Wastewater Engineering:Treatment and Reuse

第1章 废水工程概论1

1-1 专有名词3

1-2 规定对废水工程的影响4

1-3 废水治理中，健康和环境的关系5

1-4 废水的特性7

改善分析技术7

改善废水特性描述的重要性8

1-5 废水处理8

处理方法8

现状9

新方向和新思虑10

废水处理的未来趋势13

1-6 废水的再生与回用14

现状14

新方向和新思虑14

技术的未来趋势14

1-7 生物固体及废渣治理15

现状15

新的方向和思虑15

生物固体处理的未来趋势16

. 参考文献16

第2章 废水中的组分18

2-1 废水组分20

废水中可见到的组分20

涉及废水处理的组分21

2-2 采样和分析程序22

采样22

分析方法23

物理和化学参数的测量单位24

几个有关的化学关系式25

2-3 物理特性29

固体29

颗粒大小的分布33

浊度35

色度36

吸收／透射率36

温度37

电导率39

密度、相对密度和重度39

2-4 无机非金属组分40

ph40

氯化物41

碱度41

氮41

磷44

硫44

气体45

气味49

2-5 金属组分53

金属的重要性53

金属的来源54

采样和分析方法54

在一般排放的出水中对金属的限制55

2-6 聚集的有机组分55

有机物的测量56

生化需氧量(bod)56

总化学需氧量和可溶性化学需氧量(cod和scod)64

总有机碳和溶解有机碳(toc和dtoc)65

紫外线吸收的有机组分66

理论需氧量(thod)67

bod、cod和toc之间的关系67

油和脂68

表面活性剂69

2-7 单个有机化合物69

重点污染物69

单个有机化合物的分析70

挥发性有机化合物(vocs)71

消毒的副产物71

农药和农用化学药剂71

新出现的有机化合物71

2-8 生物特性73

地表水和废水中的微生物73

病原生物76

生物指示物的作用80

细菌的计数与鉴别83

病毒的计数与鉴别89

聚合酶的链反应(pcr)91

微生物分类方法的发展91

新的和再次出现的微生物91

2-9 毒性试验92

毒性术语93

毒性试验93

毒性试验结果的分析94

毒性试验结果的应用95

毒性成分的鉴定96

思考题98

参考文献104

第3章 废水流量与组分负荷的分析及选择108

3-1 废水流的组分109

3-2 废水的来源及流量109

生活污水的来源及流量109

减少室内用水和废水流量的对策113

发展中国家的用水量114

工业(非生活)废水的来源及流量115

渗流和流入115

废水收集系统的渗漏118

合流制收集系统的流量119

3-3 废水流量、组分浓度和质量负荷的统计分析120

常用统计参数120

数据的图解分析方法121

3-4 废水流量数据的分析126

术语定义126

废水流量的变化126

废水流量系数127

3-5 废水组分质量负荷数据分析127

废水组分的浓度128

组分浓度的变化132

流量-组分加权平均浓度135

质量负荷的计算137

质量负荷变化对处理厂操作性能的影响139

3-6 废水设计流量和质量负荷的选择140

设计流量141

设计质量负荷145

思考题145

参考文献150

第4章 过程分析与选择导则152

4-1 废水处理反应器155

反应器型式155

反应器的应用156

反应器的水力特性157

4-2 物料衡算分析158

物料衡算原理158

物料衡算的准备159

物料衡算分析的应用160

稳态的简化161

4-3 反应器中的模拟理想流动161

完全混合反应器中的理想流动161

平推流反应器中的理想流动162

4-4 用示踪剂分析反应器中的非理想流动164

导致反应器中非理想流动的因素164

示踪剂分析的必要性165

示踪剂的类型165

示踪剂试验的方法166

示踪剂响应曲线的分析167

示踪剂测量结果的经验判断173

4-5 反应器中模拟的非理想流动175

分子扩散、湍流扩散和分散之间的区别175

带轴向分散的平推流反应器176

串联完全混合反应器180

4-6 反应、反应速率和反应速率常数183

反应类型183

反应速率184

反应级数185

速率表达式的类型185

用于环境模拟的速率表达式186

温度对反应速率常数的影响188

反应速率常数的分析188

4-7 模拟处理过程动力学191

带有反应的间歇反应器192

带有反应的全混反应器192

带有反应的串联完全混合反应器193

带有反应的理想平推流反应器195

带有反应的完全混合反应器和平推流反应器的比较196

带有延迟反应的理想平推流反应器197

带有轴向分散和反应的平推流反应器199

其他反应器的流态和反应器的组合201

4-8 有质量传递的处理过程202

传质的基本原理202

气-液间的传质203

液-固间的传质209

4-9 过程选择导则212

过程选择的重要因素212

以反应动力学为基础的过程选择213

以传质为基础的过程选择214

以负荷标准为基础的过程设计214

实验室试验和中间试验214

过程选择中可靠性的考虑216

思考题216

参考文献220

第5章 物理处理单元操作222

5-1 筛滤225

筛网的类型225

粗筛（格栅）226

细筛230

微筛234

筛余物的特性和数量235

5-2 粗固体的缩减量237

粉碎机237

破碎机237

磨碎机238

设计需要考虑的事项238

5-3 调节流量239

论述与应用239

设计需要考虑的事项240

5-4 混合和絮凝246

废水处理中的连续快速混合247

废水处理中的连续混合247

混合和絮凝的能量消耗248

混合时间250

废水处理中快速混合所用的混合器类型250

废水处理中絮凝所用的混合器类型256

废水处理中连续混合所用的混合器类型258

混合技术的新发展259

5-5 重力分离理论259

论述260

颗粒沉降理论260

离散颗粒沉降264

絮状颗粒沉降267

斜板和斜管沉降268

受阻沉降（区域沉降）271

压缩沉降275

加速流场中的重力分离275

5-6 除砂276

沉砂池的类型276

平流沉砂池276

曝气沉砂池277

涡流沉砂池282

固体（污泥）除砂283

砂粒的特性、数量、处理和处置284

5-7 初次沉淀285

论述285

沉淀池性能290

设计需要考虑的事项293

固体（污泥）和浮渣的特性及数量295

5-8 高速澄清296

加速颗粒絮凝296

压载颗粒絮凝和沉淀的分析296

工艺应用298

5-9 用于合流制废水和雨水的大型旋流和涡流分离器300

5-10 浮选301

论述301

溶气浮选系统设计需要考虑的事项303

5-11 传氧306

论述306

传氧系数的评定306

5-12 曝气系统309

曝气系统的类型310

扩散空气曝气310

机械曝气器320

曝气系统中混合需要的能量323

高纯氧的产生和溶解323

后曝气326

5-13 曝气去除挥发性有机化合物（vocs) 329

vocs的排放329

vocs的传质速率329

表面和扩散空气曝气过程中的vocs的传质331

vocs的控制方法334

思考题337

参考文献340

第6章 化学单元过程343

6-1 化学单元过程在废水处理中的作用345

化学单元过程的应用345

采用化学单元过程需考虑的事项346

6-2 化学混凝基本原理346

基本定义347

废水中颗粒的特性347

表面电荷的形成与测量348

颗粒-颗粒间的相互作用349

用电位确定离子和电解质使颗粒脱稳350

用聚电解质使颗粒脱稳、聚集351

用水解金属离子使颗粒脱稳并去除352

6-3 化学沉淀对提高装置性能的作用356

废水沉淀作用中的化学反应357

提高悬浮固体在初次沉淀阶段的去除效果359

单独的物理-化学处理359

化学沉淀污泥量的计算360

6-4 化学沉淀除磷362

磷酸盐沉淀的化学362

除磷的对策364

用金属盐和聚合物除磷364

用石灰除磷366

出水的过滤除磷368

化学除磷过程的比较368

磷沉淀的污泥量计算369

6-5 化学沉淀法去除重金属和溶解无机盐371

沉淀反应371

与磷的共沉淀373

6-6 化学氧化374

化学氧化的基本原理374

应用377

bod和cod的化学氧化378

氨的化学氧化378

6-7 化学中和、垢的控制和稳定380

ph的调节380

对结垢可能性的分析381

结垢的控制384

稳定处理384

6-8 化学药剂的贮存、加药、管道和控制系统385

化学药剂的贮存和装卸385

干式化学药剂加药系统386

液体化学药剂加药系统389

气体化学药剂加药系统390

化学药剂的初期混合390

思考题392

参考文献392

第7章 废水生物处理基础394

7-1 废水生物处理概述397

生物处理的目标397

一些有用的定义397

微生物在废水处理中的作用397

废水生物处理工艺的类型399

7-2 微生物的组成及分类402

细胞结构402

细胞成分404

环境因素405

微生物的鉴定与分类405

分子工具的使用407

7-3 微生物的新陈代谢408

微生物生长的碳源和能源409

营养与生长因子的要求409

7-4 细菌生长和动力学410

细菌繁殖410

间歇式反应器中细菌的生长模式410

细菌生长和生物体产量411

生物体生长的计量411

生物体产量及需氧量的化学计算411

由生物能学估算生物体产量414

生物反应的化学计算419

不同生长条件下生物体的合成产量420

观测产量与合成产量420

7-5 微生物生长动力学421

微生物生长动力学术语421

可溶性基质的利用速率421

可溶性基质利用速率的其他表达式422

可生物降解颗粒有机物产生可溶性基质的速率423

利用可溶性基质的生物体生长速率423

基质利用和生物体生长动力学系数424

氧的吸收速率424

温度的影响424

总挥发性悬浮固体与活性生物体425

净生物体产量与观测固体产量425

7-6 悬浮生长处理工艺模型427

悬浮生长处理工艺描述427

生物体物料平衡427

基质物料平衡429

混合液固体浓度与固体产量430

观测产量431

需氧量432

设计和操作的参数434

工艺性能及稳定性435

平推流式反应器模型436

7-7 附着生长处理工艺中基质的去除437

生物膜基质通量438

生物膜的基质物料平衡439

基质通量限制440

7-8 好氧生物氧化441

工艺描述441

微生物学441

好氧生物氧化的化学计算442

生长动力学443

环境因素443

7-9 生物硝化443

工艺描述444

微生物学444

生物硝化反应的化学计量445

生长动力学446

环境因素447

7-10 生物脱氮448

工艺描述448

微生物学449

生物脱氮的化学计算450

生长动力学452

环境因素453

7-11 生物除磷454

工艺描述454

微生物学455

生物除磷的化学计算456

生长动力学457

环境因素457

7-12 厌氧发酵及厌氧氧化458

工艺描述459

微生物学460

厌氧发酵及氧化过程的化学计算461

生长动力学462

环境因素462

7-13 难处理毒性有机化合物的生物去除463

生物处理方法的演变463

厌氧降解464

好氧生物降解464

非生物损失465

生物损失与非生物损失的模型化466

7-14 重金属的生物去除468

思考题469

参考文献476

第8章 悬浮生长生物处理过程480

8-1 活性污泥法导论482

历史发展进程482

基本过程介绍482

活性污泥法的演变483

近期的过程发展484

8-2 废水特性表征485

过程设计的关键废水组分486

废水特性表征的计量方法489

回流和负荷492

8-3 过程分析及控制的基础493

过程设计需要考虑的事项493

过程控制501

操作问题505

活性污泥选择池过程509

8-4 bod去除及硝化过程511

过程设计需要考虑的事项512

完全混合活性污泥过程513

序批法524

阶段式活性污泥法533

bod去除及硝化的比较过程536

过程设计参数542

过程选择需要考虑的事项543

8-5 生物除氮过程544

生物除氮过程综述544

单污泥生物除氮过程544

过程设计需要考虑的事项546

缺氧／好氧过程设计551

阶段进水缺氧／好氧过程设计555

间歇曝气过程设计562

后缺氧内源反硝化565

序批式反应池过程分析565

有外来碳源的后缺氧反硝化568

厌氧消化回流液的除氮570

生物除氮过程的比较做法571

过程设计参数576

过程选择需要考虑的事项576

8-6 生物除磷法578

生物除磷过程578

过程设计需要考虑的事项580

过程控制581

固体分离设施582

改进生物除磷系统除磷效率的方法582

生物除磷过程性能583

生物除磷的比较过程585

过程设计参数588

过程选择需要考虑的事项588

8-7 活性污泥过程物理设施的选择和设计589

曝气系统589

曝气池及其附属设施589

固体分离592

固体分离设施的设计601

8-8 悬浮生长曝气塘607

悬浮生长曝气塘的类型607

穿流塘的过程设计需要考虑的事项608

双能源穿流塘系统615

8-9 带膜分离的生物处理616

膜生物反应器综述616

过程说明616

膜污染控制618

过程能力618

8-10 模拟设计模型619

模型矩阵格式、分量和反应621

模型应用622

思考题623

参考文献633

第9章 附着生长生物处理工艺和联合的生物处理工艺638

9-1 历史过程639

附着生长工艺的演变过程639

传质极限640

9-2 生物滤池640

生物滤池的分类及其应用642

机械结构设施的设计645

工艺设计需要考虑的事项655

硝化的设计665

9-3 生物转盘670

工艺设计需要考虑的事项672

生物转盘工艺的机械结构设施674

生物转盘工艺的设计675

9-4 联合的好氧处理工艺678

生物滤池-固定接触（联合处理工艺）和生物滤池-活性污泥联合处理工艺678

活性生物滤池工艺和生物滤池-活性污泥联合处理工艺680

生物滤池-活性污泥法串联处理工艺681

生物滤池-活性污泥法联合处理工艺系统设计需要考虑的事项682

9-5 有固定膜填料的活性污泥工艺687

池内有悬浮填料供附着生长用的工艺687

池内有固定填料供附着生长用的工艺690

9-6 淹没式附着生长工艺691

降流淹没式附着生长工艺692

升流淹没式附着生长工艺692

流化床生物反应器（fbbr) 694

9-7 附着生长脱氮工艺695

降流式填充床后缺氧脱氮工艺695

升流式填充床后缺氧脱氮反应器699

后缺氧脱氮用的流化床反应器699

淹没式生物转盘700

附着生长预缺氧脱氮工艺700

思考题701

参考文献706

第10章 厌氧悬浮和附着生长生物处理工艺710

10-1 厌氧处理的基本原理711

厌氧处理工艺的优点711

厌氧处理工艺的缺点712

总的评价712

10-2 厌氧处理工艺设计一般需考虑的事项713

废水特性713

固体停留时间716

预期甲烷气产量716

需要的处理效率717

硫化物产物718

氨的毒性719

液-固分离720

10-3 厌氧悬浮生长工艺720

完全混合工艺720

厌氧接触工艺721

厌氧序批式反应器721

厌氧悬浮生长工艺的设计722

10-4 厌氧污泥层工艺726

升流式污泥层反应器工艺726

uasb工艺设计需要考虑的事项728

厌氧隔板反应器735

厌氧移动层反应器736

10-5 附着生长厌氧工艺736

升流式填充床附着生长反应器737

升流式附着生长厌氧膨胀床反应器738

附着生长厌氧流化床反应器738

降流式附着生长工艺740

10-6 其他厌氧处理工艺740

加盖厌氧塘工艺740

膜分离厌氧处理工艺742

思考题743

参考文献746

第11章 废水高级处理749

11-1 废水高级处理的必要性 751

11-2 废水高级处理技术751

处理后废水中的残余组分752

技术分类752

有机及无机胶体物和悬浮固体的去除754

溶解有机组分的去除755

溶解无机组分的去除755

生物组分的去除755

工艺选择及性能数据 755

11-3 深床过滤755

过滤过程的描述756

过滤器水力学 760

过滤过程分析765

11-4 深床过滤器选型及设计773

实用过滤技术 774

不同类型过滤技术的工艺性能 781

与处理设施设计及操作有关的问题 782

过滤器进水的重要特性782

过滤技术的选择783

滤床特性785

过滤器的流量控制 788

过滤器反洗系统 789

过滤器的辅助设施 791

过滤器常用仪表及控制系统 793

二级出水加药过滤793

过滤器运行中常见的问题 794

中间试验研究的必要性795

11-5 表面过滤 796

转盘过滤器j796

滤布转盘过滤器j797

性能特征799

11-6 膜过滤工艺 799

膜工艺术语800

膜工艺分类801

膜的构型802

膜工艺的操作805

膜的污染 809

膜的应用812

电渗析818

膜法中间试验应用研究 821

浓缩废水的处置 822

11-7 吸附823

吸附剂的种类824

吸附的理论基础824

活性炭吸附动力学 829

活性炭处理工艺的应用 831

颗粒活性炭接触器的分析与设计 833

小型活性炭柱实验 836

粉末活性炭接触器的分析与设计 838

活性污泥与粉末活性炭处理839

11-8 汽提 840

汽提分析840

汽提塔的设计849

汽提工艺的应用852

11-9 离子交换854

离子交换材料855

典型的离子交换反应855

离子交换树脂的交换容量856

离子交换化学857

离子交换的应用860

操作865

11-10 高级氧化工艺865

高级氧化理论865

用于生产游离羟基（ho·）的技术866

高级氧化工艺的应用868

高级氧化工艺的操作问题869

11-11 蒸馏869

蒸馏工艺技术869

废水回收工艺性能的预期871

蒸馏工艺操作问题871

浓缩废物的处置871

思考题 871

参考文献877

第12章 消毒过程881

12-1 废水消毒的法规要求883

12-2 消毒理论883

理想消毒剂的特性883

消毒方法和手段883

消毒剂的机理885

影响消毒剂作用的因素885

12-3 氯消毒891

氯化物特性891

氯化物化学893

氯的折点反应895

消毒过程变数的计量和报道898

氯及各种氯化物的杀菌效率898

影响氯消毒效率的因素900

氯消毒过程的模拟903

c璻t概念的述评905

消毒所需的加氯剂量906

消毒副产物的形成和控制907

环境影响909

12-4 二氧化氯消毒910

二氧化氯的特性910

二氧化氯化学910

二氧化氯作为消毒剂的有效性911

副产物的形成和控制911

环境影响911

12-5 脱氯911

脱氯的需要912

对用氯和氯化物处理的废水进行脱氯912

用二氧化硫脱二氧化氯913

12-6 加氯和脱氯设施的设计914

加氯设施尺寸计算914

投药流程图916

剂量控制918

注入及初始搅拌918

氯接触池设计919

余氯计量927

贮氯设施927

氯的防护设施928

脱氯设施928

12-7 臭氧消毒929

臭氧性质929

臭氧化学930

臭氧消毒系统的组成930

臭氧作为消毒剂的有效性932

臭氧消毒过程的模型932

臭氧消毒所需剂量934

副产物的形成和控制934

应用臭氧的环境影响935

应用臭氧的其他好处935

12-8 其他化学消毒法935

过乙酸935

臭氧／过氧化氢(过氧化酮)936

综合化学消毒过程936

12-9 紫外（uv）照射消毒937

uv照射的光源937

uv消毒系统的组成和布置939

uv照射杀菌的有效性941

uv消毒过程的模拟945

uv剂量的估算946

uv消毒指南950

uv消毒系统的选定和规格计算955

uv消毒系统的故障排除957

uv照射消毒的环境影响959

12-10 各种消毒技术的比较960

杀菌有效性960

优点和缺点960

思考题961

参考文献966

第13章 水的回用970

13-1 废水的再生与回用：引言972

术语的定义972

水的循环在水文循环中的作用973

历史观点973

废水回用的应用975

水回用的必要性978

13-2 水回用的公共卫生与环境问题979

再生水中的组分979

公共卫生问题980

环境问题980

水回用指南在美国的演变980

其他国家的水再生准则985

需要处理到什么程度？985

13-3 风险评估的介绍986

风险评估986

风险管理990

生态风险评估990

水回用的风险评估991

水回用风险评估的不足992

13-4 水再生技术993

组分去除技术993

水再生的传统废水处理过程流程图993

废水高级处理过程流程图996

对再生水过程性能的期望998

处理过程组合性能的预测1001

处理过程的可靠性1003

13-5 再生水的贮存1003

贮存的必要性1003

符合排放的水质要求1004

蓄水库的运行1005

再生水贮存的问题1007

敞开式和封闭式水库的管理对策1008

13-6 农业和景观的灌溉1010

对灌溉水水质的评价1010

其他问题1016

13-7 工业水的回用1018

工业水的利用1018

冷却塔补充水1018

冷却塔中水和盐的平衡1019

冷却塔系统中常见的水质问题1021

13-8 用再生水回灌地下水1024

地下水回灌的方法1025

地下水回灌的预处理要求1027

地下水污染物的最终结局1028

地下水回灌指南1029

13-9 有计划的间接和直接回用于饮用水1031

有计划的间接回用于饮用水1031

有计划的直接回用于饮用水1031

有计划的饮用水回用准则1032

水回用的最终目标是什么?1032

13-10 废水再生和回用的策划1032

策划的基础1033

市场评估1033

金融分析1034

其他的策划因素1034

策划报告1035

13-11 水回用问题的结论1035

思考题1036

参考文献1038

第14章 固体和生物固体的处理,回用和处置1041

14-1 固体的来源、特性和数量1045

来源1045

特性1046

数量1048

14-2 美国对固体回用和处置的规定1051

土地应用1052

地表处置1052

减少病原体和吸引媒介动物1052

焚烧1054

14-3 固体处理流程1054

14-4 污泥和浮渣提升1056

泵1056

确定压头损失1061

污泥管路1066

14-5 初步操作1066

粉碎1067

筛分1067

除杂粒1067

混合1068

贮存1069

14-6 浓缩1071

应用1071

浓缩设备的论述和设计1071

14-7 稳定的介绍1079

14-8 碱性稳定1080

石灰稳定的化学反应1080

产生热量1081

碱性稳定过程的应用1081

14-9 厌氧消化1084

过程基础1084

中温厌氧消化过程的论述1085

中温厌氧消化的过程设计1087

池体设计和搅拌系统的选择1091

提高固体负荷和消化池效能的方法1096

气体的产量，收集和利用1096

消化池加热1098

高温厌氧消化池1102

两阶段厌氧消化1102

14-10 好氧消化1104

过程概述1104

传统空气好氧消化1105

双重消化1110

自热高温好氧消化(atad)1110

高纯氧消化1113

14-11 堆肥1113

过程微生物学1114

过程概述1114

设计需要考虑的事项1116

与城市固体废物合并堆肥1119

公共卫生和环境论点1119

14-12 调理1120

化学调理1120

其他调理方法1121

14-13 脱水1122

离心分离1123

带式压滤机1126

压滤机1127

污泥干化场1130

芦苇场1136

贮泥池1137

14-14 加热干化1137

传热方法1137

过程概述1138

产物特性1141

产物运输和贮存1141

防火和防爆1142

空气污染和控制气味1142

14-15 焚烧1142

完全燃烧的基本观点1143

多层床焚烧1144

流化床焚烧1146

与城市固体废物共同焚烧1147

空气污染控制1147

14-16 固体物料平衡1147

固体物料平衡的编制1147

固体处理装置的效能数据1148

回流和负荷的影响1149

14-17 生物固体用于土地1159

场地评价和选择1159

美国环保局对生物固体有效利用和处置的条例1160

设计负荷率1162

应用方法1165

应用于专用土地1166

填埋1167

14-18 生物固体的运输和贮存1168

运输方法1168

贮存1168

思考题1169

参考文献1173

第15章 有关处理厂运行的若干问题1176

15-1 处理厂运行挖潜的需要1177

满足当前和将来的需求1177

满足更加严格的排放要求1177

废水处理厂的排放限值1178

15-2 处理过程的可靠性和设计值的选择1178

废水处理的变异性1178

为满足排放限值而选择的过程设计参数1181

组合过程的运行1185

输入输出数据的推导1187

15-3 除臭1187

臭气类型1187

臭气来源1188

废水处理设施排出臭气的运动1190

除臭对策1190

臭气处理方法1195

除臭设施的选择和设计1199

化学洗涤器设计需要考虑的事项1200

除臭生物滤池的设计需要考虑的事项1201

15-4 过程自动控制的介绍1206

过程的扰动1206

废水处理厂的控制系统1207

控制算法1209

过程控制图解1216

自动控制系统单元的描述1216

15-5 废水处理的能效1223

废水处理中用电综述1223

增进能效的措施1225

15-6 废水处理厂性能的挖潜1226

过程优化1227

现有废水处理设施的挖潜1229

15-7 新建废水处理厂设计需要重点考虑的事项1234

液流的过程设计需要考虑的事项1235

固体加工过程设计需要考虑的事项1235

除臭1236

思考题1236

参考文献1238

附录a 换算系数1241

附录b 部分气体的物理特性和空气组分1247

附录c 水的物理特性1249

附录d 水的溶解氧浓度是含盐量和大气压的函数1251

附录e mpn表及其应用1254

附录f 碳酸盐平衡1257

附录g 管道内流量分析摩台图1260