7.水污染与控制

环境学导论东北大学资源与土木工程学院环境工程研究所第七章水污染与控制一、污水的物理处理1、格栅由一组（或多组）平行的金属栅条与框架组成。倾斜（或垂直）安装在进水渠道或进水泵站集水井的进口处，用来去除可能堵塞水泵机组及管道阀门的较粗粒悬浮物及杂质，以保证后续处理设施的正常运行。污水处理厂一般设粗细两道格栅，栅条间距一般采用16～25mm，最大不超过40mm。对于城市污水，栅条间距为16～25mm时，栅渣截留量为0.05～0.10m3/1000m3污水。栅条间距为40mm左右时，栅渣截留量为0.01～0.03m3/1000m3污水。一、污水的物理处理2、沉砂池一般污水经过过滤处理，除去较大的固体物质后，再用沉淀法去除其中的悬浮物质。沉砂池主要用于去除污水中粒径大于0.2mm，密度大于2650千克/立方米的砂粒，以保护管道、阀门等设施免受磨损和阻塞。沉砂池工作原理是以重力分离为基础，故应控制沉砂池的进水流速，使得密度大的颗粒下沉。沉砂池的效果取决于污水的性质、在池内停留的时间、池深度和大小、悬浮物质颗粒大小。一、污水的物理处理3、隔油池含油污水从隔油池的一端流入池子中，流速为2～5mm/s，流动过程中，密度小于水的油滴上升到水面，水则从池子的另一端流出。在隔油池的出水端设置集油管，集油管一般用φ200～300mm钢管制成，沿长度方向在壁的一侧开弧度为60°～90°的槽口。排油时将集油管的开槽方转至液面以下，收集浮油并将其导出池外。一、污水的物理处理4、气浮法当悬浮颗粒的密度接近或小于水的密度时，气浮是泥水分离的有效方法之一。气浮法是将空气以微泡的形式进入污水中，利用表面化学原理，疏水性颗粒就会粘附在气泡上，随气泡一起上浮，从而实现与水的分离。在水处理中，气浮法可以分离污水中的微细悬浮物、藻类及微絮体，还可以分离回收以分子或离子状态的物质，如表面活性剂和金属离子。气浮法同时可以回收利用一部分有用物质。二、污水的化学处理1、混凝法混凝法主要的去除对象是水中胶体状或微细颗粒状污染物。水中的胶体颗粒通常表面都带有电荷，带有同种电荷的胶体颗粒之间相互排斥，使它们稳定地悬浮于水中，如果向水中投加带有相反电荷的混凝剂，可使污水中的胶体颗粒表面电性改变，呈现电中性或接近中性，从而失稳，在分子范德华力等引力的作用下，凝聚成大颗粒而沉降下来。凝聚剂主要为无机盐电解质。无机盐电解质的金属离子应和悬浮颗粒所荷的电性相反，且离子的价态越高，所起的凝聚作用越强。二、污水的化学处理聚合无机盐是一类高效凝聚剂，主要是聚合铝、聚合铁。与其无机盐相比具有更好的混凝效果，用量也仅为其无机盐的1/2～1/3。高分子絮凝剂应用最为广泛的聚丙烯酰胺及其衍生物。聚丙烯酰胺的分子量高达150～1500万。由于有机高分子絮凝剂的分子链节与污水中的微细颗粒或胶粒具有很强的吸附作用，因此絮凝效果很好。二、污水的化学处理2、沉淀法化学沉淀法就是用易溶的化学药剂，使污水中的某种离子以难溶盐或氢氧化物的形式析出，从而使污水达到净化的方法。污水处理中，常用化学沉淀法除去的离子有：Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cr6+、SO42+、PO43+等。当能结合成难溶盐或难溶氢氧化物的两种离子的浓度超过溶度积时，就会析出无机盐或氢氧化物，从而减少这两种离子在水中的浓度，生成的难溶盐或氢氧化物经沉淀后，可通过压滤实现泥水分离。三、污水的生化处理1、生化处理废水的生化处理是利用微生物的新陈代谢作用，对废水中的污染物进行转化、并使之无害化的处理方法。对污染物进行转化和稳定的主体是微生物。由于微生物具有来源广、易培养、繁殖快、对环境适应性强、易变异等特点，采集菌种进行培养繁殖，并在特定条件下进行驯化，使之适应于污水的水质条件，从而通过微生物的新陈代谢使污水中有害物质无害化。微生物的新陈代谢过程中不需要高温高压，是不需要投加催化剂的催化反应，污染物的转化过程处理费用低廉，运行管理较方便。目前，生化处理已广泛应用于生活污水及工业有机废水的二级处理。三、污水的生化处理2、活性污泥法活性污泥法是利用悬浮生长的微生物絮体处理有机废水的一类好氧生物处理法。这种生物絮体叫活性污泥，它由好氧微生物（包括细菌、真菌、原生动物和后生动物）及其代谢和吸附的有机物、无机物组成，具有降解废水中有机污染物的能力，显示生物化学活性。如果向污水中连续鼓入空气，经过一段时间，由于污水中微生物的生长与繁殖，将逐渐形成带褐色的污泥状絮凝体，即活性污泥。三、污水的生化处理吸收进入细胞体内的污染物通过微生物的代谢反应而被降解，一部分经过一系列的中间状态氧化为最终产物CO2和H2O等，另一部分则转化为新的有机体，使细胞增殖。一般而言，自然界中的有机物都可以被某些微生物所分解，多数合成有机物也可以被经过驯化的微生物分解。活性污泥法是污水生物处理中使用最广泛的一种方法，用于处理城市污水和各种工业废水。活性污泥法是由曝气池、沉淀池、污泥回流和剩余污泥处理系统所组成的。三、污水的生化处理------反应器：经预处理的污水与从沉淀池回流的活性污泥进入反应器。------空气扩散装置：空气以细小气泡形式进入反应器，并使反应器内的污水和活性污泥处于搅动状态。------沉淀池：净化后的混合液进入沉淀池进行固液分离，澄清后排出系统。------污泥系统：沉淀的污泥一部分作为接种回流污泥，一部分作为剩余污泥排出系统。活性污泥法的基本流程系统系统出水沉淀池剩余污泥反应器回流污泥空气扩散装置系统进水格栅三、污水的生化处理3、生物膜法生物膜法是微生物附着在介质滤料表面上，形成生物膜，污水同生物膜接触后，溶解性的有机物被微生物吸收转化而得到净化。由于微生物固着于固体表面，即使增值速度慢的微生物也能生长繁殖，世代期长的微生物可以被富集保留。因此，生物膜中的生物相更为丰富，且沿水流方向，膜中生物种群具有一定分布。三、污水的生化处理4、厌氧处理法污水的厌氧生物处理是指在无氧条件下通过厌氧微生物（包括兼氧微生物）的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成CH4、CO2等物质的过程，也称厌氧消化。与好氧过程的根本区别在于不以氧最为电子受体，而以化合态的碳、硫、氮等为电子受体。厌氧生物处理是一个复杂的微生物化学过程，依靠三大类主要类群的细菌，即水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌的联合作用完成。而厌氧消化过程也分为这三个连续的阶段。有机物高级脂肪酸乙酸、氢气甲烷、CO2三、污水的生化处理5、厌氧—好氧法脱氮除磷脱氮：生物脱氮由硝化和反硝化两个过程组成。硝化过程由好氧型硝化菌作用的，反硝化过程由厌氧型反硝化菌作用的。42221111164636NHONOHHO223111242NOONO3222NONONONON还原酶还原酶还原酶还原酶硝化三、污水的生化处理除磷：在厌氧状态下，聚磷菌把细胞内的聚磷水解为磷酸盐，从中获得能量，并吸收污水中的易降解有机物，同化成细胞内的能源贮存物：聚β-羟基丁酸或β-羟基戊酸等。在好氧条件下，聚磷菌以氧作为电子受体，氧化代谢能源贮存物并产生能量，以高能物质ATP形式存在。ATP形成过程聚磷菌可以从水中过量地摄取磷酸盐。通过对聚磷菌的排放可以实现污水的高效生物除磷。四、污水的深度处理1、活性炭吸附固体表面的分子或分子因受力不均衡而具有剩余的表面能，当某些物质碰撞到固体表面时，受到这些不平衡力的作用，而停留在固体表面上，这就是吸附。活性炭是一种细小的炭粒，有很大的比表面积，而且炭粒中还有更细小的孔——毛细管。这种毛细管具有很强的吸附能力。利用活性炭吸附进行水处理，具有适应范围广、处理效果好、可回收有用物料，但对进水预处理要求较高，运转费用较昂贵，系统庞大，操作较复杂。四、污水的深度处理2、离子交换法离子交换树脂是一种具有网状立体结构、且不溶于酸、碱和有机溶剂的固体高分子化合物。离子交换树脂的单元结构由两部分组成。一部分是不可移动且具有立体结构的网络骨架，另一部分是可移动的活性离子。活性离子可在网络骨架和溶液间自由迁移，当树脂处在溶液中时，其上的活性离子可与溶液中的同性离子产生交换过程。如果树脂释放的是活性阳离子果树脂释放的是活性阳离子，它就能和溶液中的阳离子发生交换，称阳离子交换树脂（磺酸基、羧基等）；如果释放的是活性阴离子，它就能交换溶液中的阴离子，称阴离子交换树脂称阴离子交换树脂（三甲胺基等）。四、污水的深度处理3、膜分离法在推动力作用下，利用膜的选择性透过性能，达到分离水中分子、离子和某些微粒的方法。溶剂透过膜的过程称为渗透，溶液透过膜的过程称为渗析。------电渗析：利用半透膜的选择透过性来分离不同的溶质粒子的方法称为渗析。在电场作用下，带电的溶质粒子通过膜而迁移的现象称为电渗析。------微滤超滤：水溶液在压力推动下，流经膜表面，小于膜孔的溶剂及小分子溶质透水膜，比膜孔大的溶质及溶质集团被截留。一、水污染的治理------反渗透：反渗透是一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。对半透膜一侧施加压力，当压力超过溶剂的渗透压时，溶剂会逆着自然渗透的方向作反向渗透。从而在膜的低压侧得到透过的溶剂，即渗透液；高压侧得到浓缩的溶液，即浓缩液。