环境课件环境工程学教案——水质净化与水污染控制工程部分.docx

《环境工程学》课程教案
——水质净化与水污染控制工程部分

2007年4月20日

第一章水质与水体自净
一、教学目的和基本要求：
1.了解地球上水资源的状况，水的循环种类及其过程，掌握水污染的定义、种类及各自起因；
2.了解水质指标定义、作用和种类，掌握固体、COD、OC、BOD等重要指标，了解水质标准的定义和作用；
3.掌握水体自净过程、氧垂曲线的作用和水环境容量的定义；
4.了解解决废水问题的基本原则，给水处理和废水处理的基本方法。
二、教学重点和难点
1、重点：水污染的定义；COD、OC和BOD的定义及相互比较；水体自净过程、水环境容量。
2、难点：水体自净过程, 氧垂曲线的作用。
三、教学方式与教学学时
1、教学方法：采取互动式课堂教学，以水污染的产生与水质控制作为切入点进行讲解，通过设疑、提问、讨论等形式开展启发式教学。
2、教学手段：运用Powerpoint课件上课。
3、教学学时：4学时
四、教学内容及学时分配
第一节 水的循环与污染（1学时）
一、地球上水的分布
二、水循环
三、自然污染和人为污染
第二节 水质指标与水质标准（1学时）
一、水质指标
二、水质标准
第三节水体自净作用与水环境容量（1学时）
一、废水在水体中的稀释和扩散
二、水体的生化自净
三、水环境容量
第四节 水处理的基本原则和方法（1学时）
一、给水处理的基本方法
二、废水处理的基本方法
五、思考题和习题
1、说明水污染、水环境容量、水体自净的含义。
2、什么是废水的一级、二级和三级处理系统？各有什么特点？
3、说明废水处理中物理法、化学法及生物法各包括有哪些具体的方法？主要去除哪类污染物质？
4、举例说明废水处理与利用的物理法、化学法和生物法三者之间的主要区别。
5、高锰酸钾耗氧量、化学需氧量和生化需氧量有何区别？除了它们之外，还有哪些水质指标可以判别水中有机物质含量的多少？
6、解决废水问题的基本原则有哪些？
7、有机物好氧生物氧化两个阶段是什么？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？
8、通常所说的水质标准和水质要求有什么区别？
六、主要参考书目
1、教材：蒋展鹏主编，环境工程学（第二版），高等教育出版社。
2、参考书目：郑正主编. 环境工程学，科学出版社。
张自杰主编，排水工程（下册），中国建筑工业出版社。
高大文，梁红编. 环境工程学，东北林业大学出版社。
张振家主编，环境工程学基础，化学工业出版社。
张希衡主编，水污染控制工程，冶金工业出版社。
第二章 水的物理化学处理方法
一、教学目的和基本要求：
1.了解格栅、筛网的作用和种类；了解沉砂池的作用和种类、各自原理及其比较；
2.理解沉淀的类型、特点、应用场合及相互关系，掌握自由沉淀实验及其应用，理解理想沉淀池对实践指导意义及其与实际的差别，熟悉沉淀池的类型、原理及关键参数、特点；
3.掌握混凝的定义和机理，混凝设备的组成和各自特点；
4.掌握过滤的机理和工艺流程及装置结构；掌握气浮的机理和影响因素，气浮的类型及相应设备组成。
5.了解软化的对象和几种方法，除盐的对象和几种方法；掌握离子交换树脂的性质、离子交换的工艺类型和运行操作步骤；
6.掌握吸附的种类及其特点，吸附等温线的意义和类型，吸附的工艺类型，吸附剂的再生方法；
7.了解膜分离过程的种类及其各自机理；理解消毒的作用、消毒方法种类，氯消毒的机理和过程；
8.了解中和法、高级氧化技术、化学还原法、化学沉淀法和电化学法的基本原理。
二、教学重点和难点
1、重点：沉淀的类型和特点，自由沉淀规律，沉淀池的设计计算；混凝原理和设备；过滤原理和装置；气浮原理和设备；吸附原理与吸附工艺；离子交换原理与离子交换的工艺；电渗析法原理和应用。
2、难点：自由沉淀规律，沉淀池的设计计算；气浮原理；混凝原理；吸附原理；电渗析法原理；高级氧化处理、化学沉淀法基本原理。
三、教学方式与教学学时
1、教学方法：采取互动式课堂教学，以水处理对象作为切入点进行讲解，通过设疑、提问、讨论等形式开展启发式教学，注意引导学生掌握系统综合水处理方法。
2、教学手段：运用Powerpoint课件上课。
3、教学学时：12学时
四、教学内容及学时分配
第一节 水中粗大颗粒物质的去除（1学时）
一、 格栅、筛网
二、 沉砂池
第二节 水中悬浮物质和胶体物质的去除（5学时）
一、 沉淀
二、 混凝
三、 澄清
四、 过滤
五、 气浮。
第三节 水中溶解物质的去除（4学时）
一、 软化除盐
二、 离子交换
三、 吸附法
四、 膜分离技术
第四节 水中有害微生物的去除（0.5学时）
一、 氯消毒
二、 其他消毒方法。
第五节 水的其他物理化学处理方法（1.5学时）
一、 中和法
二、 高级氧化技术
三、 化学还原法
四、 化学沉淀法
五、 电化学法
五、思考题和习题
1、试叙述脱稳和凝聚的原理和方法。
2、混合和絮凝反应主要作用是什么？对搅拌各有什么要求？
3、澄清池的工作原理与沉淀池有何异同？
4、水中悬浮物能否粘附于气泡上取决于哪些因素？
5、水的软化与除盐在意义上有何差异？
6、离子交换树脂的结构有什么特点？试述其主要性能
7、何谓交换势？其意义何在？
8、活性炭吸附的基本原理是什么？
9、试分析几种膜分离技术的原理和特点与应用。
10、电渗析膜有几种？良好的电渗析膜应具备哪些条件？
11、超滤与反渗透有何区别？
12、除氯以外，还有哪些消毒方法？
13、已知污水中固体颗粒的密度ρg=2.60克/厘米3、粒径d=0．1毫米，水的密度为ρy=1.00克／厘米３，当Ｔ＝10℃时，μ＝1.31×10－２克／厘米．秒．求在水温10℃时，这种固体颗粒的单颗沉淀速度．
14、某城市污水含有的悬浮固体浓度不高，而且为非凝聚性，进行静置沉淀试验，试验用沉淀筒的取样高度为1.2米，取得数据列于下表：
沉淀时间t
分
5　　　 15　　 30　　 45　　 60　　 90　　 120
秒
300 900 1800 2700 3600 5400 7200
沉淀速度mm/s
4 1.33 0.67 0.44 0.32 0.22 0.17
P0=Ct/C0
0.60 0.52 0.46 0.40 0.33 0.27 0.22
求：１）根据试验数据绘制沉淀曲线（p－u沉淀曲线）．
　　２）当最小沉速为1.0毫米／秒时的沉淀总效率．
　　３）当最小沉速为2.5毫米／秒时的沉淀总效率．
15、某造纸厂生产污水SS浓度C1=430mg/L，最高时污水流量Qmax=300，要求沉淀后污水中SS浓度C2=130mg/L，该污水静沉试验数据如下：
沉淀时间（分）
10 20 30 40 50 60 70
沉速（米/时）
10.5 5.25 3.50 2.63 2.10 1.75 1.50
沉淀效率（%）
30 45 55 62 66 69 71
试计算所需平流式沉淀池的尺寸1)沉淀区的尺寸,2)污泥斗的尺寸与个数,3)沉淀池的总长度与总深度.
注:q修正系数取1.6,t修正系数取1.875,污泥斗容积按2天排泥一次计,污泥含水率为95%;机械刮泥板的高度为0.3米,刮泥机宽度为5.0米.
16、某工厂排出含硫酸污水，其流量为100米3/日，水温18℃，硫酸浓度为7克/升，该厂内有乙炔发生站，每日用（有效）电石100公斤，产生的沉渣[Ca(OH)2]可用于中和含酸污水，其不足量再考虑投加石灰中和。当地产石灰含CaO70%，CaCO315%，惰性杂质15%。若采用该石灰料，用干投法（为理论用量的1.5倍）对污水中剩余硫酸作中和处理,求该石灰料的用量(公斤/日)及中和全部酸性污水过程中产生的总沉渣量(公斤/日).
17、某工厂生产中排出含氟污水，现准备用化学沉淀法处理，向污水中投加Ca(OH)2，生成CaF2沉淀去除F-，问处理后出水（CaF2的饱和溶液）中F-的浓度为多少mg/L?
18、某工厂排出含盐酸污水100米3/日，其中盐酸深度为5克/升，现准备用石灰石进行中和处理，采用干投法（为理论用量的1.5倍）。已知所用石灰石中CaCO3的含量为50%，试求石灰石的用量（吨/日）.
19、用活性炭吸附水中色素的试验方程式为q=3.9C0.5(克/克)，今有100升溶液，色素浓度为0.05克/升.若欲将色素含量除去90%,试问需投加多少克活性炭?
六、主要参考书目
1、教材：蒋展鹏主编，环境工程学（第二版），高等教育出版社。
2、参考书目：郑正主编. 环境工程学，科学出版社。
张自杰主编，排水工程（下册），中国建筑工业出版社。
高大文，梁红编. 环境工程学，东北林业大学出版社。
张振家主编，环境工程学基础，化学工业出版社。
张希衡主编，水污染控制工程，冶金工业出版社。
第三章 水的生物化学处理方法
一、教学目的和基本要求：
1.了解废水生物处理过程类型、适用范围，掌握废水处理过程中微生物的种类及其作用和微生物增长常用数学模型；
2.掌握活性污泥法的基本原理及其流程，熟悉评价活性污泥的指标种类和优缺点，了解完全混合式的动力学及其应用，了解曝气的方法及其相应的设备组成，活性污泥法常用的运行方式；
3.掌握生物膜降解有机物的机理，生物膜法的工艺类型，生物滤池的种类及其构造，生物转盘的工作原理和布置方式；
4.掌握厌氧生物处理三阶段理论，了解厌氧生物处理的影响因素及其对实践的指导意义，熟悉厌氧生物处理工艺类型和各自构造形式；
5.理解污泥的性质和表征指标，污泥处理的基本步骤，污泥浓缩的作用和工艺类型；
6.熟悉生物脱氮除磷的机理及工艺特征，了解主要的脱氮除磷活性污泥法的运行方式；
7.了解氧化塘的种类及其各自净化机理；了解土地处理、湿地处理的机理、工艺类型及各自特点。
二、教学重点和难点
1、重点：活性污泥法的基本原理及其流程，活性污泥的性能指标；生物膜净化有机物的机理和生物膜法的工艺类型；厌氧生物处理的机理及工艺类型；生物脱氮除磷的机理和典型的工艺流程；污泥的性质，污泥浓缩的作用和工艺类型。
2、难点：活性污泥法的基本原理、完全混合式的动力学及其应用；生物滤池、生物转盘的工作原理和工艺特点；厌氧生物处理工艺与设备；生物脱氮除磷的机理。
三、教学方式与教学学时
1、教学方法：采取互动式课堂教学，以水处理中微生物的生长状态和代谢特性作为切入点进行讲解，通过设疑、提问、讨论等形式开展启发式教学，注意引导学生掌握系统综合处理方法。
2、教学手段：运用Powerpoint课件上课。
3、教学学时：10学时
四、教学内容及学时分配
第一节 好氧悬浮生长处理技术(4学时)
一、 活性污泥法
二、 氧化塘
第二节 好氧附着生长处理技术(2学时)
一、 生物膜的构造及对有机物的降解机理
二、 生物滤池
三、 生物转盘
四、 生物接触氧化法
第三节 厌氧生物处理技术(2学时)
一、 厌氧生物处理的机理
二、 影响厌氧生物处理的主要因素
三、 污泥的厌氧生物处理
四、 有机废水生物处理技术的发展
五、 厌氧-好氧联合处理系统
第四节 生物脱氮除磷技术(1学时)
一、生物脱氮处理技术
二、生物脱磷处理技术
三、同步脱氮除磷处理技术
第五节 水处理厂污泥处理技术(1学时)
一、 污泥的性质
二、 污泥的浓缩
第六节 废水土地处理技术
一、 土地处理系统的类型
二、 土地处理的机理
第七节 废水人工湿地处理技术
一、人工湿地的类型
二、湿地系统的净化机理

五、思考题和习题
1、什么是好氧和厌氧生物处理？说出常用的生物好氧及厌氧生物处理方法。
2、水中微生物主要分为哪几类？它们在废水处理过程中有什么作用？
3、说明悬浮生长法净化污水的基本原理。
4、污泥沉降比、污泥浓度和污泥指数在活性污泥法运行中有什么作用？良好的活性污泥具有哪些性能？
5、试简单说明附着生长系统处理废水的基本原理。
6、生物转盘处理能力比生物滤池高的主要原因是什么？
7、试比较好氧法和厌氧法处理的优缺点和适用范围。
8、影响消化的主要因素有哪些？传统消化法和高速消化法有什么不同？
9、从活性污泥曝气池中取混合液500mL，盛于500mL量筒中，半小时后沉淀污泥量为150mL。试计算活性污泥的沉降比。曝气池中的污泥浓度为3000mg/L，求污泥指数。你认为曝气池运行是否正常？
10、污水生物脱氮除磷的机理是什么？污水脱氮、除磷常见工艺有哪些？

六、主要参考书目
1、教材：蒋展鹏主编，环境工程学（第二版），高等教育出版社。
2、参考书目：郑正主编. 环境工程学，科学出版社。
张自杰主编，排水工程（下册），中国建筑工业出版社。
高大文，梁红编. 环境工程学，东北林业大学出版社。
张振家主编，环境工程学基础，化学工业出版社。
张希衡主编，水污染控制工程，冶金工业出版社。
第四章 水处理工程系统与废水最终处置
一、教学目的和基本要求：
1.了解给水、排水工程系统的构成，自来水厂、污水厂的主要水处理工艺及特点；
2.了解污水回用的对象及不同对象对回用水质的要求特点；
3.了解污水再生回用系统的类型及各系统的污水处理工艺特点；
4.了解废水最终处置的途径与水污染控制
二、教学重点和难点
1、重点：污水回用的对象、污水回用标准体系；污水再生回用系统的类型及相应的污水处理工艺特点。
2、难点：污水再生回用系统的污水处理工艺特点。
三、教学方式与教学学时
1、教学方法：采取互动式课堂教学，以水的回用对象作为切入点进行讲解，通过设疑、提问、讨论等形式开展启发式教学，同时与学生自学相结合，引导学生对废水资源化的认识。
2、教学手段：运用Powerpoint课件上课。
3、教学学时：2学时
四、教学内容及学时分配
第一节 给水与排水工程系统
一、给水工程系统
二、 排水工程系统
第二节 再生水系统
一、水的回用与废水资源化
二、污水回用标准体系
三、水再生处理工艺流程
第三节 废水的最终处置
一、废水最终处置的途径与水污染控制
五、思考题和习题
1、污水回用的对象有哪些？不同的回用对象对回用水质的要求有何特点？
2、污水再生回用可分为哪几个系统？每个系统的污水处理工艺特点？
六、主要参考书目
1、教材：蒋展鹏主编，环境工程学（第二版），高等教育出版社。
2、参考书目：郑正主编. 环境工程学，科学出版社。
张自杰主编，排水工程（下册），中国建筑工业出版社。
高大文，梁红编. 环境工程学，东北林业大学出版社。
张振家主编，环境工程学基础，化学工业出版社。
张希衡主编，水污染控制工程，冶金工业出版社。