A1水处理 引言1.ppt

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1、A1水处理 引言1A1水处理 引言1 1、环境工程导论（第3版），美国Mc Graw Hill教育出版集团。王建龙 译，清华大学出版社，2002年1月。2、环境工程学 第二版，高等教育出版社，蒋展鹏，2005年6月。3、废水处理工程，化学工业出版社，唐受印，1998年。4、水污染控制工程，高庭耀、顾国维，高等教育出版社，1999，第二版 5、固体废物处理与资源化，清华大学出版社，李国鼎，1990年。6、大气污染控制工程，高等教育出版社，郝吉明，2002年。A1水处理 引言1l l第一章第一章第一章第一章 引言引言引言引言（2学时）l l第二章第二章第二章第二章 水质管理水质管理水质管理水质管理

2、（2学时）l l第三章第三章第三章第三章 给水处理给水处理给水处理给水处理（6学时）l l第四章第四章第四章第四章 废水处理废水处理废水处理废水处理（6学时）第五章第五章第五章第五章 空气污染空气污染空气污染空气污染（6学时）l l第六章第六章第六章第六章 章章章章 固体废物管理固体废物管理固体废物管理固体废物管理（6学时）l l第七章第七章第七章第七章 噪声污染噪声污染噪声污染噪声污染（2学时）l l第八章第八章第八章第八章 危险废物管理危险废物管理危险废物管理危险废物管理（2学时）A1水处理 引言11.1 什么是工程？什么是环境工程？l美国工程师发展协会（The Engineers Cou

3、ncil for Professional Development,简称ECPD）给出了工程的定义：“工程是一种职业，它利用通过学习、经验、实践所获得的数学和自然科学知识，来寻求经济地利用物质和自然力量的方法，以造福人类”。美国土木工程师学会（American Society of Civil Engineers,ASCE）环境工程分会给出的环境工程的定义：l环境工程（Environmental Engineering）通通过过健健全全的的工工程程理理论论与与实实践践来来解解决决环环境境卫卫生生（environmental environmental sanitationsanitation）

4、问问题题，主要包括：提供安全、可口和充足的公共给水；适当处理与循环使用废水和固体废物；建立城市和农村符合卫生要求的排水系统；控制水、土壤和空气污染，并消除这些问题对社会和环境所造成的影响。而且，环环境境工工程程所所涉涉及及的的是是公公共共卫卫生生领领域域里里的的工工程程问问题题，例如控制通过节肢动物传染的疾病、消除工业健康危害、为城市、农村和娱乐场所提供合适的卫生设施，评价技术进步对环境的影响等。A1水处理 引言1l运用环境科学、工程学和其他相关学科的原理和方法，研究保护和合理利用自然资源，控制和防止环境污染及生态破坏，以改善环境质量，使人们得以健康、舒适地生存与发展的学科A1水处理 引言1A

5、1水处理 引言1 A、公元前2300年左右，中国，凿井取水，形成集市，带刀守卫制度、陶管排水。B、公元前六世纪，罗马开始修下水道。C、19世纪初，英国开始用砂滤净化自来水，1850年漂白粉消毒。19世纪后半叶，建污水处理厂。D、1852年，美国，木炭过滤自来水。E、20世纪初，生物滤池出现。F、1914年，活性污泥法出现。A1水处理 引言1G、1855年，美国，发明离心除尘器。H、二十世纪初，布袋除尘器、旋风除尘器、静电除尘器相继出现。I、1874年，英国开始焚烧垃圾。J、1822年，德国，矿渣制造水泥。目前公共卫生学也十分重视环境污染对健康的危害与风险，公共卫生学与环境工程关系已十分密切（1

6、854年英国发现霍乱与井水的关系 ）。法律、经济和管理手段结合，运用系统工程原理分析、规划环境，改“末端治理”为“全过程控制”的治理理念。A1水处理 引言11、水质净化与水污染控制工程：研究预防和治理水体污染、保护和改善水环境质量、合理利用水资源以及提供安全饮用水和不同用途与要求的用水的工艺技术和工艺措施。主要研究领域：水体自净及其利用;给水净化处理；城市污水处理；工业废水处理与利用；废水再生与回用；城市、区域和水系的水污染综合整治和受污染水体的修复；水环境质量标准和废水排放标准等。A1水处理 引言12、大气污染控制工程：研究预防和控制大气污染、保护和改善大气质量的过程技术措施。主要研究领域：

7、大气质量管理烟尘等颗粒物控制技术；气体污染控制技术；城市、区域大气污染综合整治；室内空气污染控制；大气质量标准和废气排放标准等。A1水处理 引言1l3、固体废弃物及噪声、振动与其他公害防治工程：研究城市垃圾、工业废碴、放射性及其它危害固体废弃物的处理、处置与资源化，以及消除噪声、振动等对人类影响的技术途径和措施。主要研究领域：固体废物管理；固体废弃物无害化处置；固体废弃物的综合利用和资源化；放射性及其它危险废物的处理；噪声、振动、电磁辐射的防护与控制等A1水处理 引言14、清洁生产、污染预防与全过程污染控制工程：研究在工业等生产过程中，使用清洁的能源和原料，采用先进的工艺、技术与设备、改善管理

8、、综合利用等措施，从源头消减污染，提高资源利用效率，减少或避免生产、服务和产品使用过程中污染物的产生与排放，以减轻或消除对人类健康和环境的危害。A1水处理 引言15、环境规划、管理和环境系统工程：研究在科学发展观和可持续发展战略思想指导下，利用系统工程的原理和方法，对区域性的环境问题和防治技术措施进行整体的系统分析，以求取得综合整治的优化方案，进行合理的环境设计与管理；他也研究环境工程单元过程系统的优化工艺条件，并用计算机技术进行设计、运行和管理。A1水处理 引言1l.美切斯纳(1967)l虽然每个系统都是由许多不同的特殊功能部分所组成，而这些功能部分之间又存在着相互关系，但是每一个系统都是完

9、整的整体，每一个系统都有一定数量的目标。l系统工程则是按照各个目标进行权衡，全面求得最优解的方法，并使各组成部分能够最大限度地相互协调。l系统工程的主要任务是根据总体协调的需要，把自然科学和社会科学中的基础思想、理论、策略和方法等从横的方面联系起来，应用现代数学和电子计算机等工具，对系统的构成要素、组织结构、信息交换和自动控制等功能进行分析研究，借以达到最优化设计，最优控制和最优管理的目标。A1水处理 引言16、环境监测与环境质量评价：主要研究环境中污染物质的性质、成分、来源、含量和分布状态、变化趋势以及对环境的影响；在此基础上，按照一定的标准和方法对环境质量进行定量判定、解释和预测；此外，它

10、还研究某项工程活动或资源开发所引起的环境质量变化及对人类健康和福利的影响等。广义的环境工程学还包括供暖通风和空气调节等。环境学环境学环境学环境学基础环境学基础环境学基础环境学基础环境学环境数学环境数学环境数学环境数学环境物理学环境物理学环境物理学环境物理学环境化学环境化学环境化学环境化学环境生态学环境生态学环境生态学环境生态学环境毒理学环境毒理学环境毒理学环境毒理学环境地质学环境地质学环境地质学环境地质学环境控制学环境控制学环境控制学环境控制学环境工程学环境工程学环境工程学环境工程学应用环境学应用环境学应用环境学应用环境学环境医学环境医学环境医学环境医学环境法学环境法学环境法学环境法学环境工效

11、学环境工效学环境工效学环境工效学环境污染综合防治技术与环境规划环境污染综合防治技术与环境规划环境污染综合防治技术与环境规划环境污染综合防治技术与环境规划环境污染环境污染环境污染环境污染防治工程技术与原理防治工程技术与原理防治工程技术与原理防治工程技术与原理环境系统工程环境系统工程环境系统工程环境系统工程环境水利工程环境水利工程环境水利工程环境水利工程环境社会学环境社会学环境社会学环境社会学大气污染防治工程大气污染防治工程大气污染防治工程大气污染防治工程水污染防治工程水污染防治工程水污染防治工程水污染防治工程固体废物治理及利用工程固体废物治理及利用工程固体废物治理及利用工程固体废物治理及利用工程

12、核工业环境工程核工业环境工程核工业环境工程核工业环境工程噪声及热污染防治工程噪声及热污染防治工程噪声及热污染防治工程噪声及热污染防治工程环环环环境境境境科科科科学学学学环境声学环境声学环境声学环境声学辐射污染及其控制辐射污染及其控制辐射污染及其控制辐射污染及其控制热污染及其控制热污染及其控制热污染及其控制热污染及其控制引自：引自：引自：引自：何强何强何强何强 等等等等 环境学导论环境学导论环境学导论环境学导论1.2 环境系统概论1.2.1 系统 环境系统：环境事物按一定的关系组成的整体。l在环境系统中，我们很难真正识别所有关联的部分，更不用说了解它们之间的相互影响。因此，我们所要做的第一件事是

13、将系统进行简化，且要求与真实系统相似，简化模型当然无法在细节上与真实系统完全一样，但要求基本上近似。A1水处理 引言11.2.2 水资源管理系统（1）供水子系统l水源的性质决定了集水、净水、输水和配水工程的规划、设计与运行。地地表表水水（surface water）和地地下下水水（ground water）是供应社区和生活用水需求的两种主要水源。小溪、湖泊和河流是地表水源。地下水源是从水井抽出水的地方。l不同的水源需要使用不同的集水工程和处理工程。城市中的管网称为配水系统，管路本身通常称为水干线。在低水量期间（通常在夜间），水处理厂生产的多余水储存在蓄水池内，储存的水可以用来满足白天高需水量期

14、间的要求。l以下为一个服务于小社区的供水资源系统概况图。分水岭水源（流域）集水系统（水库）输水系统处理系统（过滤厂）配水系统（管网）处理系统（软化系统或除铁系统）集水系统（井群）蓄水池水源（地下水）供水资源系统概况图l人口和耗水形式是控制需水量的主要因素，因此也决定了水源和整个水资源系统的组成。选择合适的供水水源的前期步骤之一是确定需水量。影响需水量的基本要素包括平均日用水量和高峰需水量。估计平均日用水量是为了确定：（1）地表水或地下水在枯水季节低水位时能否不间断地供水；（2）需储存多大的水量才能满足枯水季节的需水量。估计高峰需水量是为了确定水管的尺寸压力损失和满足高峰用水需求所需要的需水量。

15、A1水处理 引言1l影响人们用水的主要因素包括：（1）工业活动：使人均需水量增加；（2）是否安装水表：水表赋予责任感。（3）系统管理：如果配水系统管理好，人均用水量就会降低。管理者知道何时何地自来水干线会漏水，并且很快地修复它。（4）生活水平越高，个人水量就越多；（5）较高的年平均气温代表较多的人均用水量，降雨多的地区用水比较少。（2）废水处理子系统l最简单形式的废水管理子系统由六个部分组成，如右图。废水来源主要有工业废水和生活污水。当工业废水会影响到城市废水处理厂的正常运行时必须进行预处理。废水来源现场处理废水收集输送和提升处理处理或再利用l进入废水处理场的废水量随用水情况会有很大的变化。典

16、型的日变化量如下图所示。0:006:0012:0018:0024:00废水流量平均日流量l大部分的社区用水最终都会进入污水下水道。浇草坪、洗车及其它消耗性用水在使用中大约会损失5%10%。l下水道可以分为3类：污水、雨水和合流式下水道。污污水水下下水水道道：输送住宅及商业区污水。工业废水经过适当处理以后也可排入污水下水道。雨雨水水下下水水道道：处理过量的雨水以防低洼地区淹水。污水下水道将污水送到污水处理厂，而雨水下水道通常使雨水排入河流、小溪。合合流流式式下下水水道道：同时接纳雨水和污水。目的是为了在干旱期使废水进入处理设施，在暴雨期间，使过量的水不经过处理直接排入河流、小溪和湖泊。可是，不幸

17、的是，暴暴雨雨会会与与未未经经处处理理的的污污水水混混合合。现代设计不鼓励采用合流式下水道。l当无法使用重力流方式或下水管埋设太深而不经济时，需要考虑使用泵站。废水被垂直泵送到较高处的重力下水道。该污水泵所在的位置称为提升站（lift station）。废水处理厂的出水可以排放到海洋、湖泊或河流（受纳水体），也可排入土壤，但是不要超过水体或土壤的纳污能力，或者回收利用。l总之，水资源管理是管理水水质质和水水量量的过程，应该在不破坏水的可利用性和纯度的情况下，满足人们对水的需求。1.2.3 空气资源管理系统l空气资源与水资源在两两个个主主要要方方面面有所不同。第第一一是是关关于于量量。为了获得足

18、够的水量，需要建造各种工程结构物，而空气可以大量免费获得。第第二二个个方方面面是是关关于于质质。水可以在使用之前进行处理，然而我们不可能随时戴着防毒面具以处理不干净的空气。戴上耳塞以防止噪声污染。空气资源管理计划建立的理由有多种，最正当的两两个个理理由由是：空气质量已经恶化且有必要进行改善；如果不处理，则将来可能会出现更大的问题。空气资源管理系统的简化方框图见下图。空气质量目标社会评估法律利益自然资源对大气物理性质的影响对动物的影响对人的影响对植物的影响对材料和经济的影响最终归宿空气质量空气质量监测大气扩散和化学反应空气质量监测系统设计模型验证排放污染源清单污染预测控制测量气象预测液体废物固体

19、废物污染物执法法规城市规划可利用产物A1A1水处理水处理 引言引言1 11)清洁生产：清洁的生产过程和清洁的产品2)可持续发展的能源战略改善能源供应结构和布局，提高清洁能源和优质能源比例提高能源利用效率和节约能源推广少污染的煤炭开采技术和清洁煤技术积极开发利用新能源和可再生能源3)建立综合性工业基地：各企业间相互利用原材料和废弃物，减少污染物排放总量A1A1水处理水处理 引言引言1 11)必要的环境保护投资环保投资占国民生产总值（GNP）的比例，发展中国家为0.5%1，发达国家为1%2。（中国？）2)实行“污染者和使用者支付原则”，可采用的经济手段：建立市场（排污许可证制度等）税收手段（污染税

20、、资源税等）收费制度（排污费等）财政手段（生态环境基金等）责任制度（赔偿损失和罚款等）A1A1水处理水处理 引言引言1 1了解主要大气污染物及其发生源，大气环境空气质量标准和综合防治措施；了解大气扩散的基本原理，初步学会估算大气污染物浓度和烟囱高度；掌握有关除尘技术的基本理论，具有选用除尘设备、设计除尘系统的能力；掌握气态污染物控制的基本原理及其方法，能进行一般气态污染物控制系统的设计和典型设备的工艺计算。1.2.4 1.2.4 固体废物管理固体废物管理1.1.定义及特征定义及特征l固体废物：指人类在生产建设、日常生活和其他活动中产生的，在一定时间和地点无法利用而被丢弃的污染环境的固体、半固体

21、废弃物质。l从广义上讲，根据物质的形态划分，废物包括固态、液态和气态废弃物质。在液态和气态废弃物中,大部分为废弃的污染物质混掺在水和空气中,直接或经处理后排入水体或大气。在我国,它们被习惯地称为废水和废气,而纳入水环境或大气环境管理体系管理。其中不能排入水体的液态废物和不能排入大气的置于容器中的气态废物，由于多具有较大的危害性，在我国归入固体废物管理体系。l固体废物一词中的“废废”具具有有鲜鲜明明的的时时间间和和空空间间特特征征。从从时时间间方方面面讲讲,它仅仅相对于目前的科学技术和经济条件,随着科学技术的飞速发展,矿物资源的日渐枯竭,生物资源滞后于人类需求,昨天的废物势必又将成为明天的资源。

22、从从空空间间角角度度看看,废物仅仅相对于某一过程或某一方面没有使用价值,而并非在一切过程或一切方面都没有使用价值。某一过程的废物,往往是另一过程的原料。我国目前已建立了许多废物回收利用工厂,如用粉煤灰制砖,用煤矸石发电,用高炉渣生产水泥,从电镀污泥中回收贵重金属等。所所以以固固体体废废物物又又有有“放放错错地地方方的的资资源源”之称之称。l固体废物主要来源于人类的生产和消费活动。物质和能源消耗量越多，废物产生量就越大。进入经济体系中的物质,仅有1015%以建筑物、工厂、装置、器具等形式积累起来，其余都变成了废物。以美国为例，投入使用的食品罐头盒,饮料瓶等，平均几个星期就变成了废物，家用电器和小

23、汽车平均710年变成废物，建筑物使用期限最长，但经过数十年至数百年后也将变成废物。2.固体废物的分类l固体废物分类的方法有多种，按其组成可分为有机废物和无机废物；按其形态可分为固态的废物、半固态废物和液态（气态）废物；按其污染特性可分为危险废物和一般废物等。根据固体废物污染环境防治法分为城市生活垃圾、工业固体废物和危险废物。A1水处理水处理 引言引言1城市生活垃圾又称为城市固体废物，它是指在城市居民日常生活中或为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废物，其主要成分包括厨余物，废纸，废塑料，废织物，废金属，废玻璃陶瓷碎片，砖瓦渣土，粪便，以及废家用什具，废旧电器，庭园废物等等。城市生活垃圾主要

24、产自城市居民家庭、城市商业、餐饮业、旅馆业、旅游业、服务业、市政环卫业、交通运输业、文教卫生业和行政事业单位、工业企业单位以及水处理污泥等。它的主要特点是成分复杂，有机物含量高。影响城市生活垃圾成分的主要因素有居民生活水平、生活习惯，季节，气候等。城 市生活垃圾所含化学元素典型数据 城市生活垃圾组成的典型组分几热值分析数据（2)工业固体废物工业固体废物 工业固体废物是指在工业、交通等生产过程过程中产生的固体废物。工业固体废物主要包括以下几类：（1 1）冶冶金金工工业业固固体体废废物物 主要包括各种金属冶炼或加工过程中所产生的各种废渣，如高炉炼铁产生的高炉渣、平炉转炉电炉炼钢产生的钢渣、铜镍铅锌

25、等有色金属冶炼过程产生的有色金属渣、铁合金渣及提炼氧化铝时产生的赤泥等；（2 2）能能源源工工业业固固体体废废物物 主要包括燃煤电厂产生的粉煤灰、炉渣、烟道灰、采煤及洗煤过程中产生的煤矸石等；（3 3）石石油油化化学学工工业业固固体体废废物物 主要包括石油及加工工业产生的油泥、焦油页岩渣、废催化剂、废有机溶剂等，化学工业生产过程中产生的硫铁矿渣、酸渣碱渣、盐泥、釜底泥、精(蒸）馏残渣以及医药和农药生产过程中产生的医药废物、废药品、废农药等；（4 4）矿矿业业固固体体废废物物 矿业固体废物主要包括采矿废石和尾矿。废石是指各种金属、非金属矿山开采过程中从主矿上剥离下来的各种围岩，尾矿是指在选矿过程

26、中提取精矿以后剩下的尾渣；（5 5）轻轻工工业业固固体体废废物物 主要包括食品工业、造纸印刷工业、纺织印染工业、皮革工业等工业加工过程中产生的污泥、动物残物、废酸、废碱以及其他废物；（6 6）其其他他工工业业固固体体废废物物 主要包括机加工过程产生的金属碎屑、电镀污泥、建筑废料以及其他工业加工过程产生的废渣等。（3）危险废物）危险废物l危险废物是指列入国家危险废物名录或是根据国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方法认定具具有有危危险险特特性性的的废废物物。关于危险废物的定义、分类和鉴别标准，在后面专题讨论。l固体废物的分类，除以上三者之外，还有来自农业生产、畜禽饲养、农副产品加工以及农村居民生活所

27、产生的废物，如农作物秸杆、人畜禽排泄物等。这些废物多产于城市郊区以外，一般多就地加以综合利用，或作沤肥处理，或作燃料焚化。在我国的固体废物污染环境防治法中，对此未单独列项作出规定。A1水处理 引言1废物产生储存收集处置处理、回收转移、运输1.2.5 1.2.5 多介质系统多介质系统l很多环境问题跨越空气-水-土壤边界。见以下示意图。燃煤、发电脱硫、脱氮固体废物空气污染SOx、NOx酸雨形成大气降雨土壤酸化大气降雨生态环境恶化垃圾焚烧脱酸、除尘飞灰空气污染(NOx,HCl,SOx,粉尘)尾气排放酸雨形成粉尘沉降大气降雨土壤酸化毒物土壤富集大气降雨生态环境恶化残渣A1A1水水处理处理 引言引言1

28、1垃圾焚烧多介质系统1.3 利用质量平衡法求解环境问题1.3.1 1.3.1 质量平衡原理质量平衡原理 物质既不会创造，也不会消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。l在环境系统或子系统中，质量方程式可以写成：积累质量积累质量 =输入质量输入质量 -输出质量输出质量l对于许多环境问题，时间是表达问题严重程度或工程设计中的重要参数：累计速率累计速率 =输入速率输入速率 输出速率输出速率l在质量平衡方法中，先画出一个过程的流程过程的流程图图或环境子系统的概念图环境子系统的概念图，将所有已知的输入量、输出量、积累量都换算成相同的质量单位，未知的输入、输出和积累量也在图中标出来，然后写出物料平衡方程式，

29、求解。l当一个系统的输入速率和输出速率保持恒定且相等时，累计速率等于零，这种状态称为稳定状态（steady state）。A1水处理 引言1 有一雨水下水道正在将含有1.200g/L氯化钠的溶雪输送到一小河中。河水本身含有20mg/L氯化钠。已知雨水下水道流量是2000L/min，河水流量是2.0m3/s，请问河水中盐的浓度是多少？假设下水道水流与河水水流完全混合，盐份守恒，系统处于稳定状态。A1水处理 引言1河流下水道Cse=1.200g/LQse=2000L/minCst=20mg/LQst=2m3/sCmix=?Qmix=?A1水处理 引言1 积累速率=CstQst+CseQse Cmi

30、xQmix 式中：Qmix=Qst+Qse 因为系统处于稳定状态，所以积累速率=0。由此得到：CstQst+CseQse CmixQmix=0 Cmix=CstQst+CseQse/Qst+Qsel单位换算：Cse=(1.2000g/L)(1000mg/g)=1200mg/L Qst=(2.0m3/s)=120000 L/minl 代入计算：Cmix=39.34mg/LA1水处理 引言1 某废水处理场有一个水计量罐，操作人员小A打开水泵往里注水，但是他忘了关闭该计量罐的底阀。计量罐的容积是0.35m3，水泵的流量是1.32L/s，排水阀门处的流量为0.32L/s。请问，需要多长时间才能将计量罐

31、打满？会浪费多少水？假设水的密度为1000kg/m3。A1水处理 引言1l利用积分形式求解：ldM/dt是累计质量除以时间。由于水的密度不变，所以：dM=V dtl假设t时间内计量罐被注满，那么：V累计Qin=1.32L/sQout=0.32L/sl将微分式两端积分，得到：所以，有：350L=(1.32L/s)t-(0.32L/s)t t=350 s。A1水处理 引言1 Q1：一个卫生填埋场的可用面积为20hm2，平均深度为30米，每星期有800m3的固体废物倒入此垃圾场，固体压缩成原来密度的2倍。请绘出质量平衡图，并估计填埋场的使用年限。Q2：如果水价上涨为原来的2倍，你认为需水量会不会降低一半？