給排水專業(yè)的發(fā)展及未來的水處理技術(shù)胡真虎

給排水專業(yè)的發(fā)展及未來的水處理技術(shù)胡真虎合肥工業(yè)大學(xué)2015-12-25水的自然循環(huán)和社會(huì)循環(huán)水的自然循環(huán)水的社會(huì)循環(huán)城市給排水的發(fā)展歷程發(fā)展經(jīng)歷三個(gè)階段第一階段——20世紀(jì)50年代以前主要解決城市水量問題第二階段——20世紀(jì)50年代～20世紀(jì)末開始重視水質(zhì)問題第三階段——21世紀(jì)開始～以水質(zhì)為中心，水作為商品進(jìn)入市場(chǎng)，出現(xiàn)了水工業(yè)給排水專業(yè)歷史沿革概覽土木工程的專門化方向（給水工程、下水道工程等課程）歷史沿革5依附于土木工程，尚未獨(dú)立設(shè)置專業(yè)階段~1952年孕育著給水排水工程專業(yè)的雛形我國早期給水排水工程專業(yè)的基礎(chǔ)1231952年起在高等教育的學(xué)科專業(yè)體系中單獨(dú)設(shè)置了給水排水工程（哈工大、清華、同濟(jì)）歷史沿革6獨(dú)立設(shè)置專業(yè)，探索與成長階段1952-1965年至50年代末，全國九所院校設(shè)有給水排水工程本科專業(yè)，年招生400余人（哈爾濱工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、重慶建筑工程學(xué)院、湖南大學(xué)、天津大學(xué)、太原工學(xué)院、西安冶金建筑學(xué)院、蘭州鐵道學(xué)院）60年代初，開始培養(yǎng)碩士生，但十幾年間培養(yǎng)數(shù)量僅有20余人。123之前名稱：給水排水工程專業(yè)。歷史沿革

專業(yè)名稱變更與專業(yè)規(guī)范頒布實(shí)施教育部《高等教育本科專業(yè)》（2012）中更名為“給排水科學(xué)與工程（081003）”專業(yè)。2012年，《給排水科學(xué)與工程本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范》頒布實(shí)施。1301二月202391987年，在農(nóng)田水利工程專業(yè)基礎(chǔ)上成立給水排水工程專業(yè)；1988年，正式招收本科生；1996年，市政工程碩士點(diǎn)獲批；2011年，市政工程博士點(diǎn)獲批；給排水科學(xué)與工程專業(yè)具有市政工程博士點(diǎn)、市政工程、水力學(xué)及河流動(dòng)力學(xué)、建筑與土木工程等碩士學(xué)位授權(quán)點(diǎn)；

2012年，專業(yè)名稱更名為給排水科學(xué)與工程；2013年，通過住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部專業(yè)評(píng)估；在校本科生約350余人、研究生、留學(xué)生80余人。合肥工業(yè)大學(xué)給排水科學(xué)與工程專業(yè)發(fā)展未來的水處理技術(shù)01二月202310給水排水行業(yè)面臨的問題28行業(yè)面臨的問題水的安全輸配技術(shù)亟待提高飲用水安全問題突出用水效率低ImmenseVisualAppeal水環(huán)境污染嚴(yán)重水資源短缺發(fā)展趨勢(shì)。。。新工藝新技術(shù)經(jīng)濟(jì)高效的水污染控制非傳統(tǒng)水資源利用污水再生、雨洪儲(chǔ)蓄利用、海水淡化節(jié)水減排新技術(shù)建筑節(jié)水、消防安全、節(jié)水技術(shù)與裝置、循環(huán)循序和分質(zhì)利用飲用水安全保障提高水質(zhì)，安全輸配，保證安全01二月202313海綿城市建設(shè)城市地下綜合管廊01二月202314城市污水中的能源、資源1能耗：0.34度/m3，年耗電超過120億度，占全國能耗0.4％物耗：除磷藥劑10萬噸，脫水藥劑8000噸排碳：0.55kgCO2/m3，年排CO2近2000萬噸，=18億輛汽車總排放量現(xiàn)有污水處理工藝消耗大量外部能源和資源被動(dòng)污染減負(fù)處理污染物去除污染物減排達(dá)標(biāo)水排放-可持續(xù)的積極行動(dòng)有機(jī)碳回收礦物質(zhì)回收碳能源回收必須從污水中去除什么能夠從污水中回收什么能源資源能耗物耗以污染物完全礦化為主導(dǎo)以低能耗、物耗為前提的新工藝、技術(shù)、方法、設(shè)備理念轉(zhuǎn)換：污水是重要的可再生、可利用資源新思路產(chǎn)油/電商品碳源生物塑料內(nèi)部碳源磷回收氮回收硫回收污水中資源化的技術(shù)途徑能源礦物碳源污水資源化產(chǎn)甲烷1污水回用Sewagereuse地下水補(bǔ)給非直接注入方式地表引滲方式處理過的生活污水放在蓄水塘，經(jīng)過土壤入滲補(bǔ)助地下含水層，然后地下水再用水井抽出來作所謂的間接飲用，已有五十年以上的歷史美國OrangeCounty1污水回用Sewagereuse深度處理--微濾+反滲透+UV+雙氧水美國加州OrangeCounty21世紀(jì)污水廠1污水回用Sewagereuse海水淡化新加坡NEWater海水淡化廠1污水回用Sewagereuse綠色屋頂紐約2磷回收Phospaq技術(shù)荷蘭Olburgen污水廠Phosphorusrecovery3硫回收荷蘭PaquesSulphurrecovery4氮回收Nitrogenrecovery生物干化技術(shù)生產(chǎn)氮肥耗能是40-50MJ/kgN<現(xiàn)有的氮回收技術(shù)耗能50-100MJ/kgN生物堆肥高溫(80℃)水份蒸發(fā)

NH3硫酸硫酸氨肥料污泥肥料或焚化爐燃料干化熱能5有機(jī)物回收organicrecovery揮發(fā)性脂肪酸5有機(jī)物回收organicrecoveryPHA可以經(jīng)聚合形成不同的有機(jī)物，如可降解的塑料、造紙?zhí)砑觿?、禽畜或養(yǎng)魚飼料、甚至生物燃油從有機(jī)物中提取PHA可加工為塑料產(chǎn)品回收PHA的技術(shù)可行,但目前成本過高能源回收技術(shù)1協(xié)同厭氧Co-digestion不僅可以提高污泥厭氧消化效果，而且可以減少碳排放量奧地利Strass污水廠德國漢堡污水廠荷蘭Apeldoorn污水廠德國曼海姆污水廠已經(jīng)成為歐洲城市污水處理廠污泥處置的發(fā)展趨勢(shì)能源回收技術(shù)3污泥熱水解污泥厭氧消化預(yù)處理Thermalhydrolysis提高厭氧消化的產(chǎn)氣率提高污泥無害化的程度提高污泥的脫水效果顯著降低污泥臭味厭氧消化池的池容減小優(yōu)點(diǎn)Cambi公司的Cambi威立雅公司的ExelysSH+E公司的Lysotherm主要技術(shù)能源回收技術(shù)4氣化Gasification曼海姆污水處理廠太陽能電池模組安裝在2300m2濾池表面提供約238000kWh的太陽能電力滿足全廠1%的電力需求未來能量平衡計(jì)劃資源回收技術(shù)1氮回收Nitrogenrecoverykwh/m3污水中有機(jī)物的潛能1.9污水脫氮的能耗0.8污水中的能量含量加州Monterey污水廠加州Watsonville污水廠污水經(jīng)三級(jí)處理（沒有硝化、除磷）用于農(nóng)業(yè)灌溉加州Monterey污水廠污泥用于厭氧發(fā)酵，通過熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備回收能源，能補(bǔ)給該污水廠50%的能量消耗洋薊草莓資源回收技術(shù)2磷回收Phosphorusrecovery鳥糞石法回收磷的工藝已經(jīng)成熟PHOSNIX工藝AirPrex工藝Ostara工藝德國Lingen污水廠丹麥EjbyMolle污水廠鳥糞石結(jié)垢后易堵塞管道解決消化池管線的堵塞問題回收污水中的磷提高污泥的脫水效果降低污泥脫水的藥劑消耗污水處理廠的能耗

存在時(shí)間長

傳質(zhì)效率高

比表面積大曝氣系統(tǒng)的改進(jìn)--納米氣泡曝氣解決思路可考慮取部分出水經(jīng)膜濾后對(duì)其充氧，然后再與待處理污水混合，以達(dá)到給污水充氧的目的潛在問題：曝氣系統(tǒng)堵塞充氧效率的提高精確曝氣精準(zhǔn)曝氣污水中有機(jī)碳的生物富集技術(shù)存在問題處理效果有限（介于一級(jí)和二級(jí)處理之間）對(duì)溶解性有機(jī)物去除效果較差，TCOD：60~80%，SCOD：30~40%二沉池COD脫附回溶進(jìn)水出水回流剩余污泥再生池二沉池吸附池污泥對(duì)有機(jī)物的吸附過程污水生物脫氮脫氮方法不斷涌現(xiàn)同時(shí)硝化-反硝化短程硝化-反硝化厭氧氨氧化反硝化除磷……….反硝化脫氮甲醇反硝化硝化-亞硝化污水脫氮是近40年來環(huán)境工程界最活躍的研究領(lǐng)域Anammox的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用20世紀(jì)80年代末--90年代初，Deflt理工大學(xué)Kuenen教授指導(dǎo)的學(xué)生Mulder在運(yùn)行一個(gè)三級(jí)反應(yīng)器系統(tǒng)時(shí)，觀察到第二級(jí)流化床反應(yīng)器中氮“不明去向”的大量消失。他結(jié)合1977年奧地利理論化學(xué)家Broda的化學(xué)熱力學(xué)預(yù)測(cè)，在國際上首次發(fā)現(xiàn)了anammox（厭氧氨氧化）現(xiàn)象由Jetten為主進(jìn)行基礎(chǔ)研究，在頂尖刊物上發(fā)表大量學(xué)術(shù)論文由vanLoosdrecht拓展到工程應(yīng)用領(lǐng)域SmeuldersMJ,etal.(2011)

Nature478(7369):412-416.KartalB,etal.,(2011)

Nature

479(7371):127-130.EttwigKF,etal.(2010)

Nature464:543-548.PolA,etal.(2007)

Nature450:874-878.RaghoebarsingAA,etal.(2006)Nature440:918-921.RisgaardN,etal.(2006)

Nature443:93-96.StrousM,etal.,(2006)

Nature440:790-794.RaghoebarsingAA,etal.(2005)

Nature436:1153-1156.KuypersMMM,etal.(2003)

Nature422:608-611.Sinningheetal.(2002)

Nature419:708-712.StrousM,etal.(1999

Nature

400:446-449.

厭氧氨氧化顆粒污泥好氧顆粒污泥厭氧顆粒污泥借助厭氧、好氧和厭氧氨氧化污泥顆?；夹g(shù)的進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)主工藝厭氧氨氧化低溫下厭氧氨氧化菌生長慢問題的解決生長速率慢；溫度35℃時(shí)，10-12d低溫條件下，硝化菌群生長速率高于亞硝化菌群，難以去除硝化菌群亞硝化菌好氧顆粒污泥技術(shù)目前普遍認(rèn)定：污泥平均粒徑大于0.2mm即為好氧顆粒污泥Morgenroth+Wilderer,TechnicalUniversityofMunich,德國彭黨聰+Moletta,LaboratoiredeBiotechnologiedel‘Environnement,法國

vanLoosdrecht,DelftUniversityofTechnology,荷蘭鄭俊華+劉雨,NanyangTechnological

University,新加坡中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)室,中國與絮體相比，微生物顆粒在比重、粒徑大小、沉降速度等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，并提高了降解污染物的能力絮體顆粒粒徑(mm)<0.10.5-5.0SVI(ml/g)70-15020-80沉降速率(m/h)2.8-7.630-70比重1.0011.004-1.061脫氫酶活性(mgTF/gSS/h)10-12.515-20微生物顆粒與絮體的比較節(jié)約占地和投資提高系統(tǒng)效率出水水質(zhì)好提高固液分離效率密實(shí)的結(jié)構(gòu)良好的沉降性能高生物截留能力抗沖擊能力強(qiáng)比重顯著增加大小增大5-50倍沉降速度生物活性1-2倍增加10倍無沉淀池，占地只有傳統(tǒng)污水廠的四分之一無需污泥回流，能耗僅是傳統(tǒng)工藝的70%MLSS濃度達(dá)8,000mg/L好氧微生物顆粒處理城市污水示范工程合肥經(jīng)開區(qū)污水處理廠合肥朱磚井污水處理廠荷蘭Garmerwolde污水廠厭氧高溫氧化生物質(zhì)厭氧消化系統(tǒng)Schwaigern生物質(zhì)厭氧消化系統(tǒng)瑞典馬爾默污水廠污泥中溫高固厭氧消化1展望Outlook1展望Outlook甲烷燃料電池污水源熱泵太陽能污水處理廠的仿真、優(yōu)化和調(diào)控發(fā)展污水處理復(fù)雜過程的模擬、仿真、優(yōu)化、調(diào)控技術(shù)展望Outlook1怎么過好大學(xué)四年01二月202345大學(xué)一年級(jí)Freshman大學(xué)二年級(jí)Sophomore大學(xué)三年級(jí)Junior大學(xué)四年級(jí)Senior《彷徨》？《吶喊》？《傷逝》？《朝花夕拾》？有目標(biāo)，才有動(dòng)力，追求目標(biāo)的過程才不會(huì)迷茫哈佛大學(xué)有一個(gè)非常著名的關(guān)于目標(biāo)對(duì)人生影響的跟蹤調(diào)查。對(duì)象是一群智力、學(xué)歷、環(huán)境等條件都差不多的年輕人，調(diào)查結(jié)果如下：25年后再來看被調(diào)查的人３％有清晰且長遠(yuǎn)目標(biāo)的人：25年來幾乎都不曾更改過自己的人生目標(biāo)。他們都朝著同一個(gè)方向不懈地努力，現(xiàn)在，他們幾乎都成了社會(huì)各界的頂尖成功人士，他們當(dāng)中不乏白手創(chuàng)業(yè)者、行業(yè)領(lǐng)袖、社會(huì)精英。

１０％有清晰但短期目標(biāo)的人：大都生活在社會(huì)的中上層。他們的共同特點(diǎn)是，那些短期目標(biāo)不斷被達(dá)成，生活狀