水处理与资源化利用技术作业指导书

水处理与资源化利用技术作业指导书TOC\o"1-2"\h\u13369第1章水处理技术概述 3165811.1水资源与水循环 3171061.2水处理技术发展历程 3302161.3水处理技术分类及原理 424324第2章水的预处理技术 4205212.1沉淀与浮选 473212.1.1沉淀技术 4110392.1.2浮选技术 5270672.2水的过滤技术 5241392.2.1快速过滤 5252502.2.2慢速过滤 556232.2.3精密过滤 5183272.3消毒与氧化 5270852.3.1消毒技术 5205042.3.2氧化技术 58165第3章水的软化与除盐技术 6113013.1离子交换软化 6187793.1.1离子交换树脂 6197173.1.2离子交换过程 632193.1.3离子交换软化系统的设计 663913.2蒸馏与反渗透除盐 6211353.2.1蒸馏除盐 624793.2.2反渗透除盐 6307233.2.3蒸馏与反渗透技术的选择 6295933.3电渗析技术 6266423.3.1电渗析原理 7256403.3.2电渗析装置 7301613.3.3电渗析技术的应用 714278第4章污水处理技术 7130614.1污水一级处理 7194894.1.1物理处理方法 7137534.1.2化学处理方法 766204.1.3生物处理方法 729754.2污水二级处理 763994.2.1好氧生物处理 7208244.2.2厌氧生物处理 7116624.2.3氧化沟处理技术 8217834.3污水三级处理与回用 815854.3.1深度处理技术 8100394.3.2膜处理技术 8258174.3.3污水回用技术 8206764.3.4资源化利用技术 818880第5章污泥处理与处置技术 8263735.1污泥浓缩与调理 8315455.1.1污泥浓缩 8113955.1.2污泥调理 8310155.2污泥稳定与脱水 8130925.2.1污泥稳定 884765.2.2污泥脱水 9205695.3污泥资源化利用 9123905.3.1农业利用 9315925.3.2土地利用 9316395.3.3能源利用 9121215.3.4材料利用 9121145.3.5其他利用 929979第6章水处理药剂与材料 9195446.1水处理常用药剂 981366.1.1混凝剂 9248796.1.2助凝剂 9215726.1.3杀菌剂 10219806.1.4阻垢剂 10323846.1.5消泡剂 106406.2水处理材料及其功能 10107926.2.1滤料 10204506.2.2离子交换树脂 1085946.2.3膜材料 10228146.3药剂与材料的选择与优化 1033466.3.1药剂选择原则 10316.3.2材料选择原则 10241116.3.3药剂与材料优化 1012936第7章水处理工程设计 11279847.1水处理工程概述 11192517.2水处理工艺流程设计 1196737.2.1设计原则 1172907.2.2设计步骤 11152307.2.3设计要求 11209567.3水处理工程设施与布局 11323737.3.1水处理设施 1130097.3.2布局设计 1217415第8章水处理设施运行与管理 12282658.1水处理设施运行原理 12231888.1.1水处理工艺流程 12259338.1.2主要水处理技术 12255768.2水处理设施运行维护 1298428.2.1运行维护要求 1250428.2.2运行维护措施 1375608.3水处理设施运行监控与优化 13314158.3.1运行监控 13257998.3.2优化措施 133246第9章节水与水资源合理利用 13250629.1节水技术及其应用 13158449.1.1节水技术概述 1340069.1.2节水技术分类 13161559.1.3节水技术应用实例 141899.2非传统水资源利用 14208009.2.1非传统水资源概述 14202739.2.2非传统水资源利用技术 14143119.2.3非传统水资源利用实例 148569.3水资源优化配置 14186199.3.1水资源优化配置概述 1461749.3.2水资源优化配置技术 15182349.3.3水资源优化配置实例 1511847第10章水处理与资源化利用案例 153057810.1城市供水处理案例 152014510.1.1案例一：某城市地表水处理工程 152652910.1.2案例二：某城市地下水处理工程 152354410.2工业废水处理与回用案例 151226510.2.1案例一：某化工企业废水处理及回用工程 15560710.2.2案例二：某造纸企业废水处理及回用工程 15830010.3农业节水与水资源利用案例 162599610.3.1案例一：某灌区农业节水工程 162293210.3.2案例二：某地农村雨水收集与利用工程 16第1章水处理技术概述1.1水资源与水循环水资源作为地球生态系统的重要组成部分，对人类生存和发展具有不可替代的作用。水循环是自然界中水在不同形态、不同地区之间不断循环的过程，包括蒸发、降水、地表径流和地下水流等环节。了解水资源与水循环的关系，对于研究水处理技术具有重要意义。1.2水处理技术发展历程水处理技术起源于古代，最早可以追溯到我国的汉朝时期。那时，人们已经开始利用过滤、沉淀等方法去除水中的悬浮物和杂质。时代的发展，水处理技术经历了以下阶段：（1）初级阶段：以物理方法为主，如过滤、沉淀等，主要去除水中的悬浮物和部分污染物。（2）化学阶段：20世纪初，化学水处理技术逐渐发展，主要包括混凝、沉淀、氧化还原等，可以有效去除水中的有机物、微生物和部分重金属。（3）生物阶段：20世纪中叶，生物水处理技术逐渐兴起，如活性污泥法、生物膜法等，主要用于去除水中的有机物和氮磷等营养物质。（4）现代阶段：科学技术的进步，水处理技术逐渐向高效、节能、环保方向发展，如膜分离技术、高级氧化技术等。1.3水处理技术分类及原理水处理技术按照处理目标和原理可分为以下几类：（1）物理方法：利用物理作用分离水中污染物，如过滤、沉淀、气浮等。（2）化学方法：利用化学反应去除水中污染物，如混凝、氧化还原、离子交换等。（3）生物方法：利用微生物的代谢作用去除水中有机物和营养物质，如活性污泥法、生物膜法、人工湿地等。（4）膜分离技术：利用半透膜实现水中污染物的分离，如微滤、超滤、纳滤、反渗透等。（5）高级氧化技术：通过产生高活性氧化物质，氧化分解水中的有机物和微生物，如臭氧氧化、光催化氧化、电催化氧化等。（6）集成技术：将多种水处理技术进行组合，实现高效、节能的水处理效果，如膜生物反应器（MBR）、高级氧化与生物处理相结合等。第2章水的预处理技术2.1沉淀与浮选2.1.1沉淀技术沉淀技术是通过加入化学药剂，使水中悬浮物、胶体颗粒等杂质形成絮状物，进而实现固液分离的一种方法。常见的沉淀类型有混凝沉淀、絮凝沉淀和浮选沉淀。（1）混凝沉淀：向原水中投加混凝剂，使水中悬浮物、胶体颗粒等杂质形成絮状物，然后通过沉淀去除。（2）絮凝沉淀：在混凝沉淀的基础上，通过絮凝剂的作用，使絮状物长大、变密，提高沉淀效果。（3）浮选沉淀：利用气泡的浮力，将絮状物从水中分离出来。2.1.2浮选技术浮选技术是利用气泡的浮力，将水中悬浮物、油脂等杂质带到水面，从而实现分离的一种方法。根据气泡产生方式的不同，浮选技术可分为以下几种：（1）机械浮选：通过机械搅拌，使空气进入水中产生气泡。（2）压力浮选：利用压力将空气压入水中，产生微小气泡。（3）电解浮选：利用电解水产生的氢气和氧气，实现气泡浮选。2.2水的过滤技术2.2.1快速过滤快速过滤是一种在压力作用下，使水通过过滤介质，从而截留水中悬浮物、胶体颗粒等杂质的技术。常见的快速过滤设备有砂滤池、活性炭滤池等。2.2.2慢速过滤慢速过滤是在自然条件下，使水通过过滤介质，达到去除水中杂质的目的。常见的慢速过滤设备有渗井、渗渠等。2.2.3精密过滤精密过滤是通过细小的过滤介质，去除水中的微小颗粒、细菌、病毒等杂质。常见的精密过滤设备有微孔过滤、超滤、纳滤等。2.3消毒与氧化2.3.1消毒技术消毒技术是通过破坏水中微生物的细胞壁、细胞膜等结构，使微生物失去活性，从而达到杀灭微生物的目的。常见的消毒方法有：（1）氯化消毒：向水中投加氯气或次氯酸钠，杀灭微生物。（2）臭氧消毒：利用臭氧的氧化作用，破坏微生物细胞结构。（3）紫外线消毒：利用紫外线照射，破坏微生物DNA结构，使其失去繁殖能力。2.3.2氧化技术氧化技术是利用氧化剂的氧化作用，去除水中的有机物、氰化物等污染物。常见的氧化方法有：（1）化学氧化：利用化学氧化剂（如高锰酸钾、过氧化氢等）进行氧化。（2）催化氧化：在催化剂的作用下，对污染物进行氧化分解。（3）光催化氧化：利用光能和催化剂，实现污染物的氧化分解。第3章水的软化与除盐技术3.1离子交换软化3.1.1离子交换树脂离子交换软化是利用离子交换树脂去除水中硬度离子（主要是钙、镁离子）的一种方法。离子交换树脂具有选择性吸附水中离子的能力，从而达到软化水的目的。3.1.2离子交换过程离子交换过程包括吸附、再生和清洗三个阶段。在吸附阶段，水中的硬度离子被离子交换树脂吸附；再生阶段是通过使用再生剂（如食盐）使吸附的离子脱附，恢复树脂的交换能力；清洗阶段是去除树脂中残留的再生剂和杂质。3.1.3离子交换软化系统的设计离子交换软化系统设计应考虑交换容量、水流速度、交换树脂类型等因素，以保证软化效果和系统运行稳定性。3.2蒸馏与反渗透除盐3.2.1蒸馏除盐蒸馏是利用水的沸点低于盐类物质的特性，将水加热至沸腾，水蒸气冷凝后得到纯净水的过程。蒸馏除盐可以有效去除水中的离子、有机物和微生物。3.2.2反渗透除盐反渗透是利用半透膜，在压力驱动下使水通过膜而溶质（盐分、有机物等）被膜截留的一种除盐技术。反渗透具有操作简便、能耗低、除盐效果好等特点。3.2.3蒸馏与反渗透技术的选择选择蒸馏或反渗透除盐技术时，应根据水源水质、处理规模、投资成本、运行成本等因素综合考虑。3.3电渗析技术3.3.1电渗析原理电渗析技术是利用电场力将水中的离子通过离子交换膜分离的一种方法。在直流电场作用下，阴离子通过阴离子交换膜，阳离子通过阳离子交换膜，从而达到除盐的目的。3.3.2电渗析装置电渗析装置主要由阴阳离子交换膜、电极、隔板、树脂填充室等组成。根据水质要求和处理规模，可设计不同规格的电渗析装置。3.3.3电渗析技术的应用电渗析技术广泛应用于海水淡化、苦咸水淡化、工业废水处理等领域。在实际应用中，应根据水源水质、离子成分及处理要求，合理选择电渗析装置的规格和操作条件。第4章污水处理技术4.1污水一级处理4.1.1物理处理方法物理处理方法主要采用格栅、沉砂池等设施去除污水中的悬浮物、漂浮物和砂粒等。通过物理处理，可减少后续处理单元的负担，提高污水处理效率。4.1.2化学处理方法化学处理方法主要包括混凝、沉淀、氧化还原等工艺。这些方法可以去除污水中的胶体、悬浮物、部分溶解性污染物及重金属离子等。4.1.3生物处理方法生物处理方法利用微生物的代谢作用降解污水中的有机污染物。常见的一级生物处理工艺有活性污泥法、生物膜法等。4.2污水二级处理4.2.1好氧生物处理好氧生物处理是通过提供足够的溶解氧，使微生物在好氧条件下分解污水中的有机污染物。主要工艺有传统活性污泥法、氧化沟法、序批式活性污泥法等。4.2.2厌氧生物处理厌氧生物处理在无氧或微氧条件下，利用厌氧微生物将有机污染物转化为甲烷和二氧化碳。主要工艺有上流式厌氧污泥床反应器、厌氧滤池等。4.2.3氧化沟处理技术氧化沟处理技术是一种具有良好脱氮除磷效果的好氧生物处理方法。通过调整氧化沟内的溶解氧浓度，实现污水的高效净化。4.3污水三级处理与回用4.3.1深度处理技术深度处理技术主要包括砂滤池、活性炭吸附、膜生物反应器（MBR）等，用于进一步去除污水中的悬浮物、溶解性污染物和病原微生物。4.3.2膜处理技术膜处理技术利用膜分离原理，通过微滤、超滤、纳滤和反渗透等工艺，实现对污水的高效分离和浓缩。膜处理技术在污水回用和资源化利用方面具有重要作用。4.3.3污水回用技术污水回用技术包括水质稳定、消毒和再生利用等环节。根据回用对象的不同，可采用不同的处理工艺，保证回用水质满足要求。4.3.4资源化利用技术资源化利用技术通过对污水中的有机物、氮磷等营养物质进行回收和利用，实现污水的资源化。主要包括生物质能回收、氮磷回收等技术。第5章污泥处理与处置技术5.1污泥浓缩与调理5.1.1污泥浓缩污泥浓缩是污泥处理过程的第一步，旨在降低污泥的含水量，减小污泥体积，便于后续处理。主要采用重力沉降、气浮浓缩和离心浓缩等方法。5.1.2污泥调理污泥调理是为了改善污泥的脱水功能，提高脱水效果，降低污泥处理成本。调理方法包括化学调理、物理调理和生物调理等。化学调理常用絮凝剂如聚合硫酸铁、聚合氯化铝等；物理调理主要有高温高压调理、超声波调理等；生物调理则是利用微生物对污泥进行分解、转化，改善其脱水功能。5.2污泥稳定与脱水5.2.1污泥稳定污泥稳定是为了降低污泥的有机物含量，减少污泥在储存和处置过程中的病原微生物和臭味。稳定方法包括厌氧消化、好氧消化和化学稳定等。5.2.2污泥脱水污泥脱水是将稳定后的污泥进一步降低含水量，减小体积，便于运输和处置。脱水方法主要有机械压榨、离心脱水和真空吸脱等。5.3污泥资源化利用5.3.1农业利用污泥中含有丰富的有机物和植物生长所需的营养元素，可以作为农田肥料、园林绿化用土等。但需注意重金属等有害物质的含量，防止对土壤和作物造成污染。5.3.2土地利用污泥可用于土地改良、矿山修复、建筑填筑等。在土地利用过程中，应保证污泥中的有害物质不会对环境造成污染。5.3.3能源利用污泥中的有机物可通过厌氧消化、焚烧等方法转化为能源，如生物质燃气、电能等。5.3.4材料利用污泥可制备为建筑材料，如砖、陶粒等，实现资源化利用。同时还可以提取污泥中的金属等有价物质，进行回收利用。5.3.5其他利用污泥还可以用于生物炭制备、吸附剂开发等领域，进一步拓展其资源化利用途径。在实际应用中，应根据污泥特性、处理成本和市场需求，选择合适的资源化利用方式。第6章水处理药剂与材料6.1水处理常用药剂6.1.1混凝剂水处理中，混凝剂主要用于去除水中悬浮物和胶体颗粒。常用的混凝剂包括铝盐（如聚合氯化铝、硫酸铝）和铁盐（如聚合硫酸铁、硫酸亚铁）。6.1.2助凝剂助凝剂可增强混凝效果，提高絮体密实度和沉降速度。常用的助凝剂包括聚丙烯酰胺、硅酸盐等。6.1.3杀菌剂杀菌剂用于控制水中的微生物生长，常用的杀菌剂有氯、次氯酸钠、过氧化氢等。6.1.4阻垢剂阻垢剂可防止水中的钙、镁离子形成垢层，常用的阻垢剂有磷酸盐、硫酸盐、有机膦酸盐等。6.1.5消泡剂消泡剂用于消除水处理过程中产生的泡沫，常用的消泡剂有硅油、聚醚类等。6.2水处理材料及其功能6.2.1滤料滤料是水处理过程中用于过滤和吸附的介质，常用的滤料有石英砂、无烟煤、活性炭等。其功能主要包括粒径、比表面积、孔隙率等。6.2.2离子交换树脂离子交换树脂通过离子交换作用去除水中的离子，常用的离子交换树脂有阴离子交换树脂、阳离子交换树脂等。其功能主要包括交换容量、再生能力、机械强度等。6.2.3膜材料膜材料在水处理中具有分离、浓缩等功能，常用的膜材料有反渗透膜、超滤膜、纳滤膜等。其功能主要包括孔径、截留率、通量等。6.3药剂与材料的选择与优化6.3.1药剂选择原则根据水质特点、处理目标及工艺要求，选择合适的药剂类型和剂量。同时考虑药剂的溶解性、稳定性、毒性等功能。6.3.2材料选择原则根据处理工艺、水质要求及运行条件，选择合适的滤料、离子交换树脂和膜材料。重点关注材料的分离效果、抗污染能力、使用寿命等功能。6.3.3药剂与材料优化结合实际运行情况，调整药剂种类和剂量，优化组合使用。同时对材料进行改性处理，提高其功能，降低运行成本。注意：在实际应用中，需根据具体情况灵活调整药剂与材料的选择和优化，保证水处理效果和运行稳定性。第7章水处理工程设计7.1水处理工程概述水处理工程是指采用物理、化学和生物等方法，对水质进行处理，以达到规定的水质标准，满足生产和生活需求的过程。本章主要介绍水处理工程的设计原则、设计步骤和设计要求，为工程实施提供理论指导和实践参考。7.2水处理工艺流程设计7.2.1设计原则（1）根据水质特点、处理目标和现有条件，选择合理、经济、可行的处理工艺。（2）保证处理过程中水质稳定，满足出水水质要求。（3）充分考虑设备的运行维护、节能降耗和自动化控制。（4）遵循国家及地方相关法规、标准和规范。7.2.2设计步骤（1）收集和分析水质资料，确定处理目标。（2）选择合适的处理单元，组合工艺流程。（3）计算各处理单元的设计参数，确定设备规模。（4）根据工艺流程，绘制水处理工程平面布置图。（5）编制水处理工程实施方案。7.2.3设计要求（1）工艺流程简洁、高效，便于操作和维护。（2）处理单元设备选型合理，技术先进，具有较高的处理效率。（3）充分考虑工程投资、运行成本和经济效益。（4）保证处理工程的安全、稳定运行，降低对环境的影响。7.3水处理工程设施与布局7.3.1水处理设施（1）预处理设施：包括格栅、沉砂池、调节池等，用于去除悬浮物、泥沙等杂质。（2）主要处理设施：包括混凝、絮凝、沉淀、过滤、活性炭吸附、膜处理等，用于去除污染物。（3）深度处理设施：包括反渗透、离子交换、电渗析等，用于进一步去除污染物。（4）消毒设施：包括臭氧、氯、紫外线等消毒方法，用于杀灭病原微生物。7.3.2布局设计（1）根据工艺流程，合理布局各处理单元，保证水流顺畅，减少能耗。（2）充分考虑设备安装、维护和检修空间。（3）保证安全通道畅通，便于人员疏散和设备搬运。（4）尽量减少占地面积，提高土地利用率。（5）充分考虑绿化、环保和美观要求，实现环境友好型设计。第8章水处理设施运行与管理8.1水处理设施运行原理8.1.1水处理工艺流程水处理设施运行原理涉及多种工艺流程，主要包括预处理、主处理和深度处理三个阶段。预处理阶段主要包括去除悬浮物、调节水质pH值等；主处理阶段主要包括去除溶解性污染物、病原微生物等；深度处理阶段则针对特定污染物进行深度去除，以满足水资源的循环利用要求。8.1.2主要水处理技术（1）物理处理技术：如沉淀、过滤、吸附等，通过物理作用去除水中污染物。（2）化学处理技术：如混凝、氧化还原等，通过化学反应去除水中污染物。（3）生物处理技术：如活性污泥法、生物膜法等，利用微生物代谢作用去除水中污染物。8.2水处理设施运行维护8.2.1运行维护要求（1）保证设施正常运行，达到设计处理效果。（2）定期检查设施设备，及时发觉问题并进行处理。（3）制定应急预案，应对突发情况，保证水处理设施的安全稳定运行。8.2.2运行维护措施（1）日常巡检：对设施设备进行日常巡检，检查设备运行状况，发觉问题及时处理。（2）定期维护：对设施设备进行定期保养，保证设备功能良好。（3）设备清洗：定期对设备进行清洗，防止污染物积累，影响处理效果。8.3水处理设施运行监控与优化8.3.1运行监控（1）水质监测：对进出水水质进行定期监测，保证处理效果达到规定标准。（2）设备监控：通过自动控制系统，实时监测设备运行状态，发觉异常情况及时报警。（3）数据分析：收集运行数据，进行统计分析，为设施优化提供依据。8.3.2优化措施（1）调整工艺参数：根据运行监控数据，调整水处理设施的工艺参数，提高处理效果。（2）设备更新改造：针对运行过程中发觉的问题，对设备进行更新改造，提高设备功能。（3）技术创新：引进新技术、新工艺，提高水处理设施的运行效率和处理效果。第9章节水与水资源合理利用9.1节水技术及其应用9.1.1节水技术概述节水技术主要包括提高水资源利用效率、降低用水量、改善水质等方面。本节主要介绍常见的节水技术及其在各个领域的应用。9.1.2节水技术分类（1）灌溉节水技术：如喷灌、滴灌、微灌等；（2）工业节水技术：如循环冷却水、热泵技术、逆渗透等；（3）城市节水技术：如雨水收集利用、再生水利用、管网优化等；（4）生活节水技术：如节水型卫浴产品、智能水表等。9.1.3节水技术应用实例（1）农业节水：在农业生产中，采用滴灌、喷灌等技术，提高灌溉水利用效率；（2）工业节水：在火电、钢铁、石化等行业，采用循环冷却水、热泵等技术，降低用水量；（3）城市节水：通过雨水收集、再生水利用等措施，提高城市水资源利用率；（4）生活节水：推广节水型卫浴产品、智能水表等，降低居民用水量。9.2非传统水资源利用9.2.1非传统水资源概述非传统水资源是指区别于常规地表水、地下水的其他水资源，包括雨水、再生水、海水、矿井水等。9.2.2非传统水资源利用技术（1）雨水收集与利用：通过雨水收集系统，将雨水用于绿化、冲厕、景观用水等；（2）再生水利用：将污水处理后，用于工业、农业、城市景观等领域；（3）海水淡化：采用反渗透、蒸馏等技术，将海水转化为淡水；（4）矿井水利用：对矿井排水进行处理，用于工业、农业等领域。9.2.3非传统水资源利用实例（1）雨水收集与利用：某城市新区采用雨水收集系统，实现绿化用水自给自足；（2）再生水利用：某工业园区将污水处理后，用于工业生产，实现水资源循环利用；（3）海水淡化：某沿海城市采用海水淡化技术，缓解淡水供需矛盾；（4）矿井水利用：某矿区对矿井排水进