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7污水的深度处理与回用7.1概述根据二级处理技术(如活性污泥法)净化功能对城市污水所能达到的处理程度，在它的处理水中，在一般情况下，还会含有相当数量的污染物质．如：BOD520—30mg/L；COD60—100mg/L；SS20—30mg/L；NH3-N15—25mg/L；P6—10mg/L，此外，还可能含有细菌和重金属等有毒有害物质。含有以上污染物质的处理水，如排放湖泊、水库等缓流水体会导致水体的富营养化；排放具有较高经济价值的水体，如养鱼水体，会使其遭到破坏。这种处理水更不适于回用。如欲达到以上的目的，就必须对其进行进一步深度处理。深度处理的对象与目标是：(1)去除处理水中残存的悬浮物(包括活性污泥颗粒)；脱色、除臭，使水进一步得到澄清。(2)进一步降低BOD5、COD、TOC等指标．使水进一步稳定。(3)脱氮、除磷，消除能够导致水体富营养化的因素。(4)消毒杀菌，去除水中的有毒有害物质。经过深度处理后的水能够：(1)排放包括具有较高经济价值水体及缓流水体在内的任何水体，补充地面水源。(2)回用于农田灌溉、市政杂用，如浇灌城市绿地、冲洗街道、车辆、景观用水等。(3)居民小区中水回用于冲洗厕所。(4)作为冷却水和工艺用水的补充用水，回用于工业企业。(5)用于防止地面下沉或海水人浸，回灌地下（德国做过，要慎重！）。下表(表7—1)所列举的是对二级处理水进行深度处理的目的，去除对象和所采用的处理技术。7.2悬浮物的去除7.2.1概述污水中含有的悬浮物，其粒径从数10mm到1µm以下的胶体颗粒是多种多样的。经二级处理后，在处理水中残留的悬浮物是以粒径从数mm到10µm的生物絮凝体和未被凝聚的胶体颗粒。这些颗粒几乎全部都是有机性的。二级处理水BOD值的50％—80％都来源于这些颗粒，为了提高二级处理水的稳定度，去除这些颗粒是非常必要的。此外，对二级处理水进行以回用为目的深度处理，如去除溶解性有机物以及以排放缓流水体为目的的脱氮除磷工艺时，去除残留悬浮物是提高深度处理和脱氮除磷效果的必要条件。去除二级处理水中的悬浮物，采用的处理技术要根据悬浮物的状态和粒径而定，粒径在lµm以上的颗粒，一般采用砂滤去除，粒径从几百A到几十µm的颗粒，采用微滤机一类的设备去除，而粒径在1000A—几A的颗粒，则应采用用于去除溶解性盐类的反渗透法加以去除。呈胶体状的粒子，则采用混凝沉淀法去除是有效的。下图所示为二级处理水中悬浮物的粒径，和应采取的去除技术。7.2.2混凝沉淀混凝沉淀及污水深度处理常用的一种技术。混凝沉淀工艺去除的对象是污水中呈胶体和微小悬浮状态的有机和无机污染物。从表观而方，就是去除污水的色度和浊度。混凝沉淀还可以去除污水中的某些溶解性物质，如砷、汞等。也能够有效地去除能够导致缓流水体富营养化的氮、磷等。混凝沉淀具体技术就是将与作用机理相适应数量的混凝剂投入污水中，经过充分混合、反应，使污水中呈微小悬浮颗粒和胶体颗粒互相产生凝聚作用，成为颗粒较大，而且易于沉淀的絮凝体(颗粒粒径＞20µm)。再经过沉淀加以去除。水处理的混凝作用，其机理是比较复杂的。通过胶体双电层压缩、吸附——电中和、吸附架桥以及沉析物网捕等—系列反应作用，形成絮凝体。此外，在对某些物质的去除过程中，还可能存在着物理吸附和络合等反应。混凝剂的正确选用是采用混凝沉淀技术关键环节，对给水处理已有比较成熟的经验，但对污水的深度处理尚缺乏足够的可资直接引用的数据，因此，需要通过实地试验．才能选定适当的混凝剂种类与投加的剂量。城市污水二级处理水中的悬浮物质、胶体物质主要是在生物处理过程中参与反应的微生物(活性污泥碎片、生物膜残屑)及其分泌物和代谢产物等。它们是有机物，含有的蛋白质是带负电荷的亲水胶体。亲水胶体由于颗粒表面存在着某些极性基团(如COOH与NH2)，而吸收大量的极性水分子，使其外围包复一层水壳。对这种亲水胶体物质的混凝反应，关键的环节是压缩和去除其周围的结合水壳。投加混凝剂，首先要中和胶体颗粒所带电荷，继之是脱水作用，因离子有很大的水化作用，能夺走胶体颗粒周围的水分子而将水壳去除，使胶粒脱稳而产生凝聚作用。7.2.3过滤技术污水深度处理技术中，过滤是最普遍采用的一种技术。过滤是一个包含多种作用的复杂过程。它包括输送和附着两个阶段，只有将悬浮粒子输送到滤料表面，并使之与滤料表面接触才能产生附着作用，附着以后不再移动才算是被滤料截留，输送是过滤过程的前提。在层流条件下，悬浮粒子是在以下各项作用下输送到滤料表面的。(1)惯性作用：由于水在滤料间隙中的运动惯性作用，使悬浮粒子随流水线而到达滤料表面。(2)沉淀作用：滤料层可以看作是层层叠起的多层微型沉淀池。水中悬浮粒子按斯笃克斯定律，沿地心引力方向运动，穿越流水线而“沉淀”在滤料表面。(3)扩散作用：微小(粒径小于1µm)的悬浮粒子在周围水分子热能的作用下，进行无规律的运动，从而向滤料颗粒表面靠近。扩散作用与水温和粒子大小有关。(4)直接截留作用：直径为e的粒子随流水进入到某一滤料表面，并与滤料表面e/2的范围内与之接触，因而产生附着作用。此外，还有一种水动力的作用，即在低雷诺数的水流作用下，球形粒子在均匀的剪力场内进行旋转运动，从而受到一种侧向力而跨过水流靠近滤料表面。二级处理水过滤处理的主要去除对象是生物处理工艺残留在处理水中的生物絮体污泥，因此，二级处理水过滤处理的主要特点是：(1)在一般情况下，不需投加药剂，水中的絮凝体具有良好的可滤性，滤后水SS值可达10mg/L，COD去除率可达10％—30％。由于胶体污染物难于通过过滤法去除，滤后水的浊度有可能去除效果欠佳，在这种情况下应考虑投加一定的药剂。如处理水中含有溶解性有机物，则应考虑采用活性炭吸附法去除。(2)反冲洗困难，二级处理水的悬浮物多是生物絮凝体，在滤料层表面较易形成一层滤膜，致使水头损失迅速上升，过滤周期大为缩短。絮凝体贴在滤料表面，不易脱离，因此需要辅助冲洗，即加表面冲洗，或用气水共同反冲使絮凝体从滤料表面脱离，效果良好，还能节省反冲水量。在一股条件下，气水共同反冲，气强度20L／(m2·s)，水强度为10L／(m2·s)。(3)所用滤料应适当加大粒径，加大单位体积滤料的截泥量。7.3溶解性有机物的去除在生活污水中，溶解性有机物的主要成分是蛋白质、炭水化合物和阴离子表面活性剂。在经过二级处理的城市污水中的溶解性有机物多是丹宁、木质素、黑腐酸等难降解的有机物。对城市污水中这些有机物，用生物处理技术是难以去除的，还没有比较成熟的处理技术。当前，从经济合理和技术可行方面考虑，采用活性炭吸附和臭氧氧化法是适宜的。7.3.1活性炭吸附有关活性炭的制造、活化方法、细孔的构造以及其表面化学性质等问题，将在本书第13章13.3节“吸附”，作详细的阐述。有关吸附处理法的理论、应用以及吸附设备的计算与设计问题也将在该节阐述。7.3.2臭氧氧化处理臭氧氧化在本书第12章专设节阐述(12．4节)，在该节中对臭氧的物理化学性质、臭氧的制备、臭氧发生器以及臭氧反应设备的各种型式、臭氧设备的设计与计算，都做比较详细的阐述。7.4溶解性无机盐类的去除7.4.1概述二级处理技术对溶解性无机盐类是没有去除功能的，因此，在二级处理水中可能含有这类物质。含有溶解性无机盐类的二级处理水，是不宜回用和灌溉农田的，因为这样做可能产生下列各问题(1)金属材料与含有大量溶解性无机盐类的污水相接触，可能产生腐蚀作用。(2)溶解度较低的Ca盐和Mg盐从水中析出，附着在器壁上，形成水垢。(3)SO42-还原，产生硫化氢，放出臭气。(4)灌溉用水中含有盐类物质，对土壤结构不利，影响农业生产。因此，含有大量溶解性无机盐类物质的二级处理水，在回用或农灌前应进行脱盐处理。污水中的无机盐类的来源，可为自然的和人为的两种。自然来源于自来水，以地面水及地下水为水源的自来水中含有溶解性无机盐类物质(蒸发残留物)大致介于77—130mg／L之间，平均可按100mg／L考虑。城市污水中含有的无机盐类，一般在500mg/L以下，多介于200—400mg／L之间，平均按300mg／L考虑，但也确有某些城市，在其污水中无机盐类含量高达1000mg/L，甚至在个别城市对达5000mg／L。城市污水中的无机盐主要来源于生活污水和排入系统的工业废水。生活污水中无机盐含量一般比较稳定，变化大的主要是某些工业废水。(1)生活污水在生活污水中，无机盐类的主要来源是粪便和合成洗剂。每人每日排出的粪便中，无机成分约为11g，其中60％为氯化钠。在粉状洗剂中，无机盐类占80％，进入城市污水中的粉状洗剂数量，则因工业消费量和居民使用水平不同而异，在我国尚无比较可靠的统计数据。(2)工业废水排放废水中溶解性无机盐类含量较多的行业有：炼油、制浆造纸、染料等，其含量则因厂而异，应通过实测确定。(3)其他海城市，因受海水的影响，其城市污水中无机盐类含量高于内陆城市，在海边铺设排水管渠，应注意防止内渗。海水的含盐浓度为3.5％，在城市污水中如渗入1％的海水，溶解性无机物质即达350mg／L。氯离子可能增加190mg/L。进行脱盐处理，必须充分考虑前处理和妥善处置浓缩废液。7.4.2脱盐技术当前，有效地用于二级处理水脱盐处理的技术，主要有反渗透、电渗析以及离子交换等几项。这几项处理技术的工作原理、装置构造、处理系统以及设计、运行参数和应用实例等内容在本书工业废水处理部分有关章节内部有比较详细的阐述，本节只分别地作简要的说明。1.反渗透反渗透是一种膜分离技术，多用于水的脱盐处理，在污水处理领域主要应用于污水以回用为目的的深度处理。如图7—6所示，在容器的中间置放半渗透膜。在其两侧注入浓度高低各异的两种溶液，这样，在二侧溶液之间便存在着力使两侧溶液均衡的渗透压，在其作用下，水从低浓度的一侧向高浓度侧渗入。如果向高浓度的一侧施加高于渗透压的压力(参见图7—6(b))，水则相反地从高浓度的一侧向低浓度侧渗入。应用这一作用原理的水处理技术即为反渗透。使用反渗透技术能够从含有无机盐类的溶液中将水分离出去，使无机盐类浓缩。2.电渗析电渗析处理工艺是膜分离法中的一种。在水处理领域内，主要用于脱盐和酸碱回收。图7—7所示为电渗析装置，阳离子交换膜和阴离子交换膜交替配置，两者分隔成多数小室，在两端设阴阳两电极。将各小室注满含有无机盐类的污水，并在两电极间通以直流电流。阳离子向阴极方向移动，阴离子则向阳极方向移动，而且阳离子交换膜只能允许阳离子通过，把阴离于截留下来，阴离子交换膜只允许阴离子通过，而把阳离子截留下来，结果这些小室的一部分形成含离子很少的淡水室，排出淡水，与淡水室相邻的小室则成为富集大量离子的浓水室，排出浓水。从而使离子得到分离和浓缩。3.离子交换离子文换法脱盐处理，使用阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。向树脂充填塔通水，水中的无机盐类通过下列的交换吸附反应而得到去除。7.5污水的消毒处理城市污水经二级处理后，水质已经改善，细菌含量也大幅度减少，但细菌的绝对值仍很可观，并存在有病原菌的可能。因此在排放水体前或在农田灌溉时，应进行消毒处理。污水消毒应连续运行，特别是在城市水源地的上游，旅游区，夏季或流行病流行季节，应严格连续消毒。非上述地区或季节，在经过卫生防疫部门的同意后，也可考虑采用间歇消毒或酌减消毒剂的投加量。7.5.1消毒方法污水消毒的主要方法是向污水投加消毒剂。目前用于污水消毒的消毒剂有液氯、臭氧、次氯酸钠、紫外线等。这些消毒剂的优缺点与适用条件参见长7—3。7.5.2液氯消毒混合池：混合时间为5—15S，当用鼓风混合，鼓风强度为0.2m3／m3·min。当用隔板式混合池时，池内平均流速不应小于0.6m／s。接触池的计算公式同竖流沉淀池。接触时间30min沉降速度采用1一1.3mm／s。保证余氯量不少于0.5mg/L.7.5.3臭氧消毒臭氧由3个氧原子组成，在常温常压下为无色气体，有特臭。臭氧极不稳定，分解时产生初生态氧。[O]具有极强的氧化能力，是氟以外最活泼的氧化剂，对具有顽强抵抗力的微生物如病毒、芽孢等都有强大的杀伤力。[O]除具有强的杀伤力外，还具有很