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第五章水质污染的防治 5 1水处理的方法概述5 2物理处理方法5 3化学处理方法5 4生物处理方法5 5城市生活污水处理系统 第一节水处理的方法概述 物理处理法借助于物理的作用从废水中截留和分离悬浮物的方法化学处理法用化学反应的作用 分离回收污水中处于各种形态的污染物质 包括悬浮的 溶解的 胶体的等 物理化学处理法利用物理化学作用 去除污染物质的方法生物处理法利用微生物的代谢作用 使污水中呈溶解状态和胶体状态的有机污染物转化为稳定的无害物质 第二节物理处理方法 过滤是使污水通过滤料组成的多孔介质 以截留水中的悬浮物质 达到处理的目的 板框压滤机 5 2 1过滤 微滤 超滤 纳滤 反渗透 5 2 2超滤 超滤是一种膜分离技术 其膜为多孔性不对称结构 过滤过程是以膜两侧压差为驱动力 以机械筛分原理为基础的一种溶液分离过程 使用压力通常为0 03 0 6MPa 筛分孔径从0 005 0 1 m 截留分子量为1000 500 000道尔顿左右 近30年来 超滤技术的发展极为迅速 不但在特殊溶液的分离方面有独到的作用 而且在工业给水方面也用得越来越多 例如在海水淡化 纯水及高纯水的制备中 超滤可作为预处理设备 确保反渗透等后续设备的长期安全稳定运行 在食品饮料 矿泉水生产中 超滤也发挥了重要作用 因为超滤仅去除水中的悬浮物 胶体微粒和细菌等杂质 而保留了对人体健康有益的矿物质 1 超滤分离特性 1 分离过程不发生相变化 耗能少 2 分离过程可以在常温下进行 适合一些热敏性物质如果汁 生物制剂及某些药品等的浓缩或者提纯 3 分离过程仅以低压为推动力 设备及工艺流程简单 易于操作 管理及维修 4 应用范围广 凡溶质分子量为1000 500 000道尔顿或者溶质尺寸大小为0 005 0 1 m左右 都可以利用超滤分离技术 此外 采用系列化不同截留分子量的膜 能将不同分子量溶质的混合液中各组分实行分子量分级 2 超滤膜的化学材料 可以用来制造超滤的材质很多 包括 聚偏氟乙烯 PVDF 聚醚砜 PES 聚丙烯 PP 聚乙烯 PE 聚砜 PS 聚丙稀腈 PAN 聚氯乙稀 PVC 等 90年代初 聚醚砜材料在商业上取得了应用 而90年代末 性能更优良的聚偏氟乙烯超滤开始被广泛地应用于水处理行业 因此聚偏氟乙烯和聚醚砜成为目前最广泛使用的超滤膜材料 3 膜超滤的微观结构 1 超滤膜的不对称结构超滤膜通常采用不对称结构 即由致密的皮层和多孔的支撑层构成 通常支撑层的孔径要比皮层高一个数量级以上 这种结构有以下的优点 a 致密的皮层提高了过滤的精度 b 多孔的支撑层降低了过滤的阻力 并且使得穿过皮层的微小杂质被截留的几率降低到最小 这些优点使得超滤基本实现了表面过滤 清洗恢复性比微滤有明显的改善 因而其长期通量更稳定 2 超滤膜组件的结构 组件的结构设计是连接膜丝特点和操作参数的中间纽带 在众多的形式中 目前以中空纤维膜为主 也有管式和卷式膜 5 2 3离子交换 1 离子交换树脂的结构 离子交换剂 磺化煤 煤磨碎后经浓硫酸处理得到 离子交换树脂 2 离子交换除盐的原理 阳床离子交换反应 经阳床反应后的出水是酸性水 此时HCO3 已分解成为二氧化碳 即 可由除碳器将二氧化碳除掉 阴床离子交换反应 5 2 4Electrodeionization EDI 技术 EDI能够产生高品质的工业纯水 被广泛应用于芯片制造 火力发电 化工 钢铁 医药等领域 在高纯水制备中是第一个真正经济性取代混床的深度除盐产品 1 工作原理 EDI利用电场作用将离子连续地从进水中迁移到浓水一侧 同时电流促使水分子分解成H 氢离子 和OH 氢氧根离子 从而连续再生树脂 因此 通过离子交换 水分解 离子迁移以及再生等多种作用 进水中的离子连续进入浓水室而被去除 高纯度的淡水连续从淡水室流出 从而实现水的深度除盐过程 2 EDI膜结构特点 卷式结构 离子交换树脂和膜芯均可方便地更换 第三节化学处理方法 5 3 1混凝5 3 2化学沉淀5 6 3消毒 5 3 1混凝 1 原理 向污水中投入电解质 压缩杂质双电层 降低或消除 电位 杂质相互聚结沉淀 2 材料 石灰 碳酸铝 硫酸亚铁 三氯化铁 聚合铝等 胶体双电层结构 影响混凝效果的主要因素 1 胶体和细微悬浮物的种类 粒径和浓度 2 水中阴 阳离子的浓度 3 pH 4 混凝剂的种类 投加量和投加方式 5 搅拌强度和时间 6 水温等 5 3 2化学沉淀 1 定义 化学沉淀是向水中投加某种化学剂 使它与水中的溶解物质发生互换反应 生成难溶于水的沉淀物 降低污水中溶解物质的浓度 2 原理 根据化学沉淀的必要条件 一定温度下 难溶盐MmNn在饱和溶液下 沉淀和溶解反应如下 m n 分别表示离子Mn Nm 的系数 3 沉淀功能 用于一级处理去除杂质 颗粒状物 用于二级处理初次沉淀池 减轻后续处理设施的负荷二次沉淀池 分离去除生物污泥 用于灌溉或氧化塘稳定水质去除水中虫卵或固体颗粒 4 沉淀池 分类 1 平流式沉淀池 2 辐流式沉淀池 3 竖流式沉淀池 5 3 3消毒 消毒的定义消毒简史消毒方法消毒机理 二 消毒简史 1854年JohnSnow在伦敦发现霍乱 cholera 与饮用水密切相关1881年Koch发现氯可以杀死细菌1902年比利时的Middleheike市首次在公共水处理中采用氯消毒 三 消毒方法 化学药剂 氧化剂 如氯 臭氧消毒 物理法 热和光 如高温 紫外线消毒 机械法 格网 膜 如用0 45 m的膜过滤 辐射 射线 电子束 四 消毒机理 可能有以下几个方面的作用 1 破坏细胞壁 2 改变细胞通透性 3 改变微生物的DNA或RNA 4 抑制酶的活性 第四节生物处理方法 5 4 1活性污泥法5 4 2废水天然生物处理 一 活性污泥法基本概念与流程 1 活性污泥污水通气一段时间后 形成一种由大量微生物群体构成的易于沉淀的絮凝体 2 活性污泥法来源 河流自净 启示 人工强化3 命名根据生物反应器中微生物存在状态 悬浮 附着 可将污水生物处理技术分为活性污泥法 悬浮的有活性的生物絮体 和生物膜法 附着的生物膜 及后来的复合式 悬浮 附着 生物处理技术 4 基本流程污水 格栅 泵间 沉砂池 初沉池 活性污泥曝气池 二沉池 消毒 二活性污泥的形态 性质 与评价指标 1 形态多为黄褐色絮体 含水率超过99 2 组成四部分组成 1 Ma 活性污泥微生物 2 Me 活性污泥代谢产物 3 Mi 活性污泥吸附的难降解惰性有机物 4 Mii 活性污泥吸附的无机物 3 微生物组成细菌 真菌 原生动物 后生动物4 活性污泥数量的评价指标 1 混合液悬浮固体浓度 mg LMLSS Ma Me Mi Mii 2 混合液挥发性悬浮固体浓度 mg L MLVSS Ma Me Mi 稳定塘 1 稳定塘的发展及应用稳定塘 StabilizationPonds 旧称氧化塘 OxidationPonds 或生物塘 是一种利用天然净化能力处理废水的生物处理工艺 其对废水的净化过程与自然水体的自净过程类似 稳定塘的研究与应用始于20世纪初期 在50 60年代之间稳定塘技术的发展较迅速 目前已有五十多个国家采用稳定塘技术处理城市废水或有机工业废水 但占城市废水处理的比例很低 目前 在美国 加拿大 澳大利亚等有一定发展 我国的环境保护技术政策规定 城市废水处理 应推行废水处理厂与氧化塘 土地处理系统相结合的政策 1985年 38座稳定塘 1988年 80多座 1990年 113座 处理水量190万m3 d 多用于处理中 小城镇的生活废水 2 稳定塘的分类 主要是根据塘中微生物反应的类型来划分 分为好氧塘 兼性塘 厌氧塘 曝气塘 深度处理塘 综合生物塘等 3 优缺点及采用条件 优点 在条件合适时 基建投资少 运行管理简单 耗能少 运行费用低 为传统人工处理厂的1 3 1 5 可进行综合利用 形成复合生态系统 可产生明显的经济 环境和社会效益 缺点 占地面积过多 处理效果受气候影响较大 如过多问题 春 秋季翻塘问题等 如设计或运行不当 可能形成二次污染 如污染地下水 产生臭气等 适于采用稳定塘的必要条件 土地 气候 气温 日照条件 风力等 一般而言 城市生活污水的水质比较均一 已形成了一套行之有效的典型处理流程 根据处理任务的不同 可将废水处理系统归纳为以下的三级处理 第五节城市生活污水处理系统 1 一级处理 主要处理对象使较大的悬浮物 采用的分离设备依次为格栅 沉砂池和沉淀池 截留于沉淀池的污泥可进行污泥消化或其它处理 条件许可时 出水可排放于水体或用于污水灌溉 一级处理有时也叫机械处理 2 二级处理 出水水质要求高的地方 在一级处理的基础上 需要再进行生物化学处理 叫做二级处理 二级处理的对象是废水中的胶体态和溶解态有机物 采用的典型设备有生物曝气池 或生物滤池 和二次沉淀池 产生的污泥经浓缩后进行厌氧消化或其它处理 出水可排放或用于灌溉 二级处理也叫生化处理或生物处理 二级生化污水处理厂 3 三级处理和高级处理 对出水要求更高时 在二级处理之后 还要进行三级处理 三级处理的主要对象是残留的污染物和营养物质 氮和磷 及其它溶解物质 所采用的方法有