水污染控制工程教案.docx
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水污染控制工程教案
水污染控制工程教案
《水污染控制工程》
教案
学院、系：
化学系
任课教师：
杨文澜
授课专业：
环境科学
课程学分：
3学分
课程总学时：
50学时
课程周学时：
4学时
2006年8月20日
水污染控制工程教学进程
周次
课次
章节
计划学时
教学手段
教学环境
1
2
第一章绪论
第一节水资源及水循环
第二节水质与水质标
第三节水污染
第四节水污染防治
4
多媒体
2
1
第二章水的预处理
第一节筛滤
第二节调节池
2
多媒体
1
第三章重力沉降
第一节概述
第二节重力沉降
2
多媒体
3
2
第三章重力沉降
第四节理想沉淀池
第五节沉淀池
第六节沉砂池
4
多媒体
4
2
第四章水的混凝
第一节概述
第二节胶体的特性
第三节混凝原理
第四节混凝剂和助凝剂
4
多媒体
5
1
第五章水的混凝
第五节混凝过程与设备
第六节影响混凝的主要因素
2
多媒体
1
第五章上浮
第一节自然上浮
2
多媒体
6
1
第五章上浮
第二节气浮
2
多媒体
1
第六章过滤
第一节概述
第二节过滤原理
2
多媒体
7
1
第六章过滤
第三节快滤池
2
多媒体
1
第七章化学沉淀
第一节概述
第二节化学沉淀法
2
多媒体
8
1
第八章中和
第一节酸性废水处理
第二节碱性废水处理
2
多媒体
周次
课次
章节
计划学时
教学手段
教学环境
8
1
第九章氧化还原
第一节概述
第二节化学氧化法
第三节化学还原法
第四节电解氧化还原法
2
多媒体
9
2
第十章吸附
第一节概述
第二节吸附剂
第三节吸附方式与设计
4
多媒体
10
1
第十章吸附
第四节吸附剂的再生
第五节吸附法的应用
2
多媒体
1
第十一章离子交换
第一节概述
第二节离子交换树脂
第三节离子交换原理
2
多媒体
11
1
第十一章离子交换
第四节离子交换工艺及设备
第五节离子交换法的应用
2
多媒体
1
第十二章膜分离
第一节概述
第二节电渗析
2
多媒体
12
2
第十二章膜分离
第三节反渗透
第四节超滤
2
多媒体
13
1
第十三章其它物理化学方法
第一节萃取
第二节吹脱
第三节汽提
2
多媒体
第1次课2学时
上次课复习：
新开课
本次课题（或教材章节题目）：
第1章绪论
教学要求：
（1）了解世界及我国水资源状况，水的自然循环和水的社会循环；
（2）掌握有关水质指标及水质标准知识；（3）掌握水污染原因及水污染物分类；
重点：
（1）水质；
（2）水质指标；
难点：
水质标准
教学手段及教具：
采用多媒体教学课件。
讲授内容及时间分配：
第一章绪论
第一节水资源及水循环
第二节水质与水质标准
共2课时，讲授
课后作业
1、何谓水质常用水质有哪些
2、水质标准是如何制定的？
参考资料
1、《排水工程》下册（第四版）张自杰主编，中国建筑工业出版社
2、《水处理工程师手册》唐受印，戴友芝主编，化学工业出版社
3、《给水排水工程快速设计手册》严煦世主编，中国建筑工业出版社
4、《给水排水设计手册》（第二版中国建筑工业出版社
5、《给水处理理论》许保久主编，中国建筑工业出版社
注：
本页为每次课教案首页
第一章绪论
第一节水资源与水循环
一、水资源
◆地球上约有97.3%的是海水，难直接使用。
◆人类可利用淡水水量占总水量的3%。
而3/4以冰川、冰帽的形式，很难使用。
◆与人类关系最密切、又较易开发利用的淡水仅占地球上总水量的0.3%。
这部分淡水在时空上的分布有很不均衡。
◆我国人均占有水量2400m3/人，相当世界人均占有量的1/4。
◆我国的水资源存在严重的时空分布不均衡性。
◆河北省水资源及水污染状况：
二、水循环
（1）自然循环
（2）社会循环
与水的自然循环不同，在水的社会循环中，水的性质在不断地发生变化。
第二节水质与水质标准
一、水质的定义：
二、水中杂质的分类（水污染物）
按杂质在水中的存在状态分类。
三、水质指标
污水和受纳水体的物理学、化学、生物学等方面的特征是通过水质指标来表示的。
水质指标是控制和掌握污水处理设备的处理效果和运行状态的重要依据。
第一类，物理性水质指标
第二类、化学性水质指标
第三类，生物学水质指标
四、常用水质指标简介
（1）pH值
（2）悬浮固体（SS）
（3）COD和BOD
五、水质标准
（1）地表水环境质量标准
（2）地下水质量标准
（3）污水综合排放标准
（4）其它水质标准
第2次课2学时
上次课复习：
（1）水质指标及水质标准
（2）水污染物分类方法
本次课题（或教材章节题目）：
第1章绪论
教学要求：
（1）掌握水污染原因及水污染物分类；
（2）初步掌握水污染防治的方法和原则。
重点：
水污染原因及水污染物分类；水污染防治的方法和原则
难点：
废水处理流程的确定
教学手段及教具：
采用多媒体教学课件。
讲授内容及时间分配：
第一章绪论
第三节水污染
第四节水污染防治
共2课时，讲授
课后作业
1、何谓水污染造成水体污染的途径有哪些
2、控制水污染的途径有哪些？
3、按照废水处理的作用原理分类，废水处理可分为几类处理方法？
4、按照水处理的程度分类，废水处理可分为几级分别说明其去除对象和主要采用的方法。
它们之间有何区别和联系
参考资料
1、《排水工程》下册（第四版）张自杰主编，中国建筑工业出版社
2、《水处理工程师手册》唐受印，戴友芝主编，化学工业出版社
3、《给水排水工程快速设计手册》严煦世主编，中国建筑工业出版社
4、《给水排水设计手册》（第二版中国建筑工业出版社
5、《给水处理理论》许保久主编，中国建筑工业出版社
注：
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第三节水污染
（一）水污染的定义
（二）水污染的原因
1、自然活动
2、人类活动
（三）水污染源
1、水污染源定义
2、水污染源的分类
（四）水污染的性质及危害
1、化学性污染：
2、物理性污染：
3、生物性污染：
第四节水污染防治
解决水资源短缺和水污染的一个主要途径在于水处理。
在很多地方并不是没有水，而是水质不合用。
水处理的主要任务：
改善水质。
即采用各种方法将废水中的污染物分离出来，或将其转化为无害的物质，从而使废水得到净化。
（一）水污染防治的目标
（二）水污染防治的主要任务
（三）水污染防治的原则
1、“防”（预防）
“防”是指对污染源的控制，通过有效控制使污染源排放的污染物量减少到最少量。
2、“管”
“管”是指对污染源，水体及处理设施的管理。
3、“治”
“治”是水污染防治中不可缺少的一环。
通过各种治理措施，对污（废）水进行妥善的处理，确保在排入水体前达到国家或地方规定的排放标准。
（四）控制水污染途径
思路：
A、减少废水排放量；
B、降低废水中污染物浓度。
（五）水污染控制工程的基本内容
（六）废水处理技术概述
废水处理的基本任务是采用各种方法将废水中的污染物分离出来，或将其转化为无害的物质，从而使废水得到净化。
1、废水处理方法的分类：
（1）按照废水处理的作用原理分类:
①物理法：
利用物理作用使悬浮状态的污染物质与废水分离，在处理过程中污染物质的性质不发生变化。
②化学法、物理化学法：
利用某种化学反应使废水中污染物质的性质或形态发生改变，而从水中除去的方法。
③生化法（生物法）
利用微生物的作用去除废水中胶体和溶解性有机物的方法。
（2）按照废水处理程度划分
一级处理（包括预处理）、二级处理（生物处理）、三级处理（深度处理）
①预处理
②一级处理（物理处理）
③二级处理（生物处理）
④三级处理（深度处理或高级处理）
2．典型的废水处理流程简介
设计废水处理流程的原则：
先易后难，先简后繁
◆一般的废水处理程序：
澄清→回收→污染物处理→再用或排放
◆比较成型的流程：
城市污水处理流程。
（1）一级处理厂流程
（2）二级处理厂（活性污泥法）流程
（3）三级处理厂流程
（4）城市污水三级处理全流程
（5）工业废水处理流程
3、污水净化后的处置方式（书P8-10）
①排入水体，作为水体的补给水：
②灌溉田地
③重复利用：
是最合理的出路。
④地下水回灌
◆污水回用应满足的要求
第3次课2学时
上次课复习：
（1）水中污染物的种类；
（2）废水处理的基本方法和原则；
本次课题（或教材章节题目）：
第2章水质的预处理
教学要求：
（1）了解水质预处理的基本方法；
（2）掌握格栅的原理和类型；
（3）掌握水质、水量调节的原理和方法。
重点：
（1）格栅的工作原理；
（2）水质、水量调节的原理和方法；
难点：
水质调节池的原理和结构形式
教学手段及教具：
采用多媒体教学课件。
讲授内容及时间分配：
第二章水质的预处理
第一节概述
第二节筛滤
第三节调节池
共2课时，讲授
课后作业
1、格栅、筛网的主要功能是什么各适用于什么场合
2、简述水质水量调节的意义。
参考资料
1、《排水工程》下册（第四版）张自杰主编，中国建筑工业出版社
2、《水处理工程师手册》唐受印，戴友芝主编，化学工业出版社
3、《给水排水工程快速设计手册》严煦世主编，中国建筑工业出版社
4、《给水排水设计手册》（第二版中国建筑工业出版社
5、《给水处理理论》许保久主编，中国建筑工业出版社
注：
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第2章废水预处理
第一节概述
◆废水预处理：
属纯物理性质或机械性质的，其目的在于去除那些在性质上或大小上不利于后续处理工程的物质。
◆去除对象：
去除废水中粗大的悬浮物和杂物，以保护后续处理设施。
◆使用要求：
不论何种废水，在送入水泵和主体构筑物之前，均需设置格栅以拦截较大杂物,设置筛网以截留较细悬浮物.
◆处理方法:
筛滤截留
重力分离（自然沉降、自然上浮和气浮等）
离心分离
◆主要设备：
格栅和筛网。
第二节筛滤
一、格栅
◆安装位置：
格栅设在污水处理厂中所有处理构筑物之前，或设在泵站之前。
◆去除对象：
用以截留废水中粗大的悬浮物和漂浮物，以免堵塞水泵及管道。
◆结构形式：
平面格栅和曲面格栅
◆格栅的效率：
取决于栅条的间距。
◆栅条的结构形式：
◆污染物的清除：
人工清除和机械清除。
污水处理厂都采用机械自动清除式格栅。
（1）人工清渣格栅
（2）机械清除格栅
（3）曲面格栅
二、筛网
某些悬浮物用格栅不能截留，也难通过重力沉降去除，常给后续处理构筑物或设备带来麻烦，可采用筛网过滤来分离和回收。
◆去除对象：
纺织、造纸、制革、洗毛等工业废水中含有细小纤维状的悬浮物质
◆装置类型：
转鼓式、旋转式、转盘式、水力筛网振动和微滤机等。
◆结构形式：
筛网由金属丝织物或穿孔板构成。
（一）转筒式筛网
（二）振动筛网
（三）水力筛网（靠水力作用旋转）
三、微滤机
微滤机是截留细小悬浮物的筛网装置。
微滤机是一个鼓状的金属框架，上面覆盖有不锈钢丝编织成的支撑网和工作网。
四、栅渣的处理
第三节调节池
一、调节池的作用
为了使管渠和构筑物正常工作，不受废水高峰流量或浓度变化的影响，需在废水处理设施之前设置调节池。
主要作用（2个）：
①调节水量；②均和水质；
其它作用：
①调整pH值；②降低水温；③临时贮存事故排水。
④生物预处理
二、调节池的分类与特征
1、形式：
圆形、方形、（自然）多边形等，可建在地下或地上。
2、结构：
混凝土、钢筋混凝土、石结构和自然体等。
3、位置：
4、功能：
三、水质调节池
水质调节的任务是对不同时间或不同来源的废水进行混合，使流出水质比较均匀。
（一）水质调节的基本方法
（二）调节池的位置
（三）调节池的容积
（四）调节池出水方式
（五）常见调节池
（1）强制搅拌调节池
①曝气均和池（空气搅拌）
②机械搅拌
③水泵强制循环搅拌
（2）差流式调节池
①折流式调节池
②对角线出水调节池
四、水量调节
单纯的水量调节的方式：
（1）线内调节：
进水一般采用重力流，出水用泵提升。
（2）线外调节：
五、分流贮水池（事故排放池）
第4次课2学时
上次课复习：
（1）了解水质预处理的基本方法；
（2）水质、水量调节的原理和方法。
本次课题（或教材章节题目）：
第3章重力沉淀
教学要求：
（1）了解颗粒沉淀的四种类型的特点；
（2）掌握自由沉淀和絮凝沉淀的特点；
（3）自由沉淀沉淀试验及效率的计算
重点：
（1）沉淀四种类型的特性；
（2）自由沉淀的Stocks公式
难点：
自由沉淀效率的计算
教学手段及教具：
采用多媒体教学课件。
讲授内容及时间分配：
第4章重力沉淀
第一节概述；
第二节自由沉淀
共2课时，讲授
课后作业
1、何为颗粒最小沉速？
2、某废水静置沉淀试验数据如下：
沉淀时间t
（min）
0
15
30
45
60
90
180
Xi=Ci/C0
1
0.96
0.81
0.62
0.46
0.23
0.06
试验有效水深H=1.2m。
试求在u0=3.0cm/min时的颗粒的去除效率。
参考资料
1、《排水工程》下册（第四版）张自杰主编，中国建筑工业出版社
2、《水处理工程师手册》唐受印，戴友芝主编，化学工业出版社
3、《给水排水工程快速设计手册》严煦世主编，中国建筑工业出版社
4、《给水排水设计手册》（第二版中国建筑工业出版社
5、《给水处理理论》许保久主编，中国建筑工业出版社
注：
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第3章重力沉淀
第一节概述
1、沉淀的定义
水中悬浮颗粒依靠重力作用，从水中分离出来的过程称为沉淀。
（1）当悬浮物密度大于水时，下沉形成沉淀物，与水分离。
——重力沉降
（2）当悬浮物密度小于水时，上浮。
2、沉淀的处理对象：
①砂粒；②化学沉淀物；③混凝处理所形成的絮体；④生物处理的污泥；⑤沉淀污泥的浓缩。
3、沉淀的作用：
4、位置及名称：
（书P19）（设置部位不同，名称有所差异）
A、沉砂池：
去除易沉物（如砂粒）。
B、初次沉淀池：
进入生物处理设备前的初步处理；
C、二次沉淀池：
生物处理后用以分离生物膜、活性污泥等。
D、污泥浓缩池：
将来自初次沉淀池、二次沉淀池的污泥进一步浓缩脱水。
5、沉淀类型：
根据悬浮颗粒的性质、凝聚性能的强弱及其浓度的高低，沉淀可分为四种类型：
（1）自由沉淀
（2）絮凝沉淀
（3）拥挤沉淀（区域沉淀、成层沉淀）
（4）压缩沉淀
第二节自由沉淀
一、自由沉降动力学本质
水中所含悬浮物的大小、形状、性质是十分复杂的，因而影响颗粒沉降的因素很多。
颗粒在自由沉淀时为stocks公式
表明：
A、颗粒与水密度差（ρs-ρ）差异越大，沉速越快，成正比关系；
B、颗粒直径愈大，沉速愈快，成平方关系。
C、水的粘度μ愈小，沉速愈快，成反比关系。
二、自由沉淀沉淀过程分析
由于实际废水中悬浮物组成十分复杂，颗粒粒径不均匀，形状多种多样，密度也有差异，因此常常不能采用上述理论公式来计算沉淀速度和沉淀效率，只能通过沉淀试验寻找沉淀设备和设计参数。
沉淀实验是在沉淀柱（沉降管）中进行的。
★试验原理：
将含悬浮物浓度为C0的原水混合均匀后，注入一组（通常5-7个）沉淀管，经t1时间后，从第一沉淀管深度H处取样，测定悬浮物浓度C1；沉淀时间为t2时，从第二沉淀管深度同为H处取样，分析悬浮物浓度C2，……。
可列表计算出各沉淀时间的沉降速度u和沉降效率E。
★重要概念：
▲沉降速度：
指在指定时间t内，能从水面恰好沉到水深H处的最小颗粒的沉速。
u0=H/t
▲沉降效率：
若原水中悬浮物浓度C0，经t时间沉降后，水样中残留浓度为c，则沉淀效率为:
。
分别绘制沉淀效率E与沉淀时间t和沉淀效率E与沉速u0的关系曲线：
★应用：
当已知沉淀时间或沉速，可查出去除效率。
★缺陷：
与实际沉淀情况还有一定的差距。
★解决方案：
在t1时刻，沉速大于u1（=H/t1）的所有颗粒全部沉过了取样面，而沉速小于u1的颗粒浓度不变，仍为C1，这样，C1/C0表示这部分颗粒与全部颗粒的重量比，计作x1，余类同。
将xi对ui作图，可得下图沉淀曲线。
经t0时间沉淀，各种沉淀颗粒的总去除率为：
式中第二项如图中阴影部分表示，可用图解法求得。
★改进方法：
（1）可以从有效水深内的上、中、下部取相同数量的水样，混合后求出有效水深（污泥层以上）的平均悬浮物浓度。
（2）中部取样方法：
利用中部取样方法得到的沉降特性曲线与前面的曲线是很相近的。
第5次课2学时
上次课复习：
（1）颗粒沉淀的四种类型及特点；
（2）自由沉淀沉淀试验及效率的计算
本次课题（或教材章节题目）：
第3章重力沉淀
教学要求：
（1）絮凝沉淀沉淀试验及效率的计算
（2）平流式理想沉淀池的原理及设计计算
重点：
（1）絮凝沉淀沉淀试验；
（2）平流式理想沉淀池的原理
难点：
絮凝沉淀效率的计算
教学手段及教具：
采用多媒体教学课件。
讲授内容及时间分配：
第4章重力沉淀
第三节絮凝沉淀；
第四节理想沉淀池
共2课时，讲授
课后作业
3、某有机废水含悬浮物430mg/L，絮凝沉淀试验数据如表所示：
沉淀时间
（min）
指定深度的SS浓度
0.6m
1.2m
1.8m
5
356.9
387.0
395.6
10
309.1
346.2
365.5
20
251.6
298.9
316.1
30
197.8
253.7
288.1
40
163.4
230.1
251.6
50
144.1
195.7
232.2
60
116.1
178.5
204.3
75
107.5
143.2
180.6
试求该废水在1.8m深的沉淀池中沉淀1h的总悬浮物去除率。
参考资料
1、《排水工程》下册（第四版）张自杰主编，中国建筑工业出版社
2、《水处理工程师手册》唐受印，戴友芝主编，化学工业出版社
3、《给水排水工程快速设计手册》严煦世主编，中国建筑工业出版社
4、《给水排水设计手册》（第二版中国建筑工业出版社
5、《给水处理理论》许保久主编，中国建筑工业出版社
注：
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第三节絮凝沉淀
由于原水中含絮凝性悬浮物（如投加混凝剂后形成的矾花、生活污水中的有机悬浮物、活性污泥等），在沉淀过程中大颗粒将会赶上小颗粒，互相碰撞凝聚，形成更大的絮凝体，因此沉速将随深度而增加。
悬浮物浓度越高，碰撞机率越大，絮凝的可能性就越大。
可见，悬浮物的去除率不仅取决于沉淀速度，而且与深度有关。
絮凝沉淀的效率通常由试验确定。
鉴于以上原因，试验用的沉淀柱的高度应当与拟采用的实际沉淀池的深度相同，而且要尽量避免矾花因剧烈搅动造成破碎，影响沉淀效果。
★絮凝沉淀试验原理：
采用多点取样法。
在直径约0.1-0.2m，高约1.5-2.0m，且沿高度方向设有约5个取样口的沉淀筒中倒入浓度均匀的原水静置沉淀（尽量避免絮凝体因剧烈搅拌而破碎，影响沉淀效果），每隔一定时间，分别从各个取样口采样，测定水样的悬浮物浓度，计算表观去除率。
以取样口高度h为纵坐标，沉淀时间t为横坐标，将各深度处的颗粒去除百分数的数据点绘制在坐标纸上，如图示。
把去除百分数p相同的各点连成光滑曲线，称为等去处率曲线，如下图示。
★等去处率曲线含义：
当沉淀时间为t0时，对应沉速u0=H/t0，凡是u≥u0的颗粒能全部被去除，对指定的沉淀时间和沉淀高度，总沉淀效率η可用下式计算：
（见下图）
★简易处理方式：
沉淀柱中部取样法可近似地求絮凝沉降的去除率。
第四节理想沉淀池
前面所述沉淀曲线是静止沉淀试验的结果，虽然它比较真实地反映了废水中不同的悬浮颗粒沉降的特性，但是并不能反映实际沉淀池中水流运动对悬浮颗粒沉降的种种复杂影响。
为了分析悬浮颗粒在沉淀池内运动的普遍规律及分离结果，哈增和坎普提出了一种概念化的沉淀池——理想沉淀池。
◆在沉淀区的每个颗粒一面下沉，一面随水流水平运动，其轨迹是向下倾斜的直线。
◆沉速大于u0的颗粒可全部除去；沉速例如：
沉速为u的颗粒被除去率为h/H或u/u0。
设处理水量Q（m3/s），水平流速度v（m/s），沉淀池宽度B（m），水面面积A（m2），沉淀池容积V（m3）。
故颗粒在沉淀池内的沉淀时间t为：
t=L/v=H/u0
V=Qt=HBL，A=BL
Q=V/t=HBL/t=Au0
有：
u0=Q/A=q0
Q/A的物理意义是：
在单位时间内通过沉淀池单位面积的流量，称为表面负荷或溢流率，用q0表示。
表面负荷的量纲m3/（m2·s）或m3/（m2·h）。
表面负荷q0的数值等于颗粒沉速u0（m/s）。
实际运行的沉淀池与理想沉淀池是有区别的。
为考察沉淀池的工作特性，可从以下三个方面进行分析：
①水流的紊动性，可用雷诺数Re判断。
②水流稳定性：
以弗罗德数Fr判断，Fr表示水流动能与重力能的比值。
增大Fr，可克服股流密度影响。
③容积利用系数：
是水在池内的实际停留时间和理论停留时间的比值。
要提高平流式沉淀池的效率，可降低Re和提高Fr，其有效措施是减小水力半径R。
池中纵向分格及斜板（管）沉淀池也能达到上述目的。
实际应用：
由于实际沉淀池受各种因素的影响，采用沉淀试验数据时，应考虑相应的放大系数
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