水污染控制工程概念

水体污染：污染物进入河流、海洋、湖泊、或地下水等水体后，使水体的水质和水体沉淀物的物理、化学性质或生物群落组成发生变化，从而降低了水体的实用价值和实用功能的现象。水体污染物：造成水体的水质、底质、生物质等质量恶化或形成水体污染的各种物质或能量。水体污染源：造成水体污染的污染物的发生源。水体自净：污染物随污水排入水体后，经过物理的、化学的与生物化学的作用，使污染的浓度降低后总量减少，受污染部分部分地或完全地回复原状。水体所具备的上述能力称为水体自净能力。（物理净化：稀释、扩散、沉淀与挥发；化学净化：氧化、还原、分解、合成；生物净化：微生物、水生动植物）水中污染物的种类：固体污染物（单位体积的水中所含质量或浊度）；需氧污染物（等表示）；有毒污染物（质量浓度）；营养污染物，（单位体积水中含氮和磷的总质量）；生物污染物（细菌总数大肠杆菌数）；感官污染物（色泽和色度，臭和味）；酸碱污染物（常用值，浓度高时也用z碱或酸的质量分数）；油类污染物（质量浓度）；热污染（用温度）。水质：水和其中所含的杂质共同表现出来的综合特性，包括化学、物理、生物学性质三个方面。水质指标：是水质的具体衡量标准，表示出水中杂质的种类、成分和数量。（物理性，化学性，生物性）生物化学需氧量()：水中有机物被好氧微生物分解为无机物时所需的溶解氧量，结果以氧（O2）的表示。它反映了有氧条件下，水中可生降解的有机物的量。化学需氧量（）：一定条件下，水中有机物在外加强氧化剂作用下被氧化分解时所消耗氧化剂的量，以O2的表示。反映水中受还原性物质污染的程度，包括有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等。常用氧化剂为重铬酸钾和高锰酸钾。的应用——废水可生化性的判断，当5/0.3时，可生化处理；当5/值在0.25~0.3时，难生化处理；当5/0.25时，不宜生化处理。按原理不同，污水处理方法分类：①物理处理法：通过物理作用分离、回收污水中不溶解的悬浮态污染物（包括油膜和油珠）。举例：重力分离法、离心分离法和筛虑截留法等。②化学处理法：通过化学反应分离、去除污水中呈溶解、胶体态的污染物或将其转化为无害物。举例：化学混凝法、中和法、化学沉淀法、氧化还原等。③物理化学处理法：通过传质作用来分离、去除污水中溶解、胶体态的污染物质的方法。举例：萃取、汽提、吹脱、吸附、离子交换、气浮、膜分离法等。④生物处理法：通过微生物的代谢作用，使污水中呈溶解、胶体态以及微细悬浮态的有机污染物转化为稳定的物质的方法。举例：好氧法：活性污泥法，生物膜法；厌氧法：厌氧生物滤池，厌氧接触法。污水处理系统：由污水单元处理构筑物合理配置的污水处理综合体系。也叫污水处理流程。按污水处理程度分类：一级处理：也叫初级处理或机械处理，主要处理对象：较大的悬浮物，常用的分离设备：格栅、沉砂池和沉淀池等。出水：难以达标排放。条件许可时，可排放于水体或用于污水灌溉；二级处理：主要任务是大幅度地去除污水中呈胶态和溶解状态的有机性污染物质。主要用各种生物处理法，去除率可达90％以上，处理水可达标排放。也叫生化处理或生物处理；三级处理，也称高级处理或深度处理：目的是进一步去除二级处理后难降解的有机物、氮和磷或影响回用水水质的可溶性无机物等。所用处理法：生物脱氮法，化学混凝法，砂滤，化学除磷，离子交换，电渗析等。谈判能够过处理，5能从20-30降至5以下，能去除大部分的氮和磷，出水可回用。均化法：尽量减少污水处理厂进水水量和水质波动的过程，其构筑物称为均化池或调节池。均化的目的：废水的流量和污染物的含量是随时间变化的。减少和控制废水水质及流量的波动，为后续处理提供最佳条件。调节池分类：均量池，均质池，均化池。调节池的位置:因为调节池的最佳位置将随废水处理方法、废水的特性和集水系统不同而不同，所以应根据不同的情况认真对比后确定。一般是把调节池设置在初级处理之后其它处理之前，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。水量调节：调节的主要方式是设置废水调节池。分类：在线（线内）调节，离线（线外）调节。水质调节：对不同时间或不同来源的废水进行混合，使流出的水质比较均匀。调节方式：①利用外加动力（如空气搅拌、水泵循环）而进行的强制调节；②利用差流方式使不同时间和不同浓度的废水进行自身水力混合。拦截法：去除废水中粗大的悬浮物和杂物，保护后续处理设施能正常运行。格栅:是由一组（或多组）平行的金属栅条制成的金属框架，斜置在废水流经的渠道撒谎能够，或进水泵站集水井的进口处，以拦截污水中粗大的悬浮物和杂质。格栅的种类：（1）按形状分：平面格栅（筛网呈平面）、曲面格栅（筛网呈弧状）（2）按栅条间隙分：粗格栅：50~100；中格栅：10~40；细格栅：3~10（3）按筛余物清理方式分：普通格栅，人工清理栅渣；机械格栅，机械清理。格栅的作用：用以去除污水中那些可能堵塞水泵机组及管道阀门的较粗大的悬浮物，并保证后续处理设施能正常进行。其去除效果一般以不堵塞提升水泵和水处理厂站的处理设备为原则。筛网作用：用来去除废水中的较小颗粒、短纤维等固形物。重力分离法：是依靠废水中悬浮物密度与水密度不同这一特点来分离废水中固体悬浮物的方法。分为：1.沉降法或沉淀法：去除对象（可以除去的污染物）—悬浮物()；2.上浮法——隔油法：去除油类物质，包括浮油和乳化油沉淀过程的类型：（根据颗粒的大小，凝聚性的强弱及其浓度的高低）1.自由沉淀的特点（沉砂池）1.发生条件：废水中的悬浮固体浓度不高，而且不具有凝聚性时发生的。2.特征：沉降过程中，固体颗粒不改变形状和尺寸，也不互相粘合，各自独立地完成沉降过程。颗粒的沉降速度在经一定的沉降时间后保持不变。3.现象：实验时可观察到水是从上到下逐步变清的。2.絮凝沉淀的特点1.发生条件：固体浓度也不高，但具有凝聚性是发生的。2.特征：在沉降的过程中，颗粒互相碰撞、粘合，结合成较大的絮凝体而沉降；沉降的过程中颗粒的尺寸不断变化；颗粒的沉降速度是变化的。3.现象：水也是逐渐变清的，但可观察到颗粒的絮凝现象。3.区域沉淀的特点1.发生条件：废水中悬浮颗粒的浓度提高到一定程度后发生的。2.特征：每个颗粒的沉淀将受到其周围颗粒存在的干扰，沉速有所降低，在聚合力的作用下，颗粒群结合成为一个整体，各自保持相对不变的位置共同下沉。3.现象：水与颗粒群之间有明显的分界面，沉降的过程实际上是该界面下沉的过程。4.压缩沉淀的特点1.发生条件：废水中悬浮物的浓度很高时发生的。2.特征：此时固体颗粒互相接触，互相支承，在上层颗粒的重力作用下，下层颗粒间隙中的液体被挤出界面，固体颗粒群被浓缩。3.现象：粒群与水间有明显界面，但颗粒群部分比成层沉降时密集，界面的沉降速度很慢。自由沉降速度：斯托克斯公式，提高颗粒沉降速率的主要因素：根据斯托克斯公式可知，温度升高有利于沉降。理想沉淀池的条件：(1)进出水均匀分布到整个横断面，悬浮物在流入区沿水深均匀分布；(2)悬浮物在沉淀区等速下沉；(3)悬浮物在沉淀过程中的水平分速等于水流速度，水流是稳定的；(4)悬浮物落到池底污泥区，即认为已被除去，不再浮起。沉淀池的去除效率：沉淀池的去除效率与颗粒沉速或沉淀池的表米娜负荷有关，而与池深无关。的物理意义是单位时间内通过单位沉淀池表面积的流量，一般称之为表面负荷，用q表示，单位为：m3/(m2h)或m3/(m2s)。理想沉淀池是由进口域，沉淀区域，出口域和污泥区域四个部分组成。沉淀池的功能区：入流区和出流区进行配水和集水，使水流均匀地分布在各个过流断面上，以提高沉淀效率。沉降区是是可沉颗粒与水分离的区域。污泥区是泥渣贮存、浓缩和排放的区域。缓冲区是分隔沉降区和污泥区的水层，防止泥渣受水流冲刷而重新浮起。沉淀池的运行方式：间歇式（工作过程：进水，静置，排水。污水中可沉悬浮物在静置时完成沉淀过程）和连续式（污水是连续不断地流入和排除的，污水中可沉颗粒的沉淀是在流过水池时完成的）竖流式沉淀池工作原理：竖流沉淀池内，水流水平分速为零，在静水中沉速为u0的颗粒在池内的实际沉速为u0与水上升流速v的矢量和(u0)，颗粒被分离的条件为u0＞v，而u0≤v的颗粒始终不能沉底，因而其沉降效率与具有相同表面负荷的平流沉淀池相比减小了，但对于具有絮凝性的悬浮颗粒，则发生的情况就比较复杂，又有被去除的可能。适用于小流量污水中絮凝性悬浮固体的分离。平流式沉淀池：流入装置，流出装置，沉淀区，缓冲层，污泥区和排泥装置组成。辐流式沉淀池：构造：由进水管、出水管、沉淀区、污泥区及排泥装置组成。污水从池中心进入，沿半径方向呈辐射状流向池周，经溢流堰或淹没孔口汇入集水槽排出。沉于池底泥渣，由安装于衍架底部的刮板以螺线形轨迹刮入泥斗，再借静压或污泥泵排出。水力特征：废水的流速由大向小变化。缺点：中心进水口处流速较大，且呈紊流，容易影响初期沉降效果。预曝气沉淀池、向心辐流式沉淀池、斜板沉淀池（横向流斜板沉淀池、同向流斜板~、逆向流斜板~）传统沉淀池的缺点：去除效率不高；体积太大占地面积大。改进：从原水水质和沉淀池的结构两方面。斜板(管)沉淀池的构造：斜流式沉淀池是根据浅池理论，在沉淀池的沉淀区加斜板或斜管而构成。它由斜板(管)沉淀区、进水配水区、清水出水区、缓冲区和污泥区组成。优点：去除率高，停留时间短，占地面积小等。缺点：排泥困难，易堵，不耐冲击负荷。沉砂池工作原理：以重力分离为基础，即将进入沉砂池的污水流速控制在智能使比重大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带走。沉砂池作用：用以分离废水中比重较大的砂粒、灰渣等无机固体颗粒，使水泵和管道免受磨损和阻塞，同时也减轻沉淀池的无机负荷，使污泥具有良好的流动性，便于排放输送。工作原理：以重力或离心力分离为基础，即将进入沉砂池的污水流速控制在只能使比重大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带走。（类型：平流式，曝气，多尔，钟式沉砂池）平流式沉砂池构造：入流渠，出流渠，闸板，水流部分以及沉砂斗组成。曝气沉砂池：原理污水在池中存在着两种运动形式，其一为水平流动（一般流速0.1），同时在池的横断上产生旋转流动（旋转流速0.4），整个池内水流产生螺旋状前进的流动形式。由于曝气以及水流的螺旋旋转作用，污水中悬浮颗粒相互碰撞、摩擦，并受到气泡上升时的冲刷作用，使粘附在砂粒上的有机污染物淘洗于水中，获得较为洁净的沉渣。特点：①沉砂中有机物含量低于5％，长期搁置也不会腐化发臭。②具有预曝气、脱臭、防止污水厌氧分解、除泡作用以及加速污水中油类的分离等作用。含油废水中油的存在状态：浮油、乳化油、溶解油；隔油装置：1、隔油池：用自然浮上法分离、去除含油废水中可浮油的处理构筑物（平流式隔油池，斜板）2、除油罐：为油田废水处理的主要除油装置，用以去除污水中的可浮油。污油的脱水设备：带式除油机（立式，卧式，倾斜式）和脱水罐（立式，卧式）混凝原理：混凝是通过向废水中投加化学药剂——混凝剂，破坏胶体的稳定性，使细小悬浮颗粒和胶体微粒聚集成较粗大的颗粒而沉淀，得以与水分离，使废水得到净化。凝聚：指脱稳的胶粒相互聚集为较大颗粒的过程。絮凝：指未经脱稳的胶体形成大颗粒絮体的过程。混凝：包括凝聚和絮凝两个过程。混凝机理：1.压缩双电层机理:双电层的厚度与溶液中的反离子的浓度有关。当向溶液中投加电解质，使溶液中离子浓度增高时，则扩散层的厚度将减小。该过程的实质是加入的反离子与扩散层原有反离子之间的电斥力把原有部分反离子挤压到吸附层中，从而使扩散层厚度减小。由于扩散层厚度的减小，胶粒得以迅速凝聚。2.吸附电中和机理:胶粒表面对异号离子、异号胶粒、链状离子或分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中和了电位离子所带电荷，减少了静电斥力，降低了电位，使胶体的脱稳和凝聚易于发生。3.吸附架桥（桥连）机理:吸附架桥作用主要是指链状高分子聚合物在静电引力、范德华力和氢键力等作用下，通过活性部位与胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥连的过程。本机理能解释当废水浊度很低时有些混凝剂效果不好的现象：因为废水中胶粒少，当聚合