环境污染与防治.docx
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环境污染与防治
分离与转化是污染治理的两大途径。
土壤污染危害特点:
隐蔽性(富积作用),难排性,生物表现性。
土壤污染的修复技术
1.物理方法(工程措施)2.物理化学修复:
电动修复、电热修复、土壤淋洗
3.生物修复:
微生物修复、植物修复
4.化学修复:
石灰、沸石、碳酸钙、磷酸盐、硅酸盐等改良剂,通过对重金属的吸附、拮抗或沉淀作用,降低其生物有效性5.农业生态修复:
农艺修复;生态修复
水污染:
指排入水体的污染物质超过了水体的自净能力使水的组成及性质发生变化,从而使动植物的生存条件恶化,鱼类生长受到损害、人类的生活和健康受到不良影响,水环境的生态平衡遭到破坏。
——形成水污染(名词解释)
控制水污染途径:
◆改革生产工艺,发展清洁生产工艺。
(全过程控制)
◆改进生产装置的结构性能。
◆发展封闭系统,重复利用废水。
(重复用水和循环用水)
◆清污分流,分隔治理。
(黑水系统和灰水系统)
◆回收有用物质。
(工业废水)
◆适当处理,安全排放。
◆节约用水。
◆排出系统控制。
处理原则:
先易后难,先简后繁。
先物理法,后生化法、物化法。
具体原则:
首先去除大块漂浮物质,然后再依次去除悬浮固体,胶体物质、溶解性物质。
活性污泥法
水体中杂质——按尺寸大小分——悬浮物、胶体颗粒、溶解物★★★
水体自净:
水体在流动中或随时间的推移,水体中的污染物通过物理、化学和生物的作用,得到自然降解,使水体恢复原有质量状态的过程。
练习题:
•某污水水样100mL置于质量为46.4718g的古氏坩埚中过滤,在105℃烘干后称重为46.5036g,然后再将此坩埚置于600℃下灼烧,最后称重为46.4848g;另取同一水样100mL置于质量为67.9264g的蒸发皿中,在105℃蒸干后称重为68.0138,试计算该水样的总固体(TS),总悬浮固体(TSS),挥发性悬浮固体(VSS)和非挥发性悬浮固体(FSS)。
CODMn,CODCr,BOD,TOC,TOD的关系
总需氧量(TOD)>总有机碳(TOC)>化学需氧量(CODcr)>化学需氧量(CODMn)
>生化需氧量(BOD5)
化学性指标:
有机物指标:
BOD生物需氧量;COD生化需氧量(生活污水通常在0.4~0.5);TOC总有机碳;TOD总需氧量;油类污染物;酚类污染物。
无机物指标:
植物营养元素;pH值(一般要求处理后污水的pH在6~9之间);重金属;无机非金属有毒有害物质。
生物性指标:
细菌总数(饮用水<100个/mL);大肠杆菌群(饮用水:
<3个/L;城市排水:
<10000个/L)。
废水的类型:
生活污水、工业废水、初期雨水。
沉淀类型:
1.自由沉淀:
悬浮颗粒浓度不高;沉淀过程中悬浮固体之间互不干扰,颗粒各自单独进行沉淀,颗粒沉淀轨迹呈直线。
沉淀过程中,颗粒的物理性质不变。
发生在沉砂池中。
2.絮凝沉淀:
悬浮颗粒浓度不高;沉淀过程中悬浮颗粒之间有互相絮凝作用,颗粒因相互聚集增大而加快沉降,沉淀轨迹呈曲线。
沉淀过程中,颗粒的质量、形状、沉速是变化的。
化学絮凝沉淀属于这种类型。
3.区域沉淀或成层沉淀:
悬浮颗粒浓度较高(5000mg/L以上);颗粒的沉降受到周围其他颗粒的影响,颗粒间相对位置保持不变,形成一个整体共同下沉,与澄清水之间有清晰的泥水界面。
二次沉淀池与污泥浓缩池中发生。
4.压缩沉淀:
悬浮颗粒浓度很高;颗粒相互之间已挤压成团状结构,互相接触,互相支撑,下层颗粒间的水在上层颗粒的重力作用下被挤出,使污泥得到浓缩。
二沉池污泥斗中及浓缩池中污泥的浓缩过程存在压缩沉淀。
斯托克斯公式:
注:
μ——水的动力黏度;ρS——颗粒的密度;ρL——水的密度;
g——重力加速度;d——颗粒的粒径。
当ρs>ρL时,ρs-ρL为正值,颗粒以us下沉;
当ρs=ρL,us=0,颗粒在水中呈悬浮状态,这种颗粒不能用沉淀去除;
Ρs<ρL时,ρs-ρL为负值,颗粒以us上浮,可用浮上法去除。
us与d2成正比,因此增加颗粒直径有助于提高沉淀速度(或上浮速度),提高去除效果。
us与μ成反比,μ随水温上升而下降;即沉速受水温影响,水温上升,沉速增大。
理想沉淀池的沉淀效率与池的水面面积A有关,与池深H无关,即与池的体积V无关。
理想沉淀池中,u0与q在数值上相同,但它们的物理概念不同,只要确定颗粒的最小沉速u0,就可以求得表面负荷率。
沉淀池,按池内水流方向分类:
平流式沉淀池;竖流式沉淀池;辐流式沉淀池;斜板式沉淀池
气浮:
往水中通入空气,产生高度分散的微小气泡,(有时还需要投加混凝剂或浮选剂),使水中的悬浮物与空气泡粘附在一起,靠气泡的浮力(视密度<1)一起上浮到水面,形成浮渣而加以去除,实现固液或液液分离的过程。
实现气浮分离的必要条件
A、向水中提供足够数量的微细气泡。
(气泡理想尺寸为15~30μm)
B、使悬浮物呈悬浮状态
C、使气泡与悬浮物产生粘附作用,从而附着于气泡上浮升。
(悬浮物具有疏水性质)
气浮过程:
A、气泡产生;B、气泡与颗粒(固体或液体)附着;C、上浮分离
产生微细气泡的方法:
A、电解法;B、分散空气法;C、溶解空气再释放法。
v过滤:
借助于具有一定空隙率的固体介质(如石英砂)阻挡截留水中杂质而使水得到澄清的工艺过程。
v去除对象:
细小颗粒、细小矾花、藻类、细菌及病毒。
v污水处理常用工艺:
污水-生物处理-过滤
颗粒迁移机理:
(1)拦截作用:
颗粒尺寸较大时,处于流线中的颗粒会直接碰到滤料表面产生拦截作用;
(2)沉淀作用:
颗粒沉速较大时会在重力作用下脱离流线,产生沉淀作用;
(3)惯性作用:
颗粒具有较大惯性时,也可脱离流线与滤料表面接触;
(4)扩散作用:
颗粒较小,布朗运动较剧烈时会扩散至滤料表面;
(5)水动力作用:
在滤料表面附近存在速度梯度,非球形颗粒由于在速度梯度作用下,会产生转动而脱离流线与颗粒表面接触。
颗粒黏附机理:
当水中杂质颗粒迁移到滤料表面上时,则在范德华力和静电力相互作用下,以及某些特殊的化学吸附力下,被粘附与滤料颗粒表面上,或粘附在滤料表面上原先粘附的颗粒上。
滤料的要求
(1)有足够的机械强度。
(在冲洗过程中不因碰撞、摩擦而破碎。
)
(2)有足够的化学稳定性。
(不溶于水,对废水中的化学成分足够稳定,不产生有害物质。
)(3)具有一定的大小和级配。
(粒度适中,外形近乎球形,表面粗糙,带有棱角,能提供较大的比表面和孔隙率)
(4)价廉,易得。
1.混凝:
向水中投加药剂(混凝剂),使水中的微小悬浮物和胶体聚集成沉速较大的颗粒而去除的方法。
2.去除对象
水和废水中的微小悬浮物和胶体杂质。
(天然水中的胶体杂质通常是负电荷胶体,如粘土、细菌、病毒、藻类、腐殖质等。
胶核:
胶体的中心
电位离子:
其表面选择性地吸附了一层带有同号电荷的离子(可以是胶核的组成物直接电离产生的,也可以是从水中选择吸附的H+或OH-造成的)
反离子:
(由于电位离子的静电引力)电位离子所吸附了大量的异号离子,“双电层(吸附层)”:
电位离子层+反离子层(紧靠电位离子层的一部分)。
胶体粒子保持稳定状态:
胶体间的相互斥力不仅与ξ电位有关,还与胶粒的间距有关,距离越近,斥力越大。
而布朗运动的动能不足以将两颗胶粒推进到使范徳华引力发挥作用的距离。
因此,胶体微粒不能相互聚结而长期保持稳定的分散状态。
混凝原理:
混凝剂提供大量正离子会涌入胶体扩散层甚至吸附层,使ξ电位降低。
当ξ电位为零时,称为等电状态。
此时胶体间斥力消失,胶粒最易发生聚结。
压缩双电层作用:
吸附架桥作用:
由高分子物质吸附架桥作用而使微粒相互粘结的过程。
沉淀网捕作用:
沉淀物在自身沉降过程中,能集卷、网捕水中的胶体等微粒,使胶体粘结。
表面吸附作用:
通过絮凝剂/混凝剂的活性官能团与胶体微粒的活性官能团形成盐键结合,使胶体粘结。
电中和作用:
通过絮凝剂/混凝剂的活性官能团与胶体微粒带相反电荷的官能团进行中和,使胶体粘结的过程。
pH调节和电中和的区别:
v中和目的是将处理后的废水呈中性或接近中性。
vpH调节目的是将废水pH值调整至某一特定值(或范围)以便达到某种特殊要求。
(例如将pH值由中性或酸性调至碱性,称为碱化;如将pH值由中性或碱性调至酸性,称为酸化。
)
吸附是利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择吸附的能力,使其富集在吸附剂表面,而从混合物中分离的过程。
包括四个步骤:
待分离的料液通入吸附剂——吸附质被吸附在吸附剂表面——料液流出——吸附质解吸,吸附剂再生。
衡量指标:
吸附能力,固体吸附剂用吸附量衡量。
吸附速度,单位质量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量。
吸附阶段:
颗粒外部扩散阶段,吸附质从溶液中扩散到吸附剂表面。
空袭扩散阶段,吸附质在吸附剂孔隙中继续向吸附点扩散。
吸附反应阶段,吸附质被吸附在吸附剂孔隙内的吸附点表面。
吸附剂选择原则:
•吸附容量高,吸附速度快。
•再生容易,物化性能好。
价廉、来源广。
▪离子交换的实质:
离子交换剂上的可交换离子与溶液中其它同性离子的交换反应。
是一种特殊的吸附过程,通常是可逆化学吸附。
▪离子交换工艺流程:
交换阶段-反冲洗阶段-再生阶段-情系阶段。
活性污泥:
是由细菌、菌胶团、真菌、原生动物、后生动物等微生物群体及吸附的污水中有机和无机物质组成的、有一定活力的、具有吸附、氧化分解有机物、并易于沉淀与水分离,使污水得到净化的絮绒状污泥。
构成活性污泥法的三个要素:
一是具有吸附和氧化分解作用的微生物,也就是活性污泥;
二是废水中的有机物,它是处理对象,也是微生物的营养食料;
三是溶解氧,没有充足的溶解氧,好氧微生物既不能生存,也不能发挥氧化分解作用。
城市污水处理工艺基本流程:
污水→格栅→沉砂池→初沉池→活性污泥曝气池→二沉池→消毒
污泥处理系统:
1.曝气池:
微生物降解有机物的反应场所
2.二沉池:
泥水分离
3.污泥回流系统:
确保曝气池内生物量稳定
4.曝气系统:
为微生物提供溶解氧,同时起到搅拌混合的作用。
有效运行基本条件:
1.污水中有足够的可溶解性易降解有机物
2.混合液中含有足够的溶解氧
3.活性污泥在曝气池中呈悬浮状态
4.活性污泥连续回流
5.及时排除剩余污泥
6.没有对微生物有毒害作用的物质进入
活性污泥由四部分组成:
(1)Ma——活性污泥微生物;
(2)Me——活性污泥代谢产物;
(3)Mi——活性污泥吸附的难降解惰性有机物;
(4)Mii——活性污泥吸附的无机物。
微生物组成:
细菌(90%-95%,甚至100%)、真菌、原生动物、后生动物
v1)适应期(停滞期)
⏹微生物培养的初期阶段,微生物刚刚接入新鲜培养液时,对新的环境有一个适应过程,所以在此时期微生物的数量基本不增加,生长速度接近于零。
v2)对数期
⏹经过适应期的调整,微生物适应了新环境,在营养丰富的条件下,微生物的生长繁殖不受底物限制,微生物的生长速度达到最大,细菌数量以几何级数的速度增加。
v3)平衡期(静止期)
⏹微生物经过对数期大量繁殖后,使培养液中的底物逐渐被消耗,再加上代谢产物的增加积累,从而造成不利于微生物生长繁殖的食物条件和环境条件,增长速率下降死亡速率上升,微生物数量趋于稳定。
v4)衰老期(内源呼吸期)
⏹培养液中的底物几乎被消耗殆尽,营养物明显不足,微生物只能利用细菌体内的物质或者以死细菌作为养料,进行内源呼吸。
微生物数量急剧减少。
v1.适应期:
在未充分适应基质条件时,开始会经历一个适应、迟缓期或调整期。
长短取决于污水的主要成分和微生物对它的适应。
v2.对数增殖期:
F/M较大(F/M大于2.2),营养充分,氧利用最大,微生物增殖速率和有机物降解速率最大。
污泥活动力强,污泥松散,不易沉降。
v3.减速增殖期
F/M减小(F/M小于2.2),有机物量成为增殖的限制因素,微生物增殖速率和有机物降解速率下降,氧的利用速率下降。
污泥沉降性好,出水效果较好。
4.内源呼吸期
F/M最小(F/M小于0.1),(内源呼吸期)微生物活动能力低,絮凝体沉降性好,此时污泥量出现下降,出水水质很好。
v在废水生物处理中,通过控制底物量(F)与微生物量(M)的比值F/M,使微生物处于不同的生长状况,从而控制微生物的活性和处理效果。
v在微生物的对数期,微生物具有繁殖快、活性大、对底物降解速度快的特点。
在废水处理过程中,若控制微生物处于对数增长期,虽然反应速度快,但污泥絮凝性和沉降性较差,出水中有机物浓度高。
显然,想要取得稳定的出水和较高的处理效果是很难的。
v通常控制F/M在较低范围内,利用平衡期和内源呼吸期的微生物处理废水,能够获得理想的出水水质,并且污泥沉降性能好。
有机物多时,以有机物为食料的细菌占优势,数量最多;当细菌很多时,出现以细菌为食料的原生动物;而后出现以细菌及原生动物为食料的后生动物
在污水生物处理过程中,如果条件适宜,活性污泥的增长过程与纯种单细胞微生物的增殖过程大体相仿。
但由于活性污泥是多种微生物的混合群体,其生长受废水性质、浓度、水温、pH、溶解氧等多种环境因素的影响
二沉池作用:
实现泥水分离,使出水澄清,并使剩余污泥进入污泥处理系统。
初沉池和二沉池的比较
Ø处理对象不同:
初沉池:
悬浮物和部分有机物;
二沉池:
曝气池混合液,浓度高、有絮凝性、质轻,沉速较慢
Ø沉淀原理不同
初沉池主要为自由沉淀;
二沉池主要为成层沉淀和压缩沉淀
Ø设计参数不同
表面负荷、设计沉速、沉淀时间、堰上负荷
微生物生长环境影响因素:
1.微生物营养:
主要有:
水、碳素营养源、氮素营养源、无机盐及生长因素。
(一般估算营养比例:
BOD∶N∶P=100∶5∶1)
2.温度:
城市污水活性污泥法:
最适温度15~30℃,限制10~35℃
3.pH:
大多数细菌适宜中性和偏碱性(pH=6.5~8.5)的环境。
4.溶解氧:
好氧微生物处理的溶解氧一般以2~4mg/L为宜。
5.有毒物质:
在废水生物处理时,对这些有毒物质应严加控制,但毒物浓度的允许范围,需要具体分析。
MLSS表示悬浮固体物质总量,MLVSS挥发性固体成分表示有机物含量,MLNVSS灼烧残量,表示无机物含量。
MLVSS:
一般范围为55%~75%;NVSS:
一般范围为25%~45%
活性污泥的沉降性能及其评价指标
污泥沉降比:
取混合液至1000mL量筒,静止沉淀30min后,度量沉淀活性污泥的体积,以占混合液体积的比例(%)表示污泥沉降比。
SV值在15~30%左右。
污泥容积指数:
SV不能确切表示污泥沉降性能,故人们想起用单位干泥形成湿泥时的体积来表示污泥沉降性能,简称污泥指数,单位为mL/g。
1L混合液沉淀30min的活性污泥体积(mL)SV(mL/L)
SVI=———————————————————————————
1升混合液中悬浮固体干重(g))MLSS(g/L)
SVI一般为70~150(ml/g)时沉降性能较好,过低无机物含量过高,污泥活性不好,过高易出现污泥膨胀。
v例题:
某曝气池中污泥沉降比为20%,MLSS浓度为2000mg/L,求该曝气池污泥容积指数。
曝气方式:
◆鼓风曝气系统
◆机械曝气装置:
纵轴表面曝气机、横轴表面曝气器
◆鼓风+机械曝气系统
◆其他:
富氧曝气、纯氧曝气
混合液在1000mL量筒中沉淀30min后,污泥体积膨胀,上层澄清液减少,这种现象称为活性污泥膨胀。
1.污泥中丝状菌大量繁殖导致的丝状菌性膨胀
2.无大量丝状菌存在的非丝状菌性膨胀
丝状菌膨胀的主要影响因素
污水水质:
造成污泥膨胀的最主要因素。
含溶解性碳水化合物多的污水往往发生由浮游球衣细菌引起的丝状膨胀。
含硫化物多的污水往往发生由硫细菌引起的丝状膨胀。
水温低于15℃时,一般不会发生膨胀。
pH低时,容易产生膨胀。
运行条件:
污泥负荷对污泥膨胀在一定条件下有一定的影响,但两者无必然的联系。
溶解氧浓度并不一定影响污泥的膨胀。
工艺方法:
完全混合的工艺方法比传统的推流方式较易发生污泥膨胀。
间歇运行的曝气池最不容易发生污泥膨胀。
不设初次沉淀池的活性污泥法,不容易发生污泥膨胀。
叶轮式机械曝气与鼓风曝气相比,易于发生丝状菌性膨胀。
射流曝气的供氧方式可以有效地克制浮游球衣细菌引起的污泥膨胀。
污泥非丝状菌性膨胀时,处理效率仍很高,上清液也清澈。
非丝状菌性膨胀主要发生在污水水温较低而污泥负荷太高时。
微生物的负荷高,细菌吸收了大量的营养物,但由于温度低,代谢速度较慢,就积贮起大量高黏性的多糖类物质。
这些多糖类物质的积贮,使活性污泥的表面附着水大大增加,使污泥形成污泥膨胀。
活性污泥膨胀调控措施:
◆控制曝气量,使曝气池中保持适量的溶解氧;
◆调整pH;
◆投加一些化学药剂;
◆如磷、氮的比例失调,可适量投加氮化合物和磷化合物;
◆城市污水厂的污水在经过沉砂池后,跳跃初沉池,直接进入曝气池。
某城市污水处理厂采用传统活性污泥工艺来净化城市污水,出水水质一直稳定,并直接排放于附近的一个河流。
近期由于原水水质波动剧烈,发现二沉池泥面升高,导致出水水质受到影响,镜检发现曝气池活性污泥中丝状菌数目增多。
试根据目前所学的知识,回答以下问题:
◆
(1)写出三个表征污水水质的指标和三个评价活性污泥的指标。
◆
(2)试画出该城市污水处理厂的工艺流程简图,并解释各部分的作用。
◆(3)试分析二沉池事故原因,提出合理的解决方法。
生物膜法是土壤自净人工强化。
活性污泥法是水体自净人工强化。
选择生物膜载体基本原则:
Ø足够的机械强度,以抵抗强烈的水流剪切力的作用;
Ø优良的稳定性,主要包括生物稳定性、化学稳定性和热力学稳定性;
Ø亲疏水性及良好的表面带电特性,通常废水pH在7左右时,微生物表面带负电荷,而载体为带正电荷的材料时,有利于生物体与载体之间的结合程度;
Ø无毒性或抑制性;
Ø优越的物理性状,如载体的形态、相对密度、孔隙率和比表面积等;
Ø就地取材、价格合理。
Ø生物膜法的特征
生物膜中微生物的多样化;生物的食物链长;能够繁殖世代时间较长的微生物;分段运行与优势菌属。
Ø处理工艺特征:
(1)耐冲击负荷,对水质、水量变动有较强的适应性
(2)微生物量多,处理能力大、净化功能强
(3)污泥沉降性能良好,易于沉降分离
(4)能够处理低浓度的污水
(5)易于运行管理、节能,无污泥膨胀问题
生物膜法的不足:
(1)需要较多的填料和支撑结构,在不少情况下基建投资超过活性污泥法;
(2)出水常常携带较大的脱落的生物膜片,大量非活性细小悬浮物分散在水中使处理水的澄清度降低;
(3)活性生物量较难控制,在运行方面灵活性差;
(4)载体材料的比表面积小,BOD容积负荷有限;
(5)采用自然通风供氧,在生物膜内层往往形成厌氧层,从而缩小了具有净化功能的有效容积。
生物膜反应器:
1.生物滤池2.生物转盘3.生物接触氧化法4.生物流化床
大气污染系指由于人类活动或自然过程引起某些物质进入大气或由它们转化而成的二次污染物,达到一定的浓度和持续时间,足以对人体健康、动植物、材料、生态或环境要素产生不良影响和效应的现象。
空气动力学当量直径:
单位密度(ρ0=1g/cm3)的球体,在静止空气中作低雷诺数运动时,达到与实际粒子相同的最终沉降速度(Vs)时的直径。
也就是将实际的颗粒粒径换成具有相同空气动力学特性的等效直径(或等当量直径),
指某一种类的粒子,不论其形状,大小和密度如何,如果它在空气中的沉降速度与一种密度为1的球型粒子的沉降速度一样时,则这种球型粒子的直径即为该种粒子的空气动力学直径。
大气污染物可概括为两大类:
颗粒污染物:
包括粉尘悬浮于气体介质中的小固体颗粒(一般为1~200μm左右)、烟指由生产、生活过程形成的固体颗粒的气溶胶(0.01~1μm左右)、飞灰指随燃料燃烧产生的烟气排出的分散得较细的灰分。
雾是气体中液滴悬浮体的总称
气态污染物:
主要包括硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物、有机化合物、硫酸烟雾和光化学烟雾。
利用蒸气压、溶解度、选择性吸附作用以及某些化学作用的不同进行分离。
净化气态污染物的方法归纳起来主要有五种:
冷凝法、吸收法、吸附法、催化转化法及燃烧法。
2.2.1除尘装置
⑴机械式除尘器重力沉降室、惯性除尘器,旋风除尘器等;
⑵湿式洗涤器如旋风水膜洗涤器、喷雾洗涤器、文丘里洗涤器等;
⑶过滤式除尘器如袋式除尘器等;
⑷电除尘器如干式电除尘器、湿式电除尘器等。
◆大气处理装置组成:
集气罩;管路;处理装置;风机;排气筒。
◆技术性能指标主要有处理气体流量、净化效率和压力损失等
◆净化效率的表示方法
净化效率η=(C1-C2)/C1
多级串联后除尘系统的总效率为:
η=1–(1-η1)(1-η2)…(1-ηn)
◆除尘装置:
1.重力沉降室
旋风除尘器
2.湿式除尘器
3.袋式除尘器
4.静电除尘器
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- 环境污染 防治