第二章化工廢水處理技術(shù)

第二章

化工廢水處理技術(shù)1黃河污染2長江污染本章內(nèi)容第一節(jié)化工廢水及其處理原則第二節(jié)物理處理方法第三節(jié)化學(xué)處理方法第四節(jié)物理化學(xué)處理方法第五節(jié)生化處理方法第六節(jié)污泥的處理第七節(jié)化工廢水處理實例3第一節(jié)化工廢水及其處理原則

化工廢水的種類化工廢水污染的特點

廢水處理原則4化工生產(chǎn)需要大量用水，也會排出大量廢水。化工廠多集中在水域附近如江、河、湖、海等，產(chǎn)生的廢水就近排入水域，對水域造成污染。據(jù)統(tǒng)計，我國化工行業(yè)排出的廢水量占全部廢水量的22%，居第一位?；U水對水系的污染是許多地方最嚴重的環(huán)境污染現(xiàn)象，是環(huán)境治理的首要目標。52.1.1化工廢水的種類化學(xué)工業(yè)是一個多品種多行業(yè)的工業(yè)部門。化學(xué)工業(yè)包括化學(xué)礦山、石油化工、煤炭化工、酸堿工業(yè)、化肥工業(yè)、塑料工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、染料工業(yè)、涂料工業(yè)、橡膠工業(yè)、炸藥和起爆藥工業(yè)、感光材料等。化工生產(chǎn)離不開水，在目前技術(shù)和經(jīng)濟條件下化工生產(chǎn)很難根除廢水產(chǎn)生。6化工廢水總的特點：量大、有害種類多，居各工業(yè)系統(tǒng)之首，廢水中污染成分復(fù)雜多變?；瘜W(xué)工業(yè)廢水按成分可分為三大類：含有機物的廢水：如有機原料、合成材料、農(nóng)藥、染料等行業(yè)排出的廢水；含無機物的廢水：如無機鹽、氮肥、磷肥、硫酸、硝酸及純堿等行業(yè)排除的廢水；含有機物和無機物的混合廢水：如氯堿、感光材料、涂料等行業(yè)。

7按廢水中所含主要污染物分：

含氰廢水含酚廢水含硫廢水含氟廢水含鉻廢水含有機磷化合物廢水含其它有機物廢水

8第一節(jié)化工廢水及其處理原則

化工廢水的種類

化工廢水污染的特點

廢水處理原則92.1.2化工廢水污染的特點

有毒害性生化需氧量（BOD)和化學(xué)需氧量（COD）均較高pH超標營養(yǎng)化物質(zhì)多廢水溫度較高恢復(fù)比較困難10第一節(jié)化工廢水及其處理原則化工廢水的種類化工廢水污染的特點

廢水處理原則112.1.3.1水污染指標水污染指標是衡量水體被污染程度的數(shù)值標示，也是控制和檢測水處理設(shè)備運行狀態(tài)的重要依據(jù)。其中，最常用的水污染指標有（8個）：生化需氧量（BiochemicalOxygenDemand，BOD）：表示在有飽和氧條件下，好氧微生物在20℃,經(jīng)一定天數(shù)降解每升水中有機物所消耗的游離氧的量，常用單位mg/L，常以5日為測定BOD的標準時間，以BOD5表示。它是反映水中有機污染物含量的一個綜合指標。12化學(xué)需氧量（ChemicalOxygenDemand，COD）：表示用強氧化劑把有機物氧化為H2O和CO2所消耗的相當(dāng)氧量。常用的氧化劑為重鉻酸鉀或高錳酸鉀，分別表示為CODCr或簡寫（COD）和CODMn（也稱耗氧量，簡稱OC），單位為mg/L。但兩種氧化劑都不能氧化穩(wěn)定的苯類有機化合物。它是水質(zhì)污染程度的重要指標，COD的的數(shù)值越大表明水體的污染情況越嚴重。13總需氧量（TotalOxygenDemand，TOD）：當(dāng)有機物完全被燃燒氧化時，C、H、N、S分別被氧化為CO2、H2O、NO、SO2時所消耗的氧量，單位為mg/L。它比BOD、COD更接近于實際需氧量。14總有機碳（TotalOrganicCarbon，TOC）：表示水中有機污染物的總含碳量，以碳含量表示，單位為mg/L。由于TOC的測定采用燃燒法，因此能將有機物全部氧化，它比BOD或COD更能直接表示有機物的總量。通常作為評價水體有機物污染程度的重要依據(jù)。懸浮物（SuspendedSubstance,SS）：水樣過濾后，濾膜或濾紙上截留下來的物質(zhì)，單位為mg/L。15

濁度表示水因含懸浮物而呈渾濁狀態(tài)，即對光線透過時所發(fā)生阻礙的程度。水的濁度大小不僅與顆粒的數(shù)量和性狀有關(guān)，而且同光散射性有關(guān)，我國采用1L蒸餾水中含lmg二氧化硅為一個濁度單位，即1度。濁度儀pH：表示污水的酸堿性。有毒物質(zhì)：表示水中所含對生物有害物質(zhì)的含量，如氰化物、砷化物、汞、鎘、鉻、鉛等，單位為mg/L。大腸桿菌數(shù)：指每升水中所含大腸桿菌的數(shù)目，單位為個/L。16PH計17

色度水的感官性狀指標之一。當(dāng)水中存在著某種物質(zhì)時，可使水著色，表現(xiàn)出一定的顏色，即色度。規(guī)定1mg/L以氯鉑酸離子形式存在的鉑所產(chǎn)生的顏色，稱為1度。色度儀18

硬度水的硬度是由水中的鈣鹽和鎂鹽形成的。硬度分為暫時硬度(碳酸鹽)和永久硬度(非碳酸鹽)，兩者之和稱為總硬度。水中的硬度以“度”表示，lL水中的鈣和鎂鹽的含量相當(dāng)于lmg/L的CaO時，叫做l度。19

溶解氧溶解在水中的分子態(tài)氧，叫溶解氧。20℃時，0．1MPa下，飽和溶解氧含量為9×10-6。它來自大氣和水中化學(xué)、生物化學(xué)反應(yīng)生成的分子態(tài)氧。溶解氧測定儀20

電導(dǎo)率是截面lcm2，高度為1cm的水柱所具有的電導(dǎo)。它隨水中溶解鹽的增加而增大。電導(dǎo)率的單位為s／cm。電導(dǎo)率儀2.1.3.2廢水處理的方法分類

不同類型的污染物需要的廢水處理方法也不同，對化工廢水而言，按其工作原理劃分為4大類，即物理處理法、化學(xué)處理法、物理化學(xué)法和生物處理法。21（1）物理處理法：通過物理作用，分離回收廢水中的懸浮污染物（包括油膜和油珠）的廢水處理法?？杉毞譃橹亓Ψ蛛x法、離心分離法和篩濾截流法等。重力分離法的處理單元有沉淀、上浮（氣浮、浮選）等，處理設(shè)備主要包括沉沙池、沉淀池、除油池、氣浮池等。離心分離法本身就是一種處理單元，使用的處理裝置有離心分離機和水旋分離器等。篩濾截流法分截留和過濾兩種處理單元，前者使用的處理設(shè)備是隔柵、篩網(wǎng)，而后者使用的是沙濾池和微孔濾池等。22（2）化學(xué)處理法：

通過化學(xué)反應(yīng)去除廢水中呈溶解、膠體狀態(tài)的污染物質(zhì)或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為無害物質(zhì)的廢水處理法。如以投加藥劑產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)的處理方法——混凝、中和、氧化還原等。

化學(xué)處理法各處理單元所使用的處理設(shè)備，除相應(yīng)的池、罐、塔外，還有一些附屬裝置。化學(xué)處理法主要用于處理各種工業(yè)廢水。23（3）物理化學(xué)法：以傳質(zhì)作用為基礎(chǔ)的處理單元既具有化學(xué)作用，又具有物理作用，所以稱為物理化學(xué)法，即運用物理和化學(xué)的綜合作用使污水得到凈化處理的方法。如萃取、汽提、吹脫、吸附、離子交換以及電滲析和反滲透等。后兩種處理單元又統(tǒng)稱膜處理技術(shù)。本法使用前一般均需對廢水進行預(yù)處理，先除去水中的懸浮物、油漬、有害氣體等，有時還要調(diào)整pH，以便提高處理效果。24（4）生物處理法：通過微生物的新陳代謝作用，使廢水中呈溶液、膠體以及微細懸浮狀態(tài)的有機污染物轉(zhuǎn)化穩(wěn)定、無害物質(zhì)的廢水處理方法。根據(jù)起作用的微生物不同，生物處理法又可分為好氧生物處理法和厭氧生物處理法。252.1.3.3廢水處理的一般原則廢水中污染物復(fù)雜多樣，通常需要多種方法聯(lián)合使用才能達到排放標準?；U水處理的主要原則：首先是從清潔生產(chǎn)的角度出發(fā)，改革生產(chǎn)工藝和設(shè)備，減少污染物，防止廢水外排，進行綜合利用和回收。必須外排的廢水，其處理方法隨水質(zhì)和要求而異。按處理深度又可分為一級處理、二級處理、三級處理。26分級常用操作單元作用一級處理隔柵、篩網(wǎng)、氣浮、沉淀、預(yù)曝氣中和除去懸浮物、油、調(diào)節(jié)pH，初步處理二級處理活性污泥法、生物膜法、厭氧生化法、混凝、氧化還原除去大量有機污染物，主要處理三級處理氧化還原、電滲析、反滲透、吸附、離子交換除去前二級未去除的有機物、無機物、病原體，深度處理表1-2廢水處理方法分級表27（1）一級處理：主要分離水中的懸浮固體物、膠狀物、浮油或重油等，可以采用柵網(wǎng)過濾、自然沉淀、上浮、隔油等方法。經(jīng)一級處理的廢水中BOD等污染物往往存留很多，必須進行二級處理。28（2）二級處理：主要是去除廢水中的溶解有機物和部分膠狀的污染物，減少廢水的BOD和部分COD，通常采用生化處理法，為含有機物廢水處理的主體部分?；瘜W(xué)混凝和化學(xué)沉淀是二級處理的方法，如含磷酸鹽廢水和含膠體物質(zhì)的廢水需要化學(xué)混凝法處理。對于環(huán)境衛(wèi)生標準要求高，而廢水的色、臭、味污染嚴重，或BOD和COD比值甚小，則需要采用三級方法予以深度凈化。29(3)三級處理污水三級處理又稱污水深度處理或高級處理。主要是去除生物難降解的有機污染物和廢水中溶解的無機污染物，常用的方法有活性炭吸附和化學(xué)氧化，也可以采用離子交換或膜分離技術(shù)等。302.1.3.4化工廢水處理標準

化工廢水處理的目標有二類：

一是在廠內(nèi)重復(fù)利用；二是向廠外排放。對前一類的要求，原則上只要滿足廠內(nèi)應(yīng)用標準即可。對后一類的要求最低也要符合我國環(huán)境保護的相關(guān)標準，包括廢水接受方和排放方兩方面的標準。31我國已制定了比較完善的水系環(huán)境保護的質(zhì)量標準，對化工廢水處理來說，最基本的是《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)和《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）。（1）《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)：是國家現(xiàn)行最基本的水質(zhì)標準。

該標準依據(jù)地表水域環(huán)境功能和保護目標，按功能高低依次劃分為5類：32Ⅰ類：主要適用于源頭水、國家自然保護區(qū)；Ⅱ類：主要適用于集中式生活飲用水地表水源地一級保護區(qū)、珍稀水生生物棲息地、魚蝦類產(chǎn)卵場、幼魚的索餌場等；Ⅲ類：主要適用于集中式生活飲用水地表水源地二級保護區(qū)、魚蝦類越冬場、洄游通道，水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)等漁業(yè)水域及游泳區(qū)；Ⅳ類：主要適用于一般工業(yè)用水區(qū)及人體非直接接觸的娛樂用水區(qū)；Ⅴ類：主要適用于農(nóng)業(yè)用水區(qū)及一般景觀要求水域。33（2）《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）：國家現(xiàn)行的重要的污水排放標準。該標準按污水的排放去向，分年限規(guī)定了69種水污染物，最高允許排放濃度及部分行業(yè)最高允許排水量。我國也制定了許多行業(yè)廢水排放標準?，F(xiàn)已明確規(guī)定：有行業(yè)排放標準的企業(yè)就執(zhí)行本行業(yè)的標準，其它則執(zhí)行本排放標準。34《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）對向地面水體和城市下水道排放的污水，分別規(guī)定了執(zhí)行級別（分別為一級、二級、三級）標準。它還將排放的污染物按其性質(zhì)分為兩類：

第一類污染物是指能在環(huán)境和動植物體內(nèi)積蓄，對人體健康產(chǎn)生長遠不良影響者，如汞、鎘、鉻、鉛、砷、苯并芘等；

第二類污染物是指對人體健康影響較小的。各類污染物都分別列出了對應(yīng)的各類接受水域的最高允許濃度及最大排水量。35第二節(jié)物理處理法重力分離（沉淀）法離心分離法

過濾法362.2物理處理法物理法在工業(yè)廢水處理中占有重要的地位。與其他方法相比，物理法具有設(shè)備簡單、成本低、管理方便、效果穩(wěn)定等優(yōu)點。它主要用于去除廢水中的漂浮物、懸浮固體、沙和油類等物質(zhì)。物理法一般用作其他處理方法的預(yù)處理或補充處理。物理法包括：重力分離、離心分離、過濾等。372.2.1重力分離（沉淀）法重心分離法利用廢水中呈懸浮狀的污染物與水的密度不同的原理，借重力沉降（或上?。┳饔檬蛊鋸乃蟹蛛x出來。此法常常被用作其他處理方法的預(yù)處理或再處理。38沉淀法又分為自然沉淀和混凝沉淀兩種：（1）自然沉淀

自然沉淀是依靠廢水中固體顆粒的自身重量進行沉降。此種方法僅對較大顆粒的污染物可以達到去除的目的，是典型的重力沉淀法。（2）混凝沉淀

混凝沉淀的基本原理是在廢水中投入電解質(zhì)作為混凝劑，使廢水中的微小顆粒與混凝劑能結(jié)成較大的膠團，加速在水中的沉降，此法實質(zhì)為化學(xué)處理方法，具體內(nèi)容將在化學(xué)處理方法中再介紹。2.2.1.1沉淀法的分類392.2.1.2沉降設(shè)備

生產(chǎn)上用來對污水進行沉淀處理的設(shè)備稱為沉淀池，根據(jù)池內(nèi)水流的方向不同，沉淀池的形式大致可以分為五種：（1）平流式沉淀池；（2）豎流式沉淀池；（3）輻射式沉淀池；（4）斜管式沉淀池；（5）斜板式沉淀池等。沉淀池的操作區(qū)域可以分為水流部分和沉淀部分。40（1）水流部分

廢水在這部分內(nèi)流動，懸浮固體顆粒也在這部分區(qū)域內(nèi)進行沉降。為了使水流均勻的通過各個水?dāng)嗝妫话憔谖鬯娜肟谔幵O(shè)置擋板，并且要使進水的入口置于池內(nèi)的水面以下。另外在沉淀池的出水口前，設(shè)置浮渣擋板，用以防止漂浮在水面上的浮渣以及油污等流出沉淀池。

（2）沉淀部分

沉降物在此部分沉淀，沉降到池底的污泥需定期排放。采用機械排泥的沉降池底是平底。也可以采用泥漿泵或利用水的壓力將污泥排出，此時池底應(yīng)為錐形。另外還可以將兩種排泥方式同時采用。

41各類沉淀池的構(gòu)造，簡單介紹如下。平流式沉淀池的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，效果良好，但排泥困難。42各類沉淀池的構(gòu)造，簡單介紹如下。43各類沉淀池的構(gòu)造，簡單介紹如下。442.2.1.3隔油池石油開采與煉制、煤化工、石油化工及輕工業(yè)行業(yè)的生產(chǎn)過程排出大量含油廢水。油品相對密度一般都小于1，只有重油相對密度大于1?；捰蛷U水中的油類一般以三種狀態(tài)存在，即：

①懸浮狀態(tài)，這部分油在廢水中分散顆粒較大，易于上浮分離，占總含油量的80-90%；

②乳化狀態(tài)，油珠顆粒較小，直徑一般在0.05-25μm之間，不易上浮去除，約占總含油10-15%；45③溶解狀態(tài)，這部分油僅占總含油量的0.2-0.5%。只要去除前兩部分油，則廢水中的絕大多數(shù)油類物質(zhì)被去除，一般能夠達到排放要求。對于懸浮狀態(tài)的油類，一般用隔油池分離；對于乳化油則采用浮選法分離。常用的隔油池有平流式、豎流式及斜板式。國內(nèi)多采用平流式隔油池，其構(gòu)造與平流式沉淀池相似，在實際運行中主要起隔油作用，但也有一定的沉淀作用。46超疏水PVDF膜用于分離乳化油472.2.1.4沉淀池的基本計算

48此公式是固體顆粒在水中沉降速度的基礎(chǔ)公式，說明影響顆粒從液體中分離的主要因素：顆粒與液體的密度差、顆粒直徑和液體的動力粘度。密度差為負值時，顆粒將上浮，u為其上浮速度。從這個角度上說，水中顆粒的上浮或下沉，在分離本質(zhì)上是一致的。49第二節(jié)物理處理法

重力分離（沉淀）法

離心分離法

過濾法502.2.2離心分離法2.2.2.1離心分離的原理含懸浮物的廢水在高速旋轉(zhuǎn)時，由于懸浮顆粒所受到的離心力大小不同，質(zhì)量大的被甩到外圈，質(zhì)量小的則留在內(nèi)圈，通過不同的出口將它們分別引導(dǎo)出來，利用此原理就可分離廢水中懸浮顆粒，使廢水得以凈化。當(dāng)廢水高速旋轉(zhuǎn)時，水中的顆粒物所受的離心力C表示如下：5152在進行離心分離時，離心力對懸浮顆粒的作用遠遠超過重力。例如：若旋轉(zhuǎn)半徑r=0.5m，轉(zhuǎn)速n=300r/min，則α=50。因此離心力遠超過重力的大小，顯然，廢水進行離心分離時，加大廢水的旋轉(zhuǎn)速度，能提高離心分離效率，大大加強懸浮顆粒的分離過程。532.2.2.2離心分離方式離心分離設(shè)備按離心力產(chǎn)生的方式不同可分為水力旋流器和離心機兩種類型。水力旋流器（或稱旋液分離器）有壓力式（見圖1-4)和重力式兩種，其設(shè)備固定，液體靠水泵壓力或重力（進出水頭差）由切線方向進入設(shè)備，造成旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生離心力。離心機依靠轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)，使液體旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力。壓力式水力旋流器，可以將廢水中所含的粒徑5μm以上的顆粒分離出去。進水濃度的6-10m/s，流速一般應(yīng)在進水管稍向下傾3-5o，這樣有利于水流向下旋轉(zhuǎn)運動。5455壓力水力旋轉(zhuǎn)器的優(yōu)點:體積小，單位容積的處理能力高，處理能力可達1000m3/(m2。h);其次構(gòu)造簡單，使用方便，易于安裝維護；缺點是水泵和設(shè)備易磨損，設(shè)備費用高，耗電較多。56重力式旋流器也稱水力旋流沉淀池。廢水由切線方向進入池內(nèi)，造成旋流，顆粒被拋向池壁并沉于池底。這種旋流器的離心力較弱，分離主要靠重力，故其生產(chǎn)能力一般只有20-200m3/(m2。h)。離心機處理廢水，也稱為機械旋轉(zhuǎn)的離心分離方法，離心機的種類很多，按照分離系數(shù)α的大小進行分類，離心機可以分為:常速離心機，α<3000。高速離心機，3000<α<12000。超高速離心機，α>12000。特點：分離效率高，但設(shè)備復(fù)雜，造價較昂貴。適用于小批量、有特殊要求的難處理的廢水方面。57第二節(jié)物理處理法

重力分離（沉淀）法離心分離法

過濾法582.2.3過濾法

廢水中含有的微粒物質(zhì)和膠狀物質(zhì)，可以采用機械過濾的方法加以去除。過濾法常用在廢水的最終處理，使濾出的水可以進行循環(huán)使用。有時過濾也作為廢水處理的預(yù)處理方法，用以防止水中的微粒物質(zhì)及膠狀物質(zhì)破壞水泵，堵塞管道及閥門等。59

1格柵過濾

格柵一般斜置在進水泵站集水井的進口處。它本身的水流阻力并不大，只有幾厘米，阻力主要產(chǎn)生于篩余物堵塞柵條。一般當(dāng)格柵的水頭損失達到10-15cm時就該清洗。

2篩網(wǎng)過濾

一些工業(yè)廢水含有較細小的懸浮物，選擇不同尺寸的篩網(wǎng)，能去除水中不同類型和大小的懸浮物，如纖維、紙漿、藻類等。相當(dāng)于一個初沉池的作用。篩網(wǎng)過濾裝置很多，有振動篩網(wǎng)、水力篩網(wǎng)、轉(zhuǎn)鼓式篩網(wǎng)、轉(zhuǎn)盤式篩網(wǎng)、微濾機等。

603顆粒介質(zhì)的過濾適用范圍：去除廢水中的微粒物質(zhì)和膠狀物質(zhì)，常用做離子交換和活性炭處理前的預(yù)處理，也能用做廢水的三級處理。顆粒介質(zhì)選擇：根據(jù)廢水中濾出的微粒尺寸大小、廢水性質(zhì)、過濾速度等因素。常用濾料：石英沙、無煙煤粒、石榴石粒、磁鐵礦粒、白云石粒、花崗巖粒以及聚苯乙烯發(fā)泡塑料球等。其中以石英沙使用最廣，其主要用于酸性廢水，而堿性廢水用大理石或石灰石。61圖1-5為常用的顆粒介質(zhì)過濾設(shè)備，即普通快濾池?？鞛V池一般用鋼筋混凝土建造，池內(nèi)有排水槽、濾料層、墊料層和配水系統(tǒng)；池外有集中管廊，配有進水管、出水管、沖洗水管、沖洗水排出管等管道及附件。

62快濾池中的濾料組成：通常采用綜合濾料過濾器，由不同密度和粒度的顆粒組成。濾床上層是相對密度較?。ㄏ鄬γ芏?.55）的無煙煤顆粒，一般粒徑為2mm，占綜合濾料的50-60%；底層是相對密度較大（相對密度2.6）的細粒材料硅砂，粒徑為0.25mm，占25-30%，以及鈦鐵礦柘榴石（相對密度4以上），占10-15%以上；最下面是礫石承托層。63

綜合濾料濾池接近理想濾池，這種濾池的濾速可達15-30m/h，為普通濾池的3-6倍。表1-3列出了普通快速濾池的濾料組成和濾速范圍。64第三節(jié)化學(xué)處理法中和法混凝沉淀法

氧化還原法652.3化學(xué)處理法化學(xué)法是廢水處理的基本方法之一。它是利用化學(xué)作用來處理廢水中的溶解物質(zhì)或膠體物質(zhì)，可用來去除廢水中的金屬離子、細小的膠體有機物、無機物、植物營養(yǎng)素（氮、磷）、乳化油、色度、臭味、酸、堿等，對于廢水的深度處理有著重要作用?；瘜W(xué)法包括：中和法、混凝法、氧化還原法、

電化學(xué)等方法。662.3.1中和法在化工、煉油企業(yè)中，對于低濃度的含酸、含堿廢水，在無回收及綜合利用價值時，往往采用中和的方法進行處理。中和法也常用于廢水的預(yù)處理，調(diào)整廢水的pH。中和就是酸堿相互作用生成鹽和水。例如：中和也即pH調(diào)整，或稱為酸堿度的調(diào)整。67對含酸或含堿廢水、濃度在4%（含酸濃度；含堿濃度為2%）以下時，如果不能進行經(jīng)濟有效的回收、利用，則應(yīng)經(jīng)過中和，將廢水的pH調(diào)整到呈中性狀態(tài)，才能夠排放。而對含酸、含堿濃度高的廢水，則必須考慮回收及開展綜合利用的方法，如通過結(jié)晶法、滲析法、離子交換法等回收。681.酸性廢水的中和處理方法

對酸性廢水進行中和時，可采用以下一些方法。使酸性廢水通過石灰石濾床；與石灰乳混合；向酸性廢水中投加燒堿或純堿溶液；與堿性廢水混合，使廢水pH近于中性；向酸性廢水中投加堿性廢渣，如電石渣、碳酸鈣、堿渣等。69

通常，盡量選用堿性廢水或廢渣來中和酸性廢水，以達到以廢治廢的目的。采用中和法時，應(yīng)注意兩點：①中和時間一般要長。例如對含有弱酸的廢水，選用碳酸鹽，反應(yīng)速度很慢；②中和后，應(yīng)避免生產(chǎn)大量沉渣，否則會影響處理效果，同時又帶來沉渣的處理問題，故生成的鹽要有一定大小的溶解度。702.堿性廢水處理方法對堿性廢水，一般可以采用以下途徑進行中和。向堿性廢水中鼓入煙道廢氣（主要為CO2和SO2）；向堿性廢水注入壓縮的二氧化碳氣體；向堿性廢水投入酸或酸性廢水等；對堿性廢水進行中和時，可首先考慮采用酸性廢水的中和處理。若附近沒有酸性廢水時可采用投加酸進行中和。71

用煙道氣中的CO2和SO2兩種酸性氣體對堿性廢水進行中和。這是一種以廢治廢，開展綜合利用的很好辦法，既可以降低廢水的pH，又可以去除煙道氣中的灰塵，并使煙道氣中的CO2及SO2氣體從煙氣中分離出去，防止煙道氣污染大氣。例如,長沙市印染廠等單位的運行情況證明，煙道氣中和法對降低堿性廢水pH效果明顯，一般可由10-12降至5-7左右。不過這種中和后的廢水中硫化物、色度、耗氧量都有所增加，今后仍需加以研究解決。72第三節(jié)化學(xué)處理法

中和法

混凝沉淀法

氧化還原法732.3.2.1混凝沉淀原理混凝法的基本原理是在廢水中投入混凝劑，因混凝劑為電解質(zhì)，在廢水里形成膠團，與廢水中的膠體物質(zhì)發(fā)生電中和，形成絨粒沉降?；炷恋聿坏梢匀コ龔U水中的粒徑為10-3-10-6mm的細小懸浮顆粒，而且還能夠去除色度、油分、微生物、氮和磷等富營養(yǎng)物質(zhì)、重金屬以及有機物等。74廢水在未加混凝劑之前，水中的膠體和細小懸浮顆粒的本身質(zhì)量很輕，受水的分子熱運動的碰撞而作無規(guī)則的布朗運動。而且水中的膠體微粒表面都帶有一層同性(如負)電荷，在其周圍的溶液中又吸引眾多的異性(如正)電荷離子形成雙電層膠團，其中緊靠內(nèi)層的異離子被牢固吸引形成吸附層。吸附層膠核表面與溶液主體之間的電位差稱ζ(動)電位。7576它們之間的靜電斥力阻止微粒間彼此接近而聚合成較大的顆粒；其次，帶電荷的膠粒和反離子都能與周圍的水分子發(fā)生水化作用，形成一層水化殼，阻礙各膠體的聚合。一種膠體的膠粒帶電越多，其ζ(動)電位就越大；擴散層中反離子越多，水化作用也越大，水化層也越厚，因此擴散層也越厚，穩(wěn)定性越強。（

ζ電位：膠體滑動面上的電位稱為移動電位，即ζ電位。ζ電位越高，擴散層越厚，膠體顆粒越具穩(wěn)定性。）77

廢水中投入混凝劑后，膠體因ζ電位降低或消除，破壞了顆粒的穩(wěn)定狀態(tài)（稱脫穩(wěn)）。脫穩(wěn)的顆粒相互聚集為較大顆粒的過程稱為凝聚。未經(jīng)脫穩(wěn)的膠體也可形成大的顆粒，這種現(xiàn)象稱為絮凝。不同的化學(xué)藥劑能使膠體以不同的方式脫穩(wěn)、凝聚或絮凝。按機理，混凝可分為壓縮雙電層、吸附電中和、吸附架橋、沉淀物網(wǎng)捕四種。78（1）壓縮雙電層機理由膠體粒子的雙電層結(jié)構(gòu)可知，反離子的濃度在膠粒表面最大，并沿著膠粒表面向外的距離呈遞減分布，最終與溶液中離子濃度相等。當(dāng)向溶液中投加電解質(zhì)，使溶液中離子濃度增高，則擴散層的厚度將減少。該過程的實質(zhì)是加入的反離子與擴散層原有反離子之間的靜電斥力把原有部分反離子擠壓到吸附層中，從而使擴散層厚度減小。79由于擴散層厚度的減小，ζ電位相應(yīng)降低，因此膠粒間的相互排斥力也減少。另一方面，由于擴散層減薄，它們相撞的距離也減少，因此相互間的吸引力相應(yīng)變大。從而其排斥力與吸引力的合力由斥力為主變成以引力為主（排斥勢能消失了），膠粒得以迅速凝聚。80（2）吸附電中和機理膠粒表面對異號離子、異號膠粒、鏈狀離子或分子帶異號電荷的部位有強烈的吸附作用，由于這種吸作用中和了電位離子所帶電荷，減少了靜電斥力，降低了ζ電位，使膠體的脫穩(wěn)和凝聚易于發(fā)生。此時靜電引力常是這些作用的主要方面。81（3）吸附架橋機理吸附架橋作用主要是指鏈狀高分子聚合物在靜電引力、范德華力和氫鍵力等作用下，通過活性部位與膠粒和細微懸浮物等發(fā)生吸附橋聯(lián)的過程。聚合物在膠粒表面的吸附來源于各種物理化學(xué)作用，如范德華引力、靜電引力、氫鍵、配位鍵等，取決于聚合物同膠粒表面二者化學(xué)結(jié)構(gòu)的特點。因其線形長度較大，當(dāng)它的一端吸附某一膠粒后，另一端又吸附另一膠粒，在相距較遠的兩膠粒間進行吸附架橋，使顆粒逐漸變大，形成粗大絮凝體。82（4）沉淀物網(wǎng)捕機理當(dāng)采用硫酸鋁、石灰或氯化鐵等高價金屬鹽類作混凝劑時，當(dāng)投加量大得足以迅速沉淀金屬氫氧化物（如Al(OH)3、Fe(OH)3）或金屬碳酸鹽（如CaCO3）時，水中的膠粒和細微懸浮物可被這些沉淀物在形成時作為晶核或吸附質(zhì)所網(wǎng)捕。水中膠粒本身可作為這些沉淀所形成的核心時，凝聚劑最佳投加量與被除去物質(zhì)的濃度成反比，即膠粒越多，金屬凝聚劑投加量越少。

83

以上介紹的混凝的四種機理，在水處理中往往可能是同時或交叉發(fā)揮作用的，只是在一定情況下以某種機理為主而已。實際混凝過程包括凝聚和絮凝兩個步驟,凝聚使膠體脫穩(wěn)并聚集為微絮粒，而后絮凝使微絮粒通過吸附，橋連和網(wǎng)捕而成長為更大絮體而沉淀。低分子電解質(zhì)的混凝劑以壓縮雙電層作用產(chǎn)生凝集為主；高分子聚合劑則以架橋聯(lián)結(jié)產(chǎn)生絮凝為主。故通常將低分子電解質(zhì)稱為混凝劑，而把高分子聚合物單獨稱為絮凝劑。842.3.2.2影響混凝效果的因素在廢水的混凝沉淀處理過程中，影響混凝效果的因素比較多。其中重要的有：①水樣的影響對不同水樣，由于廢水中的成分不同，同一種混凝劑的處理效果可能會相差很大。②藥劑投加量的影響

藥劑投加量有其最佳值，混凝劑投加量不足，則水中雜質(zhì)未能充分脫穩(wěn)去除，加入太多則會再穩(wěn)定。85③水溫的影響

其影響主要表現(xiàn)在：影響藥劑在水中起化學(xué)反應(yīng)的速度，對金屬鹽類混凝劑影響很大，因其水解是吸熱反應(yīng)；水溫較低時，絮凝體形成緩慢，結(jié)構(gòu)松散，顆粒細小。該因素主要影響金屬鹽類的混凝，對高分子混凝劑影響較小。86

④堿度的影響

主要指金屬鹽類，因其混凝過程中水解產(chǎn)生大量H+離子，造成pH下降，以至降到最優(yōu)混凝條件以下，保持一定堿度則使反應(yīng)過程中pH基本保持恒定；對于高分子混凝劑，因其作用并非靠大量水解來實現(xiàn)的，且水中均會保持有一定的堿度，故對其最佳投加量影響不大。87⑤廢水pH的影響

對金屬鹽類，pH影響其在水中水解產(chǎn)物的種類與數(shù)量，一般在pH為5.5-8.0時有較高脫除率；對人工合成高分子混凝劑，則影響其活性基團的性質(zhì)。88⑥水力條件的影響

混凝的過程是混凝劑與膠粒發(fā)生反應(yīng)并逐步凝聚在一起的過程，水流速度過于緩慢，則混凝劑與膠粒反應(yīng)速率太小，速度過于激烈則使結(jié)成的絮體重新破裂。一般混凝過程分為混合與反應(yīng)兩個階段，混合階段持續(xù)大約10-30s，主要是使藥劑迅速而均勻地擴散到水中；反應(yīng)階段通常為10-30min，主要是使水中微粒凝聚增大而沉淀（或上?。┑倪^程。892.3.2.3混凝劑和助凝劑

混凝劑分類：按化學(xué)成分可分為無機及有機兩大類。無機鹽主要是鋁和鐵的鹽類及其水解聚合物，有機類主要是高分子化合物，可分為天然的及人工合成的兩大類。無機混凝劑主要是利用其中的強水解基團水解形成的微絮體使膠粒脫穩(wěn)，無機混凝劑以其價格低廉，原料易得等優(yōu)點得以大量運用，目前無機混凝劑的主要品種見表1-4。聚合氯化鋁聚丙烯酰胺9091有機混凝劑分為天然有機絮凝劑與人工合成有機高分子絮凝劑。天然高分子混凝劑由于電荷密度較小，相對分子質(zhì)量較低，且易發(fā)生生物降解而失去絮凝活性，使用量較少。人工合成有機高分子絮凝劑都是水溶性聚合物，重復(fù)單元中常包含帶電基團，因而也被稱為聚電解質(zhì)。包含帶正電基團的為陽離子絮凝劑，包含帶負電基團的為陰離子絮凝劑，既包含帶正電基團又包含帶負電基團的為兩性絮凝劑，有些人工合成有機高分子絮凝劑在制備中并沒有人為地引進帶電基團，稱為非離子絮凝劑。表1-5是水和廢水處理中常用的絮凝劑。9293

為了提高混凝沉淀的效果，通常在使用混凝劑時還需加入一些助凝劑。助凝劑有三類，即：1）pH調(diào)節(jié)劑

是用來調(diào)整廢水的pH，以達到混凝劑使用的最佳。常用的有石灰等。2)活化劑

用來改善絮凝體的結(jié)構(gòu)，增加混凝劑的活性，如活性炭、各種黏土及活化硅酸等。3)氧化劑

用來破壞其他對混凝劑有干擾的有機物質(zhì)，如氯等。942.3.2.4混凝處理流程及設(shè)備

混凝處理流程包括投藥、混合、反應(yīng)及沉淀分離幾個部分，如圖1-7所示。95第三節(jié)化學(xué)處理法

中和法混凝沉淀法

氧化還原法962.3.3氧化還原法廢水經(jīng)過氧化還原處理，可使其中所含有毒害的有機物質(zhì)或無機物質(zhì)轉(zhuǎn)變成無毒或毒性較小的物質(zhì)，從而達到廢水治理的目的?，F(xiàn)在工業(yè)上用得比較多的氧化劑是O2和Cl2等。常用的氧化法有空氣氧化法和氯氧化法：97（1）空氣氧化法空氣氧化法是利用空氣中的氧氣氧化廢水中的有機物和還原性物質(zhì)的一種處理方法，因空氣氧化能力比較弱，主要用于含還原性較強物質(zhì)的廢水處理，如煉油廠的含硫廢水?？諝庵械难跖c水中硫化物的反應(yīng)如下：98有機硫化物與氧反應(yīng)生成二硫化物，其在水中的溶解度很小，容易從水中分離出去，反應(yīng)如下：

反應(yīng)過程中，式（1-6）與式（1-7）反應(yīng)為主反應(yīng)。根據(jù)理論計算，每氧化1kg硫化物為硫酸鹽，需氧量約4.0m3空氣。實際操作中供氣量往往為理論值的2-3倍。99空氣氧化脫硫在密閉的塔器（如填料塔）中進行。圖1-8為某煉油廠的廢水氧化裝置。含硫廢水經(jīng)隔油沉渣后與壓縮空氣及水蒸氣混合，升溫至80-90℃，進入氧化塔，塔徑一般不大于2.5m，分四段，每段高3m。每段進口處設(shè)噴嘴，霧化進料。塔內(nèi)氣水體積比不小于15。增大氣水比則氣液的接觸面積加大，有利于空氣中的氧向水中擴散，加快氧化速度。廢水在塔內(nèi)平均停留時間為1.5-2.5h。100101（2）氯氧化法氯氣是普遍使用的氧化劑，既用于給水消毒，又用于廢水氧化，主要是起到消毒殺菌的作用。通常的含氯藥劑有液氯、漂白粉、次氯酸鈉、二氧化氯等。各藥劑的氧化能力用有效氯含量表示。氧化價大于-1的那部分氯具有氧化能力，稱之為有效氯。作為比較基準，取液氯的有效氯含量為100%

（質(zhì)量分數(shù)）

。表1-6給出了幾種含氯藥劑的有效氯含量。102103氯氧化法目前主要是用在對含酚、含氰、含硫化物的廢水治理方面。1）處理含酚廢水

向含酚廢水中加入氯、次氯酸鹽或二氧化氯等，可將酚破壞。根據(jù)理論計算投加的氯量與水中的含酚量之比為6：1時，即可使酚完全破壞，但由于廢水中存在其他化合物也與氯發(fā)生反應(yīng)，實際上氯的需要量要超過理論量許多倍，一般要超出10倍左右。如果投氯量不夠，酚不能完全被破壞，而且生成具有強烈臭味的氯酚。1042）處理含氰廢水

用氯氧化法處理含氰廢水時，是將次氯酸鈉直接投入廢水中，也可以將氫氧化鈉和氯氣同時加入廢水中，氫氧化鈉與氯氣反應(yīng)生成次氯酸鈉。由于這種氯氧化法是在堿性條件下進行的，故又稱為堿性氯化法。廢水中含氰量與完成二個階段反應(yīng)所需的總氯及氫氧化鈉的量之比，理論上為：

CN：Cl2：NaOH=1：6.8：6.2實際上，為使氰化物完全氧化，一般要投入氯的量為廢水中所含氰量的8倍左右。105第四節(jié)物理化學(xué)處理法吸附法浮選法1062.4物理化學(xué)處理法廢水經(jīng)過物理方法處理后，仍會含有某些細小的懸浮物以及溶解的有機物。為了進一步去除殘存在水中的污染物，可以進一步采用物理化學(xué)方法進行處理。常用的物理化學(xué)方法有吸附、浮選、電滲析、反滲透、超過濾等。1072.4.1吸附法在廢水處理中，吸附法處理的主要對象是廢水中用生化法難于降解的有機物或用一般氧化法難于氧化的溶解性有機物，包括木質(zhì)素、氯或硝基取代的芳烴化合物、雜環(huán)化合物、洗滌劑、合成染料、除莠劑、DDT等。當(dāng)用活性炭等對這類廢水進行處理時，它不但能夠吸附這些難于分解的有機物，降低COD，還能使廢水脫色、脫臭，把廢水處理到可重復(fù)利用的程度。所以吸附法在廢水中的深度處理中得到了廣泛的應(yīng)用。108吸附法是利用多孔性固體物質(zhì)作為吸附劑，以吸附劑的表面吸附廢水中的某種污染物的方法。常用的吸附劑有活性炭、硅藻土、鋁礬土、磺化煤、礦渣以及吸附用的樹脂等。其中以活性炭最為常用?；钚蕴抗柙逋?09（1）吸附劑一切固體物質(zhì)都有吸附能力，但是只有多孔性物質(zhì)或磨得極細的物質(zhì)由于具有很大的表面積，才能作為吸附劑，吸附劑的選擇還必須滿足以下要求：①吸附能力強；②吸附選擇性好；③吸附平衡濃度低；④容易再生和再利用；⑤機械強度好；⑥來源容易；⑦化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；⑧價格便宜。110一般工業(yè)吸附劑難于同時滿足這八個方面的要求，因此，應(yīng)根據(jù)不同的場合選用。目前常用的吸附劑很多，除人們熟悉的活性炭和硅膠外，還有白土、硅藻土、活性氧化鋁、焦炭、樹脂吸附劑、爐渣、木屑、煤灰及煤粉等。111吸附劑的吸附能力常用靜活性來表示，即在一定的溫度及平衡濃度的靜態(tài)吸附條件下，每單位質(zhì)量或單位體積吸附劑所能吸附的最大吸附質(zhì)量。吸附過程的物料系統(tǒng)，包括廢水（溶媒）、污染物質(zhì)（溶質(zhì)）及吸附質(zhì)，因此吸附質(zhì)是屬于不同相間的傳質(zhì)過程，機理比較復(fù)雜，影響吸附過程的因素比較多，主要可以歸納為三方面的影響因素，即吸附劑的性質(zhì)、污染物的性質(zhì)以及吸附過程的條件。112吸附劑的吸附效果取決于吸附性、比表面積、孔隙結(jié)構(gòu)、孔徑分布等。吸附劑在達到飽和吸附后，必須進行脫附再生，才能重復(fù)使用。脫附是吸附的逆過程，即在吸附劑結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化或變化極小的情況下，用某種方法將吸附物從吸附劑孔隙中除去，恢復(fù)吸附劑的吸附功能。113通過再生使用，可以大大降低廢水的處理成本；可以減少廢渣的排放量；同時可以回收有用的吸附質(zhì)。目前吸附劑的再生方法主要有加熱再生、藥劑再生、化學(xué)氧化再生、濕式氧化再生、生物再生等。在選擇再生方法時，主要考慮三方面的因素：①吸附質(zhì)的物理性質(zhì)；②吸附機理；③吸附質(zhì)的回收使用價值。114（2）吸附工藝及設(shè)備在設(shè)計吸附工藝和裝置時，應(yīng)首先確定采用何種吸附劑，選擇何種吸附和再生操作方法以及廢水的預(yù)處理和后處理措施。一般需通過靜態(tài)和動態(tài)試驗來確定處理效果、吸附容量、設(shè)計參數(shù)和技術(shù)經(jīng)濟指標。吸附操作分間歇和連續(xù)兩種。115間歇式吸附是將吸附劑（多用粉狀炭）投入廢水中，不斷攪拌，經(jīng)一定時間達到吸附平衡后，用沉淀或過濾的方法進行固液分離。如果經(jīng)過一次吸附，出水還達不到排放要求時，則需要增加吸附劑投加量和延長停留時間，或者對一次吸附出水進行二次或多次吸附。間歇吸附工藝適用于規(guī)模小、間歇排放的廢水處理。因粉狀炭的再生工藝比較復(fù)雜，不適用于大規(guī)模廢水處理。116連續(xù)式吸附工藝是廢水不斷地流進吸附床，與吸附劑接觸除去污染物，質(zhì)量符合要求的處理后的水連續(xù)地從吸附床排出。按照吸附劑的充填方式，又分為固定床、移動床和流化床三種。圖1-9和圖1-10為其中常用兩種。

117118吸附法除對含有機物廢水有很好的去除作用外，對某些金屬及化合物也有很好的吸附效果。研究表明，活性炭對汞、銻、鉍、錫、鈷、鎳、鉻、銅、鎘等都有很強的吸附能力。國內(nèi)已應(yīng)用活性炭吸附法處理電鍍含鉻、含氰廢水，以及化工廠和煉油廠排放的有機污染物的廢水?；钚蕴课椒ㄊ菑U水深度處理的一種實用、可靠而且經(jīng)濟的方法。119第四節(jié)物理化學(xué)處理法

吸附法

浮選法1202.4.2浮選法浮選法就是利用高度分散的微小氣泡作為載體去粘附廢水中的污染物，使其密度小于水而上浮到水面而實現(xiàn)固液或液液分離的過程。121在廢水處理中，浮選法已廣泛應(yīng)用于：分離地面水中的細小懸浮物、藻類及微絮體；回收工業(yè)廢水中的有用物質(zhì)，如造紙廠廢水中的紙漿纖維及填料等；代替二次沉淀池，分離和濃縮剩余活性污泥，特別適用于那些易于產(chǎn)生污泥膨脹的生化處理工藝中；分離回收油廢水中的懸浮油和乳化油；分離回收以分子或離子狀態(tài)存在的目的物，如表面活性劑和金屬離子等。122（1）浮選法的基本原理浮選法主要是根據(jù)表面張力的作用原理，使污水中固體污染物粘附在小氣泡上。當(dāng)空氣通入廢水中時，廢水中的細小顆粒物共同組成3相體系。細小顆粒粘附到氣泡上時，使氣泡界面發(fā)生變化，引起界面能的變化。顆粒能否粘附于氣泡上與顆粒和液體的表面性質(zhì)有關(guān)。親水性顆粒易被水潤濕，水對它較大的吸附力，氣泡不易把水推開而代之，這種顆粒不易粘附于氣泡上而除去。而疏水性顆粒則容易附著于氣泡而被除去。123各種物質(zhì)對水的親疏性，可用它們與水的接觸角θ來衡量。接觸角θ<90°者為親水性物質(zhì)，θ>90°者為疏水性物質(zhì)。這種關(guān)系可從圖1-11中表示的顆粒被水潤濕面積的大小看出。124若要用浮選法分離親水性顆粒（如紙漿纖維、煤粒、重金屬離子等），就必須投加合適的藥劑—浮選劑，以改變顆粒的表面性質(zhì)，使其表面變成疏水性，易于粘附于氣泡上。同時浮選劑還有促進起泡作用，可使廢水中的空氣，形成穩(wěn)定的小氣泡，以利于氣浮。浮選劑的種類很多，如松香油、石油及煤油產(chǎn)品，脂肪酸及其鹽類，表面活性劑等。125(2)浮選法操作流程

浮選法操作流程比較多，最常用的是加壓浮選法和曝氣浮選法1)加壓浮選法操作原理是：在加壓的情況下，將空氣通入廢水中，使空氣溶解在廢水中達飽和狀態(tài)，然后由加壓狀態(tài)突然減至常壓，這時溶解在水中的空氣迅速析出形成極微小的氣泡，不斷向水面上升。氣泡在上升過程中，捕集廢水中的懸浮顆粒以及膠狀物質(zhì)等，一同帶出水面，然后從水面上將其除去。用這種方法產(chǎn)生的氣泡直徑約為20-100μm，并且可人為地控制氣泡與廢水的接觸時間，因而凈化效果好，應(yīng)用廣泛。126操作過程如圖1-12所示。1272）曝氣浮選法曝氣浮選法是將空氣直接打入到浮選池底部的充氣器中，空氣形成細小的氣泡，氣泡捕集廢水中顆粒后上浮到水面，由排渣裝置將浮渣刮送到泥渣出口處排出。充氣器可以用帶有微孔的材料制成，如帆布、多孔陶瓷、微孔塑料管等，曝氣浮選法的特點是動力消耗最小，但由于氣泡較大，而又很難均勻，故浮

選效果較加壓浮選法要差一些。目前都是與生化的

活性污泥法統(tǒng)一使用。128屬于物理化學(xué)法范圍的還有電滲析、反滲透、超過濾等。這些方法凈化水的效果（凈化度）很好，但它們的設(shè)備投資較高，廢水處理能力較小，現(xiàn)一般應(yīng)用于廢水的三級處理和飲用水凈化等有特殊需要的部門。

129130電滲析

是在直流電場的作用下，利用陰、陽離子交換膜對溶液中陰、陽離子選擇透過性（即陽膜只允許陽離子通過，陰膜只允許陰離子通過），而使溶液中的溶質(zhì)與水分離的一種物理化學(xué)過程。電滲析技術(shù)越來越引起人們的重視并得到逐步推廣。此方法應(yīng)用在環(huán)保方面進行廢水處理已取得良好的效果。但是由于耗電量很高，多數(shù)還僅限于在以回收為目的的情況下使用。131反滲透

是利用半滲透膜進行分子過濾來處理廢水的一種新的方法，又稱膜分離技術(shù)。因為在較高的壓力作用下，這種膜可以使水分子通過，而不能使水中溶質(zhì)通過，所以這種膜稱為半滲透膜。利用它可以除去水中比水分子大的溶解固體、溶解性有機物和膠狀物質(zhì)。近年來應(yīng)用范圍在不斷擴大，多用于海水淡化、高純水制造及苦咸水淡化等方面。132超過濾法

是利用半透膜對溶質(zhì)分子大小的選擇透過性而進行的膜分離過程。超過濾法所需的壓力較低，一般為0.1～0.5MPa，而反滲透的操作壓力則為2～10MPa。因化工廢水中含有各種各樣的溶質(zhì)物質(zhì)，所以只采用單一的超濾方法，不可能去除不同分子量的各類溶質(zhì)，一般多是與反滲透法聯(lián)合使用，或者與其他處理法聯(lián)合使用，多用于物料濃縮。第五節(jié)生化處理法生化處理的方法分類微生物及微生物處理活性污泥法

生物膜法

厭氧生化法1332.5生化處理法生化處理法：是利用微生物的新陳代謝作用，使廢水中呈溶解和膠體狀態(tài)的有機污染物轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，以實現(xiàn)廢水凈化的方法。化工廢水中的有機污染物采用物理或化學(xué)的方法無法達到治理要求，可考慮生化處理法。廢水中BOD5/COD比值大于0.3，可采用生化處理法。134生化處理前，需要對工業(yè)廢水中含有的對微生物有毒性的化合物進行預(yù)處理。

對工業(yè)廢水中的懸浮物和顆粒物進行預(yù)處理，會大大削減廢水中的COD和BOD的量，也是削減廢水中有機物的一項簡單而有效的措施。1352.5.1生化處理方法分類從微生物的代謝形式出發(fā)，生化處理方法主要分為：好氧處理和厭氧處理兩大類型。按照微生物的生長方式，可分為懸浮生長型和固著生長型兩類。按照系統(tǒng)的運行方式可分為連續(xù)式和間隙式。按照主體設(shè)備中的水流狀態(tài)，可分為推流式和完全混合式等類型。

136其中好氧處理的活性污泥法和生物濾池法比較成熟、應(yīng)用較多，而人工條件的厭氧處理正處于發(fā)展階段。根據(jù)作用原理不同可以大致分類如下：137第五節(jié)生化處理法

生化處理的方法分類

微生物及微生物處理

活性污泥法

生物膜法

厭氧生化法1382.5.2微生物及生物處理2.5.2.1微生物的特征

（1）微生物的種類：所謂微生物是一些肉眼不能看見，只能憑借顯微鏡才能觀察到的單細胞及多細胞生物，微生物在自然界中分布極廣，種類繁多。在處理廢水中常見的微生物，可以分為以下幾類。139在廢水處理過程中，隨著廢水水質(zhì)的差異，出現(xiàn)的微生物種類、數(shù)量也有明顯差別，其中以細菌的數(shù)量最多。140

（2）微生物的新陳代謝：微生物在生命活動過程中，不斷從外界環(huán)境中吸取營養(yǎng)物質(zhì)，并通過復(fù)雜的酶催化反應(yīng)將其加以利用，提供能量并合成新的生物體，同時又不斷地向外界環(huán)境排泄廢物，從而實現(xiàn)生命體的自我更新，這個過程稱為微生物的新陳代謝，簡稱代謝。各種生物的生命活動，如生長、繁殖、遺傳及變異，都需要通過新陳代謝來實現(xiàn)，可以講，沒有新陳代謝，就沒有生命。141（3）微生物的變異性：即環(huán)境條件的改變對微生物有特別明顯的影響。同時變異又具有遺傳性。因此，利用微生物的這種特性，可以在人為的條件下培養(yǎng)所需微生物，部分改變其原有的特性，使之更好地用于不同的廢水處理中。這種培養(yǎng)又稱為馴化。利用馴化微生物改變其部分性狀的方法稱為定向變異。微生物的定向變異對用生化法處理廢水具有特別重要的意義。142微生物特征：具有來源廣、易培養(yǎng)增殖、繁殖快、對環(huán)境適應(yīng)性強、易變異、可以馴化等。這些特性使其易于適應(yīng)有毒工業(yè)廢水的水質(zhì)條件，并通過新陳代謝使有機物無機化，有毒物質(zhì)無害化。生化處理法優(yōu)點：條件溫和，不需要高溫高壓，與化學(xué)法相比，其處理廢水的費用低廉，運行管理方便。生化處理是廢水處理系統(tǒng)中最重要的方法之一，已廣泛用作生活污水及工業(yè)有機廢水的二級處理。1432.5.2.2生物酶

微生物處理廢水時，一切反應(yīng)都是在酶的作用下進行的。酶是微生物細胞特有的一種蛋白質(zhì)，是具有高度專一性的高效生物催化劑。酶的催化活性多受環(huán)境條件的影響，特別是溫度、pH和某些離子等，因此廢水需要具備一定的條件，才能進行有效的生化法處理。1442.5.2.3生化法對水質(zhì)的要求廢水生化處理是以廢水中所含的污染物作為營養(yǎng)源，利用微生物的代謝作用使污染物被降解，廢水得以凈化。如果廢水中突然進入有毒物質(zhì)，或環(huán)境條件突然發(fā)生變化，超過微生物的承受限度時，將會對微生物產(chǎn)生抑制或有毒作用，使系統(tǒng)的運行遭到嚴重破壞。因此，進行生化處理時，廢水水質(zhì)需要給微生物的生長繁殖提供適宜的環(huán)境條件是非常重要的。145對廢水水質(zhì)的要求主要有以下幾個方面：（1）pH在廢水處理過程中，pH不能有突然變動，否則將使微生物的活力受到抑制，以至于造成微生物的死亡。一般，對好氧生物處理，pH可保持在6-9范圍內(nèi)；對厭氧生物處理，pH應(yīng)保持在6.5-8之間。（2）溫度溫度過高時，微生物會死亡，而溫度過低，微生物的新陳代謝作用將變得緩慢，活力受到抑制。一般生物處理要求水溫控制在20-35℃之間。146（3）水中的營養(yǎng)物及其毒物微生物的生長、繁殖需要多種營養(yǎng)物質(zhì)，其中包括碳源、氮源、無機鹽類等。水質(zhì)經(jīng)過分析后，需向水中投加缺少的營養(yǎng)物質(zhì)，以滿足所需的各種營養(yǎng)物，并保持其間的一定數(shù)量比例，一般對氮、磷的需要量應(yīng)滿足BOD5：N：P=100：5：1(質(zhì)量比)。147

在工業(yè)廢水中，有時存在著對微生物具有抑制和殺害作用的化學(xué)物質(zhì)，即有毒物質(zhì)。毒物種類不少，這些毒物對微生物產(chǎn)生毒害是需要一定濃度的，既有一個毒物最高允許濃度。微生物馴化后，其毒物最高允許濃度可適當(dāng)提高。表1-7所列出的一部分毒物僅供參考的最高允許濃度。148149（4）氧氣微生物根據(jù)對氧的要求，可分為好氧微生物、厭氧微生物及兼性微生物。好氧微生物在降解有機物的代謝過程中以分子氧作為受氫體，如果分子氧不足，降解過程就會因為沒有受氫體而不能進行，微生物的正常生長規(guī)律就會受到影響，甚至被破壞。所以在好氧生物處理的反應(yīng)過程中，一般需從外界供氧，一般要求反應(yīng)器廢水中保持溶解氧濃度在2-4mg/L左右為宜。150而厭氧微生物對氧氣很敏感，當(dāng)有氧存在時，它們就無法生長。這是因為在有氧存在的環(huán)境中，厭氧微生物在代謝過程中由脫氫酶所活化的氫將會與氧結(jié)合形成H2O2，而厭氧微生物缺乏分解H2O2的酶，從而形成H2O2積累，對微生物細胞產(chǎn)生毒害作用。所以厭氧處理設(shè)備要嚴格密封，隔絕空氣。151（5）有機物的濃度進水有機物的濃度高，將增加生物反應(yīng)所需的氧量，往往由于水中含氧量不足造成缺氧，影響生化處理效果。但進水有機物的濃度太低，容易造成養(yǎng)料不夠，缺乏營養(yǎng)也使處理效果受到影響。一般進水BOD5值控制在100-1000mg/L范圍內(nèi)。1522.5.2.4好氧生物處理和厭氧生物處理根據(jù)生化處理過程中起主要作用的微生物種類的不同，廢水生化處理可分為：好氧生物處理和厭氧生物處理兩大類。（1）好氧生物處理：是好氧微生物和兼性微生物參與，在有溶解氧的條件下，將有機物分解為CO2和H2O，并釋放出能量的代謝過程。在有機物氧化過程中脫出的氫是以氧作為受氫體。如葡萄糖（C6H12O6）在有氧情況下完全氧化，如下式所示：153優(yōu)點：有機物分解比較徹底，放能量多，代謝速度快，代謝產(chǎn)物穩(wěn)定。缺點：處理高濃度有機物的廢水成本較高，因需要大量的稀釋用水，且不斷地往水中補充溶解氧。154（2）厭氧生物處理：是在無氧的條件下，利用厭氧微生物作用，主要是厭氧菌的作用，來處理廢水中的有機物。處理過程中受氫體不是游離氧，而是有機物質(zhì)或含氧化合物，如SO42-、NO3-、NO2-、等。因此，最終代謝產(chǎn)物不是簡單的CO2和H2O，而是一些低分子有機物如CH4、H2S、NH4+及CO2等。155優(yōu)點：不需要供給氧氣，動力消耗小，設(shè)備簡單，能回收一定數(shù)量的甲烷氣體作為燃料。缺點：發(fā)酵過程中會有硫化氫或其他硫化物產(chǎn)生，硫化氫與鐵質(zhì)接觸就會形成黑色的硫化鐵，從而使處理后的廢水既黑又臭。（3）兼氧氧化：也叫兼氣性氧化或兼氣性分解，是兼氣性微生物生命活動的結(jié)果，它介乎好氧分解與厭氧分解之間。兼性微生物既能在有氧環(huán)境中也能在無氧條件下生存。156第五節(jié)生化處理法

生化處理的方法分類微生物及微生物處理活性污泥法

生物膜法

厭氧生化法1572.5.3活性污泥法活性污泥法是處理工業(yè)廢水最常用的生物處理方法，它是在稱作曝氣池的廢水處理池中，不斷注入空氣，利用池中懸浮生長的微生物絮體處理有機廢水，這種生物絮體稱為活性污泥?；钚晕勰嘟M成：由好氧性微生物（包括細菌、真菌、原生動物及后生動物）及其代謝的和吸附的有機物、無機物組成，具有降解廢水中有機污染物（也有些部分分解無機物）的能力。1582.5.3.1活性污泥活性污泥法處理的關(guān)鍵在于具有足夠數(shù)量和性能良好的污泥。它是大量微生物聚集的地方，即微生物高度活動的中心，在處理廢水過程中，活性污泥對廢水中的有機物具有很強的吸附和氧化分解能力，故活性污泥中還含有分解的有機物及無機物等。污泥中的微生物，在廢水處理中起主要作用的是細菌和原生動物。159

衡量一曝氣池的活性污泥混合液性能的常用評價指標主要有以下幾項：（1）混合液懸浮固體濃度（MLSS）：指1L混合液內(nèi)所含的懸浮固體（MLSS）的量，單位為g/L或mg/L，也稱污泥濃度。包括混合液中的微生物、有機物和無機物。其值由混合液濾去清液，再經(jīng)103-105℃干燥后，稱重取得。污泥濃度的大小可間接地反映廢水中所含微生物的濃度。一般在活性污泥曝氣池內(nèi)常保持MLSS濃度在2-6g/L之間，多為3-4g/L。160（2）污泥沉降比（SV%）：是指一定量的曝氣池廢水靜置30min后，沉淀污泥與廢水的體積比，用%表示。它可反映污泥的沉淀和凝聚性能好壞。污泥沉降比越大，越有利于活性污泥與水迅速分離，性能良好的污泥，一般沉降比可達15-30%。161（3）污泥容積指數(shù)（SVI）：又稱污泥指數(shù)，是指一定量的曝氣池廢水經(jīng)30min沉淀后，1g干污泥所占有沉淀污泥容積的體積，單位為mL/g。它實質(zhì)是反映活性污泥的松散程度，污泥指數(shù)越大，則污泥越松散。這樣可有較大表面積，易于吸附和氧化分解有機物，提高廢水的處理效果。

162污泥指數(shù)一般控制在50-150mL/g之間為宜，如廢水中有機物含量高時，正常的SVI值可能較高；相反，廢水中含無機性懸浮物較多時，正常的SVI值可能較低。

以上三者之間的關(guān)系為

SVI=SV%×10/MLSS

例如，曝氣池廢水污泥沉降比為20%，污泥濃度為2.5g/L,則污泥容積指數(shù)為SVI=20×10/2.5=80（mL/g)163（4）混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度（MLVSS）：指1L混合液內(nèi)所含揮發(fā)性懸浮固體的量，單位為g/L。此濃度包括混合液中微生物和有機物。其值由MLSS再經(jīng)600℃煅燒后取得。該值更接近微生物的實際量。1642.5.3.2活性污泥法處理廢水的過程

活性污泥除去廢水中的有機物，主要經(jīng)歷三個階段：（1）吸附階段：污水與活性污泥接觸后的很短時間內(nèi)水中有機物（BOD）迅速降低，這主要是吸附作用引起的。由于絮狀的活性污泥表面積很大（約2000-3000m2/m3混合液)，表面具有多糖類粘液層，污水中懸浮和膠體的物質(zhì)被絮凝和吸附迅速去除。往往在10-40min內(nèi)，BOD可下降80-90%。此后，下降速度迅速減緩，活性污泥的初期吸附性能取決于污泥的活性。165（2）氧化階段：在有氧的條件下，微生物將吸附的有機物一部分氧化分解獲取能量，一部分則合成新的細胞。從污水處理的角度看，不論是氧化還是合成都能從水中去除有機物，只是合成的細胞必須易于絮凝沉淀而能從水中分離出來。這一階段比吸附階段慢得多。166（3）絮凝體形成與凝聚沉淀階段：氧化階段合成的菌體有機體絮凝形成絮凝體，通過重力沉淀從水中分離出來，使水得到凈化。采用活性污泥法處理工業(yè)廢水的大致流程如圖1-13所示。167流程中的主體構(gòu)筑物是曝氣池，廢水必須先進行沉淀預(yù)處理（如初沉）后，除去某些大的懸浮物及膠狀顆粒等，然后進入曝氣池與池內(nèi)活性污泥混合成混合液，并在池內(nèi)充分曝氣，這有兩方面作用：一方面使活性污泥處于懸浮狀態(tài)，廢水與活性污泥充分接觸；另一方面，通過曝氣，向活性污泥提供氧氣，保持好氧條件，保證微生物的正常生長和繁殖。而水中的有機物被活性污泥吸附、氧化分解。168處理后的廢水和活性污泥一同流入二次沉淀池進行分離，上層凈化后的廢水排出。沉淀的活性污泥部分回流入曝氣池進口，與進入曝氣池的廢水混合。由于微生物的新陳代謝作用，不斷有新的原生質(zhì)合成，所在系統(tǒng)中活性污泥量會不斷增加，多余的活性污泥應(yīng)從系統(tǒng)中排出，這部分污泥稱為剩余污泥量；回流使用的污泥稱為回流活性污泥。169

通常參與分解廢水中有機物的微生物的增殖速度，都慢于微生物在曝氣池內(nèi)的平均停留時間，因此，如果不將濃縮的活性污泥回流到曝氣池，則具有凈化功能的微生物將會逐漸減少。除污泥回流外，增殖的細胞物質(zhì)將作為剩余污泥排入污泥處理系統(tǒng)。1702.5.3.3活性污泥法的類型

按廢水和回流污泥的進入方式及其在曝氣池中的混合方式，活性污泥法可分為：

平推流式和完全混合式兩大類。平推流式：活性污泥曝氣池有若干個狹長的流槽，廢水從一端進入，另一端流出。此類曝氣池又可分為平行水流（并聯(lián)）式和轉(zhuǎn)折水流（串聯(lián)）式兩種。隨著水流的過程，底物（有機物及其他營養(yǎng)物）降解，微生物增長。171完全混合式：完全混合式是廢水進入曝氣池后，在攪拌下立即與池內(nèi)活性污泥混合液混合，從而使進水得到良好的稀釋，污泥與廢水得到充分混合，可以最大限度地承受廢水水質(zhì)變化的沖擊，使曝氣池處于良好的工況條件下工作。典型設(shè)備—普通曝氣沉淀池構(gòu)造如圖1-14所示。172它由曝氣區(qū)、導(dǎo)流區(qū)、回流區(qū)、沉淀區(qū)幾部分組成。它占地面積小，回流用活性污泥可自動回流至曝氣面，不需輸送污泥設(shè)備。但是沉淀效果較分建式要差，流出水中有機物的含量比較高，影響出水水質(zhì)。當(dāng)然，理論上的推流式和完全混合式是沒有的，一般實際運行的曝氣池的流程介于兩者之間。173第五節(jié)生化處理法

生化處理的方法分類微生物及微生物處理活性污泥法

生物膜法

厭氧生化法1742.5.4生物膜法生物膜法是另一種好氧生物處理法，也稱固著生化法?；钚晕勰喾ㄊ且揽科貧獬刂袘腋×鲃又幕钚晕勰鄟矸纸庥袡C物的。生物膜法是通過廢水同生物膜接觸，生物膜吸附和氧化廢水中的有機物并同廢水進行物質(zhì)交換，從而使廢水得到凈化的過程，常用的有生物濾池、塔式濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化和生物流化床等。175

現(xiàn)簡介生物濾池如下：生物濾池一般由鋼筋混凝土或磚石砌筑而成，池平面有矩形、圓形或多邊形，其中以圓形為多，主要組成部分是濾料、池壁、排水系統(tǒng)和布水系統(tǒng)，如圖1-15所示。176濾料作為生物膜的載體，對生物濾池的工作影響比較大。常用的濾料有碎石、爐渣、焦炭、瓷環(huán)、陶粒等，而且顆粒比較均勻、粒徑為25-100mm,濾層厚度為0.9-2.5m，平均1.8-2.0m。近年來，生物濾池多采用塑料濾料，主要由聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺等加工成波紋板、蜂窩管、環(huán)狀及中空圓柱等復(fù)合式濾料。這些濾料的特點是比表面積大，孔隙率高（可達90%以上），從而大大改善膜生長及通風(fēng)條件，使廢水處理效果大大提高。177生物濾池的基本流程與活性污泥法相似，由初次沉池---生物濾池---二次沉淀等三部分組成。在生物濾池中，為了防止濾層堵塞，需設(shè)置初次沉淀池，預(yù)先去除廢水中的懸浮顆粒和膠狀顆粒。二次沉淀池用以分離脫落的生物膜。由于生物膜的含水率比活性污泥小，因此，污泥沉淀速度較大，二次沉淀池容積較小。178含有有機物質(zhì)的工業(yè)廢水，由濾池頂部通入，自上而下地穿過濾料層，進入池底的集水溝，然后排出池外。當(dāng)廢水由布水裝置均勻地分布在濾料的表面上，并沿著濾料的間隙向下流動時，濾料截留了廢水中的懸浮物質(zhì)及微生物，在濾料表面逐漸形成一層粘膜，由于膜內(nèi)生長有大量的微生物，稱這種粘膜為生物膜。

179微生物吸附濾料表面上的有機物作為營養(yǎng)，很快繁殖，并進一步吸附廢水中的有機物，使生物膜厚度逐漸增加，增厚到一定程度時，氧氣難于進入到生物膜深處，生物膜里層供氧不足，會造成厭氧微生物繁殖，從而產(chǎn)生厭氧分解，生產(chǎn)氨、硫化氫和有機酸，有惡臭氣味，影響出水的水質(zhì)。如果生物膜太厚的話，會使濾料間隙變小，造成堵塞，使處理水量減少。一般認為生物膜厚度以2mm左右為宜。在工作過程中，生物膜不斷生長、脫落和更新，從而保持其活性。180第五節(jié)生化處理法

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生物膜法

厭氧生化法1812.5.5厭氧生化法廢水厭氧生物處理是環(huán)境工程與能源工程中一項重要技術(shù)。農(nóng)村廣泛使用的沼氣池，就是厭氧生物處理技術(shù)的運用實例。但由于存在停留時間長、對低濃度有機廢水處理效率低等缺點，較長時期限制了該技術(shù)在廢水處理中的廣泛應(yīng)用。

182從20世紀70年代開始，由于世界能源的緊缺，能產(chǎn)生能源的廢水厭氧技術(shù)得到重視，不斷開發(fā)出新的厭氧處理工藝和構(gòu)筑物。大幅度地提高了厭氧反應(yīng)器內(nèi)活性污泥的持留量，使廢水的處理時間大大縮短，處理效率成倍提高。特別在高濃度有機廢水處理方面逐漸顯示出它的優(yōu)越性。1832.5.5.1厭氧生物處理的基本原理廢水的厭氧生物處理是指在無分子氧的條件下通過厭氧微生物（或兼氧微生物）的作用，將廢水中的有機物分解轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳的過程，所以又稱厭氧消化。厭氧生物處理實際上是一個復(fù)雜的微生物化學(xué)過程。184早在20世紀30年代，人們就已經(jīng)認識到有機物的分解過程分為酸性（酸化）階段和堿性（甲烷化）階段。1967年，Bryant的研究表明，厭氧過程主要依靠三大主要類群的細菌，即水解產(chǎn)酸細菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌和產(chǎn)甲烷細菌的聯(lián)合作用完成。因而應(yīng)劃分為三個連續(xù)的階段，即水解酸化階段、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段、產(chǎn)甲烷階段，有人也把第一個階段又劃分為水解和酸化兩個階段。如圖1-16所示。185186

第一個階段為：水解酸化階段此階段復(fù)雜大分子有機物、不溶性有機物先在細胞外酶水解為小分子、溶解性有機物，然后滲透到細胞體內(nèi)，分解產(chǎn)生揮發(fā)性有機酸、醇類、醛類物質(zhì)等。187第二個階段為：產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌的作用下，將第一個階段所產(chǎn)生的各種有機酸分解轉(zhuǎn)化為乙酸和H2，在降解奇數(shù)碳素有機酸時還形成CO2。第三個階段為：產(chǎn)甲烷階段產(chǎn)甲烷細菌利用乙酸、乙酸鹽、CO2和H2或其他一碳化合物轉(zhuǎn)化為甲烷。

上述三個階段的反應(yīng)速度因廢水性質(zhì)的不同而異，而且厭氧生物處理對環(huán)境的要求比好氧法要嚴格。188

控制厭氧生物處理效率的基本因素有兩類：一類是基礎(chǔ)因素，包括微生物量（污泥濃度）、營養(yǎng)比、混合接觸狀況、有機負荷等；另一類是周圍的環(huán)境因素，如溫度、pH、氧化還原電位、有毒物質(zhì)的含量等。1892.5.5.2厭氧生物處理的典型工藝有些化工廢水的有機物含量很高，用好氧法處理時常需要稀釋數(shù)百甚至上千倍，很不經(jīng)濟，此類廢