当代水处理技术第一章

当代水处理技术课程简介一、当代水处理技术的主要教学内容1、水处理技术的发展

2、水处理的化学处理技术3、水处理的膜分离技术4、水处理的生物化学技术

5、水处理的高级氧化处理技术二、学时分布第一章水处理技术的发展2学时第二章

水处理的化学处理技术4学时第三章水处理的膜分离技术4学时第四章

水处理的生物化学处理技术10学时第五章

水处理的高级氧化处理技术6学时复习2学时总计28学时三、本课程学习的目的及要求1、目的

结合所学的基础课程、专业基础课程及水污染控制工程，较为深入、全面地了解并掌握现代水处理中各种处理技术的基本概念、原理与应用，主要过程设计及实验研究方法。2、要求

掌握基本概念、工艺过程，能用所学的基本理论分析明确工程实际问题。四、主要参考资料①张自杰等，排水工程工程（第四版），中国建筑工业出版社，2000；②张自杰等，废水处理理论与设计，中国建筑工业出版社，2003；③许保玖著，给水处理理论，中国建筑工业出版社，2000；④许保玖编著，当代给水与废水处理原理（第二版），高等教育出版社，2005；⑤冯敏主编，现代水处理技术，化学工业出版社，2008⑥苑宝玲等主编，水处理新技术原理与应用，化学工业出版社，2006。五、课程的考核方式本课程为考查课，课程结束后的总成绩按下式计算：总成绩＝70％的期末考试卷面成绩＋30％平时成绩注：平时成绩的计算如下，出勤20分，作业10分。当代的概念世界史是这样划分的:1640年英国资产阶级革命至1917年俄国十月革命胜利前夕称为近代，1917年俄国十月革命胜利以后至1945年第二次世界大战结束称为现代，1945年第二次世界大战以后称为当代。通常意义上所指的当代，是对人类发展历史时间段的一个定性界定。从全球来看，当代应该是指以第三次世界科技革命为标志以后的时期延续至今后。第三次科技革命，是以原子能、电子计算机和空间技术的广泛应用为主要标志，涉及信息技术、新能源技术、新材料技术、生物技术、空间技术和海洋技术等诸多领域的一场信息控制技术革命。其当代大体界定时间应该是20世纪40-50年代以后的时期。第一章水处理技术的发展与现状水处理技术

物理、化学、物化、生化分离强化转化固液：

（粒径）格栅、筛滤、过滤、膜分离/（密度）沉淀、上浮、离心/（特性）磁力浮选液液：（选择性）吸附、萃取、渗析、反渗透、离子交换气液：（溶解性）吹脱、蒸馏混凝气浮胶团超滤化学沉淀药剂催化氧化光照氧化高温高压氧化超声氧化高压放电氧化酶催化氧化中和：酸碱中和水解：厌氧酸化、酯类水解、有机硫化物水解电解：阳极氧化/阴极还原氧化还原：金属无害化/析出有机物氧化：O3、O2、H2O2、Cl2、ClO2、KMnO4等氧化剂有机物还原：零价金属、微电解有机物甲烷化第一节

我国水处理技术的发展一、城市生活给水处理技术的发展阶段

1、初始阶段我国有文字记载的给水处理从明矾净水开始，而比较完整的现代自来水厂是创建于1882年的上海杨浦水厂。2、仿苏阶段

净水技术经历了简单沉淀，慢滤处理，依靠外国专家“照搬照抄”新建大型水厂，采用平流池、双层过滤技术以及絮凝、消毒等。3、自主发展阶段20世纪60年代以后，城市供水全面普及，给水处理在学术理论、规范制定、人才培养、设备供应等方面逐渐形成了自己的体系。例如：在水处理中开始注重投药后的混合，采用静态管道混合器等“细节”；推广应用了絮凝等技术；在减少水头损失、提高絮凝效果、降低药量消耗等方面进行了许多研究；引进浅层沉降理论，对平流池的设计进行了改进，对滤池配水有了相应的研究，对混凝剂有了开发与应用。4、快速发展阶段20世纪80年代以后，随着改革开放的深入，给水处理引进吸收了外国先进技术和设备，提高了絮凝加药的自动化水平，开始了提高水质和微污染水源处理技术的发展，消毒剂广泛使用并呈多样化趋势，供水管网水质实现了自动检测，常规水处理技术得到加强。目前，对于经济发展带来的水源污染的生物预处理技术及臭氧、活性炭等水的深度处理技术在向实用化发展中，小型膜处理设备也已应用于高品质饮用水处理系统之中。二、工业给水处理技术

1、早期

用混凝沉淀和过滤方式进行工业用水的预处理，用离子交换、软化、除铁等进行锅炉用水的处理。

存在问题：在工业循环水处理上由于缺乏自主技术；片面地以控制CaCO3结垢为主，忽略了结垢的其他盐类和化合物，对工业水温度变化的特点和水的腐蚀以及水中菌、藻等引起的微生物黏泥的影响未予以考虑。2、目前状况

工业循环水处理主要以投加缓蚀剂、阻垢剂、杀菌剂等化学药剂为手段来控制水的腐蚀、结垢和微生物黏泥。三、污（废）水处理

在废(污)水处理上，目前主要采用中和、沉淀、曝气、生物处理、混合稀释和过滤等手段，处理的目的是基本满足排放水质的要求，并且，总体处理率不是很高。四、养殖水处理方面目前，国外已将臭氧、紫外线与生物滤器等水处理技术和设施广泛应用于水产养殖，而且向机械化、现代化方向发展。我国在这方面起步较晚，但近些年来发展比较迅速，在广大科技工作者的一致努力下，已经取得了一系列的成就，发展了各种各样的循环养殖水处理设施第二节水处理技术的存在模式与发展趋势一、水处理技术的存在模式1、污水处理目前应用最为广泛的污水处理模式是以曝气池（氧化沟）、二沉池为主要功能单元，其中根据曝气池内构筑物建造形式不同又可以区分多种水处理工艺。该模式主要应用于城市生活污水和工业废水的处理，处理目标以达到污水排放要求为标准，如将氨氮、化学耗氧量分别降至5-25mg/L和50-100mg/L以下。2、饮用水处理随着日益严格的相关标准的执行及水源污染的加剧，对于水处理来说，其出水水质标准有很大的提高。当前常规水处理达不到对

COD

和氨氮去除的要求，投加高剂量的氯气消毒又会导致三卤

甲烷和卤乙酸等有致突变作用的消毒副产品，对水的饮用安全构成威胁。氨氮的去除有赖于生物预处理，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艺。

目前增加预处理或深度处理环节是提高供水水质的必需工作。从国内外研究看，将各种预氧化处理(臭氧、高锰酸钾、二氧化氯、过氧化氢)、生物处理和活性炭吸附与常规处理联合起来，优化组合新的净水工艺，是当前受污染水源水质净化的基本技术对策。3、纯净水处理家庭饮用水、食品加工用水、特殊工业用水（电子产品生产）4、锅炉水处理及工业水处理对进入锅炉之前的水，即锅炉给水中的悬浮物、胶体物、有机物、各种溶解的盐类和气体进行处理，并对锅内水质进行调整，使锅炉给水的品质符合标准的过程。二、水处理技术的发展趋势1、常规水处理以去除悬浮固体、胶体及细菌为目的的常规工艺对色度、氨氮、耗氧量不能有较好的去除效果，现行的“混凝沉淀过滤消毒”的常规处理组合仍将在新世纪的初期得到延续，但不是简单重复，而应是“强化”或“优化”了的工艺组合，并针对不同的水源条件和水质要求，辅以预处理和深度处理。当原水中氨氮、亚硝酸盐含量高，有机物多，较易生物降解时，采用生物预处理将是适宜的，因出水水质可得到全面提向，运转费低廉。当原水中有机物量多且较难降解时，为保证净水厂出水水质全面达到规定的有机物(包括消毒副产物)指标与使出水降低致突活性(Ames

试验呈阴性)，采用活性炭过滤将是必要的，是今后发展的方向。2、生物预处理生物预处理技术可以有效去除原水中的氨氮及可部分降解有机物。针对当前水体污染状况及趋势，生物预处理工艺作为去除氨氮的有力武器在很长一段时间内将不会改变，但目前还需要进行实际应用方面的广泛研究，特别是对含藻水处理中应对暴发期的工艺措施进行更为广泛深入的研究。藻类密度一般较小，因而其絮体不易沉淀，采用气浮则可以取得较好的除藻效果。气浮法的主要问题是藻渣难以处理，气浮池附近臭味重，操作环境差。

3、深度处理技术目前我国尚在应用研究阶段的臭氧氧化、活性炭吸附等水的深度处理技术在欧美等发达国家已广泛应用，该技术已引入到我国水处理技术上来，但吸收、转化和应用工作应有一段时间。4、水处理药剂的发展消毒杀菌方面，三氯甲烷致癌物（THM3）的问题虽已经引起世界的关注，但目前为止我国限于技术和经济条件，液氯消毒仍为大多数水厂所采用。随着国外研究开发出新的高效、低毒或无毒替代品，我国将会逐渐限制、淘汰液氯杀菌的方式。工业水处理中的药剂将从有毒有公害的药剂向低毒、无毒、无公害药剂方面发展，由不易生物降解药剂向易生物降解方面发展，由单一的水处理药剂向复合的多功能药剂方面发展。5、膜处理技术膜技术是利用离子交换膜或有机高分子合成膜组成的技术，近年来发展迅速，对于水质处理，可能是21世纪的革新技术。膜处理技术被誉为21世纪水处理技术的关键技术，是替代传统工艺的最佳选择。膜分离技术的主要作用原理是以压力梯度为驱动力，利用特定膜的透过性能分离水中离子、分子和杂质而进行的滤膜机械筛分作用，是膜技术从化工领域向水处理领域、发展的结果。近

10

年来我国主要用于桶装、瓶装高品质饮用水的处理，欧美则已建成了日处理水量几万到几十万立方米规模的水厂。目前膜处理技术在水处理方面的主要应用有反渗透(RO)、电渗析(ED

或

EDR)、钠滤(NF)、超滤(UF)和微滤(MF)等5种。UF和

MF

运行所需压力低，膜的成本低，可替代传统水处理的混凝过程，值得推广；而

RO

和NF

可分离直径达

0.0001μm

到

0.001μm

的颗粒，对病毒、有机物和溶解性无机物均能有效去除，既可用于工业水处理也可用于饮用水处理，能避免化学药剂投加产生的问题和常规消毒副产物生成，特别是解决了

20

世纪

90

年代以来新发现的常规方法不能除去和杀死隐性孢子虫的问题。随着饮用水水质要求的提高和膜技术的发展，膜技术和膜产品将会得到广泛的开发和应用。但膜组件的集成化，膜破损的检测，膜污染的控制及洗涤，膜处理中污排水的处理及膜成本降低等等问题还需深入研究。微滤、超滤与反渗透是靠压力驱动使水透过半透膜，而将水中所含杂质：胶体、无机离子、有机物、微生物等截留的过滤技术。它们的区别主要是膜的孔径和截留粒子成分子的直径不同。一般颗粒介质(砂、煤等)过滤技术可去除

2—5μm

以上的粒子。微滤可以去除

0.1—0.2μm

的粒子，能将绝大多数形成浊度的粒于去掉。超滤可去除

0.005μm、含分子量

1000

以上的粒子，包括细菌、病毒。6、分质供水和水的高效利用技术

水的循环利用技术和废(污)水处理回用技术都将会迅速得到发展，这是当前水资源紧缺的现实要求和水处理技术水平提高的具体表现。水的高度循环利用和回用将节约大量水资源，缓解水危机和满足可持续发展及环境保护的要求，也会推动水处理产业的发展壮大，并最终形成一个高度发达的水工业体系。目前引起中国水污染的原因是：

城市废水处理率低

违规排放的工业废水

未加控制的非点源污染。相关技术进展及应用成功范例:

1、高效、低耗的城市废水处理及再生技术

2、含高浓度、难降解有机物工业废水的处理技术

3、面源污染控制技术

4、安全饮用水保障技术

控制中国的水污染，从源头控制更重要。找到适合中国国情的水污染防治技术，尚需进行艰苦不懈的努力。三、中国水处理新技术研究进展高效、低耗的城市废水处理及再生技术高效好氧生物流化反应器脱氮除磷技术膜-生物反应器技术的研究及其改进技术，如采用多孔支撑体的动态膜-生物反应器、利用粉末活性炭减少膜面污染、利用臭氧减少膜面污染等技术。工业废水的处理技术对染料废水、农药废水、焦化废水等的处理及应用高效菌投加及微生物自固定技术厌氧与好氧结合的技术膜-生物反应器技术。

非点源污染村镇生活污水处理技术暴雨径流氮磷控制技术农村固体废物的控制技术水土流失控制技术等。安全饮用水保障技术改善水源水质的技术去除微量有机物、氨氮、藻类和藻毒素的技术安全消毒技术。包括生物预处理技术、贝类控制技术、预氧化、高效混凝与气浮、臭氧生物活性炭技术、无氯化消毒等技术。

给水处理和排水处理技术的融合给水处理排水处理清洁水源微污染水源回用排放●混凝沉淀过滤消毒●混凝气浮过滤消