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1、污染控制化学,张维昊,污染控制化学,第一章 环境质量与环境标准第二章 酸、碱反应在污染控制中的应用第三章 化学沉淀与絮凝分离第四章 吸附与吸收净化第五章 溶剂萃取分离第六章 离子交换处理法第七章 膜分离技术第八章 污染物的氧化还原处理第九章 污染物的生物处理第十章 重要污染物的化学治理第十一章 清洁生产,环境学的学科体系,本课程要求,掌握污染控制化学原理了解污染控制化学技术培养污染控制思路和能力,第一章 环境质量与环境标准,11 环境质量111 环境的概念112 环境的基本类型113 环境质量的含义114 环境质量问题12 环境标准121 概述122 我国环境标准体系13 水质指标与水质标准1
2、31 水质指标132 水质标准14 大气环境与质量标准141 大气环境与大气污染142 环境空气质量控制标准15 土壤环境151 土壤的概念及组成152 土壤环境的特点153 土壤污染154 土壤环境质量标准,第一章 环境质量与环境标准,11 环境质量环境：本法（环境保护法）所称环境，是指影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然遗迹、人文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村等。环境类型：,以人为主体，其他的生命物体和非生命物质都被视为环境要素（人类的生存环境）,以生物体(界)作为环境的主体，其它非生命物质看成环
3、境要素（生态环境）,按环境主体划分,按环境范围划分,特定空间环境(如宁航的密另舱环境)、车间环境、生活区环境(如居室环境、院落环境等)、城市环境、区域环境、全球环境和宇宙环境等,按自然环境要素,大气环境、水环境(如海洋环境、湖泊环境等)、土壤环境、生物环境(如森林环境、草原环境等)、地质环境等,按社会环境功能,工业区、生活区、商业区、科教文卫区等,第一章 环境质量与环境标准,环境质量：一般是指在一个具体的环境内，环境的总体或环境的某些要素，对人群的生存和繁衍以及经济发展的适宜程度，是反映人群的具体要求而形成的对环境评定的一种概念。最早是在1960年代，由于环境问题的日趋严重，人们常用环境质量的
4、好坏来表示环境遭受污染的程度。,第一章 环境质量与环境标准,环境质量问题：作为中心事物的人类与作为周围事物的环境之间的矛盾。实质是由于盲目发展、不合理开发利用资源而造成的环境质量恶化和资源浪费、甚至枯竭和破坏。,目前国际社会最关心的全球环境问题主要包括：全球气候变化、臭氧层破坏、酸雨或酸性降水、有害有毒废弃物的越境转移和扩散、生物多样性锐减、热带雨林减少、沙漠化、发展中国家人口及贫困问题等，以及由上述问题带来的能源、资源、饮水、住房、灾害等。,第一章 环境质量与环境标准,1.2 环境标准,环保标准主要包括：环境质量标准、污染物排放标准、环保基础标准、环保方法标准。在国外，还包括污染警报标准。,
5、环境质量标准：是为保护人群健康、社会物质财富和维持生态平衡，对一定的窨和时间范围内的环境中的有害物质或因素的容许浓度所做的规定。它是环境政策的目标，是制定污染物排放标准的依据，是评价我国各地环境质量的标尺和准绳。它也为环境污染综合防治和环境管理提供了依据。环境质量标准包括：大气环境质量标准、地面水环境质量标准、海水水质标准、城市区域环境噪声标准、土壤环境质量标准等。,按颁布环保标准的机构分类，可分为国家环保标准、地方环保标准两级。对应于上述标准，则有国家环境质量标准、地方环境质量标准；国家污染物排放标准、地方污染物排放标准。环保基础标准和环保方法标准只有国家标准，没有地方标准。,国家级标准是指
6、导标准，地方标准是直接执法标准。国家标准的执法作用是通过地方标准实现的。国家标准适用于全国范围。凡颁布了地方污染物排放标准的地区，执行地方污染物排放标准，地方标准未作出规定的，应执行国家标准。地方污染物排放标准一般严于国家排放标准。,环保基础标准：是在环境保护工作范围内，对有指导意义的符号、指南、名词术语、代号、标记方法、标准编排方法、导则等所作的规定。它为各种标准提供了统一的语言，是制定其它环保标准的基础。,污染物排放标准：是国家（地方、部门）为实现环境质量标准，结合技术经济条件和环境特点，对污染源排入环境的污染物浓度或数量所作的限量的规定。污染物排放标准是实现环境质量标准的手段，其作用在于
7、直接控制污染源，限制其排放的污染物，从而达到防止环境污染的目的。制定污染物排放标准是一项相当复杂的工作。它涉及到生产工艺、污染控制技术、经济条件、污染物在环境中的迁移变化规律以及环境质量标准等。因此各国的污染物排放标准各不相同。我国已颁布的污染物排放标准有：污水综合排放标准、大气污染物综合排放标准、恶臭污染物排放标准，行业污染物排放标准有水泥厂大气污染物排放标准、锅炉大气污染物排放标准、工业炉窑大气污染物排放标准、火电厂大气污染物排放标准、炼焦炉大气污染物排放标准等。,环保方法标准：是在环境保护工作范围内，以抽样、分析、试验操作规程、误差分析、模拟公式等方法为对象而制定的标准。例如：水质采样技
8、术指导、水质分析方法标准、环境空气总县浮物的测定、锅炉烟尘测试方法、城市区域环境噪声测量方法等。,第一章 环境质量与环境标准,1.3 水质指标与水质标准,水质是指水和其中所含的杂质共同表现出来的物理、化学和生物的综合特性。各项水质指标则表示水中杂质的种类、成分和数量，是判断水质的具体衡量标准。,水质指标,物理性水质指标,化学性水质指标,生物性水质指标,感观物理性状指标：如温度、色度、嗅和味、浑浊度、透明度等。,其它物理性水质指标：如总固体、悬浮固体、溶解固体、可沉固体、电导率等。,一般化学性水质指标：如pH、碱度、硬度、各种阳离子、阴离子、总含盐量、一般有机物质等。,有毒化学性指标：如各种重金
9、属、氰化物、多环芳好、各种农药等。,氧平衡指标：如溶解氧(DO)、化学需氧量(COD)、生物需氧量(BOD)、总需氧量(TOD)等。,包括细菌总数、总大肠菌群数、各种病原细菌、病毒等。,第一章 环境质量与环境标准,生活饮用水水质标准（2012年(GB5749-2006)）,生活饮用水：由集中式供水单位直接供给居民作为饮水和生活用水，该水的水质必须确保居民 终生饮用安全。集中式供水：由水源集中取水，经统一净化处理和消毒后，由输水管网送到用户的供水方式。自建集中式供水：除城建部门建设的各级自来水厂外，由各单位自建的集中式供水方式。二次供水：用水单位将来自城市集中式供水系统的生活饮用水经贮存或再处理
10、(如过滤、软化、矿 化、消毒等)后，经管道输送给用户的供水方式。,生活饮用水水质应符合下列基本要求1 水中不得含有病原微生物。2 水中所含化学物质及放射性物质不得危害人体健康。3 水的感官性状良好。,生活饮用水水质常规检验项目：微生物指标：4项；毒理学指标：15项；感官性状和一般化学指标：17项；放射性指标 2项；消毒剂：4项；计42项；生活饮用水水质非常规检验项目：微生物指标:2项；感官性状和一般化学指标：3项；毒理学指标：59项；计64项；总计：106项,第一章 环境质量与环境标准,地表水环境质量标准(GB3838-2002),为贯彻中华人民共和国环境保护法和中华人民共和国水污染防治法，防
11、治水污染，保护地表水水质，保障人体健康，维护良好的生态系统，制定本标准。本标准将标准项目分为：地表水环境质量标准基本项目、集中式生活饮用水地表水源地补充项目和集中式生活饮用水地表水源地特定项目。地表水环境质量标准基本项目适用于全国江河、湖泊、运河、渠道、水库等具有使用功能的地表水水域；集中式生活饮用水地表水源地补充项目和特定项目适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区和二级保护区。集中式生活饮用水地表水源地特定项目由县级以上人民政府环境保护行政主管部门根据本地区地表水水质特点和环境管理的需要进行选择，集中式生活饮用水地表水源地补充项目和选择确定的特定项目作为基本项目的补充指标。本标准项目共计
12、109项，其中地表水环境质量标准基本项目24项，集中式生活饮用水地表水源地补充项目5项，集中式生活饮用水地表水源地特定项目80项。,第一章 环境质量与环境标准,地表水环境质量标准(GB3838-2002)依据地表水水域环境功能和保护目标，按功能高低依次划分为五类：I 类主要适用于源头水、国家自然保护区；类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、仔稚幼鱼的索饵场等；类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、泅游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区；IV类主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区；V类主要适用于农业用水区及一
13、般景观要求水域。对应地表水上述五类水域功能，将地表水环境质量标准基本项目标准值分为五类，不同功能类别分别执行相应类别的标准值。水域功能类别高的标准值严于水域功能类别低的标准值。同一水域兼有多类使用功能的，执行最高功能类别对应的标准值。实现水域功能与达功能类别标准为同一含义。,第一章 环境质量与环境标准,污水综合排放标准GB8978-1996,为贯彻中华人民共和国环境保护法、中华人民共和国水污染防治法和中华人民共和国海洋环境保护法，控制水污染，保护江河、湖泊、运河、渠道、水库和海洋等地面水以及地下水水质的良好状态，保障人体健康，维护生态平衡，促进国民经济和城乡建设的发展，特制定本标准。,本标准适
14、用于现有单位水污染物的排放管理，以及建设项目的环境影响评价、建设项目环境保护设施设计、竣工验收及其投产后的排放管理。按照国家综合排放标准与国家行业排放标准不交叉执行的原则，造纸工业执行造纸工业水污染物排放标准(GB3544-92)，船舶执行船舶污染物排放标准(GB3552-83)，船舶工业执行船舶工业污染物排放标准(GB4286-84），海洋石油开发工业执行海洋石油开发工业含油污水排放标准(GB4914-85)，纺织染整工业执行纺织染整工业水污染物排放标准(GB4287-92)，肉类加工工业执行肉类加工工业水污染物排放标准(GB13457-92)，合成氨工业执行合成氨工业水污染物排放标准(GB
15、13458-92)，钢铁工业执行钢铁工业水污染物排放标准(GB13456-92)，航天推进剂使用执行航天推进剂水污染物排放标准(GB14374-93)，兵器工业执行兵器工业水污染物排放标准(GB14470.114470.3-93和GB42744279-84)，磷肥工业执行磷肥工业水污染物排放标准(GB15580-95)，烧碱、聚氯乙烯工业执行烧碱、聚氯乙烯工业水污染物排放标准(GB15581-95)，其他水污染物排放均执行本标准。,第一章 环境质量与环境标准,污水综合排放标准GB8978-1996,污水：指在生产与生活活动中排放的水的总称。排水量：指在生产过程中直接用于工艺生产的水的排放量。不
16、包括间接冷却水、厂区锅炉、电站排水。,4.1 标准分级4.1.1 排入GB3838类水域（划定的保护区和游泳区除外）和排入GB3097中二类海域的污水，执行一级标准。4.1.2 排入GB 3838中、类水域和排入GB3097中三类海域的污水，执行二级标准。4.1.3 排入设置二级污水处理厂的城镇排水系统的污水，执行三级标准。4.1.4 排入未设置二级污水处理厂的城镇排水系统的污水，必须根据排水系统出水受纳水域的功能要求，分别执行.和.的规定。4.1.5 GB3838中、类水域和类水域中划定的保护区，GB3097中一类海域，禁止新建排污口，现有排污口应按水体功能要求，实行污染物总量控制，以保证受
17、纳水体水质符合规定用途的水质标准。,第一章 环境质量与环境标准,污水综合排放标准GB8978-1996,第一类污染物，指能在环境或动植物体内蓄积，对人体健康产生长远不良影响者。含有此类有害污染物质的污水，不分行业和污水排放方式，也不分受纳水体的功能类别，一律在车间或车间处理设施排放口采样，其最高允许排放浓度必须达到本标准要求（采矿行业的尾矿坝出水口不得视为车间排放口）。,第二类污染物，指其长远影响小于第一类的污染物质，在排污单位排放口采样，其最高允许排放浓度必须达到本标准要求。,城市供水水质标准渔业水质标准GB11607-89海水水质标准GB3097-1997,地下水质量标准GB/T14848
18、-9 地表水环境质量标准GB3838-2002 船舶污染物排放标准GB3552-83 污水综合排放标准GB8978-1996,主要水相关标准,第一章 环境质量与环境标准,环境空气质量标准GB 30952012,根据中华人民共和国环境保护法和中华人民共和国大气污染防治法，为改善环境空气质量，防止生态破坏，创造清洁适宜的环境，保护人体健康，特制订本标准。,总悬浮颗粒物(Total Suspended Particicular，TSP)：指能悬浮在空气中，空气动力学当量直径100微米的颗粒物。可吸入颗粒物(Particular matter less than 10 m，PM10)：指悬浮在空气中，
19、空气动力学当量直径10微米的颗粒物。细颗粒物（Particulate matter less than 2.5 m，PM2.5)：指环境空气中空气动力学当量直径小于等于 2.5 m 的颗粒物氮氧化物(以NO2计)：指空气中主要以一氧化氮和二氧化氮形式存在的氮的氧化物。铅(Pb)：指存在于总悬浮颗粒物中的铅及其化合物。苯并(a)芘(BaP)：指存在于可吸入颗粒物中的苯并a芘。氟化物(以F计)：以气态及颗粒态形式存在的无机氟化物。,环境空气质量功能区分类一类区为自然保护区、风景名胜区和其它需要特殊保护的地区。二类区为城镇规划中确定的居住区、商业交通居民混合区、文化区、一般工业区和农村地区。,环境空
20、气质量标准分为三级一类区执行一级标准二类区执行二级标准,大气污染物综合排放标准GB16297-1996,本标准规定了33种大气污染物的排放限值，其指标体系为最高允许排放浓度、最高允许排放速率和无组织排放监控浓度限值。国家在控制大气污染物排放方面，除本标准为综合性排放标准外，还有若干行业性排放标准共同存在，即除若干行业执行各自的行业性国家大气污染物排放标准外，其余均执行本标准。,标准状态：指温度为273K，压力为101325Pa时的状态。本标准规定的各项标准值，均以标准状态下的干空气为基准。最高允许排放浓度：指处理设施后排气筒中污染物任何1小时浓度平均值不得超过的限值；或指无处理设施排气筒中污染
21、物任何1小时浓度平均值不得超过的限值。最高允许排放速率：指一定高度的排气筒任何1小时排放污染物的质量不得超过的限值。无组织排放：指大气污染物不经过排气筒的无规则排放。低矮排气筒的排放属有组织排放，但在一定条件下也可造成与无组织排放相同的后果。因此，在执行“无组织排放监控浓度限值”指标时，由低矮排气筒造成的监控点污染物浓度增加不予扣除。,本标准规定的最高允许排放速率，现有污染源分一、二、三级，新污染源分为二、三级。按污染源所在的环境空气质量功能区类别，执行相应级别的排放速率标准，即：位于一类区的污染源执行一级标准(一类区禁止新、扩建污染源，一类区现有污染源改建执行现有污染源的一级标准)；位于二类
22、区的污染源执行二级标准；,如這張圖(於1950年代拍攝)的點源的污染，於美國近年來已經少見，但是非點源的污染卻是在全球日漸增加。,土壤环境质量标准GB156181995,为贯彻中华人民共和国环境保护防止土壤污染，保护生态环境，保障农林生产，维护人体健康，制定本标准。本标准按土壤应用功能、保护目标和土壤主要性质，规定了土壤中污染物的最高允许浓度指标值及相应的监测方法。本标准适用于农田、蔬菜地、茶园、果园、牧场、林地、自然保护区等地的土壤。,土壤：指地球陆地表面能够生长绿色植物的疏松层。土壤阳离子交换量：指带负电荷的土壤胶体，借静电引力而对溶液中的阳离子所吸附的数量，以每千克干土所含全部代换性阳离
23、子的厘摩尔(按一价离子计)数表示。,土壤环境质量分类 根据土壤应用功能和保护目标，划分为三类：类主要适用于国家规定的自然保护区(原有背景重金属含量高的除外)、集中式生活饮用水源地、茶园、牧场和其他保护地区的土壤，土壤质量基本保持自然背景水平。类主要适用于一般农田、蔬菜地、茶园、果园、牧场等土壤，土壤质量基本上对植物和环境不造成危害和污染。类主要适用于林地土壤及污染物容量较大的高背景值土壤和矿产附近等地的农田土壤(蔬菜地除外)。土壤质量基本上对植物和环境不造成危害和污染。,标准分级一级标准 为保护区域自然生态，维持自然背景的土壤环境质量的限制值。二级标准 为保障农业生产，维护人体健康的土壤限制值
24、。三级标准 为保障农林业生产和植物正常生长的土壤临界值。,各类土壤环境质量执行标准的级别规定如下：类土壤环境质量执行一级标准；类土壤环境质量执行二级标准；类土壤环境质量执行三级标准；,第一章 环境质量与环境标准,固体废物控制标准城市污水处理厂污水污泥排放标准GJ3025-93生活垃圾填埋污染控制标准GB16889-1997 危险废物贮存污染控制标准GB18596-2001危险废物焚烧污染控制标准GB18484-2001危险废物填埋污染控制标准GB18598-2001一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准GB18599-2001,城市是寄生體系，寄生於廣大的原野之上。,城市需要從其周遭環境獲取
25、資源，用以維持城市人口的生活享用，其所產生的廢棄物則是要排出至其周遭地區。,第二章 酸、碱反应在污染控制中的应用,21 酸、碱反应22 酸性废水处理221 酸性废水来源及特征222 酸性废水处理23 碱性废水处理231 碱性废水来源232 碱性废水处理24 中和法在重金属废水处理中的应用241 废水来源及处理方法242 氢氧化物沉淀法原理243 常用的控制pH值的方法,第二章 酸、碱反应在污染控制中的应用,2.1 酸碱反应水的酸度、碱度对水质的影响（讨论）,2.2 酸性废水处理,酸性废水来源及特性来源：钢铁、化工、矿山等行业特征：除含有酸外，还还有各种有害物质或重金属及其盐类。危害：腐蚀管道，
26、损坏农作物，伤害鱼类等水生物，危害人体健康。酸性废水处理主要方法 回收利用问题？投药中和问题？过滤中和问题？,中和的药剂有石灰（CaO）、苛性钠（NaOH）、碳酸钠（Na2CO3）、石灰石（CaCO3）、电石渣（Mg(OH)2、CaCO3、BaSO4、泥沙）、锅炉灰（SiO2、Al2O3）和软化站废渣（钢厂锅炉房软化站采用石灰、氢氧化钙作为软化水的预处理）等。,以石灰石、大理石（CaCO3、MgCO3、CaO）、白云石（MgCO3CaCO3）等作滤料，让酸性废水通过滤层，使水中和的方法,普通中和滤池、等速升流膨胀中和滤池、变速升流膨胀中和滤池、滚筒式中和器,升流式石灰石膨胀滤池,废水由下往上过
27、滤，在高速水流作用下，滤料形成悬浮状态，中和时产生的硫酸钙及二氧化碳气体被带出池外。出于水流及二氧化碳气体的上升搅拌作用，使滤料颗粒相互摩擦碰撞，有助干阻止滤料表面被硫酸钙所覆盖，提高了中和效果。采用小粒径滤料可使表面积大大增加显著减少中和时间，有利于大幅度提高滤速。这种滤池要求进出水均匀，以免在高流速运行状态下产生短路影响中和效果，因此进水采用大阻力配水系统出水采用溢流堰。石灰石滤料层的厚度根据试验采用1-1.2m，滤料膨胀率为15-30，清水区高0.5m。进水含硫酸浓度不宜超过2200-2300mg/L，出水pH值4.2-4.5，经过吹脱设备后，pH值可达6-6.5。中和每吨硫酸约消耗滤料
28、1.2吨，因此每隔2-3h就需要投加新滤料，以维持有效滤料层的厚度。当进水的硫酸浓度短期越过限值时，应及时采取措施，降低水的进入量(多余的酸水在调功池内暂时存放)，同时用清洁水进行反冲稀释。当滤池使用到一定期限，滤料中的无效成分积累过多，需要倒床更新时，可逐渐降低滤速，以便最大限度地消耗掉滤料，最后将失效滤料用抓斗吊车从滤池上部清理出去。,变速膨胀中和滤他,为使水流能产生涡流而加强颗粒间的碰撞，同时为了防止水流带出因反应而粒径变小的滤料，可将滤池在构造上做成倒圆锥形，成为水流下大上小的变速膨胀中和滤他，如图所示。上部滤速为15-17.5m/h，中间过滤段滤速为15-60m/h之间，滤科膨胀率为
29、12一20)，正常工作时的水头损失为1-1.5m。滤料中和法的优点是操作管理简单，出水pH值较稳定，不影响环境卫生，沉渣少，只有废水体积的0.1。缺点是进水硫酸浓度受到限制。,2.3 碱性废水处理,碱性废水主要来源：印染废水和造纸废水,纺织工业是我国传统的支柱产业，包括纺织、印染、化纤、服装和纺织专用设备制造等5个部分。随着国民经济的快速发展，我国的印染业也进入了高速发展期，设备和技术水平明显提升，生产工艺和设备不断更新换代，印染企业尤其是民营印染企业发展十分迅速。但是，印染行业生产过程中排放的“三废”，尤其是废水治理不当将会对环境造成严重污染；另一方面，随着印染工艺和产品结构的改变，印染水质
30、也发生了变化，废水的处理难度也随之加大，我们必须不断创新、改进和提高治理工艺水平，选择适用的工艺路线。据不完全统计，我国印染废水每天排放量为300400万m3。印染废水具有水量大、有机污染物浓度高、色度深、碱性大、水质变化大、成分复杂等特点，属较难处理的工业废水之一。,我国造纸及纸制品业2002年一季度总产值（按90年不变价）为389.6亿元，比上年同期增长14.5%;累计销售收入比去年同期增长11.7%,累计利润总额比去年同期增长93.7%；全行业产品销售率达 96.26%。整体来看，造纸行业表现出良好的运行态势。造纸工业的污染问题十分严重，受到了人们普遍的关注。在世界范围内，造纸工业废水都
31、是重要的污染源，例如日本、美国分别将造纸工业废水列为六大公害和五大公害之一。在我国，造纸工业废水污染已成为造纸生产及相关行业能否生存和发展的关键因素。据1996年环保统计公报数字表明，县及县以上制浆造纸和纸制品废水排放21.25亿吨，占全国工业总排放量的11%，仅次于化学工业及钢铁工业的年排水量，居第三位。,中和法处理印染废水,作用：中和法在印染废水处理中，一般仅能调节废水的pH，起预处理作用，并不能去除废水中污染物质达到排放要求的限值。目的：为后续处理方法提供条件。对于生物处理法，pH调节值应在9以下。对于化学混凝法，pH值调节取决于混凝剂的等电点和排放标准。,方法：酸碱废水互相中和 加酸中
32、和法 烟道气中和法 除尘，节水，增加硫化物、提高水温后续处理：混凝、氧化还原、电解、气浮、生化（活性污泥法、生物膜法）等,2.4 中和法在重金属废水处理中的应用,重金属：在109种化学元素中，83种是金属，密度在5以上的金属统称为重金属，如金、银、铜、铅、锌、镍、钴、镉、铬和汞等45种。从环境污染方面所说的重金属，实际上主要是指汞、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的重金属，也指具有一定毒性的一般重金属如锌、铜、钴、镍、锡等。目前最引起人们注意的是汞、镉、铬等。重金属污染：由重金属造成的环境污染称为重金属污染。常说的重金属污染，主要是指的汞、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的重金属。重金
33、属污染危害：重金属随废水排出时，即使浓度很小，也可能造成危害。重金属在人体内能和蛋白质及各种酶发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可能在人体的某些器官中累积，如果超过人体所能耐受的限度，会造成人体急性中毒、亚急性中毒、慢性中毒等危害。,铅：人体内正常的铅含量应该在0.1毫克/升，如果含量超标，容易引起贫血，损害神经系统。而幼儿大脑受铅的损害要比成人敏感得多。砷：俗称“砒霜”，如果24小时内尿液中的砷含量大于100微克/升就使中枢神经系统发生紊乱，并有致癌的可能。而且如果孕妇体内砷超标还会诱发畸胎。镉：正常人血液中的镉浓度小于5微克/升，尿中小于1微克/升。如果长期摄入微量镉容易引起骨痛病。汞
34、：正常人血液中的汞小于5-10微克/升，尿液中的汞浓度小于20微克/升。如果急性汞中毒，会诱发肝炎和血尿。日本发生的水俣病(汞污染),2.4 中和法在重金属废水处理中的应用,重金属污染的特点表现在以下几方面：(1)水体中的某些重金属可在微生物作用下转化为毒性更强的金属化合物，如汞的甲基化作用就是其中典型例子；(2)生物从环境中摄取重金属可以经过食物链的生物放大作用，在较高级生物体内成千万倍地富集起来，然后通过食物进入人体，在人体的某些器官中积蓄起来造成慢性中毒，危害人体健康；(3)在天然水体中只要有微量重金属即可产生毒性效应，一般重金属产生毒性的范围大约在110mg/L之间，毒性较强的金属如汞
35、、镉等产生毒性的质量浓度范围在0.0l0.001mg/L之间。,在日本富山市神通川流域曾出现过一种称为“痛痛病”的怪病。其症状表现为周身剧烈疼痛，甚至连呼吸都要忍受巨大的痛苦。后来的研究证实，造成“痛痛病”主要原因是由于当地农民用锌矿排出的含有镉的废水浇灌水稻田，而镉也就通过水水稻而进入人体。到1979年为止，先后有80多人因食用“镉米”死亡，直接受害的人数就更多。,2.4 中和法在重金属废水处理中的应用,重金属废水来源：矿山坑内排水、废石场淋浸水、造矿厂尾矿排水、有色金属冶炼厂除尘排水、有色金属加工厂酸洗水、电镀厂镀件洗涤水及钢铁工业酸洗排水等。常用处理方法：氢氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、氧
36、化还原法、离子交换法和铁氧体法等。这些方法可根据水质、水量单独或组合使用。氢氧化物沉淀法原理：根据溶度积原理，重金属离子（Mn+）在一定的pH值条件下，可生成难溶于水的氢氧化物沉淀而得到分离。Mn+OH-n+Ksp,2.4 中和法在重金属废水处理中的应用 zwh,常用的控制溶液pH值的方法氨水法：在铵盐存在下，利用氨水作沉淀剂，将溶液的pH值调整为8-10，使一些氢氧化物析出沉淀的方法，称为氨水法。氢氧化钠法：石灰乳法,在氨水中加入铵盐的作用:1,抑制氨水的电离，使溶液中OH-浓度显著降低，防止一些两性离子的氢氧化物沉淀溶解;2,铵盐是电解质，有利于胶体凝聚;3,能生成氨络离子的金属离子则不能
37、沉淀析出。,氢氧化钠是一种强碱两性金属离子的氢氧化物将被溶解留在溶液中，但由于氢氧化钠镕液往往吸收空气中的CO2从而生成部分CO32-，因此，有部分Ca2+、Sr2+、Ba2+生成难溶性的碳酸盐沉淀。,石灰乳Ca(OH)2，价廉易得，是处理重金属废水的常用沉淀剂。沉淀工艺有分步沉淀和一次沉淀两种。,氢氧化物沉淀法处理重金属废水具有流程简单，处理效果好，操作管理便利，处理成本低廉的特点。但采用石灰乳处理时，渣量大，含水率高，脱水困难，如不加以注意，可能会造成二次污染。,第三章 化学沉淀与絮凝分离,31 污染控制中常用的化学沉淀法311 硫化物沉淀法312 磷酸盐沉淀法313 还原沉淀法32 絮凝
38、过程机理321 DLVO理论322 胶体的捕集323 双电层的压缩324 电荷中和作用325 架桥吸附作用,33 絮凝剂331 絮凝剂的定义332 絮凝剂的分类333 絮凝剂与感胶离子序334 絮凝剂的基本性质34 影响絮凝作用的因素341 温度的影响342 pH值的影响343 搅拌强度和时间的影响344 絮凝剂用量的影响345 絮凝剂性质和结构的影响346 共存盐类的影响,第三章 化学沉淀与絮凝分离,原理：化学沉淀法：通过向污水中投加某种化学物质（沉淀剂），使它与污水中的溶解物质发生置换反应，生成难溶于水的沉淀物，以降低污水中溶解性污染物质的浓度。絮凝分离法：通过向含有悬浮体或胶体的污水中投
39、加药剂（无机或有机絮凝剂），促使带电微粒或胶体脱稳、继而聚集使之与介质分开，达到净化的目的。相同点：两者都是向被处理溶液中投加化学试剂，使被处理污染物最终以固态形式与液态介质分开。化学沉淀过程中常伴随絮凝作用，絮凝过程中也往往有沉淀与共沉淀的作用。,31 污染控制中常用的化学沉淀法,硫化物沉淀法：通过向废液中加入硫化氢、硫化铵或碱金属的硫化物，使欲处理物质生成难溶硫化物沉淀，以达到分离纯化的目的。2Mn+nS2-M2Sn优点：通常硫化物溶度积较小，消耗化学物质较少，而且许多金属离子都能产生不溶的沉淀，沉淀的pH值范围较宽。所以该法有处理量大、费用低、渣子可回收利用等优点。常用沉淀剂：硫化氢、硫
40、化铵、硫化钠、硫氢化钠、硫化亚铁等。注意：含汞浓度较小的废水，往往形成硫化汞的细小颗粒，悬浮于水中很难沉淀，因此要附加铁盐和铝盐絮凝，进行共沉淀处理，使硫化汞微粒随絮凝捕集物而下沉。,31 污染控制中常用的化学沉淀法,还原沉淀法：先将高价态重金属离子还原成低价态后再进行沉淀的方法。这种方法被广泛用于含铬废水的处理，首先将六价铬还原成三价铬，然后再用石灰沉淀。这种方法经济上比较合算，而且去除效率高(可达98一99)，另外处理水可以回用。该方法包括pH值调整、还原和沉淀三个步骤。,调pH值,还原,沉淀,将含铬废水用硫酸将pH调至2-3,在此pH值下Cr6+可以有效地被还原为Cr3+也可用从其它工厂
41、排出的酸性废水与之混合，以减少处理费用,含铬废水处理常用的还原剂有硫酸亚铁、焦亚硫酸钠、硫化钠，也常用工业废气中的二氧化硫作还原剂。还原效率与pH值、反应时间及还原剂的性质有关。,简介：絮凝法是水处理的重要方法之一或基本单元操作之一，而且往往是必不可少的。它在生活饮用水、工业用水、工业废水及生活污水的处理中都有广泛的应用，因而学习和研究絮凝科学及其在水处理中的应用具有十分重要的意义。本书主要以物理化学的基本原理为基础，对水处理中的絮凝问题从理论上作了深入全面的论述，同时对其应用技术也作了诸多详尽的介绍。本书的一个显著特点是在系统阐述经典理论的同时，又特别注重该领域近年来的新进展；本书的另一特点
42、是理论与实际应用并重，希望对水处理实践具有一定的指导作用。主要内容有：絮凝与水处理、胶体表面电化学、絮凝动力学、絮凝剂及其效能、絮凝实验方法、絮凝的工艺与设备、絮凝方法的其他功效等。本书可作为环境工程、给水排水、化学化工及胶体科学等有关专业的高等院校研究生或本科生的教材，也可作为水处理的专门知识供上述专业的科研和工程技术人员参考。,3.2 絮凝过程机理,3.2 絮凝过程机理,絮凝目的：去除废水中所含的悬浮体和溶胶。很多工业废水都含有不同种类和不同数量的悬浮体和溶胶。如采矿废水中含有大量无机矿物质悬浮体，炼焦煤气废水含有焦油及悬浮体，机械加工废水中含有油脂及悬浮体。而造纸、制糖、染色工业废水中则
43、含有机微粒，橡胶工业废水中含有悬浮和乳独的橡胶微粒。其它各种工业生产废水中都或多或少含有悬浮体及油淌等。在废水处理中需要首先除去这些悬浮体和胶体。溶胶特性：废水中所含的悬浮体和溶胶，其大小在10-310-9m范围内。这些微粒不是以分子状态分散到介质水中，所形成的体系具有很大界面，属热力学不稳定体系。但这些颗粒自动聚集由小颗粒变成大颗粒从分散介质中沉淀出来的速率却很慢，其主要原因是悬浮体及溶胶表面是带电的，由于颗粒间同性电相斥而不互相聚集。处理方法：投加絮凝剂，使溶胶絮凝、沉淀而与介质分开。絮凝过程：包括凝聚作用和絮凝作用。凝聚作用：在胶体体系中添加化学药剂，使溶胶相互接触，脱稳而聚结成一定粒径
44、的聚集体。絮凝作用：指已经脱稳的聚集体由于碰撞、化学粘结、共同沉淀等作用进一步聚集成絮状体(矾花)，成为可借重力下沉的粒子。在絮凝过程中这两种作用相互促进，交错进行，不可能将两者严格区分开来。絮凝作用实际上是一种非常复杂的物理、化学过程。已提出多种理论、机理、模型来解释絮凝现象。关于胶体稳定性的DLVO理论是解释絮凝化学原理的一种比较完善的理论，已被人们所接受。,胶粒表面电荷的来源,胶粒表面电荷的来源：电离作用：有些胶粒本身带有可电离基团，在介质中电离而带电荷。例如硅溶胶在弱酸性或碱性介质中因表面硅酸的电离而带负电荷：离子吸附作用：胶体颗粒可以通过对介质中阴、阳离于的不等量吸附而带电历。例如金
45、属氧化物通过吸附H+或OH-而带正电荷或负电荷。离子的溶解作用：离子晶体物质形成的胶粒，阴离子、阳离子在介质中发生不等量溶解时可使胶粒表面带有电荷。例如AgI的溶度积为10-16，但AgI胶粒表面零电荷点不是在pAgpI8，而是pAg5.5，pI10.5。这是因为水化能力较大的Ag+易溶解，而I-易滞留于胶粒表面的缘故。所以，若直接把AgI分散在蒸馏水中时，粒子表面将荷负电。晶格取代：这是一种比较特殊的情况。例如，粘土是由铝氧八面体和硅氧四面体的晶格组成。晶格中的Al3+或Si4+有一部分被Mg2+或Ca2+取代而使粘土晶格带负电荷。为维护电中性，粘土表面吸附一些正离子，这些正离子在水介质中因
46、水化而离开表面，于是粘土颗粒带上负电荷。,双电层理论,胶粒表面带电时，因整个体系应是电中性的，所以在液相中必有与表面电荷数量相等而符号相反的离子存在，这些离子称为反离子。反离子一方面受静电吸引作用有向胶粒表面靠近的趋势，另一方面受热扩散作用有在整个液体中均匀分布的趋势，两种作用的结果使反离子在胶粒表面区域的液相中形成一种平衡分布，越靠近界面浓度越高，越远离界面浓度越低，到某一距离时反离于与同号离子浓度相等。胶粒表面的电荷与周围介质中的反离子电荷就构成双电层。胶粒表面与液体内部的电势差称为胶粒的表面电势。,在固体表面因静电引力和范德华引力而吸附一层反离子，紧贴固体表面形成一个固定的吸附层，这种吸
47、附称为特性吸附，这一吸附层称为Stern层。Stern层的厚度由被吸附离子的大小决定。吸附反离子的中心构成的平面称为Stern面。Stern面上的电势称为stern电势。在Stern层内，电势由表面电势0直线下降到。Stern层以外，反离子呈扩散态分布，称为扩散层。扩散层中的电势呈曲线下降。在固体表面总有一定数量的溶剂分子与其紧密结合。电动现象中这些溶剂分子及其内部的反离子与粒子将作为一个整体运动，这样在固液两相发生相对移动时存在一个滑动面。滑动面的确切位置并不知道，但可以合理地认为它在Stern层之外，并深入到扩散层之中。滑动面上的电势称电动电势或Zeta电势。,DLVO理论,DLVO理论：
48、通过胶体颗粒间的吸引能和排斥能的相互作用所产生的相互作用能，来解释胶体的稳定性和产生絮凝沉淀的原因。胶体颗粒间的排斥能：由胶体颗粒表面的电荷作用引起，当两个球形胶体粒子靠近时，由于每个粒子的扩散层具有相同的电荷，在扩散层相互重叠时特产生排斥力，其大小决定于电荷的数目与相互间距离。排斥能愈大，则颗粒不能靠近，不利于絮凝沉淀，而保持其胶体的稳定状态(resist)。排斥能与吸附层和扩散层上的电位和颗粒的半径成正比。所以吸附层和扩散层界面上的电位愈高，排斥能愈大，颗粒愈不易靠近，愈稳定。粒径小时，排斥能亦小，颗粒容易靠近，利于絮凝；排斥能随着颗粒间的距离的增加，而以指数的形式下降。胶体颗粒间的吸引能
49、：两个胶体颗粒之间存在着范德华引力，它的大小与颗粒间的距离有关。设两个球形粒子体积相等(即半径r相等)，并且两个球表面最短距离为H，当H比粒子半径r小得多时，两粒子之间的相互吸引能VA可近似地用下式求出（absorb）：吸引能与颗粒半径成正比；吸引能随着颗粒间的最短距离的减小而增大。胶体颗粒间的相互作用能：胶粒间的总作用能为吸引能和排斥能之和。,随胶粒间距的增大VA下降速度比VR缓慢的多。当胶粒间距很大时，粒子间无相互作用，V为零。当两粒子靠近时，首先起作用的是引力势能，因而V为负值。随着距离缩短，VR的影响逐渐大于VA，因而V逐渐增大变为正值，形成一个极小值，称第二极小值。但靠近到一定距离后
50、，VA的影响又超过VR，所以V逐渐变小而成为负值，在V曲线上出现一个峰值，称为势垒。当胶粒相距极近时，由于电子云的相互作用而产生Born斥力势能而使V急剧上升，又形成一个极小值，称第一极小值。,势垒的大小是胶体能否稳定的关键。粒子要发生聚沉，必须超过这一势垒才能进一步靠拢。如果势垒很小或不存在，粒子的热运动完全可以克服它而发生聚沉，从而呈现聚结不稳定性；如果势垒足够大，粒子的热运动无法克服它，则胶体将保持相对稳定。第一极小值比第二极小值低得多。当粒子落入第一极小值时，形成的沉淀紧密而稳定；而在第二极小值时，体系中形成的结构是疏松的，且是不牢固、不稳定的，外界稍有扰动，结构就被破坏，这种体系具有
