水污染控制技术

主编王金梅薛叙明主讲陈燕第1章总论第2章水污染控制的物理法第3章水污染控制的化学法第4章水污染控制的物理化学法第5章水污染控制的生化法第6章污泥处理第7章循环冷却水的处理第8章污水处理厂设计与运行管理第1章总论1.1我国水资源现状1.2污水的来源、水污染的途径及危害1.3水体中主要污染物质及水质指标1.4水污染控制的基本原则与方法1.1.1水资源及其特性1.水资源水资源是指可供人们经常使用的水量，即大陆上由大气降水补给的各种地表、地下淡水的储存量和动态水量。地表水包括河流、湖泊和冰川等，其动态水量为河流径流量，因此，地表水资源由地表水体的储存量和河流径流量组成.地下水的动态水量为降水渗入和地表水渗入补给的水量，因此，地下水资源由地下水的储存量和地下水的补给量组成。2.水的特性（为非重点）1.1我国水资源现状1.1.2水资源的循环水资源的循环指自然界中的水通过蒸发、凝结、降水(雪)、渗透和径流等作用而无终止地往复循环过程。1.自然循环地球上的水在阳光照射下，通过江河、湖泊、海洋等地面水、表土水的蒸发，植物茎叶的蒸腾，形成水蒸气，进入大气,遇冷凝结，以雨、雪、雹等形式重返地面。图1-1地球上水的分配比例地球上的水咸水97.2％冰雪．冰川77.2％地下水．土壤水22.4％湖泊．沼泽0.35％大气0.04％河流0.01％淡水2.8％返回地面的水，一部分渗入地下成为土壤水和地下水，再供植物蒸腾，或直接从地面蒸发；一部分流入江河、湖泊、海洋，再经过这些水面蒸发或植物蒸腾等，无终止地往复循环。自然界中的水在太阳照射和地心引力等的影响下不停地流动和转化，通过降水、径流、渗透和蒸发等方式循环不止，构成水的自然循环，形成各种不同的水源。水在自然循环中几乎在每个环节都有杂质混入，使水质发生了变化。２.社会循环人类为了生存，从自然环境中大量取用天然水体中的水，作为维持生命活动的物质基础，又不断地通过新陈代谢把代谢产物排泄到自然环境中，如此周而复始。水在人类社会中构成的局部循环体系，被称为社会循环。1.1.3我国的水资源我国淡水资源总量居世界第四位，但人均拥有量仅为世界平均水平的1/4、美国的1/5，在世界上名列第121位，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。水污染更加剧了水的危机。我国的水资源空间分布很不均匀。因此，水资源对我国来说是十分宝贵的。保护水资源的一个不可忽视的方面就是防治水污染。污水的性质及危害取决于污水的来源。在实际生活中，污水一般来源于生活污水、工业废水和降水。1.2污水的来源、水污染的途径及危害1.生活污水。是由家庭、学校、机关等排放的污水，如厨房污水、粪便污水、洗涤污水等的总称（也叫城市下水）。生活污水中，有机物约占70％、无机物约占30％，同时含有大量的病菌和细菌，具有消耗环境氧量与传播疾病的危害，生活污水一般夏季量多，冬季量少。2.工业废水。是指工业生产中排放出来的水。工业废水成分复杂，涉及面广，影响因素多，性质各异。工业废水的性质及危害人类的程度主要取决于工业类别、原料品种、工艺过程等诸多因素。3.降水。包括降雨和降雪。降水时，雨雪大面积地冲刷地面，将地面上的各种污染物淋洗后进入水道或水体，造成河流、湖泊等水源的污染。降水对受纳水体的污染很大，其中固体悬浮物、有机物、重金属和污泥直接污染地面水源。1.3.1水体中主要污染物质水体中主要污染物质的种类大致可作如下划分：固体污染物、需氧污染物、营养性污染物、酸碱污染物、有毒污染物、油类污染物、生物污染物、感官性污染物和热污染等。1.3.2水质指标为了表征废水水质，规定了许多水质指标。水质是指水与水中杂质共同表现的综合特征。水中杂质的具体衡量尺度称为水质指标。水质指标可分为物理指标、化学指标和生物指标。1.3水体中主要污染物质及水质指标1.4.1水污染控制的基本原则水污染控制的基本原则，首先是从清洁生产的角度出发，改革生产工艺和设备，减少污染物，防止污水外排，进行综合利用和回收。必须外排的污水，其处理方法随水质和要求而异.1.4.2水污染控制的方法水污染控制的方法按对污染物实施的作用不同，大体上可分为两类:一类是通过各种外力作用，把有害物质从废水中分离出来，称为分离法。另一类是通过化学或生化的作用，使其转化为无害的物质或可分离的物质，后者再经过分离予以去除,称为转化法。1.4水污染控制的基本原则与方法习惯上也按处理原理不同，将水污染控制的方法分为物理处理法、化学处理法、物理化学法和生物处理法四类。1.按对污染物实施的作用不同（1）分离法废水中的污染物有各种存在形式，大致有离子态、分子态、胶体和悬浮物。存在形式的多样性和污染物特性的不同，决定了分离方法的多样性，有混凝法、气浮法、吸附法、离心分离法、磁力分离法、筛滤法等。（2）转化法转化法可分为化学转化和生化转化两类。现代废水处理技术，按处理程度可划分为一级处理、二级处理和三级处理。一级处理，主要去除废水中的悬浮固体和漂浮物质，同时还通过中和或均衡等预处理对废水进行调节以便排入受纳水体或二级处理装置。二级处理，主要去除废水中呈胶体态和溶解态的有机污染物质，主要采用各种生物处理方法。三级处理，是在一级、二级处理的基础上，对难降解的有机物、氮、磷等营养性物质进行进一步处理。废水中的污染物组成相当复杂，往往需要采用几种方法的组合流程才能达到处理要求。对于某种废水，采用哪几种处理方法组合，要根据废水的水质、水量，回收其中有用物质的可能性，经过技术和经济的比较后才能决定，必要时还需进行实验。2.（1）物理处理法物理处理法是通过物理作用，分离、回收污水中不溶解的呈悬浮态的污染物质（包括油膜和油珠）的污水处理法。根据物理作用的不同，又可分为重力分离法、离心分离法和筛滤法等。（2）化学处理法化学处理法是通过化学反应来分离、去除废水中呈溶解态、胶体态的污染物质或将其转化为无害物质的污水处理法。（3）物理化学法物理化学法是利用物理化学作用去除污水中的污染物质的污水处理法。主要有吸附法、离子交换法、膜分离法、萃取法、气提法和吹脱法等。（4）生物处理法生物处理法是通过微生物的代谢作用，使废水中呈溶解态、胶体态以及微细悬浮状态的有机污染物质转化为稳定物质的污水处理方法。根据起作用的微生物不同，生物处理法又可分为好氧生物处理法和厌氧生物处理法。第2章水污染控制的物理法2.1格栅与筛网2.2调节2.3沉淀法2.4隔油与气浮2.5过滤法2.6离心分离2.7磁分离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、金属丝织物、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、格网或穿孔板构成的称为筛网。它们所去除的物质则称为筛余物。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态的细小纤维。2.1格栅与筛网根据清洗方法不同，格栅和筛网都可设计成人工清渣和机械清渣两类。2.1.1格栅的构造、作用与分类格栅是一种最简单的过滤设备，用来截留污水中粗大的悬浮物和漂浮物。格栅通常由一组或多组平行金属栅条制成的框架组成，倾斜或直立地设立在进水泵站集水井的进口处。格栅按形状不同可分：平面格栅和曲面格栅两种。按格栅栅条间的间距可分：粗格栅、中格栅和细格栅三种.格栅在应用中可分:固定格栅和活动格栅两种。固定格栅，一般由间隔的固定金属栅条构成，污水从间隙中流出。根据截留物被耙除的方式不同，固定格栅又可分:手耙式格栅和机械耙式格栅两种。活动格栅又可分:钢索格栅和鼓轮格栅两种。2.1.2人工清渣格栅2.1.3机械清渣格栅机械清渣格栅（简称机械格栅）适用于大型污水处理厂以及需要经常清除大量截留物的场合。一般当栅渣量大于0.2m3/d时，为改善劳动与卫生条件，应采用机械清渣格栅。机械清渣的格栅，倾角一般为60°～70°，有时为90°。机械清渣格栅的过水面积一般应不小于进水管渠的有效面积的1.2倍。表2－１我国常用的几种机械格栅类型适用范围优点缺点链条式机械格栅深度不大的中小型格栅。主要清除长纤维、带状物①构造简单，制造方便。②占地面积小。①杂物进入链条和链轮之间时，容易卡住。②套筒滚子链造价高，耐腐蚀差。移动式伸缩臂机械格栅中等深度的宽大格栅，现有类型耙斗适用于污水除污①不清污时，设备全部在水面上，维护检修方便。②可不停水检修。③钢丝绳在水面上运行，寿命较长①需三套电动机、减速器,构造较复杂。②移动时，耙齿与栅条间隙的对位较困难。圆周回转式机械格栅深度较浅的中小型格栅①构造简单，制造方便。②动作可靠，容易检修。①配置圆弧型格栅，制造较困难。②占地面积较大。钢丝绳牵引式机械格栅分固定式和移动式。固定式适用于中小型格栅,深度范围较大。移动式适用于宽大格栅①适用范围广泛。②无水下固定部件的设备,检修维护方便。①钢丝绳干湿交替，易腐蚀,宜用不锈钢丝绳。②有水下固定部件的设备,设备检修时需停水。2.1.4常用格栅的选择及设计2.1.5筛网目前，应用于废水处理或短小纤维回收的筛网主要有两种,振动式筛网和水力筛网。2.2.1调节的作用污水的水质和水量一般都随时间的变化而变化。污水的水量和水质的变化对排水设施及污水处理设备，特别是生物处理设备正常发挥其净化功能是不利的，甚至还可能破坏这些设备。2.2调节为此，在污水处理前要设置调节池，对污水的水量、水质进行均衡和调节，使污水处理效果更好。调节池是调节水质和水量的构筑物。2.2.2水量与水质调节的常用方法1.水量调节污水处理中水量调节有两种调节池，一种为线内调节池，另一种为线外调节池。（1）线内调节池。进水一般采用重力流，出水用泵提升。（2）线外调节池。设在旁路上。当污水流量过高时，多余污水用泵打入调节池；并送去后续处理。线外调节池与线内调节池相比，不受进水管高度限制，但被调节的水量需要两次提升，消耗动力大。2.水质调节水质调节的任务是将不同时间或不同来源的污水进行混合,使流出的水质比较均匀。水质调节的基本方法有两种。（1）外加动力调节外加动力就是采用外加叶轮搅拌、鼓风空气搅拌及水泵循环等设备对水质进行强制调节。（2）差流方式调节水质调节采用差流方式进行强制调节，使不同时间和不同浓度的污水进行水质自身水力混合。①对角线调节池这种形式的调节池的特点是出水槽沿对角线方向设置。污水由左右两侧进入池内后，经过一定时间的混合才流到出水槽，使出水槽中的混合污水在不同的时间内流出，就是说不同时间、不同浓度的污水进入调节池后，就能达到自动调节均衡水质的目的。②折流调节池折流调节池在池内设置许多折流隔墙，污水在池内来回折流，得到充分混合、均衡。折流调节池配水槽设在调节池上，通过许多孔流入，投配到调节池的前后各个位置内，调节池的起端流量一般控制在进水流量的1/3～1/4，剩余的流量可通过其他各投配口等量地投入池内。2.2.3调节池容积的计算2.3.1沉淀过程的理论基础1.概述它是利用水中悬浮颗粒的可沉降性能，在重力作用下使其下沉，以达到固液分离的一种过程。2.沉淀的类型及其理论基础（1）沉淀的基本类型根据悬浮颗粒的性质、凝聚性及其浓度的高低，沉淀可分为四种基本类型。①自由沉淀2.3沉淀法水中的悬浮固体浓度不高，不具有凝聚的性能，也不互相聚合、干扰，其形状、尺寸、密度等均不改变，下沉速度恒定.悬浮物浓度不高且无絮凝性时常发生这类沉淀。②絮凝沉淀当水中悬浮物浓度不高，但有絮凝性时，在沉淀过程中，颗粒互相凝聚，其粒径和质量增大，沉淀速度加快。③拥挤沉淀（也称集团沉淀、分层沉淀或成层沉淀）当悬浮物浓度较高时，每个颗粒的下沉都受到周围其他颗粒的干扰，颗粒互相牵扯形成网状的“絮毯”整体下沉，在颗粒群与澄清水层之间存在明显的界面。沉淀速度就是界面下移的速度。④压缩沉淀当悬浮物浓度很高，颗粒互相接触，互相支承时，