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本书系统介绍了城市污水处理技术及工程设计，包括城市污水处理系统、排水管网系统、污水各种处理技术、污泥处置与利用、污水处理厂设计与运行管理；还介绍了40个比较典型的城市污水处理工程设计实例，包括城市综合污水处理、生活污水处理、中水处理及各种工业废
现代水处理技术前沿与实践 本书聚焦于当前全球水资源短缺和水环境污染日益严峻的背景下，水处理领域最前沿的技术发展、工程应用案例以及未来发展趋势。它并非涵盖城市污水处理的传统内容，而是深入探讨一系列具有高度创新性和专业性的水处理主题，为水环境工程师、科研人员以及政策制定者提供一套系统、深入且极具实践指导价值的参考资料。 第一部分：非常规水源的深度净化与再利用 本部分着重探讨了在传统地表水和地下水资源日益枯竭的背景下，如何高效、安全地利用非常规水源。 1.1 膜技术在废水回用中的突破 详细阐述了正渗透（Forward Osmosis, FO）技术在低能耗脱盐和废水浓缩中的应用潜力。内容包括FO膜材料的最新进展（如基于石墨烯氧化物和聚合物复合膜），以及前体液（Draw Solution）的选择与优化，特别是针对高盐度工业废水和市政中水回用的案例分析。同时，对比了纳滤（NF）和反渗透（RO）在处理特定污染物（如内分泌干扰物、抗生素）时的差异化优势和局限性。我们深入剖析了膜生物反应器（MBR）与RO组合工艺（MBR-RO）在实现“接近零液体排放”（ZLD）目标中的能耗优化策略。 1.2 高级氧化工艺（AOPs）的集成与强化 本章节聚焦于传统生化处理难以去除的微量污染物（PPCPs、新兴污染物）。详细介绍了臭氧催化氧化、Fenton/类Fenton反应在不同pH条件下的反应机理、自由基的调控，以及如何通过引入光催化剂（如负载型TiO2、C3N4）实现高效的光-芬顿（Photo-Fenton）协同效应。内容涵盖了反应器的设计参数、停留时间优化以及在实际项目中如何应对“二次污染”的风险管理。此外，还探讨了等离子体技术（如DBD放电）在水处理中的应用前景。 1.3 蒸馏和结晶技术在盐分控制中的应用 对于高盐废水处理，本部分详细介绍了多效蒸馏（MED）和机械蒸汽再压缩（MVR）技术在工业园区废水零排放工程中的经济性分析和运行维护要点。特别关注了热力学约束下的能量集成，以及如何通过优化工艺流程，降低蒸汽消耗和腐蚀问题。对于结晶技术，分析了硫酸盐和氯化物强制循环结晶的技术难度和设备选型。 第二部分：工业废水的高效分质处理与资源化 本部分将视角从市政污水转向复杂、高浓度的工业废水，强调“废物”向“资源”转化的理念。 2.1 石化与精细化工废水的厌氧-好氧耦合技术 深入解析了UASB（上流式厌氧污泥床）、IC（内循环厌氧反应器）在处理高COD、低毒性工业废水中的应用优势。重点讨论了如何通过“厌氧-好氧串联”优化工艺，实现COD的高效去除和沼气回收，同时探讨了在处理含有毒性物质的废水时，如何通过预处理（如芬顿氧化、电解）保护后续好氧系统的活性。案例分析了制药中间体生产废水的降解路径与污泥特性。 2.2 选矿与冶金行业废水中的重金属回收 本章侧重于湿法冶金和采矿废水中的有价金属回收。详细介绍了选择性沉淀法、离子交换树脂的优化吸附动力学，以及电化学方法在痕量重金属去除和回收中的新进展。探讨了如何利用特定的螯合剂或生物材料（如微生物菌体、植物）进行靶向吸附，实现镍、铜、稀土元素的回收率最大化。 2.3 纺织印染废水的脱色与脱盐协同处理 针对印染废水中高色度、高盐分的特点，本部分系统梳理了高级氧化结合生物脱色的集成方案。重点分析了芬顿法与脱色菌群的兼容性问题。在脱盐方面，对比了膜法与蒸发法在处理高盐度染料废水时的成本效益，并提出了适用于不同水质特点的优化耦合方案。 第三部分：污泥与温室气体的协同减量化与能源化 本部分关注水处理过程中的副产物管理，旨在实现系统的可持续运营和碳中和目标。 3.1 污泥热解与气化技术 详细分析了低温热解（Pyrolysis）处理脱水污泥的工艺流程，包括热解温度对生物炭产率和性质的影响，以及生物炭作为土壤改良剂或吸附材料的应用潜力。探讨了污泥气化技术在产生清洁合成气（Syngas）方面的可行性，并讨论了如何利用合成气进行热电联供，实现能源回收。 3.2 厌氧消化过程的强化与协同 超越传统的UASB/CSTR，本章深入探讨了热水厌氧消化（HDT）在提高污泥消化效率和抑制病原体方面的优势。内容包括提高水解酸化速率的策略，以及如何通过协同消化（Co-digestion），将餐饮废水、动物粪便等高有机质废弃物引入污泥消化系统，显著提升沼气产量，实现能源最大化。 3.3 温室气体排放的监测与控制 针对水处理厂主要的温室气体排放源（CH4和N2O），本部分提供了实时监测技术（如激光光谱技术）的应用指导。详细阐述了硝化反硝化过程中N2O的产生机理，以及通过优化溶解氧控制、碳氮比调节等运行参数，有效抑制N2O逃逸的工程控制策略。 第四部分：智慧水务与数字化转型在工程中的应用 本部分探讨了信息技术如何赋能水处理工程的设计、运营与维护。 4.1 过程模型与数字孪生（Digital Twin）构建 介绍了计算流体力学（CFD）在优化反应器内部流场、混合效率和污染物分布方面的应用。重点阐述了如何结合生物地球化学模型（如ASM3）与实际监测数据，构建数字孪生模型，用于实时模拟关键工艺参数变化（如进水负荷冲击、温度波动）对出水水质的影响，从而实现预测性控制。 4.2 传感器技术与自动化控制 分析了在线、实时传感器技术的最新发展，包括新型离子选择性电极、生物传感器（Biosensors）在监测特定污染物的灵敏度和抗干扰性上的突破。探讨了模糊逻辑控制（Fuzzy Logic Control）和强化学习（Reinforcement Learning）在复杂水质波动情况下的高级自动化控制策略的应用案例，以减少人工干预和能耗波动。 本书的特点在于其前沿性和高度的工程导向性。它不仅停留在理论层面，更将大量篇幅用于分析全球范围内复杂水处理工程的实际数据、工程挑战和解决方案，为读者提供一套超越传统教科书范围的、面向未来挑战的专业知识体系。
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