环保水处理：去除有害物，保障用水安全，推动产业发展

环保水处理：去除有害物，保障用水安全，推动产业发展

环境水处理

水处理（水处理系统、水处理设备或水处理工程）简单地说就是通过物理或化学的方法，除去水中某些对生产、生活不必要的或有害的物质的过程。适用于特定水质调理过程，如沉淀、过滤、混凝、絮凝、缓蚀、阻垢等，以水处理为目的。由于社会生产、生活与水密切相关。因此，水处理的应用范围非常广泛。它构成了一个巨大的工业应用。

水处理通常指给水处理和排水处理。给水处理一般以水处理能应用为前提，是为工业或居民生活提供的水处理系统或水处理设备。排水处理是指对工业生产或居民生活产生的工业废水、生活污水进行处理，使其达到排放标准的污水处理系统或废水处理系统。

第一节 废水的物理处理方法

物理处理法，又称机械处理法。主要用于分离废水中的悬浮物。此法最大的优点是简单易行、效果好，而且非常经济。一方面可以从废水中回收有用物质。另一方面废水也得到了初级处理。常用的物理处理方法有：重力分离、离心分离、过滤、蒸发结晶等。

1、重力分离重力分离是在重力作用下，将废水中的悬浮物从水中分离出来的过程。当悬浮物的相对密度大于1时，则下沉，称为沉降或沉淀。在此过程中，如果悬浮颗粒的尺寸不再变化，则称为自由沉降；若悬浮颗粒的尺寸继续增大，则称为絮凝沉降。但对于乳化状态或相对密度接近于1的悬浮物，它们很难自然沉降或上浮，必须通入空气或用机械搅拌，形成大量气泡才能粘附在乳化颗粒上，并携带至水面而与水分离，这种强制浮力也称浮选或气浮。

2、离心分离法：高速旋转的物体能产生离心力，利用离心力可将悬浮物从废水中分离出来。含有悬浮物或乳化油的废水在高速旋转时，会将悬浮颗粒、乳化油等与水分离。悬浮固体颗粒的质量不同，因此受到的离心力也不同，大的悬浮固体颗粒受到较大的离心力，被甩向外面；而小的水也受到较小的离心力。较小的颗粒被截留在内圈，通过不同的出口导出，实现固液分离。重力和压力的作用，大大加强了悬浮颗粒或乳化油的澄清度。离心分离设备根据离心力产生的方式分为两种，即离心机和水力旋流器。

3、过滤分离过滤的基本工作原理是：废水通过一层有孔的滤膜或介质，大于孔径的悬浮颗粒被截留在介质表面，从而净化废水。使用后，水的负作用力增大，必须采取一定的措施，如反冲洗，把截留的物质从滤膜上除去。常用的滤膜有两种：一种是粒状物质，如石灰砂、无烟煤、金属屑、纤维球、聚氯乙烯球或聚丙烯球等；另一种是多孔介质，如格栅、筛网、帆布或尼龙布、微孔管等。只有正确选择材料，才能达到良好的过滤效果。常用的过滤设备有：格栅、筛网、砂滤器、布滤器、微孔管、反渗透和超滤设备等。

第二节 废水化学处理

化学处理的主要处理对象是废水中的可溶性或胶体污染物，它不但能将污染物从水中分离出来，而且能改变某些污染物和有机物，因此能达到比物理方法更高的净化程度。特别是当需要从废水中回收有用物质，或废水中含有某些不易被微生物降解的有毒、有害物质时，采用化学处理方法最为合适。但化学处理方法往往需要使用化学药剂或材料，因此运行费用一般较高，对操作和管理的要求也较严格。而且在化学方法的预处理或后处理过程中，通常需要采用物理处理方法。

1.中和（平衡）法

1、废水的中和中和就是使废水发生酸碱中和反应，调节废水的pH值，使之呈中性或接近中性，或适合下一步处理的pH值范围。对于生物处理来说，处理系统中废水的pH值需维持在6.5~8.5之间，以保证最佳的生物活性。

2.处理方法及设备常用的废水中和方法有平衡法、pH值直接控制法。

（1）平衡法。其目的是将酸性废水与碱性废水进行混合中和，即将酸性废水与碱性废水在平衡池中混合。由于工业废水的量和质量一般是不平衡的，往往随生产而变化。为了调节水量和均衡水质，减少高峰流量和高浓度废水的影响，必须设置足够容积的平衡池，作为预处理设施或中和设备。当pH值达不到规定值时，需加入少许废酸或废碱进行适当调节。

（2）直接pH控制法。常用的方法有酸碱废水相互中和法、加药中和法、过滤中和法等。

1）酸性废水的中和：酸性废水通常采用化学法、过滤法进行中和。

2）碱性废水的中和：碱性废水通常用废酸或酸性废水或用烟气中和。酸中和法是利用废强酸或酸性废水进行中和处理，其步骤与酸性废水中和法相同，烟气中和法是利用烟气中的二氧化碳和二氧化硫溶于水形成的酸来中和碱性废水，方法是将烟气通入碱性废水中，或者用碱性废水作为除尘的喷淋水。两者都能达到良好的处理效果。但处理后废水中的悬浮物含量大大增加，硫化物、耗氧量、色度也随之增加，废水需补充处理。

2.化学混凝沉淀法

1.混凝在废水处理中，混凝通常必须与沉淀配合使用，所以叫混凝沉淀，它既可以作为一级处理的手段，也可以作为二级处理或深度处理的一种技术。

1、基本原理：在废水中加入一定的化学药剂（常称混凝剂），使水中较难沉淀的胶体悬浮颗粒或乳状污染物稳定下来，形成较大的颗粒或絮凝体，较容易自然下沉或上浮而被去除。可降低废水的浊度和色度，去除废水中的多种高分子物质、有机物、某些重金属毒物及放射性物质等，因此在工业废水处理中得到广泛的应用。

2.常用混凝剂常用混凝剂可分为无机混凝剂和有机混凝剂两大类。

（1）无机混凝剂。应用最广泛的是铝盐类，如硫酸铝、明矾、铝酸钠等；其次是铁盐类，如硫酸亚铁、硫酸铁、氯化铁等；还有可循环使用的混凝剂种类较多，如碳酸镁等。这些药剂都能达到很好的混凝效果，可根据水质情况选用。但大多数在混凝过程中会产生较多的污泥。有一种无机高分子混凝剂，如聚合氯化铝、聚合硫酸铁等，目前应用最广泛，混凝效果较好。

（2）有机絮凝剂。主要有人工合成的聚丙烯酸钠（阴离子型）、聚乙烯吡咯烷酮盐（阳离子型）和聚丙烯酰胺（非离子型）等高分子量絮凝剂。只需少量的絮凝剂就能达到较好的絮凝效果，产生的污泥量也很少。当单独使用某种絮凝剂不能达到良好的效果时，必须加入助凝剂。

助凝剂一般可分为两类：

a.用于调整或改善混凝条件的药剂，如石灰、氯气等；

b.为改善絮凝体的结构而采用的高分子量混凝剂，如聚丙烯酰胺、活化硅胶、明胶、海藻酸钠等。有时有机絮凝剂与其他无机混凝剂配合使用，可达到较好的絮凝效果，而且比较经济。一些天然高分子物质，如淀粉、纤维素、蛋白质、胶质、藻类等，均有混凝作用。

3、混凝工艺及设备混凝工艺包括药剂配制、投加、搅拌和旋涡等步骤，常用的设备有挡板式、旋转式和旋涡式三种类型的旋涡池。混凝效果受多种因素影响，水温、pH值以及水中杂质的性质、成分、浓度等都会影响混凝过程，而且不同混凝剂的参数差别很大，为了选择合适的混凝剂，确定最佳投加量，还必须进行混凝试验。搅拌作用是使药剂迅速均匀地扩散到水中，与水中的悬浮物接触，形成细小的絮凝体，俗称矾花，这可以用机械或水力混合，一般不超过2分钟。反应的作用是使细小的矾花逐渐絮凝成较大的颗粒而沉降或上浮。 一般要保证水流有适当的絮凝度，为微小矾花的碰撞、吸附创造机会，但必须防止矾花破碎或下沉。

（二）化学沉淀法：在废水中加入某种化学物质，称为沉淀剂，使之与水中某些可溶性污染物发生反应，生成小分子、不溶于水的化合物，如盐类，然后沉淀分离，从而降低可溶性污染物的浓度。化学沉淀法常用于除去废水中的汞、镉、铅、锌等重金属离子，也可除去废水中的营养物。许多重金属离子能生成氢氧化物或硫化物沉淀，因此常通过加碱或石灰来调节废水的pH值，使之生成氢氧化物沉淀，或加入硫化氢或硫钠等沉淀剂，使之不易生成硫化物沉淀，需加入混凝剂来增强沉淀效果。化学沉淀法生成的沉淀物中往往含有某些重金属的浓度较高，因此必须考虑对其进行回收利用或妥善处理。

（三）氧化还原法：废水中某些有毒有害的可溶性污染物在氧化还原反应过程中被氧化或还原，转化成新的无毒无害的物质或气体或可从水中分离出来的有机物。用这种方法净化固体，称为氧化还原法。任何氧化还原过程都可以写成下面的通式：还原剂+氧化剂=物质的氧化态（还原剂被氧化）+物质的还原态（氧化剂被还原）

1、氧化法在废水的氧化处理中，最常用的氧化剂是氧气和氯气。氧类氧化剂有空气中的氧气、纯氧、臭氧、过氧化物、过氧化氢、高锰酸钾等。氯类氧化剂有气态氯、液氯、漂白粉、次氯酸钠、二氧化氯、三氯化铁等。

2、还原法废水处理中，用还原剂改变有毒有害污染物的价态，可消除或减轻污染程度。常用铁粉、锌粉、电解时阴极反应等作还原剂。也有用硫酸亚铁、亚硫酸氢钠、二氧化硫等。

目前含铬废水、含汞废水的处理主要采用还原法，废水处理均采用硫酸亚铁-石灰法除铬，硼氢化钠法或铁粉还原法除氯。

第三节 废水的物理和化学处理方法

物理化学处理方法主要用于分离废水中溶解的有害污染物，回收有用成分，深度净化废水。在废水处理过程中，如吸附、萃取、电渗析、汽提和空气吹脱等采用传质方法时，经常会遇到或发生物质从一个相转移到另一个相的过程，这就叫做传质。传质之所以能发生，是由于两相中溶质浓度的不平衡造成的。质量速度的大小取决于两相的性质、接触面积、浓度、溶液的温度和pH值等因素。

1.吸附法

1.基本原理具有吸附能力的多孔性固体物质称为吸附剂。利用这种吸附剂可以将废水中的一种或多种污染物吸附到它的表面，回收或除去某些溶质，从而达到净化废水的目的。常用的吸附剂有：活性炭、磺化煤、硅藻土、焦炭、煤渣等，通常要求吸附剂具有吸附容量大、比表面积和孔隙率大、吸附速度快、选择性好以及机械强度高等性能。吸附过程包括物理吸附、化学吸附和交换吸附，或者是几种吸附现象的综合作用，吸附过程是可逆过程，有吸附和解吸两个过程，当两个过程的速度相等时，称为吸附平衡。在废水处理中，广泛使用活性炭和离子交换树脂。活性炭具有强的吸附性能，能有效地吸附废水中的有机污染物和金属离子。 处理水中BOD、COD及SS分别可达10、15、5mg/L以下，离子交换器上的活性基因在废水处理中进行等价交换，多用于金属废水的回收处理。

2、吸附操作及设备吸附操作中，首先要根据所要回收或脱除的吸附剂的不同，选择吸附性能较好、再生较容易的吸附剂，同时还要考虑影响吸附剂使用寿命的因素，如机械强度、抗收缩、膨胀能力，以及来源、价格、具体使用条件等诸多因素。吸附操作的主要步骤为：a.废水与吸附剂接触进行吸附；b.吸附净化后的废水与吸附剂接触；c.吸附剂的脱附再生或更新吸附剂。吸附操作有两种类型：（1）间歇批量操作，设备为池、桶或搅拌槽，废水间歇分离。批量投加或排料操作较复杂，多用于废水量较少时。

（2）半连续或连续操作，设备为以吸附剂为滤层的固定床、移动床或流化床吸附塔。吸附和解吸在塔内交替进行，视废水量、水质及污染程度而定。离子交换器浓度测定有单床、多床、复床、混床等形式。复床是两个或多个同种离子交换器的单床串联或并联工作；复床是两种不同交换器的单床；混床是串联工作的塔；混床是两种离子交换器混合在一个塔内工作的塔。吸附在废水处理中已得到广泛的应用，可除去水中少量难以生物降解或化学氧化的有机物，还可除去色素、臭味、农药、洗涤剂等，还可回收废水中的重金属离子和一些其它有用成分。

2.电渗析

1.基本原理电渗析的基本原理是利用具有离子交换性质的阴、阳离子交换膜的选择透过性，在外加直流电场作用下，使水中的离子迁移，使一种溶液中的离子迁移到另一种溶液中，达到浓缩、净化、合成和分离的目的。因此，它具有设备简单、操作方便等优点。在电渗析过程中，离子减少的隔室称为稀室，其出水称为淡水；离子增多的隔室称为浓缩室，从中流出的水称为浓水；与电极板接触的隔室称为极室，从中流出的水称为极水。电渗析过程的基本条件为：

（1）水中的离子必须带电，阴离子和阳离子在直流电场中能作定向迁移。

（2）离子交换膜必须具有选择性。阳离子膜只允许水中的阳离子通过，并具有排斥阴离子的能力。相反，阴离子膜只允许阴离子通过，并具有排斥阳离子的能力。膜结构可分为异质膜和均质膜；按功能可分为阳离子交换膜和阴离子交换膜。离子交换膜应具有较高的离子选择性、较低的水渗透性和膜电导率。不能通过阴离子，化学稳定性好，以及足够高的机械强度等。

2、电渗析器的结构与应用电渗析器由膜堆、极区和夹紧装置三部分组成。但所用膜的类型及组装方法和顺序决定了电渗析器的性能。根据废水的成分和处理要求，电渗析器可组装成不同的形式。隔板的结构和类型直接影响电渗析过程的效率。另外，由于废水的复杂性，电渗析器的进水、出水的选择、电极室中反应物的使用以及膜的选择都必须引起充分的重视。目前，电渗析技术已用于废水处理中回收酸、碱、金属及脱盐等。

3. 蒸汽吹脱和空气吹脱

1. 剥离法

1.基本原理水蒸气蒸馏又称蒸汽蒸馏，是利用水蒸气吹入水中，不同的挥发性溶质和溶剂，在同一温度下，其沸点不同，蒸气压也不同，当它们转入蒸汽时，其浓度也不同，以提高蒸汽中溶质浓度。蒸馏使溶质和溶剂同时蒸发，是一个传质过程，其推动力是废水中溶质的实际浓度与平衡浓度之差，若在平衡状态下，蒸汽冷凝液中的溶质浓度远大于其在废水中的浓度，说明溶质比溶剂更易挥发，更适合用蒸汽吹脱法去除。

2、设备与操作汽提法的主要设备是水蒸气蒸馏塔，其结构形式有填料塔、筛板塔、泡罩塔和浮阀塔等。浮阀塔的传质效果和操作条件较好。此法的操作过程是将废水预热到沸点后从顶部送入塔内，水平流经塔板经溢流管进入下一塔板，从塔底送入的蒸汽靠蒸汽流速打开浮阀，水平吹入液层，然后继续上升到上层塔板。当水溶液的蒸气压刚好超过外界压力时，废水就开始沸腾，这就加速了挥发性物质由液相转为气相的过程。另一方面，当水蒸气以气泡形式穿过水层时，水与气泡表面形成自由界面，液体继续蒸发并扩散到气泡中，当气泡上升到液面时，开始破裂。 因此，大量的气泡显著扩大了水中挥发性物质的蒸发面积，从而加速了传质过程。由于阀门开度随吹入塔内的蒸汽流量而变化，阀门开度能保持良好的泡沫状态，因此能在较大的蒸汽流量范围内保持较高的传质效率。夹带体雾量也较少。废水中的挥发性溶解物质，如挥发酚、甲醛、苯胺等，可通过蒸汽吹脱从废水中分离出来。

（二）吹扫法

1.基本原理 废水中溶解的某些挥发性物质可用空气吹脱法除去。该方法是在一定温度下向废水中通入空气，使空气与废水充分接触，除去废水中的可溶性挥发性物质。空气逸出的过程称为吹脱。空气与溶解性挥发性物质产生以下两种作用：氧化和吹脱。

2、设备与操作常用设备为内有填料、栅板或筛板的汽提槽和汽提塔，该塔装置不仅汽提效率高，而且能全局回收挥发性物质，促进气、液相混合，增大传质面积。操作过程为废水由塔顶送入，向下喷淋，空气由塔底送入，与塔内废水逆流接触进行汽提。汽提后的废水经水封管由塔底排出，气体由塔顶排出。

第四节 废水处理的生物处理方法

自然界中存在着大量的微生物，它们具有氧化分解复杂的有机物和部分无机物质，将这些物质转化成简单物质，或将有毒物质转化为无毒物质的能力。溶解态有机物在微生物的生命活动过程中，一部分用来合成细胞的原生质和贮藏物质；一部分则转化成代谢产物，并释放出能量，供给微生物原生质的合成和生命活动，使微生物得以继续生长繁殖，从而净化废水。生物处理就是利用这种功能，根据微生物的呼吸特点，分为需氧、厌氧和兼氧三种。生物处理方法又有需氧处理和微生物处理两大类。 1.好氧生物处理好氧生物处理的基本特点是提供充足的氧气、适宜的温度（10~50℃）、营养物（一般应保持BOD5：N=100：5：1的比例）、pH值6~9、以及细菌能够耐受的毒性物质浓度，利用好氧和兼氧微生物将废水中的有机物分解、稳定化，使废水达到净化的目的。在处理过程中，废水中可溶性有机物穿过细菌细胞壁，被细菌吸收利用；固体胶体有机物粘附在细菌身上，被细菌通过胞外酶分解成可溶性物质，再渗透到细菌细胞壁内，通过自身的生命活动，即充氧、还原、合成等过程，将被吸收利用的有机物一部分氧化分解成简单的无机物，并释放出细菌生长和代谢活动所需的能量； 另一部分有机物转化成必需的营养物质形成新的原生质，合成新的细胞，使微生物得以继续繁殖和进行合成代谢。与此同时，微生物自身也在不断地分解，特别是在缺乏外界营养物质时，为维持生存的能量需要，必须分解自身的一部分机体。这个过程叫内源呼吸，其产物也是CO2、H2O、无机物质、能量和降解的生物残渣，主要是细胞壁物质。

1.活性污泥法

1、基本原理：向富含有机污染物和细菌的废水中连续通入空气，使微生物生长繁殖，经过一定时间后，会出现絮状泥粒。它具有很强的分解作用。能产生活性污泥的能力，称为活性污泥。利用活性污泥处理废水的方法称为活性污泥法。为获得良好的出水水质和足够量的回流污泥，活性污泥的混凝沉淀性能十分重要。用污泥体积指数（SVI）来衡量污泥，SVI过低，表示污泥颗粒小而致密，无机含量高，活性和吸附能力不足；SVI过高，表示污泥难以混凝沉降，污泥已发生或即将发生膨胀。 一般SVI以50～150之间为宜。活性污泥对废水的净化分两步完成，第一步叫吸附，由于活性污泥具有很大的表面面积，微生物分泌的多糖粘液有很强的吸附作用，因此，与废水接触后，在很短的时间内，大量的有机物就会被污泥吸附，使废水中的BOD5或COD明显降低，在此阶段还发生吸收、氧化作用。第二步叫分解代谢，即微生物对吸附吸收后的有机物进行分解代谢，使一部分有机物从污泥中转化成稳定的无机物质，另一部分则合成新的细胞质，这样废水就被净化了。饱和的污泥经过氧化作用而被重新活化，恢复其吸附、分解能力。

2、设备与运行活性污泥法的主要处理设备是曝气池和二沉池，待处理的废水经预处理后进入曝气池，由于压缩空气的不断供给，混合液中充足的溶解氧，保证了活性污泥中好氧微生物有稳定的条件分解有机物；同时微生物的不断繁殖，使活性污泥不断生长。二沉是将污泥与澄清水分离，沉淀下来的活性污泥一部分返回曝气池，其余部分则排出系统，澄清水溢流排出。

2.生物膜法

1.生物膜方法的工作原理与活性污泥方法相同。在两个阶段：吸附和氧化分解。

2.设备模式为生物滤光片和生物滤镜，为了分离生物膜，必须建立两个辅助沉积罐。废水，从而净化废水。理想的过滤器材料应具有耐腐蚀性，较大的表面积和孔隙率。

3.生物接触氧化法

1.基本原理生物接触氧化是一种生物处理方法，它结合了活性污泥法的特征和生物过滤方法。 OFILM增强了微生物的活性，从而提高了设备​​的加工能力并使治疗效果也更加稳定。

2.设备的氧化罐是一个充满装饰的池，在一定的速度下，池中的废水在填充物中流动，并在生物膜的作用下添加了充气具有较大的治疗能力，较小的占地面积，良好的废水质量，更少的注射时间以及更少的空气消耗。它具有低功耗的特征。

2.厌氧生物治疗

1.基本原理是在缺氧条件下使用厌氧的微生物分解和稳定有机物的过程，通常称为厌氧消化或厌氧发酵，需要消化过程才能通过酸性发酵阶段进行酸酸的作用。在产生酸性细菌的作用下，有机酸，有机醇，氨，二氧化碳等是有机酸的另一种类型。可以是酸性的，并且进行碱发酵。

厌氧处理的基本条件是：（1）氧气（2）在6.8和7.8之间（3）适合甲基苯酚（3）。有毒物质不得超过细菌的公差极限。

2.设备厌氧接触系统与有氧污泥的过程非常相似，包括消化罐，沉积罐和污泥返回系统。污泥床反应堆等都取得了巨大的效果。

3.天然生物处理方法：使用天然生物化学自我纯化的治疗系统效率低，但基本上不需要建筑和操作成本。

1.生物氧化池塘生物氧化池，也称为生物稳定池，是一种天然或人工池塘，在天然水中使用微生物和藻类来进行有机废水的有机处理，有机物在氧化池中被氧化池驱动。 ize和降解有机物，生成能量并合成新的藻类。 。 此外，某些藻类不仅可以光合作用，而且还可以根据氧化池中的微生物的类型和氧气的供应，还可以分为四种基本类型：有氧池塘，辅助池塘，厌氧池和氧化池。

2. Land : It uses the of soil, and plant roots to treat , while the water and in the can the and the yield of crops, and trees. The soil's of is a very and , , , , and the and of by soil . to the modes, it can be into slow and slow . There are four types of : rapid that a high of , flow , and . , the , must be paid to the of water to of from crops, soil, and , etc. In , in the of , and are . 污泥的主要组成部分是有机物，而沉积物的主要组成部分是无机物质，有时还必须正确处理某些重金属离子或有害成分，然后才能将其正确处理。