市政工程專論1

1、市政工程專論,主講人：裴國霞 教授,第一章 城市水系統(tǒng)優(yōu)化理論與技術(shù) 第二章 給水處理理論與技術(shù) 第三章 污水、廢水處理與資源化利用 第四章 水環(huán)境與水體修復(fù)技術(shù) 第五章 數(shù)值模擬理論與應(yīng)用,一、城市水系統(tǒng) 二、城市水資源優(yōu)化配置 三、城市給水排水系統(tǒng)優(yōu)化 四、城鎮(zhèn)節(jié)水技術(shù)與措施 五、城市水環(huán)境,第一章 城市水系統(tǒng)優(yōu)化理論與技術(shù), 城市水系統(tǒng)概念：是在一定地域空間內(nèi)，以水資源為主體，以水資源的開發(fā)利用和保護為過程，并與自然和社會環(huán)境密切相關(guān)且隨時空變化的動態(tài)系統(tǒng)。, 城市水系統(tǒng)的發(fā)展：,一、城市水系統(tǒng),水循環(huán)的類型, 城市水系統(tǒng)的現(xiàn)狀及問題,城市水資源管理混亂 城市防洪排澇安全得不到保障 城市

2、供水保證率低下 水環(huán)境質(zhì)量嚴重惡化,二、城市水資源的優(yōu)化配置,由于受地理位置和地形地貌的影響，世界水資源在時間和空間上都存在分布不均勻的狀況。,導(dǎo)致水資源緊缺，主要有兩個方面的影響：自然因素的制約；社會經(jīng)濟的發(fā)展，出現(xiàn)需大于供的情況,世界面臨的水資源三大問題,1、水少（干旱缺水）,2、水多（洪澇災(zāi)害）,由于氣候變化以及人類活動的影響使洪水災(zāi)害日益嚴重。,3、水臟（水質(zhì)惡化）,水環(huán)境惡化問題已經(jīng)成為影響面最廣、后果最嚴重的問題，它嚴重制約了社會經(jīng)濟的發(fā)展,水資源總量居世界第六位，人均占有量居世界第85位,由于我國所處的地理位置和特殊的地形、地貌、氣候條件，導(dǎo)致水資源豐枯在地區(qū)之間差異比較大，總體

3、狀況是南多北少，水量與人口和耕地分布不相適應(yīng)。,我國大部分地區(qū)受季風(fēng)影響明顯，降水量年內(nèi)分配不均勻，年際變化較大，并有枯水年和豐水年連續(xù)出現(xiàn)的特點,我國水資源的特點,水資源總量豐富，但是人均占有量少,水資源空間分布不均勻,水資源時間分布不均勻,水資源緊缺給國民經(jīng)濟帶來了重大損失 水資源問題威脅到社會安全穩(wěn)定 水資源問題導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)惡化,指在流域或特定的區(qū)域內(nèi)，遵循高效、公平與可持續(xù)利用的原則，通過各種工程與非工程措施，改變水資源的天然時空分布；遵循市場經(jīng)濟規(guī)律與資源配置準(zhǔn)則，利用系統(tǒng)科學(xué)方法、決策理論與計算機模擬技術(shù)，通過合理抑制需求、有效增加供水與積極保護環(huán)境等手段和措施，對可利用水資源在區(qū)

4、域間與各用水部門間進行時空調(diào)控和合理配置，不斷提高區(qū)域水資源的利用效益和效率。,水資源的優(yōu)化配置概念：,1,1.促進水資源的合理利用； 2.促進水資源開發(fā)、經(jīng)濟社會與環(huán)境保護之間 的協(xié)調(diào)與可持續(xù)發(fā)展； 3.可實現(xiàn)社會、經(jīng)濟和環(huán)境效益的綜合最優(yōu),3,1,1.可承載原則 2.可持續(xù)性原則 3.開源與節(jié)流并重原則 4.開發(fā)和保護相結(jié)合原則 5.興利和除弊相結(jié)合原則 6.綜合效益協(xié)調(diào)最優(yōu)原則,保障水資源可持續(xù)利用和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展,以需定供,以供定需,基于宏觀經(jīng)濟,可持續(xù)發(fā)展,水資源優(yōu)化配置的研究進展,水資源 配置的 類型,區(qū)域水資源,流域水資源,水利工程控制單元,跨流域水資源,三、城市給水排水系統(tǒng)優(yōu)化

5、,給水系統(tǒng)類型,生活給水系統(tǒng) 工業(yè)給水系統(tǒng) 農(nóng)業(yè)給水系統(tǒng) 生態(tài)給水系統(tǒng),呼和浩特市引黃入呼供水工程,水廠總數(shù)1450座，供水規(guī)模12265.05萬立方米/日，供水量253.54億立方米，平均日供水量6946.30萬立方米/日； 居民生活用水97.24億立方米，占47.47%；工業(yè)用水53.74億立方米，占26.23%；非居民用水42.01億立方米，占20.44%；特種行業(yè)用水2.19億立方米，占1.07%；其他8.38億立方米，占4.79%； 用水普及率：96.34%； 人均綜合用水定額191.80升/人/日，人均生活用水定額132.43升/人/日。,城市供水現(xiàn)狀,我國生活用水狀況：,人口的不

6、斷增加，生活水平有所提高，用水標(biāo)準(zhǔn)在不斷提高，生活用水量在不斷增加； 存在著水資源浪費的現(xiàn)象； 部分地區(qū)生活飲用水的水質(zhì)較差，威脅到人們的健康。,工業(yè)用水現(xiàn)狀：,隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，工業(yè)用水量比例在不斷上升； 工業(yè)設(shè)施比較落后，工業(yè)用水的重復(fù)利用率不高，工業(yè)節(jié)水有很大潛力； 我國工業(yè)廢水的處理率及程度較低，這就給環(huán)境帶來很大的壓力，甚至使地下水也受到了不同程度的污染。,農(nóng)業(yè)用水現(xiàn)狀：,農(nóng)業(yè)用水所占比重雖然在不斷下降，但仍然較高； 農(nóng)業(yè)灌溉水利用效率較低，浪費現(xiàn)象依然嚴重； 現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)應(yīng)用程度較低 。,1949年為95%，1980年為 86%，1997年為73%，到了2004年降至64.6

7、%,以色列等國的現(xiàn)代灌溉技術(shù)應(yīng)用面積占總灌溉面積的比例達61以上，而中國僅占1.5,生態(tài)用水現(xiàn)狀：,廣義上說：是指維持全球生態(tài)系統(tǒng)水分平衡所需要的水量。,生態(tài)用水的研究起步較晚； 對生態(tài)用水的重要性認識不足； 生態(tài)用水所占比重非常??； 生態(tài)用水保障措施不到位。,資料來源：20032006年中國水資源公報,20032006年全國生態(tài)用水統(tǒng)計表,深圳用水量變化趨勢,深圳市2005年用水量比2004年增長7644萬立方米，增長率4.7%，增長率比2004年有所遞減，總用水量達到167712萬立方米。,城市給水排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計內(nèi)容：,水泵站的優(yōu)化與節(jié)能 管網(wǎng)系統(tǒng)的合理布置，管徑，管網(wǎng)造價； 輸水管渠的

8、優(yōu)化設(shè)計：包括重力輸水管渠和壓力輸水管道； 降低運行、管理費用：分析供水能量，調(diào)整工程布置，減小未利用水壓； 新建管網(wǎng)、改建管網(wǎng)、擴建管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計 給水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度； 保持管網(wǎng)水質(zhì)； 污水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計，包括雨水管網(wǎng)、合流制管網(wǎng)； 應(yīng)急供水。,給排水管網(wǎng)優(yōu)化計算方法,枚舉法：枚舉法需要存儲每一管段所有可能用到的標(biāo)準(zhǔn)管徑, 形成標(biāo)準(zhǔn)管徑解空間, 再進行逐個試算。此方法所需存儲空間大, 計算效率很低, 只能解決管段數(shù)量很少的管網(wǎng)優(yōu)化問題。 線性規(guī)劃法：俞國平教授提出了以管長為決策變量的線性規(guī)劃模型。主要是在滿足節(jié)點方程的條件下分配管段流量,在這些區(qū)段上適宜地選定若干規(guī)格管徑，目標(biāo)函數(shù)就變成了以區(qū)段長

9、度Ij 為變量的線性規(guī)劃問題?？梢越鉀Q樹狀管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計問題。,非線性規(guī)劃法： 通過拉格朗日把有約束非線性規(guī)劃問題變換為無約束非線性規(guī)劃問題。目標(biāo)函數(shù)是管段流量(qi) 和節(jié)點水壓(H) 的費用函數(shù)，需進行流量初始分配。 因環(huán)狀管網(wǎng)的管段流量優(yōu)化分配是一凹規(guī)劃課題, 沒有最優(yōu)解，利用管徑(D ) 和節(jié)點水頭(H ) 之間的非線性函數(shù)關(guān)系, 將管徑作為非基本變量, 節(jié)點水頭為基本變量, 以管徑為初始可行解, 進行優(yōu)化計算。 常用的計算方法是廣義簡約梯度法(GRG)。該法應(yīng)用范圍廣, 收斂速度較快, 是目前解決一般不等式約束非線性規(guī)劃問題最有效的方法之一。,遺傳算法( GA ) ：遺傳算法是隨機優(yōu)

10、化方法的一個新的正在發(fā)展的領(lǐng)域，采用離散的標(biāo)準(zhǔn)管徑為決策變量, 并對其進行一定進制的編碼, 通過選擇, 雜交和變異等迭代操作因子, 進而求得滿意的結(jié)果。實踐已證明對于任何管網(wǎng)的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計, 都能得到全局最優(yōu)解或趨于全局最優(yōu)的解。 模擬退火法（SA ) ：是一種模擬金屬退火的全局優(yōu)化隨機方法。從任意一個標(biāo)準(zhǔn)管徑初始可行解開始, 并用某一機制(交換、查找、逆轉(zhuǎn)) 產(chǎn)生鄰域解,用水力約束條件控制計算流程 ，如此迭代下去直到得出一滿意解答。以離散的標(biāo)準(zhǔn)管徑為空間搜索點, 管徑不必調(diào)整。,四、城鎮(zhèn)節(jié)水技術(shù)與措施,城鎮(zhèn)節(jié)水的意義,可以減少當(dāng)前和未來的用水量，維持水資源的可持續(xù)利用； 節(jié)約供水系統(tǒng)的運行和

11、維護費用，減少水廠的建設(shè)數(shù)量或降低成本； 減少污水處理廠的建設(shè)數(shù)量或延緩污水處理構(gòu)筑物的擴建，使現(xiàn)有的系統(tǒng)可以接納更多用戶的污水，從而減少收納污染的水體，節(jié)約污水處理建設(shè)的資金和運行費用； 增強對干旱的預(yù)防能力，短期節(jié)水措施可以帶來立竿見影的效果，而長期的節(jié)水措施則因大大降低了水資源的消耗量而能夠提高正常時期的干旱防備能力。,具有社會效益。通過用水審計和其他措施，可以調(diào)節(jié)地區(qū)間的用水差異，避免用水不公平及其他與用水有關(guān)的社會問題； 具有環(huán)境效益。除了對野生動物、濕地和環(huán)境美化方面的效益外，還有維護河流生態(tài)平衡、避免地下水過度開采而帶來的地下水污染等方面的效益。,生活節(jié)水：,節(jié)水措施：,普及節(jié)水

12、意識； 全面推行節(jié)水型用水器具，提高生活用水效率；,農(nóng)業(yè)節(jié)水：,工程節(jié)水：包括渠道襯砌、管道輸水、傳統(tǒng)地面灌水技術(shù)的改進以及各種噴灌、微灌新灌水技術(shù)的實施； 農(nóng)藝節(jié)水：主要包括地面覆蓋、耕作改良、水肥耦合、抗旱品種選育、化學(xué)制劑等。,工業(yè)節(jié)水：,提高冷卻水的循環(huán)重復(fù)利用； 革新生產(chǎn)設(shè)備；降低漏損； 開發(fā)新水源，利用海水作為工廠冷卻水或工藝用水； 改進生產(chǎn)工藝，采用低水耗和零水耗工藝，提高水的重復(fù)利用率。,其它節(jié)水措施：,研發(fā)和推廣節(jié)水設(shè)備，提高公共用水效率； 加快城市供水管網(wǎng)技術(shù)改造，降低輸配水管網(wǎng)損失； 污水資源化，加強中水回用； 運用經(jīng)濟杠桿節(jié)水； 開發(fā)新水源，雨水收集，海水利用，暴雨洪水

13、蓄積等。,城市中水系統(tǒng),小型中水系統(tǒng),五、城市水環(huán)境,基本概念：城市水環(huán)境主要包括城市自然生物賴以生存的水體環(huán)境，抵御洪澇災(zāi)害能力，水資源供給程度, 水體質(zhì)量狀況，水利工程景觀與周圍的和諧程度等項內(nèi)容。,城市水環(huán)境特點：,供水保證率高，城市用水主要為生活及工業(yè)用水, 供水要求質(zhì)量高、水量大、水量穩(wěn)定，且在區(qū)域上高度集中, 在時間上相對均勻, 年內(nèi)分配差異?。?城市供水對外依賴性強，由于城市地域狹小, 本地水資源量十分有限, 一般本地水源難以滿足, 因此, 城市供水主要依靠現(xiàn)有的城區(qū)外圍水源地或調(diào)引客水來支持；,城市的水環(huán)境條件脆弱； 城市規(guī)模的不斷擴大, 在一定程度上改變了城市地區(qū)的局部氣候條

14、件, 又進一步影響到城市的降水條件。 城市化使地表水停留時間縮短, 下滲和蒸發(fā)減少, 徑流量增加；同時使地下水減少、且得不到補償。,城市水環(huán)境現(xiàn)存在的主要問題：,城市開發(fā)不合理, 水質(zhì)惡化； 河道淤積嚴重, 影響城市防洪能力； 缺乏合理規(guī)劃, 盲目開采水源, 破壞了生態(tài)環(huán)境； 地下水過度開采，引發(fā)地面沉降； 水資源浪費嚴重，我國工業(yè)萬元產(chǎn)值用水量是發(fā)達國家的510倍。許多城市幾乎沒有中水利用措施, 全部為一次性用水, 重復(fù)利用率低, 浪費了大量優(yōu)質(zhì)水源。,城市水環(huán)境綜合治理對策,因地制宜, 長遠規(guī)劃, 抓好供水環(huán)節(jié) 量水而行，減少浪費，抓好節(jié)水環(huán)節(jié) 改善生態(tài)，保持水土，抓好水源保護環(huán)節(jié) 統(tǒng)籌兼

15、顧，科學(xué)實施，抓好污水治理環(huán)節(jié),第二章 給水處理理論與技術(shù),一、給水處理工藝研究 二、微污染供水水源處理技術(shù) 三、飲用水水源保護與修復(fù)研究 四、應(yīng)急處理技術(shù)與安全輸配水質(zhì)保障 五、水處理設(shè)備的研制與開發(fā),20世紀初,飲用水凈化技術(shù)已基本形成了現(xiàn)在被人們普遍稱之為常規(guī)處理工藝的處理方法,即混凝、沉淀或澄清、過濾和消毒。這種常規(guī)處理工藝至今仍被世界上大多數(shù)國家所采用,成為目前飲用水處理的主要工藝。,常規(guī)處理工藝,一、給水處理工藝研究,凈水處理工藝研究的必要性,隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展與城市化進程的加速,水源污染的問題日趨嚴重,生活飲用水中有毒有害物質(zhì)明顯增加,特別是有機化工、石油化工、醫(yī)藥、農(nóng)藥、殺

16、蟲劑及除草劑等生產(chǎn)工業(yè)的迅速發(fā)展,有機化合物的產(chǎn)量和種類不斷增加,飲用水水源水質(zhì)問題已經(jīng)受到人們的普遍關(guān)注。,這些原水經(jīng)水廠常規(guī)工藝凈化,濁度不易得到很好控制,濾池易堵塞(藻類影響) ,出水有機物濃度高(生物不穩(wěn)定,易使輸配水管道中細菌滋長,惡化水質(zhì)) ,氨氮濃度高,使加氯量增加進而使消毒副產(chǎn)物(如三鹵甲烷、鹵乙酸等)量增加,增加了飲用水的致癌風(fēng)險,使出廠水有異味,水質(zhì)下降。,目前我國各自來水廠的水源大都遭受生活污水與工業(yè)廢水的污染, 如水源水中原本就含有的天然有機物,其主要是親水、酸性、多分散的腐殖質(zhì),在一定條件下能與一些物質(zhì)反應(yīng)生成對人體具有慢性或急性毒性的物質(zhì),如腐殖質(zhì)能與消毒劑氯反應(yīng)生

17、成氯仿及其他具有“三致”作用的消毒副產(chǎn)物。 隨著工業(yè)和農(nóng)業(yè)等廢水的排入, 水源中人工合成有機物的數(shù)量不斷增大,種類增多,有的具有更強的“三致”作用。這些原水經(jīng)水廠常規(guī)工藝凈化,濁度不易得到很好控制,濾池易堵塞(藻類影響) ,出水有機物濃度高(生物不穩(wěn)定,易使輸配水管道中細菌滋長,惡化水質(zhì)) ,氨氮濃度高,使加氯量增加進而使消毒副產(chǎn)物(如三鹵甲烷、鹵乙酸等)量增加,提高了飲用水的致癌風(fēng)險,使出廠水有異味,水質(zhì)下降。,a. 針對源水的污染特性,采用預(yù)處理技術(shù)或增設(shè)的預(yù)處理設(shè)施。包括： 投加化學(xué)氧化劑,如臭氧、高錳酸鉀; 投加吸附劑,包括粉末活性炭和活化粘土; 增加生物氧化預(yù)處理構(gòu)筑物，如接觸氧化池

18、或曝氣生物濾池。,b. 增加深度處理構(gòu)筑物, 如活性炭吸附或生物活性炭(臭氧- 活性炭聯(lián)用)技術(shù); 進一步控制出廠水中的有機污染物的濃度,減少鹵代物質(zhì)的生成量。,凈水廠工藝改造方法,混凝技術(shù)改造?？梢虻刂埔诉x用靜態(tài)混合器、利用水泵和加裝機械攪拌混合器等。 絮凝技術(shù)改造。創(chuàng)造適宜的水力條件,使絮凝的各段過程中盡量接近最隹GT值。對打碎絮體的部位需擴大斷面積,對GT值過小的部位加裝網(wǎng)格或阻流裝置。如要適當(dāng)增加絮凝時間則可適當(dāng)?shù)卣加靡恍┏恋沓乜臻g來解決。 沉淀池、澄清池的技術(shù)改造，加裝斜管或斜板。 過濾技術(shù)改造, 為煤和砂的雙層濾料濾池;可考慮采用輕質(zhì)(煤或陶粒濾料) 、粒徑較粗、濾層較厚的均勻濾料

19、。濾池采用氣水聯(lián)合反沖洗等。,c. 不增加常規(guī)工藝的凈化構(gòu)筑物,在現(xiàn)有工藝上改造,包括：,投放助濾劑，在進濾池的水中再加注少量的混凝劑或微量高分子絮凝劑,能明顯改善水的過濾性能,顯著提高去除率。 優(yōu)化消毒工藝,使用氯胺、二氧化氯、臭氧等消毒劑,降低消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生量,提高飲用水的衛(wèi)生安全性。 水廠自動控制的技術(shù)改造, 減低能耗,優(yōu)化工藝參數(shù),保證出水水質(zhì)。,d.采用膜技術(shù),可以替代常規(guī)工藝和深度處理工藝,并可以去除部分溶解性無機鹽。,在我國現(xiàn)有經(jīng)濟和技術(shù)條件下，綜合給水廠不同凈水工藝的去除指標(biāo)和經(jīng)濟上增加的費用, 基本結(jié)論是: 優(yōu)先考慮強化常規(guī)工藝； 增加預(yù)處理和深度處理將是今后我國水廠進行改

20、造的主要方向； 在預(yù)處理中,生物預(yù)處理發(fā)展前景廣闊。在深度處理中,活性炭或者生物活性炭將是主要的發(fā)展趨勢。,二、微污染供水水源處理技術(shù),微污染水源水是指飲用水水源主要受有機物污染，部分項目超過地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中類水體的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，主要為氨氮、高錳酸鉀指數(shù)、揮發(fā)酚和生化需氧量高于生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的水體。目前我國多數(shù)飲用水水源水質(zhì)為微污染水，直接影響了飲用者的身體健康。,微污染水源含義：,水環(huán)境污染加劇了飲用水水源危機。在全國187 個城市中, 水質(zhì)穩(wěn)定的有96 個, 地下水污染較輕的有39 個, 污染較重的有52 個。全國約有50 余種疾病與飲用水水源污染直接相關(guān)，惡性腫瘤、肝炎的發(fā)病率不斷增

21、高, 弱智兒童數(shù)量呈上升趨勢。,微污染水源處理現(xiàn)狀,傳統(tǒng)的凈水工藝已經(jīng)不能有效地去除水中的這些污染物，且液氯易與原水中的腐殖質(zhì)結(jié)合產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物三鹵甲烷，根據(jù)微污染水的水質(zhì)特點，許多學(xué)者提出了微污染水源水的給水處理工藝，主要包括強化常規(guī)處理、預(yù)處理和深度處理技術(shù)。,主要包括混凝、過濾、沉淀、消毒的強化。,強化傳統(tǒng)工藝,生物強化過濾是針對微污染源水有機污染特征，主要工藝形式可以是原有的濾池，也可以是生物濾池。,其中高錳酸鉀復(fù)合藥劑(PPC)不僅具有混凝的功效而且能夠有效地去除水中有機物和致癌突變物。,高效新型高分子絮凝劑的應(yīng)用，強化和增加了絮凝體的凈化特性，另外改善沉淀水流流態(tài)，減少沉降距離，也

22、能大幅度提高沉淀效率,生物預(yù)處理法主要是借助微生物的新陳代謝，去除水中多種有機物，另外還包括氨氮等。目前主要有生物接觸氧化、曝氣生物濾池、生物流化床、膜生物反應(yīng)器等。,預(yù)處理技術(shù),預(yù)氧化還可有效的去除浮游生物、細菌和色度等，提高混凝沉淀效果。目前采用的預(yù)氧化劑主要有液氯、臭氧、高錳酸鹽、過氧化氫、二氧化氯、高鐵酸鹽等,深度處理技術(shù),吸附：由于沸石對氨氮、極性有機物有較好的去除能力，而活性炭對大部分有機物有良好的去除效果，兩者的吸附性能具有互補性，可組合使用對微污染原水進行深度處理。,膜法：高效、節(jié)能的反滲透(RO)、納濾(NF)、超濾(UF)、微孔過濾(MF)、電滲析(ED)、滲透汽化(PV)

23、等膜分離技術(shù)，由于具有占地面積小、自動化程度高、能有效地去除水中的細菌、病毒和其他微生物以及水溶性污染物、出水水質(zhì)好等特性已在地表水以及其他微污染水為水源的供水工程中得到初步應(yīng)用。,在我國當(dāng)前對微污染水源取水的凈化處理工藝選擇中，結(jié)合各地的實際情況，采用強化常規(guī)工藝，可在基本維持水廠原有設(shè)施的情況下進行，是比較實際和具有較大的社會效益和經(jīng)濟效益的，也是目前我國在對微污染水的處理工藝流程選擇中較經(jīng)濟合理的方案，但存在一定的局限性?；瘜W(xué)氧化處理效果好，但設(shè)備相對復(fù)雜，運行成本較高。生物處理技術(shù)能有效減少水中“三致”物質(zhì)生成，運行費用低，投資少，與深度處理相結(jié)合將是處理微污染水的一個重要發(fā)展方向。,

24、結(jié) 論,三、飲用水水源保護,污染源通常分為點源和面源兩類, 而水源地污染主要是面源污染。由于面源污染具有受水文循環(huán)過程影響和支配的隨機性、污染物來源排放點不固定和排放具有間歇性以及污染負荷的時間變化和空間變化幅度大等特點, 致使對其監(jiān)測、控制和處理困難而復(fù)雜。,水源地污染物質(zhì)的來源,1 暴雨徑流的地表淋溶和侵蝕 2 農(nóng)用化學(xué)制品的流失 3 中小企業(yè)污染物質(zhì)的非達標(biāo)排放 4 人工合成化學(xué)物質(zhì)的遷移循環(huán) 5 城鄉(xiāng)生活污水的排放,水法，環(huán)境保護法，水污染防治法， 飲用水水源保護區(qū)污染防治管理規(guī)定,飲用水水源保護法律法規(guī),加強對地表飲用水源污染調(diào)查方法、污染負荷定量計算方法的研究； 建立適合我國特點的

25、適應(yīng)性強、精度高、理論性好的非點源污染負荷定量計算模型； 運用計算機模擬污染物遷移規(guī)律, 建立環(huán)境管理信息系統(tǒng), 準(zhǔn)確進行水質(zhì)控制和預(yù)測； 提出具有我國特色的水源地污染防治對策； 堅持全面規(guī)劃、統(tǒng)籌兼顧、標(biāo)本兼治、綜合治理的基本方針, 合理配置水資源； 改革舊的農(nóng)業(yè)耕作方式, 建立生態(tài)農(nóng)業(yè)體系； 廣泛施用高效、低毒、低殘留農(nóng)藥和選擇性強、效益高的生物農(nóng)藥； 加強基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)；增強調(diào)蓄能力，逐步實施分質(zhì)供水； 建立健全法規(guī)系統(tǒng)和強有力的執(zhí)法監(jiān)督； 強化公眾的資源、環(huán)境、生態(tài)意識。,飲用水水源保護對策,四、應(yīng)急處理技術(shù)與安全輸配水質(zhì)保障,近幾年污染事故、泄漏事故時有發(fā)生，急需開展給水工程應(yīng)急處理技

26、術(shù)的研究。應(yīng)急處理的技術(shù)主要是六大類，包括活性炭吸附、化學(xué)沉淀、氧化、強化消毒、曝氣吹脫和高藻水源水處理。,應(yīng)急處理技術(shù)體系； 工程的規(guī)范化建設(shè)； 水源的風(fēng)險分析和供水應(yīng)急規(guī)劃調(diào)度； 水源應(yīng)急監(jiān)測與預(yù)警； 城市供應(yīng)應(yīng)急管理體系與應(yīng)急預(yù)案。,供水工程系統(tǒng)建設(shè),配水管網(wǎng)水量水質(zhì)監(jiān)測與模擬； 管網(wǎng)的余氯保持技術(shù)； 水質(zhì)穩(wěn)定性問題； 二次供水水質(zhì)安全問題。,安全輸配水的水質(zhì)保障問題,五、水處理設(shè)備的研制與開發(fā),原理：生活用水中含有的懸浮物凝聚的片狀物用沉淀等方法所不能去除的粘結(jié)膠質(zhì)顆粒，可將水通過壓力濾器內(nèi)所裝的濾層，使水達至透明。 優(yōu)點：能有效的去除水中各類細菌、殘留物、重金屬離子等并有害健康的物質(zhì)

27、、更能去除常規(guī)手段無法去除的三氯甲烷、氟等致癌致病物。 適用條件：該產(chǎn)品適用于進水濃度20mg/L，要求經(jīng)過過濾出水濁度一般在5毫克/升以內(nèi)，工礦企業(yè)和城鎮(zhèn)給水處理設(shè)施。,生活飲用水設(shè)備,反滲透設(shè)備,采用當(dāng)代最先進、節(jié)能有效的膜分離技術(shù)，反滲透設(shè)備其原理是在高于溶液滲透壓的作用下，使其他物質(zhì)不能透過半透膜而將其它物質(zhì)和水分離開來。,適用于純凈水、蒸餾水等制備；酒類制造用水；醫(yī)藥、電子等行業(yè)用水的前期制備；化工工藝的濃縮、分離、提純及配水制備等。,全自動軟化水設(shè)備,專門清除水中的鈣鎂離子，有效率高達99%，同時也可以去除水中的藻類、固體懸浮物，使處理后的水軟化、清澈。,適用各種高硬度原水 （28

28、mmol/L）,一 、城市污水處理 二 、工業(yè)廢水處理 三 、污、廢水回用 四、水處理設(shè)備的研發(fā),第三章 污水、廢水處理與資源化利用,污水（英文：sewage ,waste water）指受一定污染的來自生活和生產(chǎn)的排出水，它包括生活污水、工業(yè)廢水等。 廢水包括工業(yè)廢水和生活廢水，它是城市污水的一部分，但是由于它與生活污水相比具有一些特殊的性狀，例如工業(yè)廢水它受工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)原料等條件的不同其水質(zhì)有很大的變化。,一 、城市污水處理研究,2007年全國污水排放總量556.8億噸，比上年增加3.7。其中，工業(yè)廢水排放量246.6億噸，占排放總量的44.3；城鎮(zhèn)生活污水排放量310.2億噸

29、，占排放總量的55.7。 2008年全國污水總量約為600億噸，累計處理污水達240億噸。,城市污水處理現(xiàn)狀及存在的主要問題,工藝現(xiàn)狀： 我國現(xiàn)有城市污水處理廠80以上采用的是活性污泥法，其余采用一級處理、強化一級處理、穩(wěn)定塘法及土地處理法等。同時，借助于外資城市污水處理工程項目的建設(shè)，國外許多新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備被引進到我國，AB法、氧化溝法、A/O工藝、A/A/O工藝、SBR法在我國城市污水處理廠中均得到應(yīng)用。 技術(shù)現(xiàn)狀： 污水處理工藝技術(shù)由過去只注重去除有機物發(fā)展為具有除磷脫氮功能。國外一些先進、高效的污水處理專用設(shè)備也進入了我國污水處理行業(yè)市場，如格柵機、潛水泵、除砂裝置、刮泥機、曝

30、氣器、鼓風(fēng)機、污泥泵、脫水機、沼氣發(fā)電機、沼氣鍋爐、污泥消化攪拌系統(tǒng)等大型設(shè)備與裝置。,1.污水處理技術(shù)落后 長期以來，我國的污水處理技術(shù)都是沿襲了歐美國家近百年來的路線和處理技術(shù)，在吸收、消化國外技術(shù)的同時也形成了自己的技術(shù)，城市污水處理技術(shù)有了很大的發(fā)展，但是我國現(xiàn)階段采用的污水處理技術(shù)與同期國外的技術(shù)水平相比依然還很落后，始終存在效率低、能耗高、維修率高、自動化程度低等缺點，從而影響在污水處理廠投標(biāo)中的競爭力。 2.資金短缺，投資力度不夠 我國經(jīng)濟水平相對于發(fā)達國家還比較落后，用于水污染治理的資金還很緊缺，不可能完全照搬國外的技術(shù)和模式，依靠大規(guī)模建設(shè)城市污水處理廠來改善水環(huán)境在現(xiàn)階段實

31、現(xiàn)的可能性不大。 3.管理水平低 傳統(tǒng)的處理技術(shù)較復(fù)雜，我國目前操作人員的技術(shù)素質(zhì)及管理水平不能適應(yīng),這樣就造成了即使已建成的污水廠也不能正常運行,嚴重制約了已建城市污水廠的正常運行。 污水處理技術(shù)的發(fā)展趨勢是簡易、高效率、低能耗,存在的主要問題,為了控制水體的有機污染，世界經(jīng)濟發(fā)達國家普遍采用污水二級處理系統(tǒng)，尤以活性污泥法的應(yīng)用最廣。 美國約有污水處理廠2萬余座，70%以上的處理廠是二級生物處理或部分生物處理; 英國共有大型污水處理廠3千余座，幾乎全部是二級生物處理廠; 日本有城市污水處理廠600余座，村鎮(zhèn)污水處理廠2000余座，其中二級處理廠和高級處理廠占95%以上; 瑞典人口不多，都有

32、1500余座城市污水處理廠，其中95%以上是二級生物處理。,國外污水處理現(xiàn)狀,氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)的去除仍為熱點研究問題； 實行全過程控制的工業(yè)廢水治理的研究； 把單獨分散處理轉(zhuǎn)為城市污水集中處理問題的研究； 由單純工藝技術(shù)研究轉(zhuǎn)向工藝、設(shè)備、工程的綜合集成與產(chǎn)業(yè)化及經(jīng)濟、政策、標(biāo)準(zhǔn)的綜合性研究； 污水再生利用的研究； 中小城鎮(zhèn)水污染與治理問題的研究。 河流污染的防治、處理研究。,污水處理研究的熱點問題,污水處理現(xiàn)狀： 由于經(jīng)濟發(fā)展水平較低，污水處理設(shè)施不健全、處理設(shè)施閑置現(xiàn)象嚴重。 城鎮(zhèn)數(shù)量少，密度小，不利于大規(guī)模集中處理。 城市基礎(chǔ)設(shè)施水平較落后，滲漏現(xiàn)象嚴重，收集量不穩(wěn)定，且時變化大，不利于連

33、續(xù)進行生物處理。 水資源普遍短缺，水體環(huán)境承載力小，自凈能力差，對污水處理要求相對較高。 發(fā)展趨勢： 對現(xiàn)有城市污水處理的工藝進行革新，研究運用適合北方水量、水質(zhì)、水溫特點的新工藝。 從集中處理轉(zhuǎn)向分散集中相結(jié)合的處理方式。 對污水進行再生利用的研究； 經(jīng)濟適用性污水處理設(shè)備研究。,北方中小城鎮(zhèn)污水處理現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,常規(guī)城市污水處理技術(shù),1、傳統(tǒng)活性污泥工藝 2、SBR反應(yīng)器 3、氧化溝 4、曝氣生物濾池 5、水解好氧生物處理工藝 6、化學(xué)強化一級處理,優(yōu)點： 1) 沉淀效果好； 2) 可以防止污泥膨脹； 3) 反應(yīng)效率高，特別對難降解有機物降解性能好； 4) 可以除磷脫氮等。 5) 工藝簡

34、單，如可省去二沉池，不需污泥回流等；,采用立式表曝機的卡魯塞爾氧化溝 (英國ASH Vale 污水處理廠),特點： 1.氧化溝構(gòu)造形式多樣； 2.氧化溝曝氣設(shè)備的多樣性； 3.曝氣強度可調(diào)節(jié)； 4.對預(yù)處理、二沉池和污泥處理進行工藝簡化,生物曝氣濾池(BAF)的構(gòu)造,曝氣生物濾池主體可分為布水系統(tǒng)、布氣系統(tǒng)、承托層、生物填料層、反沖洗等五個部分。,優(yōu)點： 1. 負荷高，出水水質(zhì)好：出水達到或接近生活雜用水水標(biāo)準(zhǔn) b)占地面積少：曝氣生物濾池的占地只是常規(guī)二級生化處理的1/5-1/10； c)耐沖擊負荷； d)投資省：BAF系統(tǒng)總水力停留時間短，所需基建投資少。,a) 水解池的去除率高于初沉池

35、b) 水解池能提高污水的可生化性，降低后續(xù)的好氧工藝的能耗與反應(yīng)時間； c) 水解池能實現(xiàn)污水污泥一元化處理； d)系統(tǒng)污泥比傳統(tǒng)好氧系統(tǒng)減少30%； e) 工藝投資少,運行費用低,能耗省,優(yōu)點：,密云污水廠好氧池,密云污水廠水解池,化學(xué)強化一級處理,去除率高 負荷高，池容小、投資省 除磷效果好,特點,在城市污水一級處理中,把無機絮凝劑鋁鹽,鐵鹽,石灰等加入城市污水中，提高污染顆粒的沉速、提高化學(xué)耗氧量的去除率,從而達到較好的水污染凈化效果。,二 、工業(yè)廢水處理,含無毒物質(zhì)的有機廢水和無機廢水的污染； 含有毒物質(zhì)的有機廢水和無機廢水的污染； 含有大量不溶性懸浮物廢水的污染； 含油廢水產(chǎn)生的污染

36、； 含高濁度和高色度廢水產(chǎn)生的污染； 酸性和堿性廢水產(chǎn)生的污染； 含有多種污染物質(zhì)廢水產(chǎn)生的污染； 含有氮、磷等工業(yè)廢水產(chǎn)生的污染。,工業(yè)廢水污染的種類：,1.工業(yè)廢水的物理處理：廢水經(jīng)過物理處理過程后并沒有改變污染物的化學(xué)本性，而僅使污染物和水分離。如設(shè)均衡池、事故池、隔油池、吹脫池、離心分離、磁性分離、過濾等 2.工業(yè)廢水的化學(xué)處理：向廢水中投加某種化學(xué)物質(zhì)，使它和水中某些物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)。干預(yù)廢水pH值的中和池，處理含汞、鉛、銅、鋅、氟、砷等有毒化合物的化學(xué)反應(yīng)沉淀池。,工業(yè)廢水處理的常見方法：,3.工業(yè)廢水的物理化學(xué)處理：混凝可去除的顆粒大小為膠體及部分細小的懸浮物，氣浮可將疏水性污染粒子

37、吸附到氣泡上，以泡沫形式從水中分離，吸附是指水中的一種或多種物質(zhì)被吸附在固體表面（吸附劑）而被去除。 4.工業(yè)廢水的生物處理：是通過微生物的新陳代謝作用,將廢水中有機物的一部分轉(zhuǎn)化為微生物的細胞物質(zhì),另一部分轉(zhuǎn)化為比較穩(wěn)定的化學(xué)物質(zhì)(無機物或簡單有機物)的方法。好氧生物處理，厭氧生物處理。,三、污水、廢水回用,國外污水回用現(xiàn)狀： 截止1997年，日本共有1475套供建筑物、建筑物群、居民小區(qū)的沖廁或其他非生活飲用的雜用水凈化設(shè)施，回用水量為7100萬m3/a。 美國污水主要回用于包括灌溉、景觀、工藝、冷卻水、鍋爐補水、回灌地下和娛樂養(yǎng)魚等多種用途，回用總量達94108m3/a，其中用于灌溉達5

38、8108m3/a，占回用總量的60%；回用于工業(yè)28108m3/a，占回用總量的30%，其它方面的回用水量不足10%。 前蘇聯(lián)的莫斯科在20世紀80年代污水回用水量達55105m3/d。此外，印度孟買、新加坡等也在部分高層建筑內(nèi)設(shè)雜用水的回用系統(tǒng)。,我國目前污水回用現(xiàn)狀 國家“七五”“八五”期間完成的重大科技攻關(guān)項目“城市污水資源化研究”，相繼在北京等十余個重點城市建立了回用于市政景觀、工業(yè)冷卻的示范工程，為我國城市污水回用提供了技術(shù)和設(shè)計依據(jù)，并積累了一定的經(jīng)驗。 目前已經(jīng)投產(chǎn)的城市污水回用工程約有30個，回用工程規(guī)模在1.5e+5m3/d左右，約為全國城市污水設(shè)計處理水量的1%以上。 我國

39、城市污水利用率和二級處理率分別僅達到30%和15%，污水回用率則更低。預(yù)測2010年，我國能實現(xiàn)污水處理回用率60%以上。到2020年，全國城市污水回用率預(yù)測可提高到65%以上?？梢?，我國污水處理與回用的潛力是巨大的。,我國城市污水再生利用的幾種模式,工業(yè)用水 工業(yè)上利用再生水的方式有多種,主要是冷卻用水和工藝低質(zhì)用水。由于多種原因,我國回用水用于工業(yè)的效率低, 1999年全國工業(yè)用水重復(fù)利用率約53%,遠遠低于發(fā)達國家工業(yè)用水重復(fù)利用率75%的水平。,農(nóng)業(yè)用水 城市污水再生后部分回用于農(nóng)業(yè)灌溉,被證明是可行的,而且有巨大的應(yīng)用潛力。因為再生水是一種持續(xù)、安全而又富有營養(yǎng)的水源,污水經(jīng)過二級生物處理后一般仍含有較多的氮、磷、鉀等營養(yǎng)成分,用于灌溉可以給農(nóng)作物提供養(yǎng)分。,景觀用水,綠化澆灌，城市污水經(jīng)深度處理后,滲入或者被灌入地下含水層或地下水飽和區(qū),或者通過河床進行滲透,通過土壤蓄水層的物理、化學(xué)、生物作用和水體自凈作用實現(xiàn)了自然生物的循環(huán),將其中的有機物和病原體進一步去除,使水得到充分的凈化、修復(fù)和恢復(fù),從根本上解決了水源的涵養(yǎng)問題,是維護健康、良性的水生態(tài)循環(huán)的一種有益途徑。,四、污水處理設(shè)備的研發(fā),發(fā)達