环境工程化学总结版(2)

厂的负荷。这类废水应在厂内经适当处理后循环使用。

(3)废水常见的处理方法

①废水物理处理法 是通过物理作用分离和去除废水中不溶解的呈悬浮状态的污染物（包括油膜、油珠）的方法。处理过程中，污染物的化学性质不发生变化。 方法有：重力分离法（包括沉淀、上浮（气浮）等

? 离心分离法，使用设备有离心分离机、水旋分离器等 ? 筛滤截留法，有栅筛截留和过滤两种处理单元，前者使用格栅、筛网，后者使用砂滤池、

微孔滤机等。

? 还有废水蒸发处理法、废水气液交换处理法、废水高梯度磁分离处理法、废水吸附

处理法等。

? 物理处理法的优点：设备大都较简单，操作方便，分离效果良好，故使用极为广泛。 ②废水化学处理法：是通过化学反应和传质作用来分离、去除废水中呈溶解、胶体状态的污染物或将其转化为无害物质的废水处理法。

? 有氧化法、电解法、化学沉淀法、混凝法、电渗法、中和法等。

③废水生物处理法 是利用微生物的生命活动，对废水中呈溶解态或胶体状态的有机污染物降解作用，降低水中氮、磷等植物营养物质的含量，从而使废水得到净化的一种处理方法。

? 可分需氧生物处理法和厌氧生物处理法两种。需氧生物处理法有活性污泥法、生物膜法、

氧化塘法、土地处理系统等。

在实际应用中，废水处理流程是由以上各种方法合理组合而成。

? 按照不同的处理程度，废水的处理可分为一级处理、二级处理和三级处理。

? 污水一级处理：又称污水物理处理，通过简单的沉淀、过滤或适当的曝气，以去除污

水中的悬浮物，调整pH值及减轻污水的腐化程度的工艺过程。废水经过一级处理后一般仍达不到排放标准。

? 污水二级处理：污水经一级处理后，再经过具有活性污泥的曝气池及沉淀池的处理，

使污水进一步净化的工艺过程，以除去一级处理后污水的悬浮物和胶体颗粒物或低浓度的有机物。经过二级处理后的污水，一般可以达到农灌水的要求和废水排放标准。但在一定条件下仍可能造成天然水体的污染。

? 污水三级处理：又称深度处理，污水经二级处理后，进一步去除污水中的其他污染成

分（如；氮、磷、微细悬浮物、微量有机物和无机盐等）的工艺处理过程。主要方法有生物脱氮法、凝集沉淀法、砂滤法、硅藻土过滤法、活性炭过滤法、蒸发法、冷冻法、反渗透法、离子交换法和电渗析法等。

第三章 环境工程化学基础

第一节 主要无机污染物的物理、化学与生物性质 一、无机酸、碱和盐污染物 (1) 氰化物

来源：氰化物多数是人工制造的，但也有少量存在于天然物质中，如苦杏仁、枇杷仁、桃仁、木薯和白果等。污染环境的氰化物，主要来自工业生产。

煤焦化时，在干馏条件下碳与氨反应，也产生氰化物。氰化物可用作工业生产的原料或辅料，如HCN用于生产聚丙烯腈纤维，氰化钠用于金属电镀，矿石浮选，以及用于染料、药品和塑料生产；氰化钾用于白金的电解精炼，金属的着色、电镀，以及制药等化学工业。这些工业部门的废水都含有氰化物。

性质：氢氰酸(HCN)是一种无色液体,密度为0.6876，熔点为－14℃，沸点为26℃，易挥发，可溶于水、醇和醚中。其水溶液有苦杏仁臭味，臭味可感觉的最低浓度为0.001毫克/升。HCN的酸性是极弱的，不论在无水状态或水溶液中的HCN，只有和少量无机酸或某些其他物质共存时才是稳定的。 HCN受光照易分解为低毒的NH3、HCOOH、HOOCCOOH等。

除HCN外，NaCN、KCN也是氰污染物的初始形态，氰离子的一个重要特点是容易与某些金属形成络合物。

毒性：氰化物是剧毒物质。

HCN人的口服致死量平均为50毫克，氰化钠约100毫克，氰化钾约120毫克。

简单的氰化物经口、呼吸道或皮肤进入人体，极易被人体吸收。氰化物进入胃内，在胃酸的作用下，能立即水解为HCN而被吸收，进入血液。 细胞色素氧化酶的Fe3+与血液中的氰根结合，生成氰化高铁细胞色素氧化酶，使Fe3+丧失传递电子的能力，造成呼吸链中断，细胞窒息死亡。 二、氧化物类污染物

氧化物是负价氧和另外一个化学元素组成的二元化合物如CO?、CaO等。氧化物的种类繁多，物理化学性质差异非常大。以下仅介绍对环境影响大的碳、氮、硫氧化物； （一）碳的氧化物

碳的氧化物有CO和CO2。

来源于天然污染源和人为污染源。

天然污染源包括火山爆发、森林火灾、闪电过程、植物生长过程及各种有机物的光化学分解。

人为污染源主要是各种燃料的不完全燃烧所产生的CO。在高温下，即使燃料完全燃烧生成CO2，已生成的CO2也会部分分解为CO；H2O在高温下，也会部分分解成H2与O2，H2与CO2反应生成CO。

性质：在通常状况下， CO是无色、无臭、无味、难溶于水的气体，熔点-207℃，沸点-191.5℃。标准状况下气体密度为1.25g/L，和空气密度(标准状况下1.293g/L）相差很小，这也是容易发生煤气中毒的因素之一。

CO进入人体之后会和血液中的血红蛋白结合，由于CO与血红蛋白结合能力远强于氧气与血红蛋白的结合能力，进而使能与氧气结合的血红蛋白数量急剧减少，从而引起机体组织出现缺氧，导致人体窒息死亡。

常见于家庭居室通风差的情况下，煤炉产生的煤气或液化气管道漏气或工业生产煤气以及矿井中的一氧化碳吸入而致中毒，肉呈红色。 （二）氮的氧化物

氮氧化物包括多种化合物，如N2O、NO、NO2、N203、N204和N205等。除NO2以外，其他氮氧化物均极不稳定，遇光、湿或热变成NO2及NO2， NO又变为NO2 。因此，职业环境中接触的是几种气体混合物常称为硝烟 (气)，主要为NO和NO2 ，并以NO2为主。氮氧化物都具有不同程度的毒性。

来源：氮的氧化物主要来源于土壤和海洋中细菌对硝酸盐的分解，其次是天空闪电过程氮的氧化和大气中氨的氧化。

人类活动中产生的氮氧化物主要来源于各类含氮燃料的燃烧产生

性质： NO为无色气体，分子量30.01，熔点-163.6℃，沸点-151.5℃，蒸气压101.3lkPa(-151.7℃)。溶于乙醇、二硫化碳，微溶于水和硫酸，水中溶解度4.7% (20℃)。性质不稳定，在空气中易氧化成NO2。

NO结合血红蛋白的能力比CO还强，更容易造成人体缺氧。不过，人们也发现了它在生物学方面的独特作用。一氧化氮分子作为一种传递神经信息的信使分子，在使血管扩张，免疫，增强记忆力等方面有着及其重要的作用。

NO2在21.1℃温度时为红棕色刺鼻气体;在21.1℃以下时呈暗褐色液体。 NO2溶于水时生成硝酸和一氧化氮。工业上利用这一原理制取硝酸。 NO2能使多种织物褪色，损坏多种织物和尼龙制品，对金属和非金属材料也有腐蚀作用。在大气中转成酸雨

危害：氮氧化物可刺激肺部，使人较难抵抗感冒之类的呼吸系统疾病。对儿童来说，氮氧化物可能会造成肺部发育受损。研究指出长期吸入氮氧化物可能会导致肺部构造改变。 以NO和NO2为主的氮氧化物是形成光化学烟雾和酸雨的一个重要原因。

汽车尾气中的氮氧化物与氮氢化合物经紫外线照射发生反应形成的有毒烟雾，称为光化学烟雾.光化学烟雾具有特殊气味，刺激眼睛，伤害植物，并能使大气能见度降低。

（三）硫氧化物

硫氧化物是硫的氧化合物的总称。通常硫有4种氧化物，即SO2、SO3(硫酐)、S2O3、SO；此外还有两种过氧化物：S2O7和SO4。

在大气中比较重要的是SO2和SO3，其混合物用SOx表示。硫氧化物是全球硫循环中的重要化学物质。它与水滴、粉尘并存于大气中，由于颗粒物（包括液态的与固态的）中铁、锰等起催化氧化作用，而形成硫酸雾，严重时会发生煤烟型烟雾事件，如伦敦烟雾事件，或造成酸性降雨。

SOx是大气污染、环境酸化的主要污染物。

来源：自然界产生的硫氧化物很少，主要是生物腐烂生成的H2S在大气中被氧化产生。 如在厌氧条件下，细菌为了获取氧，将周围环中的SO42-还原为H2S, H2S进一步氧化成SO2和SO3。

人类活动产生的硫氧化物主要来自含硫燃料的燃烧、金属冶炼、石油炼制硫酸生产和硅酸盐制品焙烧等过程。

危害：硫氧化物是大气的主要污染物之一，是无色、有刺激性臭味的气体，它不仅危害人体健康和植物生长，而且还会腐蚀设备、建筑物和名胜古迹。 第三节 氮与磷在环境中的循环作用 一、氮的循环作用

氮循环包括氮素同化作用、氨化作用、硝化作用、反硝化作用及固氮作用。

氮素同化：植物体或微生物吸收无机氮(NO3-、NH4+、N2)，把它们同化为转化为有机态氮(氨基酸、蛋白质、核酸等)的过程。

氨化作用:又叫脱氨作用，微生物分解有机氮化物产生氨的过程。产生的氨，一部分供微生物或植物同化，一部分被转变成硝酸盐。 硝化反应：由氨根离子转化为硝酸盐",

反硝化：由硝酸盐经亚硝酸盐转化为氮气的过程 固氮：是将气态氮转化为离子形式

下面以含氮化合物的脱氨反应，讲述氨化作用： （１） 蛋白质的分解

氨化过程一般可分为两步: 第一步是含氮有机化合物（蛋白质、核酸等）降解为多肽、氨基酸、氨基糖、核甘酸等简单含氮化合物； 第二步则是降解产生的简单含氮化合物在脱氨基过程中转变为NH3。氨基酸的脱氨过程方式很多，在脱氨基酶的作用下，可通过氧化脱氨基、还原脱氨基、水解脱氨基以及转饱合脱氨基作用，生成相应的有机酸，并释放氨：

+O2氧化脱氨基R-COCOOH+NH3R-CHCHOOHNH2+H2O水解脱氨基R-CHOHCOOH+NH3+2H还原脱氨基R-CH2COOH+NH3氨基酸还可以通过脱羧基反应降解，形成胺类物质：

R-CHCHOOHNH2

R-CH2NH2+CO2

环境中绝大多数异养微生物都具有分解蛋白质、释放出氨的能力。

(2)核酸的分解：核酸在完成转氨分解第一步后，生成核苷酸，再分解为核苷与磷酸后，进一步分解为核糖或脱氧核糖与生物碱。含氮的生物碱经脱氨基产生氨，以腺嘌呤为例，腺嘌呤在脱氨基酶作用与，生成次黄嘌呤，次黄嘌呤在次黄嘌呤酶作用下，被氧化成黄嘌呤，黄嘌呤在黄嘌呤酶作用下，产生尿酸，尿酸进一步分解成尿素和乙醛酸，尿素分解成成氨与CO2。

(3)它含氮有机物的分解 除了蛋白质、核酸外，还有尿素、尿酸、几丁质、卵磷脂等含氮有机

脱羧基物，它们都能被相应的微生物分解并释放出氨。凡能产生尿酶的微生物都能分解尿素， 尿素在酸、碱、酶作用下，都能水解生成氨与CO2

（重点）-----------硝化作用：硝化作用是指氨在微生物作用下氧化为硝酸（盐）的过程。

第一阶段为亚硝化，即铵根（NH4+)氧化为亚硝酸根（NO2-）的阶段。参与这个阶段活动的亚硝酸细菌主要有 5个属：亚硝化毛杆菌属(Nitrosomonas) ；亚硝化囊杆菌属(Nitrosocystis)；亚硝化球菌属(Nitrosococcus)；亚硝化螺菌属(Nitrosospira)和亚硝化肢杆菌属(Nitrosogloea)。其中，尤以亚硝化毛杆菌属的作用居主导地位，常见的有欧洲亚硝化毛杆菌 (Nitrosomonas europaea)等。

第二阶段为硝化，即亚硝酸根（NO2-）氧化为硝酸根（NO3-）的阶段。参与这个阶段活动的硝酸细菌主要有3个属：硝酸细菌属(Nitrobacter)；硝酸刺菌属 (Nitrospina)和硝酸球菌属(Nitrococcus)。其中以硝酸细菌属为主，常见的有维氏硝酸细菌(Nitrobacter winogradskyi)和活跃硝酸细菌 (N. agilis)等

-----------------------反硝化过程：也称脱氮作用。反硝化细菌在缺氧条件下，还原硝酸盐，释放出分子态氮（N2）或一氧化二氮（N2O）的过程。

总的反硝化过程可以用以下方程式表示： 2NO3-+10e+12H→N2+6H2O ? 其中包括以下四个还原反应还原反应： ? 硝酸盐还原为亚硝酸盐：

? 2NO3-+4H+4e→2NO2-+2H2O ? 亚硝酸盐还原为一氧化氮：

? 2NO2-+4H+2e→2NO+2H2O ? 一氧化氮还原为一氧化二氮： ? 2NO+2H+2e→N2O+H2O ? 一氧化二氮还原为氮气： ? N2O+2H+2e →N2+H2O

? 固氮作用：是分子态氮被还原成氨和其他含氮化合物的过程。自然界氮（N2）的固定有两

种方式：一种是非生物固氮，即通过闪电、高温放电等固氮，这样形成的氮化物很少； 二是生物固氮，即分子态氮在生物体内还原为氨的过程。大气中90%以上的分子态氮都是通过固氮微生物的作用被还原为氨的。

根据固氮微生物的固氮特点以及与植物的关系，可以将它们分为自生固氮微生物、共生固氮微生物和联合固氮微生物三类。 ? 微生物固氮的应用：

? 一些来自化工废水、国防工业废水、电镀废水等含氮物质，如氢氰酸、乙腈、丙腈、

正丁腈、丙烯腈及硝基化合物，它们对水体、对环境、对人畜都有不同程度的危害，然而某些微生物可利用它们作为氮源，在碳源等存在下，可将有害物质变成微生物自身的营养物。有些微生物也可分解不同含氮的污染物，从而达到治理废水中有害污染物的目的。 ? （三）微生物与水体中的氮素循环

? 自然水域中，在好氧或厌氧条件下，通过微生物固氮作用固定的氮，以及有机物通过

氨化作用释放的氨，既可被许多生物作为唯一氮源而同化，也可在好氧条件下被硝化菌氧化，经亚硝酸盐进而转化为硝酸盐，即硝化作用。

? 生成的硝酸盐，是藻类及一些微生物生长所需的营养，在厌氧区不发生硝化作用，形

成的氨一部分被生物质同化，较多部分积累起来。已形成的硝酸盐则因反硝化作用，而还原为气态氮（N2,N2O）。水体环境中的氮素循环如图3-13所示。

? 在自然界水体中，不断地进行着氮素的同化、氮化、固氮、硝化和反硝化，微生物起着极

其重要的作用。通过这样的循环保持着水体环境中氮素平衡。 ? 二、磷在环境中的循环过程 ? （一）环境中的磷

? 磷是包括微生物在内的所有生命体中不可缺少的元素。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

在生物大分子核酸、高能量化合物ATP、以及生物体内糖代谢的某些中间体中，都有磷的存在。

磷的循环：包括可溶性无机磷的同化、有机磷的矿化、不溶性磷的溶解等。

可溶性的无机磷化物的同化：可溶性的无机磷化物被微生物吸收后合成有机磷化物，成为生命物质结构组分（同化作用）的过程。

有机磷的矿化：在土壤中，许多的细菌、放线菌和霉菌等含有植酸酶和磷酸酶，能够将含磷的有机物分解（异化作用），产生的无机磷化物可被植物吸收利用。

不溶性磷的溶解：土壤中的磷酸或可溶性的磷酸盐与土壤中的一些盐基结合，形成不溶性的磷酸盐。在天然水体中，大部分的磷存在于水下的沉积物中。

而生活在土壤和水体中的一些微生物，通过代谢产生的硝酸、硫酸和有机酸又可将不溶性的磷酸盐溶解，从而使自然界中的磷素循环周而复始的不断进行。

应当指出，如果人类活动将含磷物质大量排放到水环境中，可溶性磷酸盐浓度过高会造成蓝细菌及其它藻类大量增殖，即常说的富营养化作用，从而破坏环境的生态平衡。 （二）磷的循环作用

１. 有机磷的矿化 动植物、微生物体中的含磷有机物有核酸、磷脂、植素以及各种磷脂酸，它们均可被微生物分解。

核酸的矿化：核酸首先在核酸酶作用下，水解成核苷酸，核苷酸又在核苷酸酶作用下，分解成核苷与磷酸，完成有机磷的矿化；核苷又核苷酶作用下，水解成核糖与五种不同生物碱，生物碱脱氨产生氨，完成有机氨的矿化。

? 磷脂 卵磷脂是含胆碱的甘油磷酸脂，其结构如下：

? 它可以被微生物卵磷脂酶水解为甘油、脂肪酸、磷酸和胆碱，胆碱进一步分解成氨与二

氧化碳、有机酸与醇

? 植素：植素是由植酸（肌醇六磷酸脂）和钙、镁结合成的盐类。植素在土壤中分解很慢，

经微生物的植酸酶分解为磷酸和CO2。 ? 2.难溶性无机磷的可溶化作用

? 在土壤中存在难溶性的无机磷化合物（例如磷酸钙、磷灰石矿石），植物与微生物

不能直接利用，必须经过微生物分解为溶解性的磷酸盐才能被植物和微生物吸收利用。 ? 环境酸性增大，可使磷酸钙转化成磷酸氢钙与二氢钙，从而使钙可溶性增大。 ? 也可与异养微生物的生命活动产生的有机酸和碳酸，微生物在硝化作用中产生的亚

硝酸、硝酸；硫酸化作用中产生的硫酸；在呼吸作用中产生的二氧化碳溶于水产生的碳酸等作用，都 可促进磷的溶解。例如：

? 可溶性磷酸盐被植物、藻类及其它微生物吸收利用，同化成卵磷脂、核酸及ATP等 ? 3. 磷的同化作用

? 无机磷通过生物转化变为有机磷，成为细胞的组成成分，称为磷的同化作用或磷的

固化作用。

? 磷对农业十分重要，土壤中往往不足，必须施入磷肥以满足农作物生长和微生物发

育的需要。

? 影响磷的同化作用主要因素有：碳、氮以及pH和环境温度。 ? 生物同化过程需要适量的碳、氮、磷。 ? 异养微生物的同化作用需要适量的有机碳。若则微生物对磷的转化作用会受到限制； 合适的pH和环境温度有利于微生物代谢活动，也有利于对磷的转化，反之则限制了磷的转化。

? 磷的同化作用与水体富营养化防治

? 水体中如进入的磷酸盐过多，会造成富营养化，其来源主要为磷肥流失，含磷废水

（如含磷洗涤剂等）和二级生化处理出水所含磷酸盐。怎样有效地对磷污染进行控制和治理，充分利用微生物对磷的同化作用，已成为水体富营养化防治研究中的重要课题。 ? 第五节 污染物的分离原理与技术

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库环境工程化学总结版(2)在线全文阅读。