环境工程学复习

绪论

1、环境、环境问题、环境污染、污染物

环境：是以人类为主体的外部世界，即人类赖以生存和发展的基本条件的综合体。

（其他定义：相对于某一中心事物（主体）而言，所有与主体相关的外界因素的总和即构成了该主体的环境。）

环境问题：是指由于人类活动作用于周围环境所引起的环境质量变化以及这种变化对于人类的生产、生活及健康的影响。 环境污染：是指人类活动产生的有害物质或是因子进入系统，引起环境系统与功能发生变化，危害人体健康和生物的生命活动的现象。

污染物质：是指在引入环境后，能对有用资源或人类健康、生物或生态系统产生不利影响的物质。

公害：是指因环境污染造成公众生活环境恶化，并引起人群大量发病或死亡的事件。

2、环境工程学形成与发展、主要内容

形成与发展：......

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）固体废弃物控制及噪声、振动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）环境监测与环境质量评价。

第一章 水质与水体自净

概述：水是基础性的自然资源和战略性的经济资源。

第一节 水的循环与污染

一. 水的循环：

（一） 自然循环：在太阳能的作用下，海洋、湖泊、河流等广大水面以及土壤表面、植物茎叶的水经蒸发和蒸腾作用

形成水汽，上升到空中凝结成云，在大气环流——风的推动作用下运移到各处。在适当的条件下又以雨、雪、雹等形式降落下来。这些降落的水分，在陆地上分成两路流动：一路形成地表径流；另一路形成地下渗流。与此同时，一部分水经过蒸发和蒸腾作用又进入大气圈中。

（二） 社会循环：人类为满足生活和生产的需求，从各种天然水体中取用大量水后，经过使用后又排放出来，最终又

流入天然水体。

二. 水的污染：

（一） 原因：自然污染（自然原因造成的）和人为污染（人类的生活和生产活动）。

（二） 分类：化学性污染（水体的富营养化：N、P含量高）、物理性污染、生物性污染。

第二节 水质指标和水质标准

一．水质指标：

（一） 杂质分类：悬浮物质（﹥10㎜）、溶解物质（﹤10㎜）和胶体物质。 -3-6

（二） 指标分类：

物理性水质指标

1.水中固体：蒸发后的蒸发残渣。溶解性能：过虑→溶解固体和悬浮固体；挥发性能：灼烧→挥发性固体和固定性固体；可沉固体：1L水样在锥形玻璃筒内静置1h后所沉下的悬浮物质数量。

2.碱度：水接受质子的能力。

3.硬度：水中存在的二价金属离子如钙离子和镁离子。

化学性水质指标和生物学水质指标

1.化学需氧量：水中有机物的含量；

2.生物化学需氧量：能被水中微生物氧化分解的那一部分有机物质的含量）。

二．水质标准：饮用水水质标准、地表水水质标准、污水综合排放标准。

补：

1.物理性水质指标

（1）感官物理性状指标 温度、色度、嗅和味、浑浊度、透明度等

（2）其它物理性水质指标 总固体、悬浮固体、溶解固体、可沉固体、电导率等.

2.化学性水质指标

（1）一般的化学性水质指标 pH、碱度、硬度、各种阳离子、阴离子、总含盐量、一般有机物质等

（2）有毒的化学性水质指标 各种重金属、氰化物、多环芳烃、各种农药等

（3）氧平衡指标 溶解氧DO、化学需氧量COD、生化需氧量BOD、总需氧量TOD

3.生物学水质指标细菌总数、总大肠菌数、各种病原细菌、病毒

浊度：水中不溶性物质对光线透过时产生的阻碍程度。（水中悬浮物或胶体状颗粒物质）

色度：感官性指标，水中悬浮物、胶体或溶解物质均可生色。

表色：由水中悬浮物、胶体物质和溶解物质共同引起的颜色。

真色：除去水中悬浮物质后所呈现的颜色。

碱度：水接受质子的能力。在水中离解或水解后生成可与强酸（或H+）反应的物质总量

甲基橙碱度：用T表示水样直接以甲基橙作指示剂滴定到变色时所用去H+的物质的量（总碱度）

酚酞碱度：用P表示水样滴定到酚酞变色时所用去H+的物质的量

硬度：水中的两价金属离子与肥皂作用生成沉淀和与水中某些阴离子化合生成水垢而产生硬度。

总固体（TS）：一定温度下一定体积水样蒸发至干所残留的固体物质总量

总固体（TS）= 悬浮固体（SS）+溶解固体（DS）= 挥发固体（VS）+固定固体（FS）

化学需氧量（COD）：一定严格的条件下，用化学氧化剂（如KMnO4 、K2Cr2O7）将水中各种有机物质氧化所消耗的氧化剂的量，用mgO/L 表示。

生物化学需氧量（BOD）:表示水中有机物在有氧条件下经好氧微生物氧化分解所需氧量。用单位体积污水所耗氧量表示（mgO/L）

总需氧量（TOD）：将水样中的有机物在900℃ 高温下燃烧变成稳定氧化物时所需的氧量，常用mgO/L表示。

总有机碳（TOC）：将水样在900~950℃ 高温下燃烧，有机碳即氧化成CO2，测量所产生的CO2的量，即可求出水样的总有机碳值，常用mgC/L表示。

第一类污染物是指能在环境或者动、植物体内积累，对人类健康产生长远不良影响的污染物质。一律在车间或车间处理设施排放口采样。

第二类污染物，指长远影响小于第一类污染物的污染物质，在排放单位的排放口取样。

第三节 水体自净

1. 物理过程：稀释、扩散、挥发、沉淀、上浮。

2. 化学和物理化学过程：中和、絮凝、吸附、络合、氧化、还原。

3. 生物学和生物化学过程：进入水体中的污染物质，被水中生物吸附、吸收、吞食消化等过程，特别是有机物质由于

水中微生物的代谢活动而被氧化分解并转化为无机物的过程。

补：

水体自净作用： 经过一系列的物理、化学和生物学变化，污染物被分离或分解，水体基本上或完全恢复到受污染前的状态。这一自然净化过程即为水体的自净作用。

水环境容量：一定水体在规定的环境目标下所能容纳污染物的最大负荷量 氧垂曲线及氧垂曲线公式：dD'k1'Lk2D dt

第四节 水处理的基本方法

一．给水处理：

（一） 地表水：原水→混凝→沉淀→过虑→消毒→饮用水。先在水中投加混凝剂和原水充分混合，逐步长成絮粒状沉

淀物（絮凝体或矾花），再进入沉淀池和滤池，除去矾花和其他颗粒状杂质，清水再加药剂消毒，出水即可送入给水管网，供应用户。

（二） 地下水：地下水→消毒→饮用水。

当地表水和地下水受到污染时，在消毒工艺前，增加臭氧氧化、活性炭吸附或膜技术等处理工艺，进一步除去水中的污染物质。

二．废水处理：处理程度的指标：有害物质、悬浮物质、溶解氧、生化需氧量。

（一） 基本方法：

1. 物理法：利用物理作用来分离水中呈悬浮状态的污染物质，在处理过程中不改变其化学性质。

（1） 沉淀法：不仅可以去除废水中相对密度大于1的悬浮颗粒，同时也是回收这些物质的有效方法。

（2） 气浮法：去除乳状油相对密度接近1的悬浮物。

（3） 筛网过虑：除去纤维、纸浆等。

（4） 蒸发法：浓缩废水中的溶解性不挥发物质。

2. 化学法：利用化学反应的作用来处理水中的溶解性污染物质或胶体物质。如中和法、氧化还原法、混凝法、电解法、

汽提法、萃取法、吹脱法、吸附法、离子交换法、电渗析法。

3. 生物法：利用水中微生物的作用，使废水中呈溶解和胶体状态的有机污染物转化为无害的物质。目前常用的生物法

可分为好氧生物处理和厌氧生物处理。好氧处理法中有活性污泥法、生物膜法、生物氧化塘、厌氧生物处理系统。

（二） 三级处理：

一级处理：去除废水中较大颗粒的悬浮物质。也叫机械处理，只是预处理。

二级处理：去除废水中呈溶解和胶体状态的有机物质。生物法是最常用的二级处理方法。因此也叫生物处理。 三级处理：高级处理或深度处理。进一步去除废水中的营养物质（氮和磷）、生物难降解的有机物质和溶解盐类。

（三） 处理流程：

1． 城市生活污水：

2.工业废水：澄清→回收→毒物处理→一般处理→再用或排放

第二章 水的物理化学处理方法

第一节 水中粗大颗粒物质的去除

概述：粗大颗粒物质，它们的大小约在0.1微米以上，包括砂粒、小卵石、树枝、菜叶、碎布、垃圾等。去除方法主要借助于物理作用和物理处理法，如筛滤截留、重力沉降、离心分离等。

一．筛滤截留：

(一) 格栅和筛网：去除水中的粗大物质、保护处理厂的机械设备并防止管道的堵塞。

(二) 微滤机：截留细小悬浮物的筛网过虑装置。可用于去除原水中的藻类、水蚤等浮游生物，也可用于工业废水中有用

物质的回收以及废水的最终处置。

二．重力沉降：

『沉砂池』：

1. 去除对象：去除水中砂粒、煤渣等相对密度较大的无机颗粒杂质，同时也去除少量较大、较重有机杂质，如骨屑、

种子等。

2. 位置：设在泵站和沉淀池前，防止水泵和污泥处置设备的磨损，还可使沉淀池中的污泥具有良好的流动性。

3. 分类：平流式、竖流式、曝气式。

4. 曝气式沉淀池：在一个长形池子的一侧通入空气，使污水在池中以螺旋状向前流动，从而产生与主流垂直的横向环

流。在离心力的作用下，密度较大的无机颗粒被甩沉下，而使有机颗粒经常处于悬浮状态，并使砂粒互相摩擦，去除砂粒表面附着的有机物污染物。此外，曝气沉砂池受流量变化的影响较小，可以通过调节曝气量，控制污水的旋流速度，使除砂效率稳定；同时还能起到对污水中的预曝气作用，有利于后续的生化处理过程。

三．离心分离：重力的不同产生不同的离心力。

1. 分离因素：α=离心力与重力的比值。α越大，分离效果越好。

2. 分类：

（1） 水旋分离设备：压力式和重力式（水力旋流沉淀池）。→容器固定不动而沿切线方向进入容器的水流造成旋转来

产生离心力。

（2） 器旋分离设备：离心机。→容器的高速旋转带动器内水流旋转来产生离心力。

补：

按颗粒的大小：粗大颗粒物质、悬浮物质和胶体物质、溶解性物质

筛滤截留

格栅、筛网、微滤机

重力沉降 沉砂池 离心分离 旋流分离器、离心机

第二节 水中悬浮物质和胶体物质的去除

概述：对于水中的胶体颗粒，自然沉降的速度太慢，需采取一些其他措施或别的方法才能去除，如混凝、沉淀、澄清、过虑、气浮和膜技术。

一．沉淀：

（一） 基本类型：

1．自由沉降：低浓度的离散颗粒，沉降不受其他颗粒的影响。

2．絮凝沉降：悬浮颗粒因相互碰撞而使尺寸变大，沉速将随深度增加而增加。同时，水深越深，较大颗粒追上较小颗粒而发生碰撞并凝聚的可能性也就越大。因此，悬浮物的去除率不仅取决于沉降速度，而且与深度有关。

3．拥挤沉降：当水中悬浮物质的浓度很高时，颗粒间隙也相应减小，在沉降过程中会产生颗粒彼此干扰的拥挤沉降现象。同时，沉速较快的颗粒下沉时所置换的液体的上涌也会对周围颗粒的下降产生影响。因此，颗粒的实际沉降速度应是自由沉降的速度减去液体的上涌速度。经过一段时间后，上层逐渐变清，而下层的颗粒浓度增高，使上涌速度加大，最终使全部颗粒以接近相同的沉速下沉，出现了一个清水和浑水的界面。沉降过程也就成了浑液面的等速下降过程。

4．压缩沉降：亦即污泥浓缩。先沉到底部的颗粒受到上部污泥的压力，颗粒间的孔隙水将因压力的增加和结构的变形而被挤出，使污泥浓度增高。因此，污泥的浓缩过程也就是不断排除孔隙水的过程。

（二） 沉淀池：

1． 普通式沉淀池：三种：平流式、竖流式、辐流式。

主要缺点：悬浮物质的去除率不高（一般只有40%~70%），体积庞大、占地面积多。

改善措施：两个方面：一是改善悬浮物的沉降性能→投加混凝剂和助凝剂等化学药剂；一是改进沉淀的结构→浅池沉降原理。

2． 斜板斜管沉淀池：

浅池沉降原理：若将水深为H的沉淀池分隔为n个水深为H/n的沉淀池，则当沉淀区长度为原来长度的1/n时，就可处理与原来的沉淀池相同的水量，并达到完全相同的处理效果。这说明，沉淀池越短，就越能缩短沉淀时间。

斜板斜管沉淀池就是根据这个原理设计和应用的。

（三） 浓悬浮液的沉淀：

概述：由于进水不断带入新的悬浮物，为了使泥水交界面不致上升而影响出水水质，或者为了按照回流工艺的要求运行，就需要连续地池底排出经过浓缩的污泥。因此，这种沉淀池同时起着水的澄清和污泥浓缩的作用。

☆确定其面积的方法：1.表面负荷法；2.临界浓度法；3.固体通量法。

二．混凝：

概述：水和废水中常含有用自然沉降法不能去除的悬浮微粒和胶体污染物。→需投加化学药剂破坏分散体系的稳定性，使其聚集为具有明显沉降性能的絮凝体，然后才能用重力沉降法予以分离。

包括：※凝聚→使胶体脱稳并聚集为微絮粒；※絮凝→微絮粒通过吸附、卷带和桥连的方式长为更大的絮体。

（一） 理论基础：

1.胶体的稳定性：在总电位一定时，扩散层愈厚，ζ电位（即电动电位）愈高，电位引起的静电斥力愈大，则胶体的稳定性就愈高。

2.混凝机理：

◎压缩双电层：投入电解质后，水中与胶粒上反离子具有相同电荷的离子浓度增加了。这些离子可与胶粒吸附的反离子发生交换或挤入吸附层，使胶粒带电荷数减少，降低ζ电位，并使扩散层厚度缩小。

◎吸附电中和：吸附作用导致了胶粒表面的部分或全部离子被异号电荷中和而减少了静电斥力，因而易与其他颗粒接近而互相吸附。

◎吸附架桥作用：投加的化学药剂是能吸附胶粒的链状高分子聚合物或者能将两个同号的胶粒吸附在同一个异号胶粒上，胶粒间就能联结、团聚成絮凝体而被除去。

◎网捕作用：投加含金属离子的化学药剂后，由于金属离子的水解和聚合，会以水中的胶粒为晶核形成胶体状沉淀物；或者在这种沉淀物从水中析出的过程中，会吸附和网捕胶粒而共同沉降下来。

（二） 混凝剂、助凝剂及其作用：

1. 混凝剂：使胶体微粒脱稳沉淀而投加的电解质。最常用的混凝剂是铝盐和铁盐。

2. 助凝剂：与混凝剂一起使用时，他能促进水的混凝过程，产生大而结实的矾花。常用的四类：①酸碱类：调整水的

pH值；②绒粒核心类：改善矾花结构；③氧化剂类：去除干扰混凝作用的有机物。

（三） 混合与反应设备：

1. 投加药剂：当采用FeCl3作混凝剂时，要考虑设备的腐蚀问题，工作间的墙面和地面也要考虑腐蚀。

2. 混合设备：使药剂迅速均匀地扩散到水中，溶解并形成胶体，并与水中的悬浮微粒等接触，生成微小的矾花。要求：

搅拌强度要大。

3. 反应设备：使细小矾花逐渐絮凝成较大的颗粒，以便于沉淀除去。要求：适宜的搅拌强度→既要为细小絮体的逐渐

长大创造良好的碰撞机会和吸附条件，又要防止已形成的较大矾花被碰撞打碎。两个参数：搅拌强度和搅拌时间→速度梯度G和停留时间T。

三．澄清：

概述：水和废水的混凝处理工艺包括水和药剂的混合、反应、絮凝体与水的分离。澄清池就是完成上述三个过程于一体的一种专门设备。

1. 澄清池中起到截留分离杂质颗粒作用的介质是呈悬浮状态的泥渣。→保持悬浮状态的、浓度稳定且均匀分布的泥渣

区成为决定澄清处理效果的关键。

2. 分类：依据：泥渣与水的接触方式的不同→泥渣循环分离型（泥渣在垂直方向的运动捕捉原水中形成的絮凝体）和

悬浮泥渣过滤型（靠上升水流的能力能量在池内形成一层悬浮状态的泥渣，当原水自下而上通过这一泥渣层时，其中的絮凝体就能被截留下来）。

四．过滤：

▲概述：既可用于化学混凝和生化处理之后作为后续处理，也可用于活性炭吸附和离子交换等深度处理之前的预处理。 ▲过滤机理：

1．阻力截留：滤料层中形成一层由被截留的固体颗粒构成的滤膜，并由它起过虑作用。

2．重力沉降：滤料表面提供巨大的沉降面积，悬浮颗粒极易在此沉降下来。

3．接触絮凝：物理吸附作用+电荷的吸引作用。

▲过滤包括过滤和反洗两个工艺过程。

五．气浮：

1. 理论基础：

（1）气浮法：利用高度分散的微小气泡作为载体去黏附水中的悬浮颗粒，使其随气泡浮生到水面而加以分离去除的一种水处理方法。

对象：疏水性细微固体或液体悬浮物质，如细沙、纤维、藻类以及乳化油。

（2）药剂浮选法：在废水中投加浮选药剂，选择性地将亲水性的污染物变为疏水性物质（机理：浮选剂的极性基团选择性地被亲水物质所吸附，非极性基团则朝向水，从而亲水性物质的表面就具有疏水性而黏附在空气泡上，随气泡一起上浮到水面），从而附着在气泡上一起上升到水面加以去除的又一种水处理方法。

对象：亲水性固体悬浮物及重金属离子。

2. 气浮条件：使污染物能黏附在气泡上，即接触角θ→180°。

3. 气浮设备：加压溶气气浮和叶轮气浮两种。

第三节 水中溶解物质的去除

概述：天然水中的溶解物质大多是离子和溶解气体（O2和CO2）。废水和污水中还会有不少重金属离子、有机物质和CH4、NH3、H2S等气体。去除方法主要有软化除盐、离子交换、吸附和膜分离。

一．水的软化和除盐

概述：降低水中钙离子和镁离子的处理称为水的软化；降低水中部分和全部含盐量（阴阳离子的总量）的处理称为水的除盐。

（一） 软化的基本方法：

1. 加热软化法：此法只能降低碳酸盐碱度（加热转化为其他物质）而不能降低非碳酸盐碱度。

2. 药剂软化法：常用的药剂法为石灰法、石灰—纯碱法与石灰—石膏法。但此法会有残余硬度，仍然会产生结垢问题。

3. 离子交换法：将水中的钙离子和镁离子转换成钠离子，其他离子成分不变。此法能彻底去除水中的钙离子和镁离子，

优越于前两种方法。

（二） 除盐的基本方法：蒸馏法、电渗析法、离子交换法。以离子交换法应用最为广泛。

二．离子交换法

概述：在给水处理中，主要用于水质软化和除盐；在废水处理中，主要用于去除废水中的金属离子。离子交换法是一种特殊的吸附过程，通常称为离子交换吸附。

1. 树脂结构：由树脂本体和活性基团两个部分组成。活性基团由固定离子和活动离子组成。活动离子依靠静电引力与

固定离子联结。

2. 交换工艺：离子交换系统包括预处理设备（用以去除悬浮物，防止离子交换树脂受污染和交换床堵塞，一般采用砂

滤器）、离子交换器和再生附属设备（再生液配制设备）。离子交换运行操作包括交换、反洗、再生和清洗。

3. 应用：

（1）给水：软化→Na型阳离子交换固定型单床。除盐→H型阳离子交换柱（交换各金属离子）与OH型阴离子交换柱（交换去除水中的各类酸根）串联工艺。实际应用中，可将阳离子交换树脂和阴离子交换树脂按1:2的比例混合均匀填充于同一个交换柱中。

（2）废水：广泛应用于含重金属废水的处理和金属回收。如去除水中的铬、铜、锌、镉、汞、金、银、铂等金属以及净化放射性废水。今年来，在城市污水深度处理中也有用离子交换法去除氮和磷的。

三．吸附法

概述：水处理中的吸附法主要用于去除溶解性的有机物质，另外可去除合成洗涤剂、微生物、病毒和痕量重金属等，并能脱色、除臭。

1. 吸附类型：物理吸附和化学吸附→吸附剂与吸附质和分子之间的吸附。离子吸附→吸附质的离子因静电引力或化学

键力而聚集到吸附剂表面的带电点上。离子交换就属于交换性的离子吸附，又称离子交换吸附。

2. 吸附剂：多孔物质或磨得很细的物质具有巨大的表面积而具有明显的吸附能力。如活性（活化的目的是使碳晶格间

形成形状和大小不一的发达的细孔）炭。

3. 活性炭吸附柱：水处理中的活性炭有粒状碳和粉状碳两种。在吸附操作前，原水应经过预处理，去除水中的悬浮物

及油类等杂质，以免堵塞吸附剂的空隙。静态吸附试验→测出不同类型的活性炭的吸附等温线，据此选择活性炭，并估算出处理每立方米废水所需的活性炭量。动态吸附柱试验→确定具体的设计参数。

4. 前景：在曝气池中投加活性炭可同时对废水进行物理吸附和生物氧化处理，因此称为生物物理法。另外，活性炭和

臭氧的联合处理可协同作用，大大提高了出水水质，并延长了活性炭的再生周期。

四．膜分离技术

1. 电渗析：由置于正负电极之间的一系列阴、阳膜组成。主要应用：水的淡化、除盐。如海水和苦咸水的淡化，也可作为离子交换法制取纯水的预处理，还可用于废水中离子杂质的分离和回收。在处理工业废水时，要注意酸、碱、或强氧化剂以及有机物等对膜的损害和污染作用。

2. 反渗透：在渗透压的作用下，较稀溶液内的水分子渗入较浓溶液中。主要应用：海水及苦咸水淡化、饮用水处理、高纯水制备等给水领域。

3. 微滤、超滤和纳滤：微滤→去除胶体、悬浮固体和细菌。现多用来取代深床过滤，降低出水浓度，强化水的消毒有时也用作反渗透的预处理。超滤→去除相对分子质量大于1000~100000的物质，如胶体、蛋白质、颜料、油类、微生物等。纳滤（也叫低级反渗透）→分离相对分子质量大于200~400的物质，如硬度离子、色素等。

4. 液膜分离技术：模拟生物膜的功能，将有机物制成液膜分离待提取组分。组成结构：有机溶剂→膜相；膜内水溶液→膜内相；膜外的废水相→膜外相。主要应用：含酚废水的处理、含NH3废水处理、含重金属废水的处理。 ++-

第四节 水中有害微生物的去除

概述：各类水体是微生物生长的天然环境。在城市给水厂中，混凝沉淀和过滤能除去水中不少细菌和其他微生物，但不能保证去除水中所有的病原微生物，因此需要消毒。消毒的目的是杀死水中的病原细菌和其他对人体健康有害的微生物。消毒与灭菌的不同之处在于：消毒并非杀死水中的一切微生物，而只是将水中的病原微生物除去。目前最常用、最简单经济且效果良好的消毒方法是氯消毒。此外，还有臭氧消毒、二氧化氯消毒和紫外线消毒。

一、氯消毒

3. 气浮设备：加压溶气气浮和叶轮气浮两种。

第三节 水中溶解物质的去除

概述：天然水中的溶解物质大多是离子和溶解气体（O2和CO2）。废水和污水中还会有不少重金属离子、有机物质和CH4、NH3、H2S等气体。去除方法主要有软化除盐、离子交换、吸附和膜分离。

一．水的软化和除盐

概述：降低水中钙离子和镁离子的处理称为水的软化；降低水中部分和全部含盐量（阴阳离子的总量）的处理称为水的除盐。

（一） 软化的基本方法：

1. 加热软化法：此法只能降低碳酸盐碱度（加热转化为其他物质）而不能降低非碳酸盐碱度。

2. 药剂软化法：常用的药剂法为石灰法、石灰—纯碱法与石灰—石膏法。但此法会有残余硬度，仍然会产生结垢问题。

3. 离子交换法：将水中的钙离子和镁离子转换成钠离子，其他离子成分不变。此法能彻底去除水中的钙离子和镁离子，

优越于前两种方法。

（二） 除盐的基本方法：蒸馏法、电渗析法、离子交换法。以离子交换法应用最为广泛。

二．离子交换法

概述：在给水处理中，主要用于水质软化和除盐；在废水处理中，主要用于去除废水中的金属离子。离子交换法是一种特殊的吸附过程，通常称为离子交换吸附。

1. 树脂结构：由树脂本体和活性基团两个部分组成。活性基团由固定离子和活动离子组成。活动离子依靠静电引力与

固定离子联结。

2. 交换工艺：离子交换系统包括预处理设备（用以去除悬浮物，防止离子交换树脂受污染和交换床堵塞，一般采用砂

滤器）、离子交换器和再生附属设备（再生液配制设备）。离子交换运行操作包括交换、反洗、再生和清洗。

3. 应用：

（1）给水：软化→Na型阳离子交换固定型单床。除盐→H型阳离子交换柱（交换各金属离子）与OH型阴离子交换柱（交换去除水中的各类酸根）串联工艺。实际应用中，可将阳离子交换树脂和阴离子交换树脂按1:2的比例混合均匀填充于同一个交换柱中。

（2）废水：广泛应用于含重金属废水的处理和金属回收。如去除水中的铬、铜、锌、镉、汞、金、银、铂等金属以及净化放射性废水。今年来，在城市污水深度处理中也有用离子交换法去除氮和磷的。

三．吸附法

概述：水处理中的吸附法主要用于去除溶解性的有机物质，另外可去除合成洗涤剂、微生物、病毒和痕量重金属等，并能脱色、除臭。

1. 吸附类型：物理吸附和化学吸附→吸附剂与吸附质和分子之间的吸附。离子吸附→吸附质的离子因静电引力或化学

键力而聚集到吸附剂表面的带电点上。离子交换就属于交换性的离子吸附，又称离子交换吸附。

2. 吸附剂：多孔物质或磨得很细的物质具有巨大的表面积而具有明显的吸附能力。如活性（活化的目的是使碳晶格间

形成形状和大小不一的发达的细孔）炭。

3. 活性炭吸附柱：水处理中的活性炭有粒状碳和粉状碳两种。在吸附操作前，原水应经过预处理，去除水中的悬浮物

及油类等杂质，以免堵塞吸附剂的空隙。静态吸附试验→测出不同类型的活性炭的吸附等温线，据此选择活性炭，并估算出处理每立方米废水所需的活性炭量。动态吸附柱试验→确定具体的设计参数。

4. 前景：在曝气池中投加活性炭可同时对废水进行物理吸附和生物氧化处理，因此称为生物物理法。另外，活性炭和

臭氧的联合处理可协同作用，大大提高了出水水质，并延长了活性炭的再生周期。

四．膜分离技术

1. 电渗析：由置于正负电极之间的一系列阴、阳膜组成。主要应用：水的淡化、除盐。如海水和苦咸水的淡化，也可作为离子交换法制取纯水的预处理，还可用于废水中离子杂质的分离和回收。在处理工业废水时，要注意酸、碱、或强氧化剂以及有机物等对膜的损害和污染作用。

2. 反渗透：在渗透压的作用下，较稀溶液内的水分子渗入较浓溶液中。主要应用：海水及苦咸水淡化、饮用水处理、高纯水制备等给水领域。

3. 微滤、超滤和纳滤：微滤→去除胶体、悬浮固体和细菌。现多用来取代深床过滤，降低出水浓度，强化水的消毒有时也用作反渗透的预处理。超滤→去除相对分子质量大于1000~100000的物质，如胶体、蛋白质、颜料、油类、微生物等。纳滤（也叫低级反渗透）→分离相对分子质量大于200~400的物质，如硬度离子、色素等。

4. 液膜分离技术：模拟生物膜的功能，将有机物制成液膜分离待提取组分。组成结构：有机溶剂→膜相；膜内水溶液→膜内相；膜外的废水相→膜外相。主要应用：含酚废水的处理、含NH3废水处理、含重金属废水的处理。 ++-

第四节 水中有害微生物的去除

概述：各类水体是微生物生长的天然环境。在城市给水厂中，混凝沉淀和过滤能除去水中不少细菌和其他微生物，但不能保证去除水中所有的病原微生物，因此需要消毒。消毒的目的是杀死水中的病原细菌和其他对人体健康有害的微生物。消毒与灭菌的不同之处在于：消毒并非杀死水中的一切微生物，而只是将水中的病原微生物除去。目前最常用、最简单经济且效果良好的消毒方法是氯消毒。此外，还有臭氧消毒、二氧化氯消毒和紫外线消毒。

一、氯消毒

1.HOCl的杀菌能力比OCl强的原因：前者为中性分子，可以扩散到带负电的细菌表面，并穿过细胞膜渗入细胞体内，由于氯原子的破坏作用破坏了细胞体内的酶而使细胞死亡；后者因为带负电，难于靠近带负电的细菌，所以虽有氧化作用，也难起到消毒作用。

2.氯胺的杀菌作用虽比较慢，但氯胺在水中较为稳定，且杀菌的持续时间长。因此，在城市的供水管网中，外加一些氯能够保证持续的杀菌作用。

2+2+-2-3.氯可以与水中的其他杂质特别是还原性物质起化学作用，如Fe、Mn、NO2、S等无机性还原物质以及一些有机

还原物质。→当水源受微量有机物污染时，应有效控制氯消毒副产物的产生。

4.折点加氯法：按照需氯量曲线上折点的量来加氯的方法称为折点加氯法。水中需氯量在一定程度上反映了水受污染的程度。

二、其他消毒方法

1.物理消毒法

（1）加热消毒：消耗大量燃料→适用于少量饮用水。

（2）紫外线消毒：消毒速度快，效率高；能去除加氯法不能杀死的某些芽孢和病毒；不影响水的物理性质和化学成分，不增加水的嗅和味。但不能解决消毒后在管网中再污染的问题，电耗较大，水中悬浮杂质会妨碍光线透射。

2.臭氧消毒：臭氧能氧化水中的有机物，可用于去除水中的铁、锰，并能去除嗅、味和色度。此外，臭氧还能完全去除水中的酚。

3.二氧化氯消毒：二氧化氯用于水的除嗅和除味，还可以杀死细菌、芽孢、病毒。此外，二氧化氯是很好的污水消毒剂。消毒效果比较：臭氧>二氧化氯>氯气>氯胺。

4.其他化学消毒法

（1）重金属消毒：价格高→少量饮用水的应急消毒。例如：在杀灭湖泊或水库中是藻类时，硫酸铜是最常用的化学药剂。

（2）其他氧化剂消毒：如卤素以及高锰酸钾等氧化剂都有杀菌作用。

5.联合消毒法：先用臭氧氧化水中的酚和消灭病毒，改善水的物理性质，然后在水中加氯，以保证配水管网中的灭菌能力。有的采用：臭氧→紫外线→氯消毒。 -

第五节 水的其他物理化学处理方法

一、中和法

概述：浓度较高的酸碱废水→首先考虑回收和综合利用；低浓度的酸碱废水→中和处理。

1.酸碱废水中和法：以废治废。

2.药剂中和法：向酸碱废水中加入中和药剂。如石灰是酸性废水最常用的中和剂，不仅可以中和任何浓度的酸性废水，而且生成的氢氧化钙还有凝聚的作用。

3.过滤中和法：以碱性材料作滤层，让酸性废水通过得到中和的方法。

二.高级氧化技术

概述：对于水中的一些难降解有毒有害的有机废水的处理和饮用水源中威胁人类健康的微污染问题，通过化学或物理化学的方法（高级氧化技术）将水中的污染物直接氧化成无机物，或将其转化为低毒的易降解的中间产物。高级氧化→涉及水中的羟基自由基的氧化过程。为了产生羟基自由基，需要有氧化剂（如H2O2、O3等）和合适的催化剂（如过度金属）。

1.臭氧氧化技术：杀菌消毒，改善色度、嗅和味，氧化还原性的锰、铁离子，另外还可应用于氧化和降解有机物。

2.过氧化氢氧化技术：（1）可以将废水中的氰化物氧化为氰酸盐而达到去毒的目的；（2）将地下水中的的铁和锰氧化为不溶于水的氢氧化物，再通过沉淀而得以去除；（3）过氧化氢在废水好氧生物处理中因可分解产生氧气而可以促进处理效果；（4）用于含有亚硫酸盐和银离子的光化学废水的处理，将水中的亚硫酸盐转化为硫酸盐，与银离子反应生成不溶于水的单质银；（5）在废水脱硫除臭、去除纺织品漂白废水中的剩余次氯酸盐等方面也有应用；（6）对于在废水中对微生物具有抑制或者毒性作用的有机物，通过过氧化氢的处理可促进这类有机物的生物降解性，同时可降低有机物的毒性，如酚、甲醛、脂肪等。

3.▲Fenton试剂：利用亚铁盐来催化的过氧化氢试剂。

4.光化学氧化技术：利用光和催化剂或氧化剂产生很强的氧化作用来氧化分解废水中有机物和无机物的一种方法。最常用的催化剂是TiO2，氧化剂有臭氧、氯、次氯酸盐、过氧化氢及空气，光源多采用紫外灯。应用：空气和水的净化，以去除微生物和病毒、癌细胞的灭活、臭味的控制。

5.湿式氧化技术：应用：处理有机物浓度高、生物降解性差甚至有生物毒性的工业废水。即在高温高压下，利用氧气或空气中的氧将废水中的有机物氧化成二氧化碳和水。→氧化速率快、处理效率高、适用范围广、极少有二次污染、可回收能量和有机物料等。

6.超临界水氧化技术：将废液温度升至水的临界温度以上，利用超临界水的良好特性来加速反应进程。

三、化学还原法

概述：主要用于含铬和含汞废水的处理以及水的脱氯。

1.硫酸亚铁—石灰法除铬：六价铬被硫酸亚铁还原为三价铬，然后投加石灰生成难溶于水的氢氧化铬沉淀。

2.化学还原法除汞：常用的还原剂为比汞活泼的金属和硼氢化钠等。

3.水的还原法脱氯：可以用活性炭吸附，但还原法脱氯是常用的，其中尤以二氧化硫脱氯最为常见。

四、化学沉淀法

2+1.氢氧化物沉淀法：适用于不准备回收的低浓度金属废水（如Cd、Zn）的处理。

2.硫化物沉淀法：金属硫化物为比氢氧化物更为难容的沉淀物。

3.钡盐沉淀法：主要用于含六价铬的废水。

4.化学沉淀法除磷：投加二价或三价金属盐来产生微溶磷酸盐而分离除磷的。常用的金属盐有钙离子、铁离子、铝离子。

五、电化学法

概述：利用电解作用对废水进行电解，使废水中的有机物质在阳极和阴极发生氧化—还原反应，沉淀在电极表面或电解槽中，或生成气体从水中逸出，从而降低废水中有害物质的浓度或把有害物质变成无毒、低毒物质。常用的电化学处理电化学氧化、电化学还原、电气浮和电解凝聚等几种。

1.电化学氧化法：电解槽的阳极通过氧化反应过程使污染物氧化破坏，也可以通过某些阳极产物间接破坏污染物。 应用：去除废水中氰、酚及各种有机物。

电氯化：电解时加入少量氯化钠，可提高废水导电率，强化阳极的氧化作用。

2.电化学还原法：电解槽的阴极相当于还原剂，可使废水中的重金属还原并沉积于阴极，从而得以回收利用，同时使废水得到处理。。

3.电解气浮：水离解放电产生氢气和氧气，废水中有机物和氯化物电解氧化会析出二氧化碳、氯气等气体，这些气体能将废水中的疏水性颗粒、悬浮物、乳化油等浮上，发生气浮作用。

4.电解凝聚：电解时，金属阳极产生Fe、Al等离子，经水解、聚合反应能形成一系列凝聚体，对废水中的污染物起凝聚和吸附作用，形成絮状颗粒一起沉降而分离。

应用：废水脱色、除油、含金属废水和造纸制浆水的出理。

六、磁力分离法：

应用→1.去除钢铁工业废水中的磁性及非磁性悬浮物；

2.去除重金属离子；

3.去除废水中的有机物和植物营养元素；

4.去除生活污水中的细菌和病毒；

5.去除废水中的油类物质。

七、溶剂萃取：将与水不互溶且密度小于水的特定有机溶剂和被处理水接触，在物理或化学作用下，使原溶解于水的某种组分由水相转移至有机相的过程。

必要条件：被萃取组分在有机相中的溶解度大于水相。

应用：以含高浓度重金属离子的废水与某些高浓度有机工业废水为对象，提取回收其中的有用资源。

八、吹脱与汽提：

1.吹脱：让废水和空气接触，使水中的溶解气体或易挥发物质通过气—液界面向空气中扩散以去除废水中溶解气体或易挥发溶质的处理方法；→处理含有乳化油或浮油、高浓度悬浮物的废水。

2.汽提：采用热蒸汽与废水接触，使废水升温至沸点，利用蒸馏作用使废水中挥发性溶解污染物挥发到大气中的一种处理方法。→处理含挥发酚的废水与含氨废水的有效方法。

九、蒸发、结晶与冷冻：1.蒸发：浓集富缩；2.结晶：溶解的逆过程。3.冷冻：冷冻→洗涤净化→固液分离→得到纯净水。 3+3+2+

第三章 水的生物化学处理方法

概述：生物处理法主要用于去除污水中溶解性和胶体性有机物，降低水中氮、磷等营养生物的含量。生物化学处理方法分为好氧和厌氧两类。生物化学物处理系统分为悬浮生长系统和附着生长系统两种。

第一节 废水处理生物学基础

1． 废水处理中的微生物：主要是细菌、真菌、藻类、原生动物和一些小型的后生动物。

2． 藻类能通过光合作用放出氧气，对污水的净化具有重要作用。

3． 原生动物不仅能吞食部分有机物、游离细菌，降低污水浑浊度，一些原生动物还能分泌黏液，促进生物污泥絮凝。

因此，原生动物能起指示生物的作用。

4． 轮虫能有效吞食分散和絮凝的细菌及颗粒较小的有机物。轮虫是好氧生物净化程度的有效指示生物。

补：

微生物酶：

1、 酶是由生物细胞产生的、以蛋白质为主要成分的生物催化剂。

2、 生物包括细菌几乎所有的生化反应都需要酶的催化。作为生物催化剂酶具有高效性、专一性、温和的催化条件等优点,同时由于酶是蛋白质，因而也有容易失活的缺点。

3、 绝大多数酶是蛋白质。根据存在位置的不同酶有胞内酶和胞外酶之分；根据酶促反应类型的不同，酶分为水解酶、氧化还原酶、转移酶、异构酶、裂解酶、合成酶六大类:根据酶的合成受环境影响的情况酶分为组成酶和诱导酶。

4、 酶的活力大小用酶所催化反应的反应速度来表示，影响酶促反应速度的因素有温度、pH、底物浓度、酶浓度、激活剂、抑制剂等。

第二节 好氧悬浮生长处理技术

一．活性污泥法

1． 净化过程：吸附阶段（活性污泥的表面积大，且具有多糖类粘液层，能吸附水中的胶体和悬浮物质）→氧化阶段（氧

化分解有机物获取能量+合成新的细胞）→絮凝体形成与凝聚沉降阶段（重力沉降）。

2． 影响因素：溶解氧、营养物、pH和温度、有毒物质的浓度。

3． 评价指标：混合液悬浮固体（MLSS）、混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）、污泥沉降比（SV）、污泥指数（SVI→曝

气池出口处混合液经30min沉淀后，1g干污泥所占的容积，以ml计，单位ml/g）、污泥龄（θC）。

4． 曝气方法：

（1）曝气的目的就是将空气中的氧强制溶解到曝气池混合液中去，并提供适宜的搅拌。

（2）提高氧的转移速率的方法：缩小气泡直径、延长气液接触时间、更新液界膜并减小界膜厚度、加大水深、增加空气中氧含量。

（3）衡量设备效能的指标：动力效率（Ep）、氧转移效率（EA→鼓风曝气转移到液体中的氧占供给量的比例）和充氧能力（叶轮或转刷在单位时间内转移到液体中的氧量）。

（4）曝气方法：鼓风曝气、机械曝气（叶轮和转刷）和鼓风与机械并用曝气。

5． 活性污泥法的运行方式：普通活性污泥法、阶段曝气法、完全混合法、生物吸附法、纯氧曝气法、深水曝气法和深

井曝气法、氧化沟、SBR法（间歇运行）、膜生物反应器。

二．氧化塘：通过水塘中微生物的代谢活动使有机物降解，污水得到净化。

1． 四种类型：好氧氧化塘、兼性氧化塘、曝气氧化塘和厌氧塘。

2． 流程组合：前处理：去除悬浮物质→设置沉砂池和沉淀池。后处理：除藻处理→混凝加气浮，藻类浓度较低时可采

用过滤法。处理高浓度的有机工业废水时要以厌氧塘为首。

一个提示：厌氧法可处理高浓度的有机废水。

补：

活性污泥：由各种微生物、有机物和无机物胶体、悬浮物构成的结构 复杂、肉眼可见的绒絮状的微生物共生体。 污泥膨胀：污泥结构极度松散，体积增大、上浮，难于沉降分离影响出水水质的现象。

活性污泥性能指标：

①混合液悬浮固体（MLSS）：污水与污泥混合液悬浮固体质量（mg/ L）；

MLSS = 活性细胞Ma + 内源代谢残留的微生物有机体Me + 未代谢的不可生化的有机悬浮固体Mi + 无机悬浮固体Mii ②混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）：混合液悬浮固体中有机物含量（mg/ L）；

③污泥沉降比（SV）：曝气池混合液100mL量筒静置30分钟，沉淀污泥占混合液的体积百分数（％）；15～30％ ④污泥（容积）指数（SVI）：曝气池出口处混合液沉淀30分钟后1g干污泥所占容积（m L /g）；

城市污水SVI：50～150 当SVI >200易发生污泥膨胀

⑤污泥龄：曝气池工作中的活性污泥总量与每日排放的剩余污泥量之比（d）。

活性污泥法的运行方式：

A. 普通活性污泥法：推流式，单曝气池，适用于出水要求高且水质较稳定的废水，有机物（BOD）和悬浮物去除率高85％～95％；

B. 阶段曝气法：污水多点进入，污泥浓度逐步降低；

C. 加速曝气法：曝气时间短(2~4h)，效果逊于普通法；

D. 延时曝气法：曝气时间长，基本无污泥外排，省污泥处理设施，效果稳定；占地大，费用高；

以上两种合称完全混合法

E. 生物吸附法：回流污泥曝气恢复活性，推流式，占地面积小，但效果稍差，不适于高溶解性有机物的废水； F. 纯氧曝气法：污泥负荷高，曝气时间短，占地少；

G. 深水曝气法：溶解氧浓度高，缩短曝气时间，节约用地，节省能耗；

H. 深井曝气法：可缩短曝气时间，减少剩余污泥量，节约用地，处理成本低；

I. 浅层曝气法：形成环流，降低能耗；

J. 氧化沟：卡罗塞尔氧化沟、交替工作氧化沟、二次沉淀池交替运行氧化沟、奥贝尔（Orbal）氧化沟、曝气沉淀一体化氧化沟；

K. 序批式活性污泥法（SBR）：操作灵活，耐冲击负荷，管理自动化，出水水质好，投资小。

第三节 好氧附着生长处理技术

概述：好氧微生物和好氧型动物在某些载体上进行生长繁殖形成生物膜，污水通过与膜的接触，污水中的有机污染物作为营养被氧化分解，从而使污水得到净化。

一．生物膜：

1． 生物膜主要由细菌的菌胶团和大量的真菌菌丝组成。

2． 生物膜是高度亲水的物质，其外侧表面总存在一层附着水层，附着水层中的有机物由于微生物的氧化作用而消耗，

浓度远低于流动水层→扩散动力。

二．生物滤池：普通生物滤池、高负荷生物滤池和塔式生物滤池。

三．生物转盘：

1． 工艺过程：吸附→吸氧→氧化分解。

2． 转盘的转动→搅动充氧。

3． 脱落的生物膜悬浮在槽中，继续起氧化作用，因此，生物膜兼有活性污泥的功能。

四．生物接触氧化法：在曝气池中设置填料，作为生物膜是载体，经过充氧的废水以一定的流速流过填料与生物膜接触，

利用生物膜和悬活性污泥中微生物的联合作用净化污水的方法。介于活性污泥法和生物滤池之间的处理方法。

五．生物流化床：以粒径小于1mm的砂、焦炭、活性炭一类的颗粒材料作为载体，填充于设备中，充氧的污水自下而

上流动，时载体流态化。载体流态化→强化了传质过程；载体间的碰撞→生物膜的更新，防止流化床被生物膜堵塞。

六．高效生物膜法工艺：针对出水中的BOD5浓度高的问题，设计出高效生物滤池—固体接触法。

固体接触池：生物滤池出水与回流污泥充分接触，废水中细小的悬浮物被吸附或黏附在活性污泥上形成易沉淀的絮

凝体；废水中的有机物也被进一步生物氧化。生物絮凝反应器：进一步去除微细的胶体颗粒，获得优良的出水水质。

第四节 厌氧生物处理技术

概述：厌氧生物处理最早仅用于城市污水厂污泥的稳定处理。有机厌氧生物处理的最终产物：以甲烷为主的可燃性气体→作为能源回收利用；剩余污泥→肥料使用；运转费远低于好氧生物处理。最近的研究表明，厌氧生物处理也可用于高浓度和中浓度有机废水的处理。

一．处理机理：

1．酸性氧化阶段：不溶性的有机物在细菌释放出的外酶的作用下，水解生成水溶性的有机物。接着，水解产物渗入细胞，在内酶的作用下，转化成丁酸、丙酸、乙酸等挥发性有机酸类和醇、氨、硫化物、二氧化碳、氰等无机物和能量。

2．碱性氧化阶段：甲烷菌利用产酸菌产生的挥发性脂肪酸、挥发醇、氢作为营养源，代谢产物为甲烷、二氧化碳、微量硫化氢、氨和氢组成的气体。

二．影响因素：温度、酸碱度、负荷、碳氢比、有毒物质。

三．污泥的厌氧消化：污泥的消化处理是污泥稳定的有效方法，一般可分为厌氧消化和好氧消化两种。好氧消化是在延时曝气活性污泥法基础上发展起来的。厌氧消化和好氧消化相比，虽然有机物分解速率慢，分解不完全，但它具有能耗少等优点，仍然是污泥稳定处理最基本的方法→消化池。

四．有机废水的厌氧生物处理：有机废水的有机物含量高，用好氧处理时需稀释数百甚至上千倍，很不经济，这类废水用厌氧法处理较适宜。

（一）厌氧悬浮生长处理技术：

1．厌氧接触法：池内设有搅拌器使细菌处于悬浮絮体形式存在，污水与厌氧微生物充分接触。微生物吸附、分解污水中的有机物，并使分解过程中产生的气体从污泥中分离出来，经汽水分离后进入储气罐。由消化池流出的污水和污泥进入沉淀池进行固液分离，污水由上部排出，沉淀污泥回流至消化池。

2．升流式厌氧污泥床法（UASB法）：污水自反应器底部进入，首先通过一个高浓度的污泥床，污水中的有机物在此进行厌氧分解，转化为消化气。由于消化气的搅动，使污水与厌氧微生物充分接触。消化气的微小气泡夹带着污泥上浮，在污泥床上部形成污泥悬浮层。反应器的上部是固、气、液三相分离装置，上浮的污泥与分离装置的挡板碰撞后，气体法分离，储集在分离装置斜板下部，然后用管道引出反应器。污泥与污水则穿过缝隙上升，在沉淀室进行分离，污泥下沉，沿斜板下滑至污泥床内，污水则由溢流槽引出。→不适用于含高浓度悬浮固体的废水。

（二） 厌氧附着生长处理技术：

1．厌氧生物滤池：池顶密封，池中放置填料，填料表面附生着一层厌氧微生物膜。污水通过滤层时，微生物吸附污水中的有机物，将其分解为甲烷和二氧化碳。生物膜不断新陈代谢，老化的生物膜随水流走，产生的消化气从滤池顶部引出。→适用于含悬浮物较少的中等浓度和低浓度的有机废水的处理。

2．厌氧膨胀床和厌氧流化床：床内装有惰性细颗粒载体，厌氧细菌组成的生物膜附着在载体上。在向上的水流和消化气的作用下，载体产生膨胀，从而悬浮在床内。→高浓度和低浓度的有机废水都可处理。

3．厌氧塘：塘表面有浮渣层，维持厌氧状态并保持塘水温度。塘内生长着厌氧细菌，污水于底部进入塘内与厌氧细菌接触，有机物被分解为甲烷和二氧化碳，污水得到净化。→适于处理温度较高的高浓度有机废水。

4．厌氧生物处理技术的发展：多级厌氧处理系统和两相厌氧处理系统（将酸性消化阶段和碱性消化阶段分别在两个反应器内完成，可分别保证两种细菌都处在最佳生长状态，从而可大大提高有机物分解速率和程度，提高消化气中甲烷浓度，减小整个系统设备的容积并缩短反应时间）。

5．厌氧和好氧的联合技术：对于高浓度和某些中等浓度的有机废水，常将好氧和厌氧两种处理方法结合起来，组成厌氧—好氧联合处理系统，可提高出水水质。

第五节 生物脱氮除磷技术

概述：水中的有机氮和氨氮会消耗水中的溶解氧，使水体变黑、发臭；水体中的氮和磷过多会造成水体富营养化。因此，有必要从污水中除去氮和磷。

一．生物脱氮处理技术

1．脱氮机理：第一步，硝化：硝化细菌将氨氮转化为硝酸盐（影响因素：pH、温度、BOD5/TKN、溶解氧）；第二步，反硝化：将硝酸盐转化为气态N2的过程（两个条件：污水中应含有足够的电子供体；厌氧或缺氧条件）。

2．脱氮工艺：当BOD5与总氮比在1~3时，硝化细菌比例较高，此种条件下的好氧处理相当于单独的硝化处理；当BOD5与总氮比大于5时，则完成的硝化处理过程相当于碳氧化与硝化结合的处理过程。几种常用的脱氮工艺：氧化—硝化—反硝化三段工艺流程、A/O工艺，即前置反硝化生物脱氮工艺。

三段脱氮工艺

Ａ／Ｏ法

二．生物脱磷处理技术：水中的磷以正磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷三种形式存在。

1．脱磷机理：第一步，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。细菌以聚磷的形式从细胞中储存磷。第二步，磷的释放：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H3PO4和能量，形成ADP。

2．脱磷工艺：（1）厌氧—好氧除磷工艺（A/O工艺）：在厌氧池中释放磷，然后在好氧池中吸收磷和去除BOD，当停留时间足够长时，还会进行硝化，通过二沉池排泥除去磷。

（2）Phostrip工艺：原水与释放磷后的污泥一起进入曝气池，去除有机物和聚磷菌过量摄取磷，混合液经二沉池沉淀，上清液胖放。含磷污泥一部分进入厌氧释磷池释放磷，并投加冲洗水使磷释放充分，一部分沉淀后回流至曝气池，还有一部分作为剩余污泥排放；厌氧池的上清液进入石灰沉淀池，去除磷后，上清液回流至曝气池，化学污泥从系统中排出。

Phostrip法除磷

三．同步脱氮除磷处理技术：

1． A2/O工艺：厌氧池：去除部分BOD5，部分含氮化合物转化成氮气而释放，回流污泥中的聚麟微生物释放出磷；缺

氧池：池中的反硝化细菌以污水中未分解的含碳有机物为碳源，将好氧池通过内循环回流进来的硝酸根还原为氮气而释放，。好氧池：水中的氨氮进行硝化反应生成硝酸根，同时水中有机物氧化分解共计吸磷微生物以能量，微生物从水中吸收磷，磷进入细胞组织，经沉淀分离后以富磷污泥的形式从系统中排除。

2． Bardenpho工艺：即A/O—A/O法，各项反应重复两次以上。

3． Phoredox法：在Bardenpho工艺的最前端增加一个厌氧反应器以强化磷的释放。

脱氮除磷可用氧化沟工艺来是实现，通过安装或不安装曝气设备、控制曝气强度的方法在氧化沟的不同部位形成好氧、厌氧或缺氧区，形成不同的工艺。此外，通过改变运行方式，同步脱氮除磷也可以在SBR工艺中实现。

第六节 水处理厂污泥处理技术

概述：污泥的处理和处置技术有稳定处理（包括生物法、化学法和物理法）、去水处理（包括浓缩、脱水和干化）和最终处置（包括填地、投海和综合利用）。

一．污泥的性质

1．污泥的分类：（1）主要成分分类：污泥（有机物为主）和泥渣（无机物为主）；

（2）来源分类：初次沉淀污泥、腐殖污泥、剩余活性污泥、化学污泥等。

2．污泥性质指标：含水率、相对密度（污泥的质量与同体积水质量的比值）、污泥的脱水性能（表示污泥脱水的难易程度，一般用真空法测定→先在布氏漏斗中放一张滤纸，用水润湿，用塞子紧密地与量筒相连，量筒用水射器抽气，使量筒中成为负压，滤纸紧贴漏斗，关闭水射器。把100ml泥样倒入漏斗，再次开启水射器，使污泥在一定真空度下过虑脱水。用泥面出现龟裂或滤液达到85ml时所需的时间作为参数衡量污泥的脱水性能，脱水时间越短，脱水性能越好）。

3．污泥量：利用经验数据或根据水质情况估算。

二．污泥的浓缩→减小处理设备容积和降低处理成本。

1．概述：污泥中的水分可分为四类：颗粒间的空隙水（约占污泥70%）、颗粒间的毛细水（约占20%）、颗粒是吸附水和颗粒内部水（共占10%）。污泥浓缩只能去除颗粒间的空隙水。污泥浓缩方法分为重力浓缩法、气浮浓缩法和离心浓缩法。

2．重力浓缩法：应用最广、操作最为简便。在垂直方向可分为三个区域：上部为澄清池；中部为阻滞区；下部为压缩区。

3．气浮浓缩池：适用于密度接近于水的活性污泥和生物滤池中较轻污泥的浓缩。气固比（单位质量固体所需空气量）是气浮浓缩池设备最重要参数。

4．其他浓缩法：离心浓缩法、微滤机浓缩法、超滤浓缩法、反渗透浓缩法、生物气浮浓缩法和振动筛浓缩法。

第七节 废水土地处理技术

1． 概述：土地处理是利用土壤是物理、化学和生物化学作用，将污水中的污染物去除，使之转化为新的水资源，达到

重新回收、利用的一种较为新颖的污水处理方法。

2． 类型：慢速渗滤（土壤表面种植粮食或经济作物）、快速渗滤（高渗透性的沙质土壤表土层为天然滤床）、地表漫流

（土壤渗透性低，生长植物且具有一定的坡度）和地下渗滤（地表下一定深度，利用土壤的渗滤作用和毛细管的浸润作用）。

3． 处理机理：土壤—水—空气的三相体系

（1）土壤的作用：吸附、离子交换、化学沉淀和生物分解作用。

（2）植物的作用：吸收氮磷、根系：吸取一定的污水，增加土壤的透气性能，又是土壤中微生物的介质。

4． 水力负荷和污染物负荷：

（1）水力负荷：规定时间内可注入给系统的污水平均深度。

（2）污染物负荷：反映系统中对污水中含氮化合物、有机物与其他污染物的处理能力的指标。

第八节 废水人工湿地处理技术

1. 三种类型：表面流湿地（四周筑有围墙）、地下潜流湿地（自上而下是三层：生长植物的土壤层、孔隙率较大的滤水

层和防止水下渗的隔水层）和垂直下渗湿地（地下潜流型湿地和渗滤型土地处理系统的结合）。

2. 净化机理：通过土壤、植物和微生物的共同作用来去除水中的污染物，包括物理的（沉降、过虑）、化学的（沉淀、

吸附、氧化和还原）、生物的（好氧、厌氧生物代谢）和植物的（植物吸收和收割、植物代谢）作用。

第四章 水处理工程系统与废水最终处置

第一节 给水与排水工程系统

一、给水工程系统：包括取水系统、水处理系统、输配水系统。

1.给水处理厂处理的目的是去除废水中的悬浮物、胶体物质、细菌及其他有害成分。

2.常用的处理工艺有自然沉淀、混凝沉淀和澄清、过虑和消毒。其中混凝沉淀和过滤是地表水作为水源时水处理厂的主体工艺。

3.当原水浊度不高于2000~3000mg/l时，处理工艺流程为：

处理流程图一

4.当原水浊度不高于100mg/l时，水质稳定、无藻类繁殖、没有受工业废水污染时，可省去混凝沉淀构筑物，采用双层滤料接触滤池或微絮凝—深床过滤工艺，流程如下：

处理流程图二

5.当原水为低温低浊水或含有高浓度的藻类时，则用气浮工艺代替处理流程图一种的沉淀工艺。

6.当原水浊度高、含砂量大时，须先采用预沉池或沉砂池使含砂量降到1000mg/l以下，工艺流程图如下所示：

7.深度处理：在过滤和消毒之间加上臭氧生物活性炭工艺、活性炭吸附工艺。

二、排水工程系统：包括废水收集系统、废水处理系统。

1.城市污水处理程度可分为一级处理、二级处理和三级处理。

2.一级处理指用沉淀法去除可沉固体，有时为了提高处理效率，也可采用一级强化处理工艺，即在沉淀池之前投加混凝剂，该处理工艺一般可用于受纳水体自净能力强、原水有机污染轻的污水处理。

3.二级处理一般指采用沉淀法和生物处理法以降低污水的悬浮固体和有机物，该处理工艺是目前最常采用的城市污水处理工艺，如下图所示：

第二节 再生水系统

1．再生水的来源：经过处理的工业废水、城市集中污水处理厂二级处理出水以及建筑和住宅小区生活污水。

2．在工业中，再生水用作冷却水时，可造成一下的危害：

（1）腐蚀：污水中溶解盐含量高，除了自身会引起金属腐蚀外，还试水的电导率加大，加速水中的电化学腐蚀。水中的氯离子是一种腐蚀性很强的物质，即使对不锈钢也易造成应力腐蚀而致其破裂；氨氮则会对钢材产生腐蚀。

（2）水垢：水中的钙、镁盐类在循环浓缩过程中，由于过饱和析出沉淀物，这些沉淀物同悬浮物、金属腐蚀物和微生物一起，在金属表面结成多孔的垢层，造成局部垢下腐蚀。

（3）微生物黏泥：污泥状粘性物质，可堵塞交换器管道，附着在热交换器上，降低热交换效率，并产生垢下坑蚀。生物垢还起粘结作用，使垢层加厚。

3．循环冷却水稳定处理：阻垢处理（软化、投加阻垢剂酸化或碳酸化）、防腐蚀处理（投加缓蚀剂，使与水接触的金属表面形成保护膜，达到防腐蚀的目的）和污垢控制（控制水中的悬浮物，并杀灭微生物而后藻类）。

第三节 废水的最终处置

基本要求：根据受纳水体的功能、水质标准与纳污能力，确定污水处理水平与排放标准，并慎重考虑适当的排放口地点以及下游水体功能的影响。污水向受纳水体中排放必须保证不降低水体总体功能与水质标准。

第五章 大气质量与大气污染

第一节 大气的结构组成

1. 大气结构：对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层（或外大气层）。

2. 大气组成：自然状态下的大气是由混合气体、水汽和悬浮颗粒组成的。除去水汽和微粒的空气称为干洁空气。 补：大气组成：干洁空气（氮N2氧〇2氩Ar分别78.08 % 20.95 % 0.93%）、水汽（0.02〜6%)、悬浮颗粒

第二节 大气污染

1. 定义：指由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中，呈现出足够的浓度达到足够的时间，并因此危害了人

群的舒适、健康和福利或危害了环境的现象。

2. 大气污染物的种类：

（1）颗粒污染物：粉尘、烟、飞灰、黑烟、雾和总颗粒悬浮物。

（2）气态污染物：五类：以二氧化硫为主的含硫化合物、以一氧化氮和二氧化氮为主的含氮化合物、碳的化合物及卤素化合物。

第三节 大气控制质量标准

1. 环境空气质量标准：三级标准，将环境空气质量功能区分为三类。

2. 排放标准：三类分级标准。

3. 环境技术标准。

补：

大气环境质量标准：以保障人体健康和正常生活条件为主要目标，规定大气环境中某些主要污染物的最高允许浓度。 污染物排放标准：以实现大气环境质量标准为目标对污染源排放的污染物作出限制。其作用是直接控制污染源排出岛污燊物東皮或物以防止夫气污染。

第四节 大气污染控制的基本方法

一．大气污染控制的含义：

1. 两个方面：一是立法的角度，指用法律来限制或禁止污染物的扩散。二是防止的角度。采用一些手段把污染物排放

量降到不致严重污染大气的程度。

2. 大气污染控制的重点是控制污染源。

二．废弃排放控制系统：

1. 污染物的收集：集气罩

2. 颗粒污染物控制：四类

（1）机械力除尘器：包括重力沉降、惯性除尘器和旋风除尘器。→高效除尘器的前级预除尘器。

（2）过滤式除尘器：包括袋式过滤器和颗粒层过滤器。

（3）静电除尘器：包括干式静电除尘器和湿式除尘器。

（4）湿式除尘器：包括泡沫除尘器、喷雾塔、填料塔、文丘里洗涤器等。

3. 气态污染物控制：两大类

（1）分离法：利用污染物与废气中其他组分物理性质差异使污染物从废气中分离出来，如物理吸收、吸附、冷凝及膜分离等。

（2）转化法：把污染物转化成无害的=物质或易于分离的物质，如催化转化、燃烧法、生物处理法、电子束法。

4. 污染物的稀释控制：包括大气扩散和烟囱设计两个方面的内容。采用烟囱排放污染物，通过大气的输送和扩散作用

降低其“着低浓度”。

补：

大气污染综合防治措施

（1）调整产业结构，优化能源构成

大力发展低污染、低能耗产业；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

（2）严格大气环境管理

法律 标准规范

（3）实施大气污染总量控制

（4）推广大气污染控制技术

清洁生产：清洁的生产过程和清洁的产品

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

安装废气净化装置：除尘、脱硫、脱硝、脱碳、除VOCS、 机动车尾气净化

（5）控制污染的经济政策

必要的环境保护投资；实行“污染者和使用者支付原则”。

第六章 颗粒污染物控制

第一节 除尘技术应用

1. 粉尘粒径：

（1）单一粒径：投影径、几何当量径、物理当量径（自由沉降径、空气动力径、斯特科斯径和分割粒径→分级效率为50%的颗粒的直径）

（2）平均粒径：对于一个由大小和形状不相同的粒子组成的实际粒子群，与一个由均一的球形粒子组成的假想粒子群相比，如果两者的粒径全部相同，则称此球形粒子的直径为实际粒子群的平均粒径。

2. 粒径分布：某一粒子群中不同粒径的粒子所占的比例，亦称粒子的发散度。

表示方法：频数分布、频度分布、筛上累计分布。

3. 除尘效率的捕集效率：

（1）总捕集效率：指在同一时间内，净化装置去除污染物的量与进入装置的污染物量之比。实际上反映装置净化程度的平均值，亦称为平均捕集效率。

（2）分级捕集效率：指在某一粒径下的除尘效率。

第二节 重力沉降

1. 颗粒沉降速度：当沉降力与阻力相等时，颗粒开始在流体中等速沉降，此时的速度称为终端沉降速度μt=ρp gdp/18μ。

2. 重力沉降室的设计：

（1）沉降时间与沉降速度：粒径能沉降下来的条件：气流通过长度为L的沉降室的时间t1≧沉降速度为vt的颗粒从顶部降落到底部所需的时间t2，即L/V≧H/μt。

（2）沉降尺寸：高度H和长度L。

（3）沉降室捕集效率：根据最小粒径即可求出捕集效率。 2

第三节 旋风除尘

概述：利用含尘气流所产生的离心力，将颗粒污染物从气体中分离出来的过程。一般用于捕集5~15微米以上的颗粒。

一．工作原理

含尘气流进入旋风除尘器时，气流由直线运动变为圆周运动，含尘气流在旋转过程中产生离心力，将密度大于气体的颗粒甩向器壁，颗粒与器壁接触时因失去惯性力而沿壁下落。旋转下降的外旋气流在到达锥体时，因圆锥形的收缩而向除尘器中心靠近，其切向速度不断提高。当气流到达椎体下端某一位置时，便以同样的旋转方向在旋风除尘器中由下回转而上，继续作螺旋流动。最后，净化气体经排气管排出器外，一部分未被捕集的颗粒也随之带出。

二．分离性能

1．分离直径：旋风除尘器是除尘效率与颗粒的直径有关，颗粒直径越大，除尘效率越高。η=100%→临界直径；η=50%→分割直径。

2．影响捕集效率的因素：入口风速、除尘器的结构尺寸、粉尘粒径与密度、气体温度和灰斗的气密性。

三．分类及设计

1．分类：（1）气体流动状态：切流反转式和轴流式；（2）结构形式：圆筒体、长椎体、旁通式和扩散式。

2．设计：包括确定旋风除尘器的各部尺寸、计算除尘器的压力损失（压力降）和计算除尘器的效率。

第四节 静电除尘

概述：与重力沉降和旋风除尘器的根本区别在于其分离的能量通过静电力直接作用于尘粒上，而不是作用在整个气流上，因此分离尘粒所消耗的能量很低。

1．除尘原理：

（1）气体电离：放电电极周围的“电晕”现象使气体电离，即电晕放电。

（2）粒子荷电：两种荷电过程：电场荷电和扩散荷电。

（3）荷电粒子的迁移和沉积：荷电粒子在电场力的作用下，朝着与其电性相反的集尘极移动并通过粒子放电沉积在集尘极上。对于比电阻较大的粒子可采用改变温度、增大湿度，添加化学药剂及某些气体使其比电阻减小，以改善吸尘操作。

（4）颗粒的清除：用振打的方式将沉积的颗粒强制震落入灰斗。

2．除尘器结构：电晕极、集尘极、清灰装置、气流分布装置和灰斗。

3．除尘效率：除尘效率方程→η=1-exp(-AcQ/ω)。

4. 设计：平板式除尘器和管式除尘器。

第五节 袋式除尘

1．除尘过程：首先是含尘气体通过清洁滤布，这是起捕尘作用的主要是纤维，除尘效率不高；其后，粉尘量不断增加，一部分粉尘嵌入到滤料内部，一部分覆盖在表面上形成一层粉尘层，这时主要依靠粉尘层进行过滤。

2．除尘机理：筛过作用、惯性碰撞、扩散和静电作用、重力沉降。

3．除尘性能：过滤速度（气布比→处理的烟气流量与滤布面积之比）、除尘效率、压力损失。

4．滤布的选择：（1）容尘量大，清灰后能在滤料上保留一定的永久性粉尘；（2）透气性好，过滤阻力低；（3）抗皱拆性、耐磨、耐温及耐腐蚀性能好，使用寿命长；（4）吸湿性好，容易清除黏附在上面的灰尘；（5）成本低，滤布的材料可用天然滤料、合成纤维和无机纤维。

第六节 湿式除尘

概述：利用洗涤液与含尘气体充分接触，将尘粉粒洗涤下来而使气体净化的方法。

一．除尘机理：

1.惯性碰撞：尘粒在遇到障碍物时由于惯性而保持原来运动方向而绕过。

2.扩散：对于粒径在0.3微米以下的，扩散是一个很重要的捕集因素。

3.粘附：当粉尘粒径大于粉尘中心到液滴边缘的距离时，粉尘因粘附而被捕集。

4.扩散漂移和热漂移：若气流中含有饱和蒸汽，当其与较冷的液滴接触时，饱和蒸汽会在较冷的液滴表面上凝结，形成一个向液滴运动的附加气流。

5.凝聚作用：烟雾中含有水蒸气、硫酸酐和气态有机物时，当温度降低时，会凝结吸附在粉尘表面。

二．气液界面：

1.气泡表面：含尘气体通过多孔板上的液体时，气孔在孔眼表面处形成气泡并逐渐扩大，随后通过液层。

2.液体射流表面：喷出的射流经一定距离后破碎为直径范围很广的液滴群，与含尘气体接触时，混合吸附其中的尘粒。

3.液膜：液体依靠流动性、润湿性在固体表面铺展开来，形成液膜。

4.液滴：依靠机械力、惯性力和摩擦力等使液体分散在大量气体中而形成液滴。

第七章 气态污染物控制

第一节 吸收净化

概述：吸收是利用混合物中不同组分在吸收剂中溶解度的不同，或者与吸收剂发生选择性化学反应，从而将有害组分从气流中分离出来的过程。吸收分物理吸收和化学吸收。

1. 吸收平衡

（1）物理吸收：亨利定律描述气液间的平衡→P=E·x。

（2）化学吸收：利用相平衡与化学平衡来计算某组分的总浓度。

2. 双膜理论

吸收是气相组分向液相转移的过程。→一个假设理论：假设在气—液界面两侧各存在一个静止膜，在气相一侧称为气膜，在液相一侧称为液膜。在膜外气体或液体主体中，由于湍流扩散作用因而不存在浓度梯度。气相的扩散阻力全部在气膜内，液相扩散阻力全部在液膜内，膜内仅发生分子扩散。因而。气液间的传质速率取决于通过气膜和液膜的分子扩散速率。

3. 吸收设备：三大类→液膜表面吸收器、气泡表面吸收器和液滴表面吸收器。

4. 填料塔的设计计算：

（1）塔径的计算：D=（4Q/πv）；

（2）填料层高度的计算：根据填料塔的物料守恒计算。 1/2

第二节 吸附净化

概述：气体混合物与适当的多孔性固体接触时，利用固体表面存在的未平衡的分子引力或化学键力，把混合物中某一组分或某些组分吸留在固体的表面上，这种分离气体混合物的过程称为气体吸附。特别用于用其他方法难以分离的低浓度有害物质和排放标准要求严格的废气处理。

一．吸附过程：

1. 物理吸附和化学吸附：物理吸附主要依靠分子间的范德华引力产生的，它可以使单分子层吸附也可以使多分子层吸

附；而化学吸附是靠吸附剂与吸附质之间的化学键力产生的，只能是单层吸附。

2. 吸附剂及再生：

（1）要求：比面积大；选择性好，有利于混合气体的分离；具有一定的粒度、较高的机械强度、化学稳定性和热稳定性；大的吸附量；来源广泛，价格低廉。

（2）再生方法：加热解析再生、降压或真空解析、置换再生法。

二．吸附装置：固定床、流动床和沸腾床。

三．固定床吸附装置的计算：穿透曲线法和希洛夫方程。

第三节 催化转化

概述：使气态污染物通过催化剂床层，经历催化反应转化为无害物质或易于处理和回收利用的物质的方法。该法与其他净化方法的区别在于：无需使污染物与主气体分离，避免了其他方法可能产生的二次污染，又使操作过程简化。另一方面，对不同浓度的污染物都具有很高的转化效率。

一．催化作用与催化剂：

1. 催化反应：催化剂加速反应速率是通过降低活化能来实现的。→反应物分子被催化剂表面的活性中心吸附后，形成

了一种具有活性的络合物，使原分子的化学键松弛，从而降低了活化能。

2. 催化剂：由主活性物质、载体和助催剂组成。→主活性物质一般附着在惰性载体上。载体有两个作用→提供大的比

表面积和增大催化剂的机械强度。助催剂和主活性物质都附于载体上。

二．气固相催化反应器及其计算：

1. 气固相催化反应器的类型：单层绝热反应器、多段绝热器和列管式反应器。

2. 接触时间：反应物通过床层的时间，等于空间速度的倒数。

第四节 燃烧转化

概述：通过热氧化作用将废气中是可燃有害成分转化为无害或易于进一步处理和回收的物质的方法。

1. 空燃比：空气与燃料的质量比。

2. 爆炸极限：在一定浓度范围内，混合气体中的氧和可燃组分在某一点被燃着时产生的热量可以继续引燃周围的混合

气体，若在一个有限范围内迅速蔓延会形成气体爆炸。

3. 燃烧类型：直接燃烧、热力燃烧和催化燃烧。

4. 热能回收：回收废热用于预热进口的冷废气、热净化气再循环、废热利用。

第五节 生物转化

概述：利用微生物的生命活动把废气中的气态污染物转化为少害甚至无害的物质。

1．处理原理：生物处理可分为需氧生物氧化和厌氧生物氧化。

2．生物净化方法：活性污泥法、微生物悬浮法、土壤法和堆肥法。

第六节 其他净化方法

1. 电子束照射法

（1）工艺过程：废气冷却→加氨→电子束照射→粉体捕集。

（2）处理机理：生成具有活性的物质→硫氧化物和氮氧化物的氧化→硫酸铵和硝酸铵的生成。

2. 膜分离法：混合气体在压力梯度作用下透过特定薄膜时，不同气体具有不同的透过速度，从而使气体混合物中的不

同组分达到分离的效果。

补：

SO2、NOx和有机气态污染物的处理方法和原理

SO2处理

湿法烟气脱硫技术：石灰/石灰石法、双碱法，碱性硫酸铝一石膏法、钠碱吸收法、海水脱硫技术

半干法：旋转喷雾干燥法

干法：高能电子活化氧化法、荷电干吸 收剂喷射脱硫法、活性炭吸附法、超高 压脉冲活化分解法和流化床氧化铜法。 控制氮氧化物的方法主要包括

选择性催化还原法：

非选择性催化还原法

液体吸收法：水吸收法、碱吸收法、酸吸收法、 氧化-吸收法、吸收还原法及液相配合法等

含挥发性有机废气的净化技术VOCs

燃烧法、吸附法、冷凝法、吸收法、生物法等

第八章 污染物的稀释法控制

第一节 影响污染物在大气中扩散的气象因素

概述：两个方面：一是动力因子；二是热力因子。

一．气象的动力因子：

1. 风：风对污染物浓度分布有两个作用：一是整体输送；一是冲淡稀释。

2. 湍流：风的阵性和摆动。近地层的大气湍流有两种形式：一是有机械力产生的机械湍流；一是由热力产生的热力湍

流。大气污染的扩散主要依靠大气的湍流的作用。

3. 局地风：海陆风、山谷风、城市热岛效应。

二．气象的热力因子：

1. 大气的温度层结：气温随高度的分布。三种表示方法：干绝热递减率、气温递减率和气温的垂直分布。

2. 逆温：γ＜0的大气层结。四种类型：辐射逆温、下沉逆温、湍流逆温和锋面逆温。

大气稳定度：大气对污染源排入其中的污染物扩散能力的一种量度。大气愈不稳定，污染物在大气中的扩散速率就愈快。大气稳定度与烟流扩散的关系：波浪型、锥型、扇型、屋脊型和熏烟型。分类：极不稳定、不稳定、弱不稳定、中性、稳定、极稳定。

补：

干绝热递减率：干空气团或未饱和湿空气团绝热上升或下降单 位髙度（100m)时，温度降低或升髙的数值。单位：K/100m 气温递减率：单位高差（通常取100米）下气温变化的负值

温度层结：气温沿铅直高度的变化

温度层结类型：地减层结（正常分布层结）、中性层结、等温层结、气温逆转（逆温）

第二节 烟气抬升高度

1. 烟气抬升高度：通过烟囱排出的烟气通常都具有一定的速度和温度。在动力和浮力的作用下，烟气在离开烟囱后，

仍然要向上冲出一定的高度，然后再沿风的方向扩散。烟气在水平方向的扩散称为烟羽。烟羽轴线与烟囱口间的距离即为烟气抬升高度。

2. 影响因素：排放因素（烟流喷速和烟气温度）、气象因素（平均风速、湍流强度、环境空气温度、大气稳定度以及逆

温层）以及下垫面状况（地形及建筑物构型）。

第三节 污染物落地浓度

概述：大气扩散主要研究烟流传播和物质浓度衰减的关系。正态高斯分布假设下的扩散模式即高斯扩散模式是应用

最广的统计理论。

第四节 烟囱计算

概述：烟囱设计的主要内容是烟囱高度和出口内径。

1. 烟囱高度：精确计算法和简化计算法（风速和允许标准）。

2. 出口直径的计算：D=（4Q/πv）1/2。

第九章 固体废物管理系统

第一节 固体废物的产生、分类与管理系统简介

1. 固体废物只是对原过程而言，固体废物的概念随时空的变化而变化，具有一定的相对性。

2. 减少废物产量的唯一途径是降低单位产品原料的消耗量，减少原料的开发。

3. 固体废物的危害：占据大片土地；污染土壤、水体，危害人类健康；污染大气，影响环境卫生。

4. 三化原则：减量化、无害化、资源化。

补：

分类：工业废物、矿业废物、农业废物、城市垃圾

“3R”原则：Reduce 、Reuse、Recycle

“3C”原则：Clean、Cycle、Control

第二节 固体废物的性质

1. 城市垃圾的物理性质：含水率、密度、城市垃圾颗粒表观尺寸分布

2. 城市垃圾的化学性质：化学成分和热值。

3. 危险废物：

（1）定义：引起人类与动物死亡或严重疾病的废物称为危险废物。

（2）性质：易燃性、腐蚀性、浸出毒性、化学反应性、急性毒性、放射性和变异性。

（3）鉴别：

①易燃性→闭口闪点测定仪，按标准加热试样，每升高1℃点火一次，直至试样上方出现蓝色火焰（闪点低于60℃的即为易燃性危险废物）。

②化学反应性→A.受机械作用力引发的化学反应类：机械力感量；B.热不稳定与热敏类：对热的敏感度；C.遇水反应类：遇水温升试验与释放有害气体试验。

③含浸出毒性→固液比1:10，使含浸出毒性固体废物样品与水充分震荡接触，取浸出清夜，分析毒性物的浓度，评价其对环境可能造成的危害程度。

④急性中毒性废物→取废物样品浸出液，对十只白鼠分别进行一次性灌注，观测48小时内死亡数量。

第三节 固体废物的产量与减少产量的途径

1. 计算方法：质量守恒法。

2. 减少产量途径：根本途径是在保证产品质量的条件下，最大限度地减少原材料消耗量。

（1）降低单位产品原料用量，延长产品使用寿命；

（2）由废物中回收有用物料；

（3）提高产品重复利用次数。

第四节 城市垃圾的收集、储存与运输

1. 城市垃圾的就地管理：垃圾收存并定期运送至储存点。

2. 城市垃圾管理系统：包括收集、转运与最终处置基本三个环节。

第十章 城市垃圾处理技术

概述：城市垃圾处理通常与资源回收和综合利用联系在一起。处理的目的是为资源回收创造条件，两者综合的结果，又可以达到减小废物最终处置的体积、提高经济效益与社会效益的目的。本章所涉及的技术包括压实、破碎、分选、脱水与干燥。

第一节 城市垃圾压实技术

1. 压实的含义：减小固体废物表观体积、提高运输与管理效率的一种操作技术。

2. 压实的实质：在消耗一定压力的同时，垃圾颗粒间相互挤压、变形或破碎，从而达到重新组合的效果。

3. 压实器械：分为固定式与移动式两种。常见的几种：水平压实器、三相压实器和回转式压实器。

补：

原理：主要是减少空隙率，将空气压掉。如果采用高压压实，除减少空隙率之外，在分子之间可 能产生晶格的破坏使物质变性。

目的：利用机械的方法增加固体废物的聚集程度，增大容重和减小体积，以便于装卸、运输、贮存和填埋。

第二节 城市垃圾破碎技术

1. 破碎的含义：减小垃圾的粒度，使之质地均匀，从而降低孔隙率、增大密度的过程。

2. 破碎器械：分为三种类型：冲击磨切型、剪切粉碎型与挤压破碎型。常见的几种器械：锤式破碎机、剪切破碎机、

颚式破碎机。

补：

原理：通过人力或机械等外力作用，破坏物体内部的凝聚力和分子间的作用力而使物体破裂变碎。

目的：减少固体废物的颗粒尺寸、使之质地均匀，从而可降低孔隙率、增大容重。

第三节 城市垃圾分选技术

1. 分选方法：人工分选与机械分选。常见的几种分选方法：风力分选、磁选、筛选、静电分选与光电分选。

2. 分选效果：用回收率与分选物纯净度两个参量评价。

3. 风力分选：重力分选中常用的方法之一。

（1）风力分选是利用空气作为携带介质，以实现轻、重颗粒分离的目的。

（2）影响因素：颗粒在空气中的沉降速度。→密度与粒径（在城市垃圾中含水率也会影响）。

（3）分选机械：水平分选机与垂向分选机。

（4）分选设备设计的基本参数：气固比、气流速度、单位时间供料负荷、空气输送量与气体压力降。

4. 磁选：不同组分的磁选差异。

（1）磁选过程就是利用非匀强磁场中物质受到磁场吸力的差异与同时作用于各颗粒的重力、摩擦力与惯性等力的平衡关系来实现的。

（2）适用于：回收黑色金属、纯化非铁磁性材料、预选固体废物中大块黑色金属，保护后续设备，并减少焚烧与填埋量。

（3）破碎机械：吸持型磁选机、悬吸型磁选机。

5. 筛选：颗粒粒径的差异。

（1）筛选过程：根据固体废物颗粒粒径的差异，通过以一定孔径的筛分器，达到不同粒径的颗粒分级的分选方法。

（2）应用：破碎后有机组分的筛分、资源回收工厂处理前的粗清理作业，减少后工序工艺的机械磨损。

（3）筛分设备：旋转圆筒形筛分器。

（4）影响因素：颗粒尺寸与形状；含水率筛孔形状；操作方式；筛分器的长宽比、倾斜度与震荡频率。

6. 其他分选技术：

（1）浮选：以水为介质，投加适宜的化学浮选剂，根据各类废物颗粒表面性质的差异，借助在水中泡沫的浮力，从混合物中分离物料。

（2）跳汰分选：一种重力分选技术。适用于密度差异较大的废物颗粒的分选。以水为介质，当物料进入筛面时，随上下往复运动而形成的垂向交变震荡水流作用，按密度差逐级分层，密度较小的物料浮于表面而溢流分离，密度大的物料沉于筛地，由侧口随水流出。

（3）静电分选：基于垃圾中含有导电性能不同的物料颗粒，可以通过充电识别，被反向电极所吸引，以达到分离的目的。应用于从导体与绝缘体的混合物中分离出导体，也可以对含有不同介电常数的绝缘体进行分离。注意：与其他分选方法不同，回收率随含水率升高而增加。

第四节 固体废物的脱水与干燥

一．固体废物的脱水与脱水设备：

1．脱水方法：机械脱水与固定床自然干化脱水。

2．机械过滤脱水原理：以过滤介质两边的压力差为推动力，使水分被强制通过过滤介质，固体颗粒被截留，从而达到固液分离的目的。

3．机械过滤设备：真空抽滤脱水机、压滤机。

4．离心脱水机：利用离心力和物质的密度差异分离。

5． 污泥自然干化脱水：利用自然蒸发、底部滤料和土壤过滤脱水的一种传统方法。

二．城市垃圾干燥设备：三种传热方式→对流、传导与辐射。

第五节 危险废物的化学处理与固化

一．危险废物的化学处理

概述：针对危险废物中易对环境造成严重影响的化学成分，采用化学转化的方法，使之达到无害化的目的。化学处理仅限于对单一成分或几种化学性质相近的混合成分进行处理。

1. 中和法：处理酸性或碱性废水常用的方法。工业废物中的酸性或碱性泥渣也可采用中和法处理。

2. 化学还原法：通过氧化或还原化学处理，将危险废物中可以发生价态变化的某些有毒成分，转化为无毒或低毒且具

有化学稳定性的成分。应用：铬渣干式还原处理和铬渣湿式还原法。

二．危险废物的固化处理

利用物理或化学方法，将危险废物固定或包容于惰性固体基质内，使之呈现化学稳定性或密封性的一种无害化处理方法。几种常用方法：水泥固化、石灰固化、沥青固化和玻璃固化。

第十一章 固体废物资源化、综合利用与最终处置

第一节 固体废物资源化的意义与资源化系统

1. 固体废物资源化的意义：在发展经济的过程中，最大限度地减少资源与能源的消耗，使资源与能源得到充分、有效

的利用；最大限度地减少废物的产量，使废物中有用资源得到最大限度地回收与综合利用，从而取得最大的经济效益。

2. 城市资源化系统：前处理系统、后处理系统、能源转化系统。

第二节 材料回收系统

1. 建立材料回收系统的条件：一是产品应满足市场需求的技术规范；一是各类回收物品的产量与技术条件。

2. 材料回收系统流程：

第三节 生物转化产品的回收

概述：城市垃圾中含有多种可生物降解的有机物，经过处理与物料分选回收，可采用生物转化法处理。生化转化工艺主要包括堆肥化和生物发酵技术。

一．城市垃圾堆肥化：

1. 堆肥原理：在一定的人工控制条件下，通过生物化学作用，使垃圾中的有机成分分解为比较稳定的腐殖肥料的过程，

其实质是一种发酵过程。

2. 好氧堆肥：

（1）分类：野外人工堆肥和工厂化机械堆肥。

（2）工厂化机械堆肥：包括发酵、熟化、加工和储存四个阶段。

（3）发酵阶段的影响因素：碳氮比（20:1~30:1）、含水率（40%~60%）、温度、pH（5~8）、空气需氧量（供气充足、通风良好）

二．城市垃圾厌氧消化处理：

1．工艺过程：包括垃圾预处理（使颗粒细化、质地均匀化）、配料与制浆（厌氧消化处理的废物需要适宜的碳氮比和碳磷比）、厌氧消化处理和沼气回收利用。

2．厌氧消化处理工艺条件：碳氮比、操作温度、pH与碱度、投料方式与投配率、搅拌与强度。

三．新技术：将生物化学处理新技术应用在固体废物资源化中，如利用生物酶催化作用，催化水解含纤维素的固体废物，并回收饲料葡萄糖、精制葡萄糖乃至单细胞蛋白与酒精等产品。

补：

其他应用：制葡萄糖、单细胞蛋白、酒精

单细胞蛋白（single cell protein简称SCP):通过培养单细胞生物而获得的生物体蛋白质，又称微生物蛋白。

固体废物生产酒精:许多含纤维素、淀粉和糖的废物都可用来发酵生产酒精。如稻草、玉米杆、麦杆、玉米芯以及废弃腐烂的水果等。纯酒精或汽油和酒精的混合物都可作一次燃料。

第四节 城市垃圾焚烧与热转化产品的回收

概述：城市垃圾中含有较多的可燃物质，采用焚烧技术处理，回收热资源，是城市垃圾资源化的又一途径。 1. 焚烧过程的条件：三T→停留时间、湍流度即燃料与空气的混合度、温度。

2. 城市垃圾焚烧系统：垃圾处理与储存系统→进料系统→燃烧室（核心部分）→废气排放与污染控制系统→排渣系统

→焚烧炉控制系统→热资源回收系统。 3. 固体废物热解：

（1）热解：在缺氧、高温条件下，有机化合物在分解与缩聚的共同作用下，大分子有机质将发生裂解，转化为相对分子质量较小的气态、液态和固态组分。

（2）热解产物：气相→已氢气、甲烷、一氧化碳和二氧化碳为主；液相→以焦油、燃油为主；固相→纯净炭质与惰性物质。

（3）热解工艺的基本要素：操作温度、升温速度、垃圾燃料的理化性质和热解停留时间。 补：

焚烧法是一种高温热处理技术，即以一定的过剩空气量与被处理的有机废物在焚烧炉内进行氧化燃烧反应，废物中的有害有毒物质在高温下氧化、热解而被破坏，是一种可同时实现废物无害化、减量化、资源化的处理技术。

焚烧的主要目的是尽可能焚毁废物，使被焚烧的物质变为无害和最大限度地减容，并尽量减少新的污染物质产生，避免造成二次污染。对于大、中型的废物焚烧厂，能同时实现使废物减量、彻底焚毁废物中的毒性物质，以及回收利用焚烧产生的废热这三个目的。

热能回收：城市垃圾采用焚烧处理过程中，焚烧 炉产生的蒸汽可以并入城市热力管网， 供民用与工业用。但由于处理厂大都远离城市与居民区直接利用不方便，因此, 需要将焚烧产物进一步转化为易于输送的能源，如城市垃圾热转化系统与电站合建，和产电能。

焚烧炉类型：炉排型焚烧炉、炉床式焚烧炉、流化床焚烧炉。

mr

焚烧炉效率：炉渣中可燃物剩余率E1

m

f

100%；等值浓度公式E1fr Arfr

第五节 固体废物的最终处置

一． 最终处置的涵义与处置途径：

1. 涵义：对于综合利用和资源回收的固体废物，应采取适当而必要的保护措施，以达到被处置废物与环境生态系统最大限度的隔绝。

2．途径：陆地处置与海洋处置。（陆地处置 是当前国际上较普遍采用的基本途径。 如陆地填埋处置、土地耕作处置、深井灌注、尾矿坝、废矿坑处置等。） 二． 城市垃圾陆地处理：

1. 卫生填埋场选址条件：场地有效利用面积；运输距离；土壤与地形条件；气象条件；地表与地质、水文条件；地区环境条件；填埋场封场后的最终利益与开发。

2．干燥地区填埋场操作方法：地面填埋法、开槽填埋法和谷地（沟壑）填埋法。 3．填埋气：

（1）产生：生物发酵过程产生填埋气，主要成分为氮气、二氧化碳和甲烷。

（2）迁移：甲烷由于密度小于空气，易向大气逸散；而二氧化碳密度大于空气易向下部土壤扩散，直达地下水位，并溶于地下水，导致pH下降，硬度与矿化度升高。 （3）控制：透气通道控制法、密封法控制气体迁移。 4．渗滤液：

（1）产生：填埋物的生物降解的产物，以及外部地面径流水和地下水通过垃圾层时携带其中可溶性与悬浮性污染物而下渗的液体。

（2）迁移：渗滤液在填埋场底部聚集，并透过底部向下部土壤纵向迁移，也会发生侧向迁移，纵向迁移会污染地下水。 （3）控制：预设防渗层。

（4）渗滤液处理工艺：由于渗滤液中含有极高浓度的有机质与氨氮，需预先采用物理或化学法脱氮，至碳氮比合适后再采用经典生物脱氮工艺，如A/O、A/A/O工艺。 工艺流程如下：

三． 危险废物处安全填埋：

1. 选址：远离城市的安全地带。

2. 防渗层：渗透率应不小于10m/s。

3. 填埋场最底层应在最高水位以上，需铺设地下水位控制措施。 4. 采取必要的措施控制地表径流水。 5. 配置完整的渗滤液收集与监视系统。 6. 设置气体排放与监测系统。

7. 严格记录废物来源、性质与处置量，并适当加以分类。 补：

-6