给排水专业的发展及未来的水处理技术胡真虎

给排水专业的发展及未来的水处理技术胡真虎合肥工业大学2015-12-25水的自然循环和社会循环水的自然循环水的社会循环城市给排水的发展历程发展经历三个阶段第一阶段——20世纪50年代以前主要解决城市水量问题第二阶段——20世纪50年代～20世纪末开始重视水质问题第三阶段——21世纪开始～以水质为中心，水作为商品进入市场，出现了水工业给排水专业历史沿革概览土木工程的专门化方向（给水工程、下水道工程等课程）历史沿革5依附于土木工程，尚未独立设置专业阶段~1952年孕育着给水排水工程专业的雏形我国早期给水排水工程专业的基础1231952年起在高等教育的学科专业体系中单独设置了给水排水工程（哈工大、清华、同济）历史沿革6独立设置专业，探索与成长阶段1952-1965年至50年代末，全国九所院校设有给水排水工程本科专业，年招生400余人（哈尔滨工业大学、清华大学、同济大学、重庆建筑工程学院、湖南大学、天津大学、太原工学院、西安冶金建筑学院、兰州铁道学院）60年代初，开始培养硕士生，但十几年间培养数量仅有20余人。123之前名称：给水排水工程专业。历史沿革

专业名称变更与专业规范颁布实施教育部《高等教育本科专业》（2012）中更名为“给排水科学与工程（081003）”专业。2012年，《给排水科学与工程本科指导性专业规范》颁布实施。1301二月202391987年，在农田水利工程专业基础上成立给水排水工程专业；1988年，正式招收本科生；1996年，市政工程硕士点获批；2011年，市政工程博士点获批；给排水科学与工程专业具有市政工程博士点、市政工程、水力学及河流动力学、建筑与土木工程等硕士学位授权点；

2012年，专业名称更名为给排水科学与工程；2013年，通过住房与城乡建设部专业评估；在校本科生约350余人、研究生、留学生80余人。合肥工业大学给排水科学与工程专业发展未来的水处理技术01二月202310给水排水行业面临的问题28行业面临的问题水的安全输配技术亟待提高饮用水安全问题突出用水效率低ImmenseVisualAppeal水环境污染严重水资源短缺发展趋势。。。新工艺新技术经济高效的水污染控制非传统水资源利用污水再生、雨洪储蓄利用、海水淡化节水减排新技术建筑节水、消防安全、节水技术与装置、循环循序和分质利用饮用水安全保障提高水质，安全输配，保证安全01二月202313海绵城市建设城市地下综合管廊01二月202314城市污水中的能源、资源1能耗：0.34度/m3，年耗电超过120亿度，占全国能耗0.4％物耗：除磷药剂10万吨，脱水药剂8000吨排碳：0.55kgCO2/m3，年排CO2近2000万吨，=18亿辆汽车总排放量现有污水处理工艺消耗大量外部能源和资源被动污染减负处理污染物去除污染物减排达标水排放-可持续的积极行动有机碳回收矿物质回收碳能源回收必须从污水中去除什么能够从污水中回收什么能源资源能耗物耗以污染物完全矿化为主导以低能耗、物耗为前提的新工艺、技术、方法、设备理念转换：污水是重要的可再生、可利用资源新思路产油/电商品碳源生物塑料内部碳源磷回收氮回收硫回收污水中资源化的技术途径能源矿物碳源污水资源化产甲烷1污水回用Sewagereuse地下水补给非直接注入方式地表引渗方式处理过的生活污水放在蓄水塘，经过土壤入渗补助地下含水层，然后地下水再用水井抽出来作所谓的间接饮用，已有五十年以上的历史美国OrangeCounty1污水回用Sewagereuse深度处理--微滤+反渗透+UV+双氧水美国加州OrangeCounty21世纪污水厂1污水回用Sewagereuse海水淡化新加坡NEWater海水淡化厂1污水回用Sewagereuse绿色屋顶纽约2磷回收Phospaq技术荷兰Olburgen污水厂Phosphorusrecovery3硫回收荷兰PaquesSulphurrecovery4氮回收Nitrogenrecovery生物干化技术生产氮肥耗能是40-50MJ/kgN<现有的氮回收技术耗能50-100MJ/kgN生物堆肥高温(80℃)水份蒸发

NH3硫酸硫酸氨肥料污泥肥料或焚化炉燃料干化热能5有机物回收organicrecovery挥发性脂肪酸5有机物回收organicrecoveryPHA可以经聚合形成不同的有机物，如可降解的塑料、造纸添加剂、禽畜或养鱼饲料、甚至生物燃油从有机物中提取PHA可加工为塑料产品回收PHA的技术可行,但目前成本过高能源回收技术1协同厌氧Co-digestion不仅可以提高污泥厌氧消化效果，而且可以减少碳排放量奥地利Strass污水厂德国汉堡污水厂荷兰Apeldoorn污水厂德国曼海姆污水厂已经成为欧洲城市污水处理厂污泥处置的发展趋势能源回收技术3污泥热水解污泥厌氧消化预处理Thermalhydrolysis提高厌氧消化的产气率提高污泥无害化的程度提高污泥的脱水效果显著降低污泥臭味厌氧消化池的池容减小优点Cambi公司的Cambi威立雅公司的ExelysSH+E公司的Lysotherm主要技术能源回收技术4气化Gasification曼海姆污水处理厂太阳能电池模组安装在2300m2滤池表面提供约238000kWh的太阳能电力满足全厂1%的电力需求未来能量平衡计划资源回收技术1氮回收Nitrogenrecoverykwh/m3污水中有机物的潜能1.9污水脱氮的能耗0.8污水中的能量含量加州Monterey污水厂加州Watsonville污水厂污水经三级处理（没有硝化、除磷）用于农业灌溉加州Monterey污水厂污泥用于厌氧发酵，通过热电联产设备回收能源，能补给该污水厂50%的能量消耗洋蓟草莓资源回收技术2磷回收Phosphorusrecovery鸟粪石法回收磷的工艺已经成熟PHOSNIX工艺AirPrex工艺Ostara工艺德国Lingen污水厂丹麦EjbyMolle污水厂鸟粪石结垢后易堵塞管道解决消化池管线的堵塞问题回收污水中的磷提高污泥的脱水效果降低污泥脱水的药剂消耗污水处理厂的能耗

存在时间长

传质效率高

比表面积大曝气系统的改进--纳米气泡曝气解决思路可考虑取部分出水经膜滤后对其充氧，然后再与待处理污水混合，以达到给污水充氧的目的潜在问题：曝气系统堵塞充氧效率的提高精确曝气精准曝气污水中有机碳的生物富集技术存在问题处理效果有限（介于一级和二级处理之间）对溶解性有机物去除效果较差，TCOD：60~80%，SCOD：30~40%二沉池COD脱附回溶进水出水回流剩余污泥再生池二沉池吸附池污泥对有机物的吸附过程污水生物脱氮脱氮方法不断涌现同时硝化-反硝化短程硝化-反硝化厌氧氨氧化反硝化除磷……….反硝化脱氮甲醇反硝化硝化-亚硝化污水脱氮是近40年来环境工程界最活跃的研究领域Anammox的发现和应用20世纪80年代末--90年代初，Deflt理工大学Kuenen教授指导的学生Mulder在运行一个三级反应器系统时，观察到第二级流化床反应器中氮“不明去向”的大量消失。他结合1977年奥地利理论化学家Broda的化学热力学预测，在国际上首次发现了anammox（厌氧氨氧化）现象由Jetten为主进行基础研究，在顶尖刊物上发表大量学术论文由vanLoosdrecht拓展到工程应用领域SmeuldersMJ,etal.(2011)

Nature478(7369):412-416.KartalB,etal.,(2011)

Nature

479(7371):127-130.EttwigKF,etal.(2010)

Nature464:543-548.PolA,etal.(2007)

Nature450:874-878.RaghoebarsingAA,etal.(2006)Nature440:918-921.RisgaardN,etal.(2006)

Nature443:93-96.StrousM,etal.,(2006)

Nature440:790-794.RaghoebarsingAA,etal.(2005)

Nature436:1153-1156.KuypersMMM,etal.(2003)

Nature422:608-611.Sinningheetal.(2002)

Nature419:708-712.StrousM,etal.(1999

Nature

400:446-449.

厌氧氨氧化颗粒污泥好氧颗粒污泥厌氧颗粒污泥借助厌氧、好氧和厌氧氨氧化污泥颗粒化技术的进步，实现主工艺厌氧氨氧化低温下厌氧氨氧化菌生长慢问题的解决生长速率慢；温度35℃时，10-12d低温条件下，硝化菌群生长速率高于亚硝化菌群，难以去除硝化菌群亚硝化菌好氧颗粒污泥技术目前普遍认定：污泥平均粒径大于0.2mm即为好氧颗粒污泥Morgenroth+Wilderer,TechnicalUniversityofMunich,德国彭党聪+Moletta,LaboratoiredeBiotechnologiedel‘Environnement,法国

vanLoosdrecht,DelftUniversityofTechnology,荷兰郑俊华+刘雨,NanyangTechnological

University,新加坡中国科学技术大学环境工程实验室,中国与絮体相比，微生物颗粒在比重、粒径大小、沉降速度等方面具有明显优势，并提高了降解污染物的能力絮体颗粒粒径(mm)<0.10.5-5.0SVI(ml/g)70-15020-80沉降速率(m/h)2.8-7.630-70比重1.0011.004-1.061脱氢酶活性(mgTF/gSS/h)10-12.515-20微生物颗粒与絮体的比较节约占地和投资提高系统效率出水水质好提高固液分离效率密实的结构良好的沉降性能高生物截留能力抗冲击能力强比重显著增加大小增大5-50倍沉降速度生物活性1-2倍增加10倍无沉淀池，占地只有传统污水厂的四分之一无需污泥回流，能耗仅是传统工艺的70%MLSS浓度达8,000mg/L好氧微生物颗粒处理城市污水示范工程合肥经开区污水处理厂合肥朱砖井污水处理厂荷兰Garmerwolde污水厂厌氧高温氧化生物质厌氧消化系统Schwaigern生物质厌氧消化系统瑞典马尔默污水厂污泥中温高固厌氧消化1展望Outlook1展望Outlook甲烷燃料电池污水源热泵太阳能污水处理厂的仿真、优化和调控发展污水处理复杂过程的模拟、仿真、优化、调控技术展望Outlook1怎么过好大学四年01二月202345大学一年级Freshman大学二年级Sophomore大学三年级Junior大学四年级Senior《彷徨》？《呐喊》？《伤逝》？《朝花夕拾》？有目标，才有动力，追求目标的过程才不会迷茫哈佛大学有一个非常著名的关于目标对人生影响的跟踪调查。对象是一群智力、学历、环境等条件都差不多的年轻人，调查结果如下：25年后再来看被调查的人３％有清晰且长远目标的人：25年来几乎都不曾更改过自己的人生目标。他们都朝着同一个方向不懈地努力，现在，他们几乎都成了社会各界的顶尖成功人士，他们当中不乏白手创业者、行业领袖、社会精英。

１０％有清晰但短期目标的人：大都生活在社会的中上层。他们的共同特点是，那些短期目标不断被达成，生活状