水质工程学下册教学PPT作者姜应和第23章讲述

水质工程学下册教学作者姜应和第
5
章
17.1.4 生物膜法的基本流程
图17-2 生物膜法工艺的基本流程
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6
章
17.1.5 生物膜反应器
(1)生物滤池 在生物滤池处理污水的过程中，经过预处理的污水以滴 状喷洒在滤池表面，经过一段时间在填料表面形成生物膜，待生物膜 成熟后，栖息在生物膜上的微生物即摄取流经膜表面的污水中的有机 物作为营养，从而使污水得以净化。 (2)生物转盘 生物转盘是由一系列平行的旋转圆盘、转动横轴、动力 及减速装置和氧化槽等组成。 (3)生物接触氧化法 在池内充填一定密度的填料，污水浸没全部填料 并与填料上的生物膜广泛接触，充氧方式可以是污水预先充氧曝气再 流经填料，也可以是在池内设人工曝气装置，在微生物新陈代谢作用 下，污水中的有机物得以去除，污水得以净化。
水质工程学下应器
(4)生物流化床 生物流化床就是以砂或活性炭等颗粒物质作为载体充 填于生物反应器内，因载体表面附着生物膜而使其质变轻，当污水以 一定流速从下向上流动时，载体便处于流化状态。 (5)微孔膜生物反应器 微孔膜生物反应器是近几年引起研究者们关注 的一种新型的生物膜反应器，它采用了特制的微孔膜使待处理污染物 质与微生物分开，通过逆向扩散进行传质，并通过微生物氧化作用去 除污水中的有机污染物。 (6)移动床生物膜反应器 移动床生物膜反应器是近年来颇受研究者重 视的另一种新型生物膜反应器，它是在反应器中装填短管状聚乙烯塑 料填料，这些填料随反应器内混合液的回旋翻转作用而自由移动。
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2
章
17.1.2 生物膜的构造及净化机理
(1)潜伏期(或称适应期) 这一阶段是微生物固着在载体表面后，开始 逐渐适应生存环境，并在载体表面逐渐形成小的、分散的微生物菌落。 (2)对数增长期(或称动力学增长期) 在适应期所形成的分散菌落开始 迅速增长，并逐渐覆盖载体表面。 (3)线性增长阶段 生物膜的这一增长阶段是基于大量实验数据提出的。 (4)减速增长期 由于生存环境质量的改变以及水力学作用，这一阶段 内生物膜增长率逐渐放慢。 (5)生物膜稳定期 这一阶段的主要特点是生物膜新生细胞与由于各种 物理力所造成的生物膜损失达到平衡。 (6)脱落期 随着生物膜的成熟，部分生物膜发生脱落。

酸碱反应
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溶剂的质子自递反应
质子溶剂
质子自递常数
平衡常数：
（1）酸碱的离解常数越大酸碱性越强 （2）酸强度>H3O+ （3）碱强度>OH-
Kw = Ka × Kb
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一元酸分布分数的计算
HAC为例 δHAc+ δAc-= 1
pH值为X轴，δi为Y轴的分布图 对称分布
lgαY(H)≤ lgKMY – 8
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EDTA酸效应曲线的使用
1. 络合滴定的最小pH值 2. 查出干扰离子
例如对Ca2+的滴定过程中，干扰离子？
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1
2）. 滴定分析法
容量分析法，将一已知准确浓度的试剂溶液和 被分析物质的组分定量反应完全，根据反应完成时 所消耗的试剂溶液的浓度和用量（体积），计算出 被分析物质的含量的方法。
几个概念：标准溶液（纯度、化学式、稳定） 滴定 化学计量点 滴定终点
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2
四大滴定法：
酸碱滴定法：利用质子传递反应进行滴定的方法 沉淀滴定法：利用生成反应进行滴定的方法
pKi 4
滴总量的判断
强度最弱的酸碱进行判断
C sp n K a （ n C s或 p n K b） n 1 1 00
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以NaOH滴定H3PO4为例
是否满足分级滴定的条件？
（1）第一计量点 （2）第二计量点 （3）第三计量点：CaCl2强化
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3.7 水中的碱度和酸度
• 真色：除去悬浮杂质后的水，由胶体及溶 解杂质所造成的颜色。

水质工程学
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表1-1 水中杂质分类
分类
无机物 有机物
微生物
溶解物 0.1～1nm
溶解气体和离 子
染料、谷氨
酸、蔗糖、甲
酸等
胶体 1nm～0.1μm
粘土、金溶胶、 硅溶胶等
腐殖质、 DNA 、 酶 、 蛋
白质等
病毒
悬浮物
0.1μm～1mm 细泥、细砂、中
砂、灰尘等
纸浆纤维、红血
球、头发等
水体富营养化的危害：
（1）使水味变得腥臭难闻；（2）降低水的透明度； （3）消耗水中溶解氧；（4）向水体中释放有毒物质。 （5）影响供水水质并增加供水成本；
（6）对水生生态的影响。
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感官指性状标和一般化学指标
✓总硬度：水中钙离子与镁离子含量的综合叫做水的总 硬度。分为暂时硬度和永久硬度两种，总硬度是两者之 和。“国标”规定不能大于450mg/L。 ✓铁：天然水中普遍存在，是人体不可缺少的营养素。 水中铁量0.3～0.5mg/L时无任何异味，达1mg/L时便有明 显的金属味。“国标”规定不应超过0.3mg/L。 ✓锰：是人体需要的微量元素之一。水中含锰量如超过
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生活饮用水水质卫生规范（2001年）
生活饮用水水质常规检验项目及限值
感官 性状 和一 般化 学指 标
项目 色 浑浊度 臭和味 肉眼可见物
限值 色度不超过15度，并不得呈现其它异色 不超过1度（NTU）① ，特殊情况下不超过5度（NTU） 不得有异臭、异味 不得含有

测SO42-Vs(ml)
加过量BaCl2
BaSO4↓
过滤洗涤灼烧冷却
称量 BaSO4↓
BaSO4↓ m(g) SO42- x(g)
x SO24 m BaSO4
SO24 m 1000
SO24
BaSO4 Vs
1000 mg/L
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1.2 水质分析方法与计算
●游离CO2、侵蚀CO2：
CaCO3+CO2+H2O
Ca(HCO3)2
酸雨: pH<5.65
●
形成与危害：煤和石油燃烧产生SO2、NOx与水蒸汽
形成H2SO4、HNO3。
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水体自净：水体中的微生物氧化分解有机物，使
●
其浓度降低，水体得以净化。
水中无机污染物：Hg、Cr、Cd 、Pb、As
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如何学习水质分析化学
水分析化学是一门从实践中来到实 践中去的学科。以解决水中的实际问题 为目的。学习水分析化学好比射击，只 会把枪打响而打不准是毫无用处的。学 习时要牢固树立准确“量”的概念。
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第1章 天然水的水质及水质分析基础
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化 学 分 析
水 分 析 化 学
仪 器 分 析
重量分析 滴定分析
电化学分析 光化学分析 色谱分析
波谱分析
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酸碱滴定 配位滴定
氧化还原滴定 沉淀滴定

（7）对部分原有项目的限制提出更严格的要求，共4项： 浊度、铅、镉、四氯化碳。
（8）增加了粪性大肠菌群的项目。
1.2标准的基本要求（P237表14-2）
1）水中不得含有病源微生物（3种）。 2）水中所含化学物质（70多种）及放射性物质（2种）
不得危害人体健康。 3）水的感官性状良好。
1.3标准简介（ 指标分类）
5）冷却方法
2.给水处理的基本工艺
1）饮用水常规处理工艺 2）在饮用水常规处理工艺的基础上，增加预处理和（或）
深度理论与设计.北京: 中国建筑工业出版社,1992
2.钟淳昌主编.净水厂设计. 北京:中国建筑工业 出版社,1991
3.(日) 水处理理论与应用.张自杰等译. 北京:中 国建筑工业出版社,1986
第一章给水处理概论
§1-1水源水质 §1-2水质标准 §1-3 给水处理方法概述 §1-4反应器
《水质工程学》电子教案 ------给水处理工程
课程性质及任务
〈水质工程学〉是给水排水工程专业的一门主 干专业课，其任务是通过本课程的学习，使学生全 面系统地了解水的性质、水质特征与水质指标等概 念，较扎实地掌握水处理的基本概念、基本原理、 基本方法及基本应用与发展；基本掌握各种水处理 的技术与方法、应用条件、设计规范以及新工艺与 新技术，为将来从事本专业的工程设计、科学研究 及运行管理工作等奠定必要的理论和应用基础。培 养学生具有设计、计算水质工程中的各构筑物、工 艺系统的初步能力和分析、解决实际工程问题的能 力。
1.3.1感官性状和一般化学指标 1) 感官性状指标（物理指标）
浊度 、悬浮物 、臭和味
2) 化学指标 a 杂质或污染物质的单项指标 b 无机特性的综合指标 c 有机污染物的综合指标

• “水是人类社会赖以生存和发展的命脉， 水是人类社会赖以生存和发展的命脉， 水是人类社会赖以生存和发展的命脉 是城市的血液，没有水就没有人类社 是城市的血液， 没有水就没有城市。 会，没有水就没有城市。我跟水打了 ６０多年的交道 多年的交道， ６０多年的交道，深感至今对于水的 利用和处理还有许多问题需要研究探 讨，特别是在建设具有中国特色的社 会主义城镇的今天，尤为如此。”这 会主义城镇的今天，尤为如此。 是顾康乐一生的迷恋， 是顾康乐一生的迷恋，也是他留给后 来人的希冀。 来人的希冀。
• 主要课程：给水工程、排水工程、建筑 主要课程：给水工程、排水工程、 给水排水工程、工程力学、水力学、 给水排水工程、工程力学、水力学、测 量学、水泵与泵站、水处理微生物学、 量学、水泵与泵站、水处理微生物学、 无机化学、水分析化学、工程制图、 无机化学、水分析化学、工程制图、电 工与电子学、计算机技术与应用、 工与电子学、计算机技术与应用、管理 科学等。 科学等。
• 求职意向 应聘职能类型一： 应聘职能类型一：市政工程师 应聘职能类型二： 应聘职能类型二：给排水工程师 应聘职能类型三： 应聘职能类型三：建筑制图 应聘职能类型四： 应聘职能类型四：水电工程师 应聘职能类型五： 应聘职能类型五：设备工程师 应聘职能类型六： 应聘职能类型六：环保工程师
• 工作经验 2007年 7月 到天津市政工程公路有限责任公司 参加 暑期社会实践。 2007年 7月 到天津水利局及海水淡化研究所 参加暑 期社会实践。 2007年12月 在山东建筑大学校内实践基地实习。 2008年 8月 到北京西点方略营销顾问公司 参加银行 信息数据录入与整理工作。 2008年11月 到济南建大教授花园工地、09年十一届 全运会主场馆参加水工程施工实习。 2008年11月 到济南雪山供水有限公司、光大水务 （济南）有限公司、济南鹊华水厂实习。 2009年3月 江门市市政工程设计院 市政给排水设计 员 2009年7月 东莞新城市政工程设计咨询有限公司 市 政给排水设计员

空间分布不均 81％的水资源分布在长江流域及其以南
年内及年际变化大 60－80％降水集中在夏季，7，8，9月 年际变化差3－6倍（大时）
给水处理存在的问题 1、取水过程
地表水（泥沙、藻类）和地下水（井） 2、输配水过程 防止二次污染、输水损耗（水的安全、管道安全） 3、水体生态环境的破坏
点污染污水排放量大、污染物成分复杂，水体自净能 力不足（水的良性循环、清洁生产）； 面污染比较分散，收集治理麻烦（科学施肥撒药、节 水灌溉，提高水的利用系数。例如：改进灌溉方式） 4、污水的处理再利用
水量短缺是水量达不到人们的需求而造成的水短缺。
历史上的天府泽国，目前基本上都处于程度不同的缺 水状态，一些地区出现了水乡无水喝的尴尬局面，水 资源危机给江南水乡社会经济的发展带来了严峻的挑 战。在著名的国际商贸城市义乌，市区有时每周正常 供水仅9小时，人均水资源拥有量仅为全国平均水平 的1／4。据称，在义乌有两样商品最好卖，即水桶和 水泵。
1.3 饮用水与健康
水质不良可引发多种疾病，严重时威胁人的生命。世 界卫生组织认为，80％的成人疾病和50％的儿童死亡 都与饮用水水质不良有关。
1.3.1 水生物对人体健康的影响
影响较大：细菌、病毒、致病原生物。 此外还有藻类、真菌、寄生虫、蠕虫等。
1.3.2 水中的化学物质对人体健康的影响
包括：微量元素及其他无机物、有机物、放射性物质、 消毒剂及消毒副产物的影响。
• 通常将在20℃，历时20天生化需氧量以BOD20表示。为 缩短检测时间，常以20℃，5天生化需氧量BOD5作为常 用有机物的水质指标，一般BOD5约为BOD20的70%左右。
★ 化学需氧量（COD）
• 定义：化学氧化剂氧化有机物时所需的氧量，单位mg/L。 重铬酸钾（CODCr或COD)

系
碎石为填料。
塑料工业发展，
给
碎石比表面积小，负荷小，
塑料填料引入生物
水 排
占地大，喷洒废水布水方式 不卫生。 所以生物膜法一直未被重
膜处理系统，推动
水 工
生物膜法发展。
程
教
视。
研 室
11
载体材料：无机和有机两大类
环
无 机 类 载 体
沙子、碳酸盐类、各种玻璃材料、沸石类、陶瓷类、
境 与
碳纤维、矿渣、活性炭等。
18
载体5
环 境 与 市 政 工 程 系
给 水 排 水 工 程 教 研 室
19
载体6
环 境 与 市 政 工 程 系
给 水 排 水 工 程 教 研 室
20
3.1.3 生物膜法的特征
3.1.3.1 微生物学特性
环 境
与
市
• 1物链长；
系
给
• 3.能够存活世代时间较长的微生物，硝化菌；
市
机械强度高，化学性质相对稳定，比表面积较大。
政 工
不足：密度较大，在悬浮生物膜反应器中应用受限。
程 系
给
有 机 类 载 体
聚氯乙稀PVC、聚乙烯PE、聚苯乙烯 PS、聚丙烯PP、各类树 脂、塑料、纤维以及明胶等，
有机高分子类载体适用于悬浮状态完全混合反应器工 艺（生物流化床、曝气生物滤池等）。
微生物代谢有机物。
工 程 教 研 室
生物膜的构造（剖面图）
7
生物膜的生长与脱落
1) 生物膜的生长
• 生物膜的形成: 在载体
环 境
表面生长繁殖、数量不
与
断增长，向载体表面外
市 政
伸展，形成好氧层

精选课件
36
2. L—M模式的基本方程式
1) 第一基本方程式 2) 第二基本方程式。
精选课件
37
3. L—M模式导出的方程式
1) 出水水质Se与污泥龄θc之间的关系。 2) 污泥龄计算式。 3) 曝气池内微生物浓度X与污泥龄θc的关系。 4) 回流比R与θc之间的关系。 5) 产率系数Y与表观产率系数Yobs之间的关系。 6) θc与Se的关系。 7) 曝气池体积V计算式
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3.溶解氧
参与污水活性污泥法处理的微生物种群以好氧呼吸的好氧菌为主体。因此，在曝 气池内必须有足够的溶解氧。溶解氧不足，必将对微生物的生理活动产生不利的 影响。
精选课件
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4.营养物质平衡
参与活性污泥处理的微生物，在其生命活动过程中，需要不断地从环境污水中吸 取其所必需的营养物质，包括碳源、氮源、无机盐类及某些生长素等。因此，待 处理的污水中这些物质必须充足。
精选课件
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2.微生物的代谢
图16-4 微生物对有机物的分解代谢及合成代谢及其产物的模式图
精选课件
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2.微生物的代谢
图16-5 微生物三项代谢活动之间的数量关系
精选课件
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16.2 活性污泥净化反应影响因素与主要设计、运行参数
16.2.1 活性污泥净化反应影响因素 16.2.2 活性污泥净化反应系统的主要控制指标与设计、运行参数
精选课件
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2. pH值
微生物的生理活动与环境的酸碱度密切相关，只有在适 宜的酸碱度条件下，微生物才能进行正常的生理活动。 以pH值表示的氢离子含量能够影响微生物细胞质膜上的 电荷性质。电荷性质改变，微生物细胞吸收营养物质的 功能也会发生变化，从而对微生物的生理活动产生影响。 pH值过大地偏离适宜数值，微生物的酶系统的催化功能 就会减弱，甚至消失。同时，微生物的细胞质是一种胶 体溶液，有一定的等电点。当等电点由于pH值变化而发 生变化时，微生物的呼吸作用和对营养物质的代谢功能 就会发生障碍。另外，高含量的氢离子可导致菌体表面 蛋白质和核酸水解而变性。

水质工程学未来发展趋势
智能化与自动化
利用物联网、大数据和人工智能等技术，实现水质工程处理的智能化 和自动化，提高处理效率和稳定性。
生态化与可持续性
发展生态化水质处理技术，降低能耗和资源消耗，实现可持续性发展 。
多功能化与综合化
开发多功能的处理技术和设备，满足不同水质处理需求，实现综合化 发展。
定制化与个性化
03
消毒工艺流程
04
膜分离工艺流程
03
水质工程学基本技术
混凝技术
总结词
通过向水中投加混凝剂，使水中的悬浮物和胶体物质脱稳，形成大颗粒絮状物，然后通过沉淀或过滤将其去除。
详细描述
混凝技术是水质工程学中的一项基本技术，主要应用于给水处理和废水处理领域。通过向水中投加混凝剂，如铝 盐、铁盐等，使水中的悬浮物和胶体物质脱稳，形成大颗粒絮状物。这些絮状物可以很容易地通过沉淀或过滤被 去除，从而使水质得到改善。
全。
工业废水处理工程实践
工业废水特点
成分复杂、污染物浓度高、水质波动大等。
处理工艺选择
根据废水性质和排放标准，选择合适的物理 、化学、生物处理工艺。
废水处理目标
降低污染物浓度、实现达标排放、资源化利 用等。
运行管理
建立完善的运行管理制度，确保废水处理设 施正常运行和污染物达标排放。
城市污水处理工程实践
重要性
随着全球水资源日益紧缺，水质 工程学在水资源保护、水污染控 制以及人类健康保障等方面发挥 着至关重要的作用。
水质工程学的历史与发展
历史
水质工程学的发展可以追溯到古代的 净水技术，如中国和印度等国的净水 方法。随着工业革命和城市化进程的 加速，水污染问题日益严重，推动了 水质工程学的快速发展。