第三章 水污染控制工程.ppt

第三章 水污染控制工程,丁文荣旅游与地理科学学院 E-mail:,水是一切生物生存和发展不可缺少的。水体中所含的物质非常复杂。元素周期表中的元素几乎部可在水体中找到。人类生产和生活消费活动排出的废水，尤其是工业歧水、城市污水等大量进入水体造成水体污染。 因此，采用废水物理处理法、废水化学处理法、废水生物处理法和废水物理化学处理法等方法进行治理，以及充分利用环境自净能力，以防止、减轻直至消除水体污染，改善和保持水环境质量，并要制定废水排放标准，合理地利用水资源，加强水资源管理，就成为水污染防治工程的主要任务。,水体是指地面水(河流、湖泊、沼泽、水库)、地下水和海洋的总称，在环境科学领域，水体不仅仅是水，它还包括水中的溶解物、悬浮物、水生生物和底泥，被当做一个完整的生态系统看待。所谓水体污染就是指进入水体的污染物造成该水体中某些物质(特别是对生物有毒性的或造成水体水质恶化的物质)超过了水体的本底值或水体的自净能力，从而使得该水体部分或全部失去它的功能或用途。在环境污染的研究中，区分“水”和“水体”两个概念十分重要。例如，重金属污染物易于从水中转移到底泥里，水中的重金属含量一般都不高，若着眼于水，似乎水污染并不严重，但是从整个水体看，污染就可能很严重。可见，水体污染不仅仅是水污染，还包括底泥污染和水生生物污染。因此，防止和治理水污染是摆在我们面前的一项艰巨任务，目前造成水体污染的主要污染源有以下几种：,一 水体污染、水质指标、水质标准1 水体污染, 水体污染源(1)工业生产废水。工业生产废水是最主要的污染源，它具有以下特点： a 排放量大，污染范围广； b 污染物种类繁多，浓度波动幅度大； c 污染物危害大； d 污染物排放后迁移变化规律差异大。(2)生活污水。生活话水的排放量比工业废水少的多，在织成上也有很大不同，主要是日常生活中的洗涤水，其中固体悬浮物含量很少(不到1)，污染物多为无毒物质，生活污水有以下几个特点： a 含氮、磷、硫高； b 含有纤维素、淀粉、糖类、蛋口质、尿素等，在厌氧性细菌作用下易产生恶臭物质；,c 含有多种微生物，如细菌、病毒等，易使人传染上各种疾病； d 由于洗涤剂的大量使用，在污水中含量增大，对人体有一定的危害。(3)农业生产排水。农业生产污水主要是灌溉水。由于化肥和农药的大量使用，致使灌溉后排出的水或雨后径流中有一定量的农药和化肥，造成水体污染和富营养化，使水质恶化。水体一旦受到污染，即使减少甚至停止污染物的排放，要恢复到原来状态仍需要相当长时间。 水体污染物 （1）无机无毒物。主要指氮、磷、无机酸、无机碱及一般无机盐。当水体中磷氮增多时，可导致藻类等水生植物过量繁殖，形成水华或赤潮，为“水体富营养化”现象。酸、碱废水将影响水体的pH值，影响生物生存，并对构筑物造成腐蚀。无毒盐类过多，也影响生活和工业用水质量。,(2)无机有毒物。无机有毒物对生物有较强毒性。有非重金属的氰化物和砷化物，及重金属的汞、镉、铬、铅等六大国际公认的毒性物质。氰化物和砷化物都是剧毒物。后四种重金属都能通过食物链不断富集，最后进入人体，造成慢性中毒。 (3)有机无毒物。有机无毒物多属碳水化合物，蛋白质、脂肪等天然生成的有机物，易于生物降解，向稳定的无机物转化。 (4)有机有毒物。有机有毒物多为人工合成有机物，如合成洗涤剂、有机农药、合成染料，以及多环芳烃等，它们不易为生物降解，旦对人危害较大，多为致癌、致畸、致突变物质。 (5)放射性物质。它们主要通过放出Y等射线损害人体组织，并可蓄积于人体内造成长期危害。 (6)生活污染物质。主要为动物和人排泄的粪便，其中含有寄生虫、细菌和病毒，能引起各种疾病的污染。,2 水质指标 自然界中没有绝对纯净的水，无论天然水还是各种污水、废水，都会有一定数量的杂质。杂质按其在水中存在状态可分为悬浮物质、溶解物质和胶体物质。悬浮物质是由颗粒组成的；溶解物质是由分子或离子组成的；胶体物质则介于悬浮物质与溶解物质之间。从理论上讲，通过化学分析，我们可以确定进入某个水体的污染物是什么和浓度有多少，从而搞清该水体污染的原因和程度。但是造成水体污染的物质太多了，除了重金属、一些有毒的有机化合物和其他必须单独分析出其浓度的污染物以外，一般不把水中的污染物一一分开测定。这就需要对水体污染物分类。可以有很多种分类方法，但最有用的是按污染物对水体或水体生态系统的危害特性进行的分类。,水体污染物通常分为：耗氧有机物、难降解有机物、植物营养物、无机悬浮物、石油类、重金属、放射性污染物、酸碱盐类、病原体和热污染十个类别。对应于各类污染物，有许多用来表不水质状况或水污染状况的指标，水质指标项目繁多，有上百种，按其性质对分为物理的、化学的和生物学的三大类。 a 物理性水质指标：温度(T)、浑浊度、色度、嗅和味、电导率、溶解性固体等； b 化学性水质指标：pH值、碱度、硬度、各种阳离子、各种阴离子溶解氧(DO)、化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)。 c 生物学指标：细菌总数、总大肠茵数、各种病原细菌、病毒等。 d 最常用的水质指标：浑浊度、色度、固体、碱度、硬度、BOD、COD、TOC、TOD、PH值、大肠茵群数。,3 水质标准 水的用途极为广泛，无论是作为生活饮用水、工业给水、农业用水、渔业用水，还是作为航运或水能利用等，都有一定的水质要求，也就是说针对不同的用途，要建立起相应的物理、化学和生物学的质量标准，对水中的杂质加以一定的限制，使某一种用途不适合的水却可能适合于另一种用途。此外，为了保护环境，保护水体的正常用途也需要对排入水体的生活污水和工农业废水水质提出一定的限制和要求，这些就是水质的标准，下面着重介绍几种常用的水质标准和水质要求。, 饮用水质标准 饮用水直接关系到人民日常生活和身体健康，因此供给居民以良质、足量的饮用水是最基本的卫生条件之一。我国1985年颁布的生活饮用水水质标准明确了饮用水质的相关标准。 地面水环境质量标准 保护地面水免受污染是整个环境污染保护工作的重要任务之一，它直接影响水资源的合理开发和有效利用。这就要求一方面制定水体的环境质量标准和废水的排放标准；另一方面要对必须排放的废水进行必要而适当的处理。 1999年国家环保局修订并颁布了地表水环境质量标准。该标准按照地表水五类使用功能，规定了水质项目及标准值、水质评价、水质项目的分析方法以及标准的实施与监督。该标准依据地表水水域使用目的和保护目标将其划分为五类：, 主要适用于源头水、国家自然保护区； 主要适用于集中式生活饮用水水源地一级保护区、珍贵鱼类保护区、鱼虾产卵场等； 主要适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区、一般鱼类保护区及游泳区； 主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区； 主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。此外，水域兼有多类别的，依最高类别功能划分。, 污水综合排放标准 只对地面水体中有害物质规定容许标准值还不能完全控制各种工业废弃物对水体的污染。为了进一步保护水环境质量必须从控制污染源着手，应制定有相应的污染物排放标准。1998年开始实施国家环保局颁布的污水综合排放标准就是其中之一。 该标准按照污水排放去向，分年限规定了69种水污染物最高允许排放浓度及部分行业最高允许排水量。本标准适用于现有单位水污染物的排放管理，以及建设项目的环境影响评价、建设项目环境保护设施设计、竣工验收及其投产后的排放管理。 本标准将排放的污染物按其性质及控制方式分为二类。第一类污染物是指能在环境和动植物体内蓄积，对人体健康产生长远不良影响者，如汞、镉、铬、铅、砷等；第二类污染物是指长远影响小于前者的，如氰化物、硫化物、磷酸盐等。各类污染物均规定了最高允许排放浓度。,二 水体污染的净化规律1 河流污染与自净自净机理 河流污染是指排入河水中的污染物在数量上超过了该物质在河水中的本底含量和环境容量，从而导致河水发生物理、化学上的变化，使水质恶化，破坏了河水固有的生态系统，影响了河水正常功能。 造成河流污染的因素有，排入河中未经妥善处理的城市污水和工业废水；施用化肥农药的农田和城市污染地面的径流水；随大气扩散的毒物通过重力沉降或降水而进河中，都可引起河水的污染。 受污染的河流经过一段时间后，由于物理、化学、生物等方面的作用，使污染物浓度降低，水体可恢复到原有的状态，或者从最初的超过水质标准到最后降低到等于或低于水质标准。这种现象称为河流水体自净。河流水体自净过程很复杂，一般包括下面几个过程：,(1)物理净化过程。河流水体自净的物理净化过程是指污染物由于沉淀、稀释、扩散、混合、挥发等作用而使污染物在水体的浓度降低的过程。其中稀释作用是一项重要的物理净化过程，废水排入水体后，逐渐与水相混合，于是污染物质的浓度逐渐降低。这就是稀释作用。此作用只有在废水随同水流经过一段距离后才能完成。 (2)化学和物理化学净化过程。该自净过程是指污染物由于氧化、还原、分解、化合、吸附、凝聚、离子交换等反应而引起的水体中污染物质浓度降低的过程。例如通过氧化作用可使一些难溶性的硫化物形成溶解的硫酸盐；可溶性的二价铁和一价锰可氧化成几乎不溶解的三价铁和四价锰的氢氧化物或水合氧化物而沉淀于水底。,(3)生物净化过程。有机污染物进入河流水体后，在水中微生物的氧化分解作用下分解为无机物而使污染物浓度降低的过程称为生物净化过程。生物净化过程需要消耗氧，而消耗的氧由水面复氧和水体中水生植物光合作用产氧来补充。若消耗的氧得不到及时补充，生物净化过程就要停止，水体水质就要恶化。 人们将接纳大量有机污水的河流，从污水排放后，按BOD及DO曲线划分为三个河段：污染带、恢复带和清洁带。 沉于水体底部的有机物则发生厌氧生物降解过程，最后形成甲烷、二氧化碳、氨和硫化氢等化合物。, 水体自净的数学模式 一般说来，物理(主要是混合稀释)过程和好氧生物氧化过程在河流水体自净中占主导地位，因此水体自净的数学模型也集今在对这两个过程的描述上。 非降解性污染物，主要通过混合稀释在河流中得到净化，而可生物降解的污染物，则是通过混合稀释和生物氧化两条途径来净化的。可见混合稀释在水体净化污染物中具有非常重要的作用，而且对于一些较大水体来说，其净化污染物的贡献往往比生物净化的贡献还要大。 a 稀释机理。河流的稀释作用，一为河流流速的推流，二为污染物质的扩散。当污染物进入河流水体，由于河流流速的推动沿水流方向运动，这种转送污染物质的方式，称为推流或平流。 b 混合稀释规律,2 湖泊、水库的污染和稀释扩散 湖泊是陆地上主要贮水洼地，是地面水的主要组成部分之一，它可分为天然湖泊和人工水库两大类型，俗称湖泊和水库。湖泊、水库作为大的水体，其水的物理特性和溶解物质的变化都直接影响污染物的稀释扩散和自净能力。 湖泊、水库水质特点是常年水质浊度、PH值较低，色度、氨氮和磷含量较高，游生物、藻类很多，同时底部水层水质多含有铁、锰及有机物等。特别是北方冬季温低，呈低温低浊状态，给水质处理带来困难。 由于湖泊、水库中的水基本上处于静止或流动缓慢状态，流入的废水不易在其中进行混合、稀释和扩散。因此湖泊污染往往具有污染物质来源和污染物质种类复杂而且易于引起局部严重污染的特点。 当湖泊、水库受到有机废水和城市污水污染时，一个明显的特点是湖水富营养化。, 湖泊、水库的富营养化 所谓富营养化，就是湖泊、水库水中营养变得丰富的过程。其实富营养化是湖泊演化过程的一种自然现象，是由于向湖泊水库输入过多营养物质主要是氮、磷造成的。 一般认为当湖泊、水库水中总磷浓度高于0.02mg/L，全氮浓度达0.2-0.5mg/L以上时，即被视为富营养化水体。在富营养化时，水体中藻类异常增殖，水的透明度下降，下层水溶解氧降低并缺氧，水质恶化，以致湖泊，水库的水资源无法利用。 富营养化，使水体出现“水华”，它是生态系统自行调节过程被破坏的结果，也就是生物群落中一种或某几种藻类转变为优势种结果。形成“水华”的藻类能分泌对水生生物及至人类有害的毒物。因此，“水华”的出现，必然造成许多水生生物的死亡。, “富营养化”的控制 作为一种自然生物过程，藻类繁殖本身似乎是不足以被人们注意的，然而事实印并非如此。我们知道藻类在光合作用时产氧，从而使水中溶解氧增高，并促使好氧生物氧化过程的进行和有机物的矿质化，最终对水体自净起良好的作用。另外，藻类可从水体小吸取各种营养元素和被溶解的有机物，达对水体自净也是有利的。但当藻类过多时，使适得其反，由自净变成了自污。因此，必须控制藻类的过量增殖，其办法是控制水中营养元素的含量，使营养物质限制在适于生物群落生长发育的最佳限度之内。,研究表明，水体环境中含量最少、最缺乏的那种营养元素的浓度是浮游植物过度繁殖的限制性参数。在水体中水生植物生长需要的营养元素氮和磷的比例是一定的，一般认为磷酸盐:硝酸盐1:8，因而确定在淡水湖泊、水库中磷酸盐是限定因素。 对已“富营养化”的湖泊水库要采取恢复措施，如排入湖泊水库的污水要进行三级处理，将富营养化的湖泊水库的水排出湖外，或引水人湖稀释，以去除富合营养的底泥等。,3 海湾污染特性 自有人类以来，海洋就与人类有着密切的关系。同时，我们知道，海洋是人类的天然垃圾场，因为大陆径流挟带污染物质不停地倾注海洋；受污染的空气更是无时无刻不在与海水接触，从而把其中的污染物质卸人海洋。可以说无论是城市和工业废弃物，还是城市和工业废水都把海洋作为最终的归宿，所以海洋尤其是沿岸反海湾的污染相当严重。 海湾污染特征 (1)污染源广。人类活动产生的废物不管扩散到大气中，丢弃在陆地上，还是排放到河流中，已如前述，由于风吹雨淋和洒河径流最后可能进人海湾，因海湾往往又是河流的人海口。一般来说，沿海交通方便，与世界交往频繁，经济发达。海湾又是活动频繁的地方，所以更增加了污染的严重性。,(2)持续性强。大气污染了，一场大雨便可晴空万里，河流污染了，汛期可把污水直接冲入大海，而海水接收了来自大气及陆地的污染物质，再也没有其他场所可以转移了，所以一些末溶解的和不易分解的物质长期在海洋中蓄积着，并且随着时间的推移越积越多，如DDT入海后的半哀朗为10-50年，塑料物质甚至可长期积存于海中。 (3)控制复杂。由于污染源广，持续性强，且地理及自然条件多样，决定了海湾污染控制的复杂，必须防止和消除其污染，必须进行长期监测和综合研究，对污染源进行管理，包括对工业合理布局和对资源的综合利用。要以防为主，以管促治。 污染物质进入海湾，轻则破坏沿海环境损害生物资源，重则危及人类健康。, 污染物在海湾生态系统中的迁移转化规律 进入海湾的污染物质在海湾环境中有各种各样的迁移转化运动，首先要受海水潮流、潮汐和涡流的影响而不断稀释扩散；另外污染物也可通过食物链的逐营养级传递和转化而浓缩在生物的躯体中，或通过吸附和离子交换等物理化学过程而浓缩在悬浮物体中，最后通过海潮和生物流动把污染物质迁移；另外海水对可降解有机物质有自然净化功能，使其分解而进入自然循环系统中，也就是通过细菌等作用，使其分解成无机物而使海水得到净化。 但是目前沿海城市入口过度集中，排人海水中的即使是易于分解的有机物，也因远远超过自净能力而引起环境污染。, 赤潮 (1)赤潮的含义。微小生物使海水变色的现象称为赤潮。具体地说，当水中的营养成分氮、磷增加到一定程度时，导致水体富营养化和浮游生物的急剧繁殖，以致造成水中缺氧、鱼虾死亡、水色变异，此种现象就是赤潮。赤潮实际是水体富营养化的一种表现形式。 赤潮是对一切颜色潮的总称，实际上浮游生物种类不同而呈现不同颜色，例如某种鞭毛藻可引起绿色的赤潮。只有某些硅藻如浮游生物才产生红褐色的赤潮。我们往往根据赤潮的颜色判断赤潮生物种类。 海水富营养化是赤潮发生的根源，前面讲过富营养化的主要指标是氮、磷的含量。判断是否“富营养化”或者说是否发生“赤潮”的方法很多。,(2)亦潮发生的原因。过于丰富营养盐(主要是氮、磷)是产生赤潮的主要原因、重金属中铁和锰等微量元素以及一些特殊物质如维生素B1、B2、叶绿素a，酵目等是赤潮生物大量繁殖的至要刺激因素。物理参数，包括水温、PH值和盐分等条件适宜是促进赤潮生物迅速繁殖的外界环境。因此，当城市污水排放，农田化肥流失和饲养场倾泞的废水结海洋带来大量的植物营养素-氮、磷等营养盐时，其增加了海洋的肥沃度，给海洋水产的繁殖创造了有利的条件。 但若营养素过量，造成了“富营养化”，并当外界条件适宜时，赤潮生物便急剧而大量繁殖，覆盖海面，于是形成赤潮，并导致鱼虾及贝类的死亡。 据报道属于赤潮藻类有120种之多，我国近海已发现有39种，渤海湾以夜光藻、微型原甲藻居多。,(3) 赤潮的危害。赤潮发生时，大量赤潮生物繁殖覆盖海面，空气中氧不易进入，而且死亡的“赤潮”生物极易为微生物分解，从而消耗了海水中大量溶解氧，使海水呈缺氧甚至是无氧状态，由此导致海洋生物的大量死亡。另外，有的赤潮生物产生的毒素对鱼、虾、贝也有致命作用。 (4) 防止赤潮的办法： a 严格控制未经处理的工业废水和生活污水的排放，最大限度地减少水体中氮、磷积累； b 合理布局工业和居住区，防止N、P的集中排放； c 控制赤潮发生的各种环境条件。, 海湾海水的净化 废水排人海湾，其污染物将受到海水净化，海水自净能力大体上分为：水动力作用的物理自净，污染物各种化学成分彼此相遇进行反应的化学自净，以及由生物吸收、代谢、分解等作用而产生的生物自净。但其主导方面是物理净化，因为海水中污染物的迁移扩散主要取决于水动力因素。水动力净化又分为湾内海水的稀释扩散和湾内与湾外海水的交换。 （1）湾内海水的净化。废水排放到海湾，在出口处，废水与四周海水混合并上升到海面，在海而上，形成废水场，又随海流漂动，这种随海流的漂动称为平流，同时废水不断向周围水域扩散。 （2）内湾和外海的海水交换。排人内湾的污染物，一方面在内湾为海水稀释，另一方面又通过内湾和外海的海水交换，使这些污染物向外海迁移扩散。,三 水污染控制的基本原则和方法 近年来，由于环境污染日趋严重，许多地面水体和地下水都不同程度地受到污染。因此结水处理和废水处理之间已无大差别，处理机理和设备有许多相似之处，所以它们1 给水处理方法 无论从理论上，还是从技术上讲即使是废水也可以处理到合乎生活饮用或持要的标准。给水处理的任务就是通过必要的处理工艺，改善天然水源的水质，使之符合生活饮用水或工业用水水质标准，具体处理方法视天然水源水质和用户对水质要求不同而定。 从水源来看，地面水源主要是江河、湖泊和水库，一般说来水的浊度较高，受污染较重；地下水源，一般说来，水的浊度较低，受污染较轻，甚至尚未受污染。但不同地区，水质也干差万别，如有的地区地下水含铁、锰高，有的地区含氟高等。从用户来看，居民生活饮用水对水质要求较高；工业用水，根据不同用途，有的对水质要求较低，有的对水质要求同生活饮用水，有的远高于生活饮用水。 当以地面水作为生活饮用水水源时，处理工艺包括投药、混凝、沉淀、过滤和消毒(见闻33)。,当以地F水作为生活饮用水源时，一般只需消毒即可满足水质要求。但有的地下水含铁、锰高时，还需进行除铁、除锰处理；含氟高时则需进行除氟处理。 近年来，无论地面水还是地下水，都受到不同程度的污染，上述常规给水处理流程，往往不能满足水质要求，因此在消毒工艺之前，还要加活性炭吸附或臭氧活性炭联合处理工艺，进一步去除水中污染物质，尤其是微量有机污染物，以确保出水水质达到生活饮用水卫生标准。 当给水为工业用水时，根据不同用途，其处理程度也不同。如冷却水，若用地面水在含砂量不高时，自然沉降后出水即可使用。循环使用时，要加冷却设备，降低水温是主要措施。但在地面水含砂量大时就需要自然沉淀和混凝沉淀两步处理才能满足要求。 对特殊用水，采取特殊处理流程，如锅炉用水，则在生活饮用水基础上进行软化除盐和除氧处理，然后出水才能供锅炉使用。,2 废水处理方法 基本原则 (1)改善生产工艺，减少废水量。对于环境工程技术人员，应该深人生产第线，改革生产工艺，加强管理尽量减少废水排放量和废水浓度，以减轻处理构筑物的负姻，从晰节省处3l费用。 (2)重复利用废水。将工业废水经适当处理后重复或循环使用使废水排故虽减至最少。水在循环使用中积累的杂质，应采取适当处理措施去除，这不仅解决了环境污染问题也是解决水资源贫乏的重要途径c 一 (3)回收有用物质。工业废水中的汇染物质，都是生产过程巾进入水巾的原料、成品或成品等，如果把这些物质加以回收，便可变废为宝，化害为利，既防止污染，创造了财富c t43xJ胶水迈YJ妥香处理。废水经过回收利用后，可能还有些有害物质随水流出也有些无回收价值物质随废水排出，生活污水含有大量有机构质，如不处理排入水体也会恶化环境。因此必须从全局出发，加以妥善处理，使之无害化。 (5)对处理技术和工艺的选择应先进好用，同时经济合3B。, 废水处理的基本方法 废水处理的方法很多，归纳起来可分为物理法、化学和物理化学法、生物处理法等。 (2)物理法：是利用物理作用来分离废水中悬浮物在处理过程中无化学反应产生。例如沉淀法，可去除废水中相对密度大于1的悬浮物；气浮法则可去除相对密度小于1的悬浮物及乳状油污；筛网和格栅可以去除粗大悬浮物和漂浮物。 (2)化学和物理化学方法是利用化学或物理化学作用来处理废水中的肢体物质或溶解性物质。例如中和法是利用酸碱中和处理酸性或碱性废水的方法。 (3)生物法是利用微生物作用，使废水或污水中溶解的有机污染物转化为无害物质的过程。根据微生物的类别，分为好氧生物处理和厌氧生物处理。,上述各种处理方法有它各自特点和适用条件，例如生物处理必须对有机废水才适用。在实际废水处理过程中往往是几种方法配套使用，我们把若干个处理方法合理组合而成的废水处理系统称为废水处理流程。 按照不同的处理程度，废水处理系统可分为一级处理、二级处理和三级处理。 一级处理只去除废水中较大的悬浮物质。物理法中的大部分方法用于一级处理。 二级处理是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。 三级处理也称高级处理或深度处理。当出水水质要求很高时，为了进一步去除废水中的营养物质(N、P)、生物难降解的有机物质和溶解盐等。 对于某一废水来说，究竟采用哪些处理方法，选择怎样的处理流程，需根据废水的水质、水量、回收价值、排放标准、处理方法特点及经济条件等因素，必要时还要通过调研，甚至试验研究，做出技术经济分析后决定。 城市生活污水的水质比较固定，已形成了行之有效的处理流程(见图34)o, 废水处理程度废水向水体排放之前需要处理到何种程度，是选择废水处理方法的重要依据。一般说来，根据有害物质、悬浮固体、溶解氧和生化需氧量来确定水体容许负荷，然后再确定废水在排入水体前需要处理的程度，并选用合适的处理方法。 具体的废水处理程度可按下述几种方法确定： (1)按水体的水质要求来确定。就是根据水环境质量标准或其他用水标准对废水接纳水体水质要求，将废水处理到出水符合排放的程度。 Zi4三LJ100 (39) L5式中：辽废水处理程度； C末处理废水中某污染指标的平均浓度，心LE c。废水排入水体时的容许浓度，略Lo (2)按处理厂所能达到的处理程度。近年来各国多以二级处理能达到的所谓“双30标准(即要求城市污水厂出水悬浮固体和DOD5均不超过30吨I)来规定应处理的程度。 (3)考虑水体的稀释和自净能力确定处理程度。当水体环境容量大时，利用水体的稀释和自净能力，能减少处理程度，取得一定的经济效益。,四 水的物理处理 水中所含有的祖大颗粒物质、悬浮物可用下述物理处理方法得以去除和分离。1 格栅和筛网 格栅和筛网是处理厂的第一个处理单元。 格栅 格栅是由一组平行的金同栅条制成的，通常斜放在污水流经的渠道上或泵站集水池的进口处，用以去除污水中挟带的大块杂物，所以格栅对其后处理设备，特别是水泵具有保护作用同时防止管道堵塞。 (1)格栅分为人工清除格栅和机械清除格栅两种类型。图35为简单的人工清除格栅。常用的机械清除格栅的清渣设备又可分为链条式格栅除渣机、移动伸缩臂格栅除演机、钢丝绳牵引式格栅除渣机等，如图36、图37所。 ， (2)格栅栅条间隙。格栅栅条间隙的大小直接影响截留效率。水泵前的栅条间隙，应根据水泵要求而定，通常大于如一3)栅条形状。栅条的断面形状可以是圆形f方形、矩形、一头或两头部带半圆的矩形等。 (4)过切流速。一般为O，6。t凶5，格栅倾角”、ooc,2 沉淀和澄清 沉淀 沉淀是指水中悬浮藏粒物恢窥重力作用从水中分离山来肋过程。沉淀法一船只适于去除20I四四以上的腰酸物。沉硷工艺简单易行，处理效果好在各种类型的水处理系统中，几乎是林不可缺少的处理过程。在级污水处理系统中沉淀池是主要的处理没备，污水处理曲好坏基本由沉淀肋效果来决定；在二级污水处理系统中在生物处理构筑物前蟹设置初次沉淀他，在生物处理构筑物后要设置二次沉淀他p并且无论县一级还是二级污水处理系统一般都要设置沉砂他主要去除密度较大的砂粒等无视固体,颗粒物质t此外沉淀工艺在缩水处理、污水的深度处理以及各种工业废水的处理系统小都得到广泛的应朋。 (1)沉淀的类型*根据污水小悬浮颗粒物的性质和浓度，沉淀基本分为四种类型：自由沉淀、絮凝沉淀、拥挤沉淀和压缩沉淀。 自由沉淀。是指当水中悬浮颗粒的浓度4；高又不具有凝聚的性能时，颗粒在沉淀过程中形状、尺寸、质量均不改变，各自独立完成的沉淀过程。如在沉砂他和初次沉淀池内的初期沉施扰属于此类(如图39所示)。 开始沉淀时颗粒加速下沉，但瞬时就达到平衡即颗粒的重力与其浮力、磨擦阻力达到平茁，这时颗粒以均速下沉。在沉淀设施医的设计中颗粒的沉降速度是起决定性作用的参数。,对静水中均匀球形颗粒的沉降速度可用斯托克斯(sbks)公式表示。 u(众)x(AP，)x d2 这著名公式是表达固体颗粒物在水中沉降速度的基础公式。它表明了影响固液分离的主要因素是颗粒与液体的密度差(APl)、颗粒直径和液体的动力粘度。当(APl)，o时，颗粒下沉，差值越大沉降速度越快；当(风A)o时，颗粒将士俘，M为其上浮速度；当(AA)o时，M；o，则颗粒悬浮于液体中。其次，由上面公式(310)可见M Md2，即加大颗粒粒径有助于提高沉降效率；但MslA值，而J值除与液体本身的性质有关外，水温也是起重要作用的，一般说水温升高，J值下降，因此提高水温有助于提高颗粒的沉降效果。,斯托克斯公式虽然明确表明了影响沉降速度的诸因素，有助于我们对沉淀原理的理解和掌握，但是由于该公式的导出基于水流呈层流和颗粒呈圆球形等，所以在实际应用上有很大的局限性。因实际污水中所含的固体悬浮物是形状、大小和密度等均不相同的颗粒群其性质也因污水的不同而异，所以在实际工程中，并不直接采用这一公式，般是通过沉降试验判断颗粒的沉降性能，再根据以沉淀效率的要求取得沉降时间和沉降速度这两个基本的设计参数。也可根据经验资料来取得设计参数。 絮凝沉淀。是指当水中悬浮颗粒的浓度不高，但具有凝聚性能时，颗粒在沉降过程中，互相碰撞粘结，使其尺寸、质量、以及沉降速度都会随沉降深度的增加而增大的沉淀过程c在污水生物处理系统中初次沉淀池的后期和二次沉淀他的初期均属于此类。给水处理中的絮凝沉淀也属于此类。 絮凝沉淀与自由沉淀不同，在自由沉降过程中，沉降速度可认为不变，而絮凝沉降过程中沉阵速度随水深增大而增加；去除率与沉降速度的关系曲线，在自由沉淀中可认为与试验水深无关但在絮凝沉淀中却与试验水深有关。,拥挤沉淀c亦称集团沉淀或分层沉淀：它是指当水中悬汗颗粒的浓度提高到一定程度后，颗粒间隙相应减小，在沉降过程中，颗行间彼此相互干扰，澄沽液勺浑水之间形成明显的B和澄清液层A之间就出现了明显的分界面(如图39所示的5Y面II)，界面II以等速F沉。与界面形成的同时，底部的悬浮颗粒开始压缩出现压缩层D，在下沉颗粒层B与D之间形成过渡层c，在c与D层之间界面HH以等速上升、当沉降到某一时刻，界面II和HE相遇时B、c两层则消失，只剩下A和D层，开始两者之间界面层以等速下沉，下沉至一定高度后，沉速逐渐减慢，界面由等速沉降转为减速沉降的一点称为临界点，颗粒物在临界点的浓度称为临界浓度，临界点之前为拥挤沉淀区之后则为压缩沉淀区。,压缩沉淀。是指当悬浮颐粒的浓度高到使颗粒互相接触在重力作用下将下层颗粒间隙中的液体挤出固液界面到达上层澄清液，使固体颗粒群被压缩的过程，活性污泥在二次沉淀池污泥斗和在浓缩他的浓缩就属于此类。 (2)沉淀构筑物。沉淀构筑物主要分为沉砂池和沉淀他o 沉砂他。沉砂池主要是从水中分离密度较大的无机颗粒，如砂等c一般设置于泵和沉淀池之前这样既能保护后面的设备和管道免受磨损，减轻沉淀他的负荷，又能使无机颗粒与有机颗粒分离。 沉砂池有四种形式：平流式、竖流式、曝气式和涡流式。仅简单介绍几种。 平流式矩形沉砂池：如图310和图31t所示，它是最常采用的一种形式，具有构造简单、工作稳定、处理效果较好、易于排除沉砂等优点。平流式沉砂他的水流部分，实际上是一个两端设有间板、加深加宽了的明渠。在他的底部设12个贮砂斗。,吸气沉砂他：一般沉砂池去除的无机倾鼓小难免夹杂有机物。利用曝气沉砂池基本可解决这一问题。它是个长形渠道他的一侧没有曝气装且通入空气池底没有集砂斗，如图322和图313所示。由于空气的作用，使污水在池中以螺旋状向前流动，龄机颗粒经常处于恳弹状态，使砂粒相互磨撩去除砂粒表面附着的有机物所以该池排除的沉渣一船只含约5的有机物。此外该种他可通过调节曝气量，快除沙效率税定；受污水,流量变他的影响枷、；同时对话水起到了预曝气的作用t有利于进步的生化处理。 沉淀池。沉淀他主要去除忍浮于话水中可以沉淀的悬浮臃粒物。按沉淀他在污水处现流程中的恢置，主要分力初次沉淀池和二次沉淀池；按沉淀池内水流的方向分为：平流式、竖流式、辐流式和斜板式四种。 平流式沉淀池吴长方形由进入区、沉淀区、出水区和污泥区四部分组成，如图34是没有链带式刮泥饥的平流式沉淀他。 污水从他的一场进入进水区在此使水流均匀的分窃态整个横断面上，并尽可能减少扰动。在沉淀区水流缓慢，水中的惫得颗粒逐渐沉向池底。沉淀后的水进人出水区后，为保讼均匀流出，般采取各种形式的磁流塌沉淀后的水经过沉淀他末端的温筑坝，经出水槽排出他外。为陷拦浮渣随水流出以及对其收集，在堰口前还设有挡板和浮,澄收集设备。为了便于排除沉于池底的污泥沉淀池底微有坡度，多采用斗形底。由于可沉悬浮颗粒多沉淀于他的前都，污泥斗多设在池的肋竭底部，利用刮泥机将沉淀污泥刮人污泥斗v利用行泥斗底郁的诽泥管将斗中污泥诽出他外d除此之外还有采用多斗排泥的多斗式乎流沉淀池。 平流式沉淀池具有沉淀效果好对冲击负荷和温度变化的适应能力强，施工简单造价较低等优点。广泛应用于大、中、小型污水处理厂，也可用于地下水位高及地质较差地区的给水厂。实际工程应用的平流式沉淀池如图315所示p主要不足之处是池子配水不易均匀，当采用链带式刮泥机时链带的支承件和驱动件都沉于水中易锈蚀。 池子的长宽比以3。5u为宜池子的长田比一般为8。2M。 竖流式沉淀池：竖流式沉淀他的表面多呈圆形也有采用方形或多角形的。如图36为圆形竖流式沉淀池。池中上部呈回住形的部分为沉淀区，下部呈截头圆锥形的部,分为污泥斗二者之间留有缓冲层。水由中心管的下口进入池中，通过反射扳的阻拦作用，使水分布于整个水平断面上、并缓级向上流动，沉速超过上升流连的颗位则下沉到污泥区。橙清后的水经设在池上部四周的激流堰流出池外”为防止漂浮物外温在说流堰前哭没贸挡流板。沉淀的污泥由f5泥斗丫的排泥管驭静水压头徘出。 竖流式沉淀池具有排泥方便，瞥理简单占地面积小绰优点但因沉淀他的池径不易过大(否则布水不勾)。主要适于处理水量不大的小型话水处涩厂如图37所示*这种池型造价较高，施工较困难对负荷和温度变化的适应能力也较差。,顿流式沉淀池：该类沉淀池一般直径较大(203Dm以上，最大可达旧M)池深相对较栈(25。5顺)适合于大型水厂分为中央进水和周边进水两类用边进水又可分为中央出水和周边出水，如图318、团319所示c中央进水的箔硫式沉淀池，进口处流速很大呈紊流状态，当进水悬浮物浓度较高时p将影响沉淀他效果。采用周边进水式则可克服这一缺点。锯资料介绍，周边进水中央出水的幅流式沉淀他的处理能力比一般的辆流式沉淀他高倍左右。淀池，如团3犯所示。,斜板(管)沉淀池：上圆谈到的各种沉淀池存在的显著问题是总的说来悬浮颗敞的去除率不高，一股为奶犯，并且占地面积较大。为了提高思浮颐粒物的占除串和f5水的处理能力，可通过改善屈浮颗粒物的性能和改进沉淀他的结构阴方面着手*跳板(管)沉淀池就是在哈真(hM)”践池理论”基础上发展起来的一种新的池型。它既捏高了沉淀他的效串，又改善了沉淀他的水力条件所以其处理9a力比一股沉淀池可大幅度提高。,在理想条件下分隔成几层的沉淀池其过水能力可较原他提高几倍。为了解决在浅层沉淀区内的徘泥问题、工程上格饯层沉淀区间的水平隔层改为倾斜成一定角度(一般为印度)的斜面，因此称为斜板沉淀油，如图321。栈层沉淀区内进一步分隔成蜂窝形或被纹形管，则称为斜管沉淀池，实际工程应用中采用的斜笆沉淀他如图322所g1。根据水流和泥流的相对方向，可将斜板(管)沉淀池分为逆向流、同向流和例向流三种类型(如图3凹所示)其中以逆向流水流向上、泥流向下、倾角阶应用员,斜权(管)沉淀池虽然在生产能力上比一船沉淀池有太幅度提高，但由于池体缩小，使单份面积上排泥量增加再加上斜板间距或斜管管径较小*容易在板问或管内积泥，Arj排泥不畅，格使出水水质恶化c此外，该类池还存在耐冲击负荷能力差等问题，,所以近年来斜板管)沉淀池在污水处理厂不太推广但在结水处理厂和合油污水陌伯池中应用较多。 澄清 在沉淀他中，悬浮颗粒沉陷到池底就完成了沉淀过程。在澄清池中将沉到池底的污泥再提升起来，使之在池中形成稳定的泥渣悬浮层(称接触凝聚区)，当污水的杂质与悬浮泥渣相互接触时因被吸附而使水获得澄清。澄清池就是充分利用了池底沉泥中未改利用的接触絮蹬活性。为使泥诣层始终保持接触理轻活性澄清他的排泥设备可根据新形成的活性泥痘量不断排除多余的朔日泥值。该设备多用于给水处理。 能铰悬浮泥渣吸附的水中杂质是水中悬浮颗粒与祖凝剂作用后形成的微小絮凝休，所以实际上澄清他是在个装置中完成混暇处理工艺三个过程(水和诅凝剂的混合，反应及絮肠体分离)的一种特殊型式的设笛c常用的有：机械搅拌澄清池水力循环温情池、脉冲澄清池悬浮澄清池等”,气 浮：曼沉降又难于自然上俘的微纫颗粒c如石油工业或煤气发生站废水中含有的乳化七、毛纺和食品工业废水中含有的羊毛脂和油脂、造纸和纤维工业废水中含有的细小纤维等都u1用该法进行处理。，气浮法已发展到去除水中溶解性污染物(但需在气浮前投加药剂，使其转化为不溶解的固体颗粒)，这使得传统的气浮处理工艺已扩展到电镀、化上、有色金属、冶炼工业等含重金属和有机物废水的处理中c此外用该法还可以去除细小分散的亲水件颗粒，但需要将被气浮的颗粒先经过浮选剂处理转变成疏水性颗粒c由此可见，气浮法应用面很广，这主要是因为该法具有水在池内澄清分离时间短、浮渣含水量低、除渣方便、操,(1) 气浮原理 气俘分离是一个涉及气、液、固三相体系的问题，要实现气浮分离首先必须使气泡吸附到颗粒上，这一吸附能否实现的关键是水对该种颗粒的润湿性，即被水润湿的程度。水对各种颗粒润湿性可用它们与水的接触角来表示。在三相接触点上，由气液界面与同液界面构成的6角，叫做接触角。接触角9卯度的为亲水性物质。6，卯度的为硫水性物质，这可由图324所表示的颗粒与水的接触面大小看出。一股是疏水性颗粒易被气泡吸附亲水性颗粒难被气泡吸附。 根据热力学的概念，颗粒和气泡吸附后，只有使体系的界面能减小，才能自发地进行。颗粒与气泡粘附后，体系界面能的变化可用下式表示。,(2) 气浮设备,五 水的化学和物理化学处理混凝 水小的各种固体明反列瓜孤9b朱取明亚则部分。大颗粒悬浮物可在重力作用下沉降，细微颗粒包括悬浮物和胶体颗粒，它们的自然沉降是极其缓慢的，它们是造成水浊度的根本成因。它们的去除有赖于破坏其细分散或胶体的稳定性如加人混凝剂，使颗粒相互聚结形成容易去除的大絮凝体等。这就是水处理工艺中常采用的混凝沉淀技术。,1 混凝 胶体的稳定性 肢体微粒稳定性的主要原因有三个：微粒的布朗运动；肢体颗粒间的静电斥力；颗粒表面的溶剂化作用。 肢体的稳定性，正是卜述特性的综合表现尤其是胶粒之间的静电斥力的作用结果。如要了解肢体带电现象和使胶体脱稳的途径，就必须研充肢体的结构c图31j为粘土肢体结构示意图c它的中心是,巾数十到数干个不溶于水的肢体分子聚合成的胶核。在表团选择吸附广 殷传同9lt荷的离子这些离子可以是胶核表层分子离解产生，也可以是水个原来就斤在的H、Na等阳离了或oH等阴离子。这层离子称为胶体的电位离子，它决走了胶垃的电荷多少和符号，Kn构成了双电层的内层c由于电位离子的静电引力，在其周围的溶液里义吸引了众多的异号离子形成反离子层，构成了双屯层的外层。其中紧靠电位离十的反离子被电位离子牢固地吸引着，当胶核运功财，它也随着起运动组成J”吸附层，它利电伙离子一起组成胶团的固定层。固定居以外的反离子，由于热运动和液体溶剂化作川而向外扩散。因此其受电位离子的引力较弱，不随胶核一起运动，它们阁着吸附层形成f扩散层c间定层与扩散层之间的交界面称为滑动而，滑动面以内的部分称为胶粒，它i6带电微粒。胶粒与扩散层一起构成丁屯中性的胶团c亡述胶体及胶粒表固双电层结构可以用A1(oH)、溶胶为例表述如下：,当胶粒运动时扩散层中的大部分的反离子就会脱离胶团，向溶液主体扩散。其结果必然使胶粒产生剩余电荷，使胶粒与扩散层之间形成一个电位差称为电动电位常称5电位。而胶核表面的电位离子与溶液主体之间的电位则称为总电位或称热力学电位少。在总电位一定时，扩散层愈厚，E电位愈高；反之扩散层愈薄，5电位也愈低of电位引起的静电斥力，阻止胶粒互相接近和接触碰撞。因此，胶体微粒不能相互聚结面K期保持稳定的分散状态。 使胶体微粒不能相互聚结的另个因素是水化作用。由于胶粒带电，将极性水分十吸引到它的周围形成一层水化膜。水化膜同样能阻止胶粒问相互接触。但是、水化膜是伴随胶粒带电面产生的，如果胶粒的E电位消除或减弱水化膜也就随之消失或减弱。,混投机理 长期以来，人们对凝聚、絮凝和混凝这三个词的确切合义有不同的解释，但有时又混同使用，因此在使用的过程中难免出现一些混淆。在本书中凝聚是指胶体颗粒的脱稳过程它主要是指向水中投加混凝剂，通过结合或吸附压缩放体双电层和小和胶体的电荷来实现胶体颗粒的脱稳；所谓絮凝则是指胶体粒子脱稳后，在搅拌作用下，通过互相接触、吸附和架桥(主要是高分子物质)等形成大颗粒絮凝体的过程；而混66包括凝聚和絮凝两个过程。 关于水的混凝机理大致有如下几种解秆： (1)双电层压缩机理。如前所述，水中胶粒能维持稳定的分散悬浮状态，主要是由,于胶粘的f电位。如能消除或降低胶粒的f山仿就有可能仪微粒碰撞絮结，失去稳定性c，通过向水中投加不同的电解质(混凝剂)rII以达到达一目的。例如天然水个带负电荷的粘土胶粒，在投入铁盐或铝盐等混凝剂后，混凝别提供的大量正离子会油入肢体扩散层甚至吸附层。因为胶核表面的总电位不变，增加扩散层及吸附层中的正离厂浓度，就使扩散层减薄，也就使E电位降低。当大量正离子涌入吸附层以致扩散尼完全消失时，f电位为零，称为等电状态。在等电状态下，胶粒间静电斥力消失，胶粒最易发生聚结。实际上，5电位只要降至某一程度而使胶粒间排斥的能量小于胶粒布朗运动的动能时，胶粒就开始产生明显的聚结这时的f电传称为临界电位f胶粘阑f电位降低或消除以致失去稳定性的过程，称为胶粒脱稳。脱稳的胶粒相互聚结称为凝聚c这种通过投加化学凝聚剂电解质，压缩扩散层以导致胶体颗粒间相互聚结的作用的机理称为双电层压缩机理c,(2)吸附电荷中和作用机理。它是指胶粒表面对异号离子、异号胶粒或链状高分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中和了胶粒表面的部分电荷，减少了静电斥力因而使得胶体颗粒间容易相互接近并且相互吸引，最终达到凝聚沉淀。 (3)吸附架桥作用机理。这里主要指的是高分子物质与胶体颗粒间的吸附与桥连作用c如三价铝盐或铁盐以及其他高分子混凝剂溶于水后，以水解和缩聚反应形成高分子聚合物。这种高分子聚合物具有线性结构，因其线性长度较大，当它的一端吸附共一胶粒后，另一端又吸附另一胶粒，在相距较远的两胶粒问进行吸附架桥使颗粒逐渐结大形成肉眼可见的粗大絮凝体。这种由高分子物质吸附柒桥作用而使微粒相互粘结的过程，称为絮凝。 (4)沉淀物闻捕机理。当采用金属盐(如三价铝盐或铁盐)或金属氧化物和氢氧化物(如石灰作混凝剂)时，如果投加量大将迅速析出金属氢氧化物或金属、碳酸盐沉淀。这些沉淀物在自身沉降过程中能集卷、闻捕水中的胶体等微颗粒，使胶体同沉淀物。起除去。 上述四种机理产生的微粒凝结现象凝聚和絮凝总称为混凝c,混凝剂和助凝剂 在混凝过程中为了使水中悬浮微粒或胶体颗粒变成易于去除的大絮凝体而向水中投加的主要化学药剂称为混凝剂，常用的混凝剂主要有无机金属盐类(如铝盐、铁盐)和高分子聚合物(如聚丙烯酰脑等)两大类o (1)无视盐类混凝剂。目前，应用最广泛的是铝盐和铁盐。铝盐中主要有硫酸铝、明矾和聚合氯化铝从(0H)ncL。m三种。明矾是硫酸铝和硫酸钾的复盐A1z(叭)JK2观24H20，是天然矿物。硫酸铝混凝效果较好，使用方便，对处理后的水质没有任何不良影响。但水温低时，硫酸铝水解因难，形成的絮凝体较松散，效果不及铁盐。 铁盐混凝剂主要有硫酸亚铁(r604”7H20)、三氯