环境工程学

《环境工程学》期末复习资料，环境工程学是一门学科，旨在研究和应用工程技术和相关学科的原理和方法，以保护和合理利用自然资源，防治环境污染，改善环境质量。

环境工程学

大气

理论基础

污染控制措施

污染物的捕集

集气罩

颗粒污染物的控制

除尘器

气态污染物的控制

分离、转化

污染物的稀释法控制

子主题

除尘装置

机械除尘

重力沉降室

惯性除尘器

冲击式

气流中粒子冲击挡板而捕集较粗粒子

反转式

改变气流方向而捕集较细粒子

旋风除尘器

电除尘

去除对象：主要是细尘

基本过程

悬浮粒子荷电——高压直流电晕

带电粒子在电场中的迁移和捕集

捕集物从集尘表面清除

粉尘比电阻

烟气调质

改变烟气温度

荷电机理

电场荷电（大粒子）

离子在静电力作用下作定向运动，与粒子碰撞而使粒子荷电

扩散荷电（小粒子）

依赖于离子的热能，而不是依赖于电场

电晕电极

正电晕极：用于空气调节系统

负电晕级：用于工业气体净化

除尘器类型

单区电除尘器

双区电除尘器

湿式除尘

主要是粉尘；排出的污水污泥需要处理，澄清的洗涤水要重复回用；不适用于含有憎水性和水硬性粉尘的气体

高效除尘器代表：文丘里洗涤器

低效除尘器代表：喷淋塔

袋式除尘

滤料耐酸耐腐蚀

注意清灰时不要清掉粉尘初层

气态污染物控制工艺

脱硫

燃烧前脱硫

煤炭的固态加工

煤炭洗选

型煤固硫

煤炭的转化

煤的气化和液化

重油脱硫

燃烧中脱硫

流化床燃烧技术

影响因素：钙硫比、脱硫剂种类，煅烧温度，脱硫剂的颗粒尺寸和孔隙结构

燃烧后脱硫

烟气脱硫分类方法

干法

湿干法（用雾化脱硫剂浆液脱硫，但是脱硫过程中雾滴被蒸发干燥）

除尘工艺之前

湿法

除尘工艺之后

主要烟气脱硫工艺

石灰/石灰石洗涤工艺

目前应用最广泛的脱硫技术

影响因素：pH、钙硫比（最好比值1，但石灰石会超的多）、吸收塔结构等

可能含有Hg

加入石灰pH8 显碱性；加入石灰石 pH6 显酸性

改进的石灰/石灰石湿法洗涤工艺

加入已二酸

抑制气液界面上SO2溶解造成的pH降低，加速液相传质

加入硫酸镁

SO2以可溶性盐的形式存在，防止结垢问题

双碱性液体吸收

用碱金属盐类或碱性水溶液吸收SO2，后用石灰/石灰石再生

其它湿法脱硫工艺

海水脱硫法

氧化镁法

氨法

湿干法脱硫工艺

喷雾干燥法脱硫

脱硝

燃烧过程中产生的氮氧化物分类

热力型NOx：低温下含碳自由基形成的NO

燃烧性NOx：燃料中固定氮生成的氮氧化物

瞬时NO：低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的NO

燃烧中脱硫（即低氮燃烧技术）

传统低氮燃烧技术

低氧燃烧（降低NOx的同时提高锅炉热，CO CH 碳黑生成量降低）

烟气循环燃烧

降低助燃空气预热温度

两段燃烧

第一段

富燃 燃烧温度低 氧气少，NOx生成物较少

第二段

富氧 CO、CH充分燃烧 ，火焰温度较低

先进低氮燃烧技术

空气分级低氮燃烧技术

一次火焰区

富燃（燃料多，氧气少，还原性），含氮组分难以析出

二次火焰区

供入过剩的空气，形成二次火焰区，燃尽CO、CH

燃烧分级低氮燃烧技术

所使用的再燃燃料可以与主燃料相同，再燃料宜于选用容易着火和燃烧的烃类气体或液体燃料，如天然气。

燃尽风或者火上风（Over Fire Air）

空气/燃烧分级低氮燃烧器

燃烧后脱硫（烟气脱硝）

技术难点

处理烟气体积大

烟气浓度相当低

NOx总量相对较大

选择性催化还原法脱硝（SCR）

原理：利用氨将NOx转化为N

优点：温度低，有催化剂反应较为温和

催化剂：以TiO2为载体的V2O5 WO3等金属氧化物

催化剂中毒

物理中毒：堵塞和机械磨损

化学中毒：还原反应过程中产生的副反应导致催化剂失去活性，此外，烟气中的重金属、砷、碱金属也会导致催化剂中毒失活

主要不利生成物l-硫酸氢氨（ABS）

ABS具有一定的腐蚀性和粘结性

选择新非催化还原法脱硝（SNCR）

用氨水还原

水

水的物化处理（一、三级）

水中较大颗粒物去除

筛滤截留

格栅

筛网

微滤机

重力沉降

沉砂池

离心分离

水旋分离设备

压力式水力旋流器

重力式水力旋流器

器旋分离设备（离心机）

低速离心机

中速离心机

高速离心机

水中悬浮物质和胶体物质去除

沉淀

分类

自由沉降

絮凝沉降

拥挤沉降

压缩沉降（污泥沉降）

理想沉淀池

表面负荷率或者溢流率q0

普通沉淀池

平流式~

整流措施：淹没孔口、穿孔墙、挡板

竖流式~

曝气式~

斜板沉淀池

不能用于二沉池 生物污泥粘性大

混凝

机理

吸附电中和

网捕作用

吸附架桥

压缩双电层

常用混凝剂

聚合氯化铝

优点：无腐蚀性

缺点：有健康风险

聚合硫酸铁

优点：分子量大，易沉降、低温下可用

缺点：有色度，有腐蚀性

助凝剂

pH调节剂类

CO2，氢氧化钙

绒粒核心类

高岭土

氧化剂类

氧气

投配方式

干法

湿法（常用）

水力搅拌（量少）

机械搅拌（量大）

过程

混合 10-30秒 G为500-1000S-1

反应10-30分钟，G为10-1000S-1

澄清

澄清=混凝+沉淀=混合+反应+沉淀

分类

悬浮泥渣过滤

普通悬浮澄清池

泥渣循环分离

水力循环澄清池

过滤

去除细小悬浮物和胶体物质

机理：阻力截留 重力沉降 接触絮凝

滤料

特性：有足够的机械强度，有较好的化学稳定性，便宜易得，有足够的空隙率

常见滤料：石英砂和无烟煤滤料

有效直径：能使10%滤料通过的筛孔直径（mm)d10

不均匀系数k80：d10/d80，其值应在1.65-1.80之间

反冲方式

配水系统

大阻力配水系统（穿孔管）配水均匀

小阻力配水系统（穿孔滤砖）配水不均匀

无阀滤池、虹吸滤池、移动冲洗罩滤池不宜采用大阻力配水系统

气浮

分类

电解法

分散空气法

溶解空气再释放法

溶气真空气浮

加压溶气气浮

全部进水溶气

部分进水溶气

部分处理水溶气

分离条件

必须使待分离的污染物形成不溶性的固体或液体悬浮体，呈悬浮状态

必须在水中产生足够数量的细微气泡（微米）

必须使气泡与悬浮粒子能够相黏附

分离对象

乳化油以及颗粒密度接近于水或小于水的细小颗粒的分离

浮选剂

松香油和脂肪酸盐

吸附

适用范围

生化难以降解的有机物，或一般氧化法难于氧化的溶解性有机物

三种吸附类型

Langmuir吸附

BET吸附

Freundlich吸附

活性炭分类

粒状炭

粉末炭（不可回收)

穿透点：达到容许出水浓度

吸附终点：出水浓度大约为进水浓度的80％－90％

水中溶解物质去除 降低硬度 去除盐分

软化方法（去除水中钙镁离子）

加热软化

药剂软化

离子交换法

除盐方法（去除水中阴阳离子）

蒸馏法

电渗析法

离子交换法

步骤：交换—反洗—再生—清洗

规律：价态越高越易被树脂交换，同价态原子序数大的优先交换，酸或碱性越强，交换位置越低

膜分离

常温操作、不消耗热量、无相变化、能耗高

分为电渗析（ED）、反渗透（RO）、微滤（MF）、纳滤（NF）、超滤（UF）

水中有害微生物的去除

CT理论

消毒剂的浓度与消毒剂作用时间的乘积，用于比较消毒剂杀菌作用的指标

分类

化学药剂法

机械法

辐射

物理法

二氧化氯

优点：不会生成致癌物——三卤甲烷

缺点：味和嗅的问题，会生成副产物亚氯酸盐、氯酸盐，有健康风险

液氯

优点：会有余氯

缺点：会产生致癌物三氯甲烷（THMs)，而且在光的作用下会生成氯化氢和剧毒的光气

紫外线和臭氧消毒

不能解决管网污染问题，需要加入氯胺

高级氧化工艺（AOPs)

采用几种消毒剂混合以产生羟基自由基，羟基自由基可以分解许多有机物质

水的其它物理化学处理方法

中和法

酸碱废水中和

酸性废水一般较碱性废水危害较大

药剂中和

酸性废水用石灰、石灰石、白云石

碱性废水用烟道气、工业酸性废水

过滤中和

石灰石

白云石，生成较少的硫酸钙，常用于酸性废水中和

高级氧化技术

化学还原法

硫酸亚铁——石灰法除铬

作用机理：硫酸亚铁将其转化为三价铬，然后三价铬和石灰沉淀

化学沉淀法

除磷，利用过量钙离子与磷酸盐反应生成羟基磷灰石，常用来土壤修复

电化学法

电化学氧化法

电化学还原法

隔膜电解回收镀铬废液

磁力分析法

用来去除重金属

溶剂萃取法

用来回收重金属离子或者高浓度有机工业废水

水的生物化学处理（二级）

活性污泥概述

生命有机体、生物絮凝体

特点：比表面积大、含水多99%、有土壤味道，棕黄色

运行基本条件

污泥要和废水充分接触

供养充足

有足够的营养物质

对微生物有毒有害物质不超过其毒阀浓度

及时回流污泥，确保微生物数量一定

运行基本流程

曝气池

二沉池（出水、回流）

活性污泥的组成

物质组成

具有代谢功能活性的微生物群体

微生物自身携带的有机物质

微生物内源代谢，自身氧化残留物

微生物自身携带的无机物质

生物组成

细菌（以异养型细菌为主）

菌胶团细菌

丝状菌（活性污泥絮凝体的骨架，但过多会引起污泥膨胀）

原生动物

纤毛虫（固着型）

后生动物

轮虫

微生物菌体本身就是有机物，以BOD的形式存在于水中，如果被处理过的水中微生物没有完全去除，说明未达到完全处理

影响活性污泥增长的因素

溶解氧

曝气池出口保持在2mg/L

pH

pH6-9

营养物质

BOD：N：P＝100：5：1

有毒物质

不超过其毒阀浓度

温度

15-30℃

活性污泥评价方法

活性污泥的生物量

混合液悬浮固体MLSS

混合液挥发性固体MLVSS

MLVSS/MLSS约为0.75

活性污泥的沉降性能

污泥沉降比SV

污泥指数SVI 70-100 SV/MLSS

活性污泥活性的评定指标

活性污泥的比好氧速率（SOUR）

活性污泥法的设计运行参数

BOD污泥负荷率（F/M食微比）或BOD容积负荷率

较高负荷率 曝气池容积小 水质不一定能够达到要求

较低符合率 曝气池占地面积大 基建投资大

污泥回流比R

SRT 污泥停留时间

HRT 水力停留时间

可以确定曝气池容积

活性污泥法反应动力学

莫诺特理论

高浓度底物条件

低浓度底物条件

曝气及其曝气系统

作用

充氧

为活性污泥法微生物提氧气，以满足其在代谢过程中产生带氧量

搅拌、混合

使活性污泥在曝气池中呈搅动的悬浮状态，与污水能够充分接触

氧转移原理

菲克定律

物质扩散的推动力是物质在界面二侧的浓度差

氧转移影响因素

污水水质

氧气分压

水温

双膜理论

氧分子通过液膜是氧转移过程的控制步骤

KLa

氧分子的总传质系数，其倒数为KLa/1,代表氧分子浓度提高所需的时间

增大曝气量

微孔曝气

增加曝气池深度来增大气液接触时间和面积，增大KLa

增大空气中氧的分压

曝气方法

机械曝气

竖轴曝气机

竖轴叶轮曝气机

卧轴曝气机

转刷曝气器

鼓风曝气

主要使用微孔曝气装置

各种活性污泥法

普通活性污泥法

水流为推流式，进口处有机物浓度高，并沿池长逐步降低

优点：出水水质好，稳定程度高

缺点：抗冲击性能差，供氧和耗氧不匹配不均衡

阶段进水活性污泥法

污水沿池长度分段注入曝气池

渐减曝气活性污泥法

供氧量沿池长逐步降低

完全混合活性污泥法

污水在曝气池内分布均匀，各部分水质，微生物群体组成一致，通过调节F/M，使整个曝气池的体积处于一个良好的工况状态

优点：抗冲击性能较强，工况易于调节，可以处理高浓度有机废水

缺点：出水水质不如普通活性污泥法，且容易发生污泥膨胀

延时曝气活性污泥法

优点：内源呼吸期 产污泥量少

缺点：曝气时间长，曝气池容积大 适用于小城镇生活污水处理和工业废水处理

选择器活性污泥法

选择器：好氧、缺氧、厌氧

纯氧曝气活性污泥法

内压稍高于外压，有盖封闭，外界气体不易进入

吸附—再生活性污泥法

先吸附，然后在转移到生物体内

优点：构筑容积小，吸附池和再生池相加也比传统活性污泥法的池容要小

缺点：处理水水质不好，不适宜处理溶解性有机物含量高的废水

高负荷活性污泥法

F/M大，曝气时间短，出水水质较差

BOD去除率不超过70-75%称为不完全处理活性污泥法；BOD去除率在90-95%，出水BOD在20mg/L以下，称为完全处理活性污泥法

序批性活性污泥法（SBR）

五个步骤：进水—反应—沉淀—出水—待机

不需要沉淀和回流装置

活性污泥培养方式

接种培养

接种其它处理厂的活性污泥，但适用于小型水处理厂，因为大型水处理厂需要污泥量大，经济不合算。

间歇培养

低负荷连续培养

闷曝：只曝气而不进水

污泥污泥运行产生问题

污泥膨胀

丝状菌膨胀

丝状菌过度繁殖导致

非丝状菌膨胀

细菌大量积累高粘性多糖类物质，污泥结合水异常增多，比重减轻、压缩性能下降

污泥腐化

原因：污泥长期滞留在二沉池，厌氧发酵产生甲烷、硫化氢等气体，造成污泥上浮

污泥解体

特征：污泥絮凝体细小化 出水水质混浊

原因：曝气量过多 有毒物质混入

污泥脱氮上浮

原因：污泥在二沉池底部发生反硝化作用，产生氮气造成大块污泥上浮

泡沫问题

生物泡沫（褐色）

处理较为困难，增大排泥、加氯、降低SRT

工业泡沫（乳白色）

处理较为简单

异常生物相

钟虫 头顶气泡

轮虫　数量过多　污泥老化、松散或解体

活性污泥法处理系统运行效果的检测

水质检测

污泥生长情况检测

反应微生物营养和环境条件的项目：DO、pH、氮、磷

活性污泥法脱氮

硝化作用

去除1g氨氮，生成0.15g新细胞、减少7.14g碱度、消耗4.33g氧气、消耗0.08g无机碳

硝化反应控制条件：足够的曝气时间、充足的DO、pH、污泥停留时间

反硝化作用

去除1g硝态氮，生成0.455g新细胞、消耗2.47g甲醇（3.7g)COD,生成3.57g碱度

A/O工艺 A缺氧

优点：反硝化池不用曝气只需搅拌；反硝化池可以为后续的硝化池补充碱度

缺点;双循环费用较高、沉淀池可能会出现硝态氮、进行反硝化作用，造成污泥上浮

短程反硝化

厌氧氨氧化

活性污泥法除磷

photostrip除磷工艺

生物除磷与化学除磷相结合

缺点：在沉淀池1底部容易形成厌氧释磷现象；流程较为复杂，运行管理较为复杂

A/O工艺 A厌氧

厌氧释放磷 ，好氧吸收磷

活性污泥法脱氮除磷

A2O工艺

厌氧释放磷，缺氧反硝化、好氧碳氧化、硝化、吸磷

先厌氧后缺氧最后好氧；污泥回流（外循环）到厌氧池；硝化液（内循环）回流到缺氧池

Bardenpho工艺

脱氮除磷效果比A2O好，但运行复杂、费用较高

反硝化聚磷菌（DPB）

能利用分子态氧和化合态氧，在反硝化的同时进行聚磷

生物膜法

优点：不会污泥膨胀；适合处理低浓度废水；不需要曝气和回流，便于运行和管理；食物量长，污泥产泥量低；耐冲击负荷；沉降性能好，利于沉降分离

缺点：需要较多的支撑结构和滤料，基建投资费用大；自然通风供氧，供氧强度有限，在生物膜内层会形成厌氧层，缩小了具有净化功能的有效容积；载体材料比表面积小，BOD容积负荷有限

影响因素

滤池高度

回流

供氧

负荷

生物膜工艺

普通生物滤池

曝气生物滤池（BAF）

对进水浓度有要求，不需要二沉池　集生物氧化和截留悬浮固体于一体

高负荷生物滤池

通过处理水回流和限制进水来实现高负荷

生物转盘

塔式生物滤池

负荷比高负荷生物滤池要高

生物接触氧化　需要二沉池

膜生物反应器（MBR）　活性污泥法

生物流化床

液相动力流化床

气相动力流化床

厌氧处理

优点：不需要曝气，能耗较少；氮磷需求较少；可以处理中高浓度废水以及好氧无法分解的有机物；可以杀灭蚊虫

缺点：会产生污染性气体污染大气；厌氧微生物增殖缓慢，厌氧设备启动时间较长；影响厌氧工艺的因素较为复杂；厌氧处理的水质一般达不到出水标准，需在其后在串联一个好氧处理设备

三段理论

水解与发酵

产氢产乙酸

产甲醛

影响因素

pH

温度

有机物质

温度

有机负荷

搅拌和混合

厌氧工艺

普通厌氧滤池

厌氧接触法（厌氧活性污泥法） 脱气（厌氧产沼气，需要在沉淀前进行脱气，以免沉淀不佳）

厌氧滤池 有填料SS不能太高

上流式厌氧活性污泥床（UASB）

优点

有机负荷高

污水浓度高

不需要载体，提高容积有效利用率

内设三项分离

不需要搅拌，通过进水和产生的沼气来搅动

缺点

大型装置内有短流现象

SS浓度要小于等于200mg/L，以免对污泥颗粒化不利或减少反应区有效容积

在没有污