水处理工程师必懂的废水处理知识

水处理工程师必懂的废水处理知识一、废水的来源与分类（一）来源废水主要来源于工业生产、农业活动、生活污水以及其他特殊来源。1.工业生产废水：涵盖了众多行业，如化工、印染、造纸、电镀等。化工生产过程中会产生含有各种化学物质的废水，如重金属、有机物等；印染废水含有大量的染料、助剂等；造纸废水则富含纤维、木质素等；电镀废水含有重金属离子如铬、镍、锌等。2.农业活动废水：包括农田灌溉排水、养殖场废水等。农田灌溉排水中可能含有农药、化肥残留；养殖场废水含有大量的有机物、氨氮以及病原体等。3.生活污水：来自家庭、学校、医院、商业场所等。主要成分包括有机物（如碳水化合物、蛋白质、油脂等）、氮、磷、悬浮物以及细菌、病毒等微生物。4.其他特殊来源：如矿山废水，含有大量的悬浮物、重金属以及酸碱物质；垃圾渗滤液，成分复杂，含有高浓度的有机物、氨氮、重金属等。

（二）分类1.按污染物性质分类有机废水：含有大量有机物质，如上述工业生产中的印染、造纸废水，生活污水等。这些有机物质在水中会消耗大量的溶解氧，导致水体缺氧，影响水生生物的生存。无机废水：主要含有无机污染物，如电镀废水、矿山废水等。其中的重金属离子等无机物质对环境和人体健康危害极大。生物性废水：含有大量微生物和病原体，如医院污水、养殖场废水等。如果未经有效处理直接排放，容易引发传染病的传播。2.按废水来源行业分类化工废水：具有成分复杂、毒性大、难降解等特点。印染废水：色度高、有机物含量高且成分复杂，处理难度较大。造纸废水：水量大、悬浮物多、含有大量难降解的木质素等。电镀废水：重金属含量高，对环境危害严重。

二、废水的主要污染物及其危害（一）有机物1.常见有机物种类碳水化合物：如葡萄糖、淀粉等，广泛存在于生活污水和食品加工废水中。蛋白质：是许多工业废水和生活污水的重要成分，如屠宰废水、制革废水等。油脂：来源于餐饮废水、食品加工废水以及一些工业生产过程。2.危害大量有机物进入水体后，会被微生物分解，消耗水中的溶解氧。当溶解氧降低到一定程度时，会导致水体发黑发臭，水生生物因缺氧而死亡。一些难降解的有机物还会在环境中积累，对生态系统造成长期的危害。

（二）重金属1.常见重金属种类汞（Hg）：具有高毒性，在环境中难以降解，易在生物体内富集。镉（Cd）：会对人体的肾脏、骨骼等器官造成损害。铅（Pb）：影响人体神经系统、血液系统等。铬（Cr）：其中六价铬毒性极强，具有致癌作用。镍（Ni）：对人体的皮肤、呼吸道等有危害。2.危害重金属不能被微生物分解，会在水体、土壤等环境中长期存在。通过食物链的富集作用，最终会进入人体，对人体健康造成严重危害，如致癌、致畸、致突变等。

（三）氮、磷1.来源及危害生活污水和农业面源污染是氮、磷的主要来源。过量的氮、磷进入水体后，会导致水体富营养化。富营养化会使藻类等浮游生物大量繁殖，形成水华或赤潮。藻类死亡后，会被微生物分解，进一步消耗水中的溶解氧，使水质恶化，影响水生生物的生存，破坏水生态平衡。

（四）悬浮物1.来源及影响工业生产中的废渣、废水排放，以及生活污水中的固体垃圾等都会导致水中悬浮物增加。悬浮物会使水体浑浊，降低水的透明度，影响水生植物的光合作用。同时，大量悬浮物还可能堵塞排水管道和污水处理设备。

（五）病原体1.种类及危害包括细菌、病毒、寄生虫等。如医院污水中含有大量的病原菌，如大肠杆菌、沙门氏菌等，以及病毒如肝炎病毒、流感病毒等。这些病原体进入水体后，会通过饮水、接触等途径传播疾病，威胁人类健康。

三、废水处理的基本方法（一）物理处理法1.格栅原理：通过一组平行的金属栅条或筛网，拦截废水中较大的悬浮物和漂浮物，如树枝、塑料瓶等。作用：保护后续处理设备，防止堵塞，确保废水处理系统的正常运行。2.沉淀原理：利用重力作用，使废水中的悬浮物自然沉降到池底。根据沉淀的类型可分为自由沉淀、絮凝沉淀、区域沉淀和压缩沉淀。应用：常用于预处理阶段，去除废水中大部分的悬浮物，降低后续处理的负荷。3.过滤原理：使废水通过多孔性过滤介质，截留废水中的细小悬浮物。常见的过滤介质有砂、活性炭、纤维等。作用：进一步去除沉淀后残留的细小悬浮物，提高出水水质。4.气浮原理：通过向废水中通入空气，产生微小气泡，使废水中的悬浮物附着在气泡上，从而上浮到水面实现固液分离。优点：对于一些比重接近水的轻质悬浮物或乳化油等有较好的去除效果，且分离速度快。

（二）化学处理法1.中和法原理：通过投加酸或碱，调节废水的pH值，使其达到中性或接近中性。应用：常用于酸性或碱性废水的预处理，如电镀废水、酸洗废水等。2.混凝法原理：向废水中投加混凝剂，使废水中的胶体颗粒和细微悬浮物凝聚成较大的颗粒，便于沉淀或气浮分离。常用的混凝剂有铝盐（如硫酸铝、聚合氯化铝等）、铁盐（如硫酸亚铁、聚合硫酸铁等）。作用：能有效去除废水中的胶体物质和部分溶解性有机物，提高废水的可沉淀性。3.化学沉淀法原理：向废水中投加化学药剂，使废水中的某些重金属离子或其他溶解性物质生成难溶性沉淀而去除。例如，向含重金属的废水中投加硫化钠，使重金属离子生成硫化物沉淀。应用：主要用于处理含重金属的废水。4.氧化还原法原理：通过氧化或还原反应，将废水中的有害物质转化为无害物质或易于分离的物质。如用氯气氧化废水中的氰化物，使其转化为无毒的二氧化碳和氮气；用铁粉还原含六价铬的废水，将六价铬还原为三价铬，再通过沉淀法去除。应用：可处理含有毒有害物质的废水，如含氰废水、含铬废水等。

（三）生物处理法1.活性污泥法原理：向废水中通入空气，使含有大量微生物的活性污泥在曝气池中与废水充分混合接触。微生物分解废水中的有机物，将其转化为二氧化碳、水和微生物自身的细胞物质。流程：一般包括曝气池、沉淀池、回流污泥系统等。废水在曝气池中停留一定时间后，进入沉淀池进行泥水分离，上清液排放，沉淀的污泥部分回流至曝气池前端，维持活性污泥的浓度。优点：处理效果好，对多种有机物都有较高的去除率。2.生物膜法原理：使废水通过附着有微生物的生物膜，微生物在生物膜上生长繁殖，分解废水中的有机物。生物膜可以附着在填料表面，如生物滤池的滤料、生物转盘的盘片等。常见类型：包括生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法等。生物滤池通过滤料表面的生物膜过滤和分解废水；生物转盘依靠盘片的转动使生物膜交替接触废水和空气；生物接触氧化法是在曝气池中填充填料，形成生物膜，废水在曝气的同时与生物膜接触。优点：微生物浓度高，抗冲击负荷能力强，占地面积相对较小。3.厌氧生物处理法原理：在无氧条件下，利用厌氧微生物（如厌氧菌、兼性菌等）分解废水中的有机物，产生甲烷、二氧化碳等气体。应用：常用于处理高浓度有机废水，如酿造废水、屠宰废水等。通过厌氧处理，可将废水中的有机物大部分转化为沼气，实现资源回收，同时降低后续好氧处理的负荷。

四、废水处理工艺流程（一）工业废水处理工艺流程1.化工废水处理工艺流程预处理：首先通过格栅拦截大的悬浮物，然后进入调节池，调节废水的水量和水质。接着进行中和处理，调节废水pH值至合适范围，再通过混凝沉淀去除废水中的胶体和部分悬浮物。生物处理：一般采用活性污泥法或生物接触氧化法。活性污泥法中，废水在曝气池中与活性污泥充分混合，微生物分解有机物。生物接触氧化法则是在曝气池中填充填料，附着生物膜进行处理。深度处理：经过生物处理后的废水，可能还含有一些难降解的有机物和少量的悬浮物。可采用活性炭吸附、膜过滤等深度处理方法，进一步去除这些污染物，使出水达到排放标准。2.印染废水处理工艺流程预处理：先经格栅去除大的杂质，再进入调节池。由于印染废水色度高，通常采用混凝沉淀法去除部分色度和悬浮物，同时投加絮凝剂强化去除效果。生物处理：印染废水可生化性较差，一般采用水解酸化好氧生物处理工艺。水解酸化阶段将废水中的大分子有机物分解为小分子有机物，提高废水的可生化性，然后再进行好氧生物处理，进一步分解有机物。深度处理：为了达到较高的脱色要求，常采用化学氧化法，如芬顿氧化法，利用强氧化剂将染料分子氧化分解，降低色度。最后可通过活性炭吸附或膜分离等方法进行深度处理，确保出水达标。

（二）生活污水处理工艺流程1.一级处理格栅：拦截较大的悬浮物和漂浮物。沉砂池：去除废水中的砂粒等无机杂质。初沉池：通过重力沉淀，去除部分悬浮物和有机物，使废水得到初步净化。2.二级处理一般采用活性污泥法或生物膜法。活性污泥法中，废水在曝气池中与活性污泥充分混合，微生物分解有机物。生物膜法如生物接触氧化法，废水通过附着生物膜的填料，微生物在膜上分解有机物。二级处理可去除大部分有机物，使出水的有机物含量大幅降低。3.三级处理深度处理：进一步去除二级处理出水中残留的悬浮物、溶解性有机物、氮、磷等。可采用过滤、活性炭吸附、离子交换、膜生物反应器等技术。例如，通过砂滤、活性炭过滤进一步去除悬浮物和部分有机物；采用反渗透膜过滤可去除溶解性有机物、盐分等，使出水水质达到较高标准，可用于回用或排入更严格的受纳水体。

五、废水处理中的重要设备（一）格栅除污机1.类型：分为粗格栅除污机和细格栅除污机。粗格栅除污机栅条间距较大，一般为2040mm，用于拦截较大的悬浮物；细格栅除污机栅条间距较小，通常为510mm，可拦截更细小的悬浮物。2.工作原理：通过电机驱动链条或钢丝绳，带动耙齿在格栅上来回移动，将拦截的污染物捞出，定期排至垃圾收集处。

（二）曝气设备1.类型：常见的有鼓风曝气设备和机械曝气设备。鼓风曝气设备通过鼓风机向曝气池中输送空气，如微孔曝气器，能使空气以微小气泡的形式均匀地扩散到水中；机械曝气设备如曝气叶轮，通过叶轮的转动使水面形成水跃，将空气卷入水中。2.作用：为活性污泥法等生物处理工艺提供充足的溶解氧，保证微生物的正常代谢活动，促进有机物的分解。

（三）沉淀池1.类型：包括平流式沉淀池、竖流式沉淀池和辐流式沉淀池。平流式沉淀池水流水平流动，沉淀效果较好，常用于中小型污水处理厂；竖流式沉淀池水流垂直向上，占地面积小，适用于小型污水处理工程；辐流式沉淀池水流呈辐射状流动，适用于大型污水处理厂。2.工作原理：废水在沉淀池中缓慢流动，悬浮物在重力作用下自然沉降到池底，定期排出，上清液则溢流排出。

（四）过滤设备1.砂滤器：以石英砂等作为过滤介质，废水通过砂层时，悬浮物被截留在砂层表面，从而实现过滤。2.活性炭过滤器：利用活性炭的吸附作用，去除废水中的有机物、异味、色素等。活性炭具有较大的比表面积，能有效吸附水中的污染物。

（五）污泥处理设备1.污泥浓缩机：通过重力或机械作用，使污泥中的水分被挤出，降低污泥的体积，便于后续处理。2.污泥脱水机：进一步去除污泥中的水分，使其成为含水率较低的泥饼。常见的污泥脱水机有带式压滤机、板框压滤机和离心脱水机等。带式压滤机通过两条滤带对污泥进行挤压脱水；板框压滤机通过板框的挤压作用脱水；离心脱水机则利用离心力使污泥中的水分分离出来。

六、废水处理工程实例分析（一）某化工废水处理工程1.工程概况：该化工企业主要生产化工产品，废水排放量大，成分复杂，含有多种有机物和重金属。2.处理工艺流程预处理：废水先经格栅拦截大的悬浮物，进入调节池均化水质。然后投加硫酸调节pH值至酸性，再加入硫化钠沉淀重金属，经过沉淀后，大部分重金属被去除。生物处理：采用厌氧好氧联合处理工艺。厌氧阶段，废水进入UASB（上流式厌氧污泥床）反应器，在无氧条件下，厌氧微生物分解有机物产生沼气。好氧阶段，出水进入曝气池，采用活性污泥法，通过曝气使微生物分解剩余的有机物。深度处理：经过生物处理后的废水，通过活性炭吸附进一步去除残留的有机物，然后采用离子交换法去除水中的少量重金属离子，确保出水达标排放。3.运行效果：经过一段时间的运行，该废水处理工程出水水质达到国家排放标准，COD（化学需氧量）去除率达到90%以上，重金属去除率均在95%以上，取得了良好的环境效益和经济效益。

（二）某城市生活污水处理厂升级改造工程1.工程背景：随着城市的发展，原有的生活污水处理厂处理能力已不能满足需求，且出水水质标准需要进一步提高。2.改造内容预处理部分：对格栅进行了更新，提高了拦截效率。增加了沉砂池的容积，并优化了沉砂工艺，能更好地去除砂粒等无机杂质。生物处理部分：将原有的活性污泥法改造为改良型氧化沟工艺。改良型氧化沟通过优化沟型和曝气方式，提高了处理效果和抗冲击负荷能力。同时，增加了生物脱氮除磷设施，采用A²/O（厌氧缺氧好氧）工艺，强化了氮、磷的去除。深度处理部分：新建了膜生物反应器（MBR），利用膜的高效截留作用，进一步去除悬浮物和溶解性有机物，使出水水质达到更严格的排放标准，同时实现了中水回用。3.改造效果：改造后，污水处理厂的处理能力大幅提高，出水水质达到了更高的标准，COD、氨氮、总磷等指标均显著降低。中水回用系统的建立，实现了水资源的循环利用，具有良好的环境效益和社会效益。

七、废水处理行业的发展趋势（一）智能化与自动化1.随着信息技术的发展，废水处理厂将越来越多地采用智能化控制系统。通过传感器实时监测废水的水质、水量、设备运行状态等参数，并将数据传输到中控室。利用智能算