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水质工程学绪论绪论1.1.水的自然循环水的自然循环2.2.水的社会循环水的社会循环 水的自然循环水的自然循环 1.1.水的自然循环水的自然循环水的自然循环水的自然循环水的自然循环水的自然循环 几个基本概念：几个基本概念：水的自然循环：水的自然循环：就是水由海上蒸发为水蒸气，被风送至大陆，以就是水由海上蒸发为水蒸气，被风送至大陆，以雨、雪等形式降落到地面，一部分水再蒸发返回大气，一部分水渗雨、雪等形式降落到地面，一部分水再蒸发返回大气，一部分水渗入地下形成地下水，另一部分在地表汇集形成河、湖等地面水，地入地下形成地下水，另一部分在地表汇集形成河、湖等地面水，地下水和地面水最终又流回海洋。下水和地面水最终又流回海洋。降水：降水：雨、雪、雹等的统称雨、雪、雹等的统称蒸发：蒸发：地表向空中逸散水分（水变成水汽的过程）地表向空中逸散水分（水变成水汽的过程）径流：径流：降水在地面和地下流动的水流降水在地面和地下流动的水流地表径流：地表径流：降水除消耗外的水量沿地表运动的水流降水除消耗外的水量沿地表运动的水流地下径流：地下径流：降水后下渗到地表以下的一部分水量在地下运动的降水后下渗到地表以下的一部分水量在地下运动的水流水流水的自然循环水的自然循环我国水资源特点我国水资源特点 人均占有量少人均占有量少 淡水总量为淡水总量为2812428124亿亿m3m3，在全世界占第在全世界占第6 6位。但人均占有量位。但人均占有量只有只有23402340m3/m3/人年（以人年（以1212亿人口计），世界平均水准的亿人口计），世界平均水准的1/41/4，占占8888位位。空间分布不均空间分布不均 81 81的水资源分布在长江流域及其以南的水资源分布在长江流域及其以南 年内及年际变化大年内及年际变化大 60 608080降水集中在夏季，降水集中在夏季，7 7，8 8，9 9月月 年际变化差年际变化差3 36 6倍（大时）倍（大时）水的自然循环水的自然循环我国水资源特点我国水资源特点许多地区缺水严重许多地区缺水严重 三北（西北、华北、东北）和沿海（青岛、大连）三北（西北、华北、东北）和沿海（青岛、大连）300 300多个城市缺水，多个城市缺水，100100多个严重确水，在多个严重确水，在640640个城市中个城市中。水环境污染严重水环境污染严重建国后建国后20203030年，生活不富裕，工业不发达，水资源不年，生活不富裕，工业不发达，水资源不紧张。紧张。大量城市污水和工业废水不经处理排入水体，造成水体大量城市污水和工业废水不经处理排入水体，造成水体污染，严重污染的水体不能作为饮用水源，造成水质性缺水。污染，严重污染的水体不能作为饮用水源，造成水质性缺水。水的社会循环水的社会循环水的社会循环水的社会循环给水工程：给水工程：取水取水给水处理给水处理配水配水排水工程：排水工程：废水收集（来源于生活、工业和农业）废水收集（来源于生活、工业和农业）废水处理废水处理排放或回用排放或回用水的社会循环概念水的社会循环概念水的社会循环水的社会循环 我国的我国的用水量构成用水量构成水的社会循环水的社会循环用水种类用水种类用水量用水量(亿亿m3)m3)占总用水量占总用水量的百分比的百分比（%）农业用水农业用水40004000420042007575工业用水工业用水112011202020生活用水生活用水6306305 5 水的良性循环水的良性循环水的社会循环水的社会循环水的良性循环：水的良性循环：对城市污水进行处理，使其排入水体对城市污水进行处理，使其排入水体不会造成污染，从而实现水资源的可持续利用。不会造成污染，从而实现水资源的可持续利用。为缓解水危机。为缓解水危机。必需从整个流域水的良性循环着眼。必需从整个流域水的良性循环着眼。流域内水有不同尺度的社会循环：流域尺度的水循环、流域内水有不同尺度的社会循环：流域尺度的水循环、城市的水循环、工业区的水循环、工业企业的水循环、建城市的水循环、工业区的水循环、工业企业的水循环、建筑小区的水循环、楼宇的水循环等。筑小区的水循环、楼宇的水循环等。大尺度水的良性循环是以小尺度水的良性循环为基础的。大尺度水的良性循环是以小尺度水的良性循环为基础的。第1章 水质与水质标准 第1章 水质与水质标准l l一、水质的定义一、水质的定义一、水质的定义一、水质的定义l l 水水质质即即为为水水的的品品质质,即即水水与与其其中中所所含含杂杂质质共共同同表现出来的物理、化学、生物学的综合特性。表现出来的物理、化学、生物学的综合特性。l l二、水质指标二、水质指标二、水质指标二、水质指标l l 水质指标是表示水中各种杂质或污染物的重水质指标是表示水中各种杂质或污染物的重要标志，是水质状况的综合反映。要标志，是水质状况的综合反映。l l三、水质标准三、水质标准三、水质标准三、水质标准l l 用水对象所要求的各项水质参数应达到的限用水对象所要求的各项水质参数应达到的限制。制。1.11.1天然水中杂质的种类与性质天然水中杂质的种类与性质天然水中杂质的种类与性质天然水中杂质的种类与性质 1.1.1 1.1.1 天然水体中的杂质天然水体中的杂质天然水体中的杂质天然水体中的杂质 天然水中存在的杂质主要来源于所接触的大天然水中存在的杂质主要来源于所接触的大天然水中存在的杂质主要来源于所接触的大天然水中存在的杂质主要来源于所接触的大气、土壤等自然环境，同时人类活动产生的各种气、土壤等自然环境，同时人类活动产生的各种气、土壤等自然环境，同时人类活动产生的各种气、土壤等自然环境，同时人类活动产生的各种污染物也会进入天然水体。（污染物也会进入天然水体。（污染物也会进入天然水体。（污染物也会进入天然水体。（1 1）按水中杂质的尺）按水中杂质的尺）按水中杂质的尺）按水中杂质的尺寸，可以分为溶解物、胶体颗粒和悬浮物寸，可以分为溶解物、胶体颗粒和悬浮物寸，可以分为溶解物、胶体颗粒和悬浮物寸，可以分为溶解物、胶体颗粒和悬浮物3 3种。见种。见种。见种。见表表表表1-1.1-1.(2)2)从化学结构上可以将水中杂质分为无机物、从化学结构上可以将水中杂质分为无机物、从化学结构上可以将水中杂质分为无机物、从化学结构上可以将水中杂质分为无机物、有机物、生物等几类。有机物、生物等几类。有机物、生物等几类。有机物、生物等几类。1.1.2 1.1.2 各种典型水体的水质特点各种典型水体的水质特点各种典型水体的水质特点各种典型水体的水质特点 一般可以将天然水分为地表水和地下水两类，一般可以将天然水分为地表水和地下水两类，地表水又可以分为江河水、湖泊水库水、海水等。地表水又可以分为江河水、湖泊水库水、海水等。1.2 水体的污染与自净水体的污染与自净1.2.1 水中常见污染物及来源水中常见污染物及来源按化学性质，可以分为无机污染物和有机污染物；按物理性质，可以分为悬浮性物质、胶体物质和溶解性物质。1可生物降解的有机污染物耗氧有机污染物（碳水化合物、蛋白质、脂肪等）2难生物降解的有机污染物（纤维素、木质素等植物残体及人工合成的农药等）3无直接毒害作用的无机污染物4有直接毒害作用的无机污染物（氰化物、砷化物和重金属离子等）1.2.2 水体的富营养化水体的富营养化水体的富营养化是指富含磷酸盐和某些形式水体的富营养化是指富含磷酸盐和某些形式的氮素的水，在光照和其他环境条件适宜的氮素的水，在光照和其他环境条件适宜的情况下，水中所含的这些营养物质足以的情况下，水中所含的这些营养物质足以使水体中的藻类过量生长，在随后的藻类使水体中的藻类过量生长，在随后的藻类死亡和随之而来的异养微生物代谢活动中，死亡和随之而来的异养微生物代谢活动中，水体中的溶解氧很可能被耗尽，造成水体水体中的溶解氧很可能被耗尽，造成水体质量恶化和水生态环境结构破坏的现象。质量恶化和水生态环境结构破坏的现象。l l水体的富营养化危害很大，对人类健康、水体的富营养化危害很大，对人类健康、水体功能等都有损害，包括：水体功能等都有损害，包括：l l（1）使水味变得腥臭难闻。）使水味变得腥臭难闻。l l（2）降低水的透明度。）降低水的透明度。l l（3）消耗水中的溶解氧。）消耗水中的溶解氧。l l（4）向水体中释放有毒物质。）向水体中释放有毒物质。l l（5）影响供水水质并增加供水成本。）影响供水水质并增加供水成本。l l（6）对水生生态的影响。）对水生生态的影响。1.2.3 水体的自净水体的自净l水体的自净是指水体在流动中或随着时间的水体的自净是指水体在流动中或随着时间的推移，水体中的污染物自然降低的现象。推移，水体中的污染物自然降低的现象。l通过化学作用和生物作用对水体中有机物的通过化学作用和生物作用对水体中有机物的氧化分解，使污染物质浓度衰减，是水体自氧化分解，使污染物质浓度衰减，是水体自净的主要过程。净的主要过程。l可以用两个相关的水质指标来描述水体的自可以用两个相关的水质指标来描述水体的自净过程。净过程。l一个是生化需氧量一个是生化需氧量BOD，该值越高说明有机该值越高说明有机物含量越多，水体受污染程度越严重；物含量越多，水体受污染程度越严重；l另一个是水中溶解氧另一个是水中溶解氧DO，它是维持水生物生它是维持水生物生态平衡和有机物能够进行生化分解的条件。态平衡和有机物能够进行生化分解的条件。一般在单一污染源的情况下，BOD与DO变化曲线如图2-1所示。图2-1 BOD和DO变化曲线 1.3 饮用水水质与健康饮用水水质与健康1.3.1 水中的生物对人体健康的影响水中的生物对人体健康的影响l l水中的生物水中的生物(主要是微生物主要是微生物)与人体健康关与人体健康关系密切，影响比较大的主要有细菌、病毒、系密切，影响比较大的主要有细菌、病毒、致病原生动物，此外还有藻类、真菌、寄致病原生动物，此外还有藻类、真菌、寄生虫、蠕虫等。生虫、蠕虫等。1.3.2 水中的化学物质对人体健康的影响水中的化学物质对人体健康的影响l l 1微量元素及其他无机物微量元素及其他无机物。l l2有机物有机物l l3放射性物质放射性物质l l4消毒剂及消毒副产物消毒剂及消毒副产物 1.4 饮用水水质标准饮用水水质标准水质标准是用水对象水质标准是用水对象(包括饮用和工业用水包括饮用和工业用水对象等对象等)所要求的各项水质参数应达到的限所要求的各项水质参数应达到的限值。可分为国际标准、国家标准、地区标准、值。可分为国际标准、国家标准、地区标准、行业标准和企业标准等不同等级。行业标准和企业标准等不同等级。生活饮用水水质标准制定的原则生活饮用水水质标准制定的原则 生活饮用水水质标准的制定主要是根据人生活饮用水水质标准的制定主要是根据人们们终生用水的安全终生用水的安全来考虑的来考虑的:1.水中不得含有病原微生物；水中不得含有病原微生物；2.水中所含化学物质及放射性物质不得危害水中所含化学物质及放射性物质不得危害人体健康；人体健康；3.水的感官性状良好。水的感官性状良好。1.感官性状和一般化学指标感官性状和一般化学指标 2.毒理性指标毒理性指标3.细菌学指标细菌学指标4.放射性指标放射性指标1.4.2 其他用水的水质标准 1.5 污水的排放标准污水排放标准制定的依据污水排放标准制定的依据依据地表水水域环境功能和保护目标，按功能高低划分为5类：类 主要适用于源头水，国家自然保护区；类 主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、仔稚幼鱼的梭饵场等；类 主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区；类 主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区；类 主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。第二章 水处理方法概论筛滤截留法筛滤截留法 重力分离法重力分离法 离心分离法离心分离法 物理处理法物理处理法 化学处理法化学处理法 物理化学处物理化学处理法理法中和中和 化学沉淀化学沉淀 氧化还原氧化还原 电解电解 混凝混凝 气浮气浮吸附吸附离子交换离子交换反渗透反渗透 电渗析电渗析 生物处理技术生物处理技术 活性污泥法活性污泥法生物膜法生物膜法稳定塘稳定塘2.1概概述述一一一一.物理法物理法物理法物理法l l废水物理法的去除对象是水中不溶解的悬浮物质。废水物理法的去除对象是水中不溶解的悬浮物质。应用的工艺有筛滤截留、重力分离（自然沉淀、上应用的工艺有筛滤截留、重力分离（自然沉淀、上浮）、离心分离等。使用的处理设备和构筑物则有浮）、离心分离等。使用的处理设备和构筑物则有格栅、筛网、沉砂池、沉淀池、滤池、微滤机、气格栅、筛网、沉砂池、沉淀池、滤池、微滤机、气浮装置、离心机、旋流分离器等。浮装置、离心机、旋流分离器等。二二二二.化学法化学法化学法化学法l l向废水中投加某些化学药剂，通过化学反应达到净向废水中投加某些化学药剂，通过化学反应达到净化废水的目的。化废水的目的。三三三三.生物法生物法生物法生物法l l利用微生物的代谢作用，使污水中呈溶解胶体状态利用微生物的代谢作用，使污水中呈溶解胶体状态的有机污染物质，转化为稳定的无害物质。的有机污染物质，转化为稳定的无害物质。2.2 水处理工艺流程水处理工艺流程由于单一的水处理单元方法是难以满足要求，所以由于单一的水处理单元方法是难以满足要求，所以将多种基本单元过程互相配合，组成一个水处理将多种基本单元过程互相配合，组成一个水处理工艺过程，称为水处理工艺流程。工艺过程，称为水处理工艺流程。选择水处理流程的基本出发点是：选择水处理流程的基本出发点是：(1)(1)以较低的成本、安全稳定的运行过程；以较低的成本、安全稳定的运行过程；(2)(2)获得满足水质要求的水；获得满足水质要求的水；(3)(3)水处理设施所在的地区气候、地形地质、技术水处理设施所在的地区气候、地形地质、技术 经济条件的差异，也会影响到水处理工艺流程经济条件的差异，也会影响到水处理工艺流程 的选择。的选择。2.2.1典型的给水处理工艺流程有：（1）地面水常规处理工艺系统（2）典型的地表水处理流程；（3）典型除污染给水处理流程；给水处理工艺流程给水处理工艺流程 给水处理的主要水源有地表水和地下水两大类。常规的地表水处理以去除水中的浑浊物质和细菌、病毒为主，水处理系统主要由澄清和消毒工艺组成，典型的水处理流程如下所示：2.2.2 污水处理工艺流程污水处理工艺流程 按污水种类可分为：城市污水处理和工业污水处理；按污水种类可分为：城市污水处理和工业污水处理；按处理后的水的去向可分为：排放和回用等；不同的污按处理后的水的去向可分为：排放和回用等；不同的污水及不同的用途，需要采用不同的处理流程。水及不同的用途，需要采用不同的处理流程。典型的城市污水主要来源时城市居民生活污水，主典型的城市污水主要来源时城市居民生活污水，主要的去除对象是有机污染物，一般用要的去除对象是有机污染物，一般用BODBOD5 5和和CODCOD为指为指标。一般城市污水中的污染物易于生物降解，所以主要标。一般城市污水中的污染物易于生物降解，所以主要采用生物处理方法。采用生物处理方法。1.1.典型的城市污水一级处理工艺流程：典型的城市污水一级处理工艺流程：2.典型的二级处理工艺流程：