中科大環(huán)境工程概論教案

環(huán)境工程概論PAGEPAGE3工程學總論工程學是怎樣的一門科學工程學及其與基礎(chǔ)科學的關(guān)系人類的一切科學活動不外乎有兩個目的：一是認識自然，一是適應(yīng)自然、保護自然和改造自然。前者對應(yīng)著自然科學中的基礎(chǔ)科學，也稱為理學，后者則對應(yīng)著自然科學中的工程技術(shù)科學，也稱為工程學或工學；工程學和基礎(chǔ)科學之間的這種目的的差異是它們相互區(qū)別的根本所在，也反應(yīng)了這二大學科的變質(zhì)所在?，F(xiàn)在，我們可以更具體地描述工程學了。工程學是人類以適應(yīng)自然，保護自然和改造自然為目的的一切實踐中所積累起來的知識和經(jīng)驗的總和，一切有關(guān)自然科學的學問只要是以這一目的出發(fā)的，都屬于工程學，基礎(chǔ)科學只要跨過僅僅解釋自然現(xiàn)象這道門檻，便進入了工程學的領(lǐng)域。在整個人類知識的演化過程中，工程技術(shù)科學的發(fā)展先于基礎(chǔ)科學的發(fā)展，在新石器時代，人類就學會了制造一些簡單的工具來增加自己適應(yīng)自然的能力。早期的人類對自然的認識是非常模糊的，但是隨著人類對自然的適應(yīng)能力和改造能力的進一步提高，人類對自然的認識也越來越廣泛和深入。早期的理學家苦思冥想世界的本原，闡述著自然界的各種神秘現(xiàn)象。有一批基礎(chǔ)科學是從工程技術(shù)領(lǐng)域中抽象和分化出來的。如幾何學便是在人類的營造活動中積累起來的，化學則產(chǎn)生于古代的香水制造和練金術(shù)。但是基礎(chǔ)科學一旦形成便成為強大的力量源泉。自此以后，基礎(chǔ)科學和工程技術(shù)相互促進，相互牽連。工程技術(shù)的發(fā)展提高了基礎(chǔ)科學研究的實驗手段，并為基礎(chǔ)科學的研究提供新的方向和理依據(jù)。大體上，在公元1850年以前，工程技術(shù)科學對基礎(chǔ)科學的依賴性并不很強，兩者相對比較獨立。到了公元1850年以后，工程技術(shù)的進步則日益依賴于基礎(chǔ)科學的進步，基礎(chǔ)科學的原理直接推動著工程技術(shù)的發(fā)展，至此，工程技術(shù)科學便成為了應(yīng)用科學。工程學的類別假如學科的分類按其包容的范圍來劃分，那么工程學是和基礎(chǔ)科學并列的一門學科。整個科學由自然科學和社會科學組成，而自然科學又是由基礎(chǔ)科學和工程技術(shù)科學(即工程學)所組成。整個工程學的組成也非常龐大。現(xiàn)在工程學已經(jīng)分化為幾乎涉及包括工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學、軍事和環(huán)境保護以及日常生活在內(nèi)的所有領(lǐng)域，工程技術(shù)科學的發(fā)展標志著人類征服自然、改造自然、適應(yīng)自然和保護自然的能力的擴大。工程學的主要分支學科有：農(nóng)業(yè)、林業(yè)工程、水力電力工程、土木建筑工程、電子及計算機工程、機械工程、化學工程、仿生及生物工程、環(huán)境工程、海洋工程、醫(yī)藥工程、航天航空工程、軍事工程。工程學的方法論盡管工程學是一門龐大的知識體系，然而它與基礎(chǔ)科學以及社會科學相比有它自身的一些方法與原則。掌握這些方法原則便可涉足科學領(lǐng)域。解決工程問題的基本方法和步驟在工程學項目中，有兩個層次的問題：(1)應(yīng)用研究，即怎樣將基礎(chǔ)科學的領(lǐng)域的原理應(yīng)用到工程學項目中去。基礎(chǔ)科學研究的對象和工程實踐接觸的對象往往有很大差別，接基礎(chǔ)科學研究的對象總是抽象的、理想的或單一的狀態(tài)，而在工程學領(lǐng)域中，所接觸到的總是非常復雜的對象，這一點也是基礎(chǔ)科學和應(yīng)用科學的一個重要區(qū)別。因此，如果對基礎(chǔ)科學的研究成果進行修正，或者把各種基礎(chǔ)科學的知識綜合起來，應(yīng)用到工程實踐中去，必須進行應(yīng)用研究。(2)工程設(shè)計和施工制造，即如何將應(yīng)用研究成果付諸于工程實施。應(yīng)用研究僅僅產(chǎn)生一個合理的構(gòu)想，技術(shù)路線和工藝(包括合理的設(shè)計參數(shù)與規(guī)范)，要使之付諸實施，還必須進行工程設(shè)計。工程設(shè)計的成果是完整的，工程設(shè)計圖紙以及工藝操作規(guī)程。施工制造則是把規(guī)程設(shè)計進一步物化、實施。解決工程問題的一般方法和步驟：首先要對需要解決的問題進行細致的分析，即確定項目和效用，這個問題是新問題還是舊問題，如果是新問題，則是否有相近的資料可供參考，解決這一新問題的關(guān)鍵在哪里。草擬解決問題的各種方案和措施。這一步驟是最為重要的步驟。創(chuàng)新的想法就產(chǎn)生在這一階段。在這一階段上，工程技術(shù)人員要憑借已獲得的知識和經(jīng)驗大膽設(shè)想和創(chuàng)新。各種方案和措施都必須合乎基礎(chǔ)科學原理和應(yīng)用研究的結(jié)論。有些新方案的確定需要進一步進行應(yīng)用研究，經(jīng)過小試、中試，甚至生產(chǎn)性實驗。對各種方案進行比較、篩選和綜合。方案的比較考慮的原則有：該方案是否創(chuàng)新，是否經(jīng)濟可靠，經(jīng)濟性要包括社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟效益在內(nèi)，最后根據(jù)這些進行‘和審議，確定最佳方案。對最優(yōu)方案進行項目設(shè)計。設(shè)計范圍初步設(shè)計、擴初設(shè)計和施工圖設(shè)計三個步驟，初步設(shè)計是對方案的進一步具體化，對關(guān)鍵性部分進行計算，初步設(shè)計完成后進行評價和審核。擴初設(shè)計是在初步設(shè)計的基礎(chǔ)上進行詳細的計算和完整的設(shè)計，有了初步設(shè)計了，就可以估算工程的投資與造價。但擴初設(shè)計的成果還不能付諸實施，還必須補充各種細節(jié)，這就是施工圖設(shè)計。在有些場合，初步設(shè)計可以省略。這要看具體規(guī)程規(guī)模的大小，是否常見的規(guī)程或者設(shè)計者對該項設(shè)計是否熟悉來確定。在每一步驟中，都會碰到一些新問題，必須查找一些相關(guān)資料或進行應(yīng)用研究和工程實驗。大部分定型的技術(shù)措施或參數(shù)都有國家頒布的標準圖件、手冊，供查找、選用。解決工程問題必須考慮的原則(1)效用原則：這一原則就是在研究和設(shè)計某以工程學項目時，必須首先考慮到這一項目的效用。正是這條原則，體現(xiàn)了工程技術(shù)科學的實用性，工程項目必須具有很強的實用性。無論是應(yīng)用研究還是工程設(shè)計都必須考慮到工程效用，如在建造某座大壩以前，必須確立純粹是為了水力的目的還是為了發(fā)電的目的。(2)合理的原則：在研究和設(shè)計某一工程學項目規(guī)程中，采用的工藝方法，設(shè)計參數(shù)必須要有科學的依據(jù)，符合科學原理。應(yīng)用研究必須符合基礎(chǔ)科學的原理，規(guī)程設(shè)計則必須符合應(yīng)用研究的成果。(3)創(chuàng)新原則；工程技術(shù)的構(gòu)想必須體現(xiàn)創(chuàng)新性，在原來的基礎(chǔ)上有所創(chuàng)新和提高，尤其是應(yīng)用研究更加體現(xiàn)這一原則，沒有創(chuàng)新便沒有進步，要時刻注視各類基礎(chǔ)學科的進展，不斷地吸取最新成果。(4)可靠性原則；工程技術(shù)項目必須具有可靠的技術(shù)性能，否則會造成很大的經(jīng)濟損失。尤其是一些大型的工程項目(如供水、供電、大壩、道路、橋梁、航空航天以及環(huán)境工程)。因為，一旦技術(shù)上出現(xiàn)了故障，非但造成巨大的經(jīng)濟損失，而且會造成社會的混亂，甚至給人民的生活帶來災難。工程設(shè)計中也專門有一種可靠性設(shè)計法，以可靠性作為設(shè)計的目標?？尚行栽瓌t：分為技術(shù)可行性和經(jīng)濟可行性兩種。技術(shù)可行性是指必須滿足施工和制造上的可行及技術(shù)路線與工藝設(shè)計必須和現(xiàn)有施工制造水平、操作條件相符合。如悉尼歌劇院的建造就因力學計算及施工問題沒有解決而拖延了幾十年。經(jīng)濟可行性是指在保證滿足以上4原則的前提線，盡快能地做到投資再省、效益最高。這一效益要兼顧到經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益，系統(tǒng)工程與最優(yōu)化設(shè)計的最主要目的之一就是保證工程技術(shù)項目的經(jīng)濟性。

環(huán)境工程學引論環(huán)境工程學的任務(wù)一、人類活動對環(huán)境的雙重效應(yīng)環(huán)境問題是伴隨著人類的活動而產(chǎn)生的，人類的活動對自然環(huán)境的作用是一個雙重效應(yīng)。一方面是人類從自然界中取得資源，這些資源包括水、新鮮空氣、土地、礦藏、石油、動物和植物，而且人類的活動占據(jù)了越來越多的土地、空間，上至幾千米的山峰，下到幾千米的海洋深淵，都有人類活動的足跡。通過這一方面人類獲得自身的進步和發(fā)展，另一方面人類所有取自自然的東西，最終還是通過各種方式歸還到自然界中去。嶄新的汽車終究要變成一堆廢鋼鐵…從河流湖泊抽上來的水使用后變成廢水，經(jīng)過處理后最終還是回流到河流和湖泊，世界上沒有哪樣事物是另外的。人類活動對環(huán)境的雙重效益反映了人類破壞自然環(huán)境的兩個方面。正是由于這種雙重作用，使得人類對環(huán)境的破壞作用往往呈指數(shù)模式加劇。二、環(huán)境工程學的任務(wù)環(huán)境工程學的主要任務(wù)是研究人類活動所產(chǎn)生的廢棄物是如何產(chǎn)生的、其具體形態(tài)如何、如何收集及運輸，又如何妥善地處置和利用這些廢棄物，以消除它們對環(huán)境的污染和破壞，并盡快能地將它們重新變成資源。要完成這些任務(wù)，環(huán)境工程學研究、實踐人員了解和參與研究這些廢棄物，一旦廢棄物排入環(huán)境后將會對環(huán)境造成影響和破壞，這些廢棄物如何在自然環(huán)境中遷移、運轉(zhuǎn)、變化和積累是非常重要的。中國大百科全書環(huán)境科學卷還對環(huán)境工程學是這樣描述的：環(huán)境工程學是環(huán)境科學的一個重要分支，它研究應(yīng)用工程技術(shù)和有關(guān)科學的原理與方法，保護和合理利用自然資源，防止環(huán)境污染，以改善環(huán)境質(zhì)量的科學。主要研究內(nèi)容包括：大氣污染防治工程、水污染防治工程、固體廢物的處理和利用以及噪聲控制等，環(huán)境工程學還研究環(huán)境污染綜合防治的方法和措施以及利用系統(tǒng)工程方法，從區(qū)域的總體上尋求解決環(huán)境問題的最佳方案。美國學者P.A.Vesilind和J.J.Peirce在1982年編寫出版了環(huán)境工程一書。這本書的主要內(nèi)容包括：給水和廢水處理(含廢水的收集和污泥的處置)、非點源污染、水污染法、固體廢物處置、資源再生、有害廢物、固體及有害廢物法、大氣污染控制、空氣污染法、噪聲污染及其管理和控制，環(huán)境影響和經(jīng)濟評價，環(huán)境美學。高秋實等編著的環(huán)境工程學(1986年版)則將環(huán)境監(jiān)測和分析技術(shù)也作為環(huán)境工程學的內(nèi)容之一。環(huán)境工程學的形成過程環(huán)境工程學是一門嶄新的工程技術(shù)學科，然而卻有著悠久的發(fā)展歷史。環(huán)境工程這一名稱最早是在60年代才被使用，當時美國一些首先涉及到環(huán)境保護和治理工程以及公共健康的學校需要一個更為精確的名稱來描述它們的課程和畢業(yè)生，就選中了“環(huán)境工程”這一名稱。然而環(huán)境工程主要是在市政工程學、公共健康和生態(tài)學等學科基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，而這些學科領(lǐng)域尤其是市政工程學則是經(jīng)過了漫長的發(fā)展歷程的，市政工程學和環(huán)境工程學的關(guān)系最為密切，許多大學的環(huán)境工程專業(yè)是直接從市政工程專業(yè)中分化建立起來的，屬于市政工程設(shè)施的給水排水工程設(shè)施，很早就已經(jīng)出現(xiàn)。在公元前2000年，我國就開始用陶土管興建下水道；西方在這個時期提出飲用水須經(jīng)過煮沸；公元其1世紀，埃及人開始使用砂濾法凈化水，我國在明朝以前，就開始使用明礬作為凈水藥劑，1850年英國開始將漂白粉用于飲用水消毒，1852年美國建立木炭過濾的飲用水廠。在污水處理方面，法國在1860年建立了消化池，用厭氧法處理污水；英國于19世紀中葉，美國于本世紀初，分別建立了較為完整的公共污水處理廠；1865年英國建立了防止河道污染委員會；污水處理的實驗研究也于上世紀末開始進行。近幾十年來，由于防止水體污染的需要，在給水排水的基礎(chǔ)上水處理領(lǐng)域經(jīng)過不斷的研究逐漸發(fā)展成為一們獨立的學科：水污染防治工程，而這正是環(huán)境工程學的主要內(nèi)容之一。環(huán)境工程學的另一重要內(nèi)容，大氣污染控制工程也在近幾十年內(nèi)在化學工程、采暖通風工程的基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起來。公共衛(wèi)生學也是環(huán)境工程學推動力之一，1894年英國倫敦的霍亂流行，本世紀的倫敦煙霧事件，洛山磯光化學煙霧事件、日本的骨疼病等，這些污染事件使得人們進一步認識到保護環(huán)境、控制環(huán)境污染是關(guān)系到人類健康和生死存亡的大事。生態(tài)學作為自然科學的分支之一也是直到幾十年前才得到發(fā)展的。生態(tài)學告訴人們事物與事物之間、事物和物理環(huán)境之間是有密切關(guān)系的，資源的無限開采和使用、污染物質(zhì)的排放會破壞生態(tài)平衡、危及生態(tài)系統(tǒng)，因此對人類排放的污染物控制不僅僅關(guān)系到人類的健康問題，而且關(guān)系到整個生態(tài)系統(tǒng)的維護、關(guān)系到人類的整個生存基礎(chǔ)，因此生態(tài)學的發(fā)展使得人對保護環(huán)境、控制環(huán)境污染提高到一個新的高度。環(huán)境工程學的組成環(huán)境工程學按人類所排放的廢棄物的物理形態(tài)不同可分為以下幾個方面內(nèi)容：水污染防治工程，大氣污染防治工程、固體廢棄物的處置與利用、噪聲及振動控制技術(shù)。另外，運用系統(tǒng)工程的原理與方法使得環(huán)境工程系統(tǒng)實現(xiàn)最優(yōu)化的環(huán)境系統(tǒng)工程也是環(huán)境工程中的相對獨立的組成部分。環(huán)境工程項目的廣泛實施，必須以相應(yīng)的環(huán)保設(shè)備與產(chǎn)業(yè)為前提；同時環(huán)境污染控制的投資和運行費用高昂，迫使人們研究和應(yīng)用污染環(huán)境的生物修復。另外，水、氣、渣等污染控制相互之間的關(guān)聯(lián)性很強，除污染物相互轉(zhuǎn)化外，相互利用也很常見，以達到以廢治廢的目的。環(huán)境工程學的發(fā)展展望由于環(huán)境污染是一個具有長期潛在效應(yīng)的問題，人們對環(huán)境污染的認識也必然有一個逐步深入的規(guī)程；隨著環(huán)境保護事業(yè)的不斷發(fā)展，對環(huán)境保護會不斷提出新的課題與要求，這就必然需要尋求解決這些問題的途徑和方法。與此同時，人類社會可用于環(huán)境污染控制的財力、物力很大程度上受到社會經(jīng)濟發(fā)展水平的制約。因此，環(huán)境污染的治理與防治將是人類很長時間內(nèi)必須面臨的重大課題。另外，基礎(chǔ)科學的發(fā)展和相關(guān)工程技術(shù)學科的發(fā)展，為環(huán)境工程技術(shù)研究不斷提供新的手段和技術(shù)途徑，有力地推動著環(huán)境工程技術(shù)的發(fā)展。如基因工程技術(shù)的運用，使得人類能夠培育出對傳統(tǒng)意義上難以生物降解的化學污染物進行有效的降解的基因規(guī)程菌。從而大大提高了對這些化學污染物的處理效率。目前，在水污染防治領(lǐng)域上，一些新的分離技術(shù)，低能耗、占地少的廢水生物處理技術(shù)，結(jié)合生態(tài)工程的廢水土地處理系統(tǒng)、廢水的脫氮除磷技術(shù)、難降解化學污染物的生物處理技術(shù)、廢水中有用物質(zhì)的資源化回收技術(shù)都是有待于重點解決的課題。

水污染控制工程概論廢水與水處理的基本概念一、廢水的基本類型通常廢水可分為生活污水、工業(yè)廢水以及城市污水三種類型。生活污水是指由居民的生活以及公共場所(如浴池、廁所和賓館等)所產(chǎn)生的廢水，主要為生活廢料和人的排泄物所污染，其數(shù)量、成份和污染物質(zhì)的濃度與居民的生活習慣、條件有關(guān)。其中，從洗滌途徑(廚房的洗滌池和衛(wèi)生間的浴缸或淋浴器)排放的污水中污染物含量相對較低，通常稱為生活廢水，屬于回用的主要對象。生活污水一般不含對生物有毒物質(zhì)，適合于微生物繁殖，因此也容易腐化變質(zhì)。生活污水排入水體后將降低水體的透明度、大量消耗水體的溶解氧、增加水體中氨氮的濃度。另外，生活污水中含有大量的病原微生物，從衛(wèi)生角度上看，具有一定的危害性。工業(yè)廢水是指在各類工業(yè)生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的廢水工業(yè)廢水中污染物主要是工業(yè)原料、中間體和反應(yīng)產(chǎn)物。工業(yè)廢水的危害性受其所含污染物成分所決定。發(fā)酵、食品和水產(chǎn)加工等工業(yè)生產(chǎn)中排放的廢水所含污染物成分與生活污水比較相近，但許多工礦業(yè)生產(chǎn)廢水中所含污染物成分和危害性十分獨特。同時，由于工業(yè)門類繁多、生產(chǎn)性質(zhì)各種各樣，不同的工業(yè)廢水在廢水水量、污染物成分和濃度上差別也很大。城市污水是指生活污水和部分工業(yè)廢水混合后的廢水，具有量大、性質(zhì)和污染物成分相對穩(wěn)定的特點，城市污水一般都進入城市污水處理廠進行集中處理。在合流制排水系統(tǒng)中，城市污水還包括部分雨水。許多工業(yè)廢水由于性質(zhì)獨特(污染物濃度過高、污染物危害性大)，直接進入城市污水處理廠后將嚴重影響集中處理的效果，因此必須先進行預處理并達到一定的排放標準后才能排入城市污水處理系統(tǒng)。許多國家和地區(qū)對工業(yè)廢水進入城市排水管道提出了相應(yīng)的水質(zhì)標準，通常稱為“接管標準”。二、廢水的特性廢水的特性必須從其物理特性、化學組分、生物成分三方面來考慮。物理特性：廢水的物理特性主要包括濁度、顏色、氣味、嗅味、溫度、固體懸浮物濃度，放射性。化學組分：廢水的化學組分分為有機物、無機物二類。廢水中主要的有機物組分有：碳氫化合物、脂肪、油和潤滑脂、農(nóng)藥、酚、蛋白質(zhì)、表面活性劑等；主要無機物組分有：堿度物質(zhì)、酸度物質(zhì)、氯化物、重金屬、氮、磷、硫、有毒化合物。這些污染物在廢水中可以呈多種相態(tài)存在，其中氣體組分主要有硫化氫、甲烷和氧氣等。生物成分：廢水中主要生物成分是微生物，包括細菌、放線菌、真菌、藻類、原生動物和病毒等。這些微生物可能是原廢水帶來的，也可能是在廢水排放后孳生的，說明廢水本身有適合于微生物生存的各方面條件。微生物含量高的廢水適合于使用生物法處理。由于廢水性質(zhì)的復雜性、多樣性，實際工程中要徹底分析清楚廢水中所含的污染物成分及其含量是相當困難的。因此，我們常常根據(jù)各種污染物的污染特點，將其劃分為以下幾種主要類型：1,固體懸浮物。造成水的濁度和色度的主要組分。影響水的景觀和使用功能，使得管道和處理設(shè)備淤積、堵塞。廢水中常見的固體懸浮物有：泥沙、生物污泥、化學污泥等。2,有機污染物。包括天然和人工合成的有機高分子物質(zhì)如纖維素、蛋白質(zhì)、木質(zhì)素、淀粉、農(nóng)藥、有機合成染料等以及這些高分子物質(zhì)的中間體和生物代謝物質(zhì)如單糖、氨基酸、脂肪酸、醛類和酚類以及酮類等。許多有機污染物具有耗氧性質(zhì)，即在水體中被微生物分解而消耗大量的溶解氧，成為其污染的主要特征之一。3,植物營養(yǎng)素N、P。生活污水和許多工業(yè)廢水中含有大量的N、P物質(zhì)，如糞便污水、洗滌廢水和化肥及農(nóng)藥工業(yè)排水。它們是造成水體富營養(yǎng)化的直接而最重要的原因。4,重金屬。產(chǎn)生于采礦業(yè)、金屬品加工和農(nóng)藥生產(chǎn)等。其中，汞、鎘、鉛、鉻、砷危害最大，并稱“五毒”。重金屬在生物體內(nèi)能富積，并且不同的重金屬形態(tài)表現(xiàn)出不同的毒性。5,酸、堿。許多工業(yè)生產(chǎn)排放大量酸性和堿性廢水，典型的有：基本無機化學品(苛性堿、硫酸、鹽酸等)生產(chǎn)行業(yè)、電鍍加工、鋼鐵生產(chǎn)、造紙、采礦和微生物發(fā)酵等。酸、堿不僅造成設(shè)備和材料的腐蝕，而且妨礙廢水的生物處理，破壞水體的生態(tài)環(huán)境。6,石油類。不僅有害于水資源的利用，而且妨礙水體的復氧，對水生生物有相當大的危害。7,難降解的有機物。來自于有機合成工業(yè)，主要指有機氯化合物和多環(huán)有機化合物。由于生物難降解性質(zhì)，將導致在環(huán)境和生物體內(nèi)富集，并具有“三致”危害性。8,放射性物質(zhì)。主要來自于采礦業(yè)的排水和核電站的廢水，常見的放射性污染物有：鈾、釷、钚等。三、廢水的水質(zhì)指標在考慮或研究廢水處理的方法時，首要條件是全面掌握廢水的特性，包括物理特性、化學組分和生物成分。此外，為了控制和掌握廢水處理設(shè)備的工作狀況和處理效果，也必須定期對處理過程中的廢水水質(zhì)進行檢測。正如前面所提到的，要徹底分析清楚廢水的化學組分是相當困難的，尤其在是水質(zhì)的測定必須經(jīng)常性進行的情況下。這樣，通過長期的研究和實踐，人們確定了一些具有規(guī)范化的水質(zhì)測定方法和相應(yīng)的水質(zhì)指標。這些指標在較大程度上反映了廢水的性質(zhì)，并能用于在相當程度上反映廢水處理過程的本質(zhì)，測定方法在保證有效性的前提下應(yīng)力求簡便、快捷，以指導水污染控制工程實踐。如下是常用的廢水水質(zhì)指標：1，懸浮固體（SuspendedSolid，簡稱SS）揮發(fā)性懸浮固體是指在懸浮固體中600℃下灼燒所失去的重量，用它表示懸浮固體中的有機物更為合理。常用的懸浮固體單位是g/L或mg/L。由于水常常是流動的，水中的固體含量是指隨水流流動而不至于下沉的固體物。一般的廢水中溶解性固體量是非常低的，因此懸浮固體的量總能代表水中的總的固體物。假如讓流動的水靜止，其懸浮固體可能會要下沉。2，生化需氧量（BiologicalOxygenDemand,簡稱BOD）生化需氧量是指1L廢水中有機污染物在好氧微生物作用下進行氧化分解時所消耗的溶解氧，單位是mg/L。BOD即是對水中可生物降解有機成分的間接指標，也是進行生化反應(yīng)需氧量的直接反映，它是廢水生物處理中最重要的參數(shù)之一。由于微生物的降解作用較緩慢，廢水中有機物完全降解完畢需要大約20d左右的時間。因此，為實用起見，一般取5d所消耗的氧來作為指標，簡稱為BOD5。另外，由于溫度不一樣，微生物降解作用也不一樣，因此控制溫度為20oC。測定工業(yè)廢水的BOD5時，接種的生物菌種須經(jīng)馴化，或者說：測定不同廢水的BOD5需要接種適應(yīng)該工業(yè)廢水的微生物污泥或生物膜。在廢水中含有比較高的NH3濃度時，為防止硝化菌氧化NH3而消耗額外的氧，還需加NH3的抑制劑。在有毒物質(zhì)存在下BOD5的測定方法，除用螯合劑束縛有毒金屬，還可以連續(xù)攪動瓶中的液體，增加瓶內(nèi)的微生物濃度。有時還需要在測定裝置中添加適量的生物營養(yǎng)劑。3，化學需氧量(ChemicalOxygenDemand，簡稱COD)用強氧化劑(重鉻酸鉀或高錳酸鉀)在酸性條件下能將廢水中有機物徹底礦化，其中碳水化合物被氧化為H2O和CO2，此時所測定的氧(重鉻酸鉀或高錳酸鉀中的化合態(tài)氧)的消耗量即為化學需氧量。由重鉻酸鉀法測定得出的化學需氧量，簡稱為CODCr；由高錳酸鉀法測定得出的化學需氧量簡稱為CODMn或高錳酸鉀指數(shù)。其中，CODCr測定中使用硫酸銀作為催化劑。COD是間接反映廢水中相對強氧化劑為還原性的物質(zhì)的指標，包括幾乎所有的有機物和一些還原性無機物。如廢水中無機物很少，那么，COD反映的幾乎就是廢水中全部的有機物含量。由于強氧化劑對有機物的氧化作用比微生物的生物氧化作用更強烈和徹底，因此廢水的COD一般總是大于BOD值。對于生活污水BOD5和CODCr的比值大致為0.4～0.8，BOD5和CODCr的比值(B/C)大小常常被用來判斷廢水能否用好氧生物法來處理或者判斷用好氧生物法處理能夠進行到怎樣的程度。另外，該比值可以間接地衡量原廢水中生物毒性物質(zhì)含量的高低。由于生物需氧量的測定是在好氧條件下進行的，因此廢水的BOD指標對指導厭氧生物處理僅具有一定的參考意義。4，理論需氧量(TheoreticalOxygenDemand，簡稱THOD)如果廢水中的有機物能被寫出其分子式，那么就可以用相應(yīng)的完全氧化反應(yīng)方程來計算出對其完全氧化所需要的氧量的理論值，這便是理論需氧量。5,總需氧量TOD(TotalOxygenDemand)它是指在900oC下將廢水加以燃燒，使廢水中的有機物及部分無機物完全氧化所需氧量。這一指標目前很少使用。6，有機碳TOC(TotalOxygenCarbon)前面反映有機物濃度的指標BOD、COD雖說測定方法成熟、有效性好，但測定所花的時間較長：BOD5一般需5天，COD一般需加熱沸騰2h。另外廢水中的有機物濃度不高時測定的精度不高，為了快速測定廢水的有機物濃度，特別是廢水中含微量有機物的情況下，往往測定廢水的TOC值來反映有機物濃度。TOC測定過程中，廢水樣品在約950oC下高溫燃燒，用紅外線儀定量測出燃燒中所生成的CO2量，此時測得的碳的含量為廢水中的總碳(TC)含量?？偺贾邪袡C碳和以CO2和HCO3-形成存在的無機碳。如在高溫燃燒前，將廢水進行酸化曝氣，去除無機碳后用同樣的方法測定的廢水的含碳量即為總有機碳TOC。也可以將廢水先加熱至150oC，此時也只有無機碳轉(zhuǎn)變成CO2，此時用紅外線測定的含碳量為總無機碳TIC，TC-TIC=TOC。總有機碳的單位為mg/l，生活污水的TOC一般為100～350mg/l，其值略高于BOD5。7，營養(yǎng)物質(zhì)N、P有關(guān)氮的指標有：(1)有機氮，N-organ，主要指在蛋白質(zhì)、尿素、尿酸、氨基酸等有機物內(nèi)所含的氮，也包括偶氮和聯(lián)氮等。(2)氨氮NH3-N，指以NH3和NH4+形態(tài)存在的氮。(3)總凱氏氮TKN，指以-3價存在的氮。TKN=N-organ的一部分*+NH3-N*包括：蛋白質(zhì)、尿素、氨基酸等所含的氮，不包括偶氮、聯(lián)氮以及丙烯腈中的氮。(4)硝態(tài)氮NOx－N，指以NO2-和NO3-形態(tài)存在的氮(5)總氮TN，所有形態(tài)的氮的總和。有關(guān)磷的指標有：(1)有機磷P-organ，指在有機物中結(jié)合的磷，如合成洗滌劑和有機磷農(nóng)藥中的磷。(2)正磷PO43-－P指以PO43-或HPO42-，H2PO4-形態(tài)存在的磷。(3)聚合磷Poly－P，指以焦磷酸鹽P2O74-和聚合三磷酸鹽P3O105-等形態(tài)存在的磷。(4)總磷TP，所有形態(tài)磷的總和。有關(guān)氮磷的指標之所以重要，不僅因為N、P是水體富營養(yǎng)化的主要原因，而且氮磷也是廢水生物處理過程中的重要因素。另外，不同形態(tài)的氮磷也反映了廢水處理過程的不同階段。工業(yè)廢水因為缺乏必要的N、P將嚴重影響生物處理效果。在美國城市污水中總磷達到6～20mg/l，有機磷為2～5mg/l，無機磷為4～15mg/l。8，有毒物質(zhì)廢水中對人體健康或其它生物危害較大的有毒物質(zhì)往往需要單獨測定。常用的有毒物質(zhì)指標有：氰化物、甲基汞、砷化物、鎘、鉛、六價鉻、酚、醛。9，酸度及堿度酸度用pH來表示；堿度指水中HCO3-和CO32-的含量，一般以CaCO3的含量來計算。堿度的大小某種程度上也能反映pH的大小，當pHh堿度也小，pH大則堿度也大。廢水中堿度的高低還決定了廢水的緩沖性能強弱，對廢水處理有重要影響。如表3－1、3－2所示是我國于1998年1月1日實施的<污水綜合排放標準>的其中一部分。表3-1第一類污染物最高允許排放濃度(mg/L)(1997年12月31日之前建設(shè)的單位)序號污染物最高允許排放濃度1總汞0.052烷基汞不得檢出3總鎘0.14總鉻1.55六價鉻0.56總砷0.57總鉛1.08總鎳1.09苯并(a)芘0.0000310總鈹0.00511總銀0.512總α放射性1Bq/L13總β放射性10Bq/L表3-2第二類污染物最高允許排放濃度(mg/L)(1997年12月31日之前建設(shè)的單位)序號污染物適用范圍一級標準二級標準三級標準1pH一切排污單位6～96～96～92色度(稀釋倍數(shù))染料工業(yè)50180-其它排污單位5080-3SS采礦、選礦、選煤工業(yè)100300-脈金選礦100500-邊遠地區(qū)砂金選礦100800-城鎮(zhèn)二級污水處理廠2030-其它排污單位702004004BOD5甘蔗制糖、苧麻脫膠、濕法纖維板工業(yè)30100600甜菜制糖、酒精、味精、皮革、化纖漿粕工業(yè)30150600城鎮(zhèn)二級污水處理廠2030-其它排污單位30603005CODCr甜菜制糖、焦化、合成脂肪酸、濕法纖維板、染料、洗毛、有機磷農(nóng)藥工業(yè)1002001000味精、酒精、醫(yī)藥原料藥、生物制藥、苧麻脫膠、皮革、化纖漿粕工業(yè)1003001000石油化工工業(yè)(包括石油煉制)100150500城鎮(zhèn)污水處理廠60120－其它排污單位1001505006石油類一切排污單位1010307揮發(fā)酚一切排污單位0.50.52.08總氰化物電影洗片(鐵氰化合物)0.55.05.0其它排污單位0.50.51.09硫化物一切排污單位1.01.02.010氨氮醫(yī)藥原料藥、染料、石油化工業(yè)1550-其它排污單位1525-11磷酸鹽(P)一切排污單位0.51.0-12總銅一切排污單位0.51.02.013總鋅一切排污單位2.05.05.014總錳合成脂肪酸工業(yè)2.05.05.0其它排污單位2.02.05.015苯胺類一切排污單位1.02.05.0四、給水工程與排水工程的關(guān)系給水排水工程是城市建設(shè)的重要內(nèi)容，自來水廠、城市給水和排水管網(wǎng)、污水處理廠等是城市的基礎(chǔ)設(shè)施，也是水污染控制的重要手段。人們從江、河湖、海以及地下含水層中取得原水，經(jīng)過一定的凈化過程達到人們使用要求后輸送給各種用戶，此稱為給水工程；水經(jīng)過人們使用后被污染成為廢水，廢水經(jīng)過收集、處理后又重新回到天然水體，此稱為排水工程。給水工程和排水工程共同完成水的社會循環(huán)。過去由廢水排放造成的污染沒有今天這樣嚴重，加上過去原水的水質(zhì)、處理方法與廢水有很大的差別，因此人們傳統(tǒng)意識上對給水與排水、給水與污染控制關(guān)系的認識存在著較大的偏差。隨著全世界范圍內(nèi)出現(xiàn)日益嚴重的水污染、水資源短缺問題，人們在更大范圍、更高深度上認識到了給水與排水、給水與水污染控制之間的密切關(guān)系：由于廢水沒有得到妥善收集和處理，造成了天然水體的廣泛而嚴重的污染，世界上已經(jīng)很難找到十分清潔的原水，在許多地區(qū)的給水水源由于嚴重污染被迫棄用，污染的原水使得傳統(tǒng)的給水處理無法達到人們既定的水質(zhì)要求，自來水中含有大量對人體有害的污染物，給水工程前所未有地嚴重受到排水工程的制約。人們進一步認識到：應(yīng)該按照系統(tǒng)工程學的原理考察和分析給水與廢水的關(guān)系，水污染控制是給水和排水必須解決的共同任務(wù)；嚴重污染的原水類似于稀釋的廢水，過去在廢水處理上常用的處理方法不再屬于廢水處理所獨有，生物濾池、生物接觸氧化和生物硝化在給水中越來越廣泛地被使用。同時，人們認識到：廢水的根本起源在于給水，做好節(jié)約用水和水的回用工作是廢水的收集和處理的切實保證，也是減輕水體污染、保證給水處理出水水質(zhì)的必要前提。第二節(jié)水污染控制工程引述一、技術(shù)路線水污染是所有環(huán)境污染中最為重要的種類，對國民經(jīng)濟和人民生活的影響最為嚴重。水圈是自然界中四大循環(huán)圈之一，水是一切生命賴生存的基礎(chǔ)，對工業(yè)來說，水被喻為是不可缺少血液。水污染控制工程就是要妥善處理和處置人類活動中所產(chǎn)生的廢水，減少或消除對環(huán)境主要是水體的污染。水污染控制技術(shù)從技術(shù)路線大體可以劃分為二類：第一類是廢水中的雜質(zhì)在排入環(huán)境（主要指水體）以前，用物理、化學、物理化學或生化等方法去除掉。這就意味著必須建立污水處理廠或車間，配備一整套處理設(shè)施。對工業(yè)廢水來說，如何改進原有生產(chǎn)工藝，盡量減少水中污染物濃度和廢水量，也包括在這一類中。第二類是在受納水體環(huán)境容量容許下的前提下進行排放控制，確定排放形式、排放位置，利用自然界的水體自凈能力進行處理。第二類技術(shù)必須建立在兩個前提下：首先必須進行必要的預處理，一些重金屬和難降解的物質(zhì)不能直接排放，其次對受納水體的自凈能力及稀釋擴散條件必須要有充分的研究和掌握，通常必須做水力模型試驗。廢水的排江排海工程、濕地凈化系統(tǒng)、生態(tài)工程處理系統(tǒng)等就屬于這一類。隨著水資源的日益匱乏，在廢水處理領(lǐng)域也越來越強調(diào)水資源的回收利用，尤其是對濃度較高的水以及含貴重金屬材料的廢水。廢水的資源回收在第一類技術(shù)和第二類技術(shù)中都應(yīng)得到體現(xiàn)。二、廢水處理的方法和工藝水處理工程就是使用工程手段、建造工程設(shè)備和裝置來對水質(zhì)進行凈化處理，降低水中污染物或雜質(zhì)的含量，以滿足人們既定的使用要求和減少污水對環(huán)境的污染及危害。水處理方法及其設(shè)備多種多樣，但它們所起的作用不外乎兩個：分離和轉(zhuǎn)化，如物理方法和物化方法主要起分離作用，而化學方法以及生物方法主要起轉(zhuǎn)化作用。在水處理系統(tǒng)中，分離和轉(zhuǎn)化緊密關(guān)聯(lián)、互為因果。受其作用原理性質(zhì)的決定，每一種處理方法都有它適用的場合，如：物理法主要用于分離水中的不溶態(tài)顆粒物質(zhì)，在化工上稱為非均相分離；生物法主要用于轉(zhuǎn)化水中能夠被生物利用的溶解態(tài)和膠體態(tài)物質(zhì)；化學法采用中和、沉淀、氧化還原等改變水中污染物的性質(zhì)、存在形態(tài)等；物化方法主要用于水中離子和溶質(zhì)的分離。在實際的水處理工程中，各種水處理方法往往組合成一個完整的工藝系統(tǒng)來完成既定的水質(zhì)凈化目標，這種工作又稱為廢水處理工藝流程的確定。廢水性質(zhì)、廢水處理目標是處理方法的擇用和處理流程的確定的根本依據(jù)。對于城市污水的處理和原水的凈化，人們在長期的研究和工程實踐中積累了豐富的經(jīng)驗，因此處理方法的選擇和工藝流程的確定已經(jīng)比較成熟。工業(yè)廢水種類多、變化多，因此與城市污水的處理以及原水的凈化有很大的不同，處理方法的擇用和工藝的確定必須建立在大量試驗研究和工程實踐的基礎(chǔ)上，從不成熟到逐漸完善?？茖W技術(shù)的發(fā)展日新月異和人們對水處理的要求也是在不斷變化的，水處理方法和工藝處于不斷更新和完善之中。有些廢水處理方法是從傳統(tǒng)的給水處理中借鑒過來的，有些是從化學工程中借鑒過來的，而廢水的生物處理裝置在微生物學工作者看來簡直類似于大型發(fā)酵池。表3-3廢水處理方法一覽表分離法澄清法沉淀法澄清法浮選法離心法阻留法懸吸附法離子交換法膜法電滲析法反滲透法超濾法蒸餾法萃取法結(jié)晶法吹脫法轉(zhuǎn)化法化學法化學中和化學沉淀化學氧化化學還原生物法自然生物法活性污泥法生物膜法厭氧生物法圖3-1典型的給水處理工藝流程原水混凝沉淀過濾消毒供水圖3-2典型的城市污水處理工藝流程圖3－3對苯二酚含錳工業(yè)廢水處理工藝流程絮凝劑氨氣＋碳酸錳活性炭濃縮蒸發(fā)結(jié)晶硫酸錳產(chǎn)品廢水沉淀罐中和罐脫色釜過濾器復分解水洗碳酸錳產(chǎn)品復分解干燥熱分解二氧化錳圖3－4丙烯腈生產(chǎn)工業(yè)廢水處理工藝流程丙烯腈污水1＃集水池1＃中和池1＃事故池混凝氣浮池3＃集水池腈綸污水2＃集水池2＃中和池2＃事故池水解酸化池SBR反應(yīng)池生物活性炭濾塔陶粒壓濾器出水三、城市的廢水排放系統(tǒng)及污水量的估算。1，城市的廢水排放系統(tǒng)城市排水的對象除生活污水和工業(yè)廢水外，還包括大氣降水。各種廢水可以合并排放，也可以分開排放，從而構(gòu)成不同體制的排水系統(tǒng)：合流制排水系統(tǒng)和分流制排水系統(tǒng)。(1）合流制排水系統(tǒng)它是指將生活污水，工業(yè)水和雨水混合在同一管渠內(nèi)排除的系統(tǒng)。最早出現(xiàn)的合流制排水系統(tǒng)，是將所要排除的臟水不經(jīng)處理直接就近排水體，優(yōu)點是簡潔方便，但使水體遭到污染?，F(xiàn)在常采用的是截流式合流排水系統(tǒng)，這種系統(tǒng)對初期雨水可得到一定程度處理。歷史悠久的城市均具有其獨特的合流排水系統(tǒng)，如羅馬的排水渠，北京故宮的排水溝渠和江南地區(qū)的天井排水系統(tǒng)等。合流制排水系統(tǒng)的主要缺點是：大氣降水與生活污水以及工業(yè)廢水合并排放后造成廢水量過大，部分截留的合流制系統(tǒng)在雨天仍有部份合流污水直接排入水體，造成水體污染；合流制系統(tǒng)的廢水雨天、晴天的水質(zhì)和水量差異很大，妨礙了污水廠的有效運行。(2）分流制排水系統(tǒng)通常將生活污水與工業(yè)廢水合并，而與大氣降水分開排放的排水系統(tǒng)稱為分流制排水系統(tǒng)，分別構(gòu)成污水排水系統(tǒng)和雨水排水系統(tǒng)。分流制又分為完全分流制和不完全分流制兩種，完全分流制既有廢水排水系統(tǒng)又有雨水排水系統(tǒng)，而不完全分流制則是只有廢水排水系統(tǒng)而未建雨水排水系統(tǒng)，如城市發(fā)展初期多采用不完全分流制。采用分流制后，生活污水和工業(yè)廢水能得到徹底和有效的處理，但其缺點是初期雨水的直接排放對水體仍具有一定的污染。在工廠內(nèi)部和居民樓中，也存在排水的合流與分流概念。如工業(yè)企業(yè)根據(jù)產(chǎn)生的廢水性質(zhì)，實行清污分流，較清的對環(huán)境危害性較小的廢水可直接排入雨水排水系統(tǒng)，對于含有害物質(zhì)以及污染物濃度很高時，則必須在廠內(nèi)進行分流收集和局部處理，然后排入污水排水系統(tǒng)。居民樓中產(chǎn)生的污水有糞便污水和洗滌廢水之分，它們由不同的排水管排放到戶外，而糞便污水必須經(jīng)過預處理后才允許進入城市污水排水系統(tǒng)。(3）混合制排水系統(tǒng)許多城市由于歷史沿革或分期開發(fā)建設(shè)，其排水系統(tǒng)往往既有分流制又有合流制，這樣的排水體制稱為混合制。(4）區(qū)域排水系統(tǒng)兩個以上城鎮(zhèn)或地區(qū)的廢水通過統(tǒng)一收集和處理、排放的排水系統(tǒng)叫做區(qū)域（或流域）排水系統(tǒng)，以便能有效地進行控制和管理，屬于區(qū)域環(huán)境污染組合治理的重要組成。2，污水量的估算知道廢水量的大小是設(shè)計廢水排入處理系統(tǒng)的必要條件。廢水量與供水量有一定的相關(guān)性，但由于廢水產(chǎn)生的途徑各種各樣、廢水溝渠的滲漏以及人們對污水不自覺的偷排行為使得廢水量往往很難準確測量和計算。通常，可以通過調(diào)查供水量、用水人口規(guī)模、工業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量和產(chǎn)值以及在排污溝渠實地測量等方式來進行污水量的估算。(1)生活污水設(shè)計流量估算1)居民區(qū)生活污水設(shè)計流量估算計算公式：Q1=n.N.K總(L/s)(3－1)24×3600式中：n－設(shè)計污水量標準(L/人.d)，與給水量標準、衛(wèi)生設(shè)備設(shè)置、氣候條件和生活水平有關(guān)N－設(shè)計人口數(shù)(人)，與設(shè)計人口密度以及規(guī)劃排水面積相關(guān)K總－污水流量的總變化系數(shù)K總＝K時.K日K時－時變化系數(shù)，是最大時污水量與平均時污水量的比值K日－日變化系數(shù)，是一年中最大日污水量與平均日污水量的比值2)工廠內(nèi)生活污水設(shè)計流量估算計算公式：Q2=∑A.B.K總(L/s)(3－2)3600.T式中：A－生產(chǎn)車間最大班人數(shù)(人)B－車間生活污水量標準(L/人.班)。對于一般車間B取25L/人.班，對于高溫、臟車間B取35L/人.班。T－每班工作時間(h)K總－總變化系數(shù)，一般取2.5～3.53)工廠內(nèi)淋浴污水流量估算計算公式：Q3=∑C.D(L/s)(3－3)3600式中：C－生產(chǎn)車間最大班使用淋浴的人數(shù)(人)D－車間淋浴污水量標準(L/人.班)。對于一般車間D取40L/人.班，對于高溫、臟車間D取60L/人.班。T－每班工作時間(h)（2）工業(yè)廢水設(shè)計流量的估算計算公式：Q4=m.M.K總(L/s)(3－4)3600.T式中：m－生產(chǎn)每單位產(chǎn)品的平均排水量（m3）M－平均日產(chǎn)量T－每日生產(chǎn)時數(shù)(h)K總－總變化系數(shù)(3)雨水設(shè)計流量估算對于合流制排水系統(tǒng)，除估算生活污水和工業(yè)廢水流量外，還需要估算雨水設(shè)計流量。雨水設(shè)計流量的確定涉及到許多復雜因素，包括當?shù)氐慕涤炅?、暴雨特征、地形地貌、設(shè)計標準等等。如式3－5是小匯水面積上典型的雨水設(shè)計流量公式。Q5=167A1.Ψ(1＋ClgP)(L/s)(3－5)(t1＋mt2＋b)n式中：Q5－雨水設(shè)計流量(L/s)Ψ－匯水面積的徑流系數(shù)q－設(shè)計暴雨強度(L/s.ha)F－設(shè)計匯水面積(ha)P－暴雨強度設(shè)計重現(xiàn)期(年)t1－設(shè)計降雨歷時(min)t2－雨水在上游溝渠內(nèi)累積流行時間(min)m－延緩系數(shù)A1、C、b、n為地方性經(jīng)驗系數(shù)第三節(jié)水處理工程概論一、水的物理處理方法和設(shè)備水的物理處理方法借助物理學原理，對水中污染物主要起分離作用，處理過程中并沒有改變污染物的化學性質(zhì)和賦存形態(tài)。水的物理處理方法主要有：篩濾和阻留、重力沉降、浮選、離心。相應(yīng)的處理設(shè)備或單體構(gòu)筑物有：格柵或篩網(wǎng)、沉淀池或沉砂池、浮選池或氣浮池、離心機。1，篩濾和阻留廢水中往往含有大量的懸浮物，在廢水處理過程中也會形成大量的絮體或污泥，采用合適的處理方法與設(shè)備對這些懸浮物進行有效的分離不僅是廢水處理本身的需要(降低污染物濃度)，也是防止廢水處理設(shè)備和管道發(fā)生磨損、堵塞的根本需要。廢水的篩濾和阻留就是采用多孔介質(zhì)(格柵、網(wǎng)、纖維織物)和顆粒床層對水中所含的懸浮物或污泥絮體進行分離的一種物理處理方法。水的篩濾和阻留方法在水處理中被廣泛使用：給水處理中采用木制格柵阻留水源地原水中的大塊懸浮物(浮游植物、垃圾以及魚蝦等)；城市污水處理廠在泵站和沉砂池前設(shè)置各種規(guī)格的格柵以去除大塊懸浮物并保護污水泵和防止管道堵塞；屠宰廠和造紙廠廢水處理中在沉淀池前使用金屬篩網(wǎng)對廢水中毛發(fā)和纖維進行有效分離，并回收毛發(fā)與紙漿纖維；給水和廢水處理后期常采用砂濾池對水質(zhì)進行深度凈化等。另外，工業(yè)廢水的處理中使用微孔管進行固液分離也是篩濾和阻留的應(yīng)用。圖3－5篩濾和阻留設(shè)備示意圖(a)雙向流金屬篩網(wǎng)旋轉(zhuǎn)細格柵(b)普通砂濾池(c)機械格柵在城市污水處理中，最常用的篩濾、阻留設(shè)備是格柵。按照格柵的清渣方式，格柵分為人工格柵和機械格柵兩種。人工格柵一般應(yīng)用在廢水量較小、清污工作量不大的場合，大中型污水處理廠一般均使用機械格柵。在水處理中，格柵型式的選擇至關(guān)重要。按照格柵柵條間距大小，通常將格柵分為粗格柵和細格柵兩種基本類別。依據(jù)水處理工藝流程，格柵一般按照先粗、后細的原則進行設(shè)置。格柵柵條間距依據(jù)原廢水水質(zhì)來確定，同時也就決定了處理效果。分離后的柵渣含水率為80％左右，容重約為960kg/m3。城市污水處理中產(chǎn)生的柵渣含有較多有機物質(zhì)，容易腐化，必須及時收集和妥善處置。2，重力沉降重力沉降又稱為沉淀，其本質(zhì)是水中固體顆粒在重力的作用下通過沉降逐漸改變了原有的位置而沉到水底，從水中分離出來。(1)水中單個顆粒的沉降過程分析單個固體顆粒在水中受到三個力的作用：重力Fg、浮力Fb和粘性阻力Fd。由于固體顆粒密度ρs和水密度ρL的不同，在合力的作用下，顆粒向下作加速運動，而隨著速度的增加，F(xiàn)d也相應(yīng)增加，直到最后三力平衡，此時顆粒將作勻速運動：Fg＝Fb＋Fd=ρs.V.g (3－6)Fb＝ρL.V.g (3－7)Fd＝.A.(ρL.us2/2) (3－8)ρs.V.g－ρL.V.g＝.A.(ρL.us2/2)(3－9)式中：ρs－顆粒密度ρL－水的密度V－顆粒的體積A－顆粒的水平投影面積G－重力加速度－阻力系數(shù)us－顆粒在水中的運動速度在沉淀設(shè)備中，流體的雷諾數(shù)(Re)很低，流體基本處于層流狀態(tài)，在這種情況下，用CD＝24/Re代入牛頓方程，便得到了Stokes公式：v=d2.g(ρs－ρL)(L/s)(3－10)18μ式中：v－顆粒沉淀速度(m/s)d－顆粒直徑(mm)μ－水的動力粘度式3－10是表示單個球形顆粒在水中的沉速與一些因素關(guān)系的數(shù)學式，長期以來都作為固體顆粒在水中沉降的基本公式。但是，它包含有不可克服的局限性：如對顆粒的一系列理想假定，廢水中含有的固體顆粒是在大小、形狀、密度等方面都不相同的顆粒群，上述公式的推導條件和廢水的實際情況之間存在一定差距。Stokes公式表明，影響顆粒分離的首要條件是顆粒與水的密度差：當ρs<ρL時，v將為負值，即顆粒將上浮，v為上浮速度。因此，沉淀理論在原則上對上浮過程也是適用的。當ρs＝ρL時，v＝0，亦即顆粒既不下沉也不上浮，而真正“懸浮”于水中，這樣的固體顆粒是不能用自然沉淀或自然浮選法去除的。其次，從公式3－10中還可知：沉速v與顆粒直徑d的平方成正比、與水的粘度系數(shù)μ成反比，而μ隨水溫的升高而降低。因此，加大顆粒的直徑和提高水溫將有助于顆粒的沉降。同時，提高水溫可降低水的密度，也可以加速顆粒的沉淀。(2)水中懸浮固體的沉淀類型水中懸浮固體的沉降是無數(shù)固體顆粒沉降的宏觀集合。根據(jù)水中可沉顆粒的性質(zhì)、凝聚性能的強弱以及粘度的高低，懸浮固體的沉淀可分為四種類型。=1\*GB3①自由沉淀又稱為離散沉淀。水中固體顆粒的濃度低，而且不具有凝聚性，在沉淀過程中固體顆粒不改變形狀、尺寸，也不會相互結(jié)合，而是各自獨立地完成沉淀過程。城市污水處理中懸浮固體在沉砂池和初沉池的初期的沉淀即屬于此類。自由沉淀符合Stokes公式。=2\*GB3②絮凝沉淀水中的懸浮固體濃度不高，但具有凝聚性質(zhì)，在沉淀過程中顆粒之間相互結(jié)合成更大的顆粒或絮體，沉淀過程中其沉速是變化的(逐漸加快)。城市污水處理中懸浮固體在初沉池的后期和二沉池的初期的沉淀即屬于此類型。=3\*GB3③集團沉淀也稱為成層沉淀或受阻沉淀。當水中懸浮顆粒的濃度提高到一定程度后，每個顆粒的沉降將受到周圍顆粒的干擾，沉速有所降低。如顆粒濃度進一步提高，則顆粒之間的影響加劇，造成沉速大的顆粒也無法先行沉降。在聚合力的作用下，顆粒群成稱為一個整體各自保持相對不變的位置共同下沉。水與顆粒群之間形成清清晰的界面，顆粒的沉淀實際上宏觀表現(xiàn)為這個界面的沉降?；钚晕勰嘣诙脸氐暮笃谝约皾饪s池的前期的沉淀即屬于此類型。=4\*GB3④壓縮沉淀水中懸浮顆粒的濃度很高，固體顆粒之間相互接觸、支撐，在上層顆粒的重力作用下，下層顆粒間隙的水被擠出，成為上清液，沉淀下來的污泥得到濃縮。圖3－6各種沉淀的發(fā)生區(qū)域 0％固體自由沉淀區(qū)絮凝沉淀區(qū) 成層沉淀區(qū) 0％固體壓縮沉淀區(qū) 強絮凝顆粒分散顆粒(3)理想沉淀池的概念和淺層沉淀原理在分析懸浮固體在沉淀池內(nèi)的沉淀規(guī)律時常常提出理想沉淀池的概念，由此推斷沉淀分離效果，并指導沉淀池的設(shè)計。理想沉淀池的假定條件有如下幾點：=1\*GB3①污水進入沉淀池后，懸浮固體沿進水區(qū)的過水斷面上均勻分布；=2\*GB3②顆粒的水平流速v相同；=3\*GB3③顆粒以等速u沉降；=4\*GB3④顆粒一旦沉到污泥區(qū)，便不再上浮圖3－7理想沉淀池模式圖當某一固體顆粒進入沉淀池后其運動軌跡為水平方向水流速度v和垂直方向沉淀速度u的矢量和。圖中u0是顆粒的最小沉淀速度或稱為臨界沉速，即：在既定的沉淀時間內(nèi)位于進水區(qū)水面上的顆粒恰好沉降到污泥區(qū)與出水區(qū)的交界處。從顆粒沉淀軌跡分析可知：v/u0＝L/H。從圖3－7中可以看出：沉速≥的顆粒在沉淀過程中全部沉降到污泥區(qū)被去除；沉速<u0的顆粒在沉淀時間內(nèi)只有部分地沉降到污泥區(qū)被去除，其去除的比例和u的高低、該顆粒在進水區(qū)水流斷面上的位置(高度)有關(guān)：u越大、顆粒在進水區(qū)越接近水面，則其被去除的比例就越高。理想沉淀池的總沉淀效率計算公式如下：η=(1－P0)＋1∫uoudP(%)(3－11)uo0式中：η－總沉淀效率(％)P0－沉速小于u0的顆粒在全部懸浮顆粒中所占的質(zhì)量百分比(％)u－小于u0的沉速(m/s)dP－沉速小uo的顆粒在Po中占有的質(zhì)量百分比(%)在沉淀池設(shè)計中，通常將單位表面積的沉淀池所通過的水量稱為沉淀池的表面負荷率q0。即：q0＝Q/A式中：Q－污水流量(m3/h)A－沉淀池表面積(m2)從理想沉淀池的分析可知：q0＝Q/A＝u0.A/A=uo因此，q0和u0是數(shù)值上相等、物理概念和單位不同的兩個參數(shù)。從理想沉淀池的基本模型可知：在其它條件和設(shè)計參數(shù)不變的情況下，將沉淀池沿深度方向上分成n格變成n個淺層沉淀池，顆粒的沉淀深度變?yōu)樵瓉淼?/n，沉淀池的表面積增加到原來的n倍，則：在保證沉淀效率不變的情況下，沉淀池的處理流量可以提高到原來的n倍；在相同的處理流量下，沉淀效率可以提高。也就是說：沉淀池的工作能力與沉淀池的表面積成正比，與沉淀池的沉淀深度成反比，淺層沉淀池可以獲得更高的處理能力和更好的處理效果，這就是淺層沉淀池概念的本質(zhì)所在。(4)沉淀池類型和強化沉淀效率的途徑根據(jù)沉淀池內(nèi)的水流方向，沉淀池通常有：平流沉淀池、豎流沉淀池和輻流沉淀池三種基本型式。如圖3－8所示。圖3－8沉淀池的水流方向(a)平流(b)豎流(c)輻流平流沉淀池和豎流沉淀池一般適用于中小處理水量的場合，其中豎流沉淀池具有占地少、深度大的特點，應(yīng)用于地質(zhì)情況較好、地下水位較低的地區(qū)；大中型污水廠則廣泛采用輻流沉淀池。另外，根據(jù)淺層沉淀池的原理在沉淀池內(nèi)設(shè)置斜管或斜板構(gòu)成斜管或斜板沉淀池。沉淀池的排泥也有重力排泥、泵吸排泥等不同的方式；有些沉淀池還設(shè)有機械驅(qū)動設(shè)備(中心驅(qū)動和周邊驅(qū)動)以帶動池表面的刮渣板和池底的刮泥板。圖3－9機械刮泥輻流沉淀池圖3－10豎流沉淀池設(shè)計沉淀池的進水、出水區(qū)域時，應(yīng)該注意防止水的短流、偏流和沉淀池內(nèi)出現(xiàn)死角以及防止已經(jīng)沉降的懸浮顆粒重新泛起，以保證較高的沉淀效率。采取的措施有：對進水進行導流和整流，如采用淹沒潛孔、穿孔墻、導流筒和導流窗進水等；出水采取平口堰或鋸齒堰出水，加大出水堰長度，降低堰口單位長度的過流量和過流速度。如池面有浮渣，在出水堰前通常還需要增加浮渣圍擋板，以保證出水質(zhì)量。進水口和出水口之間的距離宜盡可能加大，通常采取長寬比(L/B)進行控制。圖3－11沉淀池溢流堰和淹沒潛孔出水示意圖(a)平口溢流堰(b)鋸齒溢流堰(c)淹沒潛孔平口出水堰圖3－12豎流式初沉池出水平口堰及出水槽平口出水堰排渣口出水槽圖3－13輻流初沉池淹沒擋板式出水槽和排渣口排渣口出水槽淹沒擋板圖3－14沉淀池鋸齒溢流堰淹沒擋板鋸齒堰(a)輻流二沉池鋸齒堰鋸齒堰（b）自來水廠斜管沉淀池鋸齒堰3，浮上(1)浮上法的基本概念和原理在水處理中，往往可借助于水的浮力，使水中不溶態(tài)的污染物浮水面，然后予以撇除，從而達到凈化廢水、回收有用物質(zhì)的目的，這種方法稱浮力浮上法。根據(jù)被分離污染物的親水性強弱、密度大小，浮力浮上法又可分為自然浮上和氣泡浮上（簡稱“氣浮”）法和藥劑浮選法。自然浮上法主要是用于分離粒徑大于50μm的油粒，常見的處理裝置為隔油池。在斜板隔油池中，油滴上浮到斜板的內(nèi)表面并聚結(jié)形成油膜，然后在靜壓的作用下油膜沿斜板向上運動到出口，達到與水分離的目的。由于斜板的存在縮短了油粒上浮的距離、增加了分離面積(類似于淺層沉淀池原理)。圖3－15斜板隔油池氣泡浮上法（氣?。┚褪窍驈U水中通入空氣，產(chǎn)生足夠多、高度分散的細小氣泡，使得水中懸浮顆粒和氣泡相結(jié)合并強制性上浮而達到凈化水質(zhì)的目的。溶氣氣浮是氣浮法的重要類型，優(yōu)質(zhì)的溶汽水外觀如同稀牛奶，是水中懸浮固體上浮的良好載體。氣浮的先決條件是污染物必須是疏水性的，而水中某些懸浮固體屬于親水性的(如重金屬絮體)，在氣浮之前需要進行必要的預處理，其中親水性的細小油粒加入如硫酸鋁、三氯化鐵等混凝劑來壓縮油粒雙電層以形成較大的絮體；重金屬離子只有在投加浮選藥劑把親水性污染物變?yōu)槭杷晕廴疚锖?，才能粘附在氣泡上，然后浮升至水面加以去除。浮選劑還有增加氣泡密度和穩(wěn)定性的作用，通常把投加浮選劑與氣浮相結(jié)合的方法稱“藥劑浮選法”。浮選劑多數(shù)由兩親分子(含有極性基和非極性基)所組成，如硬脂酸、苯磺酸鹽等表面活性劑；松香油、石油和煤油等。疏水性物質(zhì)(如乳化油)也會吸引兩親分子，由于雙電層的作用以及水化作用而呈現(xiàn)穩(wěn)定的體系，被稱為乳化現(xiàn)象。此時，應(yīng)加入破乳劑進行破乳，常用的無機混凝劑可以作為破乳劑。應(yīng)用實例：某機床廠排放大量乳化液，COD高達5000mg/L左右，采用鹽析－混凝法破乳，藥劑有氯化鈉、氯化鋁和氯化鈣，單獨使用氯化鈉、氯化鋁和氯化鈣時出水COD分別為1057mg/L、524mg/L和1070mg/L，而采用復合混凝劑(堿式氯化鋁＋明礬＋PAM)后可以將出水COD降低到400mg/L以下，并且混凝劑用量大大減少。乳化液配方越來越復雜，除潤滑油外還含有防銹、防腐與增溶等成分，因此選用復合混凝劑效果更佳。(2)氣浮法類型和系統(tǒng)氣浮根據(jù)氣泡的產(chǎn)生方式可以分為電解氣浮、分散空氣氣浮和溶氣氣浮三種。電解氣浮：通過電解作用在兩極產(chǎn)生大量的氣泡(氧氣、氫氣等)。電解氣浮具有氣泡細小、水力狀態(tài)穩(wěn)定的特點，特別適用于結(jié)構(gòu)松散的污泥絮體的氣浮(如金屬氫氧化物的礬花)。分散空氣氣?。和ㄟ^微孔板將空氣分散于水中，優(yōu)點是裝置簡單、維護容易，但：氣泡較大、上升速度快(與固體顆粒的接觸時間短、接觸面積小)、水力紊動大，不適用于結(jié)構(gòu)松散的絮體分離。溶氣氣浮是將空氣在一定壓力下溶解于水，并達到過飽和的狀態(tài)，然后讓其減壓釋放出來，形成氣泡。此類氣浮使用極為廣泛，是目前采用的主要方法。優(yōu)點：氣泡微小、大小均勻、密度高；氣泡上升速度慢，水力狀況穩(wěn)定，特別適用于松散和細小的懸浮顆粒分離。圖3－16電解氣浮裝置=1\*GB3①進水=2\*GB3②整流=3\*GB3③電極=4\*GB3④出渣=5\*GB3⑤分離=6\*GB3⑥集水=7\*GB3⑦出水=8\*GB3⑧排泥=9\*GB3⑨刮渣=10\*GB3⑩水位調(diào)節(jié)圖3－17分散空氣氣浮裝置圖3－18溶氣氣浮裝置在溶氣氣浮系統(tǒng)中，加壓溶氣氣浮法的應(yīng)用最廣泛。溶氣水的制作可以通過溶氣罐或高效射流器實現(xiàn)。(3)氣浮法處理污水的特點=1\*GB3①能夠有效地分離那些不能或難于沉淀的懸浮固體，如紙漿纖維、羊毛脂、油污、膨脹的活性污泥以及低濁含藻的水質(zhì)。=2\*GB3②氣浮池的表面負荷率可達到12m3/m2.h，較一般沉淀法大得多(沉淀池僅為：1.0～3.0m3/m2.h)；停留時間為0.5h以內(nèi)(沉淀池為1～3h)，因此池子的基建投資小、占地少，在用地緊張的場合下較適用。=3\*GB3③氣浮后，污泥的含水率低，一般為97％以下，污泥中氧含量較高，不易腐化。=4\*GB3④工藝過程復雜，操作繁瑣且要求高，電耗導致運行費用較高。二、水的化學處理方法和設(shè)備水的化學處理方法主要有：化學混凝、化學中和、化學沉淀、化學氧化和化學還原。相應(yīng)的處理設(shè)備或單體構(gòu)筑物有：混凝反應(yīng)裝置、中和池、化學沉淀和氧化還原槽等。1，化學混凝(1)化學混凝的基本概念和原理化學混凝法的主要處理對象是水中的膠體污染物。膠體污染物是水中污染物的重要組成，但由于其穩(wěn)定性而難于從水中分離。造成膠體穩(wěn)定性的原因主要有：膠體的布朗運動、顆粒之間的靜電斥力以及顆粒表面的水化作用。大顆粒的懸浮物如泥沙，每一顆粒從各不同方向受到水分子同時撞擊的次數(shù)很多，各方向的撞擊力可以平衡抵消，且因顆粒大，能在重力作用下自然下沉。而膠體微粒尺寸很小，同時受到水分子撞擊次數(shù)較少，各方向撞擊力平衡抵消的幾率小受重力影響甚微，致使微粒在水中無規(guī)則的高速運動，并趨于分散狀態(tài)，這種運動便是布朗運動。布朗運動增加了顆粒之間的碰撞，但這種碰撞由于顆粒之間的靜電斥力存在而無法使顆粒結(jié)合。盡管整個膠體溶液一般不顯電性，但膠體顆粒之間卻存在著靜電斥力，這是由膠體的雙電層結(jié)構(gòu)所決定的。使得水中膠體脫穩(wěn)的常見做法在于降低膠體表面荷電和壓縮膠體表面的雙電層，而化學混凝方法是一個理想的選擇?；瘜W混凝通過降低膠體表面電荷和壓縮雙電層，使得膠體微粒發(fā)生凝聚；對于高分子混凝劑還可以通過吸附架橋以及沉淀網(wǎng)捕使得凝聚后的微粒進一步“長大”而形成較大的絮體(此過程稱為絮凝)，由此加速污染物的分離。(2)化學混(絮)凝劑在水處理中能夠起混凝作用的化學藥劑非常多，按其成分可以劃分為無機混凝劑和有機混(絮)凝劑兩種，按分子量大小有常規(guī)低分子混凝劑和高分子混凝劑。常用的無機低分子混凝劑有：硫酸鋁、氯化鋁、硫酸亞鐵、三氯化鐵、生石灰等；常用的無機高分子混凝劑有：聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵、聚合硫酸鋁鐵等；常見的天然高分子絮凝劑有：淀粉、殼聚糖、海藻酸鈉、纖維素和木質(zhì)素等；常用的合成有機高分子絮凝劑有：聚丙烯酰胺、聚丙烯酸鈉等。在水的化學混凝中，往往將多種混(絮)凝劑聯(lián)合使用，來促進混凝效果和加速混凝過程，其中起輔助作用的稱為助凝劑。助凝劑的作用主要有：改善或調(diào)節(jié)混凝條件；改善絮體結(jié)構(gòu)。石灰和有機高分子絮凝劑在許多情況下都起到助凝作用。表3－4常用的無機水處理混凝劑基本情況類別藥劑名稱分子式符號無機高分子鋁鹽聚合氯化鋁[Al2(OH)nCl6-n]mPAC聚合硫酸鋁[Al2(OH)n(SO4)3-n/2]mPAS鐵鹽聚合氯化鐵[Fe2(OH)nCl6-n]mPFC聚合硫酸鐵[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]mPFS無機低分子鋁鹽三氯化鋁AlCl3·6H2OAC硫酸鋁Al2(SO4)3·nH2OAS明礬(硫酸鋁鉀)K2SO4Al2(SO4)3·24H2OKA鐵鹽氯化鐵FeCl3·nH2OFC硫酸亞鐵FeSO4·7H2O硫酸鐵Fe2(SO4)3·12H2OFS氯化綠礬FeCl3+Fe2(SO4)3其它氯化鋅ZnCl2ZC硫酸鋅ZnSO4ZS氧化鎂MgO碳酸鎂MgCO3硫酸鎂MgSO4表3－5常用的有機水處理混(絮)凝劑基本情況類別陰離子型陽離子型非離子型天然高分子淀粉類玉米粉、糊精蛋白質(zhì)類明膠（堿性）明膠（酸性）骨膠藻類海藻酸鈉多聚糖類香葉、楠木葉、白膠粉羧甲基纖維基（CMC）纖維衍生物改性淀粉及淀粉衍生物堿性淀粉、羧甲基淀粉、二甲基淀粉改性陽離子淀粉、淀粉與聚丙烯酰胺的聚合體聚合型、縮合型、縮聚合型聚丙烯酸鈉、聚丙烯酰胺的部分水解物、聚丙烯腈的部分水解物、醋酸乙烯與無水馬來酸聚合體聚丙烯酰胺及衍生物、聚丙烯酸羧甲基胺及第四級胺鹽、聚丙烯酰胺的陽離子衍生物、聚乙烯聚丙烯酰胺（高聚合度）水溶性尿醛樹脂、聚氧化乙烯在無機混凝劑中，聚合硫酸鐵(簡稱為聚鐵)具有許多獨特的優(yōu)點，如：聚鐵的立體聚合結(jié)構(gòu)，在水解時很快形成多核心與分支的水解產(chǎn)物，其分支分別附在幾個污染物膠粒表面的活性空位上而形成絮團，聚鐵絮凝物比鋁鹽絮體重沉降速度快（一般可達0.5～0.8mm/s）；適應(yīng)的pH值范圍廣(4～11)；對水中重金屬離子(錳除外)有明顯的去除效果；不僅能有效的去除水中懸浮物，而且同時能去除水中COD、BOD、色度、硫化物惡臭等；對廢水中乳化油有良好的破乳效果和去除效果；對設(shè)備的腐蝕性較三氯化鐵小得多；制造工藝簡單，而且原料可用廢酸和廢鐵制成，達到以廢治廢，綜合利用的目的；價格便宜，性能穩(wěn)定，便于貯存，液體聚合硫酸鐵有效期兩年不分層，不產(chǎn)生沉淀，效率也不降低；污泥具有良好的脫水性能。由于上述特點，使得聚鐵在水處理中被廣泛應(yīng)用。在合成有機高分子絮凝劑中，聚丙烯酰胺（PAM）使用范圍最廣泛。聚丙烯酰胺絮凝劑是由丙烯酰胺聚合而成的有機高分子聚合物，無色、無味、無臭、易溶于水，沒有腐蝕性。聚丙烯酰胺在常溫下比較穩(wěn)定，高溫、冰凍時易降解，并降低絮凝效果，故其貯存與配制投加時，溫度不得超過65℃，室內(nèi)溫度不得低于2℃。聚丙烯酰胺分子量一般為1.5×106～6×106。聚丙烯酰胺產(chǎn)品按其純度來分，有粉劑和膠體兩種。粉劑產(chǎn)品含聚丙烯酰胺92%，膠體產(chǎn)品含聚丙烯酰胺8～9%。按離子型分，PAM有陽離子型、陰離子型和非離子型。陽離子型一般毒性較強，主要用于工業(yè)用水和有機質(zhì)膠體多的工業(yè)廢水；陰離子型是水解產(chǎn)品，由非離子型改性而來，它帶有部分陰離子電荷，可使這種線型聚合物得到充分伸展，從而加強了吸附能力，適用于處理含無機質(zhì)多的懸浮液或高濁廢水。表3－6常用的無機水處理助凝劑基本情況類別名稱分子式助凝劑PH及堿度調(diào)整劑硫酸H2SO4鹽酸HCl二氧化碳CO2氫氧化鈉NaOH碳酸鈉Na2CO3消石灰Ca(OH)2硅酸鈉Na2O·nSiO2·xH2O絮凝體加重劑膨潤土Al2O3·nSiO2碳黑C高嶺土Al2O3·2SiO2·2H2O酸性白土Al2O3·nSiO2粉煤灰Al2O3+SiO2絮凝體形成助劑活性硅酸SiO2海藻酸鈉(C5H7O4·CONa)n其他藥劑氧化劑液氯Cl2漂白粉Ca(ClO2)CaCl2·2H2O次氯酸鈉NaClO·nH2O臭氧O3還原劑亞硫酸氫鈉NaHSO3硫酸亞鐵FeSO4離子吸附及交換劑活性碳C沸石Al2O3·SiO2離子交換樹脂R-SiO3H·R-NH2活化煤CHO污泥脫水劑三氯化鐵+消石灰FeCl3+Ca(OH)2(3)化學混凝的控制條件混凝過程是混凝劑與水及膠體和細微懸浮物之間相互作用的復雜過程?；瘜W混凝過程與效果受到多種因素的影響，因此必須科學的控制混凝條件。影響混凝的因素主要有：原水水質(zhì)、水溫、pH、攪拌、藥劑選用與投加等。原水水質(zhì)：原水濁度過高或過低都不利于混凝，濁度不同所需的藥劑用量也不同。原水中共存雜質(zhì)的存在能促進混凝過程。比如除硫、磷化合物以外的其他各種無機金屬鹽，都能壓縮膠體粒子的擴散層厚度，促進膠體凝聚。而且濃度越高，促進能力越強，并可使混凝范圍擴大。而有些物質(zhì)則會不利于混凝的進行，如磷酸離子、亞硫酸離子和高級有機酸離子會阻礙高分子絮凝作用。另外，氯、螯合物以及水溶性高分子物質(zhì)和表面活性物質(zhì)都不利于混凝。水溫：水溫會影響無機鹽類的水解，水溫低，混凝藥劑水解反應(yīng)慢，而且水的粘度增大，布朗運動減弱，混凝效果下降，所以一般冬天藥劑的用量要比夏天多。但溫度也不是越高越好，當溫度超過90℃時，易使高分子絮凝劑老化或分解生成不溶性物質(zhì)，反而降低混凝效果，水溫一般20～30℃為宜。pH值：pH值的高低不但直接影響著污染物存在的形態(tài)和表面性質(zhì)(帶電性質(zhì)和電荷密度)，而且影響著藥劑的水解平衡及產(chǎn)物的存在形態(tài)和存在時間。以鐵鹽和鋁鹽藥劑為例，pH不同生成水解產(chǎn)物不同，混凝效果亦不同，且水解過程中不斷產(chǎn)生H+，導致pH值下降，因此常常需要添加堿性物質(zhì)與之中和。有機高分子絮凝劑因離解過程同時產(chǎn)生H+和OH－，一般受pH值的影響很小。攪拌：混凝時的攪拌速度和時間不僅影響物質(zhì)之間的接觸、反應(yīng)，并且將影響形成的絮體大小和結(jié)構(gòu)。攪拌強度常用速度梯度G來表示。在混合階段要求混凝劑與廢水迅速均勻的混合，為此攪拌強度要大，但時間要短，通常認為G應(yīng)在500～1000秒－1，攪拌時間t應(yīng)小于２分鐘；而在反應(yīng)階段，既要創(chuàng)造足夠的碰撞機會和良好的吸附條件讓絮體有足夠的成長機會，又要防止生成的絮體被打碎，因此攪拌強度要小，但時間要長，相應(yīng)的G和t值分別應(yīng)在20～70秒－1和15～30分鐘。藥劑的選用和投加：混凝劑投加量過大或過小都不利于污染物的凈化，同時藥劑投加量和水中污染物含量關(guān)系密切。藥劑的選擇主要取決于膠體和細微懸浮物的性質(zhì)和濃度。如果水中的污染物主要呈膠體狀態(tài)，且ξ電位較高，則應(yīng)投加無機混凝劑使其脫穩(wěn)凝聚，如絮體細小，還需投加高分子絮凝劑或配合使用活性硅酸等助凝劑。在很多情況下，將無機混凝劑與高分子絮凝劑并用，可使混凝效果明顯提高，擴大應(yīng)用范圍。高分子絮凝劑選用的基本原則是：陰離子和非離子型主要用于去除濃度較高的細微懸浮物，但前者更適于中性和堿性水質(zhì)，后者更適于中性和酸性水質(zhì)，陽離子型主要用于去除膠體狀有機物，pH值為酸性至堿性均可。如果絮凝對象的ξ電位較高，則應(yīng)優(yōu)先選用電性相反的離子型絮凝劑。藥劑投加量除與水中微粒種類、性質(zhì)、濃度有關(guān)外，還與藥劑品種、投加方式及介質(zhì)條件有關(guān)。對任何廢水的混凝處理，都存在最佳藥劑和最佳投藥量的問題，應(yīng)通過試驗確定。當使用幾種藥劑時，應(yīng)通過試驗來確定其最佳的投加順序。一般來說，當無機藥劑與有機藥劑并用時，先投加無機藥劑，再投加有機藥劑，但當處理的膠粒在50μm以上時，常先投加有機藥劑吸附架橋，再加無機藥劑壓縮擴散層而使膠體脫穩(wěn)?；瘜W混凝傳統(tǒng)上主要由于給水的除濁，隨后在廢水處理中被廣泛使用，可以說：在原廢水的除濁和脫色方面化學混凝是簡便、高效的首選方法。如味精廢水的混凝法預處理中通過投加聚丙烯酸鈉可以迅速地將原廢水中的SS和COD以及硫酸根分別降低60％、45％和30％；在堿性染料廢水的混凝處理中通過投加硫酸亞鐵和生石灰可以將廢水色度降低80％左右；在濕法腈綸廢水的混凝處理中通過投加聚合硫酸鐵可以將廢水的COD和TKN降低25％和18％。(4)化學混凝的裝置和設(shè)備圖3－19常用的混凝劑投藥裝置苗嘴投藥和計量裝置泵前加藥裝置(c)水射器加藥裝置圖3－20常用的混合與反應(yīng)裝置隔板反應(yīng)池機械攪拌反應(yīng)池穿孔墻穿孔墻攪拌槳圖3－21臥式攪拌裝置和穿孔墻攪拌槳2，化學中和與沉淀工礦業(yè)生產(chǎn)中往往產(chǎn)生大量的酸堿廢水，如金屬酸洗廢水和味精發(fā)酵廢水以及鐵礦采礦排水都是典型的酸性廢水，而造紙廢水則是典型的堿性廢水。酸堿廢水除pH偏離常值外，還同時含有大量其它污染物質(zhì)，酸堿廢水處理中除采用中和法使得pH值達標外，還應(yīng)該使得其它污染物也得到有效的凈化。常見的酸性廢水中和藥劑有氫氧化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉、電石渣、生石灰、石灰石、白云石等；常見的堿性廢水中和藥劑有“三酸”、煙道氣、二氧化硫等。由于廢水量大，中和藥劑的選用應(yīng)力求經(jīng)濟，以降低廢水處理費用，如在酸性廢水中和處理時，經(jīng)常采用生石灰、石灰石和白云石這類價廉物美的中和藥劑，其中以石灰應(yīng)用最廣,它可同時起到中和與混凝作用,其價格便宜,來源廣,處理效果好,幾乎可以使除汞以外的所有重金屬離子共沉除去。如圖3－22所示是酸性電鍍廢水處理中常用的中和系統(tǒng)：圖3－22酸性電鍍廢水中和處理裝置(a)中和濾塔(b)中和滾筒在廢水的化學法處理