环境工程学学习笔记--水篇.doc

第一章 水质与水体自净概述：水是基础性的自然资源和战略性的经济资源。第一节 水的循环与污染一. 水的循环：（一） 自然循环：在太阳能的作用下，海洋、湖泊、河流等广大水面以及土壤表面、植物茎叶的水经蒸发和蒸腾作用形成水汽，上升到空中凝结成云，在大气环流风的推动作用下运移到各处。在适当的条件下又以雨、雪、雹等形式降落下来。这些降落的水分，在陆地上分成两路流动：一路形成地表径流；另一路形成地下渗流。与此同时，一部分水经过蒸发和蒸腾作用又进入大气圈中。（二） 社会循环：人类为满足生活和生产的需求，从各种天然水体中取用大量水后，经过使用后又排放出来，最终又流入天然水体。二. 水的污染：（一） 原因：自然污染（自然原因造成的）和人为污染（人类的生活和生产活动）。（二） 分类：化学性污染（水体的富营养化：N、P含量高）、物理性污染、生物性污染。第二节 水质指标和水质标准一 水质指标：（一） 杂质分类：悬浮物质（10-3）、溶解物质（10-6）和胶体物质。（二） 指标分类：物理性水质指标（1.水中固体：蒸发后的蒸发残渣。溶解性能：过虑溶解固体和悬浮固体；挥发性能：灼烧挥发性固体和固定性固体；可沉固体：1L水样在锥形玻璃筒内静置1h后所沉下的悬浮物质数量。2.碱度：水接受质子的能力。3.硬度：水中存在的二价金属离子如钙离子和镁离子。）、化学性水质指标和生物学水质指标（1.化学需氧量：水中有机物的含量；2.生物化学需氧量：能被水中微生物氧化分解的那一部分有机物质的含量）。二 水质标准：饮用水水质标准、地表水水质标准、污水综合排放标准。第三节 水体自净1. 物理过程：稀释、扩散、挥发、沉淀、上浮。2. 化学和物理化学过程：中和、絮凝、吸附、络合、氧化、还原。3. 生物学和生物化学过程：进入水体中的污染物质，被水中生物吸附、吸收、吞食消化等过程，特别是有机物质由于水中微生物的代谢活动而被氧化分解并转化为无机物的过程。第四节 水处理的基本方法一 给水处理：（一） 地表水：原水混凝沉淀过虑消毒饮用水。先在水中投加混凝剂和原水充分混合，逐步长成絮粒状沉淀物（絮凝体或矾花），再进入沉淀池和滤池，除去矾花和其他颗粒状杂质，清水再加药剂消毒，出水即可送入给水管网，供应用户。（二） 地下水：地下水消毒饮用水。当地表水和地下水受到污染时，在消毒工艺前，增加臭氧氧化、活性炭吸附或膜技术等处理工艺，进一步除去水中的污染物质。二 废水处理：处理程度的指标：有害物质、悬浮物质、溶解氧、生化需氧量。（一） 基本方法：1. 物理法：利用物理作用来分离水中呈悬浮状态的污染物质，在处理过程中不改变其化学性质。（1） 沉淀法：不仅可以去除废水中相对密度大于1的悬浮颗粒，同时也是回收这些物质的有效方法。（2） 气浮法：去除乳状油相对密度接近1的悬浮物。（3） 筛网过虑：除去纤维、纸浆等。（4） 蒸发法：浓缩废水中的溶解性不挥发物质。2. 化学法：利用化学反应的作用来处理水中的溶解性污染物质或胶体物质。如中和法、氧化还原法、混凝法、电解法、汽提法、萃取法、吹脱法、吸附法、离子交换法、电渗析法。3. 生物法：利用水中微生物的作用，使废水中呈溶解和胶体状态的有机污染物转化为无害的物质。目前常用的生物法可分为好氧生物处理和厌氧生物处理。好氧处理法中有活性污泥法、生物膜法、生物氧化塘、厌氧生物处理系统。（二） 三级处理：一级处理：去除废水中较大颗粒的悬浮物质。也叫机械处理，只是预处理。二级处理：去除废水中呈溶解和胶体状态的有机物质。生物法是最常用的二级处理方法。因此也叫生物处理。三级处理：高级处理或深度处理。进一步去除废水中的营养物质（氮和磷）、生物难降解的有机物质和溶解盐类。（三） 处理流程：1 城市生活污水：2.工业废水：澄清回收毒物处理一般处理再用或排放第二章 水的物理化学处理方法第一节 水中粗大颗粒物质的去除概述：粗大颗粒物质，它们的大小约在0.1微米以上，包括砂粒、小卵石、树枝、菜叶、碎布、垃圾等。去除方法主要借助于物理作用和物理处理法，如筛滤截留、重力沉降、离心分离等。一 筛滤截留：(一) 格栅和筛网：去除水中的粗大物质、保护处理厂的机械设备并防止管道的堵塞。(二) 微滤机：截留细小悬浮物的筛网过虑装置。可用于去除原水中的藻类、水蚤等浮游生物，也可用于工业废水中有用物质的回收以及废水的最终处置。二 重力沉降： 沉砂池：1. 去除对象：去除水中砂粒、煤渣等相对密度较大的无机颗粒杂质，同时也去除少量较大、较重有机杂质，如骨屑、种子等。2. 位置：设在泵站和沉淀池前，防止水泵和污泥处置设备的磨损，还可使沉淀池中的污泥具有良好的流动性。3. 分类：平流式、竖流式、曝气式。4. 曝气式沉淀池：在一个长形池子的一侧通入空气，使污水在池中以螺旋状向前流动，从而产生与主流垂直的横向环流。在离心力的作用下，密度较大的无机颗粒被甩沉下，而使有机颗粒经常处于悬浮状态，并使砂粒互相摩擦，去除砂粒表面附着的有机物污染物。此外，曝气沉砂池受流量变化的影响较小，可以通过调节曝气量，控制污水的旋流速度，使除砂效率稳定；同时还能起到对污水中的预曝气作用，有利于后续的生化处理过程。三 离心分离：重力的不同产生不同的离心力。1. 分离因素：=离心力与重力的比值。越大，分离效果越好。2. 分类：（1） 水旋分离设备：压力式和重力式（水力旋流沉淀池）。容器固定不动而沿切线方向进入容器的水流造成旋转来产生离心力。（2） 器旋分离设备：离心机。容器的高速旋转带动器内水流选转来产生离心力。第二节 水中悬浮物质和胶体物质的去除概述：对于水中的胶体颗粒，自然沉降的速度太慢，需采取一些其他措施或别的方法才能去除，如混凝、沉淀、澄清、过虑、气浮和膜技术。一 沉淀：（一） 基本类型：1自由沉降：低浓度的离散颗粒，沉降不受其他颗粒的影响。2絮凝沉降：悬浮颗粒因相互碰撞而使尺寸变大，沉速将随深度增加而增加。同时，水深越深，较大颗粒追上较小颗粒而发生碰撞并凝聚的可能性也就越大。因此，悬浮物的去除率不仅取决于沉降速度，而且与深度有关。3拥挤沉降：当水中悬浮物质的浓度很高时，颗粒间隙也相应减小，在沉降过程中会产生颗粒彼此干扰的拥挤沉降现象。同时，沉速较快的颗粒下沉时所置换的液体的上涌也会对周围颗粒的下降产生影响。因此，颗粒的实际沉降速度应是自由沉降的速度减去液体的上涌速度。经过一段时间后，上层逐渐变清，而下层的颗粒浓度增高，使上涌速度加大，最终使全部颗粒以接近相同的沉速下沉，出现了一个清水和浑水的界面。沉降过程也就成了浑液面的等速下降过程。4压缩沉降：亦即污泥浓缩。先沉到底部的颗粒受到上部污泥的压力，颗粒间的孔隙水将因压力的增加和结构的变形而被挤出，使污泥浓度增高。因此，污泥的浓缩过程也就是不断排除孔隙水的过程。（二） 沉淀池：1 普通式沉淀池：三种：平流式、竖流式、辐流式。主要缺点：悬浮物质的去除率不高（一般只有40%70%），体积庞大、占地面积多。改善措施：两个方面：一是改善悬浮物的沉降性能投加混凝剂和助凝剂等化学药剂；一是改进沉淀的结构浅池沉降原理。2 斜板斜管沉淀池：浅池沉降原理：若将水深为H的沉淀池分隔为n个水深为H/n的沉淀池，则当沉淀区长度为原来长度的1/n时，就可处理与原来的沉淀池相同的水量，并达到完全相同的处理效果。这说明，沉淀池越短，就越能缩短沉淀时间。斜板斜管沉淀池就是根据这个原理设计和应用的。（三） 浓悬浮液的沉淀：概述：由于进水不断带入新的悬浮物，为了使泥水交界面不致上升而影响出水水质，或者为了按照回流工艺的要求运行，就需要连续地池底排出经过浓缩的污泥。因此，这种沉淀池同时起着水的澄清和污泥浓缩的作用。确定其面积的方法：1.表面负荷法；2.临界浓度法；3.固体通量法。二 混凝：概述：水和废水中常含有用自然沉降法不能去除的悬浮微粒和胶体污染物。需投加化学药剂破坏分散体系的稳定性，使其聚集为具有明显沉降性能的絮凝体，然后才能用重力沉降法予以分离。包括：凝聚使胶体脱稳并聚集为微絮粒；絮凝微絮粒通过吸附、卷带和桥连的方式长为更大的絮体。（一） 理论基础：1.胶体的稳定性：在总电位一定时，扩散层愈厚，电位（即电动电位）愈高，电位引起的静电斥力愈大，则胶体的稳定性就愈高。2.混凝机理：压缩双电层：投入电解质后，水中与胶粒上反离子具有相同电荷的离子浓度增加了。这些离子可与胶粒吸附的反离子发生交换或挤入吸附层，使胶粒带电荷数减少，降低电位，并使扩散层厚度缩小。吸附电中和：吸附作用导致了胶粒表面的部分或全部离子被异号电荷中和而减少了静电斥力，因而易于其他颗粒接近而互相吸附。吸附架桥作用：投加的化学药剂是能吸附胶粒的链状高分子聚合物或者能将两个同号的胶粒吸附在同一个异号胶粒上，胶粒间就能联结、团聚成絮凝体而被除去。网捕作用：投加含金属离子的化学药剂后，由于金属离子的水解和聚合，会以水中的胶粒为晶核形成胶体状沉淀物；或者在这种沉淀物从水中析出的过程中，会吸附和网捕胶粒而共同沉降下来。（二） 混凝剂、助凝剂及其作用：1. 混凝剂：使胶体微粒脱稳沉淀而投加的电解质。最常用的混凝剂是铝盐和铁盐。2. 助凝剂：与混凝剂一起使用时，他能促进水的混凝过程，产生大而结实的矾花。常用的四类：酸碱类：调整水的pH值；绒粒核心类：改善矾花结构；氧化剂类：去除干扰混凝作用的有机物。（三） 混合与反应设备：1. 投加药剂：当采用FeCl3作混凝剂时，要考虑设备的腐蚀问题，工作间的墙面和地面也要考虑腐蚀。2. 混合设备：使药剂迅速均匀地扩散到水中，溶解并形成胶体，并与水中的悬浮微粒等接触，生成微小的矾花。要求：搅拌强度要大。3. 反应设备：使细小矾花逐渐絮凝咸成较大的颗粒，以便于沉淀除去。要求：适宜的搅拌强度既要为细小絮体的逐渐长大创造良好的碰撞机会和吸附条件，又要防止已形成的较大矾花被碰撞打碎。两个参数：搅拌强度和搅拌时间速度梯度G和停留时间T。三 澄清：概述：水和废水的混凝处理工艺包括水和药剂的混合、反应、絮凝体与水的分离。澄清池就是完成上述三个过程于一体的一种专门设备。1. 澄清池中起到截留分离杂质颗粒作用的介质是呈悬浮状态的泥渣。保持悬浮状态的、浓度稳定且均匀分布的泥渣区成为决定澄清处理效果的关键。2. 分类：依据：泥渣与水的接触方式的不同泥渣循环分离型（泥渣在垂直方向的运动捕捉原水中形成的絮凝体）和悬浮泥渣过虑型（靠上升水流的能力能量在池内形成一层悬浮状态的泥渣，当原水自下而上通过这一泥渣层时，其中的絮凝体就能被截留下来）。四 过滤：概述：既可用于化学混凝和生化处理之后作为后续处理，也可用于活性炭吸附和离子交换等深度处理之前的预处理。过滤机理：1阻力截留：滤料层中形成一层由被截留的固体颗粒构成的滤膜，并由它起过虑作用。2重力沉降：滤料表面提供巨大的沉降面积，悬浮颗粒极易在此沉降下来。3接触絮凝：物理吸附作用+电荷的吸引作用。过滤包括过滤和反洗两个工艺过程。五 气浮：1. 理论基础：（1） 气浮法：利用高度分散的微小气泡作为载体去黏附水中的悬浮颗粒，使其随气泡浮生到水面而加以分离去除的一种水处理方法。对象：疏水性细微固体或液体悬浮物质，如细沙、纤维、藻类以及乳化油。（2） 药剂浮选法：在废水中投加浮选药剂，选择性地将亲水性的污染物变为疏水性物质（机理：浮选剂的极性基团选择性地被亲水物质所吸附，非极性基团则朝向水，从而亲水性物质的表面就具有疏水性而黏附在空气泡上，随气泡一起上浮到水面），从而附着在气泡上一起上升到水面加以去除的又一种水处理方法。对象：亲水性固体悬浮物及重金属离子。2. 气浮条件：使污染物能黏附在气泡上，即接触角180。3. 气浮设备：加压溶气气浮和叶轮气浮两种。第三节 水中溶解物质的去除概述：天然水中的溶解物质大多是离子和溶解气体（O2和CO2）。废水和污水中还会有不少重金属离子、有机物质和CH4、NH3、H2S等气体。去除方法主要有软化除盐、离子交换、吸附和膜分离。一 水的软化和除盐概述：降低水中钙离子和镁离子的处理称为水的软化；降低水中部分和全部含盐量（阴阳离子的总量）的处理称为水的除盐。（一） 软化的基本方法：1. 加热软化法：此法只能降低碳酸盐碱度（加热转化为其他物质）而不能降低非碳酸盐碱度。2. 药剂软化法：常用的药剂法为石灰法、石灰纯碱法与石灰石膏法。但此法会有残余硬度，仍然会产生结垢问题。3. 离子交换法：将水中的钙离子和镁离子转换成钠离子，其他离子成分不变。此法能彻底去除水中的钙离子和镁离子，优越于前两种方法。（二） 除盐的基本方法：蒸馏法、电渗析法、离子交换法。以离子交换法应用最为广泛。二 离子交换法概述：在给水处理中，主要用于水质软化和除盐；在废水处理中，主要用于去除废水中的金属离子。离子交换法是一种特殊的吸附过程，通常称为离子交换吸附。1. 树脂结构：由树脂本体和活性基团两个部分组成。火星集团由固定离子和活动离子组成。活动离子依靠静电引力与固定离子联结。2. 交换工艺：离子交换系统包括预处理设备（用以去除悬浮物，防止离子交换树脂受污染和交换床堵塞，一般采用砂滤器）、离子交换器和再生附属设备（再生液配制设备）。离子交换运行操作包括交换、反洗、再生和清洗。3. 应用：（1） 给水：软化Na+型阳离子交换固定型单床。除盐H+型阳离子交换柱（交换各金属离子）与OH+型阴离子交换柱（交换去除水中的各类酸根）串联工艺。实际应用中，可将阳离子交换树脂和阴离子交换树脂按1:2的比例混合均匀填充于同一个交换柱中。（2） 废水：广泛应用于含重金属废水的处理和金属回收。如去除水中的铬、铜、锌、镉、汞、金、银、铂等金属以及净化放射性废水。今年来，在城市污水深度处理中也有用离子交换法去除氮和磷的。三 吸附法概述：水处理中的吸附法主要用于去除溶解性的有机物质，另外可去除合成洗涤剂、微生物、病毒和痕量重金属等，并能脱色、除臭。1. 吸附类型：物理吸附和化学吸附吸附剂与吸附质和分子之间的吸附。离子吸附吸附质的离子因静电引力或化学键力而聚集到吸附剂表面的带电点上。离子交换就属于交换性的离子吸附，又称离子交换吸附。2. 吸附剂：多孔物质或磨得很细的物质具有巨大的表面积而具有明显的吸附能力。如活性（活化的目的是使碳晶格间形成形状和大小不一的发达的细孔）炭。3. 活性炭吸附柱：水处理中的活性炭有粒状碳和粉状碳两种。在吸附操作前，原水应经过预处理，去除水中的悬浮物及油类等杂质，以免堵塞吸附剂的空隙。静态吸附试验测出不同类型的活性炭的吸附等温线，据此选择活性炭，并估算出处理每立方米废水所需的活性炭量。动态吸附柱试验确定具体的设计参数。4. 前景：在曝气池中投加活性炭可同时对废水进行物理吸附和生物氧化处理，因此称为生物物理法。另外，活性炭和臭氧的联合处理可协同作用，大大提高了出水水质，并延长了活性炭的再生周期。四 膜分离技术1. 电渗析：由置于正负电极之间的一系列阴、阳膜组成。主要应用：水的淡化、除盐。如海水和苦咸水的淡化，也可作为离子交换法制取纯水的预处理，还可用于废水中离子杂质的分离和回收。在处理工业废水时，要注意酸、碱、或强氧化剂以及有机物等对膜的损害和污染作用。2. 反渗透：在渗透压的作用下，较稀溶液内的水分子渗入较浓溶液中。主要应用：海水及苦咸水淡化、饮用水处理、高纯水制备等给水领域。3. 微滤、超滤和纳滤：微滤去除胶体、悬浮固体和细菌。现多用来取代深床过滤，降低出水浓度，强化水的消毒有时也用作反渗透的预处理。超滤去除相对分子质量大于1000100000的物质，如胶体、蛋白质、颜料、油类、微生物等。纳滤（也叫低级反渗透）分离相对分子质量大于200400的物质，如硬度离子、色素等。4. 液膜分离技术：模拟生物膜的功能，将有机物制成液膜分离待提取组分。组成结构：有机溶剂膜相；膜内水溶液膜内相；膜外的废水相膜外相。主要应用：含酚废水的处理、含NH3废水处理、含重金属废水的处理。第四节 水中有害微生物的去除概述：各类水体是微生物生长的天然环境。在城市给水厂中，混凝沉淀和过滤能除去水中不少细菌和其他微生物，但不能保证去除水中所有的病原微生物，因此需要消毒。消毒的目的是杀死水中的病原细菌和其他对人体健康有害的微生物。消毒与灭菌的不同之处在于：消毒并非杀死水中的一切微生物，而只是将水中的病原微生物除去。目前最常用、最简单经济且效果良好的消毒方法是氯消毒。此外，还有臭氧消毒、二氧化氯消毒和紫外线消毒。一 氯消毒1HOCl的杀菌能力比OCl-强的原因：前者为中性分子，可以扩散到带负电的细菌表面，并穿过细胞膜渗入细胞体内，由于氯原子的破坏作用破坏了细胞体内的酶而使细胞死亡；后者因为带负电，难于靠近带负电的细菌，所以虽有氧化作用，也难起到消毒作用。2氯胺的杀菌作用虽比较慢，但氯胺在水中较为稳定，且杀菌的持续时间长。因此，在城市的供水管网中，外加一些氯能够保证持续的杀菌作用。3氯可以与水中的其他杂质特别是还原性物质起化学作用，如Fe2+、Mn2+、NO2-、S2-等无机性还原物质以及一些有机还原物质。当水源受微量有机物污染时，应有效控制氯消毒副产物的产生。4折点加氯法：按照需氯量曲线上折点的量来加氯的方法称。水中需氯量在一定程度上反映了水受污染的程度。二 其他消毒方法1.物理消毒法（1）加热消毒：消耗大量燃料适用于少量饮用水。（2）紫外线消毒：消毒速度快，效率高；能去除加氯法不能杀死的某些芽孢和病毒；不影响水的物理性质和化学成分，不增加水的嗅和味。但不能解决消毒后在管网中再污染的问题，电耗较大，水中悬浮杂质会妨碍光线透射。2.臭氧消毒：臭氧能氧化水中的有机物，可用于去除水中的铁、锰，并能去除嗅、味和色度。此外，臭氧还能完全去除水中的酚。3.二氧化氯消毒：二氧化氯用于水的除嗅和除味，还可以杀死细菌、芽孢、病毒。此外，二氧化氯是很好的污水消毒剂。消毒效果比较：臭氧二氧化氯氯气氯胺。4.其他化学消毒法（1）重金属消毒：价格高少量饮用水的应急消毒。例如：在杀灭湖泊或水库中是藻类时，硫酸铜是最常用的化学药剂。（2）其他氧化剂消毒：如卤素以及高锰酸钾等氧化剂都有杀菌作用。5.联合消毒法：先用臭氧氧化水中的酚和消灭病毒，改善水的物理性质，然后在水中加氯，以保证配水管网中的灭菌能力。有的采用：臭氧紫外线氯消毒。第五节 水的其他物理化学处理方法一 中和法概述：浓度较高的酸碱废水首先考虑回收和综合利用；低浓度的酸碱废水中和处理。1 酸碱废水中和法：以废治废。2 药剂中和法：向酸碱废水中加入中和药剂。如石灰是酸性废水最常用的中和剂，不仅可以中和任何浓度的酸性废水，而且生成的氢氧化钙还有凝聚的作用。3 过滤中和法：以碱性材料作滤层，让酸性废水通过得到中和的方法。二 高级氧化技术概述：对于水中的一些难降解有毒有害的有机废水的处理和饮用水源中威胁人类健康的微污染问题，通过化学或物理化学的方法（高级氧化技术）将水中的污染物直接氧化成无机物，或将其转化为低毒的易降解的中间产物。高级氧化涉及水中的羟基自由基的氧化过程。为了产生羟基自由基，需要有氧化剂（如H2O2、O3等）和合适的催化剂（如国度金属）。1 臭氧氧化技术：杀菌消毒，改善色度、嗅和味，氧化还原性的锰、铁离子，另外还可应用于氧化和降解有机物。2 过氧化氢氧化技术：（1）可以将废水中的氰化物氧化为氰酸盐而达到去毒的目的；（2）将地下水中的的铁和锰氧化为不溶于水的氢氧化物，再通过沉淀而得以去除；（3）过氧化氢在废水好氧生物处理中因可分解产生氧气而可以促进处理效果；（4）用于含有亚硫酸盐和银离子的光化学废水的处理，将水中的亚硫酸盐转化为硫酸盐，与银离子反应生成不溶于水的单质银；（5）在废水脱硫除臭、去除纺织品漂白废水中的剩余次氯酸盐等方面也有应用；（6）对于在废水中对微生物具有抑制或者毒性作用的有机物，通过过氧化氢的处理可促进这类有机物的生物降解性，同时可降低有机物的毒性，如酚、甲醛、脂肪等。Fenton试剂：利用亚铁盐来催化的过氧化氢试剂。3 光化学氧化技术：利用光和催化剂或氧化剂产生很强的氧化作用来氧化分解废水中有机物和无机物的一种方法。最常用的催化剂是TiO2，氧化剂有臭氧、氯、次氯酸盐、过氧化氢及空气，光源多采用紫外灯。应用：空气和水的净化，以去除微生物和病毒、癌细胞的灭活、臭味的控制。4 湿式氧化技术：应用：处理有机物浓度高、生物降解性差甚至有生物毒性的工业废水。即在高温高压下，利用氧气或空气中的氧将废水中的有机物氧化成二氧化碳和水。氧化速率快、处理效率高、适用范围广、极少有二次污染、可回收能量和有机物料等。5 超临界水氧化技术：将废液温度升至水的临界温度以上，利用超临界水的良好特性来加速反应进程。三 化学还原法概述：主要用于含铬和含汞废水的处理以及水的脱氯。1 硫酸亚铁石灰法除铬：六价铬被硫酸亚铁还原为三价铬，然后投加石灰生成难溶于水的氢氧化铬沉淀。2 化学还原法除汞：常用的还原剂为比汞活泼的金属和硼氢化钠等。3 水的还原法脱氯：可以用活性炭吸附，但还原法脱氯是常用的，其中尤以二氧化硫脱氯最为常见。四 化学沉淀法1 氢氧化物沉淀法：适用于不准备回收的低浓度金属废水（如Cd2+、Zn2+）的处理。2 硫化物沉淀法：金属硫化物为比氢氧化物更为难容的沉淀物。3 钡盐沉淀法：主要用于含六价铬的废水。4 化学沉淀法除磷：投加二价或三价金属盐来产生微溶磷酸盐而分离除磷的。常用的金属盐有钙离子、铁离子、铝离子。五 电化学法概述：利用电解作用对废水进行电解，使废水中的有机物质在阳极和阴极发生氧化还原反应，沉淀在电极表面或电解槽中，或生成气体从水中逸出，从而降低废水中有害物质的浓度或把有害物质变成无毒、低毒物质。常用的电化学处理电化学氧化、电化学还原、电气浮和电解凝聚等几种。1 电化学氧化法：电解槽的阳极通过氧化反应过程使污染物氧化破坏，也可以通过某些阳极产物间接破坏污染物。应用：去除废水中氰、酚及各种有机物。电氯化：电解时加入少量氯化钠，可提高废水导电率，强化阳极的氧化作用。2 电化学还原法：电解槽的阴极相当于还原剂，可使废水中的重金属还原并沉积于阴极，从而得以回收利用，同时使废水得到处理。3 电解气浮：水离解放电产生氢气和氧气，废水中有机物和氯化物电解氧化会析出二氧化碳、氯气等气体，这些气体能将废水中的疏水性颗粒、悬浮物、乳化油等浮上，发生气浮作用。4 电解凝聚：电解时，金属阳极产生Fe3+、Al3+等离子，经水解、聚合反应能形成一系列凝聚体，对废水中的污染物起凝聚和吸附作用，形成絮状颗粒一起沉降而分离。应用：废水脱色、除油、含金属废水和造纸制浆水的出理。六 磁力分离法：应用1.去除钢铁工业废水中的磁性及非磁性悬浮物；2.去除重金属离子；3.去除废水中的有机物和植物营养元素；4.去除生活污水中的细菌和病毒；5.去除废水中的油类物质。七 溶剂萃取：将与水不互溶且密度小于水的特定有机溶剂和被处理水接触，在物理或化学作用下，使原溶解于水的某种组分由水相转移至有机相的过程。必要条件：被萃取组分在有机相中的溶解度大于水相。应用：以含高浓度重金属离子的废水与某些高浓度有机工业废水为对象，提取回收其中的有用资源。八 吹脱与汽提：1.吹脱：让废水和空气接触，使水中的溶解气体或易挥发物质通过气液界面向空气中扩散以去除废水中溶解气体或易挥发溶质的处理方法；处理含有乳化油或浮油、高浓度悬浮物的废水。2.汽提：采用热蒸汽与废水接触，使废水升温至沸点，利用蒸馏作用使废水中挥发性溶解污染物会发到大气中的一种处理方法。处理含挥发酚的废水与含氨废水的有效方法。九 蒸发、结晶与冷冻：1.蒸发：浓集富缩；2.结晶：溶解的逆过程。3.冷冻：冷冻洗涤净化固液分离得到纯净水。第三章 水的生物化学处理方法概述：生物处理法主要用于去除污水中溶解性和胶体性有机物，降低水中氮、磷等营养生物的含量。生物化学处理方法分为好氧和厌氧两类。生物化学物处理系统分为悬浮生长系统和附着生长系统两种。第一节 废水处理生物学基础1 废水处理中的微生物：主要是细菌、真菌、藻类、原生动物和一些小型的后生动物。2 藻类能通过光合作用放出氧气，对污水的净化具有重要作用。3 原生动物不仅能吞食部分有机物、游离细菌，降低污水浑浊度，一些原生动物还能分泌黏液，促进生物污泥絮凝。因此，原生动物能起指示生物的作用。4 轮虫能有效吞食分散和絮凝的细菌及颗粒较小的有机物。轮虫是好氧生物净化程度的有效指示生物。第二节 好氧悬浮生长处理技术一 活性污泥法1 净化过程：吸附阶段（活性污泥的表面积大，且具有多糖类粘液层，能吸附水中的胶体和悬浮物质）氧化阶段（氧化分解有机物获取能量+合成新的细胞）絮凝体形成与凝聚沉降阶段（重力沉降）。2 影响因素：溶解氧、营养物、pH和温度、有毒物质的浓度。3 评价指标：混合液悬浮固体（MLSS）、混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）、污泥沉降比（SV）、污泥指数（SVI曝气池出口处混合液经30min沉淀后，1g干污泥所占的容积，以ml计，单位ml/g）、污泥龄（C）。4 曝气方法：（1）曝气的目的就是将空气中的氧强制溶解到曝气池混合液中去，并提供适宜的搅拌。（2）提高氧的转移速率的方法：缩小气泡直径、延长气液接触时间、更新液界膜并减小界膜厚度、加大水深、增加空气中氧含量。（3）衡量设备效能的指标：动力效率（Ep）、氧转移效率（EA鼓风曝气转移到液体中的氧占供给量的比例）和充氧能力（叶轮或转刷在单位时间内转移到液体中的氧量）。（4）曝气方法：鼓风曝气、机械曝气（叶轮和转刷）和鼓风与机械并用曝气。5 活性污泥法的运行方式：普通活性污泥法、阶段曝气法、完全混合法、生物吸附法、纯氧曝气法、深水曝气法和深井曝气法、氧化沟、SBR法（间歇运行）、膜生物反应器。二 氧化塘：通过水塘中微生物的代谢活动使有机物降解，污水得到净化。1 四种类型：好氧氧化塘、兼性氧化塘、曝气氧化塘和厌氧塘。2 流程组合：前处理：去除悬浮物质设置沉砂池和沉淀池。后处理：除藻处理混凝加气浮，藻类浓度较低时可采用过滤法。处理高浓度的有机工业废水时要以厌氧塘为首。一个提示：厌氧法可处理高浓度的有机废水。第三节 好氧附着生长处理技术概述：好氧微生物和好氧型动物在某些载体上进行生长繁殖形成生物膜，污水通过与膜的接触，污水中的有机污染物作为营养被氧化分解，从而使污水得到净化。一 生物膜：1 生物膜主要由细菌的菌胶团和大量的真菌菌丝组成。2 生物膜是高度亲水的物质，其外侧表面总存在一层附着水层，附着水层中的有机物由于微生物的氧化作用而消耗，浓度远低于流动水层扩散动力。二 生物滤池：普通生物滤池、高负荷生物滤池和塔式生物滤池。三 生物转盘：1 工艺过程：吸附吸氧氧化分解。2 转盘的转动搅动充氧。3 脱落的生物膜悬浮在槽中，继续起氧化作用，因此，生物膜兼有活性污泥的功能。四 生物接触氧化法：在曝气池中设置填料，作为生物膜是载体，经过充氧的废水以一定的流速流过填料与生物膜接触，利用生物膜和悬活性污泥中微生物的联合作用净化污水的方法。介于活性污泥法和生物滤池之间的处理方法。五 生物流化床：以粒径小于1mm的砂、焦炭、活性炭一类的颗粒材料作为载体，填充于设备中，充氧的污水自下而上流动，时载体流态化。载体流态化强化了传质过程；载体间的碰撞生物膜的更新，防止流化床被生物膜堵塞。六 高效生物膜法工艺：针对出水中的BOD5浓度高的问题，设计出高效生物滤池固体接触法。固体接触池：生物滤池出水与回流污泥充分接触，废水中细小的悬浮物被吸附或黏附在活性污泥上形成易沉淀的絮凝体；废水中的有机物也被进一步生物氧化。生物絮凝反应器：进一步去除微细的胶体颗粒，获得优良的出水水质。第四节 厌氧生物处理技术概述：厌氧生物处理最早仅用于城市污水厂污泥的稳定处理。有机厌氧生物处理的最终产物：以甲烷为主的可燃性气体作为能源回收利用；剩余污泥肥料使用；运转费远低于好氧生物处理。最近的研究表明，厌氧生物处理也可用于高浓度和中浓度有机废水的处理。一处理机理：1酸性氧化阶段：不溶性的有机物在细菌释放出的外酶的作用下，水解生成水溶性的有机物。接着，水解产物渗入细胞，在内酶的作用下，转化成丁酸、丙酸、乙酸等挥发性有机酸类和醇、氨、硫化物、二氧化碳、氰等无机物和能量。2碱性氧化阶段：甲烷菌利用产酸菌产生的挥发性脂肪酸、挥发醇、氢作为营养源，代谢产物为甲烷、二氧化碳、微量硫化氢、氨和氢组成的气体。二影响因素：温度、酸碱度、负荷、碳氢比、有毒物质。三污泥的厌氧消化：污泥的消化处理是污泥稳定的有效方法，一般可分为厌氧消化和好氧消化两种。好氧消化是在延时曝气活性污泥法基础上发展起来的。厌氧消化和好样消化相比，虽然有机物分解速率慢，分解不完全，但它具有能耗少等优点，仍然是污泥稳定处理最基本的方法消化池。四有机废水的厌氧生物处理：有机废水的有机物含量高，用好氧处理时需稀释数百甚至上千倍，很不经济，这类废水用厌氧法处理较适宜。（一）厌氧悬浮生长处理技术：1厌氧接触法：池内设有搅拌器使细菌处于悬浮絮体形式存在，污水与厌氧微生物充分接触。微生物吸附、分解污水中的有机物，并使分解过程中产生的气体从污泥中分离出来，经汽水分离后进入储气罐。由消化池流出的污水和污泥进入沉淀池进行固液分离，污水由上部排出，沉淀污泥回流至消化池。2升流式厌氧污泥床法（UASB法）：污水自反应器底部进入，首先通过一个高浓度的污泥床，污水中的有机物在此进行厌氧分解，转化为消化气。由于消化气的搅动，使污水与厌氧微生物充分接触。消化气的微小气泡夹带着污泥上浮，在污泥床上部形成污泥悬浮层。反应器的上部是固、气、液三相分离装置，上浮的污泥与分离装置的挡板碰撞后，气体法分离，储集在分离装置斜板下部，然后用管道引出反应器。污泥与污水则穿过缝隙上升，在沉淀室进行分离，污泥下沉，沿斜板下滑至污泥床内，污水则由溢流槽引出。不适用于含高浓度悬浮固体的废水。（二） 厌氧附着生长处理技术：1厌氧生物滤池：池顶密封，池中放置填料，填料表面附生着一层厌氧微生物膜。污水通过滤层时，微生物吸附污水中的有机物，将其分解为甲烷和二氧化碳。生物膜不断新陈代谢，老化的生物膜随水流走，产生的消化气从滤池顶部引出。适用于含悬浮物较少的中等浓度和低浓度的有机废水的处理。2厌氧膨胀床和厌氧流化床：床内装有惰性细颗粒载体，厌氧细菌组成的生物膜附着在载体上。在向上的水流和消化气的作用下，载体产生膨胀，从而悬浮在床内。高浓度和低浓度的有机废水都可处理。3厌氧塘：塘表面有浮渣层，维持厌氧状态并保持塘水温度。塘内生长着厌氧细菌，污水于底部进入塘内与厌氧细菌接触，有机物被分解为甲烷和二氧化碳，污水得到净化。适于处理温度较高的高浓度有机废水。4厌氧生物处理技术的发展：多级厌氧处理系统和两相厌氧处理系统（将酸性消化阶段和碱性消化阶段分别在两个反应器内完成，可分别保证两种细菌都处在最佳生长状态，从而可大大提高有机物分解速率和程度，提高消化气中甲烷浓度，减小整个系统设备的容积并缩短反应时间）。5厌氧和好氧的联合技术：对于高浓度和某些中等浓度的有机废水，常将好氧和厌氧两种处理方法结合起来，组成厌氧好氧联合处理系统，可提高出水水质。第五节 生物脱氮除磷技术概述：水中的有机氮和氨氮会消耗水中的溶解氧，使水体变黑、发臭；水体中的氮和磷过多会造成水体富营养化。因此，有必要从污水中除去氮和磷。一生物脱氮处理技术1脱氮机理：第一步，硝化：硝化细菌将氨氮转化为硝酸盐（影响因素：pH、温度、BOD5/TKN、溶解氧）；第二步，反硝化：将硝酸盐转化为气态N2的过程（两个条件：污水中应含有足够的电子供体；厌氧或缺氧条件）。2脱氮工艺：当BOD5与总氮比在13时，硝化细菌比例较高，此种条件下的好氧处理相当于单独的硝化处理；当BOD5与总氮比大于5时，则完成的硝化处理过程相当于碳氧化与硝化结合的处理过程。几种常用的脱氮工艺：氧化硝化反硝化三段工艺流程、A/O工艺，即前置反硝化生物脱氮工艺。三段脱氮工艺法二生物脱磷处理技术：水中的磷以正磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷三种形式存在。1脱磷机理：第一步，磷的摄取：在好氧条件下，聚麟菌不断摄取并氧化分解有机物。细菌以聚麟的形式从细胞中储存磷。第二步，磷的释放：在厌氧和无氮氧化物存在的条件下，聚麟菌体内的ATP进行水解，放出H3PO4和能量，形成ADP。2脱磷工艺：（1）厌氧好氧除磷工艺（A/O工艺）：在厌氧池中释放磷，然后在好氧池中吸收磷和去除BOD，当停留时间足够长时，还会进行硝化，通过二沉池排泥除去磷。（2）3。 3Phostrip工艺：原水与释放磷后的污泥一起进入曝气池，去除有机物和聚麟菌过量摄取磷，混合液经二沉池沉淀，上清液胖放。含磷污泥一部分进入厌氧释磷池释放磷，并投加冲洗水使磷释放充分，一部分沉淀后回流至曝气池，还有一部分作为剩余污泥排放；厌氧池的上清液进入石灰沉淀池，去除磷后，上清液回流至曝气池，化学污泥从系统中排出。Phostrip法除磷三同步脱氮除磷处理技术：1 A2/O工艺：厌氧池：去除部分BOD5，部分含氮化合物转化成氮气而释放，回流污泥中的聚麟微生物释放出磷；缺氧池：池中的反硝化细菌以污水中未分解的含碳有机物为碳源，将好氧池通过内循环回流进来的硝酸根还原为氮气而释放，。好氧池：水中的氨氮进行硝化反应生成硝酸根，同时水中有机物氧化分解共计吸磷微生物以能量，微生物从水中吸收磷，磷进入细胞组织，经沉淀分离后以富磷污泥的形式从系统中排除。2 Bardenpho工艺：即A/OA/O法，各项反应重复两次以上。3 Phoredox法：在Bardenpho工艺的最前端增加一个厌氧反应器以强化磷的释放。脱氮除磷可用氧化沟工艺来是实现，通过安装或不安装曝气设备、控制曝气强度的方法在氧化沟的不同部位形成好氧、厌氧或缺氧区，形成不同的工艺。此外，通过改变运行方式，同步脱氮除磷也可以在SBR工艺中实现。第六节 水处理厂污泥处理技术概述：污泥的处理和处置技术有稳定处理（包括生物法、化学法和物理法）、去水处理（包括浓缩、脱水和干化）和最终处置（包括填地、投海和综合利用）。一污泥的性质1污泥的分类：（1）主要成分分类：污泥（有机物为主）和泥渣（无机物为主）；（2）来源分类：初次沉淀污泥、腐殖污泥、剩余活性污泥、化学污泥等。2污泥性质指标：含水率、相对密度（污泥的质量与同体积水质量的比值）、污泥的脱水性能（表示污泥脱水的难易程度，一般用真空法测定先在布氏漏斗中放一张滤纸，用水润湿，用塞子紧密地与量筒相连，量筒用水射器抽气，使量筒中成为负压，滤纸紧贴漏斗，关闭水射器。把100ml泥样倒入漏斗，再次开启水射器，使污泥在一定真空度下过虑脱水。用泥面出现龟裂或滤液达到85ml时所需的时间作为参数衡量污泥的脱水性能，脱水时间越短，脱水性能越好）。3污泥量：利用经验数据或根据水质情况估算。二污泥的浓缩减小处理设备容积和降低处理成本。1概述：污泥中的水分可分为四类：颗粒间的间隙水（约占污泥70%）、颗粒间的毛细水（约占20%）、颗粒是吸附水和颗粒内部水（共占10%）。污泥浓缩只能去除颗粒间的空隙水。污泥浓缩方法分为重力浓缩法、气浮浓缩法和离心浓缩法。2重力浓缩法：应用最广、操作最为简便。在垂直方向可分为三个区域：上部为澄清池；中部为阻滞区；下部为压缩区。3气浮浓缩池：适用于密度接近于水的活性污泥和生物滤池中较轻污泥的浓缩。气固比（单位质量固体所需空气量）是气浮浓缩池设备最重要参数。4其他浓缩法：离心浓缩法、微滤机浓缩法、超滤浓缩法、反渗透浓缩法、生物气浮浓缩法和振动筛浓缩法。第七节 废水土地处理技术1 概述：土地处理是利用土壤是物理、化学和生物化学作用，将污水中的污染物去除，使之转化为新的水资源，达到重新回收、利用的一种较为新颖的污水处理方法。2 类型