水处理方法Word下载.docx
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只有根据废水中悬浮物的物质进行正确地选择，才能收到良好的过滤效果。
常用的过滤设备有：
格栅、筛网、砂滤、布滤、微孔管、反渗透和超滤设备等。
第二节
废水的化学处理方法
化学治理法的主要处理对象是废水中溶解性或胶体性的污染物质。
它既可合污染性物质与水分离，也能改变某些污染物质以及有机物等，因此可达到比物理方法更高的净化程度。
特别是要从废水中回收有用物质时，或者废水中含有某种有毒、有害且不易被微生物降解的物质时，采用化学治理方法最为适宜。
然而，化学治理法常需采用化学药剂或材料，因此运行费用一般都比较高，操作与管理的要求也比较严格等。
而且，在化学法的前处理或后处理过程中，通常还需配合使用物理治理方法。
一、中和（均衡）法
１、废水的中和处理
中和法就是使废水进行酸碱的中和反应，调节废水的酸碱度，合其呈中性或接近中性，或适宜于下步处理的pH值范围。
如，以生物处理而言，需将处理系统中废水pH值维持在6.5~8.5之间，以确保最佳的生物活力。
２、处理方法与设备
通常采用的废水中和方法有均衡法和pH值直接控制法。
（１）均衡法。
以酸性废水和碱性废水混合中和为目的，即在均衡池中将酸性和碱性废水相混合。
由于工业废水的水量和水质一般是不均衡的，往往随生产的变化而变化。
为了进行水量的调节和水质的均和，减少高峰流量和高浓度废水的影响，需设置足够容积的均衡池作为预处理的一种设施或中和设备。
若废水中和后达不到规定的pH值时，还需稍加废酸或废碱进行适当的调节。
（２）pH值直接控制法。
常用的方法有酸碱废水相互中和、投药中和及过滤中和法等。
１）酸性废水的中和：
对于酸性废水，常用药剂法和过滤法进行中和。
２）碱性废水的中和：
碱性废水常用废酸或酸性废水中和或与烟道气中和。
投酸中和法是采用废强酸或酸性废水进行中和处理，所用设备和中和程序与酸性废水中和法相同。
烟道气中和法是利用烟道气中二氧化碳与二氧化硫溶于水中形成的酸中和碱性废水。
方法是将烟蒸气通入碱性废水，或利用碱性废水作为除尘的喷淋水，两者均可得到良好的处理效果。
但处理后废水中的悬浮物含量大为增加，硫化物、耗氧量和色度也都有所增加，还需对废水进行补充处理。
二、化学混凝和沉淀法
（一）混凝法
在废水处理中，通常混凝法必须与沉淀 法配合使用，故称之为混凝沉淀法。
它可以作为初级处理的手段，也可作为二级处理或深度处理的一种工艺。
１、基本原理
向废水中投加某种化学药剂（常称之为混凝剂），使水中难以沉淀的胶体悬浮颗粒或乳状污染物质推动稳定后，由于互相碰撞以及附聚或聚合，搭拉而形成较大的颗粒或絮状物，从而更易于自然下沉或上浮而被除去。
可降低废水的浊度、色度，除去多种高分子物质、有机物和某些重金属毒物和放射性物质等，因此在工业废水的处理中得到广泛应用。
２、常用的混凝剂
常用的混凝剂可分为无机有和机两大类。
（１）无机混凝剂。
其应用最广的主要有铝盐，如硫酸铝、明矾、铝酸钠等；
其次是铁盐，如硫酸亚铁、硫酸铁、三氯化铁等；
还有可以循环使用的混凝剂，如碳酸镁等。
这些药剂均可取得良好的混凝效果，可根据水质情况选用。
只是在混凝过程中，大多数会产生比较多的污泥。
此外，还有一种无机高分子混凝剂，如聚全氯化铝、聚合硫酸铁，目前应用最为广泛，混凝效果也更好。
（２）有机絮凝剂。
它主要是人工合成酸聚丙烯酸钠（阴离子型）、聚乙烯吡烯盐（阳离子型）和聚丙烯酰胺（非离子型）等高分子絮凝剂。
这类絮凝剂只需投加少量，便可获得较佳的絮凝效果，而且污泥量也少。
当单用某种絮凝剂不能取得良好效果时，还须投加助凝剂。
助凝剂大体上也可分为二类：
a、用于调节或改善混凝条件的药剂，如石灰、氯气等；
b、用于改善絮凝体结构的高分子助凝剂，如聚丙烯酰胺、活性硅胶、骨胶和海藻酸钠等。
有时，有机类絮凝剂与其他无机类混凝剂合用，絮凝的效果更佳，经济上也更适宜。
某些天然的高分子物质，如淀粉、纤维素、蛋白质以及胶和藻类等，本身就脸有混凝的作用。
３、混凝过程与设备
混凝过程包括药剂配制、投药、混合与瓜几个步骤。
常用的设备有隔板式、旋转式和涡流式三种瓜池。
混凝效果受许多因素的影响，如水温、pH值，以及水中杂质的性质、组成和浓度等，都会影响混凝的进行。
而且，混凝剂的品种不同，各项参数的差异很大。
为了选择适宜的混凝剂，确定最佳用量，还必须进行混凝试验。
混合作用在于迅速、均匀地将药剂扩散到水中，与水中的悬浮物接触，并形成细小的絮凝体，俗称矾花。
可以采用机械方式或水力条件进行混合，一般不超过2min。
反应的作用就是使细小的矾花逐渐絮凝成较大的颗粒而沉降或上浮，一般应确保水流有适当的絮流程度，为细小的矾花创造碰撞的机会和吸附的条件，但需防止矾花被打碎或下沉。
（二）化学沉淀法
向废水中投加称之为沉淀剂的某种化学物质，使其和水中的某些溶解性污染物质产生反应，生成溶度小的难溶于水的化合物，如将盐类等沉淀下来，然后再分离出去，从而降低了溶解性污染物质的浓度。
化学沉淀法多用于去除废水中的重金属离子，如汞、镉、铅、锌等。
也可以去除废水中的营养性物质，如磷等。
许多重金属离子都可以生成氢氧化物或硫化物沉淀，因此常通过加碱或加石灰调节废水的pH值，使其生成氢氧化物沉淀，或投加硫化氢、硫化钠等沉淀剂，使其形成硫化物的沉降更困难，还需投加凝聚剂以加强沉淀效果。
而化学沉淀法形成的沉淀物中，往往含有较高浓度的一些重金属，故必须考虑其回收利用或加以妥善的处理。
（三）氧化还原法
废水中某些有毒有守的溶解性污染物质，可在氧化还原反应过程中被氧化或被还原，转化成无毒无害的新物质或可从水中分离出来的气体或固体，从而达到净化处理的目的，这种方法称为氧化还原法。
任何氧化还原过程都可写成下列通式：
还原剂＋氧化剂＝物质的氧化形态（还原剂被氧化）＋物质的还原状态（氧化剂被还原）
１、氧化法
在废水的氧化处理中，最常用的氧化剂有氧类和氯类。
氧类氧化剂有空气中氧、纯氧、臭氧、过氧过氢、高锰酸钾等。
氯类氧化剂有气态氯、液氯、漂白粉、次氯酸钠、二氧化氯、三氯化铁等。
２、还原法
在废水处理中，采用还原剂改变有毒、有害污染质的价态，可消除或减轻其污染的程度。
常利用铁粉、锌粉、电解时的阴极反应作为还原剂，此外还有硫酸亚铁、亚硫酸氢钠以及二氧化硫等也得到了应用。
目前，还原法主要用于含铬废水及含汞废水的处理。
采用硫酸亚铁——石灰法除铬，硼氢化钠法或铁粉还原法除氯，都已经在废水处理中被采用。
第三节
废水的物理化学处理方法
物理化学治理方法主要是用来分离废水中溶解的有害污染物，回收有用组分，并使废水得到深度的净化。
在处理废水过程中，如采用吸附、萃取、电渗析、汽提和吹脱等方法时，会经常遇到或出现物质由一相转移到另一相的过程，称之为传质过程。
传质之所以能进行，是由于溶质在两相中浓度的不平衡。
然而传质速度的大小，则由两相的性质、接触面积、浓度、温度以及溶液的pH值等因素决定。
一、吸附法
具有吸附能力的多孔性固体物质，称为吸附剂。
利用这种吸附剂可将废水中一种或几种污染质吸附到它的表面上，用以回收或除去某种溶质，从而使废水得到净化。
常用的吸附剂有：
活性炭、磺化煤、硅藻土、焦炭、煤渣等。
一般要求吸附剂具有吸附容量大、比表面积和孔隙率大、吸附速度快、选择性好且机械强度高等性能。
吸附过程中有物理吸附、化学吸附和交换吸附，或几种吸附现象的综合作用。
吸附过程是一种可逆的过程，存在着吸附和解吸两个过程，当二者速度相等时称为吸附平衡。
在废水治理中，活性炭和离子交换树脂应用比较普遍，活性炭具有很强的吸附性能，可有效地吸附废水中的有机污染质和金属离子。
处理后水中的BOD、COD和SS可分别达到10、15或5mg/L以下。
离子交换剂上的活性基因在废水处理中进行等当量交换，其多用在回收和处理金属的废水中。
２、吸附操作与设备
在吸附操作中，首先需针对回收或去除的吸附污染质的不同，选择吸附性能较好、再生比较容易的吸附剂，同时必须考虑到影响吸附剂使用寿命，如机械强度、耐收缩和膨胀的能力，以及来源、价格、使用的具体条件等诸多因素。
吸附操作的主要步骤是：
a、废水与吸附剂接触进行吸附；
b、将吸附净化后的废水与吸附有吸附质的吸附剂分开；
c、吸附剂的解吸再生或更新吸附剂等。
吸附操作方式分为两类：
（１）间歇式分批操作，设备为一个池子、桶或搅拌槽，废水间歇式分批加料或出料，操作比较麻烦，多在废水量较小的情况下使用。
（２）半连续式或连续性操作，设备是以吸附剂为滤层的固定床、移动床或流动床等型式的吸附柱。
吸附和解吸在柱内交替进行，根据废水量，水质和污染质的浓度，可分别彩单床、多床、复床、混合床等方式。
多床是同一离子交换剂的两个以上单床串联或并联工作；
复床是两种不同交换剂的单床串联工作的；
混合床则是两种离子交换剂混装于一个交换柱内工作的。
吸附法已广泛应用于废水的处理中，能去除废水难以生物降解或化学氧化的少量有机物，去除色素、异味、杀虫剂、洗涤剂等，也能回收利用重金属离子和废水中的一些其他有用组分等。
二、电渗析法
电渗析的基本原理是在外加直流电场作用下，利用具有离子交换性能的阴、阳离子交换膜对水中离子的选择透过性，使一侧溶液中的离子迁移到另一侧溶液中去，达到浓缩、纯化、合成和分离的目的。
因此，它具有设备简单和操作方便等优点。
在电渗析过程中，离子减少的隔室称为淡室，其出水称之为淡水；
离子增多的隔室称为浓室，其出水称之为浓水；
与电极板接触的隔室称为极室，其出水称之为极水。
电渗析过程的基本条件为：
（1）水中的离子必须带电，在直流电场中阴、阳离子可做定向迁移。
（2）离子交换膜要有选择性。
阳膜只允许水中的阳离子透过而具有排斥阴离子的能力，阴膜则相反，它只允许阴离子透过而具有排斥阳离子的能力。
离子交换膜，按膜体的构造分为异相膜和均相膜；
按作用可分为阳离子交换膜和阴离子交换膜。
离子交换膜应具备较高的离子选择选择透过性、较低的渗水性和膜电阴、良好的化学稳定性，以及足够高的机械强度等。
２、电渗析器的构造与应
电渗析器是由膜堆、极区和压紧装置三大部分组成。
但所用膜的品种和组装的方式与顺序决定电渗析器的性能。
在废水处理中，可根据废水的组成和处理要求，电渗析器具有不同组装形式。
隔板的构造和型式，直接影响着电渗析过程的效率。
此外，由于废水万分复杂，应用时对电渗析器进水、出水的取舍，极室反应物的利用，以及膜的选择等，都必须给予充分地重视。
目前，在废处理中已利用电渗析技术，回收酸、碱、金属和脱盐。
三、汽提法与吹脱法
（一）
汽提法
1、基本原理
汽提法又称蒸汽蒸馏法，它是利用水蒸汽吹进水中，不同的挥发性溶质、溶剂的沸点不，在同一温度下蒸汽压不同，转入蒸汽中，浓度也不同，以此来提高蒸汽中溶质浓度的。
蒸馏使溶质和溶剂都挥发，是传质过程，推动力则是废水中溶质的实际浓度与平衡浓度之差。
若平衡时，蒸汽冷凝液中的溶质浓度远大于其在废水中的浓度，说明溶质比溶剂更易于挥发，也越适用于汽提法的去除。
2、设备与操作
汽提法的主要设备是蒸汽蒸馏塔，构造形式有填料塔、筛板塔、泡罩塔和浮阀塔等，浮阀塔的传质效果和操作条件较好。
汽提法操作过程是将废水预热到沸点后由塔顶送入，水平流过塔板经溢流管流入到下一块塔板。
从塔底送入的蒸汽，靠汽流速度顶开浮阀，以水平方向吹入液层，再继续上升进入上一块塔板。
当水溶液的蒸汽压恰好超过外压时，废水就开始沸腾，这样便加速了挥发性的物质由液相转入汽相的过程。
另一方面，水蒸气以气泡形态穿过水层时，水和气泡表面之间形成了自由界面，这时液体就不断地向气泡内蒸发扩散。
当气泡上升到液面时，就开始破裂而放出其中的挥发性物质。
所以数量极多的气泡显著地扩大了水中挥发性物质的蒸发面积，便加速了传质过程的进行。
由于阀气的开度随吹入塔内蒸汽流量的变化而变化，因而能维持良好的泡沫状态的阀缝开度，故能在较大汽体流量范围内保持较高的传质效率，汽体雾沫的夹带量也较小。
废水中的挥发性溶解物质，如挥发酚、甲醛、苯胺等，都可以利用汽提法从废水中分离出来。
（二）
吹脱法
溶解于废水中的某些挥发性物质，可以用吹脱法去除。
方法是将空气通入一定温度的废水中，使空气与废水充分接触，废水中的溶解性挥发性物质便随空气逸出的过程，称之吹脱。
空气与溶解性挥发物质产生以下两种作用：
氧化作用、吹脱作用。
常用的设备是内装填料、栅板或筛板的吹脱池和吹脱塔。
塔式装置不仅吹脱的效率高，而且也全球回收挥发性物质。
塔内的填料筛板，可促进气液两相的混合，增加传质面积。
操作的过程是废水由塔顶送入，往下进行喷淋，空气由塔底送入，在塔内与废水逆流接触，进行吹脱和氧化。
吹脱后的废水，从塔底经水封管排出，气体自塔顶排出。
第四节
废水处理的生物处理方法
自然界中，存在着大量的微生物，它们具有氧化分解复杂的有机物和某些无机物，并将这些物质转化为简单的物质，或将有毒物质转化为无毒物质的能力。
这种利用微生物处理废水的方法，称做生物处理法或生化处理法。
在微生物生命活动的过程中，一部分溶解性的有机物质用于合成细胞的原生质和贮藏物；
一部分则变为代谢产物，并释放出能量，供给微生物原生质的合成和生命活动，使微生物能继续不断地生长繁殖，从而使废水得到了净化，生物处理法就是利用这一功能。
根据微生物的呼吸特性，分为好氧、厌氧和兼性三大类微生物，以及好氧处理两类生物处理方法。
一、好氧生物治理法
好氧生物治理的基本特点是在供给充足的氧、适当的（10~50℃），养料（一般应维持如下的比值：
BOD5:
N
=100:
5:
1）、pH值为6～９、细菌能忍受的有毒物质浓度条件下，利用好氧和兼性微生物对废水中有机物进行分解稳定，使废水得到净化。
在处理过程中，废水中溶解性有机物质透过细菌的细胞壁而为细菌所吸收；
固体的胶体有机物附着在细菌体外，由细菌通过外酶分解为溶解性的物质，再渗入细菌的细胞壁。
细菌通过自身的生命活动即氧、还原、合成等过程，把一部分被吸收的有机物氧化分解成简单的无机物，并释放出细菌生长、代谢活动所需要的能量；
另一部分有机物转化为生物体所必须的营养质，组成新的原生质，合成新的细胞体，使微生物不断地繁殖，进行合成代谢；
同时微生物本身也不断地被分解，特别是在外界营养缺乏时，微生物为了维持生存的能量需要，必须分解一部分自身机体，这个过程称之为内源呼吸，其产物也是CO2、H2O、无机物、能量和降解的生物残渣，主要是细胞壁物质。
活性污泥法
向富含有机污染物质并有细菌的废水中，不断地打入空气，使其中的微生物生长繁殖，一定时间后，就会出现絮花状的泥粒，它具有很强的分解能力，称之为活性污泥。
利用活性污泥处理废的方法，就是活性污泥法。
为了得到水质良好的出水和足够数量的回流污泥，活性污泥的凝聚和沉降性能十分重要。
通常用污泥指数（SVI）来衡量，SVI过低，说明污泥颗粒细小紧密，无机物含量多，缺乏活性和吸附能力；
SVI过高，说明污泥难于凝聚沉降，已经发生或即将发生污泥膨胀。
一般SVI在50～150之间为宜。
活性污泥对废水的净化作用是通过两个步骤完成的。
第一步称吸附作用，因为活性污泥具有很大的表面积，微生物分泌的多糖类黏液具有很强的吸附作用，故与废水接触后，很短时间便会有大量有机质被污泥所吸附，使废水中的BOD5或COD出现较明显地降低。
在这一阶段，也进行吸收氧化的作用。
第二步称分解代谢作用，即微生物对已吸附和吸收的有机质进行分解代谢，使一部分有机物转化为稳定的无机物，另一部分合成为新的细胞质，因此废水得到了净化。
通过氧化使达到饱和后的污泥重新呈现活性，恢复它的吸附和分解代谢的能力。
２、设备与运行方
活性污泥法的主要处理设备是曝气池和二次沉淀池。
待处理的废水，经过预处理后进入曝气池。
由于不断送入压缩空气，使混合液中有充足的溶解氧，保证了活性污泥中的好氧微生物对有机质进行分解的稳定条件；
同时微生物的不断繁殖，使活性污泥不断地增长。
二次沉淀作用是使污泥与澄清水分离，沉下的活性污泥一部分回流到曝气池，剩余部分则从系统中排除，澄清水溢流排出。
（二）生物膜法
生物膜法与活性污泥的工作原理相同，不同的是活性污泥法的微生物生长在活性污泥上，悬浮在废水中，生物膜法的微生物附着在某些介质的表面上生长，形成了生物膜，因此称之为生物膜法。
生物膜法对废水的净化作用分吸附和氧化分解代谢两个阶段进行。
２、设备与运行方式
生物膜的主要设备是生物滤池和生物转盘，为了分离生物膜必须设置二资助沉淀池。
滤料是生物滤池中最主要的组成部分，在其表面上覆盖一层长满各种微生物的生物膜，废水沿滤料空隙流动，依靠生物膜对废水中的有机质进行吸附氧化分解代谢，从而使废水得到净化。
比较理想的滤料应质轻、高强、耐腐蚀性、表面积和孔隙率大。
常用的滤料有碎石、炉渣、焦炭和瓷环等，近年发展起来的有机蜂窝、塑料波纹板等滤料。
（三）生物接触氧化法
生物接触氧化是一种兼有活性污泥法和生物过滤法特点的生物处理法。
工作原理是在曝气池内装有填料，使微生物得以固着，池内既有生物膜又有活性污泥，形成密集的生物群体，较多地增加了废水与微生物的接触表面积。
不断地曝气充氧和生物膜的及时更新，增强了微生物的活性，因而提高了设备的处理能力，使处理效果也更加稳定。
２、设备
生物接触氧化池是一个装潢填料的池子，池中充满的废以一定速度流经填料，同时向水中曝气，在生物膜和活性污泥作用下使有机质分解稳定，在接触池内废水澄清分离。
为了提高处理效率，还常采用二级或三级串联的接触氧化池和接触沉淀池。
该方法处理能力大，占地面积小，出水水质好，投次少，空气用量较小，动力消耗低等特点。
现在已开始用于城市污水和漂染废水的处理中。
二、厌氧生物处理法
厌氧生物处理是在缺氧条件下，利用厌氧微生物对有机质进行分解稳定的过程，常称做厌氧消化或厌氧发酵。
消化过程需经过酸性发酵阶段和碱性发酵阶段。
酸性发酵的作用是在生产酸细菌的作用下使复杂的有机物转化为简单的有机酸，包括甲酸、乙酸、丙酸及有机醇、氨、二氧化碳等。
而碱性发酵则是由另一类细菌完成的，将有机酸分解为最终的气态产物，主要为甲烷和二氧化碳。
然而，对于不溶性有机物，还必须有相应的水解细菌通过外酶的作用，先将其转化为溶解性有机物后，才能进行酸性和碱性发酵。
厌氧处理必须具备的基本条件是：
（１）
隔绝氧气。
（２）
pH值维持在6.8～7.8之间。
（３）
适宜的产甲烷菌的温度（对于中温菌，温度为30～35℃；
对于高温菌，温度为50～55℃）。
（４）
供给细菌所需氮、磷营养。
（５）
有毒物质的浓度不得超过细菌的忍受极限。
厌氧接触系统与好氧的活性污泥流程十分相似，包括消化池、沉淀池和污泥回流系统。
为保证沉淀池的正常工作，常在消化池和沉淀池之间设置真空除气器，去除混合液中所含的气体。
国内外下在研究应用的新工艺有：
厌氧生物滤池、厌氧膨胀床、升流式厌氧污泥床反应器等，都取得了很大的进展。
三、天然生物治理法
利用天然生化自净作用的处理系统，虽然效率较低，但基本上不需建设费用和运行费用，又可将废水的处理与利用结合起来，兼收环境效益和经济效益，故在有条件的地方应用比较多。
１、生物氧化塘
生物氧化塘又称生物稳定塘，是利用天然水中存在的微生物和藻类，对有机废水进行好氧、厌氧生物处理的天然或人工池塘。
在氧化塘中，有机物是通过两类微生物的新陈代谢作用去除的：
a、异氧微生物，将有机物氧化降解，产生能量和合成新的细胞；
b、藻类，通过光合作用固定二氧化碳，合成新的细胞并释放出氧。
藻类释放出的氧，供好氧和兼性菌氧化有机物，生成二氧化碳和水，而产生的二氧化碳又可供藻类光合作用的需要，以此循环，相辅相成。
而且，一些藻类不仅能通过光合作用，而且也通过异养作用进行新陈代谢。
根据氧化塘内微生物的种类和氧的供给情况，可分为：
好氧塘、兼性塘、厌氧塘和曝气氧化塘四种基本的类型。
２、土地处理系统
利用土壤及其中的微生物和植物根系对污染质的综合净化能力来处理工业废水，而废水的水分和肥分又可促进农作物、牧草和树木的生长与增产的系统设施，称做土地处理系统。
土壤对废水的净化作用是十分复杂的综合过程，包括了过滤、吸附、化学反应，以及土壤微生物对有机质的分解稳定等。
按运行方式的不同，可分为慢速渗滤系统、要求预处理程度较高的快速渗滤系统、地表漫流系统和湿地系统四种类型。
但在应用的过程中，必须注意加强对水质的严格管理，防止废水的某些成分农作物、土壤、传染疾病和污染地下水等。
此外，在各种废水处理过程中，不可避免地会产生污泥和沉渣，污泥的主要成分是有机物，沉渣的主要成分是无机物，有时也含有一些重金属离子或有害成分，故需经妥善处理后，才能排放到环境中去。
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