武汉大学《水污染控制工程》考研重点笔记

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水污染控制工程笔记

第一章水污染控制工程绪论

1.1水循环及水质

水是地球的重要组成部分，也是生物有机体不可缺少的组分。通过对水环境的研究可以获得更多的信息来加强和加深我们对这个世界的认识。地球上的水并不是静止不动的，而是处在时刻循环中的。

（1）水的自然循环：

水在海洋、大气和陆地之

间进行的无休止的运行称为

水文循环(hydrologic cycle)。水

可经过下列途径进入大气层

中：①蒸发(evaporation)，②蒸

腾(transpiration)当潮湿的水汽

上升时，会逐渐冷却。当水分

最终累积到足够量并冷却到

相当程度时．便会凝结在微小

的颗粒上。这些水珠或雪花的

质量增加到足够大时便会降

落，称为降水(precipitation)。当降水到达地表后，一部分流经地表进入河流(称为地表径流或径流，surface runoff，一部分渗到地表下形成地下水。

（2）水的社会循环：

生活用水、工业(农业)用水、集团设施（学校、医院、商场、宾馆、车站、饭店等等）用水。

（3）水质：

（a）物理特征（Physical Characteristics)

总固体（Total solids)TS

总挥发性固体（Total volatile solids)TVS

总固定性固体（Total fixed solids)TFS

粒度分布（Particle size distribution)

浊度（Turbidity)浊度单位(TU)或散射浊度单位（Nephlomeric turbidity unit NTU）

透明度/吸光度（Transmittance)

温度（Temperature)

电导率（Conductivity)

色度（Color）

溴与味（Taste and Odor）

（b）化学特征（Chemical Characteristics)

无机化学特征：

氨NH4+

有机氮Org N

总凯氏氮Total Kjeldahl Nitrogen(Org N+NH4+)

硝酸根和亚硝酸根

总氮

磷Phosphorus[总磷、有机磷、无机磷]

pH

碱度AlkalinityΣHCO3-+CO3-2+OH-H+

氯离子Chloride Cl-

硫酸根Sulfate SO 42-金属类As,Cd,Ca,Cr,Co,Cu,Pb,Mg,Hg,Na ……特别无机元素及化合物，Specific Inorganic elements and compounds 有机化学特征：

BOD 5:Five-day Biochemical oxygen demand COD:Chemical oxygen demand

TOC:总有机碳：Total Organic Carbon

特定成分或组分：Specific organic compounds and classes （c ）生物学特征大肠菌微生物Coliform organisms 特种微生物Specific microorganisms

[Bacteria,protozoa,helminths,viruses]

毒性Toxicity Tua(Toxic unit acute)

Toxicity Tuc(Toxic unit chronic)

（d ）放射性：原子能的开发和利用，放射性物质的开采以及放射性物质的天然产生．使得建立放射性物质进入人体中的限制浓度标准很有必要。（4）水质标准：

美国于1974年12月16日签署了国家安全饮用水法。见附录1中华人民共和国国家标准生活饮用水卫生标准1.2污染物在水体环境中的迁移与转化

（I ）水体的自净作用：物理净化（稀释、沉淀、扩散）、化学净化（氧化、还原、分解）、生物净化（微生物氧化）。

（1）污水排入河流的混合过程：

竖向混合阶段（深度方向均匀）——横向混合阶段（横断面混合均匀）——断面充分混合后阶段（污染物在横断面上浓度处处相等，在下游持久性污染物浓度不变，非持久污染物浓度逐渐减小）

（2）污染物的稀释和扩散

（a ）持久污染物：浓度在充分混合后浓度保持不变，由质量守恒原理可得到

h

w h

h w W qv qv qv qv ++=

ρρρ其中：

ρ——排放口下游河水污染物浓度

w W qv ,ρ——污水的污染物浓度和流量h h qv ,ρ——上游河水的污染物农的河流量

（b ）非持久性污染物的稀释扩散和降解：充分混合以后，污染物浓度受纵向分散作用和污染物自身分解作用不断减少，同样可以用质量守恒原理得到污染物浓度公式：

ρρρK dx

d M dx d u x -=22计算可得：

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢

⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=204112exp u KM M ux x

x ρρ式中：

u ——河水流速；

x ——初始点至下游x 断面的距离；M x ——纵向分散系数；

K ——污染物分解速率常数；

0ρ——初始点的污染物浓度；

ρ——x 断面处的污染物浓度。

（3）水体氧平衡

需氧污染物在水体中发生氧化（生物、化学过程）会消耗水中的溶解氧。受污染水体的自净过程直接改变水中溶解氧的浓度，考察水体中溶解氧的浓度对评价水体污染程度、水体自净能力、污染物对水资源的危害程度等等都有重要意义。S —P （Streeter-Phelps ）公式：一维河流，不考虑扩散

L L

K dt

d ρρ1=D L D

K K dt

d ρρρ21-=上述方程初始条件为：0

00)0(,)0(,)0(D D C C L L

x x x ρρρρρρ======解方程可得到：

t

K L L e 1

0-=ρρ)

(212

2

10

10t K t K L t K D D e e K K K e ------

=ρρρ)

()(2122

1010t K t K L t K C CS

CS C e e K K K e -----+--=ρ

ρρρρ

式中：

0,L L ρ

ρ——x 和x=0处的河水BOD 5浓度，mg/L ；

0,D D ρρ——x 和x=0处的河

水亏氧浓度，mg/L,

)(C CS D ρρρ-=；

0,C C ρρ——x 和x=0处的河

水溶解氧浓度，mg/L ；

CS ρ——河水的饱和溶解氧

浓度，mg/L ；

t ——初始点至下游x 断面处的河水流行时间，d ，t=x/u 。（II ）污染物在不同水体中的迁移转化

规律

1.3水处理单元技术简介

（1）物理性单元：

筛滤（格栅、筛网）；调节池（水质调节、水量调节）；沉淀池或气浮池或隔油池；砂滤池；混凝。（2）生物性单元

预曝气池；活性污泥池；生物膜过滤池；接触氧化池；厌氧生物法（消化池、UASB 、厌氧接触法）；生物脱氮（硝化—反硝化）；生物脱磷（生物富集—化学沉淀）。（3）化学性单元

化学沉淀（碳酸盐沉淀、硫化物沉淀、氢氧化物沉淀）；酸碱中和；化学氧化还原；消毒（氯化、臭氧氧化）。（4）物理化学性单元

吸附（活性碳）；离子交换；萃取；膜分离（超滤、反渗透、电渗析）。（5）光电化学性单元

电气浮；电氧化还原；电催化；光氧化；光解。（6）几个中水回用处理的流程：

1）混凝——接触氧化——过滤（膜、砂）——消毒——出水。2）接触氧化——过滤（膜、砂）——吸附——消毒——出水。

3）接触氧化——过滤（膜、砂）——生物活性炭——消毒——出水。4）循环接触氧化——（内压/外压）超滤——消毒——出水。1.4污水出路