前言 随着经济的发展和城市化的加速，工业污水在城市污水中的比 重越来越大。有效地控制工业污水的污染已日益紧迫地成为解决城 市水环境污染问题的关键。工业污水成分之较复杂，一般难于生化 降解，物理化学处理技术是处理工业污水的重要手段。因此，水污 染物化控制理论与技术作为污水处理领域的一个重要方面，是环境 工程及相关专业工程技术人员必须掌握的重要内容。 本书着重介绍目前普遍存在的来自各种工业过程和人类生活的 多种典型水污染及其处理、控制的物理化学方法和技术措施。在内 容上力求做到物理化学理论与物化处理过程的有机结合，使本书既 可作为市政及环境工程专业技术及管理人员的参考书，也可作为高 等学校“水污染控制工程”课程的教材。 本书共分10章。第1章、第2章介绍当前普遍存在的10种典 型水污染及其危害的原理、机制以及污水处理基本处理工艺过程和 处理程度之间的关系；第3章、第4章对污水处理过程中反应器理 论、物料衡算和污水的均化做了系统的介绍，有利于对后面将要介 绍的处理过程反应原理的理解；第5章到第9章结合物理化学原理 详细介绍了污水物理化学处理工艺的过程及设施，把现在实际应用 的15种物理化学处理方法按其作用机理分为5类逐章进行阐述， 编者认为这便于理论与工程实际的结合以及对国外先进技术的吸 取，也有利于克服一般认为物化处理过程多，所涉及的基本原理复 杂而感到较难掌握的困难；第10章对污水物化处理过程的整体组 合做了简单的介绍，可作为本课程课程设计和工程设计的参考。 本书由重庆大学罗固源教授主编，吉方英副教授、许晓毅讲师
参加了编写工作。许晓毅讲师并承讵了全书文字图表的最后整理和 文字处理工作。叶晓芹教授和罗西老师承担了本书大部分插图的绘 制和文字的校对工作。在本书成闩的过程中,周健副教授、方俊华 讲师做了许多具体工作,在此一并表示感谢 本书的初稿曾在重庆建筑大学经过多年的试用。初稿的编写曾 得到该校城市建设学院孙惠修教授和龙腾锐教授的支持和鼓勋,特 致以衷心的感谢。 诚恳希望使用本书的读者和师生对书中的不妥甚至错误之处给 予批评指正。 编者 2002.12.17重庆
内容提要 水污染物化控制理论与技术作为污水处理领域的一个重要方 面,是环境工程及相关专业工程技术人员必须掌握的重要内容 本书分为10章,着重介绍了目前普存在的典型水污染及其控 制的物理化学原理和技术措施,在内容上力求做到理论与工程设 计相结合,并尽量吸取先进国家在水污染控制方面的技术理论和 设计方法,以满足污水物化处理技术的设计运行、工程建设及维 护管理的实际需要。 本书不仅有助于环境工程领域工程技术人员的培养与培训, 同时也为污水处理领域重点、难点的深入研究奠定了相应理论基 础可作为市政及工业企业环境工程专业技术及管理人员的参考 书,也可作为高等学校“水污染物化控制T程”课程的教材
目录 1水污染及其危害 ,鲁、鲁曲, 1.1需氧有机物污染 1.1.1耗氧作用定律 1.1.2复氧作用定律 1.1.3河流溶解氧下垂曲线及方程 .2富营养化污染… 1.2.1富菅养化过程· 44677 1.2.2富菅养化参数及其危害 1.3毒物污染………………………………10 1.3.1非金属无机毒物(以氰化物为例)………………10 1.3.2重金属无机毒物………12 1.3.3易分解有机毒物(酚类化合物) 1.3.4持续性有机污染物………………………18 1.4放射性水污染… 22 1.4.1放射作用… 1.4.2污染与危害 ……25 1.5其他水污染… ………………………27 1.5.1病原微生物污染……………………27 1.5.2油污染… ………………………28 1.5.3地面径流污柒……………28 1.5.4热污染 1.5.5酸、碱、盐污染 1.5.6硬水污染… 1.5.7恶臭污染 …31 2水质污染指标与控制…
2.1水污染控制的水质污染指示………………………………33 2.1.1固体物质… 2.1.2生物化学需氧量 2.1.3化学需氧量… …………………35 2.1.4总有机碳、总需氧量和理论需氧量………36 2.1.5有毒物质… 37 2.1.6酸碱性………… 38 2.1.7生物指标…… 38 2.2水污染控制的基本技术原理和方法… 39 2.2.1基本原理和方法…………… PhII D 39 2.2.2基本处理流程 ………41 2.3污水处理程度和水体受纳能力 ………43 2.3.1处理程度的确定原则 …43 2.3.2处理程度的计算… …………43 3反应器的理论基磁… …50 3.1反应器理论……… ………50 3.1.1物料严衡与均枏反应器 51 3.1.2间歇反应器(BK) 3.1.3连续搅拌罐式反应器(STR) 3.1.4串联式CSTR 3.1.5活塞流反应器(HFR) 3.2反应效率比较 57 3.2.1去除百分数与去除率… ……………57 3.22BR与PFR的比较 8 3.2.3CSTR与PER的比较……………59 3.2.4串联式CSTR与PFR的比较 61 4污水的均化 4.1均量与均质… ………63 4.1.1均量 、丶4,、、 4.1.2均质… …66
4.2均化设施………… 4.2.1均质池 4.2.2均化池(均量、均质的组合) 5固液分离与膜分离过程… 75 5.1格栅……… 5.2沉淀过程 …………80 5.2.1沉淀的理论基础…… 5.2.2沉淀池… 5.2.3沉淀作用的强化与新型沉淀池…… 5.2.4沉砂池…… 116 5.3上浮过程 …119 5.3.1自然上浮过程 5.3,2气浮过程… ………124 5.4离心分离技术… …142 5.4.1离心分离的理论基础 5.4.2离心分离设备 ………………143 5.5过漶 ,甲甲甲p,击,,·· …………………148 5.5.1滤池过滤 149 5.5.2影响过滤的因素 154 5.5.3过滤的机理 15 5.5.4过滤操作的数学模式 ……156 5.5.5滤池设计 …………163 5.5.6表面过滤……………173 5.6膜分离法 …………175 5.6.1渗析 …………………176 5.6.2电渗析 ………………………177 5.6.3反渗透与超过濾…………180 6吸附与离子交换处理法 6.1吸附· ……………198 6.1.1基本概念… 198
6.1.2活性炭吸附剂… 199 6.1.3等温吸附规律与吸附速度……………201 6.1.4吸附操作方式… ……………207 6,1.5吸附装置的设计 …………211 6.1.6活性炭吸附在污水处理中的应用………217 6.2离子交换法 6.2.1离子交换过程分析… ………219 6.2.2离子交换反应器与交换树脂 223 6.2.3离子交换系统的设计 228 6.2.4沸石及其离子交换作用 233 7化学混凝过程… ………236 7.1凝聚与絮凝的机理… 236 7.1.1双电层作用桃理 236 7.1.2吸附架桥作用机理 ………………237 7.2混凝剂及其配制与投加…… …………242 7.2.1混凝剂与助凝剂 242 72.2混凝剂的配制和投加……………24 7.2.3混合和反应… ……………………………249 7.2.4混凝反应器的设计计算……………255 7.2.5混凝处理法在污水处理中的应用和发展……263 8化学处理过程………………………266 8.I化学沉淀处理 ………266 8.I.1氢氧化物沉淀法… ∴…………267 8.1.2硫化物沉淀法… 269 8.1.3钡盐沉淀法…………………271 8.1.4硬水的软化 ……………272 8.1.5化学沉淀除磷…… ∴………273 8.2中和处理法… …………………………274 8.2.1酸碱污水的中和处理 甲、导下甲·,,·:··· 275 8.2.2酸性污水中和处理实例 ……………281
8.3氧化还原处理… 2 8.3.1氧化法 282 8.3.2还原法… …………………294 8.3.3电解处理 295 9质量传递处理过程 301 9.1传质过程的基本原理… 3f1 9.1.1萃取、吹脱、汽提的理论基硭 ……301 9.1.2质量传递速度简述… ………301 9.2传质处理工艺… ……………………302 9.2.1萃取处理 302 9.2.2吹脱处理 9.2.3汽提处理 308 10水污染物化控制过程的整体组合… 312 10.1过程组合原则 0.2工业废水与城市污水处理的关系… 313 附录 思考题 主要参考文献… 323
1水污染及其危害 水体(通常指地面水、地下水和大气降水)受到人类或自然因 素的影响,使水的感观性状、物理化学性质、化学成分、生物组成 及底质等产生了恶化,影响了水的使用价值,这种情况称为“水 污染”。 水污染类型很多,这里介绍几种世界范围内引起重视的典型水 污染。 1.1需氧有机物污染 需氧有机物包括碳水化合物、蛋自质、油脂、氨基酸、脂肪 酸、酯类等有机物质。 需氧有机物没有毒性,在生物化学作用下易于分解,分解时消 耗水中的溶解氧。水体中需氧有机物愈多,耗氧也愈多,水质也愈 差,说明水体污染愈严重。 水体中有机成分非常复杂,需氧有机物浓度常用五日生化需氧 量(BOD5)表示,也用化学需氧量(D)、总有机碳(TOC) 总需氧量(TOD)作为测量指标,以反映需氧有机物的含量与水 体污染的关系。TOD、COD、BODs、TOC之间有一定的相关性。 从图1-1中可以看出,BOD5与〔OD的变化趋势是一致的,且与 TOD成正相关 需氧有机物分解与河流水体中溶解氧之间具有平衡关系。本节 将结合此模式做一定的数学分析。 1.1.1耗作用定律 早在1944年,人们就发现,水中有机物质的生物化学氧化率 与水中的有机物的浓度之间的关系符合一级反应规律。即 L=L0×10k (1-1)
式中L0—起始时的有机物浓度,mg L;-t时刻的有机物浓度,mg/L k1—耗氧速度常数,以日为单位,普通生活污水在20℃ 时,k值约为0.Jl; t—-降解时间,d。 BOD, FCoD (mg/L)/(mg/L) 3000 l000 30004000 图1-1河流中TOD与(、B1s之间的关系曲线 半衰期/d 2.0 40 L -, 42% lgL4=2.0-k kt △L1 级尔阿证张 1.0 0.0 02345681012141618202224252627 时间n)d 图1-2需氧有机物分解过程实验曲线