污染控制的基本原則

污染控制的基本原則

----以工業(yè)廢水處理為例1環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)按照教育部1998年目錄----

環(huán)境工程（081001）包括:環(huán)境工程,環(huán)境監(jiān)測(cè),水文地質(zhì)與工程地質(zhì)(部分)和農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)(部分)。環(huán)境科學(xué)（0714）包括:環(huán)境科學(xué),環(huán)境學(xué),環(huán)境規(guī)劃與管理和生態(tài)學(xué)。2污染控制的基本原則:(1)環(huán)境工程技術(shù)；(2)科學(xué)管理。3工業(yè)廢水的處理一、工業(yè)廢水水質(zhì)與生物降解性二、工業(yè)廢水處理的基本原則

三、工業(yè)廢水處理方法與技術(shù)4一、工業(yè)廢水水質(zhì)與生物降解性（一）工業(yè)廢水水質(zhì)特點(diǎn)●工業(yè)企業(yè)各行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中排出的廢水，統(tǒng)稱(chēng)“工業(yè)廢水”，包括：冷卻水、生產(chǎn)污水、工業(yè)企業(yè)內(nèi)的生活污水?！袼|(zhì)成分復(fù)雜，濃度、水量變化大，性質(zhì)不穩(wěn)定?！駥?duì)環(huán)境污染大，必需妥善處理，達(dá)標(biāo)排放?！裼袡C(jī)工業(yè)廢水——量大、面廣、多難處理。5

全國(guó)COD排放總量（萬(wàn)噸）6年份總量工業(yè)廢水生活污水20011407608(43.2%)799(56.8%)20021367584(47.7%)783(52.3)20031333.6511.9(38.4%)821.7(61.6)7年份總量工業(yè)廢水生活污水20041339.2509.7(38%)829.5(62%)20051414.2554.8(39%)859.4(61%)20068大家學(xué)習(xí)辛苦了，還是要堅(jiān)持繼續(xù)保持安靜9工業(yè)廢水COD排放比例雖然下降，從1995年的72.7%到2005年的39%，總量仍然很大。10（二）生物降解性定義：在微生物的作用下使某一有機(jī)物改變其原來(lái)的物理、化學(xué)性質(zhì)，在結(jié)構(gòu)上引起變化所能達(dá)到的程度。11按降解程度分類(lèi)：（1）初級(jí)降解——原結(jié)構(gòu)發(fā)生部分變化，變成較簡(jiǎn)單的有機(jī)物（中間產(chǎn)物）如：脂肪的酸化。（2）環(huán)境可接受的降解——降解產(chǎn)物對(duì)環(huán)境已無(wú)害，如：長(zhǎng)鏈鹵化有機(jī)物斷鏈。

溴代十二烷

（3）完全降解——降解產(chǎn)物無(wú)機(jī)化：好氧條件下CO2、H2O…；厭氧條件下CO2、CH4…12

理論上講，幾乎所有有機(jī)物都能被微生物降解（篩選馴化特定微生物；營(yíng)養(yǎng)；長(zhǎng)時(shí)間）。但廢水處理實(shí)際條件限制，要實(shí)現(xiàn)完全降解是困難的。13按降解的難易程度分類(lèi)：（1）易生物降解的；（2）可生物降解的；（3）難生物降解的（不可生物降解的）。14（三）生物降解性鑒定方法

1、好氧生物降解性15鑒定方法是什么？（考慮有機(jī)物和好氧微生物在一起時(shí)發(fā)生了什么變化？）16

四種變化——（1）有機(jī)物數(shù)量（濃度）的減少；（2）氧的消耗；（3）降解產(chǎn)物數(shù)量增加；（4）微生物數(shù)量增多或活性增強(qiáng)。17

（1）有機(jī)物數(shù)量（濃度）的減少●振蕩培養(yǎng)試驗(yàn)法﹡反應(yīng)瓶中加入：

——受試有機(jī)物

——接種物（生活污水沉淀上清液，活性污泥）

——營(yíng)養(yǎng)液（N、P、K、Ca、Mg、Fe、痕量元素）18﹡恒溫下振蕩培養(yǎng)﹡定時(shí)測(cè)定有機(jī)物濃度C，或TOC、DOC19

（2）氧的消耗●水質(zhì)指標(biāo)比較法﹡最常用的是水樣的BOD5/COD

20*COD——約略表示水中的全部有機(jī)物

*BODu（完全的生化需氧量）——

水中可被微生物氧化分解的那部分有機(jī)物

*BOD5——只是BODu的2/3左右21BOD5/COD值如何衡量有機(jī)物生物降解性？用BOD5/COD值作為有機(jī)物生物降解性的評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，一般的標(biāo)準(zhǔn)：

BOD5/COD＞0.45時(shí)為易生物降解；

BOD5/COD＞0.30時(shí)為可生物降解；

BOD5/COD＜0.30時(shí)為較難生物降解；

BOD5/COD＜0.20時(shí)為不宜生物降解。22

﹡

McKinney:對(duì)一般有機(jī)物，生物氧化時(shí)，

——用于呼吸產(chǎn)生能量的約1/3，

——合成細(xì)胞物質(zhì)的約占2/3，

——而內(nèi)源呼吸全部完成時(shí)，殘留物約為細(xì)胞物質(zhì)的20%。因此，

BODu≈（1/3）CODB＋(2/3)×0.8CODB

=0.87CODB

23BODu≈（1/3）CODB＋(2/3)×0.8CODB

=0.87CODB

式中：CODB為化學(xué)需氧量中的可生物降解部分。（可看成能量）24

∵BOD5≈（2/3）BODu∴BOD5=（2/3）×0.87CODB

=0.58CODB

因而B(niǎo)OD5/COD=0.58CODB/COD

或CODB/COD=1.72（BOD5/COD）

25﹡可見(jiàn)，按照McKinney的假設(shè)，當(dāng)有機(jī)物可全部為微生物所利用（即CODB≈COD）

時(shí)，BOD5/COD約為0.58左右

26﹡令：CODNB為COD中的不可生物降解部分，則：COD=CODB＋CODNBCODNB/COD=（COD－CODB）/COD=1－（CODB/COD）

=1－1.72（BOD5/COD）27

﹡因此，可列出以下關(guān)系：

CODNB/COD00.10.20.3BOD5/COD0.580.520.460.410.40.50.60.70.80.350.290.230.170.1228

由上可知，當(dāng)BOD5/COD值大于0.45時(shí)，不可生物降解的有機(jī)物僅占全部有機(jī)物的20%以下，表現(xiàn)出良好的可生化性。29BOD5/COD值小于0.20時(shí)，不可生物降解的有機(jī)物占全部有機(jī)物的60%以上，這種廢水不宜采用生物降解的方法。30

﹡所以，可用BOD5/COD值作為有機(jī)物生物降解性的評(píng)價(jià)指標(biāo)：

BOD5/COD＞0.45時(shí)為易生物降解；

BOD5/COD＞0.30時(shí)為可生物降解；

BOD5/COD＜0.30時(shí)為較難生物降解；

BOD5/COD＜0.20時(shí)為不宜生物降解。

31

（3）降解產(chǎn)物數(shù)量增加●二氧化碳生成量測(cè)試法﹡反應(yīng)瓶（2L）中加入：

——受試有機(jī)物

——接種物（污水廠活性污泥）

——營(yíng)養(yǎng)液（N、P、K、Ca、Mg、Fe、痕量元素）

——通入經(jīng)堿液吸收去除CO2后的空氣32﹡另做一內(nèi)源反應(yīng)瓶，一空白反應(yīng)瓶﹡恒溫下培養(yǎng)﹡定時(shí)測(cè)定CO2氣體產(chǎn)量33

（4）微生物數(shù)量或活性●三磷酸腺苷（ATP）測(cè)試法

ATP(AdenosineTriphosphate),是生物體內(nèi)一種特定的高能磷酸鹽化合物。34ATP在水解時(shí)，三個(gè)磷酸基(Pi)可分別斷裂,生成二磷酸腺苷(ADP),單磷酸腺苷(AMP)和腺苷(A)，并放出大量的自由能：

-Pi-Pi-PiATP→ADP→AMP→A-32.2-32.2-14.2(kJ/mole)

或-7.3-7.3-3.2(kcal/mole)35

ATP只存在于活的生物體細(xì)胞中。當(dāng)生物體死亡之后，它迅速?gòu)乃劳龅募?xì)胞中擴(kuò)散出去，隨即被水解消失。36ATP作為微生物活性的一種指示，能夠表征生物降解過(guò)程中微生物數(shù)量的多少和新陳代謝速度的快慢。而這兩個(gè)方面正好表達(dá)了微生物降解有機(jī)物的能力和速度，即有機(jī)物被氧化分解得越多越完全，放出的能量就越多，生成的ATP也越多。37可以通過(guò)檢測(cè)生物降解過(guò)程中ATP含量的變化來(lái)評(píng)價(jià)有機(jī)物的生物降解性。38

﹡反應(yīng)瓶（2L）中加入：

——受試有機(jī)物

——接種物（污水廠活性污泥）

——營(yíng)養(yǎng)液（N、P、K、Ca、Mg、Fe、痕量元素）

——通入空氣

39﹡另做一內(nèi)源反應(yīng)瓶，一空白反應(yīng)瓶﹡恒溫下培養(yǎng)﹡定時(shí)取樣測(cè)定ATP含量40

（5）綜合測(cè)試評(píng)估法﹡鑒定途徑、測(cè)試條件各不相同，所得結(jié)果之間的可比性不強(qiáng)，有時(shí)甚至?xí)玫较喾吹慕Y(jié)果。41﹡選擇三個(gè)評(píng)估因子:

（IO）——水質(zhì)指標(biāo)BOD5/COD，（IB）——降解產(chǎn)物CO2，（IA）——微生物生理生化指標(biāo)ATP，

42

分別從有機(jī)物生物降解的速度、濃度、消耗的氧量和微生物活性、能量增長(zhǎng)等多個(gè)方面反映了影響生物降解性的主要因素。

43﹡綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)：IW＝IO×Wo＋I(xiàn)B×Wb＋I(xiàn)A×Wa44

﹡評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：45

綜合評(píng)估法的評(píng)價(jià)結(jié)果46

（續(xù)）472、厭氧生物降解性48

美國(guó)環(huán)保局標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試法﹡反應(yīng)瓶（500mL）中加入：

——受試有機(jī)物

——接種物（污水廠厭氧污泥）

——營(yíng)養(yǎng)液（N、P、K、Ca、Mg、Fe、痕量元素）﹡恒溫（35~37℃）下培養(yǎng)﹡定時(shí)測(cè)定氣體產(chǎn)量49二、工業(yè)廢水處理的基本原則

工廠污染——工程治理501、工藝改革——清潔生產(chǎn)2、有用資源回收3、物理化學(xué)處理4、生物化學(xué)處理5、深度處理51

1、清潔生產(chǎn)與污染預(yù)防①污染控制的兩種模式：——終端治理(End-of-pipeControl)——污染預(yù)防(PollutionPrevention)與清潔生產(chǎn)(CleanerProduction)52

?

終端治理

——有不小的效果，一定的改善，仍將是一個(gè)重要方面；

——資源和能源未充分利用；

——只能減少排放、不能阻止產(chǎn)生

——污染物轉(zhuǎn)移而不是消除；

——耗能耗資、多無(wú)附加經(jīng)濟(jì)效益。53?

污染預(yù)防與清潔生產(chǎn)“廢物最小化”、“無(wú)廢工藝”、“零排放”“綠色化學(xué)”、“環(huán)境無(wú)害化學(xué)”、“環(huán)境友好設(shè)計(jì)”等新名詞、新提法不斷出現(xiàn)。54

GreenChemistry,EnvironmentalBenign（良好的）Chemistry,EnvironmentalFriendlyTechnology,DesigningChemistryfortheEnvironment,BenignbyDesign----AlternativeSyntheticDesignforPollutionControl20世紀(jì)90‘初聯(lián)合國(guó)環(huán)境署在全球推動(dòng)清潔生產(chǎn)概念55

②清潔生產(chǎn)

?什么叫清潔生產(chǎn)？《中國(guó)21世紀(jì)議程--中國(guó)21世紀(jì)人口、環(huán)境與發(fā)展白皮書(shū)》中指出：“所謂清潔生產(chǎn)，是指既可滿足人們的需要又可合理使用自然資源和能源并保護(hù)環(huán)境的實(shí)用生產(chǎn)方法和措施，其實(shí)質(zhì)是一種物料和能耗最少的人類(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)的規(guī)劃和管理，將廢物減量化、資源化和無(wú)害化，或消滅于生產(chǎn)過(guò)程之中。同時(shí)對(duì)人體和環(huán)境無(wú)害的綠色產(chǎn)品的生產(chǎn)亦將隨著可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程的深入而日益成為今后產(chǎn)品生產(chǎn)的主導(dǎo)方向?！?6

污染控制與生產(chǎn)過(guò)程相結(jié)合

——要求在生產(chǎn)活動(dòng)的全過(guò)程中，從產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)到運(yùn)行管理的全過(guò)程，采取必要措施，防止污染發(fā)生；

57——要求在產(chǎn)品的生命全過(guò)程中，從原材料加工、產(chǎn)品產(chǎn)出、產(chǎn)品使用直到產(chǎn)品壽命終結(jié)，都要采取措施，實(shí)施污染控制。積極的控制污染的途徑，是今后的戰(zhàn)略方向58

例1、工藝改革：熄焦水改氣

水熄焦：▲浪費(fèi)熱源（1000℃——>100℃)▲焦炭質(zhì)量降低（強(qiáng)度）▲產(chǎn)生大量廢水（含酚、氰、氨）

59干熄焦：冷氮?dú)狻皻庠　?/p>

▲升溫后的氮?dú)饨?jīng)熱交換器產(chǎn)生蒸氣進(jìn)入熱力管網(wǎng)（成了清潔能源）

▲節(jié)水，消滅廢水，減少粉塵60

例2、“以廢治廢”:鋼廠焦化廢水與煙道氣

含氨的焦化廢水自上而下從霧化器頂部噴下，含SO2的高溫?zé)煹罋鈩t從霧化器底部送入，兩者化合生成硫酸銨（化肥）熱量被利用，水被霧化蒸發(fā)61例3、用復(fù)合改性礦物纖維替代部分植物纖維（40：60）造紙，不改變?cè)旒堅(jiān)O(shè)備，減輕黑液污染。（云南非金屬礦產(chǎn)應(yīng)用所）62

清潔生產(chǎn)是一個(gè)相對(duì)的、比較的概念是一個(gè)方向，在不斷完善。未來(lái)相當(dāng)一段時(shí)期，終端治理仍不可缺少，甚至也是清潔生產(chǎn)的一個(gè)組成部分。63三、工業(yè)廢水處理方法與技術(shù)(一)有用資源回收技術(shù)目的：

——污染物減少，廢水部分處理

——有用物質(zhì)回收，工廠有利益64要求：

——污染物濃度高

——廢水組分較簡(jiǎn)單65

方法：

1、膜分離

2、萃取

3、蒸發(fā)蒸餾6667

1、膜分離●微濾：適合于去除﹡尺寸大于0.1~1μm的顆粒雜質(zhì)﹡膠體、懸浮固體、細(xì)菌等﹡工作壓力約0.07MPa

68超濾：適合于去除﹡尺寸大于0.002~0.5μm的顆粒雜質(zhì)﹡分子量大于1000~100000的物質(zhì)﹡膠體、懸浮固體、蛋白質(zhì)、微生物等﹡工作壓力約0.1~0.7MPa69

●納濾：適合于去除﹡尺寸大于0.001μm（1nm）的顆粒雜質(zhì)﹡分子量大于200~400的物質(zhì)(有機(jī)、無(wú)機(jī))

﹡離子、硬度、色素等﹡工作壓力約0.35~1.6MPa70●反滲透：適合于去除﹡尺寸大于0.0001μm（0.1nm）的顆粒雜質(zhì)﹡分子量大于150~200的物質(zhì)(有機(jī)、無(wú)機(jī))

﹡離子、色素等﹡工作壓力約1.4~6.0MPa71

2、萃取﹡萃取是利用溶質(zhì)在兩種互相不溶的溶劑中分配性質(zhì)的差異實(shí)現(xiàn)液-液間的傳質(zhì)過(guò)程。72﹡染料中間體廢液——J-酸、H-酸、DSD酸、吐氏酸等帶磺酸基（-SO3H）的萘系染料中間體。﹡含酚廢水7374（二）物理化學(xué)處理技術(shù)目的：

——降低污染物含量

——改善廢水的可生化性(作為預(yù)處理)75方法：

1、混凝

2、化學(xué)氧化

3、濕式氧化

4、光氧化

5、高級(jí)氧化技術(shù)761、混凝﹡無(wú)機(jī)混凝劑﹡機(jī)混凝劑77

2、化學(xué)氧化，催化氧化

﹡O3

﹡H2O2

﹡ClO2

﹡KMnO4…

（化學(xué)氧化）78﹡Fenton試劑——Fe2+/H2O2

Fe2+

＋H2O2→Fe3+＋OH-＋·OHFe3+＋H2O2→Fe2+＋HO2·

＋H+

·OH、HO2·

——自由基，極強(qiáng)的氧化劑鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，連續(xù)進(jìn)行

Fe2+

起到催化劑的作用，是催化氧化（催化氧化）79

3、濕式氧化，催化濕式氧化﹡密閉容器（反應(yīng)釜，連續(xù)式）﹡180~270℃，2~8MPa

﹡催化劑（貴金屬Pd、Ru、Pt、Ir，過(guò)渡金屬Cu、Mn、Zn、Fe，稀土金屬Ti、Ce、Bi）﹡適合于高濃度廢水：焦化廢水，染料廢水，農(nóng)藥廢水等80

81

4、光氧化﹡UV/H2O2：H2O2

＋hν→2·OHUV/O3：O3

＋hν→O·

＋O2O·

＋H2O→2·OHUV/H2O2/O3：

H2O2＋2O3＋hν→2·O