废水处理原理与工艺

废水处理原理与工艺内容摘要：

水中投加电解质或混凝剂或通过机械搅拌，使废水中呈胶体状态存在的污染物互相凝聚，形成大而重的絮凝体，然后再用重力沉降的方法分离。 3） 萃取法 ：利用分配定律的原理，用一种 与水不互溶，而对废水中某些污染物溶解度大的有机溶剂，从废水中分离除去污染物的方法。 4） 氧化还原法 ：向废水中投加氧化剂或还原剂，将有害的污染物氧化或还原为无害或害处较小的物质的过程。 5） 电解法 ：电解处理法是指用电解的基本原理，是废水中的污染物通过电解过程在阴、阳极上分别发生氧化或还原反应转化为无害物质，以实现废水净化的方法。 6） 生物法 ：利用水中的微生物来氧化分解污染物的过程。 又可分为好氧生物法和厌氧生物法。 好氧生物法是在水中有溶解氧存在的条件下，利用好氧微生物和兼性微生物分解污染物的方法。 厌氧生物 法是在无溶解氧的条件下，利用厌氧微生物和兼性微生物分解废水中污染物的方法。 生物法是目前应用较广的二级废水处理方法，特别是对于城市废水，几乎都是用生物法处理。 7） 吹脱法 ：这种方法用来除去废水中的气态或挥发性污染物。 使空气与废水充分接触，使溶解在废水中的气体或挥发性污染物扩散到空气中而除去。 8） 汽提法 ：这种方法也用于除去废水中的挥发性污染物。 是利用蒸汽直接加热废水至沸腾，挥发性污染物随水蒸汽一起逸出而除去的方法。 污染物浓度高时，可把蒸汽冷凝后回收污染物。 （ 3）废水的三级处理方法 1） 吸附法 ：让废水 与固体吸附剂接触，使分子或离子状态的污染物吸附于吸附剂上，然后分离水与吸附剂即可把污染物与水分离。 一般吸附剂再生后可以循环使用。 2） 膜分离法 ：按作用原理的不同，膜分离法有可分为超过滤、电渗析和反渗透三种方法。 超过滤 也称为精密过滤，它也是利用过滤介质除去废水中污染物的方法，与一般过滤不同的是超过滤所用的介质孔径很小，一般为 1~ μm。 这种方法可以除去水中的胶体物质或大分子的污染物。 电渗析 是使废水通过由阴离子交换膜和阳离子交换膜交替排列组成的通道，在直流电场的作用下，离子能有选择性地透过不同的 膜，某些通道中污染物被浓缩，另一些通道中的废水则得到净化。 11 反渗透 法是用半透膜把废水与清水分开，在废水表面施加压力，使水分子透过半透膜，而污染物不能透过，从而分离或浓缩污染物的方法。 3） 磁过滤法 ：依靠磁场的作用，用高梯度磁过滤器截留磁性的污染物，或投加磁种，使非磁性的污染物吸附于磁种上，然后再分离的方法。 4） 离子交换法 ：废水与固体离子交换剂接触，离子态污染物能与离子交换剂上的同号离子互相交换，使废水中有害离子分离出来的方法。 以上介绍的是废水处理的常用方法，随着技术的进步，仍有一些新的方法出现。 另外，以上分类也是相对的，有些方法很难说属于那一类。 城市废水处理的典型流程 对于城市废水有相对典型的处理流程，一般包括如图 11 所示的几个主要单元过程。 图 11 城市废水处理的典型流程 北京高碑店污水处理厂的处理量为 1 106 t/d，其流程如图 12 所示。 图 12 北京高碑店污水处理厂工艺流程图 废水 格栅 沉砂池 沉淀池 生物 处理 二次 沉淀池 三级 处理 污泥处理 垃圾 处理 沉渣 处理 污泥 浓缩 一 级处理出水 沉渣 处理 二级处理出水 部分污泥回流 三级处理出水 12 思考题 1. 查阅有关资料，了解我国水体污染的现状，写出 500 字左右的报告。 你认为如何才能更好地解决我国的水体污染问题。 2. 为什么表示废水中有机污染物的指标有多个。 说明它 们之间的联系与区别。 3. 废水中悬浮固体可分为几类。 如何表示其含量。 它们与浊度有何关系。 4. 重金属污染有哪些特点。 13 第二章 废水的预处理和初级处理 调节 调节的目的 调节 的目的是减少和控制废水水质及流量的波动，以便为后续处理提供最佳条件。 废水的产生有时是连续均匀的，但大多数情况下其产生量是随时间变化的。 图 21 所示是某工业生产过程中废水的流量随时间的变化曲线，图 22 是某城市生活污水流量随时间变化的曲线。 时间 图 21 某工业生产过程废水流量随时间的变化 00 4 8 12 16 20 24时间 / 点钟废水流量/m3*h1 图 22 生活废水随时间变化的典型曲线 可见废水的流量随时间的变化有较大的变化，而水处理过程希望有较均匀的给水才能取得较好的处理效果，因此废水在给入水处理系统之前需要一定的调节设备。 废水处理前进行调节的目的是减少废水流量和污染物浓度的波动对水处理过程的影响，具体表现在以下几个方面：（ a）适当缓冲有机物的波动以避免生物处理系统中的冲击负荷；（ b）适当控制 pH 值或减小中和需要的化学药剂量；（ c）削减进入物理化学处理系统的高峰流量并使加药率能与进水相适应；（ d）当工厂不生产时还能保证水处理系统的连续供水；（ e）控制废水向城市管道系统的排放量，使废水负荷分配比较均匀；（ f）避免高浓度有毒废水进入废水流量 14 生物处理厂；（ g）调节由于季节的变化而引起的流量变化。 调节的方式 调节的主要方式为设置废水 调节池。 调节池的大小和形式随废水水量及其变化情况而不同。 调节池的容积应足够大，以便能消除废水流量的变化。 调节池可以设计成用来调节废水的流量或浓度，也可以两者都进行 调节，一般都设计成两者都调节。 调节流量时可把调节池设计成出水为常数，进水流量及池内水量是变化的。 按调节池所在的位置，调节方式又可分为 在线调节 和 离线调节 两种，如图 23 所示。 图中（ a）所示的在线调节方式可以大幅度地调节废水的成分和流量。 图中（ b）所示的离线调节方式则是只有超过日平均流量的那部分才加入调节池，这种方式对废水浓度的调节能力较差。 图 24 是实际应用时在线调节池的示意图。 调节池一般都需要进行搅拌，以保证充分均和，避免固体的沉淀。 此外通过搅拌和曝气也可使还原性物质氧化，并使某些可溶性气体通过吹脱 而减少。 常用的搅拌方法有机械曝气法、扩散空气法及涡轮式搅拌器等。 最常用的是装设淹没式搅拌器。 废水 除杂物 调节池 计量与控制 去水处理厂 泵站 （ a） 在线调节流程 废水 除杂物 溢流设施 计量与控制 去水处理厂 调节池 泵站 （ b） 离线调节流程 图 23 在线调节与离线调节的典型流程 图 24 实际调节池的布置示意图 15 调节池体积的确定 流量调节所需的调节池体积是根据进口流量累积体积与时间的关系曲线图确定的。 具体方法是 先在一天内分时段测定废水的平均流量，然后计算出一天内废水的累积流量，以时间为横坐标，累积体积流量为纵坐标作出曲线。 两种典型的曲线如图 25 中实线所示。 为确定调节池的体积还要作出按日平均流量计算的累积曲线，其方法是连接实际累积曲线的终点与坐标原点，图 25 中虚线所示。 再做与日均流量线平行并与实际流量曲线相切的直线，在 （ a） 类流量曲线中这种直线只有一条，而在 （ b） 类曲线中这种直线有两条。 在（ a）类曲线中调节池的体积确定方法是：过切点做纵轴的平行线与日均流量线相交，则切点与交点之间的距离在纵坐标上所代表的体积就是 所需的调节池体积。 在（ b）类曲线中，则是作纵轴的平行线与两条切线相交，交点之间的距离在纵坐标上代表的体积就是所需调节池的体积。 实际设计时应比理论值大 10％ ~20％，以容纳偶然的流量变化。 （ a） （ b） 图 25 确定调节池体积的图解示意图 废水浓度的调节 图 24 所示的调 节池如安装搅拌设施可实现既调节流量又调节浓度。 但这种调节池所需的体积较大，搅拌设施所消耗的功率也较大，适合于废水的流量和浓度变化都较大的情况。 如果废水的流量变化不大，仅是污染物的浓度变化较大，可用另一种调节方式。 浓度调节池也称为 均质池， 最常见的浓度调节池可称 异程式调节池。 这种调节池为常水位，重力流，在调节池中水流每一质点的流程则由短到长，都不相同，再结合进出水槽的布置，使前后时程的水得以相互混合，取得随机均质的效果。 实践证明，这种均质池的效果是肯定的。 但这种调节池只能调节浓度，不能调节流量。 常用的异程式 调节池有图 26 所示的穿孔导流槽式调节池、图 27 所示的带折流墙的调节池和图 28 所示的圆形调节池等。 这些调节池，在构造上能够使周期内先后到达的废水有机会充分混合，使出水中污染物的浓度比较稳定。 调节池的位置 调节池的最佳位置必须根据每个处理系统的情况确定。 因为调节池的最佳位置将随废水的处理方法和集水系统及废水的特性而改变，因此应对它在整个系统内的不同布置方案 累积进口体积流量/m3 夜间 12 时 中午 12 时 夜间 12 时 中午 12 时 夜间 12 时 16 图 26 穿孔导流槽式均质池 图 27 带折流墙的调节池 图 28 圆形调节池 进行仔细研究。 一般是把调节池设置在初级处理之后生物处理之前，这样可以减少污泥和浮渣的问题。 如果把调节池设在初级处理之前，就必须考虑设置足够的混合和搅拌设备以防止固体沉淀，同时应设置曝气设备以防止产生气味。 格栅与筛滤 筛滤 是去除废水中粗大的悬浮物和杂物，以保护后续处理设施能正常运行的一种预处理方法。 筛滤的构件包括平行的棒、条、金属网、格网或穿孔板。 其中由平行的棒和条构成的称为 格栅 ；由金属丝织物或穿孔板构成的称为 筛网。 它们所去除的物质统称为筛余物。 1－进水； 2－集水槽； 3－出水； 4－纵向隔墙； 5－斜向隔墙； 6－配水槽 入口 17 其中 格栅去除的是那些可能堵塞水泵机组及管道阀门的较粗大的悬浮物，而筛网去除的是用格栅难以去除的呈悬浮状的细小纤维。 根据清洗方法，格栅和筛网都可设计成 人工清渣 或 机械清渣 两类。 筛余物量小时可以用人工清渣，当筛余物量大时，一般应采用机械清渣，以减少工人劳动量。 格栅 格栅 一般斜置在进水泵站集水井的进口处。 它本身的水流阻力并不大，水头损失只有几厘米，阻力主要产生于筛余物堵塞栅条。 一般当格栅的水头损失达到 10~15 cm 时就该清洗。 按格栅形状，可分为 平面格栅 和 曲面格栅 两种。 按格栅栅条的间隙，可分为 粗格栅（ 50~100 mm）、 中格栅 （ 10~40 mm）、 细格栅 （ 3~10 mm）三种。 新设计的废水处理厂一般都采用粗、中两道格栅，甚至采用粗、中、细三道格栅串联使用。 如北京高碑店污水处理厂使用两道格栅。 按筛余物的清理方式，格栅又可分为人工清理的格栅和机械格栅两种。 图 29 是人工格栅的示意图。 机械格栅又可以分为两大类，一类是格栅固定不动，截留物用机械方法清除，图 210所示的移动式伸缩臂机械格栅就属于这一类。 另一类是格栅本身就是活动的，如钢丝索格栅等。 图 29 人工清渣格栅示意图 1－格栅； 2－操作平台； 3－滤水板 1－格栅； 2－耙斗； 3－卸污板； 4－伸缩臂；5－卸污调整杆； 6－钢丝绳 ； 7－臂角调整机构； 8－卷扬机构； 9－行走轮； 10－轨道； 11－皮带运输机 18 图 210 移动式伸缩臂机械格栅示意图 筛网 格栅只能除去废水中较大的悬浮物和漂浮物，某些废水中含有较细小的悬浮物，它们不能被格栅截留，也难以用沉降法去除。 为了去除这类污染物，工业上常用 筛网。 选择不同尺寸的筛网，能去除和回收不同类型和大小的悬浮物，如纤维、纸浆、藻类等。 筛网过滤装置很多，有振动筛网、水力筛网、转鼓式筛网、转盘式筛网、微滤机等。 下面只介绍前面两种。 图 211 是振动筛网示意图。 它由振动筛和固定筛组成。 污水通过振动筛时，悬浮物等杂质被截留在振动筛上，并通过振动卸到固定筛网上， 以进一步脱水。