水污染控制(第1、第2章)

第一讲水污染控制工程第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

主要内容第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。1.1水资源及其循环

2.水的特性

水是常温下无色、无味、无臭的透明液体；水的密度在3.98℃时最大，为1g/cm3，高于或低于此温度时，其密度都小于该值；水有很大的介电常数，溶解能力极强，是一种很好的溶剂；水是一种很弱的电解质，在特定温度下，水有固定的离子积常数，K=[H+]×[OH-]；该常数随温度升高而增长。

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。（北方缺水）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天然水之内的杂质及对水质的影响悬浮物质泥沙、粘土使水浑浊、产生粘泥藻类及原生动物产生色度、臭味、浊度和粘泥细菌致病、产生粘泥、腐蚀其他不溶物质产生沉积胶体物质溶胶（如硅胶）致使结垢高分子化合物使水浑浊、产生吸附和沉积直径约在10-4mm以上的微粒，主要有泥沙、粘土、原生动物、藻类、细菌及高分子有机物等。直径约在10-4—10-6mm间的微粒，是许多分子的集合物，主要是铁、铝、硅的化合物和腐殖物等。天然水中的杂质及对水质的影响溶解物质碳酸盐产生碱度、硬度硫酸盐产生硬度钠盐产生硬度、腐蚀和气味产生碱度盐类产生含盐量气体产生盐类、气味钙镁盐氯化物碳酸盐硫酸盐氯化物氟化物过量会致病铁盐及锰盐产生气味、硬度和腐蚀金属产生腐蚀产生腐蚀和酸度产生腐蚀、酸度和臭味氧二氧化碳硫化物有机物分解气体物污染水体物理指标1.悬浮固体：悬浮于水中的固体物质，SS，mg/L；2.溶解性总固体：溶于水的各种无机物质和有机物质的总和，TDS，mg/L；3.浊度：悬浮物和胶体物质使水产生的浑浊度，NTU（1L水中含有1mgSiO2所构成的浊度为一个标准浊度单位，简称1度）；4.淤积密度指数：代表水中颗粒、胶体和其他能阻塞各种水净化设备的物体含量，SDI；物理指标5.电阻率：电极截面积为1cm2，两电极之间的距离为1cm时的电阻，ρ,单位Ω*cm；6.电导率：单位距离上的电导，表示水中电离性物质的总数，κ,单位S/cm；7.EC值：可用来测量液体肥料或种植介质中的可溶性离子浓度。单位mS/cm，测量温度通常为25℃。正常EC值在1-4mS/cm。基质中可溶性盐含量(EC值)过高，可能会形成反渗透压，将根系中的水分置换出来，使根尖变褐或者干枯。化学指标1.pH：表示水中酸、碱的强度；2.硬度：水中由于加热过程蒸发浓缩，容易形成水垢的金属离子的总浓度；通常情况下指水中Ca2+、Mg2+的总量，单位mmol/L，mg/L（CaCO3|CaO）；3.总含盐量：表示水中所含盐类的数量，也就是水中全部阳离子和阴离子的总量，又称矿化度，单位mg/L；4.化学需氧量：在一定的条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量，表示水中还原性物质的多少，简称COD，单位mg/L；化学指标5.生化需氧量：在温度、时间都一定的条件下，微生物在分解氧化水中有机物的过程中所消耗的溶解氧量，简称BOD，单位mg/L；6.总有机碳：水体中溶解性和悬浮性有机物含碳的总量，通常作为评价水体有机物污染程度的重要依据，简称TOC，单位mg/L；7.总氮：水中全部含氮物质的总和，包括NH3-N、NO2-N、NO3-N，单位mg/L；8.有机氮：水中蛋白质、氨基酸、尿素等含氮有机物的总量，单位mg/L；9.有毒物：水中含有能够危害人体健康和水体中的水生生物生长的物质，单位mg/L；生物指标1.细菌总数：水样在营养琼脂培养基中于37℃培养24小时后所生长细菌菌落的总数；主要作为判定饮用水、水源水、地表水等水体受到生活污水污染的程度。2.总大肠菌群：指一群好氧及兼性厌氧，在37℃生长时能使乳糖发酵，在24h内产酸产气的革兰氏阴性无芽孢杆菌，它主要来源于人畜粪便，通常可作为水体粪便污染的指标菌。

淤积密度指数SDI1、压力保持在30psi；2、在水样刚进入容器时即用秒表开始记录，收取500ml水样所需的时间为T0（秒）3、水样继续流动15分钟后，再次用容器收集水样500ml并记录收集水样所花的时间，记作T15（秒）4、SDI=（1－T0/T15）×100/15注：此方法适用于浊度<1NTU的水。硬度按成分分类按去除方法分类硬度碳酸盐硬度非碳酸盐硬度暂时硬度永久硬度硬度的危害；1.使热交换器结垢，消耗能量；

2.产生垢下腐蚀，损坏设备；

3.影响纺织印染织物的质量和强度；电导率、含盐量和总溶解固体总溶解固体包括溶解有机物和无机物。电导率与盐含量成线性关系，这跟离子的电荷数和盐的离子常数有关，但由于不同的离子导电性能和质量均不同，故含盐量与电导率并无严格的对应关系。电导率DD(ms/cm)，可用如下公式折算成TDS(ppm)

当DD<300ms/cm时，TDS(ppm)=0.5DD(ms/cm)

当DD=300-4000ms/cm时，TDS(ppm)=0.55DD(ms/cm)

关于BOD与COD

当BOD/COD≥0.3时，可生化性较好，适应于生化处理工艺。一般将有机物完全降解需要100天，时间太长，通常在实际中采用20℃下20天的生化需氧量BOD20为代表。对于城市污水，其BOD5大约为BOD20的70%～80%，通常选取BOD5作为监测指标。生化需氧量BOD

在水温20℃，由于微生物的生化活动，将有机物氧化为无机物所消耗的溶解氧的量来表示有机物的量。反映可被微生物分解的有机物的量

第一阶段：碳化阶段第二阶段：硝化阶段化学需氧量CODBOD的缺点：⑴时间长，需要5日出结果⑵难降解有机物含量高时，误差较大⑶水中含有抑制物质或毒物时，影响测定结果

对于同一水样，COD是在酸性条件下，利用强氧化剂将有机物氧化为CO2和H2O所消耗的氧的量，称为化学需氧量。将强氧化剂折合为氧的当量来表示有机物的量。COD的特点:⑴快速准确⑵氧化能力强，可氧化难降解物质⑶不能反映可被生物降解的有机物的量⑷水中还原性物质干扰测定(Cl-、S2-)

常用BOD5/CODCr来表示污水的可生化性

BOD5表示可生化有机物量

CODCr表示有机物总量水中的营养物质——氮、磷①氮、磷的评价指标，总氮（TN）：包括有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮氨氮：NH3与NH4+，属于污水中的碱性物质为微生物提供氮源凯氏氮（KN）：有机氮+氨氮--能为微生物所利用（好氧）亚硝酸盐氮和硝酸盐氮=总氮－凯氏氮有机氮=凯氏氮－氨氮磷的化合物分为有机磷和无机磷，一般测总磷TP

含氮化合物在水体中的转化第一步：有机氮--NH3(有氧或无氧)--氨化阶段第二步：NH3--NO2---NO3-(有氧)--硝化阶段第三步：NO3---N2--缺氧--反硝化阶段河流水体的自净规律水体自净：

污染物进入水体后，通过物理、化学、生物的作用，使污染物浓度降低或总量减少，将水体部分或全部恢复原状。水体的自净作用：

包括物理净化作用、化学净化作用、生物净化作用。

生物净化作用可以降低污染物总量，是真正意义上的净化。混合：①混合效果--混合系数（α）--通过混合达到稀释的目的

α=Q总--河水总流量，Q混--与污水混合的河水流量

混合系数α受河流形状、排污口形式、排水量影响。

②特定断面混合系数α的计算：

α=L计算--排污口到计算断面的距离（距离好算，流量不好算）L全混--排污口到混合断面的距离（已知，可实测或查表）

（1）物理净化作用

通过稀释、扩散、混合、沉淀等作用，降低浓度，不减少总量。稀释：

污水进入水体后，逐渐和水体混合，浓度不断降低的过程。扩散：

污染物进入水体后，在水体中产生浓度梯度场，污染物有高浓度向低浓度迁移的过程。

包括：①分子扩散：布朗运动引起的物质分子扩散（用于湖泊、水库等静水体）。②紊流扩散：水体紊流流态引起的污染物浓度降低--河流等动水体。③弥散：水体各层流速不同，引起的污染物浓度扩散--异重流。沉淀：

污染物沉于河底，河水中浓度降低。（遇到扰动，产生二次污染）（2）化学净化作用

通过化学反应使污染物的存在状态发生变化，使污染物浓度降低。①氧化还原

Fe2+--------Fe(OH)2Mn2+--------Mn(OH)2Al3+--------Al(OH)3S2---------SO42-Cr3+--------Cr6+②中和——酸碱反应③吸附与凝聚水体中存在的胶体微粒（表面带电），可以吸附水中的阴阳离子。

研究河流中DO的变化规律--DO的重要性（生态平衡）1、河流中的溶解氧变化存在两种变化趋势：⑴有机物被微生物降解，消耗水中的溶解氧，使DO下降；降解耗氧速率--与有机物浓度成正比⑵河流流动过程中，接受大气复氧，使DO上升。复氧速率--与亏氧量成正比两种作用的结果--形成氧垂曲线河流的氧垂曲线方程河流氧垂曲线⑴第一段（AO）：有机物浓度高，耗氧速率大于复氧速率，DO大幅度下降；

O点溶解氧最低--氧垂点（最缺氧点）⑵第二段（OB）：有机物浓度降低，耗氧速率小于复氧速率，DO开始逐渐回升。⑶第三段（B以后）：溶解氧回升至起始阶段。氧垂曲线方程——河水中有机物降解与溶解氧平衡的数学模式（1）（1）有机物耗氧动力学当沿水流方向输移的有机物量>>扩散稀释量，Q河,q污不变，T水不变时，有机物的生化降解的耗氧量正比于河水中有机物量

——t时刻水中残留的有机污染物的量；Lo——初始时刻，有机物总量，即氧化全部有机物所需的氧量。k1——耗氧速率常数。

（2）复氧过程动力学氧溶于水的速率与氧亏量成正比

t=0时，D=Do

——t时刻河流中亏氧量；

Do——初始时刻河流中亏氧量；

k2——复氧速率常数，与水温有关。

（3）耗氧与复氧共同作用

=k1L-k2Dt=0时，D=0,L=Lo

=(10-k1t-10-k2t)+D0*10-k2t令=0，可求出氧垂点的时间tc

tc=（4）Dt表达式的工程意义

①用于分析受有机物污染的河水中溶解氧的变化动态，推求河流的自净过程及其环境容量，进而确定可排入河流的有机物最大用量，或污水处理厂的处理程度。②用于推算确定缺氧点及氧垂点的位置及到达时间，并依此制定河流水体防护措施。（5）Dt与tc的使用条件①适用于河流截面变化不大，藻类等水生植物和底泥影响可忽略不计的河流；②仅适用于河流与污水在排放口处完全混合的条件；③所使用的k1、k2的值必须与水温相适应；④如沿河流有n个排放点，则应根据情况合并成一个排放点计算，或逐段计算。

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.按处理原理不同（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；当污水流量低于设计流量时，再从调节池回流至集水井，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。

2.3.1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，在上层颗粒的重力作用下，下层颗粒间的水被挤出，污泥层被压缩。

（2）沉淀理论基础①沉淀基本原理污水中的悬浮物在重力作用下与水分离，实质是悬浮物的密度大于污水的密度时下沉，小于时上浮。污水中悬浮物下沉和上浮的速度，是污水处理设计中对沉降分离设备要求的主要依据，是有决定性作用的参数。

②沉淀池的工作原理

理想沉淀池的假定条件:一是从入口到出口，池内污水按水平方向等速流动，颗粒水平分布均匀。二是悬浮颗粒沿整个水深均匀分布，处于自由沉淀状态，颗粒的水平分速等于水平流速，沉淀速度固定不变。三是颗粒沉到池底即认为被除去。沉淀池内可分为流入区、流出区、沉淀区和污泥区四部分.图2-14理想平流沉淀池示意图

某一颗粒从点A处进入沉淀区，它的运动轨迹为其水平分速和沉淀速度的矢量和，斜率为u/v。沉于池底的颗粒，其水平流经时间和垂直沉降时间是相同的，即设污水处理水量为Q(m3/h)，沉淀池面积为式中，B为理想沉淀池的宽度。则沉淀池的容积为通过沉淀池流量为因为因此可写成

Q/A的物理意义是：在单位时间内通过沉淀池单位表面积的流量，一般称为表面负荷或称沉淀池的过流率。表面负荷以q表示，单位m3/(m2•h)或m3/(m2•s)。表面负荷的数值等于颗粒沉速。沉淀池的沉淀率仅与颗粒沉速或沉淀池的表面负荷有关，而与池深和沉淀时间无关。在可能的条件下，应该把沉淀池建得浅些，表面积大些，这就是颗粒沉淀的浅层理论。

2.3.2沉砂池沉砂池的作用是从污水中去除砂子、煤渣等相对密度较大的颗粒，以免这些颗粒影响后续处理构筑物的正常运行。一般沉砂池作为污水处理前的预处理。沉砂池的工作原理是以重力分离为基础，即将进入沉砂池的污水流速控制在只能使相对密度大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带走。沉砂池可分为平流式沉砂池、竖流式沉砂池和曝气沉砂池三种基本形式。

2.3.3沉淀池沉淀池的类型很多，按工艺布置不同，可分为初次沉淀池和二次沉淀池两种。初次沉淀池设于生物处理前，二次沉淀池设于生物处理后.按池内水流方向，又可分为平流式沉淀池、辐流式沉淀池、竖流式沉淀池三种。2.3.3.1平流式沉淀池1.平流式沉淀池的构造如图2-20所示是使用比较广泛的一种平流式沉淀池。2.平流式沉淀池的工作特征

（1）平流式沉淀池的组成①进水区进水区是平流式沉淀池的混合反应区，进水区的作用是使水流均匀地分布在整个进水断面上，尽可能减少污水扰动，并使流速不致太大。图2-20平流式沉淀池

②沉淀区沉淀区即工作区，其作用是使可沉颗粒与污水分离，使悬浮物沉降，池的设计应使进、出水均匀，池内水流稳定，提高水池的有效容积，减少紊动影响，提高沉淀效率。

③出水区出水区的作用是使沉淀后的水尽量均匀地流出。它是通过由流出槽与挡板组成的出流装置来实现的。流出槽设自由溢流堰，溢流堰严格水平，既可保证水流均匀，又可控制沉淀池水位。出流装置多采用自由堰形式，堰前也设挡板，以阻拦浮渣,或设浮渣收集和排除装置。

④存泥区存泥区一方面是用于存积下沉的泥，另一方面是供排泥用.

（2）排泥方法①静水压力法利用池内的静水压力，将污泥排出池外。排泥管插入污泥斗，上端伸出水面以便清通。污泥通过静水压力排出池外。为了使池底污泥能滑入污泥斗，池底应有一定的坡度。②机械排泥法2.3.3.2辐流式沉淀池1.辐流式沉淀池的构造辐流式沉淀池的构造如图2-28所示。

图2-28辐流式沉淀池的构造辐流式沉淀池常为直径较大的圆形。2.辐流式沉淀池的工作特征污水从池中心处流出，沿半径的方向向池周流动，因此其水力特征是污水的流速由大向小变化。在池中心处设中心管，污水从池底的进水管进入中心管，在中心管的周围常用穿孔档板围成流入区，使污水在沉淀池内得以均匀流动。流出区设于池周，由于平口堰不易做到严格水平，所以常用三角堰或淹没式溢流孔。为了拦截表面上的漂浮物质，在出水堰前设挡板和浮渣的收集、排出设备。辐流式沉淀池多采用机械刮泥。辐流式沉淀池适用范围广泛，城市污水及各种类型的工业废水都可以使用，既能够作为初次沉淀池，也可以作为二次沉淀池，一般适用于大型污水处理厂。这种沉淀池的缺点是排泥设备庞大，维修困难，造价较高.

2.3.3.3竖流式沉淀池

1.竖流式沉淀池的构造竖流式沉淀池的表面多呈圆形，也有采用方形和多角形的。沉淀池上部呈圆柱状的部分为沉淀区，下部呈截头圆锥状的部分为污泥区。其构造如图2-29所示。

图2-29竖流式沉淀池的构造2.竖流式沉淀池的工作特征污水从中心管流入，由下部流出，通过反射板的阻拦向四周分布，然后沉淀区的整个断面上升，沉淀后的出水由池四周溢出。流出区设于池四周，采用自由堰或三角堰。

竖流式沉淀池的优点:是排泥容易，不需要机械刮泥设备，便于管理。

其缺点:是池深大，施工难，造价高;每个池子的容量小，污水量大时不适用;水流分布不易均匀等。

3.竖流式沉淀池的工作原理当属于第一类沉淀时，在负荷相同的条件下，竖流式沉淀池的去除率将低于其他类型的沉淀池。如果属于第二类沉淀，则情况较为复杂，水流上升，颗粒下沉，颗粒互相碰撞、接触，促进颗粒的絮凝，使粒径变大，U值也增大，同时又可能在池的深部形成悬浮层。这样，竖流式沉淀池的去除率可能高于表面负荷相同的其他类型的沉淀池.但由于池内布水不易均匀，去除率的提高会受到影响。

2.3.3.4斜板(管)沉淀池

2.3.4沉淀池的选择及运行原理

1.沉淀池的选择

2.沉淀池的运行原理沉淀池的组成，即进水区、出水区、沉淀区、贮泥区。进水区和出水区的功能是使水流的进入与流出保持均匀平稳，以提高沉淀效率。沉淀区是池子的主要部位。贮泥区是存放污泥的地方，它起到贮存、浓缩与排放污泥的作用。另外介于沉淀区和贮泥区之间还可再分出一个区称做缓冲区，缓冲区的作用是避免水流带走沉在池底的污泥。

3.提高沉淀池沉淀效果的有效途径除可以用斜板（管）沉淀池提高沉淀池的分离效果和处理能力外，其他方法还有对污水进行曝气搅动以及回流部分活性污泥等。将剩余活性污泥投加到入流污水中去，利用活性污泥的活性，产生吸附与絮凝作用，这一过程称为生物絮凝。在工业废水处理中，由于水质、水量的不均匀性，一般均设置污水调节池，在调节池中布置一些曝气设备，可以有效地提高污水处理程度，而且还可以减少调节池中沉积污泥的清理工作。

2.4.1隔油油品的种类：浮油，分散油，乳化油，溶解油

1.分离基本原理重力分离法是一种利用油水的密度差进行分离的方法。此法可用于去除粒径60μm以上的油粒和污水中的大部分固体颗粒。2.4隔油与气浮采用重力分离法最常用的设备是隔油池。它是利用油比水密度小的特性，将油分离于水面并撇除。隔油池主要用于去除浮油或破乳后的乳化油。

2.隔油池隔油池的形式较多，主要有平流式隔油池(API)、平行板式隔油池(PPI)、波纹斜板式隔油池(CPI)和压力差自动撇油装置.图2-32平流式隔油池示意图

图2-33波纹斜板式隔油池示意图

2.4.2气浮1.概述气浮法是利用高度分散的微细气泡作为载体去黏附废水中的污染物，利用其密度小于水的特性，使其上浮到水面，从而实现固液或液液分离的过程，又称气泡浮上法。

在水处理中，气浮法广泛应用于：（1）分离水中的细小悬浮物、藻类及微絮体；（2）回收工业废水中的有用物质，如造纸厂废水中的纸浆纤维及填料等；（3）代替二次沉淀池，分离和浓缩剩余活性污泥，特别适用于那些易于产生污泥膨胀的生化处理过程；（4）分离回收含油废水中的悬浮油和乳化油；（5）分离回收以分子或离子状态存在的目的物，如表面活性物质和金属离子等。2.气浮原理

（1）气浮原理气浮过程包括气泡产生、气泡与颗粒（固体或液滴）附着以及上浮分离等连续步骤。颗粒必需是疏水性的(以接触角衡量)。

①气泡的产生产生微气泡的方法主要有电解、分散空气和溶解空气再释放三种。②悬浮物与气泡附着

悬浮物与气泡附着有三种基本形式：气泡在颗粒表面析出,气泡与颗粒吸附以及絮体中夹裹气泡。3.加压溶气浮上法

（1）基本工艺流程与工艺选择加压溶气浮上法是目前常用的浮上法。这种方法使空气在加压的条件下溶解于水中，然后通过将压力降至常压而使过饱和的空气以微细气泡的形式释放出来。

加压溶气浮上法有三种基本工艺流程：全溶气流程如图2-34所示。该法是将全部入流废水进行加压溶气，再经过减压释放装置进入气浮池进行固液分离的一种流程。部分溶气流程如图2-35所示。图2-34全溶气流程

该法是将部分入流废水进行加压溶气，其余部分直接进入气浮池。该法比全溶气流程节省电能，同时因加压泵所需加压的溶气水量与溶气罐的容积比全溶气流程小，故亦可节省一些设备。但是由于部分溶气流程提供的空气量亦较少，因此，如欲提供同样的空气量，部分溶气流程就必须在更高的压力下运行。回流溶气流程如图2-36所示。在这个流程中，将部分澄清液进行回流加压，入流废水则直接进入气浮池。图2-36回流溶气流程图2-35部分溶气流程（2）操作规程及运行中应该注意的问题加压泵的作用，一是提升废水，二是使介质——气、水受到压力作用。受压空气按亨利定律提高其在水中的溶解度。

空气通入方式有两种:当空气吸入量小于该温度下废水中空气的饱和量时，在泵前用水射器吸入，而不用空压机。这种方式气水混合好，水泵必须采用自吸方式进水，而且要保持1m以上的水头。此外，其最大吸气量不能大于水泵吸水量的10％，否则水泵应当具有的真空度将遭到破坏。当空气吸入量大于空气在废水中的饱和量时，空气应通过空压机由水泵的出水管压入，但也不宜大于水泵吸水量的25％.废水在溶气罐内的停留时间为30～60s，一般认为在这个时间内可以完成空气溶于水的过程，并使废水中溶解空气过饱和，多余的空气必须通过排气阀放出，否则由于游离气泡的搅动，会影响气浮池内的气浮效果。减压阀的作用，在于保持溶气罐出口处的压力恒定，从而可以控制出罐后气泡的大小和数量，也可用低压溶气释放器代替减压阀。过滤是利用过滤材料分离污水中杂质的一种技术，完成过滤工艺的处理构筑物称为滤池。2.5过滤法

2.5.1过滤原理过滤机理分为三类，即迁移机理、附着机理和脱落机理。

1.迁移机理悬浮颗粒脱离流线而与滤料接触的过程，就是迁移过程。

引起颗粒迁移的原因主要有以下几种：

（1）筛分颗粒比滤层孔隙大的被机械筛分，截留于过滤表面上。

（2）拦截小颗粒随流线流动在流线上与滤料表面接触。其去除概率与颗粒直径的平方成正比，与滤料粒径的立方成反比。

（3）惯性

当流线绕过滤料表面时，具有较大动量和密度的颗粒因惯性冲击而脱离流线碰撞到滤料表面上。

（4）沉淀如果悬浮物的粒径和密度较大，将存在一个沿重力方向的相对沉淀速度。在重力作用下，颗粒偏离流线沉淀到滤料表面上。

（5）布朗运动对于微小悬浮颗粒，由于布朗运动而扩散到滤料表面。

（6）水力作用由于滤层中的孔隙和悬浮颗粒的形状是极不规则的，在不均匀的剪切流场中，颗粒受到不平衡力的作用不断地转动而偏离流线。实际过滤中，悬浮颗粒的迁移将受到上述各种机理的作用,它们的相对重要性取决于水流状况、滤层孔隙形状及颗粒本身的性质（粒度、形状、密度等）。2.附着机理

（1）接触凝聚向原水中投加凝聚剂，在压缩悬浮颗粒和滤料颗粒表面的双电层后，且尚未生成微絮体时，立即进行过滤。此时水中脱稳的胶体很容易与滤料表面凝聚，即发生接触凝聚作用。快滤池操作通常投加凝聚剂，因此接触凝聚是主要附着机理。（2）静电引力由于颗粒表面上的电荷和由此形成的双电层产生静电引力和斥力，故当悬浮颗粒和滤料颗粒带异号电荷时则相吸，反之则相斥。

（3）吸附悬浮颗粒细小，具有很强的吸附趋势，吸附作用也可能通过絮凝剂的架桥作用实现。絮凝物的一端附着在滤料表面，而另一端附着在悬浮颗粒上。

（4）分子引力原子、分子间的引力在颗粒附着时起重要作用。万有引力可以叠加。

3.脱落机理普通快滤池通常用水进行反冲洗，有时先用或同时用压缩空气进行辅助表面冲洗。截留和附着于滤料上的悬浮物受到高速反冲洗水的冲刷而脱落；滤料颗粒在水流中旋转、碰撞和摩擦，也使悬浮物脱落。2.5.2滤池

按滤速大小可分为:

慢滤池、快滤池和高速滤池；

按水流过滤层的方向可分为:上向流滤池、下向流滤池和双向流滤池；

按滤料种类可分为:砂滤池、煤滤池和煤－砂滤池；

按滤料层数可分为:单层滤池、双层滤池和多层滤池；

按水流性质可分为:压力滤池和重力滤池；

按进出水及反冲洗水的供给和排出方式可分为:普通快滤池、虹吸滤池和无阀滤池等。

1.构造滤池的种类虽然很多，但其基本构造是相似的。在污水深度处理中使用的各种滤池都是在普通快滤池的基础上加以改进而来的，如图2-38所示为普通快滤池的构造。

（1）滤料层滤料层是滤池的核心部分。滤料粒径、滤层高度和滤速是滤池的主要参数。图2-38普通快滤池的构造滤池的反冲洗可以用滤后水，也可以用原污水。有多种形式的滤料可供选择，要根据实际需要和设计要求选配滤料。

不管使用哪一种滤料都要满足以下要求：①要有足够的机械强度，以免反冲洗时引起磨损。②要有足够的化学稳定性，不溶于水、不向水中释放其他有害物质。③要有适当的孔隙率和粒度。④要有较大的表面积，以圆形为好。随着过滤技术的进步，人们开始用纤维球滤料。

（2）垫料层垫料层的作用主要是承托滤料（故亦称承托层），防止小滤料经配水系统上的孔眼随水流走，同时保证反冲洗水更均匀地分布于整个滤池中。垫料层要求不被反冲洗水冲动，形成的孔隙均匀，布水均匀，化学稳定性好，不溶于水。

（3）排水系统排水系统的作用是均匀收集滤后水，更重要的是均匀分配反冲洗水，故亦称配水系统。排水系统分为两类，即大阻力排水系统和小阻力排水系统.普通快滤池大多采用穿孔管式大阻力排水系统。

2.运行将污水通过一层带孔眼的过滤装置或介质，大于孔眼尺寸的悬浮颗粒物质被截留在介质的表面，从而使污水得到净化。经过一定时间的使用以后，过水的阻力增加，就必须采取一定的措施，如通常采用反冲洗将截留物从过滤介质上除去。

快滤池的运行分过滤和反冲洗两个过程。

（1）过滤过程污水从进水总管、进水支管，经过水渠进入滤池，水经过滤料层后变清成为洁净的滤后水。经底部配水支管汇集，再经配水干管、清水支管、清水总管流往清水池。

（2）反冲洗过程先关闭进水管与清水支管上的阀门，然后开排水管及反冲洗水的排水阀门，反冲洗水从反冲洗水管，经过配水管，从下而上流过垫料层和滤料层，滤料在上升水流的作用下，悬浮起来并逐步膨胀到一定高度，使得滤料中的杂质、淤泥冲洗下来,污水进入反冲洗水排出槽经污水渠、排水管排入沟渠，反冲洗直至排水清为止。

4.常见故障及对策

（1）气阻在过滤末期，局部滤层水头损失可能大于该处实