化工环境保护概论

绪论

1. 世界环境日：6月5日

2. 第一次世界环境日主题：只有一个地球。

3. 环境问题概念：指人类经济社会发展与环境的关系不协调所引起的问题。分为两类：一是不合理开发利用自然资源，超出环境承载力，使生态环境质量恶化或自然资源枯竭的现象；二是人口激增、城市化和工农业高速发展引起的环境污染和破坏。

4.公害事件：

事件名称 发生时间 发生地点 污染类型 污染源/物

马斯河谷 烟雾事件 1930.12 比利时 马斯河谷 大气污染 谷地中工厂密布，烟尘、SO2排放量大

洛杉矶 光化学 烟雾事件 1943.5~10 美国 洛杉矶市 大气污染 光化学污染 该市400万辆汽车每天排放烃类1000多吨

多诺拉 烟雾事件 1948.10 美国 多诺拉镇 大气污染 河谷内工厂密集，排放大量烟尘和SO2

伦敦 烟雾事件 1952.12 英国 伦敦市 大气污染 燃煤中含硫量高，排放大量SO2和烟尘

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水俣(病)事件 1953~1961 日本熊本县 水俣镇 海洋污染 汞污染 氮肥厂含汞催化剂随废水排入海湾

四日事件 (哮喘病) 1955年 以来 日本四日市， 大气污染 工厂大量排放SO2和煤尘，重金属颗粒

米糠油 事件 1968 日本爱知县 等23个府县 食品污染 多氯联苯污染 米糠油生产中用多氯联苯作热载体，

富山事件 (骨痛病) 1931~1975 日本富山县神通川流域， 水体污染 土壤污染 镉污染

炼锌厂未处理的含镉废水排入河中

5当前人类面临的主要环境问题：

A 人口问题：人口的急剧增加是当今环境的首要问题。1999年世界人口突破了60亿，人口比世纪初增长了4倍，随着生活水平的提高，资源消耗并未等比例的增加，而是加速增长资源消耗。1999年比世纪初增长了10倍。

B 资源问题：土地资源在不断减少和恶化，森林资源不断缩小，生物物种在减少，某些矿产资源濒临枯竭等。

C 生态破坏： 1土地退化

根本原因：人口增长、农业生产规模的扩大和强度增大、过度放牧以与人为破坏植被。 后果：水土流失、沙漠化、土地贫瘠和盐碱化

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2水土流失

发生地区：干旱、半干旱、和半湿润地区。

全世界有2500万平方公里，占全球陆地的16.8%。

3 土地沙漠化

概念：非沙漠地区出现的风沙活动、沙丘起伏为主要标志的沙漠景观的环境退化过程。

导致的后果：土地面积缩小、土地产出减少、降低了养育人口的能力。

4 生物物种的消失 如果森林砍伐、沙漠化与湿地等的破坏按目前的速度继续下去，那么至21世纪初将有100万种生物从地球上永远消失。

D 大气环境污染

概念：指温室气体过量排放造成的气候变化、广泛的大气污染和酸沉降、臭氧层破坏、有毒有害化学物质的污染危害与其越境转移等。

1 酸雨 Acid rain概念：指pH值小于5.6的降水。

形成原因：排放大量的SO2和NOX，包括自然排放和人为排放。人为排放为主。 酸雨的危害：a. 破坏森林生态系统 b. 破坏土壤的性质和结构c. 破坏水生生态系统 d.腐蚀建筑物和损害人体的呼吸系统和皮肤。

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2 .臭氧层的破坏

形成原因：含氯化学物质特别是氟氯烃进入大气会破坏同涡层的臭氧，除些之外，NOX、CH4 等也都会破坏臭氧层。

危害：臭氧的减少将导致地面接收紫外线辐射量的增加，对健康和植物产生影响。对人体的影响，臭氧减少1%紫外线辐射所引起的白内障将使10万人失明，并增加3%的非黑瘤皮肤癌。对农作物的影响，臭氧减少25%，大豆产量将减少20－25%。

控制对策：1987年9月，24国签署了蒙特利尔议定书

3． 温室气体与全球气候变化

温室效应：大气层中某些微量组分能使太阳的短波射透过，加热地面，而地面增温后所放出的热辐射，却被这些组分所吸收从而使大气增温。

主要的温室气体：CO2、CH4、N2O、CFC（氟氯烃）等，其中CO2 的作用占55%， CFC占24%。

危害：全球气候变暖，海平面上升，改变降雨和蒸发体系，影响农业和粮食资源，改变大气环流进而影响海洋水流、导致富营养化地区的迁移、海洋生物的再生分布和一些商业捕鱼区的消失。

E 有毒化学品贸易和危险废物管理

过去数十年中，化学品的生产和使用大大增加，现在的化学品国际贸易值每年超过200

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亿美元。1987年2月，环境署在伦敦召开了会议，通过了“国际化学品贸易中交流的伦敦准则”，制定这个准则的目的是想在国际贸易中通过情报交流，从而提高各国使用和管理的经验，以与确定进口化学品的安全性。

F 生物多样性危机

由于人类活动频繁，人类的足迹差不多已经遍与至世界每个角落，破坏了生物的生存环境，由于生物物种生境的不可逆转，生物正在以空前的速度灭绝。因此保护野生亲属的样品代表作为进行遗传选择和改良的基础是绝对必要的。

G 淡水资源缺乏与水污染

淡水资源在地球上分布的不均匀，导致许多地区缺水，又由于城市化和工业发展，需消耗大量的水，同时大量污染物的排放破坏了水体，更加加剧了水的供求矛盾。

H 海洋污染

海底石油的开采和运输过程中原油的泄漏以与地表径流进入海洋的大量有机物造成海洋污染，近年来频繁的赤潮是海洋污染的突出表现。

6.环境荷尔蒙

环境中存在一些能像激素一样影响人体和动物体内分泌功能的物质，叫“环境激素”，又译为“环境荷尔蒙”，学名“内分泌干扰物”。可以是天然的，也可以是人工的。

第一章

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BOD：水中有机污染物被好氧微生物分解至无机物时所消耗的溶解氧的量叫做生化需氧量，单位mg/L O2

COD:在一定的严格的条件下，水中各种有机物质与外加的强氧化剂（K2Cr2O7,KMnO4等） 作用时，所消耗的氧量，叫做化学需氧量，用氧的mg/L数来表示。

TOD：水样中的有机物在900°C高温下燃烧变成稳定的氧化物时所需的氧量，叫做总需氧量，结果以氧的mg/L计。

TOC：将水样在900~950°C高温下燃烧，有机碳即氧化生成二氧化碳，测量所生成的二氧化碳的量，即得水样中的总有机碳值，单位以C的mg/L计。

水体富营养化：是湖泊分类和烟花的一个概念，它是指湖泊的老化和消失。藻类生长的因素是P和N,水中N、P增加，会使水中藻类过量生长，随后藻类死亡和随之而来异养微生物的代谢活动，使得水中的DO被迅速耗尽，造成水体质量恶化和水生态环境结构破坏，这就是水体富营养化现象。

第三章

好氧：是指这类生物必须在有分子态氧气（O2）的存在下，才能进行正常的生理生化反应.

厌氧：是指在无分子态氧存在的条件下，能进行正常的生理生化反应的生物，如厌氧细菌、酵母菌等.

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活性污泥：向生活污水注入空气进行曝气，并持续一段时间以后，污水中即生成一种絮凝体。这种絮凝体主要是由大量繁殖的微生物群体所构成，它有巨大的表面积和很强的吸附性能，称为活性污泥

活性污泥法的基本组成

① 曝气池：反应主体

② 二沉池：1）进行泥水分离，保证出水水质2）保证回流污泥，维持曝气池内的污泥浓度。

③ 回流系统：1）维持曝气池的污泥浓度；2）改变回流比，改变曝气池的运行工况。

④ 剩余污泥排放系统：1）是去除有机物的途径之一；2）维持系统的稳定运行。

⑤ 供氧系统：提供足够的溶解氧

活性污泥中的微生物

① 细菌:是活性污泥净化功能最活跃的成分；

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② 真菌:具有分解碳水化合物、脂肪、蛋白质的功能；但大量异常增殖会引发污泥膨胀现象

③ 其它微生物：原生动物、后生动物（P98）； 在净化污水系统中：细菌是第一承担者，原生动物是第二承担者。

微生物的增殖曲线

增长曲线的四个阶段

① 适应期:（延迟期或调整期）：微生物的细胞内各种酶系统对环境的适应过程.

② 对数增长期:活性污泥能量水平很高，活性污泥处于松散状态.

③ 减数增长期:营养物不过剩，它已成为微生物生长的因素活性污泥水平的能量低下，污泥絮凝。

④ 内源呼吸期 能量水平极低，微生物活动能力非常低，絮凝体形成速率增大，处理水显著澄清，水质良好。

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污泥体积指数（SVI）曝气池出口处混合液经30分钟静沉后，1g干污泥所形成的污泥体积，单位:ml/g。

污泥沉降比（SV）是指将曝气池中的混合液在量筒中静置30分钟，其沉淀污泥与原混合液的体积比，一般以%表示；正常数值为20~30%。

污泥膨胀：是指活性污泥质量变轻、膨大，沉降性能恶化，在二沉池中不能正常沉淀下来，SVI异常增高，可达400以上。

有机物被生物降解的历程： 结构简单、小分子、可溶性物质，直接进入细胞壁； 结构复杂、大分子、胶体状或颗粒状的物质，则首先被微生物吸附，随后在细胞外酶的作用下被水解液化成小分子有机物，再进入细胞内。

影响好氧生物处理的主要因素 :

1）溶解氧： 约12mg/l；

2）水温： 1530C；

3）营养物质：BOD5 N P = 100 5 1 （好氧工艺）；其它无机营养元素：

K、Mg、Ca、S、Na等；微量元素： Fe、Cu、Mn、Mo、Si、硼等；

4）pH值： 一般好氧微生物的最适宜pH在6.58.5之间；pH 4.5时，真菌将占优

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势，引起污泥膨胀；

5）有毒物质（抑制物质） 重金属 、氰化物 、H2S、 卤族元素与其化合物；酚、醇、醛等

6）有机负荷率：污水中的有机物本来是微生物的食物，但太多时，也会不利于微生物。

7）氧化还原电位：

好氧细菌： +300-400 mV， 至少要求大于+100 mV。

厌氧细菌：要求小于+100 mV，对于严格厌氧细菌，则小于-100 mV，甚至小于-300 mV。

厌氧法的影响因素

控制厌氧处理效率的基本因素有两类:

一类是基础因素: 包括微生物量 (污泥浓度)、营养比、混合接触状况、有机负荷等； 另一类是环境因素: 如温度、pH值、氧化还原电位、有毒物质等。 产甲烷细菌是决定厌氧消化效率和成败的主要微生物，产甲烷阶段是厌氧过程速率的步骤。

活性污泥处理系统的运行方式：

1、传统活性污泥法（普通活性污泥法）2、阶段曝气活性污泥法

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3、再生曝气活性污泥法系统 4、吸附—再生活性污泥法系统

5、延时曝气活性污泥法 6、高负荷活性污泥法

7、完全混合活性污泥法 8、多级活性污泥法系统

9、深井曝气池活性污泥法系统 10、浅层曝气活性污泥法系统

11、纯氧曝气活性污泥法系统

请说明好氧生物处理的作用机制：

1、好氧生物处理过程的生化反应方程式

2、分解与合成的相互关系：

1）二者不可分，而是相互依赖的；

a、 分解过程为合成提供能量和前物，而合成则给分解提供物质基础；是一个产能过程，合成过程则是一个耗能过程

2) 对有机物的去除，二者都有重要贡献；

3）合成量的大小，对于后续污泥的处理有直接影响；

3、有机物被生物降解的历程（比较重要）

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、分解过程 b化工环境保护概论

结构简单、小分子、可溶性物质，直接进入细胞壁；

结构复杂、大分子、胶体状或颗粒状的物质，则首先被微生物吸附，随后在细胞外酶的作用下被水解液化成小分子有机物，再进入细胞内。

第四章

请说明厌氧生物处理的原理：

废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过厌氧微生物(包括兼氧微生物）的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质的过程，也称为厌氧消化 厌氧生物处理是一个复杂的微生物化学过程，依靠三大主要类群的细菌，即水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌的联合作用完成。

厌氧法的优缺点

（1）应用范围广

因供氧，好氧法一般只适用于中、低浓度有机废水的处理，而厌氧法既适用于高浓度有机废水，又适用于中、低浓度有机废水。

有些有机物对好氧生物处理法来说是难降解的，但对厌氧生物处理是可降解的，如固体有机物、着色剂蒽醌和某些偶氮染料等。

（2）能耗低

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好氧法需要消耗大量能量供氧，曝气费用随着有机物浓度的增加而增大，而厌氧法不需要充氧，而且产生的沼气可作为能源。

废水有机物达一定浓度后，沼气能量可以抵偿消耗能量。研究表明，当原水BOD5达到1500mg/L时，采用厌氧处理即有能量剩余。有机物浓度愈高，剩余能量愈多。 一般厌氧法的动力消耗约为活性污泥法的1/10。

（3）负荷高

通常好氧法的有机容积负荷为2-4 kgBOD/(m3·d)，而厌氧法为2-lO kgCOD/(m3·d)，高的可达50 kgCOD/(m3·d)。

(4）剩余污泥量少，且其浓缩性、脱水性良好

好氧法每去除l kgCOD将产生0.4-O.6 kg生物量，而厌氧出去除l kgCOD只产生0.02-0.l kg生物量，其剩余污泥量只有好氧法的5％-20％。

同时，消化污泥在卫生学上和化学上都是稳定的。因此，剩余污泥处理和处置简单、运行费用低，甚至可作为肥料、饲料或饵料利用。

（5）氮、磷营养需要量较少

好氧法一般要求BOD:N:P为l00:5:1， 而厌氧法的BOD:N:P为l00:2.5:0.5.

（6）有杀菌作用

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（7）污泥易贮存

（8）缺点：

（a）厌氧微生物增殖缓慢，因而厌氧设备启动和处理所需时间比好氧设备长；

（b）出水往往达不到排放标准，需要进一步处理，故一般在厌氧处理后串联好氧处理；（c）厌氧处理系统操作控制因素较为复杂。

（d）厌氧过程会产生气味对空气有污染。

上流式厌氧污泥床反应器的特点:

（a）反应器内污泥浓度高，一般平均污泥浓度为30-40g/L，其中底部污泥床污泥浓度60-80g/L，污泥悬浮层污泥浓度5-7g/L；

污泥床中的污泥由活性生物量占70-80％的高度发展的颗粒污泥组成，颗粒的直径一般在0.5-5.0mm之间，颗粒污泥是UASB反应器的一个重要特征。

（b）有机负荷高，水力停留时间短，中温消化，COD容积负荷一般为10-20kg COD/（m3·d）；

（c）反应器内设三相分离器，被沉淀区分离的污泥能自动回流到反应区，一般无污泥回流设备；

（d）无混合搅拌设备。投产运行正常后，利用本身产生的沼气和进水来搅动；

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（e）污泥床内不填载体，节省造价与避免堵塞问题。

（f）反应器内有短流现象，影响处理能力。进水中的悬浮物应比普通消化池低得多，特别是难消化的有机物固体不宜太高，以免对污泥颗粒化不利或减少反应区的有效容积，甚至引起堵塞；

（g）运行启动时间长，对水质和负荷突然变化比较敏感。

① 两阶段理论（30-60年代）

第一阶段：发酵阶段

又称产酸阶段或酸性发酵阶段；进行水解和酸化，产物主要是脂肪酸、醇类、CO2和H2等；

A、主要参与微生物为：发酵细菌或产酸细菌；

B、特点：

1）生长快；

2）适应性（温度、pH等）强。

第二阶段：产甲烷阶段

又称碱性发酵阶段；产甲烷菌利用前一阶段的产物，并将其转化为CH4和CO2； A、

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主要参与微生物为：产甲烷菌；

B、特点：

1）生长慢；

2）对环境条件（温度、pH、抑制物等）非常敏感。

② 三阶段理论

第一阶段：水解、发酵阶段

第二阶段：产氢产乙酸阶段

第三阶段：产甲烷阶段

第五章

生物法脱氮有活性污泥法和生物膜法（生物转盘、接触曝气法），而以活性污泥法使用

较多。

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不需外源添加甲醇等有机碳化物的方法有硝化液循环法和脱氮液循环法。现在用得较多的是硝化液循环法，它以流入废水的BOD为有机碳源供氢体。

第六章

近年来，研究开发的生物脱氮新技术包括：

（1）短程硝化反硝化生物脱氮技术。

是将硝化过程控制在亚盐阶段，直接进行反硝化。这样硝化减少需氧量，反硝化减少有机碳源，反应器容积减少，污泥量降低，减少投碱量。

（2）同时硝化反硝化生物脱氮技术。

是采用填料或多孔载体等方式，培养硝化与反硝化细菌于一体，实现脱氮过程在同一体系中进行。

（3）厌氧氨氧化生物脱氮技术。

在反硝化过程中氨的消失和盐的消失同时发生，是细菌将氨作为供氢体所致。这种以氨为电子供体的反硝化反应称为厌氧氨氧化。

将厌氧氨氧化反应与硝化反应结合，可望产生新的生物脱氮技术，并有许多优点。

第七章

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大气结构

（一）对流层(troposphere)

是最接近地面的一层，其平均厚度约为12千米，大气总质量的90%集中在这一层，该层有如下特点 ： (1)气温随高度增加而降低。在不同地区、不同季节和不同高度，降低的数值并不相同。 (2)空气具有强烈的对流运动。 (3)气体密度大。 这层对人类的影响较大，通常所讲的大气污染就是指这一层。

（二）平流层parallel flow lay

此层在对流层上面，距地面高度可达50—60千米，总质量只占大气总质量的5%， 特点： (1)大气温度随高度的增加而上升。 (2)平流层内垂直对流运动很小。 (3)大气透明度高。

（三）中层(middle-lay)

平流层上面是中层，该层距地面80—85千米。 特点：(1)气温随高度的增加而下降，顶界温度可降至-83—-113℃。 (2)空气具有强烈的对流运动。 (3)大气透明度高。

（四）暖层 warm lay

中间层顶到800千米高度为暖层。

特点： (1)气温随高度增高而普遍上升，温度最高可升至1200℃这一极大

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值。 (2)空气处于高度电离状态。

电离层能使无线电波返回地面，这一层对远距离通讯极为重要。

（五）散逸层scatter lay

在暖层上部800km以上的大气层称为散逸层(或外层大气层)。由于那里空气已极其稀薄，同时又远离地面，受地球引力作用较小，因而大气质点将不断地向星际空间逃逸。同时该层气体距地面越远，气温越高，气体的电离度也越大，粒子的运动速度也越快。

增加大气中CO2浓度，阻止地球热量的散失，使地球发生可感觉到的气温升高，这就是有名的“温室效应”。

第八章

除去气态污染物有哪些方法

吸收净化：吸收是利用气体混合物中不同组分在吸收剂中溶解度不同，或者与吸收剂发生选择性化学反应，从而将有害组分从气流中分离出来的过程。 吸附净化：气体混合物与适当的多孔性固体接触时，利用固体表面存在的未平衡的分子引力或化学键力，把混合物中某一组分或某些组分留在固体表面上，这种分离气体混合物的过程称为气体吸附。物理吸附和化学吸附 催化转化：催化转化是使气态污染物通过催化剂床层，经历催化反应转化为无害物质或易于处理和回收的物质的方法。 燃烧转化：燃烧法是通过热氧化作用将废气中的可燃有害成分转化为无害或易于进一步处理和回收物质的方法。

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冷凝法：冷凝法是利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸汽压这一性质，采用降低系统温度或提高系统压力，使处于蒸汽状态的污染物冷凝并从废气中分离出来的过程。

生物净化：废气的生物处理是利用微生物的生命活动过程把废气中的气态污染物转化成少害甚至无害的物质。

第九章

除去颗粒污染物有哪些方法：

重力沉降是利用含尘气体中颗粒受重力作用而自然沉降的原理，将颗粒污染物与气体分离的过程。

旋风除尘是利用旋转的含尘气流所产生的离心力，将颗粒污染物从气体中分离出来的过程。 静电除尘是利用静电力从气流中分离悬浮粒子（尘粒或液滴）的一种方法。

袋式除尘是利用棉、毛或人造纤维等加工的滤布捕集尘粒的过程。

湿式除尘是利用洗涤液与含尘气体充分接触，将尘粒洗涤下来而使气体净化的方法。

第十章

声强（I）定义：在垂直声波传播方向上，单位时间内通过单位面积的声能量称为声强。

噪声控制的基本方法 ：

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噪声源的控制：分析噪声源发声的机理，消除噪声发生的根源

采用吸声、隔声、减振、隔振、安装消声器

控制噪声传播途径

噪声的传播距离，噪声的方向性 对接受者的防护

简述好氧法与厌氧法处理废水的优缺点

处理高浓度有机废水，能耗低，产泥少。…处理消果然不如好氧好。一般高浓度有机废水先厌氧后好氧。

生态系统的结构:生态系统生物和非生物组分保持相对稳定的相互联系，相互作用而形成的组织形式、结合方式和秩序。

生态系统的功能: 生态系统整体在其内部和外部的联系中表现出的作用和能力。随着能量和物质等的不断交流，生态系统亦产生不断变化和动态的过程。

活性污泥法：活性污泥法是以活性污泥为主体的废水生物处理的主要方法。活性污泥法是向废水中连续通入空气， 经一定时间后因好氧性微生物繁殖而形成的污泥状絮凝物。其上栖息着以菌胶团为主的微生物群，具有很强的吸附与氧化有机物的能力。 好氧生化处理：

曝气池：利用活性污泥法进行污水处理的构筑物。池内提供一定污水停留时间，满足好氧微生物所需要的氧量以与污水与活性污泥充分接触的混合条件。

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溶解氧：在一定条件下，溶解于水中分子状态的氧的含量。 环境容量：在保证人群健康和生态系统不受危害的前提下，环境系统或其中某一要素对污染物的最大容纳量。

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