1、环境工程基础绪论第一章 水质与水体自净1.1 水的循环与污染1.2 水质指标与水质标准1.3 废水的成分与性质1.4 水体自净与环境水容量1.5 水处理的基本原则和方法第二章 水的物理化学处理方法1.1 水中粗大颗粒物质的去除1.2 水中悬浮物质和胶体物质的去除1.3 水中溶解物质的去除1.4 水中有害微生物的去除1.5 水的其他物理化学处理方法第三章 水的生物化学处理方法1.1 废水处理生物学基础1.2 好氧悬浮生长处理技术1.3 好氧附着生物处理技术1.4 厌氧生物处理技术1.5 生物脱氮除磷技术1.6 水处理场污泥处理技术1.7 废水土地处理技术1.8 废水人工湿地处理技术绪论1、环境工
2、程学的主要内容（1）水质净化与水污染控制工程（2）大气污染控制工程（3）固体废物污染控制及噪声与其他公害防治工程（4）清洁生产、污染预防与全过程污染控制工程（5）环境规划、管理和环境系统工程（6）环境监测和环境评价第一章 水质与水体自净一、水的循环与污染注：6 价铬，3 价砷有毒二、水质指标与水质标准1、水质指标：水中杂质的种类、成分和数量，是判断水质的具体衡量标准（1）杂质颗粒尺寸悬浮物质（大于 1 微米） 、胶体物质（小于 1 微米，大于 10-3 微米） 、溶解物质（小于 10-3 微米）溶解性分类（和为总固体数）：溶解固体（DS） 、悬浮固体（SS ）挥发性分类：挥发性固体（VS） 、
3、固定性固体（FS）（2）碱度计算P：酚酞指示剂 H+消耗量T（总碱度）: 甲基橙指示剂 H+消耗量（总碱度各致碱离子含量计算测定结果 OH- CO3 2- HCO3-P=0 0 0 TP0.5T 2P-T 2(T-P) 0P=T T 0 0注：所有碱度以 mg/L 为单位，CaCO3 为中和剂计算计算（3）硬度致硬金属例子：Ca2+，Mg2+（4）化学需氧量和耗氧量（COD ）定义：水中各有机物质与外加的强氧化剂（如 K2Cr2O7、 KMnO4）作用时所消耗的氧化剂量，用氧的 mg/L 表示。分为 CODcr，CODmn（5）生物化学需氧量（BOD） 定义：在有氧条件下，水中可分解的有机物由
4、于好氧微生物的作用被氧化分解而无机化，这个过程所需要的氧量叫做生物化学需氧量，用氧的 mg/L 表示。 BOD5,BOD20:不同温度下的 BOD，CODBOD20BOD5 处理方法选择：B/C0.3 适宜生物化学处理方法，否则用化学 试讨论有机物好氧生物氧化的两个阶段。什么是第一阶段生化需氧量（La）？什么是完全生化需氧量（BODu）？为什么 通常所说的生化需氧量不包括硝化阶段对氧的消耗量？ 在有氧的情况下，废水中有机物质的分解是分两个阶段进行的。第一阶段称为碳氧化阶段，主要是不含氮有机物的氧 化，也包括含氮有机物的氨化，以及氨化后生成的不含氮有机物的继续氧化。碳氧化阶段所消耗的氧量称为碳化
5、生化需氧量（BOD） 。 总的碳化生化需氧量常称为第一阶段生化需氧量或完全生化需氧量，常以 La 或 BODu 表示。 水中的硝化细菌可氧化水中原有的氨和含氮有机物氨化分解出来的氨，最终转化成硝酸盐。由于硝化作用所消耗的氧 量成为硝化生化需氧量，即第二阶段生化需氧量，常以 LN 或 NOD 表示。 通常所说的生化需氧量只是指碳化生化需氧量，即第一阶段生化需氧量 La，不包括硝化过程所消耗的氧量 LN。这是 因为生化需氧量的定义只规定：有机物被氧化分解为无机物质。在第一阶段生物氧化中，有机物中的 C 变为 CO2，N 变为 NH3，均 已无机化。因此并不关心继续氧化成 NO2、NO3。同时，对于
6、一般的有机废水，硝化过程大约在 57 天甚至 10 天后才能显著 展开，所以 5 天的 BOD 测定通常是可以避免硝化细菌耗氧的干扰的。 2、水质标准（1）水质标准与水质要求水质标准：由国家正式颁布的统一规定，对各项水质指标都有明确的要求尺度和界限，均为法定要求，具有指令性和法律性，有关部门、 企业和单位都必须遵守，称为水质标准。 水质要求:各用水部门或设计、研究单位为进行各项工程建设或工艺生产操作，根据必要的试验研究或一定的经验所确定的各种水质要 求。这类水质要求只是一种必要的和有益的参考，并不都具有法律性。 注：有行业标准用行业标准（2）地表水五类标准保护区饮用水养殖和游泳工业水和非接触娱
7、乐水农业和景观三、水体自净作用与环境水容量（1）什么叫水体自净？什么叫氧垂曲线？根据氧垂曲线可以说明什么问题？ 进入水体的污染物通过物理、化学和生物等方面的作用被分散、分离或分解，最后，水体基本上或完全地恢复到受污 染前的状态，这个自然净化的过程称为水体自净。当河流接纳废水以后排入口（受污点）下游各点处溶解氧的变化十分复杂。以各点离排入口的距离为横坐标，溶解氧量为纵坐标作图，即得氧垂曲线。氧垂曲线的形状会因各种条件（如废水中有机物浓度、 废水和河水的流量、河道弯曲状况、水流湍急情况等）的不同而有一定的差异，但总的趋势是相似的。由氧垂曲线可以得到废水 排入河流后溶解氧最低点的亏氧量，及从排入点到
8、临界点所需的时间。 （2）水环境容量W=V(S-B)+CV：地表水体积S：污染物环境标准B：污染物环境背景值C：自净能力第二章 水的物理化学处理方法一、水中粗大颗粒物质的去除1、格栅、筛网、微滤机2、沉砂池 目的：去除无机颗粒 原理：重力沉降、自由沉降 沉降速度（Stokes 公式）:u=（g18） （s-）d2d：颗粒直径 s：颗粒密度：液体密度：水的动力粘度（温度越高越小，越易沉淀g：重力加速度 类型：平流式沉砂池竖流式沉沙池曝气池（提供溶解氧除有机物，预曝气）二、水中悬浮物质与胶体物质的去除1、沉淀（1）自由沉淀、絮凝沉淀、拥挤沉淀与压缩沉淀各有什么特点？说明它们的内在区别和特点。 悬浮
9、颗粒在水中的沉降，根据其浓度及特性，可分为四种基本类型： 自由沉淀：颗粒在沉降过程中呈离散状态，其形状、尺寸、质量均不改变，下沉速度不受干扰。 (沉砂池、初沉池，Stokes 公式)絮凝沉淀：沉降过程中各颗粒之间相互粘结，其尺寸、质量会随深度增加而逐渐增大，沉速亦随深度而增加。 （初沉池后期，二沉池）拥挤沉淀：颗粒在水中的浓度较大，颗粒间相互靠得很近，在下沉过程中彼此受到周围颗粒作用力的干扰，但颗粒间相对位 置不变，作为一个整体而成层下降。清水与浑水间形成明显的界面，沉降过程实际上就是该界面下沉过程。 （二沉池后期）压缩沉淀：颗粒在水中的浓度很高时会相互接触。上层颗粒的重力作用可将下层颗粒间的
10、水挤压出界面，使颗粒群被压缩。（污泥压缩池）（2）理想沉淀池（计算，P97）计算公式：u0=H/t0=Q/A（3）沉淀池类型 普通沉淀池平流式沉淀池（入流区、缓冲区、沉淀区、污泥区）竖流式沉淀池（小型处理厂）幅流式沉淀池（大型处理厂） 斜板式沉淀池U0=V（H/L） 减少 H，增加 L 则能沉淀的更多2、混凝（1）理论基础 胶体带负电（水中有 SiO2 吸附硅酸跟，蛋白质） 胶体脱稳机理胶体脱稳的机理可归结为以下四种： A 压缩双电层：带同号电荷的胶粒之间存在着范德华引力和由 电位引起的静电斥力。这两种力抗衡的结果决定胶体的稳定性。一般当两胶体颗粒表面距离大于 3nm 时，两个颗粒总处于相斥状
11、态（对憎水胶体颗粒而言，两胶核之间存在两个滑动面内的 离子层，使颗粒保持稳定的相斥状态；对于亲水胶体颗粒而言，其表面吸附了大量的水分子构成水壳，使彼此不能靠近而保持稳定。 ） 在水处理中使两胶体颗粒间距减少，发生凝聚的主要方法是在水中投加电解质。电解质在水中电离产生的离子可与胶粒的反 离子交换或挤入吸附层，使胶粒带电荷数减少，降低 电位，并使扩散层厚度减小。 B 吸附电中和：胶粒表面对异号离子、异号胶粒或链状高分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用，使得胶粒表面的部位或 全部电荷得以中和，减少静电斥力，致使颗粒间易于接近而相互吸附。 C 吸附架桥：如果投加的化学药剂是能吸附胶粒的链状高分子聚合物
12、，或者两个同号胶粒吸附在同一异号胶粒上，胶粒就能 连结、团聚成絮凝体而被除去。 D 网捕作用：含金属离子的化学药剂投入水中后，金属离子会发生水解和聚合，并以水中的胶粒为晶核形成胶体状沉淀物，或者沉淀物析出时吸附和网捕胶粒与之共同沉降下来。（2）混凝剂的作用使胶体微粒脱稳沉淀，常用的有铝盐和铁盐铝盐和铁盐：铝盐/铁盐在水处理中发挥的三大作用： A pH 值偏低，胶体及悬浮物浓度高，投药量尚不足的反应初期，以 Al3+或 Fe3+和低聚合度高电荷的多核羟基配合物的脱稳凝 聚作用为主； B pH 值和投药量适中时，以高聚合度羟基配合物的桥连絮凝作用为主； C pH 值较高，胶体及悬浮物浓度较低，投药
13、充分时，以氢氧化物沉淀形式存在的网捕絮凝作用为主。 有机高分子絮凝剂：吸附架桥助凝剂3、澄清（混凝处理工艺混合池、反应池、沉淀池合一）4、过滤（1）机理 阻力节流 重力沉降 接触絮凝（2）普通快滤池(过滤+反冲洗 )构造：四阀门（原水、废水、排水、反冲洗） 滤料：石英砂、无烟煤、高炉渣有效直径：D10：能使 10%的滤料通过筛孔的直径，D80：能使 80%的滤料通过筛孔的直径不均匀系数：D80 与 d10 的比值就是不均匀系数，越小越好单层滤池：以石英砂为滤料(纳污能力差，不易反洗，损失水头)双层滤池：上层无烟煤，下层石英砂（改进） 垫层：滤层与配水系统之间，阻挡滤料进入集水系统，反冲洗时均匀
14、布水 反冲洗系统：压缩空气反洗，水力表面冲洗以及机械或超声波搅动 配水系统：保证反洗水能均匀分布在断面上5、气浮（1）理论基础：利用高度分离的微小气泡作为载体粘附悬浮颗粒，使其随气泡上升到水面加以分离去除。（2）适用对象：疏水性固体或悬浮物质（3）优点：处理效率高、废渣含量低，预曝气 缺点:成本高，需要顶棚等保护措施三、水中溶解物质的去除1、水的软化和除盐目的：除 Ca2+和 Mg2+方法：加热软化（不能除非碳酸盐） 、药剂方法（石灰石，纯碱） 、离子交换法（ca2+，mg2+转变为 Na）2、离子交换法对象：金属离子原理：价态越高，原子序数（离子半径）越大，越易被交换操作工艺： 交换：离子交
15、换剂上的可交换离子与溶液中其他同性离子间的交换反应。主要与树脂性能、树脂层高度、水流速度、原 水浓度以及再生程度有关。 反洗：目的在于松动树脂层，以便再生时再生液分布均匀，同时还及时清除积存的杂质、碎粒和气泡。 再生：交换反应的逆过程，用较高浓度的再生液恢复树脂的交换能力。 清洗：将树脂层中残余的再生废液清洗掉，直至符合出水水质要求。 应用范围： 软化 一般采用钠型阳离子交换柱（固定型单床） ，再生液用饱和 NaCl 溶液。图 2-55 钠型离子交换柱。 除盐 需用 H+型阳离子交换柱（金属离子与 H+交换）与 OH-型阳离子交换柱（各酸根离子与 OH-交换）串联工艺。图 2-56 H柱和 O
16、H柱串联除盐。 重金属废水的处理和金属的回收3、吸附法目的：除有机物、脱色、脱臭类型：物理吸附：范德华力（一直进行）化学吸附：化学键力（逐渐停止）吸附剂：活性炭，考虑比表面积（每克吸附剂所具有的表面积） 、吸附质和操作条件吸附平衡：当吸附速度和解吸速度相等，即单位时间内吸附的数量等于解吸的数量时，吸附质在吸附剂表面的浓度与在溶液中的浓度都不再改变，这就达到了吸附平衡，此时的浓度称为平衡浓度吸附量：吸附平衡时，单位质量吸附剂上所吸附的吸附质的质量q=V（ 0-e） /mq：吸附量v：溶液体积0 和 e：初始浓度和平衡浓度m：吸附剂投加量吸附等温线：一定温度下，活性炭与被处理水接触达到平衡时，吸附
17、质浓度和活性炭吸附量的关系朗格缪尔型（化学，逐渐停止）BET 型（物理，一直进行）Freundilich 公式（计算）：q=K1/n ，两边取对数：lgq=lgk+1/nlg操作方式：固定床、移动床、流化床吸附穿透曲线：碳层中除去溶质最多的区域成为吸附带。此带上的碳层以达到饱和，不再起吸附作用。当吸附带的边缘到达柱底部时，出水溶质迅速上升，达到初始浓度，即为穿透点。出水浓度达到进水浓度 95%左右时，可认为已经耗竭，此即为吸附终点。4、膜分离技术（进水预处理要求高）定义：膜分离法是用一种特殊的半透膜将溶液隔开，使一侧溶液中的某种溶质透过膜或者溶剂渗透出来，从而达到分离溶质的目的。几种膜分离技术
18、的原理和特点与应用 渗透扩散运用浓度差，不消耗能量 电渗析在直流电场的作用下，利用阴阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子的选择透过性（即阳膜只允许阳离子通过，阴 膜只允许阴离子通过） ，使溶质与水分离的物化过程。 渗析法在半透膜高浓度溶液的一侧施加足够的压力（超过溶液的渗透压） ，使溶剂从高浓度一侧向低浓度一侧流动的 过程。随着反渗透膜制造技术及装置的迅速发展与完善，反渗透工艺已在海水及苦咸水淡化、饮用水处理、高纯水制备等领域得 到了较多的应用。在电镀、食品工业等废水处理方面也有应用。 微滤、超滤和纳滤等依靠压力和膜进行工作，制膜的原料也是醋酸纤维素或聚酰胺、聚砜等，但删去热处理工序，使制成的膜孔径
19、较大，能够在较小的压力下工作，而且有较大的水通量。微滤技术适合于去除胶体、悬浮固体和细菌，现多用于取 代深床过滤，降低出水浊度，强化水的消毒，有时也作反渗透的预处理。超滤能去除相对分子量大于 1000100000 的物质，如胶体、蛋白质、颜料、油类、微生物等。纳滤又称低级反渗透，可分离相对分子量大于 200400 的物质，如硬度离子、色素等，有些较大分子的有机物也可被除去。 反渗透驱动力为压力差，耗能除电力驱动外最大优点：可在一般条件下进行缺点：需要消耗能量，处理能力小四、水中有害微生物的去除消毒（相对） 、灭菌（绝对）试述加氯消毒的原理。 氯气溶于水后发生水解反应，生成的次氯酸 HOCl 是
20、弱酸，又发生离解反应。平衡受水中氢离子浓度的影响。当 pH4 时， 溶于水的 Cl2 几乎以 HOCl 和 OCl的形式存在，极少以 Cl2 的形式存在。当 pH7 时，HOCl 约占 80，OCl 约占 20。一般认 为，Cl2、HOCl、OCl 均具有氧化能力，而不少研究表明 Cl2、HOCl、OCl三者中， HOCl 的杀菌能力最强。 当水中有氨存在时，氯和次氯酸极易与氨化合成各种氯胺。各种氯胺水解后，又会生成 HOCl，因此它们也具有消毒杀菌能 力，但不及 HOCl 强，而且杀菌作用进行得比较缓慢。 氯还可以与水中其他杂质特别是还原性物质起化学作用，如 Fe2+、Mn2+、NO2 、S
21、等无机性还原物质以及一些有机性还 原物质。 其他消毒方法：加热消毒紫外线消毒臭氧消毒五、水的其他物理化学处理方法（了解）中和法、高级氧化技术、化学还原法、化学沉淀法、电化学法、磁力分离法、溶剂萃取、吹脱与气提、蒸发结晶冷却第三章 水的生物化学处理方法一、废水处理微生物学基础1、后生生物是好氧生物净化程度的有效指示生物2、细菌生长曲线迟缓期对数增长期减速增长期内源呼吸期二、好氧悬浮生长处理技术（重点必考）1、活性污泥法基本流程：进水 曝气池 二沉池 出水剩余污泥回流污泥活性污泥（原理）：向生活污水中不断注入空气，维持水中有足够的溶解氧，经过一段事件后，污泥即生成一种絮凝体。该絮凝体是由大量微生物
22、构成的，易于沉淀分离，使污水得到澄清，这就是活性污泥。过程与机理 吸附阶段：由于絮状的活性污泥表面积很大，表面具有多糖粘液层，污水与活性污泥接触后很短时间内，水中有机物迅速降低，这就是吸附作用引起的。 氧化阶段微生物将一部分吸附阶段的有机物氧化分解获取能量，另一部分则合成新的细胞，速度较慢。 絮凝体形成阶段氧化阶段合成的菌体有机体絮凝形成絮凝体，通过重力沉淀从水中分离出来，使水得到净化。(对数增长期出水不易形成絮凝体，内源呼吸期出水效果较好)影响因素 溶解氧：缺氧会产生丝状菌，污泥膨胀，一般 2mg（1-3mg）为宜。 营养物质：BOD5：N:P=100:5:1 PH 和温度：6.5-9.0，
23、20-30C评价指标 混合液悬浮固体（MLSS）：指曝气池中污水和活性污泥混合后的混合液悬浮固体数量，也称混合液污泥浓度，单位为 mg/L，是计量曝气池中活性污泥数量的指标。 （一般 2000mg/L-4000mg/L） 污泥沉降比（SV）指曝气池混合液在 100ml 量筒中静置沉淀 30min 后，沉淀污泥占混合液的体积分数。 （15%-30%） 污泥指数（SVI）污泥指数是污泥容积指数的简称，指曝气池出口处混合液经 30min 沉淀后，1g 干污泥所占的容积。SVI=污泥沉降比（SV）*100ml污泥干重（g）一般在 50-150 左右，太低缺乏吸附能力，太高难以分离曝气方法鼓风曝气、机械
24、曝气（形成水跃）曝气池类型推流式曝气池、完全混合曝气池、循环混合曝气池2、氧化塘（越厌氧负荷越高，建造时注意防渗漏）氧化塘有哪几种形式？它们的处理效果如何？适用于什么条件？ 氧化塘又称为稳定塘或生物塘，是一种类似池塘（天然的或人工修建的）的处理设备。氧化塘净化污水的过程和天然水体的 自净过程很相似，污水在塘内经长时间缓慢流动和停留，通过微生物（细菌、真菌、藻类和原生动物）的代谢活动，使有机物降 解，污水得到净化。水中溶解氧主要由塘内生长藻类通过光合作用和塘表面的复氧作用提供。 氧化塘可分为好氧氧化塘、兼性氧化塘，曝气氧化塘和厌氧塘四类。 三、好氧附着生物处理方法试简单说明附着生长系统处理废水的
25、基本原理。 当污水与滤料等载体长期流动接触，在载体的表面上就会逐渐形成生物膜。生物膜主要是由细菌（好氧菌、厌氧菌和兼性菌） 的菌胶团和大量的真菌菌丝组成。生物膜上线虫类、轮虫类及寡毛类等微型生物出现的频率也较高。在日光照射的部位还生长藻 类，有的滤料内甚至还出现昆虫类。由于生物膜是生长在载体上的，微生物停留时间长，像硝化菌等生长世代期较长的微生物也 能生长。所以，生物膜上生长繁育的生物种类繁多、食物链长而复杂是这种处理技术的显著特征。 四、厌氧生物处理技术(处理难溶解有机物、能耗低 )1、厌氧生物处理机理（DO=0）两阶段理论：液化（酸化） 、气化（甲烷化）四阶段理论：水解阶段（池 1）：复杂
26、非溶解有机物简单溶解性有机物产酸发酵（池 2）: 简单溶解性有机物 挥发性脂肪酸和醇产氢产乙酸（池 2）: 挥发性脂肪酸和醇 乙酸，CO2,H2产甲烷（池 2）: 乙酸，CO2,H2 产甲烷2、影响因素温度：低温消化（5-15） 、中温消化（ 30-35）和高温消化（ 50-55） ，温度越高越短酸碱度：甲烷菌在 6.8-7.2，因此要有缓冲物质，如重碳酸盐负荷：以投配率表示（每日加入消化池的新鲜污泥体积或高浓度污水容积与消化池容积的比率） ，过高，产酸大于产甲烷，ph 下降，产气率降低。过低，成本高。碳氮比：（10-20）：1 较好，过高产氮量不足，缓冲能力较低，过低则 PH 上升，杀死甲烷
27、菌。有毒物质五、生物脱氮除磷技术1、水中 N 的转化有机氮（氨化）氨氮（好氧微生物）硝化（NOx ，有机物浓度低）（反硝化，缺氧,有机物）N2工艺 二段生物脱氮处理前置反硝化脱氮工艺2、生物脱磷工艺机理：在好氧条件下(厌氧排出 P,吸收有机物)，聚磷菌不断摄取并氧化分解有机物，产生的能量一部分用于磷的吸收和磷的聚合，一部分则通过与 H3PO4 结合，转化为 ATP 贮存起来。处理过程中，通过从系统中排出污泥以达到去除磷的目的原污水 沉淀池 曝气氧化硝化池 排放污泥回流缺氧反硝化池 曝气 沉淀池排泥原污水 沉淀池排泥缺氧池 好氧池碱回流混合液污泥回流二沉池A2/O 工艺污水处理流程格栅沉砂池（除悬浮物和有机）初沉池生物处理二沉池（排除生物污泥）消毒进水 缺氧段（A）出水污泥回流PBOD厌氧段（A）好氧段（O）沉淀池内循环BOD NOx BODPNH4
