當(dāng)代水處理技術(shù)第一章

當(dāng)代水處理技術(shù)課程簡(jiǎn)介一、當(dāng)代水處理技術(shù)的主要教學(xué)內(nèi)容1、水處理技術(shù)的發(fā)展

2、水處理的化學(xué)處理技術(shù)3、水處理的膜分離技術(shù)4、水處理的生物化學(xué)技術(shù)

5、水處理的高級(jí)氧化處理技術(shù)二、學(xué)時(shí)分布第一章水處理技術(shù)的發(fā)展2學(xué)時(shí)第二章

水處理的化學(xué)處理技術(shù)4學(xué)時(shí)第三章水處理的膜分離技術(shù)4學(xué)時(shí)第四章

水處理的生物化學(xué)處理技術(shù)10學(xué)時(shí)第五章

水處理的高級(jí)氧化處理技術(shù)6學(xué)時(shí)復(fù)習(xí)2學(xué)時(shí)總計(jì)28學(xué)時(shí)三、本課程學(xué)習(xí)的目的及要求1、目的

結(jié)合所學(xué)的基礎(chǔ)課程、專業(yè)基礎(chǔ)課程及水污染控制工程，較為深入、全面地了解并掌握現(xiàn)代水處理中各種處理技術(shù)的基本概念、原理與應(yīng)用，主要過(guò)程設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)研究方法。2、要求

掌握基本概念、工藝過(guò)程，能用所學(xué)的基本理論分析明確工程實(shí)際問(wèn)題。四、主要參考資料①?gòu)堊越艿?，排水工程工程（第四版），中?guó)建筑工業(yè)出版社，2000；②張自杰等，廢水處理理論與設(shè)計(jì)，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003；③許保玖著，給水處理理論，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000；④許保玖編著，當(dāng)代給水與廢水處理原理（第二版），高等教育出版社，2005；⑤馮敏主編，現(xiàn)代水處理技術(shù)，化學(xué)工業(yè)出版社，2008⑥苑寶玲等主編，水處理新技術(shù)原理與應(yīng)用，化學(xué)工業(yè)出版社，2006。五、課程的考核方式本課程為考查課，課程結(jié)束后的總成績(jī)按下式計(jì)算：總成績(jī)＝70％的期末考試卷面成績(jī)＋30％平時(shí)成績(jī)注：平時(shí)成績(jī)的計(jì)算如下，出勤20分，作業(yè)10分。當(dāng)代的概念世界史是這樣劃分的:1640年英國(guó)資產(chǎn)階級(jí)革命至1917年俄國(guó)十月革命勝利前夕稱為近代，1917年俄國(guó)十月革命勝利以后至1945年第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束稱為現(xiàn)代，1945年第二次世界大戰(zhàn)以后稱為當(dāng)代。通常意義上所指的當(dāng)代，是對(duì)人類發(fā)展歷史時(shí)間段的一個(gè)定性界定。從全球來(lái)看，當(dāng)代應(yīng)該是指以第三次世界科技革命為標(biāo)志以后的時(shí)期延續(xù)至今后。第三次科技革命，是以原子能、電子計(jì)算機(jī)和空間技術(shù)的廣泛應(yīng)用為主要標(biāo)志，涉及信息技術(shù)、新能源技術(shù)、新材料技術(shù)、生物技術(shù)、空間技術(shù)和海洋技術(shù)等諸多領(lǐng)域的一場(chǎng)信息控制技術(shù)革命。其當(dāng)代大體界定時(shí)間應(yīng)該是20世紀(jì)40-50年代以后的時(shí)期。第一章水處理技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀水處理技術(shù)

物理、化學(xué)、物化、生化分離強(qiáng)化轉(zhuǎn)化固液：

（粒徑）格柵、篩濾、過(guò)濾、膜分離/（密度）沉淀、上浮、離心/（特性）磁力浮選液液：（選擇性）吸附、萃取、滲析、反滲透、離子交換氣液：（溶解性）吹脫、蒸餾混凝氣浮膠團(tuán)超濾化學(xué)沉淀藥劑催化氧化光照氧化高溫高壓氧化超聲氧化高壓放電氧化酶催化氧化中和：酸堿中和水解：厭氧酸化、酯類水解、有機(jī)硫化物水解電解：陽(yáng)極氧化/陰極還原氧化還原：金屬無(wú)害化/析出有機(jī)物氧化：O3、O2、H2O2、Cl2、ClO2、KMnO4等氧化劑有機(jī)物還原：零價(jià)金屬、微電解有機(jī)物甲烷化第一節(jié)

我國(guó)水處理技術(shù)的發(fā)展一、城市生活給水處理技術(shù)的發(fā)展階段

1、初始階段我國(guó)有文字記載的給水處理從明礬凈水開始，而比較完整的現(xiàn)代自來(lái)水廠是創(chuàng)建于1882年的上海楊浦水廠。2、仿蘇階段

凈水技術(shù)經(jīng)歷了簡(jiǎn)單沉淀，慢濾處理，依靠外國(guó)專家“照搬照抄”新建大型水廠，采用平流池、雙層過(guò)濾技術(shù)以及絮凝、消毒等。3、自主發(fā)展階段20世紀(jì)60年代以后，城市供水全面普及，給水處理在學(xué)術(shù)理論、規(guī)范制定、人才培養(yǎng)、設(shè)備供應(yīng)等方面逐漸形成了自己的體系。例如：在水處理中開始注重投藥后的混合，采用靜態(tài)管道混合器等“細(xì)節(jié)”；推廣應(yīng)用了絮凝等技術(shù)；在減少水頭損失、提高絮凝效果、降低藥量消耗等方面進(jìn)行了許多研究；引進(jìn)淺層沉降理論，對(duì)平流池的設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)，對(duì)濾池配水有了相應(yīng)的研究，對(duì)混凝劑有了開發(fā)與應(yīng)用。4、快速發(fā)展階段20世紀(jì)80年代以后，隨著改革開放的深入，給水處理引進(jìn)吸收了外國(guó)先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，提高了絮凝加藥的自動(dòng)化水平，開始了提高水質(zhì)和微污染水源處理技術(shù)的發(fā)展，消毒劑廣泛使用并呈多樣化趨勢(shì)，供水管網(wǎng)水質(zhì)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)檢測(cè)，常規(guī)水處理技術(shù)得到加強(qiáng)。目前，對(duì)于經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)的水源污染的生物預(yù)處理技術(shù)及臭氧、活性炭等水的深度處理技術(shù)在向?qū)嵱没l(fā)展中，小型膜處理設(shè)備也已應(yīng)用于高品質(zhì)飲用水處理系統(tǒng)之中。二、工業(yè)給水處理技術(shù)

1、早期

用混凝沉淀和過(guò)濾方式進(jìn)行工業(yè)用水的預(yù)處理，用離子交換、軟化、除鐵等進(jìn)行鍋爐用水的處理。

存在問(wèn)題：在工業(yè)循環(huán)水處理上由于缺乏自主技術(shù)；片面地以控制CaCO3結(jié)垢為主，忽略了結(jié)垢的其他鹽類和化合物，對(duì)工業(yè)水溫度變化的特點(diǎn)和水的腐蝕以及水中菌、藻等引起的微生物黏泥的影響未予以考慮。2、目前狀況

工業(yè)循環(huán)水處理主要以投加緩蝕劑、阻垢劑、殺菌劑等化學(xué)藥劑為手段來(lái)控制水的腐蝕、結(jié)垢和微生物黏泥。三、污（廢）水處理

在廢(污)水處理上，目前主要采用中和、沉淀、曝氣、生物處理、混合稀釋和過(guò)濾等手段，處理的目的是基本滿足排放水質(zhì)的要求，并且，總體處理率不是很高。四、養(yǎng)殖水處理方面目前，國(guó)外已將臭氧、紫外線與生物濾器等水處理技術(shù)和設(shè)施廣泛應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖，而且向機(jī)械化、現(xiàn)代化方向發(fā)展。我國(guó)在這方面起步較晚，但近些年來(lái)發(fā)展比較迅速，在廣大科技工作者的一致努力下，已經(jīng)取得了一系列的成就，發(fā)展了各種各樣的循環(huán)養(yǎng)殖水處理設(shè)施第二節(jié)水處理技術(shù)的存在模式與發(fā)展趨勢(shì)一、水處理技術(shù)的存在模式1、污水處理目前應(yīng)用最為廣泛的污水處理模式是以曝氣池（氧化溝）、二沉池為主要功能單元，其中根據(jù)曝氣池內(nèi)構(gòu)筑物建造形式不同又可以區(qū)分多種水處理工藝。該模式主要應(yīng)用于城市生活污水和工業(yè)廢水的處理，處理目標(biāo)以達(dá)到污水排放要求為標(biāo)準(zhǔn)，如將氨氮、化學(xué)耗氧量分別降至5-25mg/L和50-100mg/L以下。2、飲用水處理隨著日益嚴(yán)格的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行及水源污染的加劇，對(duì)于水處理來(lái)說(shuō)，其出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)有很大的提高。當(dāng)前常規(guī)水處理達(dá)不到對(duì)

COD

和氨氮去除的要求，投加高劑量的氯氣消毒又會(huì)導(dǎo)致三鹵

甲烷和鹵乙酸等有致突變作用的消毒副產(chǎn)品，對(duì)水的飲用安全構(gòu)成威脅。氨氮的去除有賴于生物預(yù)處理，色、嗅、味等的改善需要利用活性炭或臭氧活性炭的吸附和生物降解等工藝。

目前增加預(yù)處理或深度處理環(huán)節(jié)是提高供水水質(zhì)的必需工作。從國(guó)內(nèi)外研究看，將各種預(yù)氧化處理(臭氧、高錳酸鉀、二氧化氯、過(guò)氧化氫)、生物處理和活性炭吸附與常規(guī)處理聯(lián)合起來(lái)，優(yōu)化組合新的凈水工藝，是當(dāng)前受污染水源水質(zhì)凈化的基本技術(shù)對(duì)策。3、純凈水處理家庭飲用水、食品加工用水、特殊工業(yè)用水（電子產(chǎn)品生產(chǎn)）4、鍋爐水處理及工業(yè)水處理對(duì)進(jìn)入鍋爐之前的水，即鍋爐給水中的懸浮物、膠體物、有機(jī)物、各種溶解的鹽類和氣體進(jìn)行處理，并對(duì)鍋內(nèi)水質(zhì)進(jìn)行調(diào)整，使鍋爐給水的品質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程。二、水處理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1、常規(guī)水處理以去除懸浮固體、膠體及細(xì)菌為目的的常規(guī)工藝對(duì)色度、氨氮、耗氧量不能有較好的去除效果，現(xiàn)行的“混凝沉淀過(guò)濾消毒”的常規(guī)處理組合仍將在新世紀(jì)的初期得到延續(xù)，但不是簡(jiǎn)單重復(fù)，而應(yīng)是“強(qiáng)化”或“優(yōu)化”了的工藝組合，并針對(duì)不同的水源條件和水質(zhì)要求，輔以預(yù)處理和深度處理。當(dāng)原水中氨氮、亞硝酸鹽含量高，有機(jī)物多，較易生物降解時(shí)，采用生物預(yù)處理將是適宜的，因出水水質(zhì)可得到全面提向，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)低廉。當(dāng)原水中有機(jī)物量多且較難降解時(shí)，為保證凈水廠出水水質(zhì)全面達(dá)到規(guī)定的有機(jī)物(包括消毒副產(chǎn)物)指標(biāo)與使出水降低致突活性(Ames

試驗(yàn)呈陰性)，采用活性炭過(guò)濾將是必要的，是今后發(fā)展的方向。2、生物預(yù)處理生物預(yù)處理技術(shù)可以有效去除原水中的氨氮及可部分降解有機(jī)物。針對(duì)當(dāng)前水體污染狀況及趨勢(shì)，生物預(yù)處理工藝作為去除氨氮的有力武器在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)將不會(huì)改變，但目前還需要進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用方面的廣泛研究，特別是對(duì)含藻水處理中應(yīng)對(duì)暴發(fā)期的工藝措施進(jìn)行更為廣泛深入的研究。藻類密度一般較小，因而其絮體不易沉淀，采用氣浮則可以取得較好的除藻效果。氣浮法的主要問(wèn)題是藻渣難以處理，氣浮池附近臭味重，操作環(huán)境差。

3、深度處理技術(shù)目前我國(guó)尚在應(yīng)用研究階段的臭氧氧化、活性炭吸附等水的深度處理技術(shù)在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家已廣泛應(yīng)用，該技術(shù)已引入到我國(guó)水處理技術(shù)上來(lái)，但吸收、轉(zhuǎn)化和應(yīng)用工作應(yīng)有一段時(shí)間。4、水處理藥劑的發(fā)展消毒殺菌方面，三氯甲烷致癌物（THM3）的問(wèn)題雖已經(jīng)引起世界的關(guān)注，但目前為止我國(guó)限于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件，液氯消毒仍為大多數(shù)水廠所采用。隨著國(guó)外研究開發(fā)出新的高效、低毒或無(wú)毒替代品，我國(guó)將會(huì)逐漸限制、淘汰液氯殺菌的方式。工業(yè)水處理中的藥劑將從有毒有公害的藥劑向低毒、無(wú)毒、無(wú)公害藥劑方面發(fā)展，由不易生物降解藥劑向易生物降解方面發(fā)展，由單一的水處理藥劑向復(fù)合的多功能藥劑方面發(fā)展。5、膜處理技術(shù)膜技術(shù)是利用離子交換膜或有機(jī)高分子合成膜組成的技術(shù)，近年來(lái)發(fā)展迅速，對(duì)于水質(zhì)處理，可能是21世紀(jì)的革新技術(shù)。膜處理技術(shù)被譽(yù)為21世紀(jì)水處理技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，是替代傳統(tǒng)工藝的最佳選擇。膜分離技術(shù)的主要作用原理是以壓力梯度為驅(qū)動(dòng)力，利用特定膜的透過(guò)性能分離水中離子、分子和雜質(zhì)而進(jìn)行的濾膜機(jī)械篩分作用，是膜技術(shù)從化工領(lǐng)域向水處理領(lǐng)域、發(fā)展的結(jié)果。近

10

年來(lái)我國(guó)主要用于桶裝、瓶裝高品質(zhì)飲用水的處理，歐美則已建成了日處理水量幾萬(wàn)到幾十萬(wàn)立方米規(guī)模的水廠。目前膜處理技術(shù)在水處理方面的主要應(yīng)用有反滲透(RO)、電滲析(ED

或

EDR)、鈉濾(NF)、超濾(UF)和微濾(MF)等5種。UF和

MF

運(yùn)行所需壓力低，膜的成本低，可替代傳統(tǒng)水處理的混凝過(guò)程，值得推廣；而

RO

和NF

可分離直徑達(dá)

0.0001μm

到

0.001μm

的顆粒，對(duì)病毒、有機(jī)物和溶解性無(wú)機(jī)物均能有效去除，既可用于工業(yè)水處理也可用于飲用水處理，能避免化學(xué)藥劑投加產(chǎn)生的問(wèn)題和常規(guī)消毒副產(chǎn)物生成，特別是解決了

20

世紀(jì)

90

年代以來(lái)新發(fā)現(xiàn)的常規(guī)方法不能除去和殺死隱性孢子蟲的問(wèn)題。隨著飲用水水質(zhì)要求的提高和膜技術(shù)的發(fā)展，膜技術(shù)和膜產(chǎn)品將會(huì)得到廣泛的開發(fā)和應(yīng)用。但膜組件的集成化，膜破損的檢測(cè)，膜污染的控制及洗滌，膜處理中污排水的處理及膜成本降低等等問(wèn)題還需深入研究。微濾、超濾與反滲透是靠壓力驅(qū)動(dòng)使水透過(guò)半透膜，而將水中所含雜質(zhì)：膠體、無(wú)機(jī)離子、有機(jī)物、微生物等截留的過(guò)濾技術(shù)。它們的區(qū)別主要是膜的孔徑和截留粒子成分子的直徑不同。一般顆粒介質(zhì)(砂、煤等)過(guò)濾技術(shù)可去除

2—5μm

以上的粒子。微濾可以去除

0.1—0.2μm

的粒子，能將絕大多數(shù)形成濁度的粒于去掉。超濾可去除

0.005μm、含分子量

1000

以上的粒子，包括細(xì)菌、病毒。6、分質(zhì)供水和水的高效利用技術(shù)

水的循環(huán)利用技術(shù)和廢(污)水處理回用技術(shù)都將會(huì)迅速得到發(fā)展，這是當(dāng)前水資源緊缺的現(xiàn)實(shí)要求和水處理技術(shù)水平提高的具體表現(xiàn)。水的高度循環(huán)利用和回用將節(jié)約大量水資源，緩解水危機(jī)和滿足可持續(xù)發(fā)展及環(huán)境保護(hù)的要求，也會(huì)推動(dòng)水處理產(chǎn)業(yè)的發(fā)展壯大，并最終形成一個(gè)高度發(fā)達(dá)的水工業(yè)體系。目前引起中國(guó)水污染的原因是：

城市廢水處理率低

違規(guī)排放的工業(yè)廢水

未加控制的非點(diǎn)源污染。相關(guān)技術(shù)進(jìn)展及應(yīng)用成功范例:

1、高效、低耗的城市廢水處理及再生技術(shù)

2、含高濃度、難降解有機(jī)物工業(yè)廢水的處理技術(shù)

3、面源污染控制技術(shù)

4、安全飲用水保障技術(shù)

控制中國(guó)的水污染，從源頭控制更重要。找到適合中國(guó)國(guó)情的水污染防治技術(shù)，尚需進(jìn)行艱苦不懈的努力。三、中國(guó)水處理新技術(shù)研究進(jìn)展高效、低耗的城市廢水處理及再生技術(shù)高效好氧生物流化反應(yīng)器脫氮除磷技術(shù)膜-生物反應(yīng)器技術(shù)的研究及其改進(jìn)技術(shù)，如采用多孔支撐體的動(dòng)態(tài)膜-生物反應(yīng)器、利用粉末活性炭減少膜面污染、利用臭氧減少膜面污染等技術(shù)。工業(yè)廢水的處理技術(shù)對(duì)染料廢水、農(nóng)藥廢水、焦化廢水等的處理及應(yīng)用高效菌投加及微生物自固定技術(shù)厭氧與好氧結(jié)合的技術(shù)膜-生物反應(yīng)器技術(shù)。

非點(diǎn)源污染村鎮(zhèn)生活污水處理技術(shù)暴雨徑流氮磷控制技術(shù)農(nóng)村固體廢物的控制技術(shù)水土流失控制技術(shù)等。安全飲用水保障技術(shù)改善水源水質(zhì)的技術(shù)去除微量有機(jī)物、氨氮、藻類和藻毒素的技術(shù)安全消毒技術(shù)。包括生物預(yù)處理技術(shù)、貝類控制技術(shù)、預(yù)氧化、高效混凝與氣浮、臭氧生物活性炭技術(shù)、無(wú)氯化消毒等技術(shù)。

給水處理和排水處理技術(shù)的融合給水處理排水處理清潔水源微污染水源回用排放●混凝沉淀過(guò)濾消毒●混凝氣浮過(guò)濾消