水處理技術當今社會面臨水資源短缺與水質污染的雙重挑戰目錄1水處理概述水資源現狀、處理重要性2物理與化學方法沉淀、過濾、混凝、氧化還原3生物與膜分離技術活性污泥、膜技術、高級氧化新興技術與應用案例第一章：水處理概述水資源狀況全球淡水資源分布不均水污染問題工業廢水、生活污水排放處理技術體系物理、化學、生物處理方法1.1水資源與水污染現狀水資源分布中國人均水資源僅為世界平均水平的1/4水污染嚴重工業廢水排放量大，超標現象普遍水質惡化地下水超采導致水質退化問題1.2水處理的重要性1生態保護維護水生態系統平衡2資源循環促進水資源可持續利用3健康保障確保飲用水安全，預防疾病4工業發展滿足工業生產用水需求1.3水處理的基本目標去除懸浮物減少濁度和固體含量降解有機物減少COD、BOD等有機污染物去除營養物控制氮磷等引起水體富營養化的物質消毒除菌去除病原微生物，確保衛生安全1.4水質指標概述物理指標濁度、色度、水溫、電導率1化學指標pH值、溶解氧、COD、BOD2生物指標總大腸菌群、病原微生物3毒理指標重金屬、農藥、有機物毒性4第二章：物理處理方法格柵篩濾去除大顆粒固體物質沉淀分離利用重力分離懸浮物過濾技術截留細小顆粒和雜質吸附處理去除微量污染物2.1格柵和篩濾粗格柵間距10-100mm，攔截大體積漂浮物細格柵間距3-10mm，去除較小懸浮物篩網微濾網孔徑可達0.1mm，進一步提高處理效果2.2沉淀重力沉淀利用重力使懸浮顆粒下沉沉淀池矩形、圓形、豎流式等多種形式影響因素顆粒大小、密度、水流速度去除效率可去除50-70%懸浮物質2.3浮選90%去除效率油脂去除率可達90%以上3-5分鐘處理時間停留時間短，處理速度快0.5-1.0MPa工作氣壓溶氣浮選常用氣壓范圍2.4過濾常見過濾類型：砂濾、活性炭、多介質、濾布過濾去除0.1-50μm顆粒，提高出水透明度2.5吸附吸附劑種類活性炭沸石生物吸附劑影響因素吸附劑表面積pH值接觸時間應用領域微量有機物去除氣味與色度控制重金屬處理第三章：化學處理方法混凝與絮凝膠體顆粒聚集沉淀1離子交換交換水中離子2化學沉淀形成不溶性化合物3氧化還原改變污染物分子結構4中和調節調節水的酸堿度53.1混凝與絮凝1加藥混合快速混合，均勻分散混凝劑2膠體不穩定電荷中和，減少排斥力3形成微絮體小顆粒聚集形成較大絮體4絮體沉降大顆粒絮體在重力作用下沉降3.2離子交換陽離子交換交換水中鈣鎂等陽離子陰離子交換去除硝酸鹽、磷酸鹽等陰離子交換設備固定床或連續離子交換裝置3.3化學沉淀3.4中和1酸性廢水處理石灰、碳酸鈉等堿性物質中和2堿性廢水處理硫酸、鹽酸等酸性物質中和3自動控制系統pH在線監測與藥劑自動投加4最適pH范圍通常控制在6-9之間3.5氧化還原常用氧化劑氯氣、次氯酸鈉、高錳酸鉀、臭氧常用還原劑亞硫酸鹽、硫代硫酸鹽、零價鐵處理對象氰化物、酚類、硫化物、重金屬影響因素pH、溫度、反應時間、催化劑第四章：生物處理方法1活性污泥法最廣泛應用的生物處理方法2生物膜法微生物附著于載體表面3厭氧處理無氧條件下分解有機物4人工濕地模擬自然濕地生態系統4.1活性污泥法曝氣提供微生物所需氧氣微生物群落細菌、原生動物、后生動物共存污泥回流維持生物相濃度好氧池主要污染物降解場所4.2生物膜法生物濾池水流通過濾料表面生物膜生物轉盤旋轉圓盤表面附著微生物生物接觸氧化填料固定于水中，微生物附著4.3厭氧處理UASB反應器上流式厭氧污泥床，高效處理高濃度廢水厭氧濾池污水通過填料層，適用中低濃度廢水厭氧發酵可產生沼氣，實現能源回收4.4生物脫氮除磷硝化反應氨氮→硝態氮1反硝化硝態氮→氮氣2生物除磷聚磷菌超量攝取磷3污泥排放帶走磷的途徑44.5人工濕地常見類型：表面流、水平潛流、垂直流主要植物：蘆葦、香蒲、美人蕉第五章：膜分離技術1反滲透脫鹽、分離溶解性鹽類2納濾脫除二價離子3超濾分離膠體、大分子物質4微濾去除懸浮物、細菌5.1微濾0.1-10μm孔徑范圍可截留細菌、部分病毒<2bar操作壓力能耗低98%懸浮物去除率出水水質好5.2超濾1孔徑特點0.01-0.1μm，可攔截膠體物質2膜材質聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯等3配置形式中空纖維、卷式、管式、板框式4應用領域飲用水處理、預處理、污水回用5.3納濾5.4反滲透預處理防止膜污染高壓泵提供透水驅動力膜元件實現分離過程能量回收降低能耗5.5電滲析工作原理離子在電場作用下遷移膜堆結構陽離子膜和陰離子膜交替排列應用領域苦咸水脫鹽、工業廢水處理第六章：高級氧化技術臭氧氧化強氧化性氣體直接或間接氧化UV光催化紫外光激發產生羥基自由基芬頓氧化Fe2?催化H?O?分解產生羥基自由基電化學氧化電極表面產生強氧化劑6.1臭氧氧化臭氧發生器電暈放電法產生臭氧臭氧接觸塔臭氧與水充分混合尾氣處理催化分解剩余臭氧6.2UV光催化氧化紫外照射高能光子激發光催化劑電子躍遷產生電子空穴對自由基生成形成強氧化性羥基自由基污染物降解有機污染物被氧化分解6.3芬頓氧化1反應條件酸性環境(pH2-4)最佳2反應機理Fe2?+H?O?→Fe3?+·OH+OH?3影響因素Fe2?/H?O?比例、pH值、溫度4改進型芬頓光芬頓、電芬頓等新型工藝6.4電化學氧化直接氧化污染物在陽極表面直接被氧化間接氧化電極產生氧化劑間接氧化污染物電極材料鈦基金屬氧化物、導電金剛石電極6.5超臨界水氧化374℃臨界溫度超臨界狀態起始溫度22.1MPa臨界壓力超臨界狀態起始壓力99.99%有機物去除率幾乎徹底氧化分解第七章：新興水處理技術1納米技術納米材料高效吸附分離2磁分離技術磁性顆粒快速分離3等離子體技術高能處理難降解污染物4超聲波技術聲空化效應強化處理5生物強化技術特種微生物高效降解7.1納米技術在水處理中的應用納米吸附劑比表面積大，吸附能力強納米膜材料高通量、低能耗膜分離納米催化劑高效催化降解有機污染物納米傳感器超靈敏水質在線監測7.2磁分離技術1磁性材料制備Fe?O?磁性納米顆粒2功能化修飾增強選擇性吸附能力3吸附處理吸附水中污染物4磁場分離外加磁場快速分離7.3等離子體技術工作原理：產生高能電子、離子和自由基應用：降解持久性有機污染物、消毒滅菌7.4超聲波技術1234聲空化效應產生微氣泡并劇烈崩潰熱效應局部高溫達數千度機械效應產生強烈沖擊波化學效應生成羥基自由基7.5生物強化技術基因工程菌高效降解特定污染物固定化酶技術特異性催化反應微生物燃料電池產電同時處理廢水第八章：特種水處理技術海水淡化將海水轉化為淡水資源超純水制備滿足高精尖產業用水需求中水回用廢水處理后再利用特殊廢水處理垃圾滲濾液、重金屬廢水8.1海水淡化反滲透多級閃蒸多效蒸餾電滲析其他8.2超純水制備預處理沉淀、過濾、活性炭吸附脫鹽處理反滲透、離子交換精處理混床、EDI、紫外殺菌拋光處理終端過濾、紫外氧化8.3中水回用處理工藝生物處理+過濾+消毒主要用途綠化、沖廁、道路清洗工業應用冷卻水、鍋爐補給水8.4垃圾滲濾液處理特點高氨氮高COD難生化性處理工藝MBR處理納濾/反滲透蒸發結晶處理難點膜污染鹽分積累濃縮液處理8.5重金屬廢水處理化學沉淀形成難溶性化合物1吸附處理活性炭、離子交換樹脂2膜分離納濾、反滲透3電化學法電解回收金屬4生物修復特殊微生物吸附轉化5第九章：水處理工藝設計1需求分析確定處理目標和出水標準2工藝選擇基于水質特性選擇工藝組合3工程設計水力計算、設備選型、布局規劃4運行優化節能降耗、提高處理效率9.1工藝流程選擇市政污水處理預處理→生物處理→深度處理→消毒工業廢水處理預處理→物化處理→生化處理→深度處理飲用水處理取水→混凝沉淀→過濾→消毒中水回用系統二級處理→過濾→消毒→儲存9.2處理單元設計9.3設備選型設備選型考慮因素：處理效率、能耗、維護便利性應選擇穩定可靠、售后服務完善的知名品牌9.4自動化控制1在線監測系統pH、溶解氧、COD、氨氮等參數監測2PLC控制系統自動控制各處理單元運行3SCADA系統實現遠程監控和數據采集4智能化管理大數據分析、智能決策支持9.5節能與優化1工藝優化提高處理效率2設備節能變頻控制、高效設備3能源回收沼氣利用、余熱回收4資源化利用污泥資源化、中水回用第十章：水處理案例分析市政案例大型污水處理廠建設運營工業案例特種工業廢水處理方案飲用水案例安全飲水工程建設回用案例工業園區水循環利用10.1市政污水處理廠案例10萬噸/日處理規模大型城市污水處理設施A2/O核心工藝脫氮除磷效果顯著1級A出水標準達到高排放標準10.2工業廢水處理案例電鍍廢水化學沉淀+離子交