1、水和廢水處理技術(shù)新進(jìn)展參考書目王寶貞，王琳. 水污染治理新技術(shù).科學(xué)出版社M，2004，第1版.高艷玲，馬達(dá). 污水生物處理新技術(shù).中國建筑工業(yè)出版社M，2006，第1版.張統(tǒng)，方小軍，張志仁.SBR及其變法污水處理與回用技術(shù)M.化學(xué)工業(yè)出版社，2003.張大群，王秀朵.DAT-IAT污水處理技術(shù)M.化學(xué)工業(yè)出版社，2003. 環(huán)境技術(shù)與設(shè)備研究中心，三廢處理工程技術(shù)手冊(cè)（廢水卷）M，化學(xué)工業(yè)出版社，2000.劉茉娥，蔡邦肖，陳益棠.膜技術(shù)在污水治理及回用中的應(yīng)用M，化學(xué)工業(yè)出版社，2005.參考書目呂炳南，陳志強(qiáng). 污水生物處理新技術(shù)M.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社, 2005.葉建鋒. 廢水生物脫

2、氮處理新技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社M，2006，第1版.馬魯銘. 廢水催化還原處理技術(shù).科學(xué)出版社M，2008，第1版.紀(jì)軒.廢水處理技術(shù)問答M.中國石化出版社，2003.張自杰排水工程(下)M中國建筑工業(yè)出版社，1996.沈耀良，王寶貞廢水生物處理新技術(shù)理論與應(yīng)用M中國環(huán)境科學(xué)出版社，2001緒論近20世紀(jì)70年代以來，污水處理新技術(shù)、新工藝的研究、開發(fā)和應(yīng)用得到了迅速發(fā)展，主要原因： 全球范圍水資源的短缺和日益嚴(yán)重的水體污染形勢(shì)的嚴(yán)峻； 計(jì)算機(jī)技術(shù)、自控技術(shù)、材料科學(xué)技術(shù)和生物技術(shù)等的快速發(fā)展。水資源短缺的原因經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)、農(nóng)業(yè)各類生產(chǎn)對(duì)水的需求增加；我國部分工業(yè)生產(chǎn)耗水量見下表。人口增

3、長、生活水平的提高；水體污染的加劇等。生產(chǎn)1公斤稻米需要1立方米水。行業(yè)我國平均用水量我國先進(jìn)用水量國外先進(jìn)用水量鋼鐵3045 m3/t22m3/t45 m3/t電力30 L/度10L/度3L/度啤酒60 m3/t20m3/t6 m3/t紡織40 80 m3/t815m3/t26 m3/t制漿造紙300m3/t80100 m3/t3550 m3/t （以色列12 m3/t）根據(jù)國家環(huán)境保護(hù)部2014.6.5發(fā)布的2013年中國環(huán)境狀況公報(bào)顯示，我國環(huán)境形勢(shì)依然嚴(yán)峻，水環(huán)境質(zhì)量與上年比沒有明顯好轉(zhuǎn)，有些地段還有家長的趨勢(shì)。長江、黃河、珠江、松花江、淮河、海河、遼河、浙閩片河流、西南諸河和西北諸河

4、等十大流域的國控?cái)嗝嬷?，類、類和劣類水質(zhì)的斷面比例分別為68.9%、20.9%和10.2%。地表水體污染現(xiàn)狀淮河水系水質(zhì)狀況海河水系水質(zhì)狀況遼河水系水質(zhì)狀況黃河水系水質(zhì)狀況長江水系水質(zhì)狀況在監(jiān)測的60個(gè)湖泊(水庫)中，富營養(yǎng)化狀態(tài)的湖泊(水庫)占25.0%，其中，輕度富營養(yǎng)狀態(tài)和中度富營養(yǎng)狀態(tài)的湖泊(水庫)比例分別為18.3%和6.7%。在198個(gè)城市4929個(gè)地下水監(jiān)測點(diǎn)位中，優(yōu)良-良好-較好水質(zhì)的監(jiān)測點(diǎn)比例為42.7%，較差-極差水質(zhì)的監(jiān)測點(diǎn)比例為57.3%。 在過去幾十年內(nèi)，中國地下水開采量以每年25億立方米的速度遞增。湖泊和地下水污染現(xiàn)狀太湖水質(zhì)總體類，西部沿岸區(qū)為類水質(zhì)，東部沿岸區(qū)和

5、湖心區(qū)均為類水質(zhì)。滇池水質(zhì)總體劣類，滇池環(huán)湖河流總體重度污染巢湖水質(zhì)總體類，巢湖環(huán)湖河流總體重度污染其它大型淡水湖泊中，洱海為類水質(zhì)，鄱陽湖、鏡泊湖、博斯騰湖和洞庭湖為類，洪澤湖、白洋淀和南四湖為類水質(zhì)，達(dá)賚湖為劣類水質(zhì)；城市內(nèi)湖中：東湖、玄武湖和昆明湖（北京）為類水質(zhì)，為類水質(zhì)，西湖（杭州）和大明湖（濟(jì)南）為類類水質(zhì)。湖泊污染現(xiàn)狀我國重點(diǎn)湖（庫）營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)由于地下水占到全國水資源總量的1/3。全國有近70%的人口飲用地下水，因此地下水也是重要的飲用水水源。但水體污染正加劇中國的地下水危機(jī)。俄亥俄州立大學(xué)水文學(xué)者弗蘭克說：“水危機(jī)并不只在中國存在，但中國比世界上其他任何地方的問題都更為嚴(yán)峻。

6、”地下水污染現(xiàn)狀水資源是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，目前是全世界關(guān)注的焦點(diǎn)問題，也是中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。污水的有效處理是解決這一問題的有效途徑。70、80年代以來，一些污水處理新工藝的不斷出現(xiàn)，為污水處理、水資源保護(hù)提供了技術(shù)支持。這些新工藝如：改良型SBR、膜生物處理、超臨界高級(jí)氧化、人工濕地、等等。它們多具有高效、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、多功能等優(yōu)點(diǎn)，顯示出良好的應(yīng)用發(fā)展前景。1.1 旋流分離技術(shù) 1.2 磁分離技術(shù)1 新型分離技術(shù)1.1 旋流分離技術(shù)油、水旋流分離技術(shù)水力旋流器(Hydrocyclone)是一種根據(jù)離心力場遠(yuǎn)大于重力場的原理來分離液體混合物的設(shè)備。上世紀(jì)50年代水力旋流器開始應(yīng)用于固一液分離，最

7、早在選礦業(yè)，后來逐步引入污水處理中。水力旋流分離在液-液分離方面的應(yīng)用要比固-液分離晚很多，這主要是因?yàn)橐?液分離的難度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于固-液分離。液-液分離用水力旋流器起源于英國，從20世紀(jì)60年代開始，由英國南安普頓大學(xué)的Martin Thew教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組開始研究利用其分離油-水兩相介質(zhì)。他們經(jīng)過將近十年的研究，終于獲得成功，并設(shè)計(jì)出雙錐雙入口F型水力旋流器。1.1.1 旋流分離的發(fā)展歷史旋流沉砂池旋流分離技術(shù)與傳統(tǒng)的液-液分離裝置相比較，離心力場強(qiáng)度大約有10002000倍重力加速度；兩相分離的時(shí)間約兩秒，僅為常規(guī)設(shè)備所需要時(shí)間的幾十分之一； 該技術(shù)具有分離性能好、穩(wěn)定，速度快，體積小、重

8、量輕，操作方便，運(yùn)行費(fèi)用低，對(duì)安裝環(huán)境無特殊要求，安全可靠，液-液旋流器無運(yùn)動(dòng)件，維護(hù)和保養(yǎng)費(fèi)用極低等優(yōu)點(diǎn)。旋流分離的多管串聯(lián)和并聯(lián)的模數(shù)化組合設(shè)計(jì)，使液-液旋流分離裝置的結(jié)構(gòu)更加緊湊，重量更輕，與常規(guī)液-液分離裝置相比，模塊化旋流分離裝置可節(jié)約安裝面積45、減輕重量90以上。隨著液液旋流器結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，除用于含油污水處理外，還可用于油田采出液預(yù)分離和原油脫水。1985年，正式在英國北海油田和澳大利亞巴氏海峽油田的海上石油開采平臺(tái)使用，進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用階段。目前，許多國家的油田，尤其是海上石油開采平臺(tái)，由于空間的限制，大量采用水力旋流器作為原油脫水或生產(chǎn)用水的水處理的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備

9、 。1.1.2 旋流分離原理旋流分離的原理是離心沉降和密度差分。水流在一定的壓力下從分離器進(jìn)口以切向進(jìn)入設(shè)備后，在設(shè)備內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生離心場，由于污染物和水的密度不同，在離心力、向心浮力、等的作用下，密度大的物體被甩向四周;由于設(shè)備下部為錐體結(jié)構(gòu)，密度較大的物體沿切向轉(zhuǎn)動(dòng)，速度隨錐體半徑的不斷縮小而越來越快；最后沉積到設(shè)備底部并隨排污排出；而密度低的液體上升，由出水口排出，實(shí)現(xiàn)分離。旋流分離可有效將砂粒、垢、泥、油污等污染物，從水流系統(tǒng)中分離出來并排除掉。1.1.3 旋流分離器的外形幾種液、液旋流分離器1983年，米里等設(shè)計(jì)了油水分離充氣水力旋流器（左圖）。設(shè)備的主體部分由兩個(gè)同心的豎直圓管組

10、成中心管為多孔柱。通過它來通入空氣。外面的非孔隙管用作空氣夾套內(nèi)外管之間形成的空氣腔室能使通過多孔中心管的空氣均勻分布。切向進(jìn)料口在底部，分離后的油相和水相均從頂部流出，頂部設(shè)有一可調(diào)間隙。以調(diào)節(jié)溢流和底流的分流比。1993年，貝比等設(shè)計(jì)了如圖所示的油水分離充氣水力旋流器。 設(shè)備頂部是一個(gè)常規(guī)的緩沖室。 泡沫底座用以支撐氣泡黏附油滴后形成的含油泡沫柱。并且形成了一個(gè)環(huán)形開口以排出底流。 同時(shí)因底座上部設(shè)計(jì)為錐形。故可以通過升降底座來調(diào)節(jié)與多孔圓柱間的環(huán)隙大小，從而改變溢流和底流的分流比。雙錐型充氣水力旋流器自20世紀(jì)90年代以來。我國石油大學(xué)、東北大學(xué)、上海交大、華理等單位也開展了類似應(yīng)用研究

11、。上海交通大學(xué)與大慶油田聯(lián)合設(shè)計(jì)了一種雙錐型充氣水力旋流器(DcASH)，其結(jié)構(gòu)如圖所示。該設(shè)備采用了雙錐結(jié)構(gòu)代替了安裝在底部的支座。雙錐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)有很多優(yōu)點(diǎn)：(1)油滴從水中分離的過程不僅可以發(fā)生在圓柱段，而且可以發(fā)生在圓錐段。殘留的油滴和氣泡沒來得及移動(dòng)到圓柱體的溢流口，可以聚集在圓錐段形成溢流。(2)錐形設(shè)計(jì)可以補(bǔ)償渦流帶來的角動(dòng)量損失，在水力旋流器內(nèi)形成更連貫、更強(qiáng)大的離心力場。(3)錐形設(shè)計(jì)可以使泡沫柱更加穩(wěn)定?？梢杂行У靥幚砭酆衔矧?qū)采油廢水。雙錐型充氣水力旋流器 1996年東北大學(xué)余仁煥等設(shè)計(jì)研發(fā)了充氣水力旋流器。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：上部呈雙對(duì)稱配制的切向進(jìn)料口； 頂部設(shè)計(jì)了一個(gè)溢流節(jié)

12、流室，利用溢流導(dǎo)管把溢流和含油泡沫及時(shí)排出。從而有利于泡沫柱的穩(wěn)定。單錐充氣水力旋流器中國石油大學(xué)設(shè)計(jì)研發(fā)1.1.4 旋流分離的特點(diǎn)(1)除油效率高、出水水質(zhì)穩(wěn)定。在進(jìn)水油濃度3000mgL時(shí)，出水油濃度可150mgL，滿足煉油裝置污水排放指標(biāo)；同時(shí)出水不受水中懸浮物因素的影響，無阻塞；(2) 裝置體積小、占地省，僅平流和斜板隔油池占地面積的1/4。(與沉降分離效能比較見表1)。(3)操作簡單、工作效率高，除油、排泥可以連續(xù)自動(dòng)進(jìn)行；(4)維修周期長、運(yùn)行成本低，無機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件和零件更換。(5)生產(chǎn)安全性能好，密閉運(yùn)行，油氣不泄漏，不會(huì)造成二次污染；(6)回收的污油純度高，含水低，提高了污水處

13、理系統(tǒng)的污油回收利用率；(7) 制造和施工安裝周期短，在除油脫泥的同時(shí)還可以對(duì)整個(gè)水質(zhì)水量起到均質(zhì)和調(diào)節(jié)的作用。例1 揚(yáng)子石油化工股份有限公司煉油廠原有兩套污水處理系統(tǒng)。采用的是隔油(平流、斜板)加二級(jí)氣浮的“老三套”污水處理工藝，裝置占地面積大(約4104 m2 )；能耗物耗高(耗電負(fù)荷為265 kW，處理污水1 t成本為1.43元)，自動(dòng)化程度不高；污水處理量偏低兩套污水處理裝置最大處理量為600 m3 /h。并且隔油、氣浮、污水等儲(chǔ)存池沒有完全密閉，現(xiàn)場散發(fā)油氣和硫化氫等有毒有害氣體，形成二次環(huán)境污染且存在安全隱患。1.1 .5 旋流分離的應(yīng)用該廠2004年3月啟動(dòng)污水改造工程。改造后的

14、污水裝置由旋流分離罐、油水分離器、渦凹?xì)飧?CAF)機(jī)組等組成。該系統(tǒng)實(shí)行自動(dòng)化控制：將所有運(yùn)行的參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)參數(shù)在控制室進(jìn)行屏幕顯示和進(jìn)行相關(guān)的控制調(diào)節(jié)。新工藝具有結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小、能耗物耗低(耗電負(fù)荷為173 kW，處理1 t污水成本為0.739元)、操作維修簡單、污油去除率高等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)了污水處理系統(tǒng)的裝置化、小型化、密閉化和自動(dòng)化。同時(shí)系統(tǒng)還具有一定抗沖擊負(fù)荷的能力，污水處理最大負(fù)荷由原來的600 m3 /h提高到800 m3/h ，運(yùn)行穩(wěn)定性好。去除效果比較例2河南井樓油田采油二廠采用旋流分離器處理原油脫出污水，旋流分離效果見表。1.1 .5 旋流分離的應(yīng)用1.2 磁分離技術(shù)磁

15、分離技術(shù)是一種新的污水物理處理技術(shù)。 國外自70年代開始進(jìn)行研究以來磁分離技術(shù)作為物理處理技術(shù)最早在高嶺土的脫色增白、煤的脫硫、礦石的精選、生物工程、酶反應(yīng)工程等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)已成功地應(yīng)用于城市工業(yè)廢水和生活污水、廢料、污染的河水、湖水以及飲用水的處理。上世紀(jì)8O年代以來我國開始了這一領(lǐng)域的研究 1.2.1 磁分離概述磁分離技術(shù)的工應(yīng)用業(yè)磁分離技術(shù)具有分離效率高、分離速度快、分離物系的粒度可達(dá)到很小等優(yōu)點(diǎn)。可以使某些傳統(tǒng)分離法較難或不能分離的物質(zhì)順利分離。在每個(gè)活性污泥處理系統(tǒng)中，污泥膨脹現(xiàn)象非常普遍，歐洲5O 、美國6O的污水處理廠每年都會(huì)發(fā)生，影響了污水處理的效果，耗費(fèi)了大量的人力

16、與物力。由于磁場強(qiáng)度是重力場強(qiáng)度的幾百至幾千倍，因此磁分離技術(shù)分離效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于重力分離。磁分離技術(shù)的出現(xiàn)，為解決污泥膨脹提供了一個(gè)新的思路。高梯度磁分離器磁分離的基本原理:通過外加磁場產(chǎn)生磁力，把廢水中具有磁性的懸浮顆粒吸出，使之與廢水分離。達(dá)到去除或回收的目的。廢水中的污染物種類很多對(duì)于具有較強(qiáng)磁性的污染物，可直接用高梯度磁分離技術(shù)分離；對(duì)于磁性較弱的污染物可先投加磁種（如鐵粉、磁鐵礦、赤鐵礦微粒等)和混凝劑，使磁種與污染物結(jié)合，然后用高梯度磁分離技術(shù)除去。磁種：在一定條件下，加入廢水中的可提高其磁性的微細(xì)分散的強(qiáng)磁性物質(zhì)。將其粘附于目的顆粒上，可提高目的顆粒的磁性。1.2.2 磁分離技術(shù)原

17、理 1 .2.3 磁分離分類磁分離設(shè)備主要有圓盤磁分離器和高梯度磁分離器（1）圓盤磁分離器圓盤磁分離設(shè)備的工作原理是在非磁性的圓板上嵌進(jìn)永久磁鐵，將數(shù)塊同樣的圓板以一定的間隔裝在同一軸上。當(dāng)廢水進(jìn)入裝置時(shí)。廢水中的磁性粒子被圓盤板邊上的磁鐵所吸附而被捕。隨著圓盤的旋轉(zhuǎn)。被捕集的磁性粒子從水中進(jìn)入空間，再由刮板刮下來。圓盤磁分離器裝置簡單，所需要的電力僅僅是圓板旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力，具有耗電小的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是磁場弱、磁場梯度小，因而分離弱磁性的或直徑為微米級(jí)的顆粒較困難。園盤磁分離器與高梯度磁分離器相比在添加強(qiáng)磁性粒子作為磁種時(shí)，必須添加更多的磁性粒子。磁分離示意磁分離示意一種磁分離膜分離組合器（日本）（2

18、）高梯度磁分離器高梯度磁分離技術(shù)適用于具有一定粒度和磁性的固體顆粒的分離。被分離的顆粒在磁場中受到它本身的重力、磁場力、流體粘滯力、流體慣性力以及浮力等的作用。除了磁場力對(duì)分離有利外，其它幾個(gè)力對(duì)分離起反作用。因此，要使顆粒在磁場中順利地被捕獲分離，其所受到的磁場力要大于其它幾個(gè)力的合力。即顆粒受到的磁場力越大，則被磁分離器抓住分離的可能性也就會(huì)越大，分離效率也就越高。高梯度磁分離示意顆粒在不均勻磁場中受到的磁場力大小為：式中：Xm：磁化率， H：磁場強(qiáng)度， V：顆粒體積，(dHdX)：磁場強(qiáng)度梯度。分析可知，影響磁場捕獲磁粒的主要因素有磁場強(qiáng)度、懸浮顆粒的磁化率、懸浮顆粒粒徑、水流速度與接觸

19、面積等。1 .2.4 磁分離方法磁分離技術(shù)應(yīng)用于廢水處理有3種方法：直接磁分離法、間接磁分離法和微生物磁分離法。利用磁分離技術(shù)處理廢水主要是利用污染物的凝聚性和對(duì)污染物的加種性。凝聚性是指具有鐵磁性或順磁性的污染物在磁場作用下，由于磁力作用凝聚成表面直徑增大的粒子而后除去；加種性是指借助于外加磁性種子以增強(qiáng)弱順磁性或非磁性污染物的磁性而便于用磁分離法除去；或借助外加微生物來吸附廢水中順磁性離子，再用磁分離法除去離子態(tài)順磁性污染物。磁種一般是將FeO 磁粉進(jìn)行特殊處理和活化制得。 磁分離工藝流程 磁分離器外形.磁分離技術(shù)的特點(diǎn)（） 處理效率高該技術(shù)處理廢水速度快、處理能力大，且不受自然溫度的影響

20、，對(duì)其它分離方法難以除去的極細(xì)懸浮物及低濃度的廢水具有很強(qiáng)的分離能力。特別是高梯度磁濾分離器的過濾速度是一般處理用的高速過濾機(jī)的10-30倍，相當(dāng)于沉淀池的100倍。（） 設(shè)備體積小、占地少、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)容易、費(fèi)用低 如高梯度磁分離設(shè)備，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；維修量適中，占地少；以普通快濾池為例，磁濾器占地面積僅為其16，土建量也很少，可以大大縮短建設(shè)周期。因此，磁濾器特別適合中小型水廠及土地資源比較緊張的城鎮(zhèn)采用。.磁分離技術(shù)的特點(diǎn)（）利用高梯度磁濾法，可去除那些耐藥性和毒性很強(qiáng)的病原微生物、細(xì)菌以及一些難降解的有機(jī)物等。有研究表明，磁場力可使病原微生物、細(xì)菌等細(xì)胞內(nèi)的水和酶鈍化或失活，通過磁濾

21、達(dá)到去除的目的。而且不產(chǎn)生有害的副產(chǎn)品。與用氯或氯制劑消毒相比，該磁分離技術(shù)不會(huì)產(chǎn)生廢水，有機(jī)物與氯反應(yīng)產(chǎn)生三鹵甲烷和其他鹵代烴化合物，這些化合物是多種疾病的致病因子。（）運(yùn)行費(fèi)用 對(duì)于中小型水廠而言，采用磁濾處理裝置(過濾部分)與傳統(tǒng)工藝(濾池部分)相比，增加的運(yùn)行費(fèi)用(運(yùn)行時(shí)按投加鐵粉考慮，回收率按80計(jì)算)為.49元m3，但磁濾器對(duì)水中有機(jī)物的去除效果遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)工藝，且能去除藻類，出水水質(zhì)優(yōu)于砂濾池出水。1 .2. 磁分離的應(yīng)用（1）食品廢水處理大多數(shù)的食品廠在加工過程中都要排放大量廢水，如酒精、啤酒、味精、制糖、乳制品及罐頭食品和肉類加工業(yè)等產(chǎn)生的廢水等，并且排出的廢水的水質(zhì)差異很大。食品廢水一般屬于高濃度有機(jī)廢水， 主要污染物包括：懸浮固體物質(zhì)以及油脂、蛋白質(zhì)、淀粉、膠體等；溶解在廢水中的糖、酸、堿、鹽等及來自原料可能夾帶的泥沙以及可能存在的病毒、病菌等。因此，食品工業(yè)廢水的特點(diǎn)是：有機(jī)物和懸浮物含量高，COD值高，易腐敗，可促使水底沉積的有機(jī)物質(zhì)在厭氧條件下分解，產(chǎn)生臭氣，污染環(huán)境。食品工業(yè)廢水磁分離方法食品工業(yè)廢水中主要的懸浮固體和高濃度有機(jī)物都只具有微弱磁性或抗磁性，所以，必須在廢水中投入磁種，通過共價(jià)鍵