环境工程专业知识点总结(42800字)

发表于:2018.2.11来自:www.ttfanwen.com字数:42800 手机看范文

环境工程学知识总结

1. 我国的环境问题

生态破坏和资源枯竭严重,表现在:森林资源和草原面积减少;水土流失,沙漠扩大;耕地资源浪费严重;水资源短缺。

环境污染形势严峻,表现在:水体污染:未经处理的废水造成水环境污染,其中有毒有害污染﹑有机物污染和富营养化污染及其严重;大气污染:由能源结构不合理引起,主要是烟煤型污染;固体废弃物污染:其无适当处置,占用土地资源,产生“围城”现象,引起其他环境问题;城市噪声污染:交通运输和城市建设引起;乡镇企业污染:技术管理差,资源利用率低,量大面广,执法难度大。

2. 环境工程学的主要内容☆

环境工程学不仅研究防治环境污染和公害的技术,而且研究自然资源的保护和合理利用,探讨废物资源化技术,改革生产工艺,发展无废少废闭路生产系统,以及对区域环境进行系统规划和科学管理,以获得最优的环境效益﹑社会效益和经济效益。

具体来说,主要包括:水质净化与水污染控制工程;大气污染控制工程;固体废弃物处理处置与管理工程;噪声﹑振动与其他公害防治技术;环境规划﹑管理和环境系统工程;环境监测和和环境质量评价。广义的环境工程还包括供暖通风和空气调节。

3. 水的循环

水循环分为自然循环和社会循环。

自然循环:自然界中的水(太阳能)→蒸发﹑蒸腾上升凝结成云→降水→地表径流﹑地下渗流→海洋或被植物吸收的往复过程。

社会循环:人类社会为满足生活和生产需要从天然水体中取水,使用后的水成为生活污水和生产废水而被排放,最终流入天然水体的过程。

我国水资源人均不丰富,空间分布和年际分布不均衡。

4. 水污染分类和影响

水污染可分为化学性污染﹑物理性污染﹑生物性污染。

化学性污染:无机污染物质:酸﹑碱和一些无机盐。酸碱污染使水体pH变化,杀灭或抑制微生物生长,妨碍水体自净,腐蚀船舶和水下建筑,影响渔业,破坏生态平衡;无机盐提高水的硬度和渗透压,降低水中溶解氧,影响淡水生物生长。

无机有毒物质:主要是重金属等有潜在长期影响的物质,其中汞﹑镉﹑铅危害大。其通过食物链富集引起人体严重疾病或慢性病。

有机有毒物质:主要是有机农药﹑多环芳烃﹑芳香胺等。其化学性质稳定,难以被生物分解,有些可致癌。

需氧污染物质:碳水化合物﹑蛋白质﹑脂肪﹑醇类可被微生物分解,并在分解过程中消耗氧气的物质。其消耗水中溶解氧影响水生生物生长。

植物营养物质:生活污水和工业废水以及农田排水中的氮和磷。水中氮磷含量较高使水流速度较慢水域浮游生物和水草大量繁殖,引起水质恶化,鱼类死亡,湖泊退化的水体富营养化现象。

油类污染物质:其会影响水质,破坏海滩危害水生生物。

物理污染物:悬浮物质污染:水中含有的不溶性物质,包括固体物质和泡沫。其影响水体外观,妨碍水中植物的光合作用减少氧气溶入,对水生生物不利。

热污染:热电﹑核电及各种工业过程中的冷却水。其引起水温升高,溶解氧含量降低,水中某些有毒物质毒性增强,危及水生生物。

放射性污染:原子能工业﹑放射性矿藏开采﹑核电﹑同位素研究,使放射性废水废物增加。

生物性污染:生活污水,特别是医院污水和某些工业废水,往往带有病原微生物,引起各种疾病。

5. 水质指标分类☆

物理性水质指标

感官物理性指标:温度﹑色度(真色和表色)﹑浑浊度﹑透明度﹑嗅和味。 其他物理性指标:总固体﹑悬浮固体﹑溶解固体﹑可沉固体﹑电导率。 水中杂质分为:溶解物质10-3—10-5?m;胶体物质1—10-3?m;悬浮物质100—1?m,1μm=10-3mm

化学性水质指标

一般化学性水质指标:pH﹑碱度﹑硬度﹑各种阴阳离子﹑总含盐量﹑一般有机物质。

有毒化学性水质指标:重金属﹑氰化物﹑多环芳烃﹑农药。

氧平衡指标:DO﹑COD﹑BOD﹑TOD。

生物学指标:细菌总数﹑总大肠菌群数﹑各种病原细菌﹑病毒。

6. 生化自净过程所需氧的来源

水体和废水中原来含有的氧;大气中的氧向含氧不足的水体扩散溶解,直到水体中的溶解氧达到饱和;水生植物光合作用放出氧气,溶于水中有时可使水体中的溶解氧达到饱和。

7. 有氧条件下,废水有机物分解过程

有机物被微生物分解的过程:微生物通过自身生命活动过程,把一部分被吸收的有机物转化成简单的无机物,并释放出生长活动所需的能量,另一部分有机物被转化为营养物质,组成新的细胞;细胞内物质也可被微生物氧化,同时放出能量,即内源呼吸。

碳化阶段:主要是不含氮有机物氧化,也包括含氮有机物氨化,以及氨化后不含氮有机物继续氧化,其消耗的氧量为碳化生化需氧量。总的碳化生化需氧量称为第一阶段生化需氧量或完全生化需氧量(生化需氧量),以La或BODu表示。

第二阶段:水中的硝化细菌可以氧化水中的氨和含氮有机物氨化分解出的氨,最终转化为硝酸盐。其消耗的氧量为硝化生化需氧量,即第二阶段生化需氧量,以LN或NOD表示。(NH3+亚硝化细菌+O2→NO2-+硝化细菌→NO3-)

8. 不同的水质标准和水质要求

饮用水水质标准:流行病学上安全可靠;化学组成上对人体无害;使用上方便无弊。地面水环境质量标准:按水体的不同用途和不同区域划分为五类。按从污染源控制的原则制定了污水综合排放标准:一类污染物(对人体健康产生长远影响);另一种是影响小于第一类的污染物,列出最高允许排放浓度(三级),Ⅰ﹑Ⅱ类水体不得新建排污口,Ⅲ类水体执行一级标准,Ⅳ﹑Ⅴ二级标准,下水道并进入二级污水处理厂执行三级标准。工业用水水质要求:饮用水,生产技术用水,锅炉用水,冷却用水不同使用目的,由不同水质要求。

9. 废水成分与性质

生活污水:居民日常生活中产生的废水,主要是生活废料和排泄物。这类废水的成分及变化取决于居民的生活水平和习惯。水质较稳定,浑浊﹑恶臭﹑深色﹑微碱性﹑不含有毒物质﹑有大量细菌病毒和寄生虫卵。

工业废水:工业生产过程中排出的废水。由于工业类型﹑生产工艺﹑原料﹑用水水质和管理水平的差异,其成分与性质差别较大。

农业废水:随着农药和化肥的大量使用,农田径流排水成为天然水体的污染来源。

10. 氧垂曲线解释

紧接排入口各点溶解氧逐渐减少,这是因为废水排入后,河水中的有机物无多,耗氧速度超过复氧速度。随着有机物的不断氧化分解,耗氧速度不断降低,在某一点耗氧速度等于复氧速度,此点溶解氧含量最低(最缺氧点)。过此点后,溶解氧含量逐渐恢复到排入口之前的含量(恢复速度不断加快)。氧垂曲线既是以离排入口的距离为横坐标,以溶解氧含量为纵坐标的曲线。如果河流受有机物污染的量低于它的自净能力,最缺氧点的溶解氧含量大于零,河水始终呈现有氧状态,反之,靠近最缺氧点的一段河流将出现无氧状态。

11. 水体中的细菌

当一般有机废水排入水体后,开始时水体中的细菌会大量增加,以后逐渐减少。促使细菌死亡的原因有:有机物因分解而减少;污染水体里有大量的吞噬细菌的生物;生物物理因素(生物絮凝,沉淀);其它因素(pH﹑水温﹑日光)。

一般的,废水排入河流后,在12—24h内流过的距离是最大的细菌污染地带。3—4天后细菌量不超过最大量的10%。沿流微生物数量和种类分为四个区Ⅰ﹑Ⅴ

为清洁区(天然水质);Ⅱ降解区(水质混浊,污泥浮动,DO降至40%的饱和度,鱼类﹑绿藻减少,蓝绿藻蔓生,底泥出现蠕虫)Ⅲ强分解区(水质变黑灰,浮渣,腐败,DO降至40%的饱和度—0,厌氧,物种极少,有蚊蝇)Ⅳ恢复区(水质较清,DO在40%的饱和度以上,物种增多)。

12. 解决废水问题的主要原则☆

改革生产工艺,减少废物排放量:应深入工业生产工艺,与工人﹑技术人员相结合,革新生产工艺,尽量不用或少用水,不用少用易产生污染的原料﹑设备及生产方法。

重复利用废水:采用重复用水和循环用水系统,使废水排放量减至最少。 回收有用物质:工业废水中的污染物质多是在生产过程中进入水中的原料﹑半成品﹑成品﹑工作介质和能源物质。如能加以回收,即可防止污染又可创造价值。

对废水进行妥善处理:废水经回收利用后,还会有一些有害物质残留,也会有一些目前尚无回收价值的废水。要从全局出发,妥善处理,使其无害化,不致污染水体和环境。

选择处理工艺与方法时,必须经济合理,尽量采用先进技术。

13. 水处理的基本方法☆

给水处理:原水→混凝→沉淀→过滤→消毒→饮用水(臭氧氧化﹑活性炭吸附);地下水(消毒);工业用水(软化﹑除盐﹑冷却﹑控制结垢与腐蚀)

废水处理:物理法﹑化学法和生物法。

物理法是利用物理作用来分离废水中悬浮污染物质,处理过程中不改变其化学性质。沉淀法去除回收比重大于1的中悬浮颗粒;气浮法去除乳状油或比重接近1的悬浮物;筛网过滤去除纤维﹑纸浆;蒸发法浓缩废水中的溶解性不挥发物质;另外,还有离心分离﹑超滤﹑反渗透等。

化学法是利用化学反应处理水中的溶解性污染物和胶体。包括: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﹑电渗析法等。

生物法是利用微生物作用,使废水中呈溶解和胶体状态的有机污染物转化为无害物质。可分为好氧生物处理和厌氧生物处理,其中好氧生物处理又可分为:活性污泥法﹑生物膜法﹑生物氧化塘法﹑污水灌溉法﹑土地处理法。

以上各方法各有特点和适用条件,实际中往往配合使用。

城市污水水处理一般流程:进水→初沉池(污泥)→生物处理构筑物→二沉池(污泥)→出水。

工业废水处理流程各不相同,一般程序是:澄清→回收→毒物处理→一般处理→再用或排放。

14. 废水处理系统分级

废水处理系统分为一级处理﹑二级处理﹑三级处理。

一级处理(机械处理)只去除废水中较大的悬浮物质(沉淀法去除可沉固体)。物理法中的大部分是由于一级处理的。废水经一级处理,一般达不到排放要求,需二级处理,它只是预处理。

二级处理(生物处理或生物化学处理)主要任务是去除废水中呈溶解和胶体状态的有机污染物。生物处理法最常用于二级处理,且经济有效。通过二级处理,一般废水均能达到排放要求(沉淀法和生物处理法以降低污水悬浮固体和生化需氧量)。

三级处理(高级处理和深度处理)当水质要求高时,为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和溶解盐类等,以达到某些水体水质标准或直接用于工业,就需要在二级处理后进行三级处理(过滤﹑氧化塘)。

15. 废水处理中预处理单元的设备和构筑物功能和原理☆

粗大颗粒物的去除方法有:筛滤﹑截流﹑重力沉降和离心分离等。相应的设备有格栅﹑筛网﹑微滤机﹑沉沙池﹑离心机和旋流分离器。

格栅和筛网是处理厂第一处理单元,通常设置在其他处理构筑物之前。主要作用是去除水中粗大物质,保护其他机械设备,防止管道堵塞。当需要去除水中纤维﹑纸浆﹑藻类等稍小物质时,可选用不同孔径的筛网。

微滤机是一种截流细小悬浮物的筛网过滤装置,可用于自来水厂原水过滤以及去除藻类﹑水蚤等浮游生物,也可用于工业用水的过滤处理﹑工业废水中有用物质的回收以及污水的最终处理。

沉沙池主要是去除水中砂粒﹑煤渣等比重较大的无机颗粒杂质,同时也去除少量较大较重的有机杂质。其工作原理以重力沉降为基础,在沉降过程中杂质的尺寸﹑形状和比重不随时间而变化(自由沉降)。

颗粒沉降速度u=g(ρs-ρ)d2/18?(ρs-ρ:粒水密度差;d:颗粒直径;?:水的动力粘度Pa·s)

沉沙池分:平流式(最常用,构造简单,工作稳定,处理效果好,易排砂)﹑竖流式(圆型,污水由中心管进入池内自下而上流动砂粒借重力沉入池底,处理效果较差)和曝气式(没有有机杂质腐败发臭的缺点)。

离心分离:含悬浮颗粒的水在高速旋转时,由于颗粒和水分子质量不同,受离心力大小不同,质量大的颗粒被甩到外围,质量小的油粒留在内层。适当安排不同出口,就可使颗粒物与水分离。

颗粒所受的离心力C=(m-m0)v2/r(m-m0:颗粒和水质量差;r:旋转半径;v:线速度v=2πrn)

分离因素a=C/G≈πn2/900(G:颗粒所受重力)

离心分离设备分为:水旋分离设备(压力式[上清下浊]和重力式)(容器不动,切向高速水流提供离心力)和器旋分离设备(离心机)。

16. 水中悬浮物质去除和4种沉降

水中悬浮物质去除可通过颗粒和水的密度差,在重力作用下去除。但较小颗粒,特别是胶体自然沉速慢,需用混凝﹑沉淀﹑澄清﹑过滤和气浮等方法。

悬浮物质在水中的沉降分为:自由沉降:颗粒在沉降过程中呈离散状态,其形状﹑尺寸﹑质量不变,下沉速断不受干扰(沉砂池﹑初沉池初期沉降)。絮凝沉降:颗粒在沉降过程中相互粘结,其尺寸﹑质量﹑沉速随深度增加而变大(絮凝沉淀池﹑初沉池后期﹑二沉池中期)。拥挤沉降(成层沉降):颗粒在水中浓度较大时,各颗粒间相互靠得很近,下沉过程中受彼此作用力干扰,但相对位置不变,作为一个整体下沉,在清水与浑水之间形成明显界面,沉降过程实际就是这个界面的下沉过程,液体上涌对其有影响(高浊度水的沉淀﹑二沉池后期)。压缩沉降:颗粒在水中浓度很高时时会相互接触,上层颗粒在重力作用下将下层颗粒间的水压出界面,是颗粒群被压缩(污泥斗﹑污泥浓缩池)。

17. 几种沉淀池和其方法和原理

沉淀池:在水处理过程中,通过颗粒沉降来分离去除悬浮物质的设备。 理想沉淀池:各水断面上的点流速相同;悬浮颗粒以等速下沉,其水平分速度等于水流速度;悬浮颗粒落大池底不起浮。

普通沉淀池:平流式:(最常用,在流量较大的水处理厂中)污水→水槽和孔口→挡板稳流→池内流动→悬浮物沉底→清水→溢流堰→池外。

竖流式:(圆形或方形)污水→中心管下口→反射板→污水分布于水平断面缓慢向上流→悬浮物沉降到污泥斗中→清水→池子四周溢出。

辐流式:污水→中心管孔口→穿孔挡板→沿半径向四周辐射流动→流速变小→悬浮物沉降→清水→池子顶端堰口溢出。

斜板斜管沉淀池:u0=Q/A,Q不变,A↑,u0↓,从而提高沉淀效率。t=H/u0,u0不变,H↓,t↓,从而减小了沉淀池的体积。若将水深为H的沉淀池分为n个深为H/n的沉淀池,则当沉淀区的长度是原来的1/n时,就可以处理与原来相同的水量,而不影响处理效果。斜板斜管沉淀池单位面积上的泥量增大,如排泥不畅,将产生泛泥现象,使水质恶化;由于水流在池中停留时间短,其对水质水量的耐冲击负荷能力差;由于板距管径小,容易积泥;在日光照射下会滋生藻类。

浓悬浮液沉淀:(高浊度水沉淀池﹑活性污泥法中的二沉池﹑污泥浓缩池)同时起着水的澄清和污泥浓缩作用,与一般沉淀池构造相同,但须从池底不断排除经浓缩的污泥。

选择沉淀池类型时须综合考虑水量大小;水中悬浮物物理性质和沉降特性;处理厂总体布置和地形地质情况。

18. 混凝和胶体脱稳机理以及混凝剂与助凝剂

混凝:水和废水中常含有用自然沉淀法不能去除的悬浮微粒和胶体污染物,必须先投加化学药剂破坏其在水中的稳定分散系,使其凝聚为有明显沉降性能的絮凝体,然后用重力沉降分离,包括凝聚和絮凝两个步骤。

水中同种胶体微粒带有同号电荷,在静电斥力的作用下,不也相互聚集,具有一定的稳定性。

胶体脱稳机理:压缩双电子层:带同号电荷的胶粒之间存在着由δ电位引起的静电斥力和范德华力,当距离很近时,范德华力占优势,合力为吸力,两个颗粒相互吸住,胶体脱稳。当投入电解质后,水中与胶粒上反离子具有相同电荷的离子浓度增加,这些离子与胶粒吸附的反离子相交换或挤入吸附层,使胶粒带电荷数减少,降低δ电位,使扩散层厚度减少。

吸附电中和:胶粒表面对异号离子﹑异号胶粒和链状高分子带异号电荷的部位有强烈吸附作用,从而中和了它的部分和全部电荷,减少了静电斥力,容易与其他颗粒接近吸附。

吸附架桥:如果投加的药剂是能吸附胶粒链状高分子聚合物,或者两个同号胶粒吸附在同一个异号胶粒上,胶粒间就能连接团聚成絮凝体而被去除。

网捕作用:向水中投加金属离子的化学药剂后,由于金属离子的水解和聚合,会以水中胶粒为晶核形成胶体状沉淀物,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淀下来。

胶体浓度低时,网捕最为有效;胶体较高时,宜用吸附电中和和压缩双电子层来脱稳;胶体很高时,采用高分子絮凝剂更为经济有效;混凝剂投加量必须适量,量不足达不到效果,量过大会造成胶体复稳。

混凝剂:水处理中使胶粒脱稳沉淀而投加的电解质,最常用的是铝盐和铁盐(水解与聚合交错进行)。

助凝剂:可起凝聚作用,也可不起,与混凝剂一起使用时,能促进混凝,产生大而结实的矾花。

19. 澄清和澄清池分类

混凝处理工艺包括水和药剂混合,反应及絮凝体分离三个阶段,在澄清池中完成。澄清池中起接触絮凝作用的介质是呈悬浮状态的泥渣。当水中的悬浮颗粒与混凝剂作用而形成细小絮凝体时,若遇较大的泥渣碰撞,就会被其吸附而去除。

澄清池可按与水接触方式不同分为泥渣循环分离型(水力循环﹑机械加速)和悬浮泥渣过滤型(悬浮﹑脉冲)。

20. 过滤机理和滤池分类

粒状介质过滤:废水通过粒状滤料床层时,其中的悬浮颗粒和胶体被截留在滤料的表面和内部空隙中,从而分离了不溶性污染物。

粒状介质过滤机理:阻力截留:废水通过粒状滤料床层时,粒径较大的悬浮颗粒首先被截留于表层滤料空隙中,使空隙变小,截留能力变强,逐渐形成一层主要由被截留的固体颗粒构成的滤膜,并起主要过滤作用。

重力沉降:原水通过滤料床层时,滤料表面提供了巨大的沉降面积。滤料愈小,沉降面积愈大;滤速愈小,水流愈平稳,有利于沉降。

接触絮凝:由于滤料有巨大的表面积,它与悬浮物之间有明显的物理吸附作用。水中砂粒常带负电,能吸附带正电的铁﹑铝等胶体,进而吸附更多的带负电的粘土和多种有机物等胶体,在砂粒上发生接触絮凝。

较大悬浮颗粒以阻力截留为主(表面过滤),细微悬浮物以重力沉降和接触絮凝为主(深层过滤)。

滤池分类:按滤料种类分:单层滤池﹑双层滤池﹑多层滤池;按作用水头分:重力式滤池和压力式滤池;按进出水及反冲洗的供给与排除分:普通快滤池﹑虹吸滤池和无阀滤池。

滤池总水头=各部分水头损失+流速水头损失(v2/2g)+剩余水头

滤层膨胀率e=(l-l0)/l0×100%=(ε均-ε0)/(1-ε)×100%,l0,ε0静止时滤层厚度和空隙率;l,ε反冲洗时时滤层厚度和空隙率

21. 气浮相关内容

气浮法:利用高度分散的微小气泡作为载体去粘附废水中的悬浮物,使其随气泡升到水面而去除。其处理对象是乳化油以及疏水性细微固体悬浮物。药剂浮选法:在废水中投加化学药剂,选择性将亲水性污染物变为疏水性,然后气浮去除。两者统称气浮法。

常用气浮设备:加压溶气气浮﹑叶轮气浮﹑曝气气浮﹑射流气浮和电解气浮。

气浮法优点:处理效率高,生产的污泥比较干燥,表面刮泥方便,曝气增加溶解氧有利后续生化处理。缺点:耗电量大,设备维修管理工作量大,易堵塞,浮渣怕较大风雨袭击。

22. 水的软化和除盐的基本方法

去除水中溶解物质的方法主要有软化除盐﹑离子交换﹑吸附和膜分离。 软化就是降低水中Ca2+﹑Mg2+的含量,以防止其在管道设备中结垢。基本方法有:加热软化法:借助加热将碳酸盐硬度转化成溶解度很小的CaCO3﹑Mg(OH)2沉淀出来。

药剂软化法:在不加热的条件下,借助化学药剂把钙﹑镁盐类(包括非碳酸盐硬度)转化成CaCO3﹑Mg(OH)2 沉淀出来,从而去除绝大部分Ca2+﹑Mg2+。常用药剂法有:石灰法﹑石灰—纯碱法与石灰—石膏法。

离子交换法:利用离子交换剂将水中的Ca2+﹑Mg2+转化成Na+,而其他成分不改变。

除盐就是减少水中溶解盐类(阴阳离子)总量,方法有:蒸馏法﹑电渗析法﹑离子交换法(应用最广)。

23. 离子交换法原理与工艺

离子交换法是水质软化和除盐的主要方法。在废水处理中,主要去除其中金属离子。离子交换的实质是不溶性离子化合物(离子交换剂)上的可交换离子与溶液中其他同性质离子的交换反应,是一种特殊的吸附过程(可逆性化学吸附)。其反应表达式为:RH(交换树脂)+M+(交换离子)<=>RM(饱和树脂)+H+,在平衡状态下,反应物质浓度符合关系式:[RM][ H+]/([RH][ M+])=k,k是平衡常数。k﹥1反应向右进行,k越大,越有利于交换反应,k的大小表示离子交换剂对某离子交换性大小。

离子交换树脂的性质:有效pH范围;交换容量;交联度;交换势(交换离子取代树脂上可交换离子的难易程度)。

离子交换装置可分为固定床和连续床两种。

离子交换操作有四步:交换﹑反洗﹑再生和清洗。交换:交换过程主要与树脂层高度﹑水流速度﹑原水浓度﹑树脂性能和再生程度有关。当水中离子浓度达到限值时,应进行再生。

反洗:其目的是松动树脂层,以便下一步再生,使再生液能分布均匀,同时也可清除树脂层内杂质﹑碎粒和气泡。

再生:即交换过程的逆过程,较高浓度的再生液流过树脂层,将吸附的离子置换出来,使其恢复交换能力(固定床中很重要)。

清洗:将树脂层内残留的再生液清洗掉,直到出水水质符合要求。

24. 吸附法相关内容

吸附:在相界面上,物质浓度自动发生累积或浓集的现象。

吸附法就是利用多孔性固体物质,使水中一种或多种物质吸附在固体表面而去除的方法,其主要是去除溶解性有机物质,此外还能去除合成洗洁剂﹑微生物﹑病毒和痕量重金属,并能脱色除臭。

吸附分为物理吸附和化学吸附。物理吸附:吸附剂和吸附质之间通过分子间力产生的吸附。吸附热较小,在低温下就能进行,反应较快。

化学吸附:吸附剂和吸附质之间发生化学反应,由于化学键力引起(不可逆)。一般在高温下进行,吸附热大,相当于化学反应热。一种吸附剂只能对某种或几种吸附质发生化学吸附,有选择性。物理吸附和化学吸附往往相伴发生。

常有吸附剂有:活性炭﹑磺化煤﹑活化煤﹑沸石﹑活性白土﹑硅藻土﹑腐殖质﹑焦炭﹑木炭﹑木屑等。

吸附等温线:一定温度下,表示达到平衡时溶液浓度和活性炭吸附有机物数量关系的曲线。无拐点Langmuir,有拐点BET,直线Freundlich。

吸附操作分静态(间歇式)和动态(连续式,有固定床﹑移动床和流动床)两种。

25. 氯法消毒☆

给水厂中,经混凝和过滤的水不能保证去除所有病原微生物,需进行消毒。消毒并非要杀灭一切微生物,只要杀死病原细菌和对人体健康有害的微生物。

氯与水的作用:略溶于水,溶解度1%(10℃),在水中水解,Cl2+H2O<=>HOCl+H++Cl+,HOCl<=> H++OCl-

一般认为,Cl2﹑HOCl﹑OCl-都有氧化能力,但HOCl杀菌能力比OCl-强70—80倍(HOCl中性,容易扩散到带负电的细菌表面,从而穿过细胞膜),氯原子氧化破坏细菌体内的酶,使其死亡。

水中有氨存在时,可生成氯胺,HN3+HOCl<=>H2O+NH2Cl,HN3+2HOCl<=>2H2O+NHCl2,HN3+3HOCl<=>3H2O+NCl3,各种氯胺水解后,又变为HOCl,其杀毒作用虽比较慢,但氯胺在水中较稳定,杀菌持续时间长,这就是氯胺消毒。

氯还可以和水中其他杂质作用,从而消耗一定的氯量。

余氯:投加的氯除去与细菌和杂质作用消耗后的剩余部分。分为游离性余氯:Cl2﹑HOCl﹑OCl-;化合性余氯:NH2Cl﹑NHCl2,﹑NCl3。需氯量=加氯量-余氯量。

折点加氯:在折点之前,余氯全都是化合性余氯,没有游离性余氯,在折点之后,所增加的氯量全部以游离性余氯存在,既有化合性余氯,又有游离性余氯,消毒效果最好。当按大于折点需氯量来加氯时,称为折点加氯。

26. 其他消毒法

物理消毒法:加热消毒:消耗大量燃料,只用于少量饮用水。紫外消毒:紫外光谱的能量被细菌重要组成部分的核酸所吸收,使核酸结构破坏。其优点有:速度快,效率高;不影响水的物理性质和化学成分,不增加水的臭和味;便于操作管理,易于实现自动化。缺点:不能解决管网中再污染问题;耗电量大;水中悬浮物阻碍光线透射。

臭氧消毒:臭氧不稳定,分解放出新生态氧,O3=O2+[O],[O]有强氧化能力,对有顽强抵抗能力的微生物(病毒﹑芽孢)有强大杀伤力。优点:接触时间短,不受氨氮和pH影响,可氧化水中有机物,去除铁﹑锰嗅﹑味﹑色度和酚。缺点:基建投资大,耗电量大,不能解决管网中再污染问题,不能储存,水质和水量变化时,投加量难以调节。

其他化学法:重金属消毒:银离子能凝固微生物蛋白质,破化细胞结构,达到杀菌目的。但价格贵,杀菌慢,只能用于少量饮用水,可能对人健康不利。

27. 水的其他物理化学处理方法

中和法:酸﹑碱废水中和法;药剂中和法;过滤中和法(石灰石﹑大理石﹑白云石作滤料)。

化学氧化还原法:化学氧化法:空气氧化法;氯化法;臭氧氧化法;光氧化法。化学还原法:硫酸亚铁—石灰法除铬;化学还原法除汞(Ⅱ)。

化学沉淀法:氢氧化物沉淀法;硫化物沉淀法;钡盐沉淀法。

电化学法:电化学氧化法(阳极氧化);电化学还原法(阴极还原);电解气浮(电解生成H2﹑O2和CO2﹑Cl2)和电解絮凝法(阳极产生Fe3+﹑Al3+)。

磁力分离法(抗磁﹑顺磁﹑铁磁)

溶剂萃取(高浓度重金属离子和有机废水):萃取指将与水不互溶且密度小于水的特定有机溶剂和被处理的水接触,在物理和化学作用下,使原溶解于水中的某种组分由水相转移至有机相中。被萃取组分在两相平衡浓度之比分配系数α=C有机/C水;两种组分分离的难易程度分离系数β=αA(有机)/αB,β越大,A越容易从B中分离出来;相比n=V有机/V水,n越大,萃取效率越高。萃取过程影响因素:相比,萃取剂浓度,水相pH值。

吹脱与汽提:吹脱(废水中溶解性气体和某些易挥发溶质):让废水与空气充分接触使水中溶解性气体和某些易挥发溶质通过气液界面,向空气中扩散的传质过程,气体吹脱量G=KF(C0-C)t,(K:解吸系数;F:气液接触面积;C0-C:废水中原始溶解气体浓度与吹脱后平衡浓度差;t:接触时间)。汽提:用热蒸汽与废水接触,使废水水温升至沸点,利用蒸馏作用时废水中的挥发性污染物挥发到大气中,分为简单蒸馏(水溶性挥发污染物)和蒸汽蒸馏(不溶解的分散性挥发污染物)。

蒸馏﹑结晶与冷凝:蒸发过程质量守恒:G1B1=G2B2+G3B3=G2B2+(G1-G2)B3,其中G1,G2,G3,B1,B2,B3分别是原水﹑二次蒸汽冷凝水﹑浓缩液水量和其中污染物浓度;浓缩倍数

ε=(B1-B2)/B1×100%。

28. 水的生物化学处理法概述

水的生物化学处理法就是在人工创造的有利于微生物生命活动的环境中,使微生物大量繁殖,提高微生物氧化分解有机物的效率的一种水处理方法。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物质含量。其分为好氧和厌氧两类,分别利用好氧和厌氧微生物分解有机物。从工艺上又可分为悬浮生长系统(微生物在处理设备中悬浮生长)和附着生长系统(微生物在惰性介质上成膜状生长)。生物化学处理法投资省,运转费用低,处理效果好,操作简单等优点,在城市污水和工业废水中处理中应用很广。

29. 废水处理中的微生物

在废水的生物处理中,净化污水的微生物(好氧﹑厌氧﹑兼性)主要是细菌(净化污水的第一和主要承担者)﹑真菌(霉菌)﹑藻类(光合放氧)﹑原生动物和α=G1/(G1-G2)=G1/G3;去污效率

一些小型后生动物(轮虫是好氧生物净化过程高度有效的指标),它们在特定的污水中形成与之相适应的微生物群落。细菌生长过程:延缓期→对数增长期→减速增长期→内源呼吸期。有机物+O2(微生物﹑酶)→同化(细胞物质)﹑异化(代谢产物)。

30. 活性污泥法的基本原理﹑净化过程和影响因素

好氧悬浮生长生物处理工艺主要有:活性污泥法﹑曝气氧化塘﹑好氧消化法﹑高负荷氧化塘。

活性污泥法的基本原理:向生活污水中不断注入空气,维持水中足够的溶解氧,一段时间后污水中形成一种絮凝体—活性污泥,其由大量繁殖的微生物构成,易于沉淀分离,使污水澄清。活性污泥法就是以悬浮在水中的活性污泥为主体,在微生物生长有利的环境条件下和污水充分接触,使污水净化。其主要构筑物是曝气池和二次沉淀池。需处理的污水和回流性污泥一起进入曝气池,成为悬浮混合液,沿曝气池注入压缩空气曝气,使污水与活性污泥充分混合,并供给混合液足够的溶解氧。这时污水中的有机物被活性污泥中的好氧微生物分解,然后混合液进入二沉池,活性污泥与水澄清分离,部分活性污泥回到曝气池,继续进行净化过程,澄清的水排放。由于处理过程中活性污泥不断增长,部分剩余污泥从系统中排出,以维持系统稳定。

进水→曝气池(空气)→二沉池(剩余污泥排除,回流污泥至曝气池前)→出水 活性污泥净化过程机理:吸附阶段:污水和活性污泥接触后在很短时间内水中有机物(BOD)迅速降低,主要有吸附作用引起。由于絮状活性污泥表面积很大,表面具有多糖类粘液层,有利于吸附。

氧化阶段:有氧条件下,微生物将吸附的有机物一部分氧化分解获得能量,一部分合成新细胞,这一阶段比吸附阶段慢得多。

絮凝体形成与凝聚沉淀阶段:氧化阶段合成的菌体有机体形成絮凝体,通过重力沉淀出来,使水净化。

影响活性污泥增长的因素:溶解氧(2mg/L左右)供氧不足影响微生物代谢,造成丝状菌等耐低溶解氧环境的微生物滋长,使污泥不易沉淀,出现污泥膨胀﹑营养物质(BOD5:N:P=100:5:1)包括:C﹑N﹑P﹑S﹑Ka﹑Mg﹑Ca﹑Fe和各种微量元素﹑pH(6.5—9.5)﹑温度(20—30℃)﹑控制对生物有毒有害物质(重金属﹑氰化物﹑H2S﹑卤素及其化合物﹑酚﹑醛﹑醇﹑染料)的浓度。

31. 污泥膨胀和污泥解体

活性污泥膨胀是指活性污泥质量变轻,污泥结构松散,体积膨大,沉降性能恶化,在二沉池内不能正常沉池下来,污泥指数异常增高。活性污泥膨胀,根据诱因可分为:因丝状菌异常增殖所导致的丝状菌性膨胀和因粘性物质大量产生积累的非丝状菌膨胀,前者为易发与多发性膨胀。导致污泥膨胀的情况主要有:污水中碳水化合物较多,取氮﹑磷﹑铁等养料;DO不足;未及时排泥,污泥龄过

长;污泥负荷过高;pH偏低和温度过高易引起丝状菌的大量繁殖。防止污泥膨胀可经常检测水质等指标,加强曝气,及时排泥,分段进水家小负荷。

污泥解体是处理水质混浊,污泥絮体细微化(污泥絮凝性下降),处理效果变差的现象。原因:运行不当(曝气过量)使DO﹑营养物质﹑pH﹑温度不适合致使微生物减少并失去活性,吸附能力降低;混入有毒物质(微生物受到抑制或伤害)。

32. 评价活性污泥的指标

混合液悬浮固体(MLSS):曝气池中污水和活性污泥混合后的混合液悬浮固体数(mg/L),也称混合液污泥浓度,是计量曝气池中活性污泥数量的指标。其是具有活性的微生物(Ma),微生物自身氧化残留物(Me),吸附在污泥上不能生物降解的有机物(Mi)和无机物(Mii)的总合。

混合液挥发性悬浮固体(MLVSS):混合液悬浮固体中有机物数量MLVSS=Ma+Me+Mi,能较好的表示活性污泥微生物数量,但不是最理想的。

污泥沉降比(SV%):曝气混合液在100ml量筒中静置沉淀30min后,沉淀污泥占混合液体积的百分比。它反映曝气池正常运行时的污泥量,以控制剩余污泥的排放,其还可反映污泥膨胀等异常情况。

污泥指数(污泥容积指数)(SVI):曝气池出口处混合液经30min沉淀后,1kg干污泥所占的容积(mL),SVI=SV%×10/MLSS(g/L)。SVI值能较好的反映出活性污泥的松散程度(活性)和凝聚﹑沉淀性能。对于一般城市污水,SVI在50—150左右,值低说明泥粒细小紧密,无机物多,缺乏活性和吸附能力;值高说明污泥难于沉淀分离。

例:从活性污泥曝气池取混合液500ml,置于500ml量筒中,半小时后沉淀污泥量为150ml,计算沉降比。曝气池中污泥浓度为3000mg/L,求污泥指数,曝气池能否正常运行?

SV%=100V污/V液=150×100/500=30

SVI=SV%×10/MLSS(g/L)=30×10/3g/L=100,SVI在50—150之间可以正常运行。

污泥龄(ζc):曝气池中工作的活性污泥总量与每日排放的剩余污泥量的比值(d)。它表示新增长的污泥在曝气池中的平均停留时间,其与细菌的增长处于什么阶段有关。

33. 调节池的功能和分类

作用:对水量和水质的调节,调节污水pH值﹑水温,有预曝气作用,还可用作事故排水。

分类:水量调节池和水质调节池。

34. 曝气的机理和方法以及曝气池和二沉池

曝气的机理:活性污泥需提供足够量的溶解氧,并保持活性污泥处在悬浮状态。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。单位容积内氧的转移速率(mg/Lh)dC/dt=KLa(CS-CL)(KLa:氧的总转移系数h-1,CS-CL:溶液饱和溶解氧和实际溶解氧的浓度差mg/L),KLa通过实验测得,其值的大小因空气量﹑水温﹑搅拌方法﹑水质等条件变化。缩小气泡直径,延长气体接触时间,更新液面膜并减少界膜厚度,都可增大KLa。加大水深,增加空气中的氧含量,有助于增大CS。

衡量曝气设备效能指标有:动力效率(Ep):一度电所能转移到液体中去的氧量(kg/kw"h);氧转移效率(EA):鼓风曝气转移到液体中的氧占供给量的百分比;充氧能力:叶轮或转刷在单位时间内转移到液体中的氧量(kg/h)。

通常采用的曝气方法有鼓风曝气﹑机械曝气和鼓风机械并用曝气。

曝气池从混合液的流型可分为推流式﹑完全混合式﹑循环混合式(氧化沟)。 二沉池用于澄清混合液和回收﹑浓缩活性污泥,其好坏直接影响出水水质和回流污泥浓度。有竖流﹑平流和辐流三种,也有采用斜板和斜管沉淀池的。

35. 活性污泥法运行方式

普通活性污泥法(传统活性污泥法):污水净化的吸附阶段和氧化阶段在一个曝气池中完成,进口处有机物浓度高,延池长逐渐降低,需氧量也随之降低,在池子起端活性污泥一般处于生长率的上升阶段,曝气池末端活性污泥进入生长阶段,决定于曝气时间。根据常用曝气时间,微生物进入内源呼吸期,活动能力减弱,容易在沉淀池内混凝﹑沉淀。同时污泥中的微生物处于缺乏营养的饥饿状态,充分恢复活性,回流入曝气池后,对有机物有很强的吸附和氧化能力。所以普通活性污泥法对有机物(BOD)和悬浮物去除率高,特别适用于处理要求高而水质比较稳定的废水。缺点:不能适应冲击负荷;需氧量延池长前大后小,而空气的供给均匀,造成前段氧量不足后段过剩的现象;曝气时间长,池体积大,占地,基建费用高。

阶段曝气法(逐步曝气法):为解决前段氧量不足后段过剩的现象而发展的。污水延池长分多点进入,有机物负荷均匀,微生物能充分发挥分解有机物的能力。污泥浓度延池长逐步降低,出流污泥浓度低,有利于二沉池运行。其适合运用于大型曝气池及浓度高的废水。

完全混合法(加速和延时):进入曝气池的污水立即与池内原浓度低的大量混合液混合稀释,进水水质的变化对污泥影响低,能较好的承受冲击负荷;池内各点有机物浓度均匀,微生物的性质和数量基本相同,池内各部分工作情况一致,微生物活性能够充分发挥。

新发展:纯氧曝气法﹑深水曝气法﹑粉末炭活性污泥法和二段活性污泥法。 生物吸附法(接触稳定法或吸附再生法):活性污泥法净化污水的第一阶段—吸附阶段,在混合后10—30min即可完成,可去除85%—90%的BOD5,生物吸附法据此而发展起来。

36. 活性污泥法运行过程中所要监测的项目

反应处理效果的:进出水BOD5﹑COD﹑总的SS﹑挥发性SS﹑有毒物质。 反应污泥情况的: MLSS﹑MLVSS﹑SV%﹑SVI﹑溶解氧和微生物观察。 反应污泥营养和环境条件的:N﹑P﹑水温﹑pH。

37. 氧化塘原理和分类

氧化塘(稳定塘或生物塘)是一种类似于池塘的处理设备,其净化污水的过程与天然水体自净相似,污水在塘内经长时间的缓慢流动和停留,通过微生物的代谢,使有机物降解。水中溶解氧主要由塘内的藻类光合作用和塘表面复氧作用提供。

分类:好氧氧化塘:深度一般在0.3—0.5m,阳光能投入池底,塘内存在藻类—细菌—原生动物的共生系统。由于光合作用和塘表面复氧作用,塘水处于好氧状态,好氧异养微生物氧化有机物,长生的CO2为藻类碳源。

兼性塘:深度一般在15—2.5m,塘内好氧与厌氧反应并行,阳光能透入的上层为好氧层,水层中各项指标的变化和发生的反应与好氧塘相同;阳光不能透入的底部为厌氧层,沉淀的污泥和死亡的藻类形成污泥层,厌氧微生物进行厌氧发酵。

曝气氧化塘:依靠安装在塘面上的人工曝气设备供氧,使好氧微生物在塘中呈悬浮状态。

S=S0/[1+k(V/Q)],对于兼性曝气塘S=S0f/[1+k(V/Q)](f冬=1,f夏=1.4),k(T)=k(20)×1.065T-20(Q:污水水量,S﹑S0:进出水BOD5浓度,V:曝气池有效容积,k: BOD5降解速度常数)

水生生物塘:通过种植具有除污能力的水生植物或养殖鱼类,强化氧化塘的净化能力,使氧化塘得到利用。

为防止氧化塘的淤积,污水在进入氧化塘前必须除去水中的悬浮物质,因此在氧化塘前应设置沉砂池﹑沉淀池,将悬浮物降至100mg/L以下。处理后的污水可作农田灌溉用,但在排放前要除去水藻。

氧化塘基建和运转费用低,管理简单,适应能力强,实现了污水资源化,但占地面积大,净化效果受季节和多种自然因素影响不够稳定,影响卫生,污染地下水。

38. 水处理方面膜技术原理☆

生物膜:当污水与滤料等载体长时期流动接触,在载体的表面上就会逐渐形成生物膜,其主要由细菌(好氧﹑厌氧和兼性)的菌胶团和大量的真菌菌丝组成。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,其中的有机物由于微生物的氧化作用浓度远比流水层中低,流水层中的有机物不断向附着水层扩散,进入生物膜被降解;空气中的氧溶解于流水层中,通过附着水层传递给生物膜,供微生物呼吸;微生物代谢产物沿反方向排出,气态产物逸出进入空气。随着有机物的降解,微生物不断增殖,生物膜变厚,到一定程度在氧不能透入的内

层就形成了厌氧层。厌氧层达到一定厚度时,靠近载体表面的微生物由于得不到作为营养的有机物,而进入内源呼吸期,附着力减弱,在水流剪切力的作用下脱落,新的生物膜开始生长。

半透膜:在溶液中凡是一种或几种成分不能透过,而其他成分能透过的膜。 膜分离法:用一种特殊的半透膜将溶液隔开,使溶液中的各种溶质或溶剂(水)渗透出来,从而达到分离的溶质的目的。其共同的优点是:可在一般温度下操作,不消耗热能,没有相变化,设备可工厂化生产;缺点是:处理量小,消耗能源(扩散渗析除外)。

电渗析:在直流电场作用下,利用阴阳离子交换膜对溶液中阴阳离子的选择透过性(阳膜过阳,阴膜过阴),而使溶液中的溶质与水分离的一种物理化学过程。系统由一系列阴阳膜放置于两电极之间组成。其所需能量和受处理水的含盐浓度成正比关系,所以不适合处理高浓度废水,主要用于苦咸水除盐和离子交换制纯水的预处理。

反渗透:用一种半透膜将淡水和盐水分开,该膜只能让水通过。由于淡水中的水分子的化学位比盐水中的水分子高,所以淡水中的水分子自发通过膜渗入盐水中,直到盐水中的水位上升至一定高度(渗透压π)。如在盐水侧施加压力P,当P﹥π时,盐水中的水分子流向淡水中,从而使盐水增浓。反渗透有醋酸纤维膜和聚酰胺膜两种。

微滤﹑超滤﹑纳滤:与反渗透类似,也依靠压力和膜工作。微滤适合去除胶体﹑悬浮固体和细菌,可降低出水浊度,强化水的消毒有时用作反渗透的预处理。超滤可用于分离分子量大于1000 的物质,如胶体﹑细菌﹑蛋白质﹑颜料﹑油类。纳滤(低级反渗透) 可分离分子量大于200 的物质,如硬度离子﹑色素等,有些较大的分子有机物也可被去除。

液膜分离技术:选择一种能透过废水中欲提取溶质组分,且与水不互溶的有机溶剂,配以表面活性剂与添加剂作为液膜的基体,在选择一种与提取组分能形成理化作用的化学水溶液作液膜的内水相,用两种相混合制备成油包水的乳浊液,再将此乳浊液投入被处理废水中,使形成水包油—油包水的三相微液滴分散系。其传质途径有三种:欲提取物质选择性透过液膜与内水相形成不可渗透物质;被提取物质在膜内发生化学反应生成新物质,该物质又与内水相形成不可渗透物质,并放出膜反应物返回膜相;膜恰好是与提取组分的萃取剂,而内水相是反萃取剂。

39. 生物滤池三种

普通生物滤池:由池体﹑滤料(主体)﹑布水装置和排水系统四部分组成,其BOD5去除率高(95%以上),工作稳定易管理,运行费用低。但负荷较低,占地面积大,滤料易堵塞,影响周围环境。适用于处理污水量小于1000m3/d小城镇污水和有机工业废水。

高负荷生物滤池:其BOD溶积负荷是普通生物滤池的6—8倍,水力负荷为10倍,处理能力大幅提高。由于水力负荷的加大可以及时冲刷过厚和老化的生物膜,促进生物膜更新,防止滤料堵塞。但出水质量不如普通生物滤池BOD5常大于30mg/L。要求进水BOD5不大于200mg/L,否则需用处理水回流稀释。回流比R=QR/Q,即回流水量与原污水水量之比。

塔式生物滤池:池高如塔,池内部形成拔风状态,改善了通风。当污水自上而下滴落时,产生强烈的紊流,使污水﹑空气和生物膜接触更加充分,大大提高传质速度和滤池净化能力。其负荷远比高负荷滤池高,滤池内生物膜生长迅速,同时受强烈水力冲刷更新快,具有较好的活性。为防止上层负荷过大,是生物膜过厚造成堵塞,而采取多层布水的方法来均衡负荷,同时要求进水BOD5不大于500mg/L,否则需用处理水回流稀释。

40. 生物转盘原理

生物转盘运行时,污水在反应槽中顺盘间隙流动,盘片在转轴带动下缓慢转动,污水中的有机物被盘上的生物膜吸附,当这部分盘片转离水面时,盘表面形成一层污水薄膜,空气中的氧溶解到水膜中供微生物氧化分解有机物。盘每转一周,即进行一次吸附—吸氧—氧化分解过程。衰老的生物膜在水的剪切力作用下脱落,并随污水排至沉淀池。转盘的转动有搅拌充氧功能,脱落的生物膜在槽中呈悬浮状态,继续起净化作用,因此生物转盘兼有活性污泥池功能。每台转盘轴长L=m(d+b)k,(m:盘片数,d:片间距,b:盘厚度,k=1.2:考虑循环沟道的系数)。新发展:藻类转盘﹑空气驱动生物转盘﹑活性污泥式生物转盘。

41. 生物接触氧化法原理

生物接触氧化法(接触曝气法或淹没式生物滤池)是在曝气池中设置填料,作为生物膜的载体,经过充氧的废水以一定流速流过填料与生物膜接触,利用生物膜和悬浮活性污泥中微生物的联合作用净化污水的方法。其是介于活性污泥法和生物滤池两者之间的生物处理法。装置由池体﹑填料﹑布水装置和曝气系统四部分组成,装置运转时,污水在填料中流动,水利条件良好,由于曝气水中溶解氧充足,适于微生物生长繁殖。

生物流化床是以粒径小于1mm的砂﹑焦炭﹑活性炭一类的颗粒材料为载体,填充于设备中,充氧的污水自下而上流动,使载体流态化。

42. 厌氧生物处理机理和影响因素

厌氧生物处理是在无氧条件下,利用兼性菌和厌氧菌分解有机物,其最早仅用于城市污水厂污泥稳定处理。由于其最终产物是以甲烷为主体的可燃气体,可作为能源回收利用;处理过程产生剩余污泥量较少易于脱水,可作为肥料使用;运转费用也比好氧生物处理低。

有机物厌氧分解(消化)可按先后分为两个阶段:酸性消化(酸性发酵)阶段和碱性消化(碱性发酵)阶段,分别由两类微生物群体接替完成。酸性消化阶段:参

与这一阶段的产酸细菌(兼性厌氧或专性厌氧),在这一阶段中,不溶性有机物在细菌释放出的外酶的作用下,水解成水溶性有机物,接着便渗入细胞,在内酶作用下挥发性有机酸类和一些无机物以及能量。酸性消化前期(酸性发酵期),细胞首先分解碳水化合物,产生大量有机酸,溶液pH降至6或5以下;(酸性减退期)随着碳水化合物的减少,有机酸和含氮有机物开始分解,生成一些碱性物质,pH上升至6.6—6.8,同时放出臭气。碱性消化阶段:酸性消化阶段后期,随pH回升甲烷细菌经一段时间的适应,开始分解有机酸,使溶液pH上升,产气量增大,进入碱性消化阶段,当pH至7—7.5时,产气量达到最大。

CnHaOb+(n-a/4-b/4)H2O→(n/2-a/8+b/4)CO2+(n/2+a/8-b/4)CH4

CH4的产量QCH4=0.35(QSr-1.42VXv)×10-3,(Q污水或污泥流量;Sr去除的有机物浓度,以COD计;Xv消化池内挥发性污泥浓度;V消化池有效容积)

影响因素:温度:分低温消化﹑中温消化﹑高温消化(消化时间短,产气量稍高,灭菌率90%,耗热量大,管理复杂,只在卫生要求高时使用),消化时间与其有关;酸碱度:pH 6.8—7.2(低于6或高于8不能正常消化),需加足够的缓冲物质;负荷;碳氮比;有毒物质。

常见的消化池有传统消化池和高速消化池。消化池有效容积V=W/p,(W:湿污泥投入量,p(%):污泥投配率)。

新发展:多级厌氧处理系统和两相厌氧处理系统(酸性消化和碱性消化在两个反应器间完成)。

43. 有机废水的厌氧生物处理☆

有些工业废水有机物含量很高,用好氧处理需稀释成百上千倍很不经济,厌氧处理较为适合。

厌氧悬浮生长系统:厌氧接触法(厌氧活性污泥法):污水→调节池→厌氧消化池(搅拌分解有机物)→(气体)污水污泥→沉淀池(固液分离)→沉淀污泥回流→消化池。升流式厌氧污泥床法(UASB):污水→反应器底部→高浓度污泥床(厌氧分解)→消化气(搅拌并带污泥上浮形成悬浮污泥层)→反应器上部固液气分离。

厌氧附着生长系统:厌氧滤池:除无供氧以外,其与好氧生物接触氧化原理相同,构造类似于一般生物滤池。厌氧膨胀床和厌氧流化床:构造类似于UASB,无固液气分离区。厌氧生物转盘:与好氧生物转盘相似。

厌氧塘:一般水深在2.5m以上,塘表面形成浮渣层使塘维持厌氧状态。 厌氧好氧联合处理系统:厌氧—好氧二级生物处理系统:厌氧(一级)处理掉大部分或一部分有机物,然后进入好氧生物反应器进一步处理。A—O处理系统:在二级生化处理基础上,引入厌氧或缺氧段,具有脱氮﹑脱磷和去除BOD功能。分单级系统和多级系统,单级系统:进水→厌氧段→亏氧段→好氧段(内循环至

亏氧段)→沉淀池(污泥回流)→出水(富磷剩余污泥);多极系统中包括一系列交替排列的亏氧段和好氧段。

44. SBR﹑A/O﹑A2/O

序批式活性污泥法SBR:是一种间歇运行的活性污泥法,操作水需依次为:进水﹑反应﹑沉淀﹑出水﹑待机,以此为一个周期,所有操作都在同一设备中完成,即在同一反应器中不同时间段完成不同操作。排水时为不扰动污泥和不使水面上的浮渣进入水中而设有滗水器。

厌氧—好氧除磷工艺A/O: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,通过二沉池排泥去除磷。

原水→初沉池(排泥)→厌氧池→(碱)好氧池(混合液回流至厌氧池前)→二沉池(污泥回流至厌氧池前)。

A2/O:污水首先进入厌氧池与回流污泥混合,去除部分BOD,部分含氮化合物转化为N2,回流污泥中聚磷微生物放出磷,满足细菌对磷的需要;随后污水进入缺氧池,反硝化菌利用污水中的有机物和回流混合液中的硝酸盐进行反硝化,可同时去碳脱氮;当污水进入好氧池时,水中NH3—H进行硝化反应生成 NO3-,同时水中有机物氧化分解供给吸磷微生物能量,从而吸收磷,经沉淀池分离后以富磷污泥的形式从系统中排出。

原水→厌氧段∣缺氧段∣好氧段(内循环至缺氧段)→沉淀池(富磷污泥排出,回流污泥至厌氧段前)→出水。

45. 污泥处理和处置方法

稳定处理:生物法﹑化学法和物理法。去水处理:浓缩﹑脱水和干化。最终处置:填地﹑投海﹑焚烧和综合利用。

典型流程:污泥→浓缩→消化(有机成分少的污泥可不消化)→预处理→脱水(可产生干污泥)→干燥燃烧→最终处置。

污泥→浓缩→消化(有机成分少的污泥可不消化)→自然干化→利用

污泥→浓缩→消化(有机成分少的污泥可不消化)→污泥与污泥气

46. 污泥的性质

污泥按所含的主要成分不同分为污泥和沉渣。污泥(有机物为主)属于这一类的有:处理生活污水的沉淀池排出的污泥,食品厂﹑屠宰场和有机化工厂的污泥,生物处理后二沉池中的污泥。其主要特征:含有机物多,性质不稳定,易腐化发臭;颗粒较细,比重接近于1;含水率高,成胶状结构,不易脱水;易用管道输送;含较多的植物营养素,有肥效;含病原菌及寄生虫卵,流行病学上不安全。沉渣(无机物为主)属于这一类的有:沉砂池,给水和某些工业废水处理过程中的沉淀物。其主要特征:颗粒粗,比重大;易脱水,不易腐化;流动性差,不易用管道运输。

表征污泥性质的指标:污泥含水率;污泥比重;污泥脱水性能;污泥的量。

47. 污泥浓缩处理方法

污泥的含水率很高,在进行污泥处理前需进行浓缩,降低其含水率,以减小处理设备的容积和处理成本。

污泥中的水可分为四类:颗粒间的空隙水﹑颗粒间的毛细水﹑颗粒间的吸附水﹑颗粒内部水。四类水的去除方法不同,污泥浓缩脱水只能去除颗粒间的空隙水,但它是减少污泥体积最经济有效的方法。

处理方法:重力浓缩法(浓缩池):按操作方式可分为间歇式和连续式。沿浓缩池垂直方向存在明显的三个区域:上部为澄清区,固体浓度极低;中间为阻滞区,固体浓度基本恒定,不起浓缩作用,其厚度对下部压缩区有很大影响;下部压缩区,由于重力作用,污泥中的间隙水被挤出,固体浓度从上到下逐渐提高。

气浮法:分为加压气浮和真空气浮,适用于比重接近于水的活性污泥和生物滤池等较轻质污泥的浓缩,空气泡携带固体上浮,形成浮渣,用刮板刮出。由于浓缩的同时向污泥中融入了空气,满足了污泥的好氧条件,因此避免了污泥腐化发臭和脱氮上浮。

离心浓缩法:利用污泥中固﹑液比重不同,用离心机进行浓缩。此外,还有微滤机浓缩法(处理混凝后污泥)。

48. 水的回用

回用途径:回用于工业(冷却水﹑锅炉补给水和工艺用水)﹑回用于农业﹑回用于城市用水。

其制约因素:水质和水处理费用。

49. 工业水的冷却与水质稳定

冷却设备:冷却池(天然﹑喷淋)和冷却塔。

循环冷却水稳定性处理:阻垢处理(软化﹑投加阻垢剂﹑酸化或碳酸化)﹑防腐蚀处理﹑污垢控制(水中悬浮物控制和微生物与藻类控制)。循环水浓缩倍数K=Sc/Ss=P/P-P1,(Sc:循环系统中水的含盐浓度,Ss:补给水含盐浓度,P ,P1:补给和蒸发水量)。

50. 污水脱氮处理机理和方法

城市污水与某些工业废水的排放是主要的氮源。氮化物是天然水体富营养化的主要污染物,由于NH3—N易吸收水体中的溶解氧可导致受纳水体亏氧。一般二级处理技术脱氮效果甚微。

生物脱氮机理:在污水好氧生物处理过程中,均有一定比例的自养型硝化菌参与生物化学反应,使污水中部分NH3—N被氧化成NO3-,即硝化。2NH4++3 O2→(亚硝化菌)2NO2-+4H++2 H2O,2NO2-+O2→(硝化菌)NO3-,总反应NH4++O2→NO3-+2H++H2O。只能使NH3—N发生化学形态的变化,不能最终脱氮。欲最终脱氮,须将NO3-转化为N2,使其溢入大气,这就是反硝化或脱硝。

NO3-的反硝化反应也是还原反应,NO3-作电子受体,在兼性异养菌的作用下被还原,该反应必须具备两个条件:污水中有充足的电子供体以及厌氧或亏氧条件。电子供体包括与氧结合的氢源和异养菌所需的碳源,若污水中含有充足的可降解有机物,可作为自由电子的供体,若此类有机质不足,需加适量营养物(甲醇),称为外援电子供体。6NO3-+2CH3OH→(厌氧菌)6NO2-+2CO2+4H2O,6NO2-+6CH3OH→(厌氧菌)3N2+3CO2+3H2O+6OH-,总反应6NO3-+5CH3OH→3N2+5CO2+7H2O+6OH-。

物理化学脱氮技术:空气吹脱法脱氮(曝气法去除水中溶解气体工艺的演变)和折点氯氧化法脱氮:使水中的NH3转化N2,投氯量恰好是消毒过程中余氯量最低值的转折点处。

51. 脱磷技术

水环境中磷化合物主要来源于生活污水与农田径流,部分来自工业废水。磷化合物是地表水富营养化的主要因素。

生物脱磷:一般污水二级处理过程,约有10%的磷在一级沉淀池中被去除,相当于污水中固态磷含量。在好氧生物处理过程,污水中部分磷作为微生物的营养物的营养物被细胞同化吸收,转化为固态而被去除。一般二级处理厂不能满足深度除磷,需用组合生物处理工艺,A/O工艺﹑生物脱氮工艺都可同时除磷。

化学除磷:废水中磷的化学形态以PO43-占优势,在碱性条件下PO43-与Ca2+生成不溶性磷石灰,因而可向汉林废水中投加石灰乳沉淀除磷,pH达到9.5时,可以去除水中绝大部分磷。投加铝盐或铁盐也可有效除磷。

组合型除磷:为达到深度除磷效果,往往采用化学—生物组合除磷工艺。

52. 废水中微量难降解有机物的去除

废水中含有的某些微量难降解有机物在二级处理中基本上不能被去除,在深度处理中,通过采用活性碳吸附﹑化学氧化处理(氯或臭氧氧化)和土地处理系统去除。

53. 废水中微量中金属离子的去除

城市污水经二级处理后,各类重金属离子部分去除,但仍有少量残留于水中。 处理方法:化学沉淀法:主要是向初沉池投加化学药剂,使重金属离子形成固态物质,在沉淀池中加以去除。

离子交换法(深度处理):用钠离子交换床可去除大部分金属离子。

膜分离法:反渗透和电渗析法都可以用于废水中微量重金属离子的去除与脱盐的深度处理。

54. 废水土地处理中土壤和植物的作用☆

土壤的作用:土壤是地壳经长时间风化而成的以硅化物为主体的多种无机物成分组成,由于长期的农业耕作,又形成了土壤中有机质与微生物系统。这样的

土壤团粒结构通过吸附﹑离子交换﹑化学沉淀与生物分解等作用,对污水中的污染物综合处理。

对污水中有机物的作用:土壤对多种有机物有较强的吸附能力,使其固定于表土层中,通过微生物的生物氧化,转化为易被植物吸收的低分子有机质或无机质,这种作用必须保持土壤在好气条件下进行。

对污水中氮﹑磷化合物的作用:土壤对污水中氮﹑磷化合物有较强的吸附能力,其中有机氮化合物通过土壤微生物作用,可迅速转化为NH3,其一部分被土壤吸收,另一部分通过硝化菌作用转化为NH4+。NH3和NH4+是农作物的主要营养物质,多被植物根系吸收,剩余部分随水流向下层土壤渗滤,在反硝化菌作用下生成N2,释放于大气中。污水中的磷化物部分被农作物作为营养物质吸收,大部分以化学沉淀作用与土壤表面吸附作用在表土层被去除。

对可交换阳离子与重金属离子的作用:可交换阳离子Na+﹑Ca2+﹑Mg2+随污水进入土壤后,通过土壤的离子交换作用被土壤吸收。但对过高的钠离子的吸收会使土壤颗粒分散,破坏其渗透性,导致土壤碱化,对农作物也有毒害作用。污水中重金属离子进入土壤后,对农作物生长不利。污水中重金属离子通过吸附与化学沉淀作用,积累与表土层,当pH大于7时,土壤对重金属离子有较高的滞留负荷;当pH大于7时,部分重金属离子随水流下渗,可能对地下水造成污染。Na吸收率=CNa/(CCa+CMg)1/2

植物的作用:农作物从进入土壤的污水中吸收大量的氮磷化合物与有机营养物,使污水得到净化。农作物根系吸取一定量的污水,并通过根系作用,增加土壤的透气性,又可起到土壤中微生物介质作用。

55. 影响土地处理的因素

公众卫生的影响:防止污水中所携带的致病菌传播或传染病的蔓延,防止污水中的有毒有害物质对地下水的污染和对农作物的危害。灌溉应与居民区有较远的隔离带,并且在下风向﹑下水向,场地边缘至少距饮水源地100m以上的距离。

气候条件与土壤性质的影响:气候条件不仅影响污水的水力负荷,而且影响处理效果(雨季负荷降低,冬季停止运行)。土壤性质是选择土地处理系统类型与操作方式的决定性因素。

56. 土地处理系统类型

共有四个类型:慢速渗滤系统﹑快速渗滤系统﹑地表漫流和地下渗滤。 慢速渗滤系统:市政系统有组织与严格管理的﹑以污水处理为主要目的﹑兼有全面的农业经济目的,按季节种植粮食或经济作物的土地处理系统。

快速渗滤:主要目的是以高渗透性的沙质土壤表层土为天然滤床,污水通过表层土过滤,达到净化效果。其不受季节影响,种植的作物仅起防止土壤冲刷的作用。

地表漫流:以表层土壤﹑植物与空气的共同作用,使污水得到净化。污水流经有植被的人工坡地,主要依靠生物系统达到净化目的。

地下渗滤:将污水引至地下一定深度,利用土壤渗滤作用和毛细浸润作用处理污水。

57. 水力负荷与污染物负荷

水力负荷:土地处理系统对污水处理能力的一项技术指标,是指规定的时间内,可注入该系统的污水平均深度。

污染物负荷:对污水中的氮化物﹑有机物与其他污染物的处理能力的指标。控制总氮平衡十分重要,以防止NO3-污染地下水,影响作物生长。

58. 废水最终处置基本原则和处置方法

原则:根据污水收纳水体的功能﹑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对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该水体的总体功能与水质标准。有的城市就近水体环境容量较小,即使实施二级处理,仍不能保证水体功能和水质标准,则需考虑向较远的大容量水体传输或采取高级污水处理又或降低就近水体功能。

处置方法:废水湖泊(水库)处置﹑废水江河处置﹑废水河口处置和废水排海处置。

59. 水处理系统及其设计步骤

水处理系统一般包括取水系统﹑水处理系统﹑输配水系统(以上给水)﹑废水收集系统﹑废水处理和处置系统(以上排水)。

水处理系统的设计一般分阶段进行,工程规模较大时,分初步设计﹑技术设计和施工图三个阶段;工程规模小时,分扩大初步设计和施工图两个阶段。初步设计的任务是解决整个工程的原则性问题,进行不同方案的分析。技术设计的任务是使初步设计具体化,对工程项目的技术问题进行具体而详细的研究。施工图阶段是以技术图纸和说明书为依据,绘制施工图和编写施工说明书,一边按图配料施工。

60. 配水管网布置

给水管网的作用是将水从水处理厂输送至用户,按其功能一般分为输水管和配水管网两部分。输水管(流量无变化)指从水源地到水厂和水厂到配水管网的管道;配水管(流量随用水情况而变)是指直接向用户送水的管道,呈网状,又称管网。

配水干管应按供水的主要方向延伸,尽可能以最短的距离达到主要用水地区或水塔和水池,应布置在两侧有较大用户的道路下。

为缩小间或出现的断水区,干管应均匀布置。最好有机条平行的干管通向大用户或水塔和水池。

配水管倒在街道下的位置与高程,应与其他地下管线配合,以便排管和检修。

配水管网的布置可分为树枝网和环状网,考虑分期建设,初期采用树枝网,逐步连接建成环状网,或断水影响小的区域为树枝网,断水影响大的区域为环状网。

每米长度配水量,即比流量(m3/s·m)q=(Q-∑QJ)/∑L,(Q:最高日最高时用水量m3/s;∑QJ:集中流量总和;∑L:配水干管有效长度)。

61. 排水系统组成

排水系统:将污水﹑废水和城市降水系统的有组织的排除与处理的工程设施,其有管道系统和污水处理系统组成。管道系统的任务是收集和输送废水,把废水从发源地送到污水处理厂或排放口,包括排水设施﹑检查井﹑管渠﹑水泵站等工程设施;污水处理系统的任务是处理或利用废水。

排水可分为三类:生活污水﹑工业废水和降水,由于来源和特性不同,排除这些废水的排水系统构成也有所差别。

62 水泵的作用

在给水系统中,原水用水泵抽送至水厂,净化后的清水用水泵输送到配水管网,维持一定的压力,以满足用户的要求;在排水系统中,重力流管道的埋设达到一定深度时,须用水泵提升,以免埋深过大;在水处理厂中,常用水泵来维持一定的水头,是正常操作得以进行。

63. 给水处理工艺流程选择

给水处理的目的是去除水中悬浮物﹑胶体物质﹑细菌﹑及其他有害成分,使处理后的水质满足生活饮用或工业生产需要。常用的处理工艺有自然沉淀﹑混凝沉淀或澄清﹑过滤和消毒。其中混凝沉淀或澄清及过滤为地表水作为水源时的主体工艺,原水→混凝沉淀或澄清→过滤→消毒→饮用水。当原水浊度不大于100mg/L时,水质较稳定,无藻类繁殖,没有受工业废水污染时,可省去混凝沉淀或澄清,采用双层滤料直接过滤,原水→接触过滤→消毒→饮用水。原水浊度大,含砂量大,需先采用预沉池或沉砂池将含砂量降至1000mg/L,原水→预沉或沉砂→凝沉淀或澄清→过滤→消毒→饮用水。地下水水质较好,一般无需混凝沉淀或过滤,仅消毒即可。

64. 废水处理工艺流程选择

废水处理工艺流程的选择受废水水质影响较大。一般生活污水水质比较固定,处理的主要目的是降低污水的生化需氧量和悬浮固体,常用的处理方法包括沉淀﹑生物处理﹑消毒等;工业废水水质多样,无典型流程参考。

选择废水处理工艺流程时,必须首先确定工业废水和生活污水时一并处理还是分别处理。通常的做法是:出水量较大的重点污染企业采取独立的污水处理系统外,大多数分散的中小型企业的一般废水,排入城市下水道,与生活污水一起送往污水处理厂统一处理。某些特殊的含有有毒有害物质的工业废水,则要求在场内经过处理,达到规定标准后方能排往污水处理厂。废水处理流程的主要依据

处理程度主要取决于接受处理后废水的水体自净能力或处理后的出路。处理程度确定后,再按不同的处理方法的处理效率,选定处理流程。

65. 水处理中的水质监测

给水厂一般要求的测定项目有水温﹑浑浊度﹑颜色﹑pH﹑余氯﹑大肠菌群等,有时还增加测定嗅味﹑硬度﹑溶解固体等项目。

废水处理厂要求的测定项目变化较大一般有水温﹑pH﹑悬浮固体﹑BOD5﹑COD﹑氨氮等。

66. 大气结构

对流层:温度随高度增加而下降(地面长波辐射加热),空气对流,温度﹑湿度水平分布不均匀。平流层(臭氧):温度随高度增加而升高。中间层,暖层(电离层),散逸层。

67. 大气污染物种类☆

大气污染物可分为两大类包括粒污染物和气态污染物。

根据颗粒污染物物理性质不同分为:粉尘:悬浮于气体介质中细小固体粒子。由固体物质的破碎﹑分级﹑研磨等机械过程和土壤﹑岩石风化等自然过程形成的。粒径在1—100微米之间,大于10微米的,靠重力作用能在较短的时间沉降至地面,称为降尘;小于10微米的,能长期在大气中飘浮,称为飘尘。

烟:冶金过程中形成的固体粒子的气溶胶。在生产过程中总伴有氧化之类的化学反应,其熔融物质挥发后生成的气态物质冷凝时便生成了各种烟,粒径在0.01—1微米之间。

飞灰:由燃料燃烧后产生的烟气带走的灰分中分散的较细的粒子。灰分是含碳物质燃烧后残留的固体渣,在分析测定时假定完全燃烧。

黑烟:由燃烧产生的能见气溶胶,不包括水蒸气,粒径在0.05—1微米之间。 雾:小液体粒子的悬浮物,由于液体蒸汽的凝结﹑液体的雾化以及化学反应等过程形成的,粒径在200微米以下。

总悬浮颗粒物(TSP):大气中粒径小于100微米的所有固体颗粒,为适应我国目前普遍采取的低容量滤膜采样法而规定的。

气态污染物: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﹑碳氢化合物及卤素化合物等。

若大气污染物是从污染源直接排放的原始物质,则称为一次污染物;若是由一次污染物与大气中原有成分之间,或几种一次污染物之间,经过一系列化学光化学反应而生成与一次污染物性质不同的新污染物,则称之为二次污染物。

人类活动排放源主要有:燃料燃烧(固定源)﹑工业生产过程(固定源)和交通运输(流动源)。

区域性大气污染中应注意:SOx﹑NOx﹑CmHn﹑COx﹑飘尘和重金属;全球性大气污染中应注意:SO2﹑NOx﹑CO2﹑氟氯烃化合物﹑飘尘和铁﹑汞等重金属;二次污染物应注意:光化学烟雾和硫酸烟雾。

68. 光化学烟雾和硫酸烟雾的形成☆

硫酸烟雾:大气中二氧化硫等硫化物在有水雾﹑含有重金属的飘尘或氮氧化物存在时,发生一系列化学光化学反应而生成的硫酸雾或硫酸盐气溶胶。

光化学烟雾:在阳光照射下大气中的氮氧化物﹑碳氧化物﹑碳氢化合物和氧化剂发生一系列的光化学反应而成的蓝色(紫色或黄褐色)烟雾,其主要成分有臭氧﹑过氧乙酰基硝酸酯(PAN)﹑酮类和醛类等。

69. 大气质量控制标准

大气环境质量标准:一级标准:为保护自然生态和人群健康,在长期接触的情况下,不发生任何影响的空气质量要求。

二级标准:为保护人群健康和城市﹑乡村的动植物在长期和短期接触的情况下,不发生伤害的空气质量要求。

三级标准:为保护人群不发生急性﹑慢性中毒和城市一般动植物(敏感的除外)正常生长的空气质量要求。

根据各地区情况和大气污染程度大气质量分为三类

空气污染物排放标准:按污染物规律推算排放标准;K值法计算排放标准(地区不同K值不同)(我国P值);总量控制标准。

70. 废气排放控制系统☆

为使污染物能达标排放通常采用典型的控制系统:用集气罩将污染源产生的污染物收集起来,经颗粒除尘装置,再进入气态污染物净化装置,经风机,进入烟囱由此排入大气,在经历扩散稀释过程,达到大气质量标准。

71. 大气污染物控制的基本方法☆

大气污染控制的重点是控制污染源,将污染工艺更换为少污染或无污染的工艺是最理想的方法。探讨降低大气污染程度的工程问题,主要是讨论向大气排放的各种废气中污染物的去除问题。

污染物的捕集:环境能否达到卫生标准的关键步骤。捕集装置:集气罩。 颗粒污染物控制:机械除尘器:重力沉降室﹑惯性除尘器和旋风除尘器;过滤式除尘器(高效):袋式过滤器和颗粒层过滤器;静电除尘器(高效):干式静电除尘器和湿式静电除尘器;湿式除尘器:泡沫除尘器﹑喷雾塔﹑填料塔﹑冲击式除尘器和文丘里洗涤器(高效)。一种机械除尘器和三种高效除尘器中的一种配合使用。

气态污染物控制:可分为分离法和转化法。分离法是利用污染物与废气中其他组分的物理性质的差异使污染物从废气中分离出来,具体方法有物理吸收﹑吸附﹑冷凝和膜分离;转化法是使废气中的污染物发生某些化学反应,把污染物转

化为无害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。

污染物的稀释法控制:稀释法就是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地浓度,使污染物的地面浓度达到规定的环境质量标准。对于那些难于去除的有毒物质要降低到很低的浓度净化费用相当高,而以净化脱除为主,辅以烟囱排放稀释,经济上是合理的。稀释法控制包括大气扩散和烟囱设计两个方面。

72. 酸雨﹑温室效应和臭氧层破坏☆

酸雨:pH小于5.6的酸性降水。

酸雨的形成是一种复杂的大气化学物理现象。酸雨中含有多种无机酸和有机酸(硫酸和硝酸,以硫酸为主),其是由人为排放的二氧化硫和氮氧化物转化而成的(当地排放或迁移而来)。煤和石油燃烧以及金属冶炼等工业活动会释放SO2,通过气相或液相氧化反应生成硫酸,同时高温燃烧会使空气中的氮气和氧气生成一氧化氮,其在大气中与氧继续作用,大部分转化为NO2,遇水或水蒸气就会生成硝酸和亚硝酸。

温室效应:大气中二氧化碳浓度增加,阻止地球热量散失,使地球发生气温升高的现象。

大气中的二氧化碳不仅能选择性的吸收太阳辐射能,而且还能吸收地球表面辐射出的红外线能量,由于近地面大气中二氧化碳浓度增加,使蕴藏在大气中的能量增加,导致升温,升温的二氧化碳大气层再将能量逆辐射到地球表面,大气中的CO2阻隔地球散热的屏蔽作用增强了近地层的热效应。

臭氧层破坏:氟氯烃一旦进入平流层可滞留几个月甚至几年,其降解产生的Cl原子与O3反应破坏臭氧层,Cl+O3→ClO+O2,ClO+O→Cl+O2。氮氧化物与臭氧发生反应生成二氧化氮和氧,而氧化氮再和自由氧原子反应生成氧化氮和和氧分子,使平流层中的臭氧减少,NO+O3→NO2+O2,NO2+O→NO+O2,O3+O→2O2(净反应)。

73. 逆温现象☆

逆温:气温随高度的增加而增加,其温度垂直分布与标准大气的相反。出现逆温的气层叫逆温层。逆温层的出现将阻止气团的上升运动,使逆温层以下的污染物不能穿过逆温层,只能在其下方扩散,因此可能造成高浓度污染。

逆温分为接地逆温及上层逆温。若从地面开始就出现逆温,称为接地逆温,这时把从地面到某一高度的气层,称为接地逆温层;若在空中某一高度区间出现逆温,称其为上层逆温,该气层称为上部逆温层。逆温层的下限距地面的高度称为逆温高度,逆温层上、下限的高度差称为逆温厚度,上、下限间的温差称为逆温强度。

根据逆温层形成的原因,可将逆温分为辐射逆温、下沉逆温、地形逆温、锋面逆温和平流逆温等几种类型,其中与空气污染关系最密切的是辐射逆温。

74. 重力沉降

重力沉降是利用含尘气体中的颗粒受重力作用而自然沉降的原理,将颗粒污染物与气体分离的过程。重力沉降室结构简单,造价低,便于维护管理,压力损失小,而且可以处理高温气体。缺点是:沉降小颗粒的效率低,一般只能处理50 微米以上的大颗粒。其主要用于高效除尘装置的前期除尘。

沉降速度Vt=(ρp-ρ)gdp2/18μ,(ρp-ρ:颗粒与流体密度差,μ:流体粘度)

75. 旋风除尘器及工作原理

旋风除尘器是利用旋转的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,其结构简单﹑占地面积小﹑投资低﹑操作维护方便﹑压力损失中等﹑动力消耗不大,可用各种材料制造,能用于高温﹑高压和有腐蚀性的气体,并可直接回收干颗粒物。其一般用于捕集5—15微米以上的颗粒物,除尘效率可达80%,但对5微米以下的颗粒效率不高,一般用于预处理。

工作原理:含尘气流由进气管进入除尘器时,气流由直线运动变为圆周运动。旋转气流大部分沿器壁和圆筒体螺旋形线下,朝锥体运动,即外旋流。含尘气体在旋转过程中产生离心力,将重度大于气体的颗粒甩向器壁,与器壁接触,失去惯性沿壁面下落进入排灰管。外旋气流在达到锥体时,其切向速度不断提高,在锥体下端某一位置,便以同样的旋转方向在旋风除尘器中由下回转而上,继续作螺旋运动,即内旋流。最后净化气体经上部排气管排出器外,一部分未被捕集的也随之带出。

捕集效率εd=1-exp[-0.693(dp/dc50)1/(n+1)],n=1-(1-0.67D0.14)(T/283)0.33,(D:旋风除尘器直径,T气体绝对温度)

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

76. 静电除尘器的特点☆

静电除尘是利用静电力从气体中分离悬浮粒子的一种方法。其分离能量通过静电力直接作用于尘粒上,而不是作用于整个气流上,因此消耗能量很低,气压损失很小。相对大的静电力作用于粒子上,既是对微小的粒子也能有效地捕集,故除尘效率很高(大于99%)。此外,还具有处理气量大,能连续操作,可用于高温高压场合等特点,应用相当广泛。其主要缺点有设备庞大,占地,一次性投资费用高,不易实现对高比电阻粉尘的捕集。

77. 静电除尘原理

静电除尘器有放电电极和集尘电极组成。放电极(电晕极)是一根曲率半径很小的纤细裸露电线,上端与直流电源的一级相连,下端有一吊锤固定其位置;集

尘极是具有一定面积的管或板,与电极另一端相连。在两极间加一较高电压,则在放电极附近电场强度很大,而在集尘极相对很小,在两极间形成不均匀电场。其除尘过程包括:气体电离﹑粒子荷电﹑荷电粒子的迁移和沉积与清除。

气体电离:利用放电极周围的电晕现象使气体电离。

粒子荷电:离子在电场力的作用下定向运动,并于粒子碰撞使粒子荷电,称为电场荷电;离子扩散而使粒子荷电,称为扩散荷电。

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,达到集尘极时,颗粒上的电荷便与集尘极上电荷中和,粒子恢复电中性,即颗粒的放电过程。

颗粒的清除:气流中的颗粒在集尘极上连续沉积,厚度不断增大,最靠近集尘极的颗粒已把大部分电荷传导给极板,使极板与颗粒之间静电力减弱,颗粒有脱离极板的趋势。但由于颗粒层电阻的存在,外层颗粒没有失去电荷,其与极板间的静电力足以使靠近极板的非荷电颗粒被压在极板上,需用振打或其他清灰方式将这些颗粒层强制破坏,使其落入灰斗而去除。

78. 袋式除尘器特点

袋式除尘器是利用棉﹑毛或人造纤维等加工的滤布捕集尘粒的过程。其除尘效率高,特别是对细粉也有很高的捕集效率(99%以上);适应性强,可处理不同类型的颗粒污染物,根据处理气量可设计成小型袋滤器,也可设计成大型袋房;操作弹性大,入气口含尘浓度变化较大时,对除尘效率影响不大,对气流速度的变化也有一定的稳定性;结构简单,使用灵活,便于回收干料,不存在污泥处理。袋式除尘器应用主要受滤布的耐温﹑耐腐等操作性能的限制,滤布使用温度应小于300℃,不适于粘结性强及吸湿性强的尘粒,烟气温度不能低于露点温度,否则会在滤布上结露,导致滤袋堵塞。

滤布具有:容尘量大,可保留永久性尘粉;透气性好,过滤阻力低;抗皱拆性﹑耐磨﹑耐温﹑耐腐蚀,使用寿命长;吸湿性好,容易除尘;成本低的特点。

79. 袋式除尘机理

袋式除尘分两个阶段:首先是含尘气体通过清洁滤布,这时起捕尘作用的主要是纤维,清洁滤布由于空隙率很大,故除尘效率不高;当捕集的尘量不断增加,一部分粉尘嵌于滤料内部,一部分覆盖在表面上形成一层粉尘层,此时含尘气体的过滤主要依靠粉尘层进行,是除尘效率大大提高,随着粉尘层的增厚,除尘效率不断增加,但气体的阻力损失也同时增加,因此粉尘层积累到一定厚度后,须利用各种清灰方式将粉尘排除除尘器。

除尘机理:筛滤作用:当粉尘粒径大于滤布孔隙或沉积在滤布上的尘粒间孔隙时,粉尘被截留下来。

惯性碰撞:当含尘气流接近滤布纤维时,气流绕过纤维,而尘粒由于惯性作用继续直线前进,碰撞到纤维而被捕集。

扩散和静电作用:小于一微米的尘粒,在气体分子的碰撞下脱离流线,向气体分子一样做布朗运动,如果在运动过程中和纤维接触,便可从气流中分离出来,即扩散作用。一般滤布和粉尘都可能带电荷,如果有外加电场,可强化静电效应,提高除尘效率。

重力沉降:当缓慢运动的含尘气流进入除尘器后,粒径和密度大的尘粒可在重力作用下自然沉降下来。(以上捕集机理通常不是同时有效)

80. 湿式除尘特点

湿式除尘是利用洗涤剂(水)与含尘气体充分接触,将尘粒洗涤下来而使气体净化的方法。其除尘效率高,除尘器结构简单,造价低,占地面积小,操作维修方便,特别适于处理高温﹑高湿﹑易燃﹑易爆的含尘气体,在除尘的同时还能除去部分气态污染物,应用很广。其缺点是需对洗涤后含尘污水﹑污泥进行处理;对于净化含有腐蚀性的气态污染物时,洗涤水将具有一定程度的腐蚀性,设备易受腐蚀,应采取防腐措施,比一般干式除尘器操作费用高。

81. 湿式除尘机理

惯性碰撞:当含尘气流经过障碍物(液滴)时,气流改变方向,而尘粒由于惯性作用继续直线前进,脱离气流碰撞到液滴而被捕集。碰撞效率ε=(d0/dL)2。

扩散:小于0.3微米的尘粒,向气体分子一样做布朗运动,如果在运动过程中和液滴接触而被捕集。

粘附:当尘粒半径大于粉尘中心到液滴边缘距离时,粉尘被液滴粘附而被捕集。

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,饱和蒸汽会在液滴表面凝结,形成一个向液滴运动的附加气流,这种气流促使尘粒向液滴移动,并沉积于液滴表面而被捕集。

凝聚作用:通过排烟系统排出的烟雾通常含有水蒸气﹑硫酸酐和气态有机物,当温度降低时,这些凝结成份就会被吸附在尘粒表面,使尘粒彼此凝结成较大的二次颗粒,易于被液滴捕集。

单个液滴的捕集效率εS=1-(1-εL)(1-εR)(1-εD)?,即各种捕集作用的串联。

文丘里洗涤器由文丘里管和脱水装置两部分组成,原理:由于高速气流的摩擦力使液体分裂为很多细小的液滴,增大了气液界面,使尘粒与液滴发生有效碰撞而捕集。

82. 除尘器性能指标☆

技术指标:处理气量﹑压力损失﹑捕集效率。

经济指标:基建投资﹑运转管理费用﹑占地面积和使用寿命。

83. 气体吸附和吸附过程

气体吸附: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分子的分子引力或化学键力,把混合物中的某一组分或某些组分留在固体表面上的分离气体混合物的过程。吸附净化法的优点是效率高,能回收有用组分,设备简单操作方便,易于实现自动控制,但吸附容量一般不高。

吸附过程可分为物理吸附和化学吸附。物理吸附主要是靠分子间的范德华力产生的,可以是单层吸附,也可以是多层吸附。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。同一物质在较低温度下可能发生的是物理吸附,而在较高温度下多是化学吸附,即物理吸附发生在化学吸附之前,当吸附剂有了足够的活化能后发生化学吸附。

吸附装置可分为固定床﹑流动床和沸腾床。

84. 吸附剂的要求和再生

吸附剂的要求:有大的比表面积;选择性好,有利于混合气体的分离;有一定的粒度﹑机械强度﹑化学稳定性和热稳定性;大的吸附容量;来源广泛,价格低廉。

吸附剂再生方法:加热解析再生:利用吸附剂的吸附容量在等压条件下随温度升高而降低的特点,在低温下吸附,然后提高温度,在高温下吹扫脱附,也称变温吸附。

降压或真空解吸:利用吸附容量在等温条件下随压力降低而降低的特点,在加压下吸附,然后在降压或真空下解吸,或用无吸附性的吹洗气解吸,也称变压吸附。

置换再生法:对某些热敏性物质,在高温下容易聚合,可采用亲和力较强的试剂进行置换,使吸附质脱附,又称变浓吸附。

85. 工业上常用的吸附剂和其常用领域☆

工业上常用的吸附剂有:活性炭﹑活性氧化铝﹑硅胶和沸石分子筛。

活性炭:比表面极大,化学稳定性好,抗酸耐碱,热稳定性高,主要用于有机蒸汽的吸附,也可用于吸附氮氧化物和SO2。

活性氧化铝:一种极性吸附剂,用于气体干燥和含氟废气的干燥。

硅胶:吸水性强常用于气体干燥。

沸石分子筛:强极性吸附剂,在高温和低压下吸附能力强,常用于气体干燥。

86. 催化转化相关内容

催化转化是使气态污染物通过催化剂床层,经催化反应,转化为无害物质或易于处理和回收利用的物质的方法,其与其他净化法的区别在于,无需使污染物与住气流分离,避免了其他方法可能产生的二次污染,又使操作过程得到简化。催化转化对不同浓度的污染物都具有很高的转化率。其缺点是催化剂价格较高,废气预热要耗费一定的能力。

催化剂由主活性物质﹑载体和助催剂组成。其特性有:只能缩短反应达到平衡的时间;具有选择性;有一定的活性温度范围;有中毒﹑衰老的特性。

反应速度常数k=f×exp(E/RT),(f:频率因子,E:活化能,R:气体常数,T:绝对温度)

87. 燃烧相关内容

燃烧法是通过热氧化作用将废气中的可燃有害成分转化为无害或易于进一步处理和回收物质的方法(有消烟,除臭作用)。

燃烧类型:直接燃烧:可燃性气体浓度高于爆炸下限时,燃烧放热可使燃烧温度达1100℃,这样的气体可用明火点燃。

热力燃烧:工业废气中可燃成份的浓度一般低于爆炸下限,燃烧放热达不到600℃以上,不能用明火点燃,需预热到600℃以上,才能进行燃烧反应。

催化燃烧:废气中可燃成份的浓度低于爆炸下限,在催化剂的参与下废气预热至200—400℃,便可进行燃烧。

混合爆炸极限Cm=100/[(a/c1)+(b/c2)+?],(a,b:各组分浓度百分含量;c1,c2:组分爆炸极限)

88. 冷凝法及其特点

冷凝法是利用物质在不同温度下具有不同的饱和蒸汽压的性质,采用降低系统温度或提高系统压力,使处于蒸汽状态的污染物冷凝从废气中分离出来的过程。其特别适用于处理废气浓度在10000ppm以上的有机溶剂蒸汽。冷凝法在理论上可达到很高的净化程度,但对于害物质,可能要进行两步冷凝才能达到要求,第一步水冷凝,第二步进行冷冻,这样费用就会增高。所以冷凝法不适宜处理低浓度废气,常作为吸附﹑燃烧等处理高浓废气的前处理,以便减轻负荷。

89. 冷凝原理

冷凝法是利用气态污染物在不同温度及压力下具有不同的饱和蒸汽压,在降低温度或提高压力下,某些污染物凝结出来,以达到净化回收的目的。对应于废气中有害物质的饱和蒸汽压下的温度,即为混合气体的露点温度(在一定温度下,某气体物质开始冷凝出现第一个液滴的温度)。混合气体中有害物质必须在露点一下,才能冷凝出来。另外,在恒压下加热液体,液体出现第一个气泡是的温度为泡点。冷凝温度一般在露点和泡点之间,越接近泡点,净化程度越高。

压缩法是使气态有害物质在临界温度和压力下变成液态,从而去除回收有害物质,但费用高,使用少。

接触冷凝是被冷却的气体与冷却液直接接触。优点是有利于传热,但冷凝液需进一步处理。

表面冷凝(间接冷凝)是冷却壁把废气和冷却液分开,因而冷却液体很纯,可以直接回收利用。总换热量q=kAΔt,(k:传热系数,A:传热面积,Δt:温差)

回收有害物质的最大量G=0.12[P1/T1-P2/T2×(101325-P1)/(101325-P2)]QM,(Q:废气处理量;M:有害物质分子量;1,2:冷凝前后)

90. 废气生物处理☆

废气的生物处理是利用微生物的生命活动过程把废气中的气态污染物装化成少害甚至无害的物质。生物处理不需要再生过程和其他高级处理,其有设备简单费用低等优点。

废气的生物处理是利用微生物新陈代谢过程需要营养物质这一特点,把废气中有害物质转化为无害物质。按获取营养方式不同,微生物分为自养菌和异养菌。影响微生物生长的因素就是影响废气生物处理的因素,包括温度和pH。

生物处理废气有两种方式:生物吸收法:先把污染物从气相转移到水中,然后进行废水的微生物处理;生物过滤法:用附着于固体过滤材料表面的微生物完成。

生物处理设备:生物吸收装置:包括吸收器和废水生物处理反应器,废气从吸收器底部通入,与水逆流接触污染物被水吸收后由顶部排出,污染了的水从吸收器底部流出,进入生物反应器经微生物再生后循环使用。

生物过滤装置:生物过滤法常用于有臭味废气的降解。采用生物过滤法必须满足:废气中所含污染物成分必须能被过滤材料吸收;这些污染物可被微生物降解;生物转化产物不妨碍主要的转化过程。最好的过滤材料是可供微生物生长的培养基。

91. 烟尘脱硫﹑氮控制措施☆

喷雾干燥脱硫:以石灰为吸收剂,石灰经消化并加水制成消石灰乳,由泵打入位于吸收塔内的雾化装置,雾化成细小液滴与烟气混合接触,与SO2反应生成CaSO3,SO2被去除,同时吸收剂带入的水分迅速被蒸干,烟气温度降低,脱硫产物和多余吸收剂以干燥的颗粒物的形式随烟气带出吸收塔,进入除尘器被收集,脱硫后的烟气经除尘器后排放。

氨水洗涤法脱硫:以氨水为吸收剂,排出的烟气经换热器冷却至90—100℃,进入预洗涤器除去HCl和HF,然后经液滴分离器去除H2O后进入前置洗涤器,氨水自塔顶喷淋洗涤烟气, SO2被吸收去除,经洗涤的烟气再一次经液滴分离器去除水分,进入脱硫洗涤器进一步洗涤,经洗涤塔顶去除雾滴,再进入脱硫洗涤器,最后烟气经换热器加热后经烟囱排放,此过程中产生硫酸铵化肥。

选择性催化还原法脱氮:在固体催化剂存在的条件下利用各种还原性气体,如:H2﹑CO﹑烃类﹑NH3和NO反应使之转化为N2的方法。

92. 电子束法和膜分离法

电子束法:将排放的废气冷却到70℃左右,根据排除气体中SO2及NOx的浓度确定加入微量的氨量,然后将含有氨的混合气体送入反应器。经电子束照射,

SO2和NOx受电子束强烈氧化,在极短的时间内转化成H2SO4和HNO3,这些酸与周围的氨气反应生成(NH4)2SO4和NH4NO3的微细粉粒,粉粒经捕集器回收作农肥,净化气体经烟囱排入大气。此反应大致分三个过程进行:生成具有氧化活性的物质(高能电子与N2﹑O2﹑H2O碰撞生成OH﹑O﹑HO2);SOx和NOx的氧化;(NH4)2SO4和NH4NO3的生成;三个过程相互重叠,相互影响。

电子束法工艺特点:同时脱硫氧化物和氮氧化物;结构简单,操作容易;副产品可作肥料,无二次污染;投资少,运行费用低。

膜分离法:混合气体在压力梯度作用下,透过特定的薄膜时,不同的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。气体分离膜可分为固体膜和液体膜两种。

93. 气象的动力因子和热力因子

动力因子:风:空气的铅垂运动为升降气流,水平运动为风。

大气湍流:风在摩擦层中,风速时快时慢,风向忽上忽下忽左忽右,不断变化的阵性和摆动。近地层大气湍流有两种形式:机械湍流(由机械力产生)和热力湍流(热力产生)。大气污染物的扩散,主要靠大气湍流作用。

局地风:不同地形条件下,由于近地层大气的增热和冷却速度不同而引起的局部空气环流。包括:海陆风(昼地表受热温高,下层风由海向陆,海风;夜地表散热快温低,下层风由陆向海,陆风)﹑山谷风(昼山坡吸热比山谷快,风由谷向坡,谷风;夜山坡散热快,风由坡向谷,山风)﹑城市热岛效应(城市热源和地面覆盖物的差异导致的比其他地区热的现象)。

热力因子:大气温度层结:气温随高度的分布。干绝热递减率γd=0.98K/100m;气温递减率:γ=-dT/dZ。温度层结四种类型γ﹤γd超绝热;γ=γd中性;γ=0等温;γ﹤0逆温。

逆温:根据逆温层形成的原因,可将逆温分为辐射逆温、下沉逆温、地形逆温、锋面逆温和平流逆温等几种类型,其中与空气污染关系最密切的是辐射逆温。

大气稳定度:一团空气受对流冲击力的作用,产生向上或向下的运动,当外力去除后,气团逐渐减速有回到原来高度的趋势(稳定);气团加速升降(不稳定);气团不加速也不减速(中性平衡状态),大气越不稳定,对污染物的扩散速率越快。气团加速度a=g(γ-γd/T)△Z,(△Z:气团垂直位移)

影响烟气排放的因素: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﹑大气稳定度和逆温)﹑下垫面(地形和建筑物构型)。

污染物浓度和水平扩散参数随时间的变化:C1=C2(t2/t1)P,σy1=σy2(t2/t1)P,(C:浓度,t:时间,P:稀释指数,σ:水平扩散参数)

94. 固体废物对人类环境的危害☆

占据大片土地:由于大量固体废物的产生与积累,已有大片土地被堆占。随着时间的延续,固体废物的堆积量还不断地增加,对人口众多,耕地面积少的我国是极大的威胁。

污染土壤与水体﹑危害人类健康:固体废物是多种污染物的集合体,在大量露天堆置条件下,经长期降水的淋溶﹑地表径流的渗沥,其中各类污染物质随水流扩散至土壤﹑地下水与地表水源中,通过食物链与饮水危害人体健康,并可导致土壤盐碱化。

污染大气﹑影响环境卫生:固体废物在自然环境中堆置,可通过气象作用和飞尘微生物作用产生的恶臭以及化学反应产生的有害气体等污染大气。废物的堆置为蚊蝇与寄生虫的滋生提供了有利场所,有导致传染疾病的潜在威胁。

总之,固体废物对人类环境危害具有多样性﹑长期性与潜在性。

95. 固体废弃物性质

工业固体废弃与城市垃圾的成份与性质有明显差异。工业固体废弃带有明显的行业特征,其中大部分含有可利用的资源。有些行业产生有毒有害或危险性固体废物,因此大多说工业固体废物不与城市垃圾相混合,而按行业单独管理处理,有利于资源回收和对有毒有害废物的特殊处理与处置。

城市垃圾的物理性质:含水率:固体废物的含水率与污泥不同属于低含水率,受地区与季节影响显著,在收集与运输过程中发生传递,因此固体废物的含水率应按地区与季节定期测定。含水率(M%)=(W-d)/W×100,(W:湿重,d:干燥后重量)。

颗粒表观尺寸分布:以颗粒的最大尺寸与通过筛子的比率表示。

容重:收集站堆放条件下单位体积固体废物的质量。

化学性质:化学成分和热(能)值。

96. 减少固体废物产量的途径☆

减少固体废物产量是缓解人类环境不断恶化的重要措施,由社会物流的投入等于产出的关系可以确定,减少固体废物产量的唯一出路就是减少材料的投入量。因为原料投入与废物产出处于一个平衡的交变过程,不仅废物量随原料的投入量变化,而且在人为控制废物排放量时,原料的投入量也随之减少。

具体途径有:降低单位产品原料用量﹑延长产品使用寿命:通过产品设计改革与技术的改进,在不影响产品性能的条件下,适当降低单位产品的材料用量,并延长其使用寿命。

废物中回收有用物料:城市垃圾中就有许多成分可回收利用,而从工矿企业固体废物中回收有用资源的潜力又远比城市垃圾要高。

提高物品重复利用次数:主要体现在城市居民生活中商品包装物的重复使用问题。

固体废物处理原则:减量化、资源化、无害化。

Q投入=Q输出=Q产品+Q副产品+Q流失+Q废物,废渣产率R=Q废物/Q产品

97. 城市垃圾管理系统

城市垃圾管理系统包括六个功能环节:固体废弃物产源地管理(控制产量,掌握来源﹑产量﹑性质,分类);分散堆存;收集系统;转移和运输;处理(缩减容积)与材料回收;最终处理(对环境的影响降低到最小限度)。

城市垃圾就地管理体制

居民区垃圾就地管理:垃圾通道(卫生难以保证,已基本消失),垃圾箱(分类)。

工商业与公共建筑内垃圾管理:量大而集中,需设专职保洁员及时清理并运至就近储存站。

开放区域垃圾就地管理:定点设置垃圾筒,由保洁人员及时清理场地与筒内垃圾,定期运送至储存站。

98. 城市垃圾的收集

居民生活垃圾的收集方式:路边收集﹑小巷收集与院落收集。

商业与公共建筑垃圾收集:路边收集﹑小巷收集,也可以采用大容积活动或固定型容器,配以固定压实器的方式。

城市垃圾收集系统按操作方式不同分为托运容器系统(已装满垃圾的容器被收集车托运至处理站)和定点容器系统(小型容器收集车收集其中垃圾)。

99. 土壤污染的特点☆

隐蔽性和滞后性:土壤污染不能通过感观直接发现,要通过对土壤样品进行分析和化验和农作物残留的检测,甚至要通过研究人畜健康状况的影响才能确定,因此土壤污染从产生到出现问题通常滞后较长时间。

累积性:污染物质在土壤中不容易扩散和稀释,容易在土壤中不断累积超标,同时也是土壤污染有一定的地域性。

不可逆转性:重金属污染对土壤基本上是一个不可逆的过程,许多有机物质对土壤的污染也需较长时间才能降解。

难以治理:积累在污染土壤中的难降解污染物很难靠稀释作用和自净化作用消除,依靠切断污染源的方法也很难恢复,要靠换土﹑淋洗等方法才能解决,治理土壤污染成本高周期长。

后果严重:土壤中污染物超过植物的忍耐限度会破坏植物根系吸收和代谢,使其光合作用衰退,农作物牧草产量下降,而且一些污染物在植物体内残留影响植物生长发育,导致遗传变异,通过食物链危害人类健康。土壤层污染会因淋洗渗透而污染水源。土壤污染还会破坏土壤中微生物平衡,使病菌大量繁殖和传播,造成疫病蔓延。

100. 固体废物处理技术

固体废物处理是与资源回收﹑资源综合利用联系在一起的,处理的目的是为资源回收创造条件,两者的综合效果又可达到减少废物最终处置体积,提高经济和社会效益的目的。主要的处理技术包括:压实﹑破碎﹑分选﹑脱水与干燥,以及对有毒有害固体废物的化学处理和固定化技术。

压实:减少固体废物表观体积,提高运输与管理效率的一种技术(空隙率减少,容重增大)。

破碎:减少固体废物颗粒尺寸,使之质地均匀,从而降低空隙率,增大容重,此外,还有减少臭味,防止鼠类﹑蚊蝇滋生,减少火灾机会的作用。

分选:目的是将各种有用资源采用人工或机械的方法分门别类,回用于不同的生产中。风力分选(重力分选中最常用):利用不同物质的密度差异,使轻重颗粒分离(空气流作携带介质)。条件有颗粒间密度差异;颗粒与空气间密度差异;颗粒有适度的粒径;空气流可将料团吹成按密度分布的形式。磁选:利用废物中不同组分的磁性差异实现分离。筛分:根据废物颗粒尺寸大小分选,有均匀筛孔的筛分器只允许小于筛空的颗粒通过,较大颗粒被排除。惯性筛分:利用对固体颗粒的弹射作用力和重力综合作用达到轻重组分分离的目的。浮选:利用投加适宜于被分离物料表面性质的化学浮选剂,根据废物表面性质的差异,借助水中泡沫浮力,从混合物中分离物料。淘汰分选:废物随交变震荡的水流逐级分层,密度小的浮于表面而溢流,密度大的沉于筛底。静电分离:在导体和绝缘体中通过充电识别,分离出导体。

脱水与干燥:脱水:常见于城市污水与工业废水的污泥处理以及类似于污泥含水率的其他固体废物,凡含水率超过90%的固体废物,必须先脱水减容,以便包装与运输,脱水的方法有机械脱水与固定床干化脱水。干燥:利用轻物料进行能源回收和焚烧处理时,须先干燥,以去水减重,干燥器有三种加热方式,即对流(最多)﹑传导与辐射。

有毒有害固体废物的化学处理和固定:化学处理:仅限于对单一成分和化学性质相近的混合成分进行处理,包括中和法(酸性用石灰﹑氢氧化钠和碳酸钠;碱性用硫酸或盐酸)和氧化还原法(将固废中可发生价态变化的某些有毒成分转化为无毒或低毒,且有化学稳定性的物质)。固定:利用物理化学方法将有害固体物质固定或包容在惰性固体基质内,使之呈现化学稳定性或密封性,包括水泥固化﹑石灰固化﹑沥青固化﹑玻璃固化﹑热塑性材料固化﹑有机聚合物固化和自胶结固化。

固体废物→贮存场→破碎→磁选(金属回收)→风选(可与磁选对调)→旋分器(主要有机组分)→除尘设备→排气。

101. 固体废物的生物转化

生物转化工艺包括垃圾堆肥﹑厌氧生物转化和发酵技术。

堆肥是指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转化为比较稳定的腐殖肥料过程,其实质是一种发酵过程。可分为厌氧和好氧两种堆肥方式。

厌氧堆肥是将垃圾在与空气隔绝的条件下堆积发酵,分为酸性和碱性发酵两个阶段:第一阶段中,在产酸菌和腐化菌的作用下,垃圾中的含碳有机物被水解,其最终产物为有机酸,部分为CO2﹑硫化物和氢,pH下降。第二阶段是甲烷菌在厌氧条件下分解有机酸与醇类,生成甲烷,部分转化为CO2﹑NH3与硫化氢等气体,pH上升。由于厌氧堆肥所需时间较长,且环境比较恶劣,只适于小规模农家堆肥。

好氧堆肥是好氧菌在空气充足条件下,使垃圾中有机物发生一系列放热分解反应,最终使之转化为简单而稳定的腐化物的过程,分解速度较快,环境条件较好,适于大规模生产。包括四个阶段:发酵阶段:要满足的工艺条件有碳氮比20:1—80:1;含水率50%—60%;温度;pH5—8;空气需要量(保证通风条件)。熟化阶段:发酵完成后,微生物还比较活跃,其中未被分解的有机物将继续分解,C/N较高,经熟化的肥料有利于农作物生长。加工:去除杂物碎片,进一步破碎筛分。贮存:注意防雨。

厌氧消化技术是通过厌氧微生物的生物转化作用,将垃圾中可生物降解的有机质分解,转化为能源产品—沼气CH4,可分解为三项主要操作:垃圾预处理﹑配料制浆﹑厌氧消化处理与沼气回收。

102. 城市垃圾的焚烧与热解

城市垃圾中含有的可燃物质的比率远超过可生物降解的物质,采用焚烧技术处理城市垃圾,回收热资源是城市垃圾资源化的又一途径。进行焚烧的垃圾要求有低燃点和高热值。焚烧过程的基本条件:燃烧炉内停留时间(加热﹑起燃﹑燃尽),破碎缩短停留时间;燃料与空气混合状态,混合越充分,紊流度越大,燃烧越充分;燃烧过程温度,取决于燃料性质,并于炉体结构和供风量有关。一个完整的城市垃圾焚烧与热转化产物回收系统包括七个支系统:城市垃圾处理与贮存﹑进料系统﹑燃烧室﹑废气排放与污染物控制系统﹑排查系统﹑焚烧炉的控制与测试系统和热源回收系统。燃烧炉效率E=100(1-Vr/Vf)=(1-fr)/(Ar+fr),(Vr:单位时间内排出灰渣中可燃物含量,Vf:单位时间内进料中可燃物含量,fr:炉渣中可燃物含量,Ar:炉渣中灰分含量)。

由于大多数有机化合物有热不稳定性特征,因此将其将其置于缺氧的高温条件下,在分解与缩合的共同作用下,有机物将发生裂解,转化为分子量较小的气态﹑液态与固态组分,即热解。焚烧是在高电极电位条件下的氧化放热分解反应,而热解则是在低电极电位条件下的吸热分解反应,因此热解也称干馏。

103. 固体废物最终处理☆

固体废物最终处理包括陆地处理(陆地填埋﹑土地耕作﹑深井灌注)和海洋处理。

陆地填埋:一般城市垃圾和无害化的工业废渣基于环境卫生角度采用卫生填埋,而对于有毒有害废物基于安全的考虑采用安全填埋。选择卫生填埋场时应考虑以下因素:场地有效利用面积(满足5—20年);资源回收与预处理(填埋前要对固废进一步加工处理回收有用资源,实现经济效益,减少废物体积和填埋用地);运输距离(不可太远,避免影响居民区环境);土壤与地形条件(地形对填埋方式起决定性作用,制约采土方法,影响地表径流的排泄);气象条件(居民取下风向);地表与地质水文条件(考虑地表径流和洪水泛滥的情况);地区环境条件(远离居民区与工业区);填埋场封场后最终利用与开发。

土地耕作:基于离子交换﹑吸附﹑微生物生物降解和渗滤水浸取﹑降解产物挥发等综合作用,处理富含可降解有机质﹑含盐低﹑不含有毒害性物质的废物。废物大部分有机质被分解,一部分与土壤底质结合,改善土壤结构增长肥效,另一部分挥发于大气中,未分解部分永久存留于土壤中。可用于经加工处理后的城市垃圾和废水污泥以及石油化工产生的某些固体废物。

深井灌注:将固体废物液体化,利用强制性措施注入与饮用地下水层隔绝的可渗性岩层内

海洋处理:包括海洋倾倒和远洋焚烧处理。

104. 噪声的来源

噪声按声源分为工业交通噪声和生活噪声,前者主要有空气动力性噪声﹑机械性噪声和电磁性噪声;后者主要有电声性噪声﹑声乐性噪声和人类语言性噪声。

空气动力性噪声:高速气流﹑不稳定气流中由于涡流或压力的突变引起了气体的振动而产生的。

机械性噪声:在撞击﹑摩擦和交变的机械力作用下部件振动而产生的。 电磁性噪声:由于磁场脉动﹑磁场伸缩引起电气部件振动而产生的。 电声性噪声:由于电—声转换而产生的。

105. 噪声的特征

一种声音是否属于噪声完全由判断者心理和生理上的因素决定;噪声具有局部性,声音在空气中传播衰减很快,不像大气污染和水污染影响面广;噪声污染在环境中不会有残留污染物存在,一旦噪声源停止发生,噪声污染立即消失;噪声一般不直接致命或致病,它的危害是慢性和间接的。

106. 噪声的防治☆

噪声污染涉及噪声源﹑传播途径和接受者三个环节,噪声防治要对三个环节作综合考虑。噪声控制的一般程序:进行噪声污染情况调查,测量噪声级和频谱

分析,确定噪声源,决定降低噪声的目标,研究噪声控制的方法,确定和实施方案。

噪声源控制(最彻底):分析噪声源发声机理,消除噪声发生根源:改进结构(采用发声小的材料制造机件,采取精密的结构和传动方式);改造生产工艺,选用低噪设备(以焊代铆,以液压代冲压);提高机械加工和装配精度,减少机械摩擦和振动;降低高压高速气流压差和流速,改变喷口形状。采用吸声﹑隔声﹑减振﹑隔振和安装消声器等措施。

噪声传播途径控制(声源控制效果不好或不能实施):噪声强度与距离成反比,通过合理布局远离噪声源或利用屏障阻挡噪声;噪声具有高频指向性,可通过改变设备安装方向,使噪声指向天空或旷野;最有效的办法是在噪声传播途径上采用声学控制措施。

对接受者的防护:减少人员在噪声环境中的暴露时间,采用个人防护手段。

107. 噪声控制基本技术

吸声:吸声材料(多孔材料)和吸声结构(共振结构),吸声结构有薄板﹑穿孔板和空间吸声体。

隔声:反射和吸收声能,隔声量R=10lg(Ii/It)=10lg(1/τ),(Ii,It:入射和透射声强;τ:透声系数),包括单层均匀结构﹑双层结构﹑隔声罩和隔声间。

消声器:控制气流噪声,装在空气动力设备的气流通道或进﹑排气口上,分为阻性消声器﹑抗性消声器﹑复合式消声器和微穿孔板消声器。

108. 振动公害的特征和防振技术

当振动频率在20—20000Hz的范围内时,振动源同时又是噪声源,当声源的振动激发了某些固体物件的振动以弹性波的形式传播,并向外辐射噪声,即固体声,特别是引起物体共振时,会辐射很强的噪声。振动还能直接作用于人体﹑设备和建筑,损伤人的机体,引起各种病症,损伤设备和建筑。振动对人的危害受心理和生理因素影响,但振动的危害主要取决于振动的频率﹑振幅和加速度,当振动的频率接近某一器官的固有频率时,引起共振对器官影响最大。高频振动时振幅影响是主要的,低频振动时加速度起主要作用。

防振技术:隔振技术包括弹簧隔振器﹑橡胶隔振器和防振沟;阻尼减振;质量平衡和动力吸振器。

109. 评价振动强弱的四个等级

振动的感觉阈:人体刚刚能够感觉到时振动的强度。

振动的舒适感觉降低阈:振动强度增加到一定强度,人感到不舒适,使人产生讨厌的感觉,但没有产生生理影响。

振动的疲劳—工效降低阈:振动强度继续增强,人产生心理和生理反应,振动通过刺激神经系统,对其他器官产生影响,使注意力转移,工作效率降低。当振动停止后,这些生理现象随之消失。

振动的极限阈:当振动的强度超过一定限度时,就会对人体造成病理性损伤,产生永久性病变,即使振动停止也不会复原。

110. 电磁辐射作用机理和对人体的危害

电气与电子设备运行过程会产生电磁辐射(主要是射频段),当其达到足够强度时,会使生物体产生热效应(极性分子﹑被极化的非极性分子和机体中的电解质振动发热)。当射频电磁场辐射强度在一定范围内时,对人体有良好作用,超出范围会破坏人体热平衡,有害健康。电磁辐射波长越短对人体作用越强。出于中短波频段的人员,经受一定强度和时间和施加的暴露,将产生身体不适,严重者引起神经衰弱和植物神经失调,但经一段时间可恢复;处于超短波和微波电磁场中的人员所受的危害相对严重,在高强度愈长时间作用下会对视觉器官造成严重损伤,对生育机能有不良影响。微波对对生物的危害有累积性。

111. 电磁污染源的种类与传播途径

射频电磁场分为两类:天然源和人为源,天然源是由于大气中发生电离作用,导致电荷的蓄积,从而引起的放电现象;人为源可分为工频场源(大功率输电线路产生的电磁污染为主)和射频场源(无线电或射频设备产生的电磁感应与电磁辐射引起)。

传播途径:空间辐射:电子设备与电气装置工作过程相当于一个多向发射天线,向空间辐射电磁能。一种以场源为核心,在半径在一个波长的范围内,电磁能向周围传播,以电磁感应的方式施加于附近仪器和人体;另一种在半径为一个波长的范围外传播,能量以空间放射的方式施加于敏感元件。

导线传播:当射频设备与其他设备共用一个电源或两者间有电器联结关系,电磁能既可通过导线传播。

复合传播污染:同时存在空间辐射和导线传播造成的电磁辐射污染。

112. 防治电磁辐射的基本方法

电磁屏蔽技术:采用能抑制电磁辐射能扩散的材料(良导体),将电磁源与外界隔离开来,使辐射能限制在某一范围内。当场源作用于屏蔽体时,因电磁感应屏蔽体产生反向磁力线,与场源磁力向相抵消达到屏蔽效应,屏蔽体接地可屏蔽电场,分为主动屏蔽和被动屏蔽。

吸收法控制微波污染:采用对微波辐射能产生强烈吸收作用的材料敷于场源外围。

远距离控制和自动操作:射频电磁场随距离增大而迅速衰减。

线路滤波:在电源线与设备交接处加装电源滤波器,以保证低频信号通畅,而将高频信号滤除。

合理设计工作参数,保证射频设备在匹配状态下操作。

个人防护:穿防护服,戴防护头盔和眼镜。

113. 放射性废物来源﹑危害和处理特点

放射性废物来源:核燃料生产过程中产生的放射性废物;核反应堆运行过程中产生的放射性废物;核燃料后处理过程中产生的放射性废物;放射性同位素应用过程中产生的放射性废物。

放射性废物的危害:放射性废物对人类机体和生态环境有严重破坏性,放射性核素通过外照射和内照射危害人类与生态机体。外照射由γ辐射体与部分β辐射体对人体的直接照射引起,对人的各系统造成损伤;内照射α辐射体为主的核素进入人体,积聚于不同的器官,产生破坏作用,具有累积性,比外照射危害严重。

放射性废物处理特点:控制标准以放射性单位表示的去污率衡量;设备材料都是耐腐蚀﹑耐辐射的合金材料;绝大部分操作在较严密的防护与屏蔽下进行;操作高水平放射性废物时,设备和厂房应为密封和负压条件;废物处理过程产生的二次废物须纳入后续处理系统进一步处理。



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