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1、水处理新技术请保护水源，节约用水！分离技术分离技术 化学方法化学方法 生物处理方法生物处理方法 绪论绪论 问题：问题： 1 1、典型的城市污水处理工艺流程、典型的城市污水处理工艺流程 2 2、传统的自来水厂工艺流程、传统的自来水厂工艺流程 一、污废水处理方法进展一、污废水处理方法进展 1. 1.传统的处理方法传统的处理方法 筛网：筛网： 格栅、筛滤格栅、筛滤 重力分离法及过滤法：重力分离法及过滤法：沉淀（沉砂池，沉淀池）沉淀（沉砂池，沉淀池）气浮、气浮、 过滤过滤 膜分离（微滤、超滤、反渗透）膜分离（微滤、超滤、反渗透） 吸附分离（活性炭吸附、沸石）吸附分离（活性炭吸附、沸石） 萃取分离萃取分
2、离分离技术 化学氧化 （臭氧化、光化学氧化、声化学氧化 、高锰酸钾）、加氯消毒、紫外消毒 絮凝剂絮凝、电絮凝、离子交换 废水调节、均化（均衡）调节池、 混合池、 中和池化学方法化学方法 生化处理方法：生化处理方法：（包括二次沉淀池）包括二次沉淀池） 悬浮生长型生物法悬浮生长型生物法（如活性污泥）（如活性污泥）厌氧的厌氧的好氧的好氧的 固着生长型生物法固着生长型生物法（如生物膜法）（如生物膜法）厌氧的厌氧的好氧的好氧的自然生物处理自然生物处理： 生物塘处理生物塘处理氧化塘氧化塘兼性塘兼性塘厌氧塘厌氧塘稳定塘稳定塘废水养殖废水养殖 土地处理系统土地处理系统慢速灌溉慢速灌溉快速渗滤快速渗滤地面漫流地
3、面漫流人工湿地人工湿地 生物处理方法 2.污废水处理方法的进展厌氧生物处理 对于难降解对于难降解, ,悬浮物悬浮物, , 限速限速 28% 72% 3%17% 10% 35% 15% 20% 种间氢传递种间氢传递(Interspecies Hydrogen Transfer)(Interspecies Hydrogen Transfer)固定化的优势，颗粒污泥、生物膜，固定化的优势，颗粒污泥、生物膜， 微生物群落微生物群落复杂有机物的厌氧产甲烷代谢复杂有机物的厌氧产甲烷代谢: : 微生物共生体微生物共生体 复杂有机化合物 (碳水化合物、蛋白质、类脂类)简单有机化合物 (糖、氨基酸、肽)长链脂肪
4、酸 (丙酸、丁酸等)H2 CO2乙酸CH4 CO2复杂有机化合物 (碳水化合物、蛋白质、类脂类)简单有机化合物 (糖、氨基酸、肽)长链脂肪酸 (丙酸、丁酸等)H2 CO2乙酸CH4 CO2对于难降解对于难降解, ,悬浮物悬浮物, , 限速限速 种间氢传递种间氢传递(Interspecies Hydrogen Transfer)(Interspecies Hydrogen Transfer)固定化的优势，颗粒污泥、生物膜，固定化的优势，颗粒污泥、生物膜， 微生物群落微生物群落复杂有机物的厌氧产甲烷代谢复杂有机物的厌氧产甲烷代谢: : 微生物共生体微生物共生体 水 解酸 化产氢、产乙酸 产甲烷产甲
5、烷阶段产甲烷阶段乙酸乙酸 乙醇乙醇两两 相相 生生 物物 处处 理理生生 物物 制制 氢氢电子传递电子传递微生物燃料电池微生物燃料电池水解酸化阶段水解酸化阶段强化生物处理强化生物处理 投加工程菌剂投加工程菌剂 补充补充N N、P P、K K等营养元素或微量元素等营养元素或微量元素 投加共降解质投加共降解质物理措施强化生物处理物理措施强化生物处理 低强度的超声波强化生物处理过程低强度的超声波强化生物处理过程 磁场强化生物处理过程磁场强化生物处理过程uu传统给水处理工艺传统给水处理工艺uu水源水污染状况：水源水污染状况：氨氮、有机物、重金属氨氮、有机物、重金属uu生活饮用水卫生标准提高生活饮用水卫
6、生标准提高uu科技、经济的发展科技、经济的发展混凝混凝沉淀沉淀过滤过滤消毒消毒二、微污染水源水净化研究进展二、微污染水源水净化研究进展uu微污染水源水处理工艺微污染水源水处理工艺 活性炭活性炭生物活性炭生物活性炭 臭氧臭氧活性炭活性炭 生物预处理生物预处理 高锰酸钾氧化高锰酸钾氧化 光化学氧化光化学氧化 超声波超声波紫外线联用法紫外线联用法 膜滤膜滤类别：臭氧化、光化学氧化、声化学氧化、高铁氧化 、Fenton氧化、超临界水氧化等 高级氧化技术（高级氧化技术（Advanced OxidationAdvanced Oxidation ）：利用：利用OHOH等自由基氧等自由基氧 化分解水中的有机污
7、染物的新型化分解水中的有机污染物的新型 氧化氧化 技术。该类氧化技术。该类氧化 过程称为高级氧化过程过程称为高级氧化过程 (Advanced Oxidation Process, (Advanced Oxidation Process, AOP)AOP)特点：速度快，范围广，条件温和特点：速度快，范围广，条件温和第二讲 臭氧化技术1.臭氧分子的结构分子呈三角形，键角116.8O，键长127.8pm，分子中每 个原子都以SP2杂化形态组合，在分子中有一个离域键 ，中心氧原子与其他两个原子的距离相等。一、臭氧化技术原理l 分子量：48.0 熔点：-193l在空气中的瞬时嗅觉阈值约40，但在几分钟内
8、就适应 l空气中臭氧最大允许浓度：8小时工作日应小于 200 ug/m3 (约0.1ppm)，240 ug/m3鼻子最低有毒水平。 l不稳定气体：接触热、光、有机物、水灯容易分 解成氧，室温空气中半衰期为2050分钟2.臭氧的基本性质 水溶液中的氧化还原电位：O3 (gas) + 2H+ + 2e = O2(gas) + H2O 2.07eV 各种氧化剂的氧化还原电位( eV )F2 OH O O3 H2 O2 HClO Cl2 ClO2 O23.1 2.8 2.4 2.1 1.8 1.5 1.4 1.3 1.2 臭氧在生物氧化灭菌的过程中多余的氧原子会 自行重新结合成氧分子，不存在任何有毒残
9、留物，故称无污染消毒剂。 臭氧在水中的溶解度O3 (gas) =K h . O3 (water) 20、1atm时，12mgO3/L载气等于O3重量比1.0% 注：注：表中的溶解度不是一下子就能达到的表中的溶解度不是一下子就能达到的, , 是不断投加才能达到是不断投加才能达到的最大浓度的最大浓度( (注意注意: :是当水中无其它物质时是当水中无其它物质时) )O3 气 /O3 水=2/1臭氧在水中 的浓度mg/lO3 (gas)0.141.414212842温 度50.070.747.411.114.822.2250.040.353.55.37.010.6300.030.272.74.05.4
10、8.1水中臭氧的分解:不同水中投加臭氧的半衰期随pH的变化 臭氧在水中存在的时间与水温及酸碱度有关在在纯水中纯水中: 10-20: 10-20分钟分钟在自来水中在自来水中: 10-20: 10-20秒钟秒钟污水中污水中: 1/10: 1/10秒秒（1）. 臭氧分子的直接反应 污染物 +O3 产物或中间产物1）电子转移反应 （ O3是亲电试剂 ） 3.臭氧氧化原理2）氧原子转移反应 3）臭氧加成反应 2. 臭氧分子的间接反应 污染物 +HO 产物或中间产物n臭氧在水中发生反应：O3 O+O2O+H2O 2HOn在碱性介质中，臭氧可与OH-发生反应，产生自由基 的速度很快O3+OH- H2O+O2
11、-O3+ H2O HO+2O22 H2O O3+ H2O nHO比O3有更强的氧化性，能使有机物发生反应HO+RH R +H2OR +O2+RH ROOH+ R ROOH+ HO CO2+H2O+其它氧 化产物3.臭氧与有机物反应的难易程度氧化顺序为：链烯烃胺酚多环芳烃醇醛链烷烃4.臭氧水处理过程中的物理化学原理气液两项反应，一般包括以下过程：n气相中臭氧向液相的传递n挥发性污染物从液相向气象的逸出n液相中臭氧与污染物的直接氧化反应n液相中臭氧分解产生的各类自由基参与的间接氧 化反应污染物的去除是吹脱、直接氧化反应、间接氧 化反应共同作用的结果。故臭氧水处理的效果由以下因素决定：待处理水的水质
12、 ，污染物的挥发性，水中臭氧浓度的大小，气液相的传质效 果。1.臭氧化处理的主要效果 l 氧化Mn(II), Fe(II), (存在于还原性地下水中)酚、氯酚、苯胺、烯烃等有机物 氰化物、溴离子形成色度和味的物质，降低BOD、COD。l 提高溶解性有机物在随后的微生物过程中的生物降解性l 提高随后的沉淀、絮凝过滤和气浮过程的效果l 消毒、除藻。l 消除表面活性剂泡沫二. 臭氧化技术的应用根据测定的反应速率常数，有以下结论： （1）I -与臭氧迅速反应形成I2，用于检测高浓度臭氧气 体的浓度。饮用水中微量氧化性碘离子会导致形成味觉 的有机物。在碘离子浓度约为10-7M的海水中，碘离子 会将臭氧的
13、寿命减短为0.01s。（2） HS -/ S 2 - 一般在臭氧被其它溶质消耗前与臭氧 反应。这个反应在含硫还原性地下水的臭氧处理中是 十分重要的。（3） HSO3 -/ SO32 - 与臭氧也迅速反应，SO32 -的反应 速率是HSO3 - 的105倍，在pH2-7之间pH提高1个，速 率提高约一个数量级。（4）Fe2+、Cu+、Mn2+在低pH值速率很慢。在 pH5.5-7.0且不存在腐殖酸的情况下，Mn2+的反应 速率为3000-20000M-1S-1。（5）NO22-很快氧化，这个反应有利于改善由于 微生物不完全硝化产生的NO22- 的水质。 （6）NH3 反应很慢当pH小于9时, 很
14、大一部分NH3 被质子化屏蔽为 NH4 - ，所以此时当pH下降1个单位，表观反应速 率常数下降10倍。即使pH大于9（pHpKa=9.3）时，大部分成为 NH3 ，传统的臭氧化过程也需要几千秒时间氧化 NH3 。不过，实验表明地面水的臭氧化能改善随后微生 物过程的硝化，因为臭氧化将溶解性天然有机物 (DNOM)转化为生物降解物质从而间接地促进了 硝化。（7）液氯（HOCl/OCl- ）随pH升高而反应速率加快因为HOCl脱质子生成OCl-，不过即使是OCl- ，在臭 氧浓度为10微摩尔/升时，所需时间也是1000s量级上 。这一反应有时用于破坏液氯, 但很少被用于投加液 氯破坏臭氧。（8）氯胺（NH2Cl）在低pH值比液氯的反应要快一 点，由于没有质子的屏蔽作用，因此其速率不受pH影 响。氯胺臭氧化生成氯离子和硝酸盐，这一反应可以用于 消除游泳池中的氯胺避免生成眼睛刺激物的生成。（9）溴离子臭氧化需要1000s的量级（臭氧浓度 0.5mg/l），臭氧浓度更低时，溴离子浓度为2mg/l时，臭氧的寿命 为500s。在海水中，当碘离子氧化后，溴离子将把臭氧的寿命 限于5s之内，形成次溴酸根离子，再慢慢氧化为溴酸 根离
