环境工程新版.doc

水循环分为自然循环和社会循环。自然循环:在太阳能的作用下，通过植物的蒸腾作用、地表径流、地下径流等形式进行循环往复的过程。社会循环:人类社会为了满足生产、生活的需求，需要从天然水体中取大量的水，通过使用过的水混入了各种污染物质，通过一定的净化，最终又流入天然水体。水中杂质存在状态：悬浮物质、溶解物质、胶体物质。悬浮物质由大分子颗粒构成，靠浮力和粘滞力悬浮在水中。溶解物质由分子或者离子构成，被水分子结构所支撑。胶体物质介于悬浮物质与溶解物质之间。曝气沉砂池的作用特点：曝气沉砂池是在池的一侧通入空气，使污水沿池旋转前进，从而产生与主流垂直的横向恒速环流。曝气沉砂池的优点是通过调节曝气量，可以控制污水的旋流速度，使除砂效率较稳定，受流量变化的影响较小，同时，还对污水起预曝气作用。一、 沉砂池类型沉砂池重要是为了除去水中砂粒、煤渣等比重较大的无机颗粒杂质，同时去除少量较大的有机杂质。工作原理是重力沉降。分为平流式沉砂池、竖流式沉砂池、曝气沉砂池:二、 沉淀池形式池型优点缺陷合用条件平流式沉淀池1.沉淀效果好2.对冲击负荷和温度变化的适应能力强3.施工简易，造价较低1.配水不易均匀2.采用多斗排泥时，每个泥斗需单独设排泥管，操作量大，管理复杂3.采用链带式刮泥排泥时，机件浸于水中，易腐蚀1.合用于地下水位高及地质较差地区2.合用于大、中、小型水解决厂竖流式沉淀池1.排泥方便，管理简朴2.单池占地面积较小1.池子深度大，施工困难2.造价较高3.对冲击负荷和温度变化的适应能力差4.池径不宜过大，否则布水不均匀合用于小型污水解决厂，给水厂多不用辐流式沉淀池1.多为机械排泥，运营较好，管理较简朴2.排泥设备已趋稳定1.水流不易均匀，沉淀效果较差2.机械排泥设备复杂，对施工只讲规定高1.合用于地下水位较高地区2.合用于大、中型水解决厂 常用混凝剂：铝盐和铁盐。铝盐:硫酸铝、明矾、聚合氯化铝铁盐:硫酸亚铁、三氯化铁、聚合硫酸铁、聚合氯化铁常用絮凝剂：聚丙烯酰胺(PAM)、淀粉、纤维素衍生物类、微生物多糖类澄清池特点：原水加药后进入澄清池，使水中的脱稳杂质与澄清池中的高浓度泥渣颗粒充足接触碰撞凝聚，并被泥渣层拦截下来，水得到澄清。澄清池将絮凝和沉淀两个过程综合与一个构筑物内完毕，重要运用活性泥渣层达成澄清的目的。当脱稳杂质随水流与泥渣层接触时，便被泥渣层阻留下来，使水获得澄清。气浮法是运用高度分散的微小气泡作为载体去黏附水中的悬浮颗粒,使其随气泡浮升到水面而加以分拜别除的一种水解决方法。气浮分离的对象是疏水性细微固体或液体悬浮物质，如细沙纤维、藻类及乳化油滴。实现气浮分离过程的必要条件是使污染物可以黏附在气泡上。离子互换的运营操作涉及四个环节:互换、反洗、再生、清洗。(1)互换:互换过程就是产水过程，离子互换剂上的可互换离子与原水中的同性离子进行互换，使原水得到软化或除盐的过程。(2)反洗: 再生之前要对树脂层进行反洗，目的在于松动树脂层，以便再生时注人的再生液能分布为匀，同时也及时地清除积存在树脂层内的杂质、碎粒和气泡。(3)再生:再生过程也就是互换反映的逆过程。使具有较高浓度的再生液流过树脂层,将先前吸附的离了置换出来，从而使树脂的互换能力得到恢复。在一定范围内,浓度越大再生限度越高;但超过一定范围,再生限度反而下降。(4)清洗:清洗是将树脂层内残留的再生废液清洗掉，直到出水质符合规定为止。吸附等温线：一定温度下，活性炭与被解决的水接触达成平衡时，溶液浓度和活性炭吸附量之间的关系曲线叫做吸附等温线。无拐点Langmuir，有拐点BET，直线Freundlich。三、 氯消毒副产物 三氯甲烷、氯乙酸 四、 高级氧化技术(AOT)在一定条件下，依靠体系中实时生成的羟基自由基等强氧化物种来氧化降解水中污染物的技术。反是反映涉及水中羟基自由基的氧化过程，都是高级氧化过程。通过化学或者物理化学的方法将污水中的污染物直接氧化成无机物，或者将其转化为低毒的易生物降解的中间产物。Fenton化学氧化法是应用双氧水(H2O2)与亚铁(Fe2+)反映产生氢氧自由基的原理，进行氧化有机污染反映，将废水中有机物污染氧化成二氧化碳和水的一种高级氧化解决技术。其化学反映机制如下：H2O2+Fe2+OH+OH-+Fe3+Fe(OH)3影响Fenton法氧化反映效果与速率因子：反映物自身的特性，H2O2的剂量，Fe2+的浓度，pH值，反映时间，温度。五、 氧化沟氧化沟即循环混合曝气池。常见的为卡鲁赛尔氧化沟、奥贝尔氧化沟、曝气-沉淀一体氧化沟。由活性污泥在首尾相连的闭合的曝气沟渠中的循环，通过活性污泥中的微生物与细菌对污水中的有机物进行降解去除，进而达成净化污水的目的。 生物滤池 普通生物滤池： BOD5去除率高，工作稳定，费用低。但负荷较低，占地面积大，滤料易堵塞，影响周边环境。高负荷生物滤池： BOD溶积负荷和水力负荷大大高于普通生物滤池。塔式生物滤池：通风良好，容易产生强烈的紊流，大大提高传质速度和滤池净化能力。其负荷远比高负荷滤池高，滤池内生物膜生长迅速，同时受强烈水力冲刷更新快，具有较好的活性。BOD5容积负荷:单位有效容积在单位时间内的解决的进料具有的物料BOD5数量，而不是去除的量。生物接触氧化法：是从生物膜法派生出来的一种废水生物解决法。在该工艺中污水与生物膜相接触，在生物膜上微生物的作用下，可使污水得到净化。该方法采用与曝气池相同的曝气方法提供微生物所需的氧量，并起搅拌与混合的作用，同时在曝气池内投加填料，以供微生物附着生长，因此，又称为接触曝气法，是一种介于活性污泥法与生物滤池两者之间的生物解决法，是具有活性污泥法特点的生物膜法，它兼具两者的优点。特点:高效节能、占地面积小原理:生物膜吸附有机物由微生物分解。影响因素:填料、水温、pH、溶解氧等厌氧消化机理：在酸性消化阶段，有机物在细菌的作用下，分解成简朴的有机酸(如丁酸、丙酸、乙酸和甲酸等)以及醇类、二氧化碳、氮、硫化物、氢以及能量。在这一阶段里，由于有机酸的大量积累，pH值可下降至6，甚至可达5以下。所以叫做酸性消化阶段。随后，由于有机酸和溶解性含氮化合物的分解，产生碳酸盐、氨、氮及少量的二氧化碳等，从而使酸性减退。经酸性消化后的污泥外观呈黄色，比较黏稠不易脱水，仍易于腐化发臭。在碱性消化阶段，参与的微生物是甲烷细菌。甲烷细菌对营养的规定不高，一般的营养盐类、二氧化碳、醇和氨都可以作为碳、氮源，属于专性厌氧细菌群。在甲烷细菌的作用下，酸性消化阶段的代谢产物进一步分解成污泥气，其重要成分是甲烷(CH4)、二氧化碳(C02)及少量氨、氢、硫化氢等。随着甲烷细菌的繁殖，有机酸迅速分解，pu值迅速上升，达成78，所以叫做碱性消化阶段。影响厌氧生物解决的重要因素及解释1.温度:甲烷细菌对温度变化十分敏感，温度是影响厌氧生物解决的重要因素。2.酸碱度:甲烷细菌生长最佳的pH范围是6.8-7.2,假如pH低于6或者高于8,正常消化会遭到破坏。3.负荷:负荷是厌氧解决过程中决定污水、污泥中有机物进行厌氧消化速率高低的综合指标，是厌氧消化的重要控制参数。常以透配率表达。投赔率过高，会导致酸累计，pH下降，破坏碱性消化，产气率减少;投配率过低，虽然可以提高产气率，但会使设备容积变大，投资高。4.碳氮比:过高时，组成细菌的氮量局限性，消化液的缓冲能力低，pH易下降;碳氮比太低，则氮量过高，pH也许会8，导致铵盐累积，毒害甲烷细菌。5.有毒物质:会影响消化的正常进行，重要是重金属离子和某些阴离子生物脱氮1.氨化作用,即水中的有机氮在氨化细菌的作用下转化成氨氮.2.硝化作用,即在供氧充足的条件下,水中的氨氮一方面在亚硝酸菌的作用下被氧化成亚硝酸盐,然后再在硝酸菌的作用下进一步氧化成硝酸盐.3.反硝化作用,即在缺氧或厌氧的条件下,硝化产生的亚硝酸盐和硝酸盐在反硝化细菌的作用下被还原成氮气.脱磷机理污水中磷的去除重要由聚磷菌等微生物来完毕。1.聚磷菌磷的摄取。在好氧条件下,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取和聚磷的合成，一部分则使ADP通过与H,PO,结合,转化为ATP贮存起来。细菌以聚磷(一种高能无机化合物)的形式在细胞中储存磷，其量可以超过生长所需。2.聚磷菌磷的释放。通过从系统中排除高磷污泥以达成去除磷的目的。在厌氧和无氮氧化物存在的条件 下聚磷菌体内的ATP进行水解，放出L.PO.和能量形成ADP。这一过程称为聚磷菌磷的释放。六、 A2/O 工艺流程及其脱氮除磷原水厌氧段缺氧段好氧段(内循环至缺氧段)沉淀池(富磷污泥排出，回流污泥至厌氧段前)出水。厌氧池:污水和回流污泥混合，通过厌氧分解，去除部分BOD,部分含氮化合物转化为N2释放，回流污泥中的聚磷微生物释放出磷，满足细菌对磷的需求。缺氧池:反硝化细菌运用污水中未分解的含碳有机物作碳源，将回流过来的NO3-换原为N2释放。好氧池:水中的NH3-N进行硝化作用生成NO3-,同时有机物氧化分解供应吸磷微生物以能量，从水中吸取磷，磷进入细胞组织，经沉淀池分离后以富磷污泥的形式从系统中排出。二十五、土地解决系统的类型1.慢速渗滤:有控制的将污水投配到种植粮食或经济作物的土壤表面，使污水在土壤和植物系统的作用下得到净化的一种土地解决系统。布水方式分为:喷灌、漫灌、垄沟布水。2.快速渗滤:以高渗透性的沙质土壤表土层为天然滤床，通过氧化、硝化、反硝化以及沉淀、过滤、氧化还原等过程得到净化。3.地表漫流:将污水投配到土壤渗透性低，生长植物具有一定坡度的土地表面，使污水在地产缓慢流动过程中得到净化的一种土地解决系统。4.地下渗滤:将污水引至地表下一定的深度，运用土壤的渗滤作用和毛细管浸润作用使午睡得到解决的土地解决系统大气是指围绕地球的所有空气的总和。大气圈的上界定为地球表面以上12001400km。可将大气圈分为五层：即对流层、平流层、中间层、暖层、散逸层。大气是由多种气体混合而成，其组成可以分为三部分：干燥清洁的空气、水蒸气和各种杂质。大气污染物的种类很多，按其存在状态可概括为两类：气溶胶状态污染物和气体状态污染物。气体污染物的种类很多，总体上可以分为五大类：以二氧化硫（SO2）为主的含硫化合物，以一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）为主的含氮化合物，碳的氧化物，有机化合物及卤素化合物。气态污染物又分为一次污染物和二次污染物。一次污染物是指直接从污染源排放到大气中的原始污染物质；二次污染物是一次污染物通过一系列化学或光化学反映而生成的与一次污染物性质不同的新的污染物质，重要有硫酸烟雾和光化学烟雾。常见的重要气态污染物：1.硫氧化物 2.氮氧化物 3.碳氧化物 4.有机化合物 5.硫酸烟雾 6.光化学烟雾。大气污染对人体健康的影响 重要表现为引起呼吸道疾病。在忽然的高浓度污染物作用下，可导致急性中毒，甚至短时间死亡。长期接触低浓度污染物，会引起支气管炎，支气管哮喘，肺气肿和肺癌等疾病。大气污染对植物的伤害 通常发生在植物叶子结构中。常见的毒害植物的气体是：二氧化硫，臭氧，PAN，氟化氢，乙烯，氯化氢，氯，硫化氢和氨。大气污染对器物和材料的影响 对金属制品，油漆涂料，皮革制品，纸制品，纺织品，橡胶制品和建筑物等的损害也是严重的。涉及玷污性损害和化学性损害两个方面。大气污染综合防治的含义：实质上为了达成区域环境空气质量目的，对多种大气污染控制方案的技术可行性，经济合理性，区域适应性和实行也许性等进行最优化选择和评价，得出最优的控制技术方案和工程措施。环境空气质量标准：新标准中将环境空气功能区分为二类：一类区为自然保护区，风景名胜区和其他需要特殊保护的区；二类区为居住区，商业交通居民混合区，文化区，工业区和农村地区。颗粒污染物控制原理 颗粒粒径：实际颗粒的形状多是不规则的，所以需要按一定方法拟定表达颗粒大小的代表性尺寸作为颗粒的直径，简称粒径。1.投影直径 （在显微镜下观测到的粒径）2.几何当量直径（取颗粒的某一几何量相同时球形颗粒的直径）粒径分布：不同粒径范围内的颗粒的个数所占的比例。粉尘的密度：单位体积颗粒物的质量称为粉尘的密度。 粉尘的含水率：与粉尘的吸湿性，即粉尘从周边空气中吸取水分的能力有关。选用湿式除尘器的依据：粉尘的润湿性。粉尘的流动特性：粉尘从漏斗连续落到水平面上，自然堆积成一个圆锥体，圆锥体母线与水平面的夹角称为粉尘的安息角，一般为 35度45度。粉尘的滑动角系指自然堆放在光滑平面上的粉尘，随平板做倾斜运动时，粉尘开始发生滑动时的平板倾斜角，也称静安息角，一般为40度到55度。颗粒物捕集的理论基础：考虑的作用力有重力，离心力，惯性力和静电力等外力，流体阻力和颗粒间的互相作用力（颗粒浓度不高时可以忽略）电除尘器：电除尘器的工作原理：涉及粉尘荷电，荷电粒子的迁移，沉积和集尘极表面清灰三个基本过程。影响电除尘器捕集效率的因素：1.粉尘的导电性 2.高比电阻粉尘对电除尘器性能的影响（当比电阻高于1011欧*cm时，集尘板粉尘层内会出现电火花，即会产生明显反电晕）3.克服高比电阻影响的方法 4.气体的含尘浓度（假如气体含尘浓度很高，电场内尘粒的空间电荷很高，会使电除尘器电晕电流急剧下降，严重时趋近于零，此情况称为电晕闭塞，为防止其发生，解决含尘浓度较高的气体时，必须采用一定的措施，如提高工作电压，采用放电强烈的芒刺型电晕极，电除尘器前增设预净化设备。）袋式除尘器： 袋式除尘器特点1.除尘效率高2.适应性强3.操作稳定4.结构简朴 袋式除尘器的虑尘机制：筛分，惯性碰撞，拦截，扩散等作用 袋式除尘器的压力损失 = 除尘器结构的压力损失 + 过滤层的压力损失袋式除尘器的滤料：选择滤料时必须考虑含尘气体的特性，如颗粒和气体性质。性能良好的滤料应容尘量大，吸湿性小，效率高，阻力低，使用寿命长。滤料按材质可分为天然纤维，无机纤维和合成纤维等。滤料按结构可分为机织布，针刺毡和表面过滤材料等。袋式除尘器的类型和结构：一. 按清灰方式分类 1.机械振动清灰 2.逆气流清灰 3.脉冲喷吹清灰 袋式除尘器的应用：广泛用于各种工业部门的尾气除尘 电袋除尘器：将电除尘器和袋式除尘器有机组合，除尘效率达成99.9%以上。 湿式除尘器的工作机理：涉及惯性碰撞和拦截，扩散黏附，凝聚等作用，但重要是惯性碰撞和拦截作用。 气态污染物净化原理：一. 吸取法净化气态污染物：吸取是根据气体混合物中各组分在液体溶剂中物理溶解度或化学反映活性的不同，而将有害组分从气流中分离出来的过程。吸取设备 工程中常用的吸取设备有填料塔，板式塔，喷淋塔和文丘里吸取器。二. 吸附法净化气态污染物：气体吸附是用多孔固体吸附将气体或液体中一种或数种组分浓集于固体表面，而于其他组分分离的过程。 吸附过程的物质传递可分为以下几个环节1.外扩散2.内扩散3.吸附。 吸附设备按吸附剂在吸附器中的工作状态可分为固定床吸附器，移动床吸附器和流化床吸附器。 吸附工艺按操作过程的连续与否可分为间歇吸附流程，半连续吸附流程或连续吸附流程。 吸附剂再生方法：热再生，降压再生，通气吹扫再生，置换脱附再生，化学再生。三. 催化法净化气态污染物：催化转化是借助催化剂的催化作用使气体污染物在催化剂表面上发生化学反映，转化为无害或易于解决与回收运用物质的净化方法。（应用：高浓度SO2的回收运用，汽车尾气的净化等） 催化剂组成：通常由主活性组分，助催化剂和载体组成。 催化剂的性能：重要指其活性，选择性和稳定性。 工业上常见的气固相催化反映器分固定床和流化床两大类。二氧化硫污染控制技术 方法有燃烧前燃料脱硫，燃烧过程中脱硫和燃烧后烟气脱硫。 燃烧后烟气脱硫可按脱硫剂状态分为湿法，干法和半干法脱硫，也可按脱硫产物是否再生分为抛弃法和再生法。 石灰石/石灰法湿法脱硫是采用石灰石或者石灰浆液脱除烟气中SO2的方法。 石灰石：CaCO3+SO2+2H2O-CaSO3.2H2O+CO2 石灰： CaO + SO2+2H2O-CaSO3.2H2O氮氧化物污染控制技术 燃烧过程中形成的NOx分为三类。一类由燃料中固定氮生成的NOx称为燃料型NOx。第二类NOx由大气中的氮生成，重要产生于高温下原子氧和氮之间的化学反映，通常称作热力型NOx。在低温火焰中由于含碳自由基的存在还会生成第三类NOx，称为瞬时NOx。 燃烧源NOx控制重要有三种方法：燃料脱硝，低氮燃烧技术和烟气脱硝。 烟气脱硝技术重要涉及选择性催化还原，选择性非催化还原法，液体吸取法和吸附法等。 低氮燃烧技术 1.烟气再循环技术2.空气分级燃烧技术 3.燃料分级燃烧技术 选择性催化还原烟气脱硝（SCR）：1.NOx脱除效率高，可达成80%90% 2.二次污染小 3.技术较成熟，应用广泛 4.投资和运营成本高。 脱硝催化剂，一般为蜂窝式或板式。 工艺流程和重要设备：出于经济考虑，目前多数电厂采用高粉尘SCR。还原剂NH3在催化反映器的上游注入具有NOx的烟气。此处烟气温度为290400度，是还原反映的最佳温度，在具有催化剂的反映器内NOx被还原为N2和水。挥发性有机污染物控制技术 挥发性有机物（VOCs）是指室温下饱和蒸汽压大于70.91Pa，常压下沸点小于260度的有机化合物，是一类化合物的总称。VOCs重要涉及烷烃类，芳烃类，烯烃类，卤烃类，脂类，酮类，醛类和其他有机化合物。 燃烧工艺：直接燃烧。热力燃烧，催化燃烧。 活性炭吸附：吸附区，再生区和吹冷区三个区域。