《水处理技术》课件

水处理技术当今社会面临水资源短缺与水质污染的双重挑战目录1水处理概述水资源现状、处理重要性2物理与化学方法沉淀、过滤、混凝、氧化还原3生物与膜分离技术活性污泥、膜技术、高级氧化新兴技术与应用案例第一章：水处理概述水资源状况全球淡水资源分布不均水污染问题工业废水、生活污水排放处理技术体系物理、化学、生物处理方法1.1水资源与水污染现状水资源分布中国人均水资源仅为世界平均水平的1/4水污染严重工业废水排放量大，超标现象普遍水质恶化地下水超采导致水质退化问题1.2水处理的重要性1生态保护维护水生态系统平衡2资源循环促进水资源可持续利用3健康保障确保饮用水安全，预防疾病4工业发展满足工业生产用水需求1.3水处理的基本目标去除悬浮物减少浊度和固体含量降解有机物减少COD、BOD等有机污染物去除营养物控制氮磷等引起水体富营养化的物质消毒除菌去除病原微生物，确保卫生安全1.4水质指标概述物理指标浊度、色度、水温、电导率1化学指标pH值、溶解氧、COD、BOD2生物指标总大肠菌群、病原微生物3毒理指标重金属、农药、有机物毒性4第二章：物理处理方法格栅筛滤去除大颗粒固体物质沉淀分离利用重力分离悬浮物过滤技术截留细小颗粒和杂质吸附处理去除微量污染物2.1格栅和筛滤粗格栅间距10-100mm，拦截大体积漂浮物细格栅间距3-10mm，去除较小悬浮物筛网微滤网孔径可达0.1mm，进一步提高处理效果2.2沉淀重力沉淀利用重力使悬浮颗粒下沉沉淀池矩形、圆形、竖流式等多种形式影响因素颗粒大小、密度、水流速度去除效率可去除50-70%悬浮物质2.3浮选90%去除效率油脂去除率可达90%以上3-5分钟处理时间停留时间短，处理速度快0.5-1.0MPa工作气压溶气浮选常用气压范围2.4过滤常见过滤类型：砂滤、活性炭、多介质、滤布过滤去除0.1-50μm颗粒，提高出水透明度2.5吸附吸附剂种类活性炭沸石生物吸附剂影响因素吸附剂表面积pH值接触时间应用领域微量有机物去除气味与色度控制重金属处理第三章：化学处理方法混凝与絮凝胶体颗粒聚集沉淀1离子交换交换水中离子2化学沉淀形成不溶性化合物3氧化还原改变污染物分子结构4中和调节调节水的酸碱度53.1混凝与絮凝1加药混合快速混合，均匀分散混凝剂2胶体不稳定电荷中和，减少排斥力3形成微絮体小颗粒聚集形成较大絮体4絮体沉降大颗粒絮体在重力作用下沉降3.2离子交换阳离子交换交换水中钙镁等阳离子阴离子交换去除硝酸盐、磷酸盐等阴离子交换设备固定床或连续离子交换装置3.3化学沉淀3.4中和1酸性废水处理石灰、碳酸钠等碱性物质中和2碱性废水处理硫酸、盐酸等酸性物质中和3自动控制系统pH在线监测与药剂自动投加4最适pH范围通常控制在6-9之间3.5氧化还原常用氧化剂氯气、次氯酸钠、高锰酸钾、臭氧常用还原剂亚硫酸盐、硫代硫酸盐、零价铁处理对象氰化物、酚类、硫化物、重金属影响因素pH、温度、反应时间、催化剂第四章：生物处理方法1活性污泥法最广泛应用的生物处理方法2生物膜法微生物附着于载体表面3厌氧处理无氧条件下分解有机物4人工湿地模拟自然湿地生态系统4.1活性污泥法曝气提供微生物所需氧气微生物群落细菌、原生动物、后生动物共存污泥回流维持生物相浓度好氧池主要污染物降解场所4.2生物膜法生物滤池水流通过滤料表面生物膜生物转盘旋转圆盘表面附着微生物生物接触氧化填料固定于水中，微生物附着4.3厌氧处理UASB反应器上流式厌氧污泥床，高效处理高浓度废水厌氧滤池污水通过填料层，适用中低浓度废水厌氧发酵可产生沼气，实现能源回收4.4生物脱氮除磷硝化反应氨氮→硝态氮1反硝化硝态氮→氮气2生物除磷聚磷菌超量摄取磷3污泥排放带走磷的途径44.5人工湿地常见类型：表面流、水平潜流、垂直流主要植物：芦苇、香蒲、美人蕉第五章：膜分离技术1反渗透脱盐、分离溶解性盐类2纳滤脱除二价离子3超滤分离胶体、大分子物质4微滤去除悬浮物、细菌5.1微滤0.1-10μm孔径范围可截留细菌、部分病毒<2bar操作压力能耗低98%悬浮物去除率出水水质好5.2超滤1孔径特点0.01-0.1μm，可拦截胶体物质2膜材质聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯等3配置形式中空纤维、卷式、管式、板框式4应用领域饮用水处理、预处理、污水回用5.3纳滤5.4反渗透预处理防止膜污染高压泵提供透水驱动力膜元件实现分离过程能量回收降低能耗5.5电渗析工作原理离子在电场作用下迁移膜堆结构阳离子膜和阴离子膜交替排列应用领域苦咸水脱盐、工业废水处理第六章：高级氧化技术臭氧氧化强氧化性气体直接或间接氧化UV光催化紫外光激发产生羟基自由基芬顿氧化Fe²⁺催化H₂O₂分解产生羟基自由基电化学氧化电极表面产生强氧化剂6.1臭氧氧化臭氧发生器电晕放电法产生臭氧臭氧接触塔臭氧与水充分混合尾气处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发光催化剂电子跃迁产生电子空穴对自由基生成形成强氧化性羟基自由基污染物降解有机污染物被氧化分解6.3芬顿氧化1反应条件酸性环境(pH2-4)最佳2反应机理Fe²⁺+H₂O₂→Fe³⁺+·OH+OH⁻3影响因素Fe²⁺/H₂O₂比例、pH值、温度4改进型芬顿光芬顿、电芬顿等新型工艺6.4电化学氧化直接氧化污染物在阳极表面直接被氧化间接氧化电极产生氧化剂间接氧化污染物电极材料钛基金属氧化物、导电金刚石电极6.5超临界水氧化374℃临界温度超临界状态起始温度22.1MPa临界压力超临界状态起始压力99.99%有机物去除率几乎彻底氧化分解第七章：新兴水处理技术1纳米技术纳米材料高效吸附分离2磁分离技术磁性颗粒快速分离3等离子体技术高能处理难降解污染物4超声波技术声空化效应强化处理5生物强化技术特种微生物高效降解7.1纳米技术在水处理中的应用纳米吸附剂比表面积大，吸附能力强纳米膜材料高通量、低能耗膜分离纳米催化剂高效催化降解有机污染物纳米传感器超灵敏水质在线监测7.2磁分离技术1磁性材料制备Fe₃O₄磁性纳米颗粒2功能化修饰增强选择性吸附能力3吸附处理吸附水中污染物4磁场分离外加磁场快速分离7.3等离子体技术工作原理：产生高能电子、离子和自由基应用：降解持久性有机污染物、消毒灭菌7.4超声波技术1234声空化效应产生微气泡并剧烈崩溃热效应局部高温达数千度机械效应产生强烈冲击波化学效应生成羟基自由基7.5生物强化技术基因工程菌高效降解特定污染物固定化酶技术特异性催化反应微生物燃料电池产电同时处理废水第八章：特种水处理技术海水淡化将海水转化为淡水资源超纯水制备满足高精尖产业用水需求中水回用废水处理后再利用特殊废水处理垃圾渗滤液、重金属废水8.1海水淡化反渗透多级闪蒸多效蒸馏电渗析其他8.2超纯水制备预处理沉淀、过滤、活性炭吸附脱盐处理反渗透、离子交换精处理混床、EDI、紫外杀菌抛光处理终端过滤、紫外氧化8.3中水回用处理工艺生物处理+过滤+消毒主要用途绿化、冲厕、道路清洗工业应用冷却水、锅炉补给水8.4垃圾渗滤液处理特点高氨氮高COD难生化性处理工艺MBR处理纳滤/反渗透蒸发结晶处理难点膜污染盐分积累浓缩液处理8.5重金属废水处理化学沉淀形成难溶性化合物1吸附处理活性炭、离子交换树脂2膜分离纳滤、反渗透3电化学法电解回收金属4生物修复特殊微生物吸附转化5第九章：水处理工艺设计1需求分析确定处理目标和出水标准2工艺选择基于水质特性选择工艺组合3工程设计水力计算、设备选型、布局规划4运行优化节能降耗、提高处理效率9.1工艺流程选择市政污水处理预处理→生物处理→深度处理→消毒工业废水处理预处理→物化处理→生化处理→深度处理饮用水处理取水→混凝沉淀→过滤→消毒中水回用系统二级处理→过滤→消毒→储存9.2处理单元设计9.3设备选型设备选型考虑因素：处理效率、能耗、维护便利性应选择稳定可靠、售后服务完善的知名品牌9.4自动化控制1在线监测系统pH、溶解氧、COD、氨氮等参数监测2PLC控制系统自动控制各处理单元运行3SCADA系统实现远程监控和数据采集4智能化管理大数据分析、智能决策支持9.5节能与优化1工艺优化提高处理效率2设备节能变频控制、高效设备3能源回收沼气利用、余热回收4资源化利用污泥资源化、中水回用第十章：水处理案例分析市政案例大型污水处理厂建设运营工业案例特种工业废水处理方案饮用水案例安全饮水工程建设回用案例工业园区水循环利用10.1市政污水处理厂案例10万吨/日处理规模大型城市污水处理设施A²/O核心工艺脱氮除磷效果显著1级A出水标准达到高排放标准10.2工业废水处理案例电镀废水化学沉淀+离子交