作者：陈鸣钊、冯骞、夏敏 等著
出版社：化学工业出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
水环境治理前瞻性探论试读：
前言
前瞻性探论，顾名思义，必须有超前的探讨、必须是当前研究领域内没有发现的、先进的、有坚实理论基础的。2006年12月22日，江苏省副省长率省政府办公厅、环保厅、建设厅、水利厅、科技厅等部门负责人来到河海大学，就如何对水环境问题开展综合治理，早日实现绿色江苏、生态江苏的发展目标，与学校有关专家进行了交流。笔者向副省长详细介绍了历经10余年潜心研究、积极推广的“污水处理势能增氧生态床法”科研成果。
汇报和交流会后，副省长一行驱车来到在秦淮河建立的污水处理示范现场，实地考察了笔者的研究成果，并在现场召开办公会，指示有关部门对该科研成果认真研究，从资金和推广等方面给予支持。
2007年4月21日，江苏省科技厅在南京组织并主持召开了“势能增氧生态床”项目的科技成果鉴定会。鉴定委员会主任为南京林业大学张齐生院士，委员来自南京大学、东南大学、中国环境科学研究院、中国水利水电科学研究院、淮河流域水环境监测中心和江苏省环境科学研究院。专家们听取了项目组汇报，实地察看了示范工程和实体模型，仔细审阅了有关资料，并进行了认真质疑和讨论。鉴定委员会认为：该课题经长期研究和改进，将水利科学和环境科学有机融合，开发成功“势能增氧生态床（势能增氧生物膜滤床）”新工艺，这是一种利用可用势能或水泵提升形成的势能、通过虹吸排水并产生水位变化进行大气复氧的水处理方法。该技术节能效果明显，符合循环经济理念，有很好的应用前景和现实意义。其主要创新点是：①利用势能，通过虹吸管的虹吸作用及其产生的滤床水位变化实现水和生物膜的大气复氧；②增氧生态床多为多层浅层结构，其填料分布合理、不易堵塞、运行可靠、操作简便、能耗低。鉴定委员会一致认为该成果富有创新性，总体达到国际先进水平。该技术已在南京腊梅食品厂、上海市东南模板厂、北京陶然亭公园等多项工程中应用，取得了良好的环境和经济效益，鉴定委员会建议进一步加快该成果的推广应用。
笔者期盼将鉴定为具有先进水平的科技成果——势能增氧生态床工艺进一步推广，这是一个前瞻性的、与当前国内外方法不同的工艺，特别是它直接运行费用比常规方法要节省2/3～3/4。推广开来，工厂、企业、江河湖海的污水都能够变清，是可以造福百姓的好事。
进入21世纪后，我国污水处理的主要方向已由高浓度工业废水转向城市生活污水，投资的重心已由工业点污染源谁污染谁处理转向由政府投资治理城市生活污水。因而21世纪将成为我国城市生活污水处理的世纪。
当前水环境治理常规采用的处理工艺有活性污泥法、氧化沟法、SBR法、A-B法等，都是成熟的工艺。这些工艺处理城市生活污水（达到污水综合排放一级标准时COD<100mg/L）的造价为1500～2000元/t，运行费用为0.8～1.4元/t。污水处理厂的运行已经成为政府的沉重负担，据估计有30％以上的污水处理厂因缺乏资金运转而停运或闲置。
我国是水资源严重短缺的国家之一，河流、湖泊和水库污染造成的经济损失约为国民生产总值的1.5％～3％。水污染防治已成为国民经济可持续发展的关键保障。
中国共产党十八大提出到2021年，要达到全国、全民小康的宏伟目标。改善生态环境，修复污染水体，恢复优美的自然景观，已成为社会经济发展的迫切需要和建设小康社会、和谐社会的重要内容。
当今世界应用生态技术治污已成为全新的理念。寻找符合生态原理、先进实用、造价低廉的技术成为各国竞相研究的热点，这对生物生态方法修复污染水体技术开发提出了迫切要求。从理论上讲“水体的自净能力恢复”应该是在水体的大气复氧率大于有机污染物的耗氧率后。根据Streeter-Phelps的耦合模型推算，水中的有机物降解到COD=25mg/L左右，才有可能使氧垂曲线转正，恢复水体的自净能力。所以处理水质目标应该是达到地表水Ⅲ类（COD=20mg/L）标准。若要求处理污水达到地表水Ⅲ类（COD=20mg/L）标准，运行费用增加，必将成为政府更加沉重的负担。
因此，我们撰写了这本《水环境治理前瞻性探论》书籍，给广大从事水污染治理的科研人员、技术人员，高等院校相关专业师生借鉴。
本书介绍了科技成果“势能增氧生态床”的研制、工程实例（鉴定以后至今的）以及科研思路和今后发展。
第1章为八面取经，第2章为八代研究，第3章为科研思路，第4章为当今状况和今后方向，第5章为生产应用领域。紧接前言之后应用了“开卷看绩效”，将一个一个的研究成果和工程实例应用实测的照片，直观、形象、真实地展现前瞻性成果，为后面的章节进行铺垫。
在本书出版之际，特向为本书做出贡献的所有人员表示感谢。由于作者水平有限，书中疏漏之处，敬请广大读者批评指正。陈鸣钊2016年8月于南京开卷看绩效2006年以前成果2006年和鉴定以后成果1 八面取经
马克思说：“只有在那崎岖的小路上，不畏艰险奋勇攀登的人，才有希望达到光辉的顶点。”一个水环境治理前瞻性成果的成功，需要多方面探讨研究。必须对环境学科领域认真学习、深入探讨、融会贯通、不断地提炼，去粗取精，不断地试验和实践；必须认真学习与环境学科有关的、与其相通的学科，寻找出对于环境学科有用的知识；必须处处有心积累多方面知识，有时看来与环境学科毫不相干的方法，到后来有可能成为有用的知识。例如，报废的495柴油机变成了“浮动生物滤清器”的心脏。水环境治理前瞻性成果是从八个方面吸取经验的结果。1.1 污水处理与水利学科相结合
任何一种污水处理工艺都与水流发生联系，污水进入任何一种处理工艺流程或设备，水流总是在各种处理设备中流动，发生各种反应变化后，将清水（或达标水）排出。研究污水的流动特性对于提高污水处理环节的处理效率是有益的。
本书将对此进行探讨，并介绍科技成果“势能增氧生态床”是在哪些方面将污水生物处理工艺与水利科学相结合而得到的最新产品。1.1.1 平流紊动扩散理论的应用
研究污水处理处处都要与污水打交道。无论哪一种污水处理方法都必须将污水引进污水处理工艺流程或设备，经过处理后的水再排入河流（或湖泊、海洋），这就与水力学产生了联系。
又由于污水一般都含有一定污染物质（有机物质或无机物质），有一定的浓度，都与排入的水体（河、湖、海）有一个浓度差，高浓度的污水排入后，必然产生一个对流扩散过程才能够达到完全混合。排入的方式不同，对流扩散过程也不同。
另外，常用的污水处理工艺都需采用鼓风曝气的方法向污水中供氧，增加污水中的溶解氧含量以供好氧微生物的生长、繁殖，分解污水使污水得以净化。鼓风曝气进入污水的方式不同，复氧效率也不同。空气泡里面的空气进入水体之后，也有一个对流扩散过程才能将溶解氧传递给污泥（或填料）上的好氧微生物。故此，研究对流扩散理论是很重要的。
一个水体可以被视为一个系统，在此系统之内有很多质量源（如工业废水、Cl、细菌、杀虫剂、Cu、水藻、放射性物质等），每个源有一定浓度，但所有的浓度之和都不会影响到水的密度，即ρ=常数。该水体的浓度随坐标和时间而变化，c=c（x，y，z，t），也就是可以将水视为一个很稀的溶液（dilute solution）。-
先讲二元系统（bioary system），例如，A（Cl）在B（HO）之2中，A（DO）在B（HO）之中……我们先定义：ρ为混合溶液密度。2 （1-1）
令C为A物质的浓度，C为B物质的浓度。AB （1-2）
令ρ为A物质的密度，ρ为B物质的密度。AB （1-3） 故可得：ρ=ρC，ρ=ρC （1-4）AABB
由上可知，浓度的定义应该是由式（1-2）决定。这里浓度是质量分数，国际非标准单位是ppb，现在常用mg/L表示。1.1.1.1 投放颜料试验
在静水环境中，放一点颜料，会慢慢扩散（如图1-1所示），可做下面一个简单演示。图1-1 扩散
在一个容器中，下部装有颜色染料，然后将清水缓慢地加在颜料的上部，不使其扰动。
起初当t=0时，可以看到上部为清水，下部为颜色染料，中间有一条界限分明的线。经过一段时间（t>0）后，观测到颜色从底部向清水扩散，进入上部清水。经过足够时间（t=∞）时，全容器为颜色均匀的水。可以清楚看到分子是从高浓度向低浓度扩散，直到均匀，没有相反的过程，它适合热力学第二定律。按照经验得到：“所有自然系统倾向于达到最大的混乱状态”（或最高熵值），“每一个分子都在寻找它自己能够达到的空间”。1.1.1.2 分子运动理论
单个分子：为无向性运动，每一次碰撞形成分子随机运动，称为“随机步长”。它的速度改变随着每一次碰撞获得或损失能量而改变。
大量分子：形成一定厚度的分子按平均速度运动的图。它是对称的垂直方向运动，若表示为时间Δt运动一个分子直径，随着时间增长运动如图1-2所示。由于分子为纯随机运动，故以相等的数量分别向（+）、（-）方向运动一个分子直径，形成图1-2的对称分布（按平均速度），这就是分子运动理论。图1-2 平面源对称扩散形式
扩散解释：看图1-1（b），从起始扩散直到平衡完全均匀这一段时间内都能看到，起初在扩散区域取一个平面z-y，在其上下各取相同宽的平面分别为C-D和A-B。从大量分子扩散图1-2可知，它们是对称的垂直方向运动。在时间Δt之内，将有相同数量的分子对称地向上向下扩散出z-y平面。在同样的时间内，相邻的上下两块平面C-D和A-B也是如此。由于平面A-B的分子浓度大于平面z-y的分子浓度，即AB>zy，故有一定数量净扩散的分子从AB进入zy。同样，分子浓度zy>CD，亦有一定数量净扩散的分子从zy进入AB。若从整个圆柱容器来看，则有一定数量净扩散的分子从容器下半部到上半部、从高浓度向低浓度运动，直到平衡完全均匀混合。1.1.1.3 分子扩散菲克定律
在静水环境中，放一点颜料，则慢慢扩散，形成一个浓度场，C（r，t）被分子打击而扩散。在一定的温度下分子运动速度为u，m平均有一个运动距离L。通过一个平面上每单位面积每秒的质量通量（mass flux），F=ρuC，F=ρuC，在x方向质量通量的总和：1m12m2 （1-5） 2
定义D=uL，称为分子扩散系数，L/T，与黏滞系数的因次一样。m一般，D=f［温度，压力，C，C］。AB
把式（1-5）的x方向的局部情况推广到三维来看，则得到分子扩散定律，即菲克定律。 （1-6）
式中，为A物质的通量（以向量表示，包括x、y、z三个方向）；为A物质浓度在向量方向的梯度，Ñ为微分算符；负号“-”表示浓度自高向低处扩散。1.1.1.4 流动水体中分子扩散
对于一个流动的水体，在水体流动时，令为A物质流动速度；为B物质流动速度；则溶液的速度（混合平均速度）为，在流动水体中看到的扩散现象如图1-3所示。Δx=q（t-t）21
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]