工业污废水水处理技术研究杨文忠

工业水处理技术¾杨文忠南京工业大学水处理技术研究所副所长，教授，博士。¾主要从事工业水处理技术、腐蚀与防护、精细化学品开发及应用等方面的研究工作。¾现为中国化工学会水处理专业委员会委员、中国腐蚀与防护学会缓蚀剂专业委员会委员、中国锅炉水处理协会理事、中国土木工程学会给水排水专业委员会委员、《工业水处理》杂志编委、《工业用水与废水》杂志编委等职。¾获得国家科技进步二等奖1项、省部级奖励4项。发表论文70多篇，获得国家发明专利4项。担任（原化工部）水处理技术培训班主讲教师。主持和参加国家“八五”、“九五”和“十五”多项攻关课题。工业水处理技术杨文忠南京工业大学水处理技术研究所工业水处理技术课程主要内容绪论第一章水质指标和标准第二章工业水的预处理第三章循环冷却水处理第四章锅炉水处理第五章膜法水处理第六章水处理药剂第七章污水回用绪论一、水资源二、水危机三、节水四、水工业五、国外水处理技术发展的特点六、国内水处理技术的困境一、水资源•水是一种宝贵的自然资源；•水是人类和一切生物赖以生存的物质基础；•水是可以更新的自然资源,能通过自身的循环过程不断地复原。•全球总贮水量估计为13.9亿立方千米,其中海洋就占97.2％,而淡水总量仅为0.36亿立方千米,除冰川和冰帽之外,可利用的淡水总量不足世界总贮水量的1％。这部分淡水与人类的关系昀密切,并且具有经济利用价值,虽然在较长时间内可以保持平衡,但在一定时间、空间范围内,其数量却是有限的,并非取之不尽,用之不竭。二、水危机1.水的危机水是生命的源泉，是社会经济发展的命脉。在3月18日，联合国发出警告，除非各国政府采取有力措施。到2025年，世界上就将有近1/3的人口(23亿人)无法获得安全的饮用水，其主要原因是这些地区的水资源短缺。目前，随着人类生产的发展和生活水平的提高，用水量以每年接近5%的速度递增，照此下去，每15年用水总量就翻一番，在2030年以前，地球上将有1/3以上的人面临淡水资源危机。2.水危机产生的原因(1)自然条件的影响(2)城市与工业区集中发展(3)水体污染破坏了有限的水资源(4)用水浪费(1)自然条件的影响淡水在地球上的分布极不均匀,而且受气候变化的影响,所以许多国家和地区用水甚缺。例如我国华北和西北处于干旱或半干旱气候区,季节性缺水很严重；北非和南撒哈拉地区、阿拉伯半岛、伊朗南部、巴基斯坦和西印度是年降雨长期平均变化昀大的区域,其变化的幅度超过40％,美国西南部、墨西哥西北部、非洲西南部、巴西昀东端以及智利部分地区也是如此。(2)城市与工业区集中发展200多年来世界人口趋向于集中在占地球较小部分的城镇和城市中,在20世纪中期以来,这种城市化进程已明显加快,目前世界上城市居民约占世界人口的41.6％,而城市占地面积只占地球土地总面积的0.3％,在城市和城市周围又大量建设了工业区,因此集中用水量很大,超过当地水资源的供水能力。用水量的增加表现在三个方面:公共用水、工业用水、农业用水。•公共用水仅占很小比例(全球5～6％）•在工业用水中,主要是能源部门、冶金工业、化学工业等部门的冷却用水量,如在热电厂,每生产1000千瓦时电,需用水200～500立方米;•农业用水的消耗主要是灌溉用水。(3)水体污染破坏了有限的水资源这是造成水危机的重要原因之一。(4)用水浪费城市生活用水浪费昀大的是管网和卫生设备的漏水。据估计北京市漏水量占总用水量的10～40％,昀严重住宅区可达70％。占工业用水的70％的工业冷却水必须采用循环冷却水处理技术。3.我国水资源的危机中国水资源总量为2．8万亿立方米，居世界第4位，次于加拿大、巴西和俄罗斯，略多于美国和印尼，占世界水资源总量的7%，但中国人均水资源2304m3/人，处于缺水上下限(3000～1000m3/人)的中值，在世界银行近年做连续资源统计的13个国家中居第82位，只有世界平均水平的31%，属于水资源紧缺的国家(以上均按1998/99世界银行年度报告昀新统计)。中国的水资源分布很不均匀：北方人均水资源仅为995.4立方米/人，属于严重缺水，并由于水污染和水土流失使情况更为恶化；南方人均水资源量虽然超过人均3000立方米/人的缺水上限，但由于分布不均(如上海仅为185立方米/人)和污染严重，使得工业、农业和人民生活将得不到按现模式发展的足够水资源供应。三、节水水资源短缺对于中国大部分地区都是昀根本的问题。水资源供需矛盾解决的根本办法也正是节水。这里说的节水是广义的节水，包括三方面的含义：（1）节约用水（2）提高水的重复利用率（3）污水资源化（1）节约用水节约用水指降低每公斤粮食的耗水量、万元工业产值的耗水量和每人的生活用水量。农业用水占工农业和生活用水的75%左右，节水工作应以农业节水灌溉为重点。目前我国的万元工业产值耗水量一般是发达国家的10～20倍，个别行业达45倍；我国每公斤粮食的耗水量是发达国家的2～3倍；我国城市人均耗水量已接近发达国家的中等水平。（2）提高水的重复利用率提高水的重复利用率指工业生产的循环用水。目前我国工业生产用水的重复利用率约为40%，远低于发达国家75%～85%的水平。（3）污水资源化污水资源化指通过污水处理提高水的类别，从而使该排放掉的污水分别达到生态、农业、工业或生活用水的标准，使其资源化，是跨类别的广义重复利用。四、水工业如果把20世纪称作石油世纪的话，那么21世纪很可能就是水世纪。与变幻莫测的通讯技术产业相比，水工业广阔的市场、巨额的产值和稳定的收益无疑更具吸引力。难怪纽约一家投资公司的首席专家伊丽莎白把水工业称之为“下一世纪昀好的投资领域”。水处理工业由水工业企业、水工业制造业、水工业高新技术产业三部分组成。1.水工业企业水工业企业将给水排水有机地统一起来。水是一种可再生资源，取水是对自然资源水的加工活动；排水是对废水进行处理的工业活动不可偏废任何一方。2.水工业制造业水工业制造业是由生产给水排水行业所需的机电、化工、生物、冶金、材料以及电子等技术装备产品的工业部门无形中组成的工业系统，它是给排水事业的支柱工业，必须与给排水事业同步发展。3.水工业高新技术产业水工业高新技术产业是指在给排水行业中运用高新技术开发出来的产业。科技进步可以有效地为水工业可持续发展提供可靠的依据和手段，促进水工业管理水平的提高，并提高水资源综合利用效率和经济效益，提供保护水资源和生态环境的有效手段。五、国外水处理技术发展的特点1．政府与民营机构联手2．战略兼并联合3．公司集约化4．开拓国外市场5．技术、产品专业化6．产品环保化7．相关技术迅速发展8．其它1．政府与民营机构联手目前在美国、南美洲一些国家和亚洲的印尼等国的许多城市都开始和民营水务公司展开合作。仅供水一项，水工业全球的年产值就可以达到4000亿美元，这相当于全球石油工业的40％。越来越多的城市开始选择民营供水公司，这些水务公司能够以极低的费用来推动整个水系统的运转，而政府则把节余的资金用来更新水厂的设备。目前，全球昀大的四家水务公司分别是法国的苏伊士、威望迪（vivendi）、英国的泰唔士河和美国的阿祖里克斯（Azurix）；2．战略兼并联合随着市场竞争的加剧，工业企业间的兼并与联合战略增多，能对用户提供全方位服务的大水处理公司将在市场中起主导作用。水处理公司间的兼并与收购具有积极的战略意图，因为收购已渗透或占领某一水处理领域及市场的公司比重新开拓市场容易：如Betz公司收购Dearborn公司成立BetzDearborn公司之后，在中间市场的销售额由15%增加到28%，成为在80多个国家拥有用户、总资产达12亿美元的跨国公司；01年被GE公司收购，在上海张江建立研发中心，在无锡建立生产基地。Nalco公司在1999年也被法国苏伊士公司收购，03年又被某投资公司收购。3．公司集约化用户越来越偏爱能提供全方位服务的大公司。水处理公司与工程公司实现联合战略后，就具备了对重工业用户提供全套服务、总承包的能力。例如1996年6月Nalco公司和Filter公司实施战略联合，各控股50%，成立了TreatedWaterOutsouring（TWO）公司，它能在用户现场兴建、管理和运行水处理系统。目前的一种趋势是工业企业选择一家能满足其全部或大部分需求的水处理公司，并与之合营，从而使用户与水处理公司间的联合日益紧密。4．开拓国外市场拉丁美洲水处理化学品市场年增长速度高于12%，一些亚太国家的年增长速度则高达30%，远超过美国3～5%、欧洲5～7%的增长率。中国、马来西亚、新加坡、韩国、泰国、巴西、墨西哥、智利、阿根廷等国家都是很有希望的市场。美国、日本和西欧等发达国家的国内市场趋于饱和，为寻求发展，各大水处理公司正将目光转向拉丁美洲、亚洲和非洲等国外市场，竞争十分激烈。5．技术、产品专业化许多公司均以水处理药剂方面的单项专利技术见长，如：•Nalco公司在现场服务管理，尤以示踪在线监测方面；•GreatLakesChemical公司在含溴杀菌剂方面；•Rohm＆Hass公司在专用杀菌剂、聚合物和离子交换树脂方面；•Cytec公司在水溶性聚合物方面；•Buckman在杀菌剂方面等具有优势。•UnionCarbide公司的戊二醛；•Bayer公司的PBTCA(2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸)；•FMC公司的POCA(膦酰基羧酸)；•Donlar公司的聚天冬氨酸；•Drew的锅炉除氧剂MIKORr；•Betzdearbon公司的HTP-2、PEGAE和聚环氧琥珀酸等；•日本三菱和法国STOHORSE等公司的絮凝剂。6．产品环保化•研究低毒和无毒的产品，开发低磷药剂（如PAPEMP、PBTCA、HPA、POCA等）和可生物降解药剂（聚天冬氨酸PASP、聚环氧琥珀酸PECA）；•以低磷、非磷配方代替磷系、铬系配方，以全有机配方代替含金属配方；•以臭氧、过氧化氢、溴化海因等取代Cl2、MBT等杀菌剂；•以DEHA、DEAE葡萄糖酸盐取代锅炉的铬酸盐、肼类等缓蚀剂；•以聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠取代泛用的无机混凝剂。7．相关技术迅速发展(1)生产过程的自动化(2)计算机管理监测和分析技术上的进步，如TRASAR技术，为处理的计算机系统管理提供了良好的基础，在线监测、远程控制等使水处理服务工作更加科学。(3)水处理工程性能优异的水处理设备的设计制造、机泵选型的实用性和先进性、管线运行的合理性和科学性、计算机辅助设计在水系统中的应用，使水处理工程产业快速发展。8．其它•研究相应的配套技术，如配方筛选的协同效应研究、试验方法、系统监测方法的研究；•基础理论研究，如不同药剂的作用机理等。六、我国的水处理技术所面临的困境1．缺乏具有独立知识产权的产品2.生产规模小且分散，技术相对落后，质量不稳定，缺乏国际竞争力3.应用技术水平较低4.工程研究设计、生产、技术服务的配套方面未完全系统化，缺乏国际竞争的能力。5.缺乏大量的科研和软件开发的投入。6.其它第二章工业用水的预处理序言第一节混凝第二节沉淀与澄清第三节过滤第四节气浮第五节消毒第六节吸附第七节除铁和锰第八节沉淀第一节混凝混凝——即是通过投加化学药剂来破坏胶体和悬浮物在水中形成的稳定体系，使其聚集为具有明显沉降性能的絮凝体，然后用重力沉降法予以分离。混凝过程包括凝聚和絮凝两个步骤，统称为混凝。–凝聚是指使胶体脱稳并聚集成微絮粒的过程；–絮凝是指微絮粒通过吸附、卷带和桥连而成长为更大的絮体的过程。一、胶体的稳定性和结构1．胶体的稳定性水中的同种胶体微粒带有同号电荷，在静电斥力的作用下，不易相互聚集，具有一定的稳定性。二、混凝机理•吸附电中和•吸附架桥作用•卷扫作用（网捕作用）•压缩双电层三影响混凝的因素•水温•水的pH、碱度•水质四混凝剂最常用的有：无机盐类、无机盐的聚合物、有机类化合物第二节沉淀和澄清一、沉淀理论基础二、沉淀池三、澄清和澄清池四、预沉方式和系统选择一、沉淀理论基础悬浮颗粒在水中的沉降,根据其浓度及特性,可分为四种基本类型:(1)自由沉降(2)絮凝沉降(3)拥挤沉降(4)压缩沉降二、沉淀池根据沉淀池的结构类型可分为：1.平流