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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物理法筛滤截留法格栅：主要截留污水中大于栅条间隙的漂浮物筛网：主要用网孔较小的筛网截流污水中的纤维等细小悬浮物，以保证后续处理效果滤机：机械型式较多，其作用相当于转动的筛网砂滤：主要采用石英砂等为过滤介质，靠水力压差使污水通过滤层，滤层除细小悬物、有机物重力分离法沉淀：通过重力沉降分离废水中呈悬浮状态污染物质的方法气浮：又称上浮法，用于去除污水中相对密度小于1的污染物，或通过投加药剂等措施去除相对密度大于1的物质离心分离法水旋分离器：设备固定，废水通过水泵打入或靠水头差沿切线方向进入分离器内，造成旋流产生离心力场，使悬浮颗粒分离出来离心机：由设备本身高速旋转，以产生离心力，使悬浮物分离出来高梯度磁分离法利用磁场中感应磁场和高磁梯度所产生的磁力从液体中分离颗粒污染物或提取有用物质化学法化学沉淀法向废水中投加可溶性化学药剂，使之与水中呈离子状态的无机污染物起化学反应，生成不溶于水或难溶于水的化合物，析出沉淀，使废水得到净化中和法利用中和过程处理酸性或碱性废水化学氧化法利用液氯、臭氧、高锰酸钾等强氧化剂分解废水中污染物，以净化废水电解法利用电解的基本原理，使废水中有害物质通过电解过程，在阴阳两极分别发生氧化和还原反应，以转化成无害物，达到净化水质的目的生物法活性污染法（好氧性生物处理方法）鼓风曝气：即推流式曝气，将压缩空气不断地打入污水中，保证水中有一定溶解氧，以维持微生物生命活动，分解有机物机械曝气：即表面曝气，利用装在曝气池内的机械叶轮转动，剧烈搅动水面，使空气中的氧溶于水中，供微生物生命活动纯氧曝气：又称富氧曝气，是按鼓风曝气方法向水中吹入纯氧，以充分提高充氧效率深井曝气：一般用0.5~0.6m，深达50~150m的曝气装置，利用水压来提高水中氧的转移速率，以进行高效去除污水中的BOD含量生物膜法生物滤池：使废水流过生长在滤料表面上的生物膜，通过各相间的物质交换及生物氧化作用，使废水中有机物降解，达到净化目的。这也是需氧生物处理法塔滤：即塔式生物滤池，塔高8～24m，直径1～3.5m，由于内部通风好，水力冲刷较强，污水同空气、生物膜充分接触，生物膜更新速度快，各层生长有适应于废水性质的不同生物群生物转盘：由固定在一横轴上的若干间距很近的圆盘组成，圆盘面上生长一层生物膜，以净化污水生物接触氧化：供微生物附着的填料全部浸在废水之中，并采用机械设备向废水中充氧，废水中的有机物由微生物氧化分解，达到净化的目的生物法生物氧化塘利用水中的微生物和藻类、水生植物等对污水进行好氧或厌氧生物处理的天然或人工池塘土地处理系统利用土壤及其中的微生物和植物根系对污染物的综合净化能力（过滤、吸附、微生物分解等）来处理城市污水，同时利用污水中的水、肥来促进农作物、牧草、树木生长污水灌溉以灌溉为主要目的土地处理系统厌氧生物处理法利用厌氧微生物（如甲烷微生物等）分解污水中有机物，达到净化目的，同时产生甲烷气、CO2等气体，厌气性处理既用于处理废水（主要为高浓度有机废水）又用于污泥消化物理化学法离子交换法借助于离子交换剂中的交换离子和废水中的离子进行交换，以除去废水中的有害离子。离子交换剂分无机质（如海绿砂的天然物质或合成氟石）与有机质（如磺化煤和树脂），此种处理方法成为电镀废水处理和回收贵重金属离子的有效手段之一萃取法把适当的有机溶剂加入废水，从中分离出某些溶解性的污染物质，以达到废水净化膜分离技术电渗析：电渗析是在离子交换法基础上发展起来的一项分离技术。溶液中的离子有直流电场的作用下，有选择地通过离子交换膜进行定向迁移。此法多用于海水和苦咸水除盐、制盐去离子水等扩散渗析：即浓差渗析，利用半透膜（只透过溶剂或只透过溶质）使溶液中的溶质由高浓度一侧通过膜向低浓度一侧迁移。主要用于酸碱度液的处理、回收和有机、无机电解质的分离、纯化物理化学法膜分离技术反渗透：以压力为推动力，把水溶液中的水分离出来，同时分离、浓缩溶液中的分子态或离子态物质的方法。反渗透在化学工程分离技术、硬水软化、制取高纯水和分离细菌、病毒等方面得到广泛应用超过滤法：以压力为推动力，使水溶液中大分子物质和水分离，其本质是机械筛滤，膜表面孔隙大小是主工控制因素吸附处理利用吸附剂（多孔性固体，如活性炭、大孔吸附剂树脂、硅藻土、炉渣等）吸附废水中一种或几种污染物，以回收或去除某些污染物，使废水得到净化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过滤膜种类膜的功能分离驱动力透过物质被截流物质微滤多孔膜、溶液的微滤、脱微粒子压力差水.溶剂.溶解物悬浮物.细菌类.微粒子.大分子有机物超滤脱除溶液中的胶体、各类大分子压力差溶剂.离子.小分子蛋白质.各类酶.细菌.病毒.胶体.微粒反渗透和纳滤脱除溶液中的盐类及低分子物质压力差水和溶剂无机盐.糖类.氨基酸.有机物等透析脱除溶液中的盐类及低分子物质浓度差离子.低分子物.酸.碱无机盐.糖类.氨基酸.有机物等电渗析脱除溶液中的离子电位差离子无机.有机离子微滤、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0.005~0.1μm，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0.005~0.1μm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H++HCO3-CO2+H2O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ζ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。MmNnnNmMmn3.沉淀功能①用于一级处理去除杂质、颗粒状物②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③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0.45μm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