水污染控制工程PDF电子书下载

1 概论 1

1.1 水污染种类与现状 1

1.1.1 水污染种类 1

目录 1

1.1.2 水污染现状 3

1.2 水污染危害与控制意义 4

1.2.1 水污染危害 4

1.2.2 水污染控制意义 4

1.3 水污染控制方法 5

1.3.1 清洁生产 5

1.3.2 废水处理工艺、现状与发展方向 5

1.3.3 固体与生物固体处理工艺、现状与发展方向 8

复习思考题 9

参考文献 9

1.3.4 处理后废水的回收与再用 9

2 水污染的组分及衡量指标 11

2.1 物理组分及特征指标 11

2.1.1 色度 11

2.1.2 浊度 12

2.1.3 温度 12

2.1.4 密度 12

2.1.5 固体与粒径分布 12

2.1.6 吸光度与透光率 13

2.1.7 电导率 13

2.1.8 臭味 14

2.2 化学组分及指标 14

2.2.1 pH值 14

2.2.2 碱度 15

2.2.3 氮 15

2.2.4 磷 17

2.2.5 硫 18

2.2.7 金属 19

2.2.6 氯化物 19

2.3 有机污染物质及指标 22

2.3.1 有机物含量测定 22

2.3.2 生化需氧量（BOD） 23

2.3.3 化学需氧量（COD） 24

2.3.4 总有机碳（TOC） 24

2.3.5 BOD、COD和TOC的相互关系 25

2.3.6 理论耗氧量（ThOD） 25

2.3.7 可吸收紫外的有机组分 25

2.3.8 油和油脂 26

2.3.9 表面活性剂 26

2.3.10 特殊的有机化合物 27

2.4 微生物学特征及指标 29

2.4.1 地表水和废水中常见的微生物 29

2.4.4 细菌与病毒的计数和鉴定 30

2.4.2 致病生物 30

2.4.3 指示生物 30

2.4.5 聚合酶链式反应（PCR） 32

2.5 毒性学特性及指标 32

2.5.1 毒理学实验的意义 33

2.5.2 毒理学实验 33

2.5.3 毒理学实验常用参数 34

复习思考题 35

参考文献 35

3 废水的物理处理工艺 36

3.1 格栅 36

3.1.1 粗格栅 36

3.1.2 细格栅 37

3.1.3 微滤机 38

3.2 调节池 39

3.1.4 筛渣的特性与处置 39

3.2.1 调节池的功能 40

3.2.2 调节池的设计计算 40

3.3 混合及混合器 44

3.3.1 废水处理中的连续快速混合 44

3.3.2 废水处理中的连续混合 45

3.4 重力分离理论 45

3.4.1 颗粒沉降理论 46

3.4.2 不连续颗粒沉降 48

3.4.3 絮凝颗粒的沉降 50

3.4.4 斜板（管）沉淀 51

3.4.5 受阻（分层）沉淀 53

3.4.6 压缩沉淀 54

3.4.7 加速流场中的重力分离 54

3.5.1 平流式沉砂池 55

3.5 沉砂池 55

3.5.2 曝气沉砂池 57

3.5.3 钟式沉砂池 58

3.5.4 固体脱砂 58

3.5.5 砂砾量、特性、处理和处置 59

3.6 初次沉淀池 60

3.6.1 沉淀池性能 60

3.6.2 沉淀池的形式与构造及其设计 60

3.6.3 固体和浮渣的定性和定量 66

3.7 快速澄清池 66

3.7.1 强化颗粒絮凝 67

3.7.2 渣砾层絮凝和沉淀的分析 67

3.8 旋流与涡流分离器 67

3.8.1 旋流分离原理 67

3.8.2 旋流与涡流分离器系统与设计 68

3.9.1 气浮原理 70

3.9 气浮 70

3.9.2 气浮处理系统与设计 73

复习思考题 78

参考文献 78

4 废水的化学处理工艺 79

4.1 化学中和、结垢控制和稳定化 79

4.1.1 pH值调节 79

4.1.2 结垢潜在性的分析 80

4.1.3 结垢控制 81

4.1.4 稳定化 82

4.2 化学混凝 84

4.2.1 化学混凝基本原理 84

4.2.2 废水中颗粒的自然性质 86

4.2.3 表面电荷的发生和测量 87

4.2.4 颗粒之间的相互作用与脱稳 87

4.3.1 化学沉淀法基本原理 90

4.3 化学沉淀 90

4.3.2 化学沉淀法除氨 91

4.3.3 化学沉淀法除磷 91

4.3.4 化学沉淀去除重金属和溶解性无机物质 92

4.4 化学氧化 94

4.4.1 化学氧化基本原理 94

4.4.2 易于生物降解（BOD）与难于生物降解有机化合物的化学氧化 95

4.4.3 氨的化学氧化 96

4.5 化学药品的贮存与投加 97

4.5.1 化学药品贮存和装卸 97

4.5.2 固态、液态与气态化学药品投加系统 97

复习思考题 100

参考文献 100

5.1 废水好氧生物处理概述 101

5.1.1 有机物降解的过程与规律 101

5 废水的好氧生物处理原理 101

5.1.2 微生物在废水处理中的作用 103

5.1.3 废水好氧生物处理的工艺类型 103

5.2 微生物的组成结构、分类与鉴定 104

5.2.1 细胞成分 104

5.2.2 细胞结构 105

5.2.3 环境因素 107

5.2.4 微生物的分类与鉴定 108

5.2.5 分子工具的使用 110

5.3 微生物代谢 111

5.3.1 微生物生长的碳源和能源 111

5.3.2 营养和生长因子的需求 112

5.4 细菌的生长 112

5.4.1 细菌的生长与繁殖 112

5.4.2 生物量及其表征 113

5.4.3 化学计量式用于估算生物量产率和需氧量 115

5.4.4 不同条件下生物量合成产率系数 116

5.5 微生物生长动力学 117

5.5.1 可溶性底物的利用速率 117

5.5.2 可溶性底物的生物增长速率 118

5.5.3 总挥发性悬浮固体和活性生物量 119

5.5.4 底物利用和生物量增长的动力学系数 119

5.5.5 颗粒有机物质转化为可溶性底物的速率 120

5.5.6 摄氧速率 120

5.5.7 温度对微生物生长的影响 120

5.6 有机物的好氧生物氧化 120

5.6.1 有机物好氧氧化的微生物类群 121

5.6.2 有机物好氧氧化的化学计量式 121

5.6.3 生长动力学 121

5.6.4 环境因素 121

5.7.1 生物硝化 122

5.7 生物硝化与反硝化 122

5.7.2 生物反硝化 125

5.8 生物除磷 128

5.8.1 生物除磷的微生物学 128

5.8.2 生物除磷的化学计量式 129

5.8.3 生长动力学 129

5.8.4 环境因素 130

5.9 氧的传递理论 131

5.9.1 基本原理 131

5.9.2 氧转移速率与供气量的计算 132

5.9.3 供氧方式 134

复习思考题 135

参考文献 135

6.1 悬浮生长好氧处理工艺的物料平衡 136

6.1.1 生物量质量平衡 136

6 废水的悬浮生长好氧生物处理工艺 136

6.1.2 底物质量平衡 138

6.1.3 混合液活性污泥浓度和活性污泥产量 139

6.1.4 活性污泥的表观产率 140

6.1.5 需氧量 140

6.1.6 设计运行参数 141

6.2 有机物氧化和硝化工艺 141

6.2.1 完全混合活性污泥工艺 142

6.2.2 串联完全混合活性污泥工艺 146

6.2.3 传统推流式活性污泥工艺 146

6.2.4 高负荷曝气活性污泥工艺 148

6.2.5 分段进水活性污泥工艺 148

6.2.6 接触稳定活性污泥工艺 148

6.2.7 高纯氧曝气活性污泥工艺 149

6.2.8 传统延时曝气活性污泥工艺 149

6.2.10 序批式反应器（SBR）工艺 150

6.2.9 氧化沟工艺 150

6.2.11 循环活性污泥系统（CAASTM）工艺 153

6.2.12 两段污泥工艺 153

6.3 生物反硝化脱氮工艺 153

6.3.1 前置缺氧反硝化脱氮工艺 153

6.3.2 后置缺氧反硝化脱氮工艺 157

6.3.3 同步硝化／反硝化脱氮工艺 158

6.3.4 外加碳源的两级硝化／反硝化脱氮工艺 161

6.3.5 序批式反应器（SBR）工艺 162

6.3.6 厌氧硝化回流液的脱氮——SharonTM工艺 163

6.4 生物除磷工艺 163

6.4.1 A/O工艺和A2/O工艺 164

6.4.2 UCT工艺和Johannesburg工艺 164

6.4.3 改进的Bardenpho工艺 165

6.4.6 PhoStripTM工艺 166

6.4.4 VIP工艺 166

6.4.5 序批式反应器（SBR）工艺 166

6.4.7 生物除磷工艺设计应考虑的要素 167

6.4.8 生物除磷工艺的控制 168

6.5 膜生物反应器工艺 169

6.5.1 膜生物反应器的特点 169

6.5.2 膜生物反应器的分类 170

6.5.3 膜生物反应器的应用 171

6.5.4 膜污染机理与控制 172

6.5.5 膜生物反应器工艺的处理能力 174

6.6 悬浮生长曝气塘 174

6.6.1 悬浮生长曝气塘的类型 175

6.6.2 双动力推流塘系统 176

复习思考题 176

参考文献 176

7.1 附着生长处理工艺概述 178

7 废水的附着生长好氧生物处理工艺 178

7.1.1 生物膜中的底物通量 179

7.1.2 生物膜中的底物质量平衡 179

7.1.3 底物通量限制 180

7.2 生物滤池 181

7.2.1 生物滤池的一般构造与净化过程 181

7.2.2 普通生物滤池 182

7.2.3 高负荷生物滤池 186

7.2.4 塔式生物滤池 190

7.2.5 活性生物滤池 191

7.3 生物转盘 192

7.3.1 构造与特征 192

7.3.2 典型工艺流程 193

7.3.3 设计与计算 194

7.4 淹没式生物滤池 196

7.4.1 淹没式生物滤池的构造 197

7.4.2 淹没式生物滤池的池型 198

7.4.3 淹没式生物滤池的典型工艺流程 199

7.4.4 淹没式生物滤池的设计与计算 199

7.5 生物流化床 201

7.5.1 两相流化床 201

7.5.2 三相流化床 204

7.6 固定膜-活性污泥的复合工艺 204

7.6.1 复合工艺基本原理 204

7.6.2 复合工艺的载体种类与性能 205

7.6.3 序批式生物膜反应器 208

7.7 固定膜-稳定塘的复合工艺 209

7.8 生物膜／悬浮生长联合处理工艺 211

7.8.1 活性生物滤池（ABF）工艺 213

7.8.2 普通生物滤池／固体接触 213

（TF/SC）工艺 213

7.8.5 普通生物滤池／活性污泥（TF/AS）工艺 214

7.8.4 生物滤池／活性污泥（BF/AS）工艺 214

7.8.3 粗滤池／活性污泥（RF/AS）工艺 214

复习思考题 215

参考文献 215

8 废水的厌氧生物处理工艺 219

8.1 厌氧生物处理的沿革、特征及发展趋势 219

8.1.1 厌氧生物处理的发展沿革与应用现状 219

8.1.2 厌氧生物处理的特征 221

8.1.3 厌氧生物处理的发展趋势 221

8.2 厌氧生物处理的基本原理 222

8.2.1 复杂有机物的厌氧降解 222

8.2.2 水解阶段 223

8.2.3 产酸发酵阶段 223

8.2.4 产氢产乙酸阶段 224

8.2.5 产甲烷阶段 225

8.2.6 其他厌氧生物处理过程 227

8.3 厌氧微生物生态学 229

8.3.1 影响产酸细菌的主要生态因子 229

8.3.2 影响产甲烷细菌的主要生态因子 231

8.3.3 影响硫酸盐还原菌的主要生态因子 235

8.3.4 厌氧生化反应动力学 236

8.3.5 厌氧生物处理过程中微生物优势种群的演替及相互关系 237

8.4 悬浮生长厌氧生物处理法 238

8.4.1 完全混合悬浮生长厌氧消化池 238

8.4.2 厌氧接触法 239

8.4.3 厌氧序批式反应器 239

8.5 附着生长厌氧生物处理法 239

8.5.1 升流式厌氧填充床反应器 239

8.5.2 厌氧膨胀床反应器 240

8.5.3 厌氧流化床反应器 241

8.5.4 降流式厌氧附着生长反应器 241

8.5.5 厌氧生物转盘 242

8.6 升流式厌氧污泥层工艺 243

8.6.1 UASB工艺的工作原理 243

8.6.2 颗粒污泥形成的原理及主要工艺条件 243

8.6.3 颗粒污泥的性质 246

8.6.4 UASB反应器的结构设计原理 246

8.6.5 UASB反应器的若干发展 250

8.7 两相厌氧生物处理 252

8.7.1 两相厌氧生物处理原理 252

8.7.2 两相厌氧生物处理技术 253

8.7.3 最适液相末端发酵产物的选择 253

复习思考题 254

参考文献 254

9.1.2 废水深度处理的应用范围与评价 256

9.1.1 废水深度处理的必要性 256

9.1 废水深度处理概述 256

9 废水的深度处理工艺 256

9.2 深度处理技术 257

9.2.1 二级处理后废水中的残余成分 257

9.2.2 深度处理技术的分类 257

9.2.3 有机和无机胶体及悬浮固体的去除 258

9.2.4 溶解性有机与无机污染物质的去除 258

9.2.5 生物组分的去除 259

9.2.6 工艺选择依据和运行数据 259

9.3 过滤 259

9.3.1 过滤工艺与滤池 259

9.3.2 深层过滤 262

9.3.3 表面过滤 270

9.3.4 膜过滤工艺 272

9.4 吸附 281

9.4.1 吸附原理 281

9.4.2 吸附剂及其再生 283

9.4.3 活性炭吸附动力学 284

9.4.4 活性炭处理工艺的应用 286

9.4.5 颗粒活性炭接触器的分析和设计 287

9.4.6 粉末活性炭吸附器的分析和设计 288

9.4.7 粉末活性炭活性污泥处理法 289

9.5 离子交换 290

9.5.1 离子交换树脂 290

9.5.2 常见的离子交换反应 290

9.5.3 离子交换树脂的交换容量 291

9.5.4 离子交换化学 291

9.5.5 离子交换的应用 293

9.6 高级氧化工艺 294

9.6.1 高级氧化理论 294

9.6.2 羟基自由基的产生技术 295

9.6.4 高级氧化工艺的应用 296

9.6.3 高级氧化工艺的运行 296

复习思考题 297

参考文献 297

10 废水的消毒处理工艺 298

10.1 消毒理论 298

10.1.1 理想消毒剂的性质 298

10.1.2 消毒的方法和手段 298

10.1.3 消毒机理 299

10.1.4 影响消毒剂效果的因素 299

10.2 氯消毒 302

10.2.1 氯化物的性质与化学 302

10.2.2 氯的折点反应 304

10.2.3 消毒工艺变量的测量和报告 306

10.2.4 氯和各种氯化物的杀菌效率 306

10.2.5 影响氯消毒效率的因素 307

10.2.6 消毒所需氯剂量 309

10.2.7 氯消毒时副产物的形成及控制 310

10.3 二氧化氯消毒 311

10.3.1 二氧化氯的性质与消毒作用 311

10.3.2 二氧化氯消毒效果 312

10.3.3 二氧化氯消毒时副产物的形成和控制 313

10.4 臭氧消毒 314

10.4.1 臭氧的属性 314

10.4.2 臭氧消毒化学 314

10.4.3 臭氧消毒系统的构成 315

10.4.4 臭氧消毒效果 316

10.4.5 臭氧消毒所需剂量 316

10.4.6 臭氧消毒时副产物的形成及控制 317

10.5 其他化学消毒方法 317

10.5.1 过氧乙酸 317

10.6 紫外（UV）辐射消毒 318

10.5.3 复合化学消毒工艺 318

10.5.2 臭氧／过氧化氢 318

10.6.1 紫外辐射的来源 319

10.6.2 紫外消毒系统的构成及配置 321

10.6.3 紫外辐射的杀菌效果 321

10.6.4 紫外剂量的计算 324

10.6.5 紫外消毒的准则选取及系统评价 324

10.6.6 紫外辐射消毒的环境影响 326

10.7 可选消毒技术的比较 326

10.7.1 杀菌效果 327

10.7.2 消毒技术的优点及不足 327

复习思考题 328

参考文献 328

11 固体与生物固体处理、处置和回用 329

11.1 固体与生物固体概述 329

11.1.1 固体与生物固体的来源、性质与数量 329

11.1.2 固体处理的一般工艺流程 333

11.2.1 污泥泵和浮渣泵 334

11.2 污泥和浮渣的抽运 334

11.2.2 水头损失 335

11.3 固体与生物固体的预处理 335

11.3.1 碾磨 335

11.3.2 筛选 335

11.3.3 除砂 335

11.3.4 混合与贮存 336

11.4 固体与生物固体的浓缩 336

11.4.1 共沉浓缩 337

11.4.2 重力浓缩 337

11.4.3 气浮浓缩 338

11.4.4 离心浓缩 339

11.4.5 重力带式浓缩 340

11.4.6 旋转鼓浓缩 340

11.5.1 稳定的内涵 341

11.4.7 各种浓缩法的应用 341

11.5 固体与生物固体的稳定 341

11.5.2 碱式稳定法 342

11.6 固体与生物固体的厌氧消化 344

11.6.1 工艺原理 344

11.6.2 中温厌氧消化工艺概况 345

11.6.3 中温厌氧消化的工艺设计 346

11.6.4 池体设计的选择和混合系统 348

11.6.5 提高固体负荷及消化池性能的方法 350

11.6.6 气体的产生、收集和利用 350

11.6.7 消化池的加热 351

11.6.8 高温厌氧消化 352

11.6.9 两相厌氧消化 353

11.7 固体与生物固体的好氧消化 354

11.7.1 工艺概况 354

11.7.2 传统的空气好氧消化法 355

11.7.4 自加热高温好氧消化法（ATAD） 357

11.7.3 两级消化法 357

11.7.5 高纯氧消化法 359

11.8 固体与生物固体的调节、干化与脱水 360

11.8.1 调节 360

11.8.2 脱水 362

11.8.3 干化 365

11.9 固体与生物固体的加热干燥 367

11.9.1 传热手段 367

11.9.2 加热干燥产物的性质 369

11.9.3 加热干燥产物的运输和贮存 369

11.9.4 易燃及易爆危险物 370

11.9.5 空气污染和臭味控制 370

11.10 固体与生物固体的焚烧 370

11.10.1 完全燃烧的基本方式 371

11.10.3 流化床焚烧 372

11.10.2 多层炉焚烧 372

11.10.4 与市政固体垃圾联合焚烧 373

11.10.5 空气污染控制 373

11.11 固体与生物固体的堆肥 373

11.11.1 工艺微生物学 374

11.11.2 工艺概况 374

11.11.3 设计要点 375

11.11.4 与市政固体垃圾联合堆肥 376

11.12 生物固体的土地施用 376

11.12.1 生物固体处理场地的鉴定和选择 376

11.12.2 设计负荷率 377

11.12.3 施用方法 378

11.13 生物固体的运输和贮存 378

11.13.1 生物固体的运输方法 378

参考文献 379

11.13.2 生物固体的贮存 379

复习思考题 379

12 水的回收与再用 381

12.1 概述 381

12.1.1 废水回收与再用在水循环中的作用 381

12.1.2 废水回收与再用的途径 381

12.1.3 废水回收与再用中的公共健康及环境问题 384

12.1.4 废水回收与再用中的标准 385

12.1.5 废水回收与再用中的风险性评价 386

12.2 废水的回收及再用处理技术 390

12.2.1 废水中污染物质去除技术 390

12.2.2 水回收的传统废水处理工艺流程图 390

12.2.3 水回收处理的预期效果 391

12.3 回收水的贮存 393

12.3.1 蓄水池及相关问题 393

12.3.2 敞口及封闭水池的管理对策 394

12.4 回收水在农田及风景区的浇灌回用 396

12.4.1 灌溉水的水质评价 396

12.4.2 其他问题 398

12.5 回收水在工业生产中的冷却回用 398

12.5.1 工业水的用途 399

12.5.2 冷却塔补充水 399

12.5.3 冷却塔的盐水平衡 399

12.5.4 冷却塔系统中常见的水质问题 400

12.6 回收水在补充地下水的回注应用 400

12.6.1 地下水的回注方法 401

12.6.2 地下水回注的预处理要求 401

12.6.3 地下水中污染物质的变迁 401

12.6.4 地下水回注准则 402

12.7.1 计划间接与直接饮用水回用 403

12.7.2 饮用水回用的标准与最终目标 403

12.7 回收水的计划间接与直接饮用水回用 403

12.8 废水回收和回用的规划 404

12.8.1 废水回收和回用的市场预测 404

12.8.2 回用水的价格分析 405

12.8.3 废水回收和回用设施规划 406

复习思考题 407

参考文献 407

13 废水处理厂的设计、运行和管理 408

13.1 概述 408

13.1.1 废水的组成分析 408

13.1.2 废水处理厂的设计水量 409

13.1.3 废水处理厂的设计水质 411

13.1.4 废水处理后应满足的标准与要求 412

13.2 废水处理厂的设计 413

13.2.1 设计步骤 413

13.2.2 废水处理工艺流程的确定 416

13.2.3 设计参数的选择 418

13.2.4 废水处理厂的厂址选择 422

13.2.5 废水处理厂的平面与高程布置 422

13.2.6 废水处理厂的附属设施 424

13.3 废水处理厂的运行与管理 426

13.3.1 废水处理与水质监测 426

13.3.2 固体与生物固体处理 430

13.3.3 臭气处理与臭味控制 435

13.3.4 废水处理厂的噪声控制 437

13.3.5 废水处理厂的工艺自动控制简介 438

13.4 废水处理厂的能量消耗与提高能源效率的措施 439

13.4.1 能量消耗 439

13.4.2 提高能源效率的措施 440

复习思考题 442

参考文献 443