环境工程学第一章

总固体TS = 溶解固体DS（总可滤残渣）+悬浮固体SS = 挥发性固体VS（600℃）+固定性固体FS = 可沉固体(颗粒大于10μm)+漂浮固体
4、比电导（specific conductance) 亦称电导率。是指25℃时长1米、横截面积为1平方米水中 的电导值，单位：mS/m 水的导电能力大小可用比电导来衡量，水中所含溶解盐类 越多，水中的离子数目越多，水的比电导值就越高。 水中溶解固体值与电导率之间并没有确定的一一对应关系


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颜色（color）
水的颜色有真色和表色之分。水的色度大部分是由有机质分 解所产生的复杂有机物引起的，而胶体状态的铁或锰的化合 物也会导致色度产生。大部分产生色度的颗粒介于3.5-10m 之间，属于胶体颗粒范围。
测定方法

（天然水）铂钴标准比色法：用氯铂酸钾和氯化钴配成与天然 水黄色色调相同的标准比色系列，将水样与此标准系列进行 比色。1升水中含有相当于1毫克铂时所产生的颜色为1度。 废水或污水：文字描述或稀释倍数法。
Байду номын сангаас

三种碱度计算表 滴定结果 ⑴ P=0 ⑵ P<T/2 [OH-] 0 0 2[CO32-] 0 2P [HCO3-] T T-2P
⑶ P=T/2
⑷ P>T/2 ⑸ P=T
0
2P-T T
T
2(T-P) 0
0
0 0
例：取某河水水样100ml，用0.1000mol/L HCl溶液测定其碱度， 先以酚酞作指示剂，消耗了HCl溶液0.40ml，另取该水样100ml， 以甲基橙作指示剂，用HCl溶液滴定消耗了7.20ml。 试求该水样的总碱度和各致碱阴离子的含量（以mmol/L计）。 解： 酚酞碱度P=0.40*0.1000*1000/100=0.40 mmol/L 总碱度T=7.20*0.1000*1000/100=7.20 mmol/L 故今P<T/2 ，查表得： 氢氧化物碱度=[OH-]=0 碳酸盐碱度=2[CO32-]=2P 故 [CO32-]=P=0.40 mmol/L=0.40*2*50=40mg/l （以 CaCO3 计） 重碳酸盐碱度=[HCO3-]=T-2P=7.20-0.80 =6.40 mmol/L=320 mg/l（以CaCO3计）




我国水资源
我国年降水量60000亿m3，相当于全球陆地总水量的5%，占 世界第3位。地表水年径流量占世界第6位。但人均每人每年 仅2500m3，相当于世界人均占有量1/4，占世界第88位。 同时，存在严重的时空分布不均衡性。空间上，大约80%的 地下渗流量分布在南方；时间上，年内及年际变化大，60－ 80％降水集中在夏季，年际变化差3－6 倍；三北（西北、 华北、东北）和沿海（青岛、大连）地区缺水严重。
化学性水质指标： 一般的化学性水质指标：PH、碱度、硬度、各种阴阳离子、 总含盐量、一般有机物质等。 有毒的化学性水质指标：各种重金属、氰化物、多氯芳烃、 各种农药等。 氧平衡指标：DO、BOD、COD、TOC等。 生物学水质指标： 细菌总数、总大肠菌群数、病菌、病毒等。


（二）主要水质指标
1、浑浊度（Turbidity）

所谓浑浊度是指水中的不溶解物质对光线透过时所产生的阻 碍程度。从环境工程的观点看，杂质在水中的存在形式有： 悬浮(suspended)、胶体（colloidal）和溶解（dissolved） 三种。胶体颗粒的尺寸介于溶解性物质与悬浮固体之间，颗 粒直径1～100nm。
胶体颗粒会产生丁达尔（Tyndall）现象：当光线通过含有 胶体颗粒的液体时，光线将会被颗粒反射。在与入射光线成 90度的地方，胶体颗粒反射光线的程度，表示为浊度 (turbidity)。采用浊度单位（TU）来表示水的浊度。
6、碱度（Alkalinity)

碱度：水的碱度是指水接受质子的能力。当溶液的pH值 降低到 4.4时，所有可滴定碱的总量。通常通过实验求得 将水的pH调节至4.5时所需要酸的总量来控制。 当水中碱度主要为碳酸盐时，碱度 = [HCO3-] + 2[CO32-]

可以用碱度来度量缓冲能力。水溶液有较高的碱度时表 示其具有较大的缓冲能力。
第 一 篇 水质净化与水污染控制工程



水质与水体自净 水的物理化学处理方法 水的生物化学处理方法 水处理工程系统与废水的最终处臵
第一章 水质与水体自净
第一节 水的循环与污染
一、地球上水的分布

水圈、水环境——地球上的水约为14亿立方公里，覆盖着 近3/4的地球表面。 水环境中淡水资源却很少，仅占总水量的2.53%，其中3/4 存在于冰川和冰帽中。 而目前能供人类直接取用的淡水资源仅占0.22%。 加之自然水源的季节变化和地区差异，以及自然水体遭到 的普通污染，致使可供直接取用的优质水量日显短缺，难 以满足人们生活和工农业生产日益增长的要求。


非碳酸盐硬度（永久硬度）由钙、镁的硫酸盐、氯化物 所形成。不受加热的影响。

总硬度的测定方法是EDTA络合滴定法。
非碳酸盐硬度定义为总硬度与总碱度的差值，若总碱度 大于或等于总硬度，则不存在非碳酸盐硬度。
8、化学需氧量和耗氧量（COD、OC）

在一定严格的条件下，用化学氧化剂K2CrO7或KMnO4氧化分解 有机物时，用与消耗的氧化剂当量相等的氧量来间接表示需 氧物的多少，分别称为化学需氧量（CODCr）和耗氧量（也称 高锰酸盐指数， OC或CODMn），单位：mg/l(O2) 重铬酸钾法是水样在强酸性条件下，加热回流2小时（加适 量催化剂），使有机物与重铬酸钾充分作用被氧化的情况下 测定的，因此，它可将水中的绝大部分有机物质氧化，但对 于苯、甲苯等芳香烃类物质难以氧化，且一般有机物也不是 完全氧化，同时，也包括了水中所存在的无机性还原物质。 只是间接、相对地反映水中有机物的数量。 高锰酸钾法测定比较快速，但只适用于测定天然水或含易被 氧化的有机物的一般废水。


浑浊度是一种光学效应，它的大小不仅与不溶物质的数 量、浓度有关，还与其颗粒尺寸、形状和折射指数等性 质有关。
一般来说，水中的不溶解物质越多，浑浊度也越高，但 两者之间没有固定的定量关系。其大小是水可能受到污 染的重要标志。 测定方法： 杰克逊烛光浊度计（JTU）：基本部件：标准浊度玻璃管、 支座和蜡烛。其刻度根据一定粒径纯二氧化硅的浑浊度 来标定的。1度即在蒸馏水中含有1mg/l的SiO2。 光电浊度计（NTU）
碱性水与高碱度水的差异：碱性水是 pH值在7.0以上的水， 而高碱度的水则表示具有较大的缓冲能力。碱性水不一 定具有高缓冲能力。同样，高碱度水的pH值可能高，也 可能不高。


碱度的单位用 mg/L CaCO3 表示。碱度 1mmol/ Ｌ =50e mg/Ｌ（以CaCO3计），e为离子价数。
关于碱度的计算： 总碱度T=P+M T为甲基橙碱度，P为酚酞碱度。
7、硬度（Hardness）

所有多价阳离子浓度的总和。用于描述水的一种特征。 含有硬度的水在茶壶内会生成坚硬的、白色的粗糙沉积物 （结垢）。不易起泡，在澡盆内产生浮渣（主要是钙、镁 与肥皂发生反应的结果）。Ca2+ + RCOO- Ca(RCOO)2 (s)，由于发生此反应，肥皂无法与衣服上的污垢作用，而 Ca(RCOO)2本身就是沉淀。

5、总含盐量和离子平衡 总含盐量=总阳离子+总阴离子，主要包括Ca2+ Mg2+ Na+ K+ 和HCO3- CO32- SO42- Cl-，其含量约为总含盐量的95%-99%。 总含盐量与溶解固体之间的关系： 总含盐量=溶解固体+1/2 HCO3 离子平衡分析： 根据溶液的电中性原则，理论上每升水中的阳、阴离子的 电荷总数应该彼此相等。分析误差不应超过5%。
第二节 水质指标与水质标准
为评价水的质量，须建立水质和水质指标的概念。

水质：指水和其中所含的杂质共同表现出来的物 理学、化学和生物学的综合特性。 水质指标：表示水中杂质的种类、成分、和数量， 是判断水质的具体衡量标准。

一、水质指标
（一）分类

物理性水质指标： 感官物理性状：温度、色度、嗅和味、浑浊度、透明度等。 其它：TS、SS、DS、电导率等。


水中污染物及其来源 水污染包括自然污染和人为污染。
排放方式 点源污染：指工矿废水、生活污水通过管 道、沟渠集中排放的污染源。 面源污染：主要来源于集水面上，如农田 排放、矿山排水、城市和工矿区的路面排 水等。 持久性污染物，如无机盐类、重金属等 非持久性污染物，如好氧有机物 污染性质 水体酸碱度，以pH值为表征 热效应


9、生化需氧量（BOD）

在有氧的条件下，水中可分解的有机物由于好氧微生物的作 用被氧化分解而无机化，所需氧量称生化需氧量（BOD）， 结果以氧的mg/l计。BOD间接表示了水中有机物的含量。

对多数有机物而言，5天生物氧化约能完成70%，20天约能完 成95%-99%。有机物质生物氧化的速率与温度密切相关。各 国统一采用５天、20℃的标准测定条件，以BOD5表示。 有机物的分解是分阶段的，第一阶段：碳氧化阶段。参与分 解的是异养型微生物。第二阶段：硝化，参与转化的是化能 自养型微生物硝化菌。 一般有机废水硝化过程大约在5-7天甚至10天后才能显 著展开。一般所称生化需氧量仅指碳化生化需氧量La或BODu

生化需氧量（BOD）的有关计算
将含有可分解有机物的水样置于封闭容器中，并接种细菌，其耗氧情况如图。


水是十分短缺的自然资源。
二、水循环

水循环包括自然循环和社会循环。
1、水的自然循环
大循环：海洋→内陆→海洋 小循环：在小的自然地理区 域内的循环 生物体内的水，也进行着吸 收→蒸发→吸收的内外循环
水的自然循环是由自然力促成的循环，它是水的基本运动方式。海水蒸发 为云，随气流迁移到内陆，遇冷气流凝为雨雪而降落，称为降水。一部分 水沿地表流动，汇成江河湖泊，称为地表径流；另一部分降水渗入地下， 形成地下径流。在流动过程中，地表水和地下水相互补给，最终复归大海。
3、固体（solids）

固体物质在水中有三种分散状态： 溶解态（直径小于1 nm） 胶体态（直径介于1～100nm） 悬浮态（直径大于1000nm） 在环境工程和水质分析中，水中固体物质的定义：在一定 的温度下（一般为103-105℃）将水样蒸发至干时所残余的 固体物质总量，又称为“蒸发残渣”。单位：mg/l。
污 染 源
水污染还可根据污染杂质的不同分为：化学性污染、物 理性污染及生物性污染。

水中污染物主要类型
面源 农业径流 城市径流
点源 生活污水 工业污水 好氧物质 营养物质 病原菌 悬浮固体/沉 积物 盐类 重金属 毒性有机物 热 污染物类别
2、水的社会循环 给水工程和排水工程构成了水的社会循环。完善的给水系统 和排水系统是现代城市和工业区所必须具备的基础条件。
三、水污染

水的用途大致有以下几个方面：生活用水、工业用水、农 业用水、渔业用水、交通运输用水。 一般情况下，与人类生活和生产密切相关的前三种用水 不能大规模取用海洋咸水，而只能取用淡水。 1984年(2008年修订）颁布的《中华人民共和国水污染防 治法》中“水污染”的定义：水体因某种物质的介入，而 导致其化学、物理、生物或者放射性等方面特性的改变， 从而影响水的有效利用，危害人体健康或者破坏生态环境， 造成水质恶化的现象。

硬度的常用单位为mg/LCaCO3或mmol/L。水厂将水软化 即是去除水中的部分硬度。通常水处理的目标是使水的硬 度维持在75~120mg/L CaCO3范围内。 硬水的分类: 0~75 软水 100~300 硬水 75~100 中等硬度水 > 300 高硬度水


与钙、镁致硬阳离子化合的相关阴离子有HCO3-、CO32-、 SO42-、Cl-、NO3-、SiO32-等，总硬度：TH = CH + NCH。 碳酸盐硬度（暂时硬度）由钙、镁的碳酸盐和重碳酸盐 所形成，能经煮沸而除去。 Ca（HCO3）2 = CaCO3↓+CO2↑+H2O