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文档简介
1、 Unit 3 What is Waste Reduction/Waste Minimization?什么是废物减量化,废物至少化 美国耗费了大量的时间在讨论像资源减量化,废物最小化,循环和制止污染这些术语上,EPA已经提供了如下的定义。 资源减量化:减少在于一种过程中的大量废物的任何行为。它涉及,例如,过程调节,原料调节,提高管理和回收内在循环。废物至少化:产生的废物最大限度减少,然后解决,存储,或者处置。它涉及了被导致了只要减量化与目前或将来威胁到人类健康和环境的最小化的目的一致的总容量或废物数量的减少或者废物毒性的减少,或者两方面兼备的发生器承当任何资源减量化或循环的活动。 回收:作为一
2、种商业产品的替代品,或作为一种工业过程的原料的运用或再运用。它涉及了废物的有用的小部分或来自容许再用的清除了污染物的废物的在现场或离开现场的回收运用。 污染的避免:污染也许在生产过程之中产生,或者在当一种产品被用作商业用途或被消费者使用的时候产生。这样也许在三个方式上被制止:变化投入/减少依赖有毒物或有害的原材料;变化过程/增长效率/提高类似设备修改的维修保养,更好的管理,在过程中闭环循环;或者变化产出/减小对有毒或者有害产品的依赖。随着1984年危险废物和固体废物修正案资源保护和恢复法的通过,美国国会建立一种国家政策来表白回收或消除危险废物的产生重要性。美国国会宣称它是一项无论在美国哪里都可
3、行的国家政策,要尽量迅速地回收或消除危险废物的产生。然而产生的废物还是应被解决、储存或处置,从而尽量减少目前和将来对人类健康和环境的威胁。在1990年,美国国会通过污染防治法,建立了一种全国废物管理政策。表白第一污染应当被避免或回收;;第二,废物应当用一种环保安全的方式进行循环运用; 第三,废物应当被解决; 最后,废物应当被除去或降解到环境。在美国,随着这些和其她环境法规的通过,废物至少化成为一种重要的工作理念.废物回收/废物至少化技术同步,对于某些特定的工厂,废物至少化的固然是在具体的工厂或在实地,能用的技术能被分为如下重要几类:product changes产品变化process chan
4、ges过程变化equipment modifications设备改造operating practices操作训练recycling and reuse回收和再运用在实践中,尽量减少废物的机会是有限的,只有被工厂人员的聪颖才智所运用. 这种技术已经被运用与大数量的工业和工业化生产过程,同步也被应用于有危险性和非危险性的废物。 产品变化有毒的材料常常能被无毒的所替代。这样的例子有诸多。洛克希德公司成功地将碱性氰化物电镀槽转变成酸性非氰化物电镀槽。由于简化废物解决需求,电镀质量相称和总成本减少了,虽然电镀化学品的成本较高。国防部始终参与测试完全不同的“安全替代品” ,以取代有害溶剂,如氯乙烯, 三
5、氯乙烷 和三氟三氯乙烷 ,用于金属清洁.因此,某些维修店已开始用可生物降解的溶剂取代蒸汽除油剂和冷溶剂罐。美国物理协会材料公司在其等离子体喷雾沉淀工艺的冷溶剂脱脂操作过程中会产生出两种危害性废物,即1,1,1-三氯乙烷和甲醇。一种可用松油稀释的清洁剂被用作替代两种危险物质,并已经证明在环境上和经济上的得到了成功。莱克实验室,一间3M的制药工厂,在药片上涂上溶剂。S溶剂的排放物有也许已经超过既有的空气污染的极限。 一种水溶性涂料被开发用作替代溶剂的涂料。不同的喷雾设备已经被安装了,并测试了产品的质量和稳定性。T这些测试都是成功的,每年制止了24吨的空气污染物的排放。美国最大的电话电信公司AT&T
6、有一种要实现的目的,就是在1994年使含氯氟烃减少100%并在消除多种的有毒的废气排放物。她们已经用一种柠檬果制品和其她有机物所替代过去曾用于清洁电子设备的溶剂;通过使用AT&T的低固态助焊剂取消了含氯氟烃在电路板制造工艺的使用。用柠檬油精替代氯化溶剂可以容许Xerox(施乐)的溶剂排放到大气中的量从200,000镑减少至17,000磅。过程变化一种高压水提取操作已经能使Xerox(施乐)每年回收800,000磅的镍和2,000,000磅的铝管,尚有退回160,000磅的硒给供应商循环再用。造纸公司开发了一种被称为“预循环” 的资源回收系统,它的纸产品被大量的包装,因此省下了那些也许要挥霍掉的
7、材料。雪佛龙公司过去曾经在填埋场解决罐底沉淀物。该公司目前是用一种离心机把油从水中分离出来;它对那些油进行再运用并且对那些水进行解决使得只残留很少部分的固体被填埋(少于5%的原始污泥含量)。在3M的办公系统分离部门,一台温度控制电脑已经被应用来控制启动温度,尚有那启动所排放的废物,在银,纸张,溶剂和劳动力等方面每年省下了533,200美元。它的成本是被排放的16,000美元解决掉137吨的固体废物,避免了53吨的空气污染物。设备改造 设备可以被改造以可以提高恢复或回收的操作率,产生更少废物,或提高操作效率。.在新泽西的Bayway,一种Exxon部门,在16个容器中安装了储存了在工厂中使用的最
8、有挥发性的化学品的浮顶。浮顶根随着液体水平的变化而升降,因此,使必须从工厂被排放出的化工蒸气减到最小。污染物每年总的减少量是680,000磅,价值超过200,000元。操作实践一般地,好的内部管理是废物至少化的核心。这样维持一种严密的定期检修的经验可以减少诸多废料。散漫的内部管理习惯如储罐,阀门,或泵的泄漏,也许导致解决化学制品溢出而需要采用净化和解决措施。不够干净或不充足的洗液时间将减少解决化学制品的有用性,增长废物解决的费用和化工替代的费用。 在某些部门中提高材料的接受,储存和操作实践,材料在没有使用之前就不是“废物”了。对于教育工作者设备能对的的使用是很重要的,例如,操作者合适地运用喷雾
9、技术也许会故意想不到的收获。采购和仓库里的管理也许需要改善。原材料由于寄存在架子上太长时间失去了它们自身的使用价值,从而变成了废物。和供销商达到合同去回收容器,使用少用包装等等,都可以减少固体废物在工厂里的产生。对废物的合适分离将为回收和运用提供更多的机会。回收运用一种化学品比购买一种新的物质和对旧物质的处置费用要低。有时候,一种材料也许不再符合本来的规格,但是也许可以合用于设施上的其她用途。譬如,被用于清洗油漆设备的溶剂也许对于下一批产品起稀释剂作用。回收和再运用回收可以在现场和非现场执行。 废物互换可觉得在一种工厂的废物成为在另一种上有用的产品提供机会。废物最小化/实现减少废物为了在行业中
10、可以实现废物最小/减少废物,某些要素必须具有的.一方面,是所有者或管理层的承诺.这应当有一种书面政策表白支持废物的最小化.在员工热心采用此前,管理者必须是被觉得是很支持废物最小化的。承诺必须是真实的,影响生产的决定,并成为工作绩效评价的其中一部分. 应当成立一种废物最小化的机构。虽然每家公司会有所不同,具体数量和形式取决于公司的规模,复杂性和资源,这个机构应由多种各样的可觉得废物最小化作奉献的来构成。涉及如下的代表应当成为机构的一分子:这些队伍的成员们必须有定期会议,以集思广益,并寻找机会。每个废物流应当被觉得是一种机会懂得被证明不是为止。记住,废物是放错地方的资源。尽量减少废物的筹划的目的应
11、当明确地被定义,使每个人都懂得时间表,以拟定与否达到预期的成果。机会优先。并非所有的废物都具有相似的价值。例如说寻找 “长的较低的果子”,这是最容易达到的一种。如明显废物的解决,如耗费/利润的比率,如明显有害的物质。波及到每个人,教育员工让人们为尽量减少废物提出建议,每个人 “挥霍”一点,也许就能得到一种解决措施。拟定这些建议在技术和经济上的可行性。必须执行废物评价,以拟定消除废物的也许性。拟定费用/节省废物管理,处置,治疗,并尽量减少废物。需要贯彻经济和技术可行性研究,以拟定与否有应当去尝试一种措施的必要。表白此工程项目也许是必要的。学习她人经验。在废物最小化这一领域已有诸多书面资料。许多人
12、乐意分享她们的知识。不会尝试去重新发明人家已经发明的东西。发展网络的伙伴,以分享想法,参与有关会议,运用技术交流中心。记住,废物最小化是一种正在继续的过程,通过减少废物解决成本而收益。 第八单元 空气污染物的类型和来源什么是空气污染物?空气污染在一般状况下被定义为,具有一种或多种化学物质,在高浓度下对人类,其他动物,植物或者材料有危害的气体。重要有两种类型的空气污染物。一是原发性空气污染物,指以有害浓度进入空气的化学物质。例如超过正常浓度的CO2气体,汽车燃烧含铅汽油排放到空气中不常用的铅化合物。次生空气污染物是指,在大气中由气体成分之间发生化学反映所产生的有害化学物质。在空气不流动时期,一座
13、都市或者某一区域,所喷设出的高含量污染物将会导致严重的空气污染性物质。例如某些人口非常稠密的都市的地理位置,像洛杉矶和墨西哥城的地理位置,使得它们常常特别易受空气流动停滞和污积物增长的影响。在仅从浓度来决定严重空气污染物方面,我们必须十分小心。测量的浓度自身并未告诉我们有关污染物导致的危害的信息,由于临界浓度,协同作用和生物放大效应都是决定因素。下面是11类重要的空气污染物:1.碳氧化物:CO、CO2 2.硫氧化物:SO2、SO33.氮氧化物:N2O、NO、NO2 4.烃类(具有C和H的有机化合物):CH4、C4H10、C6H65.光化学氧化剂:O3、PAN(一类过氧酰基硝酸脂)、和多种醛类6
14、.颗粒物(悬浮在空气中的固体颗粒和液滴):烟、粉尘、烟炱、石棉、金属颗粒(例如铅、铍、镉)、石油、盐雾、硫酸盐 7.其她无机化合物:石棉、氟化氢(HF)、H2S、NH3、H2SO4、HNO38.其她含碳有机化合物:杀虫剂、除草剂、多种醇、酸和其她化学物质9.放射性物质:氚、氡、来自化石燃料和核电站的具有放射性的物质10.热 11.噪音下面表格概况了这些重要污染物的来源: 第十单元 大气污染控制的新技术生物过滤:对VOC排放的新的大气污染控制技术。通过微生物生物来解决环境中的不必要组分的观念已经在污水降解领域得到了几十年的应用。然而直到近来,美国运用微生物技术来清除环境中的其她污染物才得到了注重
15、。并且虽然生物修复技术已在被合成有机物污染的土壤和地下水治理得到了成功的应用,但目前美国的环保专家确很少运用生物系统来控制大气污染物的实际经验。事实上,这个国家几乎没有环境的专家似乎意识到好几种欧洲国家(最明显的是荷兰和德国)”生物过滤”,即从固相反映器气流中空气污染的生物清除法,是一种充足确立的空气污染控制技术。在欧洲,生物过滤技术已经成功的应用于控制臭味和对人类有害作用的无机和有机的空气污染。(空气毒物,和从多种各样的工业和社会部门排出的可挥发性有机物VOC)。西德在生物过滤技术的发展大部分是发生在19世纪70年代末和80年代,并且这种发展是由增长的规定调节的迫切性和联邦政府的财力支持共同
16、发展起来的。欧洲的经验已经证明,生物过滤较已有的空气污染技术有着经济的和其她方面的优越性,特别是用于仅具有低浓度(典型的是甲烷浓度不不小于1000ppm)易被生物降解的空气污染物。原则上微生物过滤技术为什么到目前没有在美国得到承认,只是在一部分领域内得到了应用,看上去仿佛是由于缺少管理筹划,政府对科研和发展的很少支持尚有缺少英文写作的文献,更确切的说,在美国大部分州有关管理筹划还没有波及到,没有以全面的方式,对从小源头排放的毒物、可挥发性有机物和臭味进行控制。并且政府组织在研究生物降解在这些来源的实用性上予以了很少的财政支持。最后,尽管有某些重要的文献已用英文出版,但大部分近来的技术报告却是用
17、德语出版的。尽管有目前的障碍,生物过滤技术在不久的将来的美国仍有也许得到广泛的应用。除了,既有的装置大规模的工程目前还处在筹划阶段或者建设阶段。例如第一种在加里福尼亚大规模用于控制VOC的系统,由南岸空气质量控制区共同资助的一种用生物过滤法解决在洛杉矶附近一种锻造厂排放乙醇的系统正在筹划中。在其她地方也将会提供对这个系统性能更具体的分析。目前的这篇文章的重要目的是提供一种对生物过滤技术一种全面的综述来更广泛的传播这种APC新技术,并且鼓励在美国合适的地方实行这种技术。诸多波及到发展和运用的生物过滤更复杂技术和工程方面问题,就不能在这里讨论了。然而,我们会明确和总结这种文献还会给出更具体的文献。
18、我们还注意到,除了生物过滤技术,其她的生物APC系统目前在欧洲应用到了有机废气,涉及“生物洗涤器”和滴液池。文献中与这种有关的技术我们没有讨论,在其她文献中可以找到,带有臭味尾气的生物解决措施,可以从文献中找到在1923年当Bach讨论的控制从污水解决厂排放的硫化氢基本概念。有关这种概念的报道始于19世纪50年代的美国和西德。Pomeroy在1989年由于土壤床概念和成功的描述了在加里福尼亚土壤床装置而得到了美国第2793096号专利。在1959年前后,土壤层也应用在了西德都市污水解决厂来控制进来污水总管里的臭味。在美国,有关生物过滤法解决硫化氢的第一种系统研究,是由19世纪60年代的Carl
19、son和Leiser主持的。她们的工作涉及在西雅图附近的污水解决厂成功的安装了几种土壤过滤器,证明了生物降解而不是用吸取来解决臭味。在随后的几十年里,美国的几种研究人员进一步的研究了土壤床的概念,证明了在诸多大规模应用中的有用性诸多的这些技术归功于Hinrich Bohn在对土壤床理论和也许应用的15近年的研究。在美国成功的土壤床应用涉及控制从炼油厂发出的臭味和从喷雾罐释放出来的丙烷和丁烷。虽然已经证明土壤床可用相称低的投资和操作费用来控制某些类型的臭味和挥发性有机化合物,但是,土壤的低生物降解能力和相称大的占地规定现质量土壤床在美国的应用。据估计,在美国和加拿大的生物过滤装置和土壤层装置总数
20、不会超过50个,并且大部分都是应用在臭味的控制上。 Unit15 污水解决工艺现代科技最伟大的成就之一既是在很大限度上减少了水传染性疾病如霍乱和伤寒的发生率。这些病已不再像过去那样是公众健康最大的危险。其发展的核心在于结识到公用水域是人为污染重要传染源。但是这种污染可以通过更有效地水解决工艺和更好的废水处置措施来消除。今天的水工艺设备是为持续供应可持续饮用水而设计的。完毕整个过程需要注意四个重要问题:水源的选择、水质的保护,工艺措施的使用以及再污染的防治。而制止地下水和地表水污染常用的避免措施是,严禁排放生活排污和雨水的下水道接近水库,安装栅栏以避免保护娱乐用水被污染,尚有就是在水库注水后限制
21、使用肥料和杀虫剂。格栅、混凝/絮凝、沉淀、过滤和消毒是地表水解决的重要单元。水工艺解决实现了一种或者多达三个重要任务:除去细小的颗粒物,如沙粒和泥土、有机物质、细菌,尚有藻类;除去溶解性物质,如某些引起色度和硬度的物质;尚有就是除去或者破坏致病菌和病毒。实际的水解决过程要按照水源的种类和水质的规定去选择。有时,原水浊度很低,可以用一般沉降法(不含化学物质)来清除某些大的颗粒物,再用过滤来清除那些难以沉降的少量颗粒物。然而,一般状况下,原水中颗粒过小难以通过沉淀和简朴过滤在短时间内清除。为了弥补这一点,加入化学药物以混凝/絮凝这些小的胶体颗粒,使其形成可以在沉淀池内沉降或者可以被过滤器直接清除的
22、较大颗粒物。颗粒物的清除合用于污水颗粒物清除的单元操作涉及格栅、沉淀、混凝/絮凝和过滤。格栅是指清除木块、树枝、碎屑和小鱼等类似物的固体物。它是污水解决的第一阶段。如果容许这些残骸进入解决设备会导致水泵的损坏或者阻塞水管和水渠。水的引入口的位置会低于湖泊或者江河水面的目的也是为了排除漂浮物和减少由于冰块而导致的物理破坏。沉淀是最古老也是应用最广泛的水解决措施。它是运用自由沉淀清除水中颗粒物。这是相对简朴和便宜的,可以在圆的、方的、矩形的水池里实现。先前觉得,沉淀处在混凝和絮凝之后(对于高混浊的水)或者完全省略(对于中档混浊的水来说)。地表水悬浮物颗粒物-1-7直径在1010毫米之间变化。这个尺
23、寸正好也是微小沙粒和细小粘土颗粒各自的大小。引-4-4起水浊度的颗粒物直径在10毫米以上,而10毫米如下的颗粒影响水的色度和味道。混凝/絮凝是一种化学物理过程,那些太小的用一般沉降法不能清除的颗粒具有在这个过程中失去稳定性能成团的特点,从而能较快地沉淀。大部分悬浮颗粒太小以至于沉淀到池底需要几天或者几周。甚至这些胶体粒子不可以通过一般沉淀法沉降。混凝是使胶体粒子脱稳的化学过程。确切机理并未完全探究清晰,但是总概念是向具有负电荷的水中加入带正电荷的化学物质。其成果是中和水中反粒子从而减少胶体之间互相排斥的趋势。分散混凝剂需要几秒钟的迅速混合。悬浮物的慢速混合称为絮凝,这种沉降可以增进粒子直接的接
24、触。并且可以在混凝/絮凝池内通过旋转桨的旋转来实现,或运用水力压力直接在池内折流板周边形成。深度在34米之间的混凝/絮凝池的滞留时间是2040分钟。通过混凝/絮凝联合的化学/物理过程,不能被简朴沉降池沉降的胶体颗粒可以汇集形成一种大颗粒状的絮状物。在沉降过程中,将会浮现可以捕获微小非凝固态颗粒的不规则形状的毛绒状物质。硫酸铝是最一般的凝结剂,有机聚合物也可以单独作为混凝剂,或者与明矾起来改善絮凝效果。在絮状物被清除的过程中,它一般从混凝/絮凝池转移到沉淀池中,或直接被过滤。消毒为了保证水中没有有害细菌,消毒是必需的。氯化消毒是消毒公共用水的最常用的措施。来自氯气或次氯酸盐的足量的氯原子被增长到
25、解决过后的水中去杀死致病的细菌。氯气是一种可靠的,相对便宜的和容易使用的消毒措施。其他的消毒剂涉及氯胺,二氧化氯,其他的卤素,臭氧,紫外线的光和高温。在法国已经被广泛地应用的臭氧氧化措施,特别是在天然有机物存在的场合伙为预加氯的替代品。在北美目前正在被获得承认。虽然有效,但是臭氧不会由于长期的消毒面遗留永久的残存物。臭氧氧化是指加入臭氧对水消毒,臭氧是无机和有机杂志具有强烈的氧化性。气好是由于它不像氯气同样解决后留下味道和气味。溶解性物质的清除曝气是用来除去地下水中过量的铁和锰。这些物质引起味道和颜色总是干扰洗涤,玷污管道装置,并且在输水总管中增进铁细菌的生长。通过空气气泡进入水中,或通过喷洒
26、引起2+2+3+3+空气和水接触,溶解性的铁和锰(Fe,Mn)被氧化成一种溶解性水的形式(Fe,Mn),它们被析出然后能在一种沉淀池或过滤器中被清除。曝气也可以清除由硫化氢气体所引起的气味。水的软化是将水除去硬度的一种过程,硬度的产生由于二价金属离子的存在(特别是钙离子和镁离子),水的硬化正是由于水与土壤或岩石接触反映的成果,对于在有二氧化碳存在下的石灰石,水的硬化更为明显。活性炭是一种较好的吸附剂被广泛用于水解决中来除去有机污染物。活性炭的制备要通过两个过程。第一,适合的基本材料例如木头,泥炭块,植物材料,或者在缺少空气中被加热炭化的骨头。然后在存在空气,二氧化碳的状况下,加热这种炭化的物质
27、使其有活性,或者蒸发热掉其具有的任何焦油来增大它的气孔。用活性炭吸附气体、液体、以及固体的清除效果会受水的温度、pH值和有机物的复杂性的影响。反渗入(RO)是指以自然渗入逆方向通过半透膜的过程。由于渗入膜可以清除了溶解盐,因此反渗入的最重要应用是用于脱盐。然而,这过程中的有机原材料,细菌和病毒也被清除了,因此反渗入在污水解决中的应用尚有待进一步发展改善。 Unit16废水的生物解决法 微生物降解的应用和清除工业废水以及都市废水中的不但愿存在的成分并不是一种新的概念。它是一般废水解决活动的常用的过程,并且已经使用了许近年。随着我们结识到化学品对于环境的污染,更多有关有毒化学物的生物降解方面的研究
28、便浮现了。在这些解决技术之中,生物降解是最有效的。通过废水的生物解决法跟其她化学的和热的解决过程联合使用,使得其在管理方面的应用得以提高。 活化的生物过滤池 生物过滤池为第一阶段,活性污泥池为第二阶段,之后是沉淀池。污泥会循环到生物膜阶段和活性污泥池。这种方式结合了生物膜和悬浮生长的特性。 活性污泥 活性污泥过程是一种典型的悬浮生长的生物解决系统,是用于解决有机和工业废水的最广泛的生物解决过程。然而,它只能解决具有不不小于1%悬浮固体的有机废水流,但不能承受浓缩的有机物的冲击式负荷。因此,废水流的进入一般是必须通过涉及澄清池(初级澄清池)和平衡池的预解决过程。预净化池用来解决沙砾、油和脂肪以及
29、总固体物,而均质池则对废水流率的变化进行缓冲同步使活性污泥系统的有机负荷更加均匀。 活性污泥过程用来解决工业和都市废水,由于它们是丰富多样的,灵活的和通过调节过程参数来达到一种我们所但愿的水质出水。这样来命名这个过程是由于有氧的稳定化解决的废水中能产生一种能起作用的大量的微生物。基本过程有诸多版本,但它们基本上是相似的。 活性污泥在解决单元被应用于过程和生物固体。混合液悬浮固体或活性污泥涉及多种各样异养的微生物例如细菌、原生动物、真菌和更大的微生物。占多数的特殊微生物种类的优势取决于被解决的废物及其过程中的操作措施。 活性污泥过程是目前被广泛使用的生物解决过程。这部分是基于生物质循环这一成果,
30、生物质循环是整个工艺的一部分,它可以使微生物在相对较短的驯化时间内适应废水组分的变化,并能在较大限度上控制驯化菌的数量。 活性污泥系统涉及平衡池,沉淀池,曝气池,澄清池,和污泥回收过程。污水在平衡池成为均匀分布的微粒以减少供水的变化,也许导致微生物过程的混乱和减少解决的效率。可沉淀的固体在沉淀池中被除去。 接着,污水进入曝气池,使有氧细菌维持在悬浮状态以及提供氧气,和营养物。水池内的被称为混合液。氧气由机械或扩散曝气提供,维持悬浮微生物的数量。以增长保持在悬浮状态的微生物数量。混合液从曝气池持续被排入到澄清池,生物量从被解决的污水中被分离。生物质的一部分循环到曝气池以保持曝气池中驯化微生物的最
31、佳浓度。分离剩余的生物质被排放掉。生物质也许进一步在污泥干燥层被脱水或污泥滤清上被过滤。澄清后的废水被排放掉。 可循环的生物质被称为活性污泥。使用“活性”这个术语是由于生物质具有活着的和驯化的微生物,当返回到曝气池的时候这些微生物以更高的速度代谢转化和吸取有机物。发生的因素的是由于在澄清池的污泥中,食物与微生物的比率较低。 对于工业废水的解决,常常需要提供足够的氮和磷是补充的营养来源。在大多数状况下,氮作为氨加入而磷作为磷酸加入。一种合适的pH范畴(6至8)和一种足够的溶解氧浓度(最小值为1至2mg/L)必须要保持在曝气池中来维持一种健康的和活性的系统。 曝气池中废水停留时间和污泥的停留时间是
32、重要的操作参数。HRT被定义为曝气池的体积除以进去水的流率的比,而SRT是系统中总的污泥的数量除以污泥离开系统作为废物排出来的速率。必须提供足够的时间使得废水中的细菌吸取水中的有机物。对于活化污泥过程来说,废水停留时间一般是6-24小时,而污泥停留时间是4-10天。最佳操作温度是在25-32的范畴。 尽管在活性污泥系统中的有机物范畴涉及病毒到多细胞微生物,占重要地位和活性最高的是异养细菌,而限度小一点的是同步汇集在污泥絮里和分散在液体中的自养细菌。异养细菌用有机物作为碳和能量的来源,然而自养细菌一般依托矿物质的氧化来获取能量和运用二氧化碳作为碳的来源。这些细菌可以进行水解和氧化反映。 复杂的碳
33、氢化物通过氧酶氧化成低分子量,即结合氧进入到长链或环状的碳氢化合物分子。多糖、脂肪和蛋白质,从聚合物态通过水解形式被降解为单体。通过这些反映的最后产品即醇类和酸进入微生物体内并经胞内酶催化氧化被代谢。氧化遵循化学顺序,即醇类氧化为醛类,再氧化成酸类。部分酸氧化成CO2和水,来获得所需的能量以运用剩余的酸类来提供细胞生长。一般,活化污泥是很容易地分解醇、醛、脂肪酸、烷烃、烯烃、环烯烃和芳香烃。其他化合物,如异烷烃和卤代烃,更难于微生物的分解。因此,解决的限度和分解的速度,取决于活性污泥系统中的驯化的生物质。但是,一般只有稀的废水才干作一般解决,而大部分危险性的有机废水,除了在很低浓度的时候,一般
34、是有毒的或难以合用这过程。因此,在危险性废水与更容易生物降解的废水流混合时,通过这个解决过程的废水解决系统一般十分实用。 溶解的金属离子和细小的金属颗粒通过结合于酶的活性位而对微生物的新陈代谢产生不利的影响,或在活性污泥解决过程中导致酶的构象变化。一般状况下,微生物只能承受少量毫克每升(mg/L)或更少的重金属。重金属,通过增长硫酸盐来生成硫化物而不被溶解。而轻的金属阳离子,通过生成碳酸盐和重碳酸盐被清除。除了生物降解之外,有机物能通过空气的提取,或吸附到污泥中而被清除。 Unit19 Operations of Pretreatment(预解决操作)为了保护污水解决厂的设备,会在废水一级解决
35、的上游放置装置和构筑物。由于这些装置和构筑物对减少 BOD5收效甚微,因此她们被归为预解决。Bar Racks(格栅池) 一般,污水进入污水解决厂遇到的第一种装置是格栅池。齿条的重要目的是移除垃圾和大的物体,她们会损坏或淤塞水泵、阀门和其她机械设备。在格栅上,通过多种途径进入下水道的破布、木头和其她物体会被从污水中移除。在现代的污水解决厂,格栅通过机械的方式清洗。固体物质储存在一种漏斗中,定期被运送到卫生填埋场。在沉砂池和泵上游放置的格栅池,栅条间的空隙宽度为 50-150mm。沉砂池下游的格栅间的空隙宽度为 20-50mm,一般常用值为 25mm。渠道过栅流速保持在 0.4-0.9m/s 之
36、间。一般设立两个通道,可以容许一种通道被取出清洗和修理。Grit Chambers(沉砂池) 惰性密致物质例如沙子、碎玻璃、泥沙和小鹅卵石被称为粗砂。如果不将这些物质从污水中清除,她们会磨损泵和其她装置,导致过度磨损。此外,她们也容易在角落和弯曲处沉淀,减少过水能力,最后堵塞管道和渠道。 除砂器有三种基本类型,速度控制式、曝气式和 长液面短时沉淀池。我们仅讨论前两种,由于她们最常用。速度控制式 这种类型的沉砂池,也被称作平流沉砂池,可以通过老式的离散的、非絮凝化的颗粒沉淀理论进行分析。 如果液体的水平流速保持在 0.3 m/s,就可以用斯托克斯公式来进行平流沉砂池的分析和设计。液体速度控制是通
37、过在渠道的末尾设立一种特别设计的堰。必须设立至少两个渠道,这样就可以停止其中一种的运营而不关闭污水解决厂。可以采用机械设备或者人工进行清理。平均流量在 0.04m3/s 以上的污水解决厂推荐采用机械清理。平均流的理论停留时间大概设为 1 分钟。清洗设施一般用于清除有机物质和砂砾。 曝气沉砂池 曝气沉砂池的螺旋式液体驱动砂砾进入一种放置于空气扩散器集合下方的漏斗。空气气泡的剪切作用会脱去大部分粘附于惰性砂砾表面的有机物质。曝气沉砂池的性能是转速和停留时间的函数。通过调节供气速度可以控制转速。名义上的空气流量值范畴为每米池长的空气为 0.15 到 0.45 立方米/分钟之间m3/(min米)。最大
38、流量下,液体停留时间一般设立为 3 分钟。长宽比范畴在 2:5到 5:1 之间,深度大概为 2 至 5 米。 池内的砂砾积累量变化很大,这取决于排水系统是合流制还是分流制,以及池子的解决效率。对于合流制系统,每百万 m3污水含 90 m3砂砾(m3/105m3)并不少见。在分流制系统中会少于 30m3/10tm3。一般,砂砾被掩埋在卫生填埋场。Comminutors(粉碎机) 用于浸渍废水中固体(破布、纸、塑料和其她材料) ,并通过旋转切削条的方式的装置被称为粉碎机。这些装置放置在沉砂池的下游来保护切削条不受磨损。她们可以作为下游格栅的替代品,但是必须同人工清理格栅并联安装以防她们浮现故障。E
39、qualization(均衡) 流量均衡并不是一种解决过程,但却是一种可以用来提高废水二级解决和三级解决过程效率的措施。废水流进都市污水解决厂的速度不是恒定的,流量每个小时都在变化,反映了其服务地区的生活方式。在大多数城乡,平常活动方式决定了污水的流量和强度。在平均污水流量和强度以上的时间出目前上午中间。需要解决的污水数量和强度的不断变化给高效率解决操作带来了困难。并且,许多解决单元必须按照也许遇到的最大流量来进行设计,这也导致了她们比正常条件下偏大。流量均衡的目的是克制这些变化,这样污水就可以以一种几乎恒定的流速进行解决。流量均衡可以明显的提高既有污水解决厂的性能和增长它的有效容量。对新建的
40、污水解决厂,流量均衡可以减少解决单元的尺寸和耗费。 一般通过构建大的池子收集和储存污水来获得流量均衡,然后污水以一种恒定的速度被泵送至污水解决厂。这些池子一般位于解决厂的首端附近,适合在预解决设施例如格栅、粉碎机和沉砂池的下游。必须有合适的曝气和混合,以避免臭气和固体沉淀。调节池需要的体积可以根据流进污水解决厂的流量和污水厂的设计解决平均流量物料平衡进行估算。理论基本和水库尺寸使用的同样。 随着筛选的完毕和砂砾的移除,污水中仍然具有轻的悬浮有机固体,其中的某些可以在沉淀池中通过重力作用从污水中清除。这些水池可以是圆形或者矩形,一般大概 3.5m 深,污水的停留周期是 2 到 3 小时。大量沉淀
41、下来固体称为生污泥。可以通过机械的刮刀和泵将这些污泥从沉淀池中清除。漂浮物质,例如油脂和油,上升至沉淀池的表面,可以被表面撇浮渣系统收集和从池中清除然后进行更进一步解决。初级沉淀池(初沉池)以 II 型絮凝沉淀为特性。絮凝态微粒的尺寸、形状和絮凝物截流水分时比重的不断变化着,因此不能使用斯托克斯公式。没有合适的数学关系公式可以用来 II 型沉淀。可以通过实验室沉降柱实验来获得设计数据。除了某些重要的例外,初沉池的特性和用于水解决的澄清器特性相似。初沉池中的固体浓度比水解决厂澄清器中的小得多。因此,溢流速率和堰负荷率明显不同。溢流速率一般在 2560m/d 范畴内。伟大的湖上国家市政工程密西西比
42、河董事会(GLUMRB)推荐堰负荷(出水堰上水流量)是速度不超过 0.04 m3/ a。对于大流量推荐速度是 190m3/ (d.m)。正如此前所提到的,初沉池可以清除原污水中大概 50%60%的悬浮固体和30%35%的 BOD5。 Unit23 Disposal of Solid Wastes土地掩埋 诸多发达国家不容许在海里填埋都市固体废物,除了在海里填埋之外, 发达国家的固体垃圾以及它在某种形式上的残存品必须要在陆地上被 解决。土地掩埋是最经济的措施,因此它成为了固体废物处置的常用 措施,在英国,北美甚至是像西德和瑞士这样的欧洲国家里 90%的都市 垃圾用土地掩埋,她们在焚烧和植物堆肥方
43、面做了大量的投资,超过 60% 的国内垃圾和商业废物都被土地掩埋。固然,焚烧不能消除掩埋。事实上, 焚烧制产生了更多的集中的残渣,这种残渣的危害比未燃烧的固体垃圾 危害更大。固体垃圾掩埋所需的土地面积大概是每年每 25,000 人/1ha。下 面的例子将解释阐明这一数据是如何产生的。 示例 对于 25,000 的人口,估计每年对面积规定是(不涉及缓冲区)一般要有一 个垃圾填埋场,不涉及覆盖材料的话它的深度是 4 米。 解决方案 假设一代人产生的人均垃圾是 2.0kg/d,并且一种压实得较好的 垃圾填埋场的密度是 450kg/m3,那么一年所需的面积就是: 250002.0kg/d365d/yr
44、 / 450kg/m34m10000m2/ha=1.0ha 土地掩埋对于面积的规定有很大的不同,这跟不同类型的垃圾以及实压程 度有关。具体设计和卫生填埋的运营正在被讨论。 这一部分的平衡的流程可以用于土地处置之前减少废物的体积和/或者利 用废物组件,从而减少对于垃圾填埋池的需求.焚烧 减容。大量分批投料的用于垃圾减容的焚烧炉建于 1930 到 1940 年间,它们 是空气污染的最大元凶,并且体现很差,并且维护起来非常昂贵。其中一 些焚烧炉被升级改造,但是大多数都被关闭并且被土地处置法尽量得所 取代。然而,随着土地掩埋能力的下降,缩小体积变得更加重要。同步, 废物的燃料价值正稳步上升。成果,通过
45、焚烧的措施来减容(减少了大概 90%)和减体积(少了 75%)从而尽量制造更多的能源恢复的这一措施, 在上世纪七十年代成为了垃圾解决过程中非常通用的选择。 较新的都市焚烧炉一般属于持续燃烧型,诸多都带有“水墙”式构造,取 代了陈旧的一般难以解决的衬里。水墙由带有水的垂直管插入锅炉所构成, 水管吸取热量从而为蒸汽提供了热水,并且水管同样控制了炉子的温度。水 墙单元的使用让昂贵的耐火维护被消除,污染控制的规定被减少(由于骤冷 水和天然气量的治理需求的减少) ,热量恢复更简朴,不幸的是,根据欧洲人经验的判断,水墙单元的腐蚀会是一种严峻的问题。 老式焚烧炉由水引起的燃烧温度大概是 760 摄氏度(14
46、00 华氏)在合适的炉 子里(局限性以融化玻璃) ,温度超过 870 摄氏度(1600 华氏)的二次燃烧室。 这些温度需要避免来自不完全燃烧的气味,达到 1650 摄氏度(3000 华氏)的 温度和补充燃料能减少物体 97%的体积,并且能让金属和玻璃转化成灰。虽然 第一种高温实验装置建于 1966 年,但全面的单元应用并没有跟进。大概是因 为开销过高。 能量回收。燃烧固体垃圾来产生蒸汽用来加热或发电这一措施在西欧和日本 已经变得非常普遍并且用了很近年。然而,随着燃料价格在上世纪 70 年代末和 80 年代持续上升,使能量回收经济更加具有了关注度,实践在北美是非常少的。 减容的废污燃烧不需要任何的辅助燃料,起始阶段除外。另一方面,当目的 是为了生产蒸汽,供应的燃料(一般是天然气)必须用粉状垃圾,由于水中 具有的多变的能量成分或垃圾中的可用质量是局限性的。亚铁金属一般能在灰烬 中恢复出来。 售出的蒸汽必须离垃圾焚烧炉很近,从而让这些燃烧系统相对其她加热能源 更有优势。威尔逊(1977)曾经建议过最大的距离为 1 英里(1.6 公里) ,但 尽管这一距离
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