiàn)象的物質(zhì)，雖無嚴重危害，但能引起人們感官上的極度不快，被稱為感官性污染物。對于供游覽和文體活動的水體而言，感官性污染物的危害則較大。 異色、渾濁的廢水主要來源于印染廠、紡織廠、造紙廠、焦化廠、煤氣J等。惡臭廢水來源于煉油廠、石化廠、橡膠廠、制藥廠、屠宰廠、皮革廠等。當廢水中含有表面活性物質(zhì)時，在流動和曝氣過程中特產(chǎn)生泡沫，如造紙廢水、紡織廢水等。 各類水質(zhì)標準中，對色度、臭味、濁度、漂浮物等指標都作了相應的規(guī)定。,return,(九)熱污染 廢水溫度過高而引起的危害，叫做熱污染，熱污染的主要危害有以下幾點。 （1）使水體溶解氧濃度降低，相應的虧氧量隨之減少，大氣中的氧向水體傳遞的速率也減慢； （2）導致生物耗氧速度加快，促使水體中溶解氧更快被耗盡，水質(zhì)迅速惡化，造成魚類和水生生物缺氧死亡；（3）加快藻類繁殖，從而加快水體富營養(yǎng)化進程； （4）導致水體中的化學反應加快，使水體的物化性質(zhì)發(fā)生變化，可能對管道和容器造成腐蝕。 （5）加速細菌生長繁殖，增加后續(xù)水處理的費用。,return,第二節(jié) 水質(zhì)標準,水質(zhì)標準是用水對象(包括飲用和工業(yè)用水對象等)所要求的各項水質(zhì)參數(shù)應達到的限值?？煞譃閲H標準、國家標準、地區(qū)標準、行業(yè)標準和企業(yè)標準等不同等級。 生活飲用水水質(zhì)標準的制定主要是根據(jù)人們終生用水的安全來考慮的，水中不得含有病原微生物，水中所含化學物質(zhì)及放射性物質(zhì)不得危害人體健康，水的感官性狀良好。,return,一、污水的排放標準 污水排放標準制定的依據(jù) 依據(jù)地表水水域環(huán)境功能和保護目標，按功能高低劃分為5類： 類 主要適用于源頭水，國家自然保護區(qū)； 類 主要適用于集中式生活飲用水地表水源地一級保護區(qū)、珍稀水生生物棲息地、魚蝦類產(chǎn)卵場、仔稚幼魚的梭餌場等； 類 主要適用于集中式生活飲用水地表水源地二級保護區(qū)、魚蝦類越冬場、洄游通道、水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)等漁業(yè)水域及游泳區(qū)； 類 主要適用于一般工業(yè)用水區(qū)及人體非直接接觸的娛樂用水區(qū)； 類 主要適用于農(nóng)業(yè)用水區(qū)及一般景觀要求水域。,return,一般排放標準有工業(yè)“三廢”排放試行標準(GBJ4-73)、污水綜合排放標準(GB8978-88)、農(nóng)用污泥中污染物控制標準(GB4284-84)等。行業(yè)排放標準涉及各種行業(yè)，如石油煉制工業(yè)水污染物排放標準(GB3551-83)、制革工業(yè)水污染物徘放標準(GB3549-83)、醫(yī)院污水排放標準(GB3548-83)、造紙工業(yè)水污染物排放標準(GB3544-92)、鋼鐵工業(yè)水污染物排放標準(GBl3456-92)、紡織染整工業(yè)水污染物排放標準(GB4287-92)、肉類加工工業(yè)水污染物排放標徒（GBl3457-92)、合成氨工業(yè)水污染物排放標準(GBl3458-92)等，可作為規(guī)劃、設計、管理與監(jiān)測的依據(jù)。,return,第一類污染物能在環(huán)境或在動植物體內(nèi)積蓄，對人類健康產(chǎn)生長遠的影響，規(guī)定含此類污染物的污水必須在車間或車間處理設施排放口處取樣分析，同時其含量必須符合表1-1的規(guī)定。第二類污染物的長遠影響小于第一類，規(guī)定的取樣地點為排污單位的排出口，其最高允許徘放濃度要按地面水使用功能的要求和污水排放去向，分別執(zhí)行表1-2中的一、二、三級標難。,表1-1 第一類污染物最高允許排放濃度（mg/L）,燒堿行業(yè)（新擴建、改建企業(yè)）采用0.005mg/L。,為試行標準、二級、三級標準區(qū)暫不考慮。,return,表1-2 第二類污染物最高允許排放濃度（mg/L）,return,return,return,return,return,return,第三節(jié) 廢水處理方法綜述,廢水處理方法按對污染物實施的作用不同，大體上可分為兩類：一類是通過各種外力作用，把有害物從廢水中分離出來，稱為分離法。另一類是通過化學或生化的作用，使其轉化為無害的物質(zhì)或可分離的物質(zhì)。后者再經(jīng)過分離予以除去，稱為轉化法。習慣上也按處理原理不同，將處理方法分為物理法、化學法、物理化學法和生物化學法四類。,return,一、分離法 廢水中的污染物有各種存在形式，大致有離子態(tài)、分子態(tài)、膠體和懸浮物多樣性和污染物特性的各異性，決定了分離方法的多樣性。,表1-3 分離法分類一覽表,return,二、轉化法 轉化法可分為化學轉化和生化轉化兩類。具體見表1-4。現(xiàn)代廢水處理技術，按處理程度劃分，可分為一級、二級和三級處理。 一級處理，主要去除廢水中懸浮固體和漂浮物質(zhì)，同時還通過中和或均衡等預頂處理對廢水進行調(diào)節(jié)以便排入受納水體或二級處理裝置。主要包括篩濾、沉淀等物理處理法。經(jīng)過一級處理后，廢水的BOD一般只去除30左右，達不到排放標準，仍需進行二級處理。 二級處理，主要去除廢水中呈膠體和溶解狀態(tài)的有機污染物質(zhì)主要采用生物處理等方法，BOD去除率可達90以上，處理水可以達標排放。 三級處理，是在一級、二級處理的基礎上，對難降解的有機物、磷、氮等營養(yǎng)性物質(zhì)進一步處理。采用的方法可能有混凝、過濾、離子交換、反滲透、超濾、消毒等。,return,廢水中的污染物組成相當復雜、往往需要采用幾種方法的組合流程，才能達到處理要求。對于某種廢水，采用哪幾種處理方法組合，要根據(jù)廢水的水質(zhì)、水量，回收其中有用物質(zhì)的可能性，經(jīng)過技術和經(jīng)濟的比較后才能決定，必要時還需進行試驗。,表1-4 轉化法分類一覽表,return,典型的污水處理流程,第四節(jié) 水處理反應器理論,一、動力學基礎,二、反應器形式,四、反應器設計中的若干問題,三、水力特性,return,一、動力學基礎 1、反應速率與反應級數(shù) （1）反應速率 單位時間、單位體積內(nèi)某物質(zhì)量的變化，單位為molm-3s-1。表示為： (11) 式中的可以和V組合成A的濃度，因此 (12),return,（2）反應級數(shù) 對于反應 (13) 產(chǎn)物P的反應速率可以表示為： (14) 則P為A的a級，B的b級，合為a+b級。 反應物可以分別表示為： (15) (16) 需注意的是：（1）濃度均為反應物；（2）系數(shù)不一定等于A、B前的系數(shù)；（3）如不存在如此關系，叫無反應級數(shù)的提法。,return,（3）基元反應 構成化學計量方程的反應序列中的反應稱為基元反應。絕大多數(shù)的基元反應，其反應級數(shù)與化學計量系數(shù)完全相等，例如： 引發(fā) （17） 傳遞 （18） 傳遞 （19） （110） （111）,return,2、單一組分的零級反應 如果已知單一組分的反應為零級反應，則 （112） 邊界條件：t=0 cA=cA0 t=t cA=cA ，故 （113） （114）,return,3、單一組分的一級反應 如果反應 為一級反應，則 （115） （116） （117） （118） 由于， P的濃度，由式（116） 得 （119）,return,對方程（118）進行變換可得 (120) 一級反應的反應物的半衰期可按3-5求得。 (121),return,4、兩種反應物的二級反應 如果已知下列兩種反應物的反應 是一個二級反應，A及B的初始濃度分別為cA0及cB0,則表達式按以下方法求得。 （1） 當 時， t=0 cA=cA0 cB=cB0 cP=0 t=t cA=cA0-x cB=cB0-x cP=x （122） （123）,return,（2）當 時 （1-24） 在（0，t）內(nèi)積分得： （1-25） 半衰期: 對于二級反 應： 所需時間 所需時間 故二級反應,衰減越來越慢,return,5、平行反應 （126） （127） （128） （129）,return,（330） 同理 （331）,return,6、可逆反應 邊界條件:t=0 t=t,return,進行積分得： （132） 當 時 （133）,return,7、串連反應 條件: 邊界條件：t=0 t=t （134）,return, （335） （336）,return,二、反應器形式,1、 理想反應器分類 見圖1-1,有完全混合間歇式反應器（CMB型）、完全混合連續(xù)式反應