第二章化工废水处理技术

第二章

化工废水处理技术1黄河污染2长江污染本章内容第一节化工废水及其处理原则第二节物理处理方法第三节化学处理方法第四节物理化学处理方法第五节生化处理方法第六节污泥的处理第七节化工废水处理实例3第一节化工废水及其处理原则

化工废水的种类化工废水污染的特点

废水处理原则4化工生产需要大量用水，也会排出大量废水。化工厂多集中在水域附近如江、河、湖、海等，产生的废水就近排入水域，对水域造成污染。据统计，我国化工行业排出的废水量占全部废水量的22%，居第一位。化工废水对水系的污染是许多地方最严重的环境污染现象，是环境治理的首要目标。52.1.1化工废水的种类化学工业是一个多品种多行业的工业部门。化学工业包括化学矿山、石油化工、煤炭化工、酸碱工业、化肥工业、塑料工业、医药工业、染料工业、涂料工业、橡胶工业、炸药和起爆药工业、感光材料等。化工生产离不开水，在目前技术和经济条件下化工生产很难根除废水产生。6化工废水总的特点：量大、有害种类多，居各工业系统之首，废水中污染成分复杂多变。化学工业废水按成分可分为三大类：含有机物的废水：如有机原料、合成材料、农药、染料等行业排出的废水；含无机物的废水：如无机盐、氮肥、磷肥、硫酸、硝酸及纯碱等行业排除的废水；含有机物和无机物的混合废水：如氯碱、感光材料、涂料等行业。

7按废水中所含主要污染物分：

含氰废水含酚废水含硫废水含氟废水含铬废水含有机磷化合物废水含其它有机物废水

8第一节化工废水及其处理原则

化工废水的种类

化工废水污染的特点

废水处理原则92.1.2化工废水污染的特点

有毒害性生化需氧量（BOD)和化学需氧量（COD）均较高pH超标营养化物质多废水温度较高恢复比较困难10第一节化工废水及其处理原则化工废水的种类化工废水污染的特点

废水处理原则112.1.3.1水污染指标水污染指标是衡量水体被污染程度的数值标示，也是控制和检测水处理设备运行状态的重要依据。其中，最常用的水污染指标有（8个）：生化需氧量（BiochemicalOxygenDemand，BOD）：表示在有饱和氧条件下，好氧微生物在20℃,经一定天数降解每升水中有机物所消耗的游离氧的量，常用单位mg/L，常以5日为测定BOD的标准时间，以BOD5表示。它是反映水中有机污染物含量的一个综合指标。12化学需氧量（ChemicalOxygenDemand，COD）：表示用强氧化剂把有机物氧化为H2O和CO2所消耗的相当氧量。常用的氧化剂为重铬酸钾或高锰酸钾，分别表示为CODCr或简写（COD）和CODMn（也称耗氧量，简称OC），单位为mg/L。但两种氧化剂都不能氧化稳定的苯类有机化合物。它是水质污染程度的重要指标，COD的的数值越大表明水体的污染情况越严重。13总需氧量（TotalOxygenDemand，TOD）：当有机物完全被燃烧氧化时，C、H、N、S分别被氧化为CO2、H2O、NO、SO2时所消耗的氧量，单位为mg/L。它比BOD、COD更接近于实际需氧量。14总有机碳（TotalOrganicCarbon，TOC）：表示水中有机污染物的总含碳量，以碳含量表示，单位为mg/L。由于TOC的测定采用燃烧法，因此能将有机物全部氧化，它比BOD或COD更能直接表示有机物的总量。通常作为评价水体有机物污染程度的重要依据。悬浮物（SuspendedSubstance,SS）：水样过滤后，滤膜或滤纸上截留下来的物质，单位为mg/L。15

浊度表示水因含悬浮物而呈浑浊状态，即对光线透过时所发生阻碍的程度。水的浊度大小不仅与颗粒的数量和性状有关，而且同光散射性有关，我国采用1L蒸馏水中含lmg二氧化硅为一个浊度单位，即1度。浊度仪pH：表示污水的酸碱性。有毒物质：表示水中所含对生物有害物质的含量，如氰化物、砷化物、汞、镉、铬、铅等，单位为mg/L。大肠杆菌数：指每升水中所含大肠杆菌的数目，单位为个/L。16PH计17

色度水的感官性状指标之一。当水中存在着某种物质时，可使水着色，表现出一定的颜色，即色度。规定1mg/L以氯铂酸离子形式存在的铂所产生的颜色，称为1度。色度仪18

硬度水的硬度是由水中的钙盐和镁盐形成的。硬度分为暂时硬度(碳酸盐)和永久硬度(非碳酸盐)，两者之和称为总硬度。水中的硬度以“度”表示，lL水中的钙和镁盐的含量相当于lmg/L的CaO时，叫做l度。19

溶解氧溶解在水中的分子态氧，叫溶解氧。20℃时，0．1MPa下，饱和溶解氧含量为9×10-6。它来自大气和水中化学、生物化学反应生成的分子态氧。溶解氧测定仪20

电导率是截面lcm2，高度为1cm的水柱所具有的电导。它随水中溶解盐的增加而增大。电导率的单位为s／cm。电导率仪2.1.3.2废水处理的方法分类

不同类型的污染物需要的废水处理方法也不同，对化工废水而言，按其工作原理划分为4大类，即物理处理法、化学处理法、物理化学法和生物处理法。21（1）物理处理法：通过物理作用，分离回收废水中的悬浮污染物（包括油膜和油珠）的废水处理法。可细分为重力分离法、离心分离法和筛滤截流法等。重力分离法的处理单元有沉淀、上浮（气浮、浮选）等，处理设备主要包括沉沙池、沉淀池、除油池、气浮池等。离心分离法本身就是一种处理单元，使用的处理装置有离心分离机和水旋分离器等。筛滤截流法分截留和过滤两种处理单元，前者使用的处理设备是隔栅、筛网，而后者使用的是沙滤池和微孔滤池等。22（2）化学处理法：

通过化学反应去除废水中呈溶解、胶体状态的污染物质或将其转化为无害物质的废水处理法。如以投加药剂产生化学反应为基础的处理方法——混凝、中和、氧化还原等。

化学处理法各处理单元所使用的处理设备，除相应的池、罐、塔外，还有一些附属装置。化学处理法主要用于处理各种工业废水。23（3）物理化学法：以传质作用为基础的处理单元既具有化学作用，又具有物理作用，所以称为物理化学法，即运用物理和化学的综合作用使污水得到净化处理的方法。如萃取、汽提、吹脱、吸附、离子交换以及电渗析和反渗透等。后两种处理单元又统称膜处理技术。本法使用前一般均需对废水进行预处理，先除去水中的悬浮物、油渍、有害气体等，有时还要调整pH，以便提高处理效果。24（4）生物处理法：通过微生物的新陈代谢作用，使废水中呈溶液、胶体以及微细悬浮状态的有机污染物转化稳定、无害物质的废水处理方法。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。252.1.3.3废水处理的一般原则废水中污染物复杂多样，通常需要多种方法联合使用才能达到排放标准。化工废水处理的主要原则：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，防止废水外排，进行综合利用和回收。必须外排的废水，其处理方法随水质和要求而异。按处理深度又可分为一级处理、二级处理、三级处理。26分级常用操作单元作用一级处理隔栅、筛网、气浮、沉淀、预曝气中和除去悬浮物、油、调节pH，初步处理二级处理活性污泥法、生物膜法、厌氧生化法、混凝、氧化还原除去大量有机污染物，主要处理三级处理氧化还原、电渗析、反渗透、吸附、离子交换除去前二级未去除的有机物、无机物、病原体，深度处理表1-2废水处理方法分级表27（1）一级处理：主要分离水中的悬浮固体物、胶状物、浮油或重油等，可以采用栅网过滤、自然沉淀、上浮、隔油等方法。经一级处理的废水中BOD等污染物往往存留很多，必须进行二级处理。28（2）二级处理：主要是去除废水中的溶解有机物和部分胶状的污染物，减少废水的BOD和部分COD，通常采用生化处理法，为含有机物废水处理的主体部分。化学混凝和化学沉淀是二级处理的方法，如含磷酸盐废水和含胶体物质的废水需要化学混凝法处理。对于环境卫生标准要求高，而废水的色、臭、味污染严重，或BOD和COD比值甚小，则需要采用三级方法予以深度净化。29(3)三级处理污水三级处理又称污水深度处理或高级处理。主要是去除生物难降解的有机污染物和废水中溶解的无机污染物，常用的方法有活性炭吸附和化学氧化，也可以采用离子交换或膜分离技术等。302.1.3.4化工废水处理标准

化工废水处理的目标有二类：

一是在厂内重复利用；二是向厂外排放。对前一类的要求，原则上只要满足厂内应用标准即可。对后一类的要求最低也要符合我国环境保护的相关标准，包括废水接受方和排放方两方面的标准。31我国已制定了比较完善的水系环境保护的质量标准，对化工废水处理来说，最基本的是《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)和《污水综合排放标准》（GB8978-1996）。（1）《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)：是国家现行最基本的水质标准。

该标准依据地表水域环境功能和保护目标，按功能高低依次划分为5类：32Ⅰ类：主要适用于源头水、国家自然保护区；Ⅱ类：主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、幼鱼的索饵场等；Ⅲ类：主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道，水产养殖区等渔业水域及游泳区；Ⅳ类：主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区；Ⅴ类：主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。33（2）《污水综合排放标准》（GB8978-1996）：国家现行的重要的污水排放标准。该标准按污水的排放去向，分年限规定了69种水污染物，最高允许排放浓度及部分行业最高允许排水量。我国也制定了许多行业废水排放标准。现已明确规定：有行业排放标准的企业就执行本行业的标准，其它则执行本排放标准。34《污水综合排放标准》（GB8978-1996）对向地面水体和城市下水道排放的污水，分别规定了执行级别（分别为一级、二级、三级）标准。它还将排放的污染物按其性质分为两类：

第一类污染物是指能在环境和动植物体内积蓄，对人体健康产生长远不良影响者，如汞、镉、铬、铅、砷、苯并芘等；

第二类污染物是指对人体健康影响较小的。各类污染物都分别列出了对应的各类接受水域的最高允许浓度及最大排水量。35第二节物理处理法重力分离（沉淀）法离心分离法

过滤法362.2物理处理法物理法在工业废水处理中占有重要的地位。与其他方法相比，物理法具有设备简单、成本低、管理方便、效果稳定等优点。它主要用于去除废水中的漂浮物、悬浮固体、沙和油类等物质。物理法一般用作其他处理方法的预处理或补充处理。物理法包括：重力分离、离心分离、过滤等。372.2.1重力分离（沉淀）法重心分离法利用废水中呈悬浮状的污染物与水的密度不同的原理，借重力沉降（或上浮）作用使其从水中分离出来。此法常常被用作其他处理方法的预处理或再处理。38沉淀法又分为自然沉淀和混凝沉淀两种：（1）自然沉淀

自然沉淀是依靠废水中固体颗粒的自身重量进行沉降。此种方法仅对较大颗粒的污染物可以达到去除的目的，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废水中投入电解质作为混凝剂，使废水中的微小颗粒与混凝剂能结成较大的胶团，加速在水中的沉降，此法实质为化学处理方法，具体内容将在化学处理方法中再介绍。2.2.1.1沉淀法的分类392.2.1.2沉降设备

生产上用来对污水进行沉淀处理的设备称为沉淀池，根据池内水流的方向不同，沉淀池的形式大致可以分为五种：（1）平流式沉淀池；（2）竖流式沉淀池；（3）辐射式沉淀池；（4）斜管式沉淀池；（5）斜板式沉淀池等。沉淀池的操作区域可以分为水流部分和沉淀部分。40（1）水流部分

废水在这部分内流动，悬浮固体颗粒也在这部分区域内进行沉降。为了使水流均匀的通过各个水断面，一般均在污水的入口处设置挡板，并且要使进水的入口置于池内的水面以下。另外在沉淀池的出水口前，设置浮渣挡板，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。采用机械排泥的沉降池底是平底。也可以采用泥浆泵或利用水的压力将污泥排出，此时池底应为锥形。另外还可以将两种排泥方式同时采用。

41各类沉淀池的构造，简单介绍如下。平流式沉淀池的优点是结构简单，效果良好，但排泥困难。42各类沉淀池的构造，简单介绍如下。43各类沉淀池的构造，简单介绍如下。442.2.1.3隔油池石油开采与炼制、煤化工、石油化工及轻工业行业的生产过程排出大量含油废水。油品相对密度一般都小于1，只有重油相对密度大于1。化工炼油废水中的油类一般以三种状态存在，即：

①悬浮状态，这部分油在废水中分散颗粒较大，易于上浮分离，占总含油量的80-90%；

②乳化状态，油珠颗粒较小，直径一般在0.05-25μm之间，不易上浮去除，约占总含油10-15%；45③溶解状态，这部分油仅占总含油量的0.2-0.5%。只要去除前两部分油，则废水中的绝大多数油类物质被去除，一般能够达到排放要求。对于悬浮状态的油类，一般用隔油池分离；对于乳化油则采用浮选法分离。常用的隔油池有平流式、竖流式及斜板式。国内多采用平流式隔油池，其构造与平流式沉淀池相似，在实际运行中主要起隔油作用，但也有一定的沉淀作用。46超疏水PVDF膜用于分离乳化油472.2.1.4沉淀池的基本计算

48此公式是固体颗粒在水中沉降速度的基础公式，说明影响颗粒从液体中分离的主要因素：颗粒与液体的密度差、颗粒直径和液体的动力粘度。密度差为负值时，颗粒将上浮，u为其上浮速度。从这个角度上说，水中颗粒的上浮或下沉，在分离本质上是一致的。49第二节物理处理法

重力分离（沉淀）法

离心分离法

过滤法502.2.2离心分离法2.2.2.1离心分离的原理含悬浮物的废水在高速旋转时，由于悬浮颗粒所受到的离心力大小不同，质量大的被甩到外圈，质量小的则留在内圈，通过不同的出口将它们分别引导出来，利用此原理就可分离废水中悬浮颗粒，使废水得以净化。当废水高速旋转时，水中的颗粒物所受的离心力C表示如下：5152在进行离心分离时，离心力对悬浮颗粒的作用远远超过重力。例如：若旋转半径r=0.5m，转速n=300r/min，则α=50。因此离心力远超过重力的大小，显然，废水进行离心分离时，加大废水的旋转速度，能提高离心分离效率，大大加强悬浮颗粒的分离过程。532.2.2.2离心分离方式离心分离设备按离心力产生的方式不同可分为水力旋流器和离心机两种类型。水力旋流器（或称旋液分离器）有压力式（见图1-4)和重力式两种，其设备固定，液体靠水泵压力或重力（进出水头差）由切线方向进入设备，造成旋转运动产生离心力。离心机依靠转鼓高速旋转，使液体旋转产生离心力。压力式水力旋流器，可以将废水中所含的粒径5μm以上的颗粒分离出去。进水浓度的6-10m/s，流速一般应在进水管稍向下倾3-5º，这样有利于水流向下旋转运动。5455压力水力旋转器的优点:体积小，单位容积的处理能力高，处理能力可达1000m3/(m2。h);其次构造简单，使用方便，易于安装维护；缺点是水泵和设备易磨损，设备费用高，耗电较多。56重力式旋流器也称水力旋流沉淀池。废水由切线方向进入池内，造成旋流，颗粒被抛向池壁并沉于池底。这种旋流器的离心力较弱，分离主要靠重力，故其生产能力一般只有20-200m3/(m2。h)。离心机处理废水，也称为机械旋转的离心分离方法，离心机的种类很多，按照分离系数α的大小进行分类，离心机可以分为:常速离心机，α<3000。高速离心机，3000<α<12000。超高速离心机，α>12000。特点：分离效率高，但设备复杂，造价较昂贵。适用于小批量、有特殊要求的难处理的废水方面。57第二节物理处理法

重力分离（沉淀）法离心分离法

过滤法582.2.3过滤法

废水中含有的微粒物质和胶状物质，可以采用机械过滤的方法加以去除。过滤法常用在废水的最终处理，使滤出的水可以进行循环使用。有时过滤也作为废水处理的预处理方法，用以防止水中的微粒物质及胶状物质破坏水泵，堵塞管道及阀门等。59

1格栅过滤

格栅一般斜置在进水泵站集水井的进口处。它本身的水流阻力并不大，只有几厘米，阻力主要产生于筛余物堵塞栅条。一般当格栅的水头损失达到10-15cm时就该清洗。

2筛网过滤

一些工业废水含有较细小的悬浮物，选择不同尺寸的筛网，能去除水中不同类型和大小的悬浮物，如纤维、纸浆、藻类等。相当于一个初沉池的作用。筛网过滤装置很多，有振动筛网、水力筛网、转鼓式筛网、转盘式筛网、微滤机等。

603颗粒介质的过滤适用范围：去除废水中的微粒物质和胶状物质，常用做离子交换和活性炭处理前的预处理，也能用做废水的三级处理。颗粒介质选择：根据废水中滤出的微粒尺寸大小、废水性质、过滤速度等因素。常用滤料：石英沙、无烟煤粒、石榴石粒、磁铁矿粒、白云石粒、花岗岩粒以及聚苯乙烯发泡塑料球等。其中以石英沙使用最广，其主要用于酸性废水，而碱性废水用大理石或石灰石。61图1-5为常用的颗粒介质过滤设备，即普通快滤池。快滤池一般用钢筋混凝土建造，池内有排水槽、滤料层、垫料层和配水系统；池外有集中管廊，配有进水管、出水管、冲洗水管、冲洗水排出管等管道及附件。

62快滤池中的滤料组成：通常采用综合滤料过滤器，由不同密度和粒度的颗粒组成。滤床上层是相对密度较小（相对密度1.55）的无烟煤颗粒，一般粒径为2mm，占综合滤料的50-60%；底层是相对密度较大（相对密度2.6）的细粒材料硅砂，粒径为0.25mm，占25-30%，以及钛铁矿柘榴石（相对密度4以上），占10-15%以上；最下面是砾石承托层。63

综合滤料滤池接近理想滤池，这种滤池的滤速可达15-30m/h，为普通滤池的3-6倍。表1-3列出了普通快速滤池的滤料组成和滤速范围。64第三节化学处理法中和法混凝沉淀法

氧化还原法652.3化学处理法化学法是废水处理的基本方法之一。它是利用化学作用来处理废水中的溶解物质或胶体物质，可用来去除废水中的金属离子、细小的胶体有机物、无机物、植物营养素（氮、磷）、乳化油、色度、臭味、酸、碱等，对于废水的深度处理有着重要作用。化学法包括：中和法、混凝法、氧化还原法、

电化学等方法。662.3.1中和法在化工、炼油企业中，对于低浓度的含酸、含碱废水，在无回收及综合利用价值时，往往采用中和的方法进行处理。中和法也常用于废水的预处理，调整废水的pH。中和就是酸碱相互作用生成盐和水。例如：中和也即pH调整，或称为酸碱度的调整。67对含酸或含碱废水、浓度在4%（含酸浓度；含碱浓度为2%）以下时，如果不能进行经济有效的回收、利用，则应经过中和，将废水的pH调整到呈中性状态，才能够排放。而对含酸、含碱浓度高的废水，则必须考虑回收及开展综合利用的方法，如通过结晶法、渗析法、离子交换法等回收。681.酸性废水的中和处理方法

对酸性废水进行中和时，可采用以下一些方法。使酸性废水通过石灰石滤床；与石灰乳混合；向酸性废水中投加烧碱或纯碱溶液；与碱性废水混合，使废水pH近于中性；向酸性废水中投加碱性废渣，如电石渣、碳酸钙、碱渣等。69

通常，尽量选用碱性废水或废渣来中和酸性废水，以达到以废治废的目的。采用中和法时，应注意两点：①中和时间一般要长。例如对含有弱酸的废水，选用碳酸盐，反应速度很慢；②中和后，应避免生产大量沉渣，否则会影响处理效果，同时又带来沉渣的处理问题，故生成的盐要有一定大小的溶解度。702.碱性废水处理方法对碱性废水，一般可以采用以下途径进行中和。向碱性废水中鼓入烟道废气（主要为CO2和SO2）；向碱性废水注入压缩的二氧化碳气体；向碱性废水投入酸或酸性废水等；对碱性废水进行中和时，可首先考虑采用酸性废水的中和处理。若附近没有酸性废水时可采用投加酸进行中和。71

用烟道气中的CO2和SO2两种酸性气体对碱性废水进行中和。这是一种以废治废，开展综合利用的很好办法，既可以降低废水的pH，又可以去除烟道气中的灰尘，并使烟道气中的CO2及SO2气体从烟气中分离出去，防止烟道气污染大气。例如,长沙市印染厂等单位的运行情况证明，烟道气中和法对降低碱性废水pH效果明显，一般可由10-12降至5-7左右。不过这种中和后的废水中硫化物、色度、耗氧量都有所增加，今后仍需加以研究解决。72第三节化学处理法

中和法

混凝沉淀法

氧化还原法732.3.2.1混凝沉淀原理混凝法的基本原理是在废水中投入混凝剂，因混凝剂为电解质，在废水里形成胶团，与废水中的胶体物质发生电中和，形成绒粒沉降。混凝沉淀不但可以去除废水中的粒径为10-3-10-6mm的细小悬浮颗粒，而且还能够去除色度、油分、微生物、氮和磷等富营养物质、重金属以及有机物等。74废水在未加混凝剂之前，水中的胶体和细小悬浮颗粒的本身质量很轻，受水的分子热运动的碰撞而作无规则的布朗运动。而且水中的胶体微粒表面都带有一层同性(如负)电荷，在其周围的溶液中又吸引众多的异性(如正)电荷离子形成双电层胶团，其中紧靠内层的异离子被牢固吸引形成吸附层。吸附层胶核表面与溶液主体之间的电位差称ζ(动)电位。7576它们之间的静电斥力阻止微粒间彼此接近而聚合成较大的颗粒；其次，带电荷的胶粒和反离子都能与周围的水分子发生水化作用，形成一层水化壳，阻碍各胶体的聚合。一种胶体的胶粒带电越多，其ζ(动)电位就越大；扩散层中反离子越多，水化作用也越大，水化层也越厚，因此扩散层也越厚，稳定性越强。（

ζ电位：胶体滑动面上的电位称为移动电位，即ζ电位。ζ电位越高，扩散层越厚，胶体颗粒越具稳定性。）77

废水中投入混凝剂后，胶体因ζ电位降低或消除，破坏了颗粒的稳定状态（称脱稳）。脱稳的颗粒相互聚集为较大颗粒的过程称为凝聚。未经脱稳的胶体也可形成大的颗粒，这种现象称为絮凝。不同的化学药剂能使胶体以不同的方式脱稳、凝聚或絮凝。按机理，混凝可分为压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥、沉淀物网捕四种。78（1）压缩双电层机理由胶体粒子的双电层结构可知，反离子的浓度在胶粒表面最大，并沿着胶粒表面向外的距离呈递减分布，最终与溶液中离子浓度相等。当向溶液中投加电解质，使溶液中离子浓度增高，则扩散层的厚度将减少。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静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。79由于扩散层厚度的减小，ζ电位相应降低，因此胶粒间的相互排斥力也减少。另一方面，由于扩散层减薄，它们相撞的距离也减少，因此相互间的吸引力相应变大。从而其排斥力与吸引力的合力由斥力为主变成以引力为主（排斥势能消失了），胶粒得以迅速凝聚。80（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，由于这种吸作用中和了电位离子所带电荷，减少了静电斥力，降低了ζ电位，使胶体的脱稳和凝聚易于发生。此时静电引力常是这些作用的主要方面。81（3）吸附架桥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联的过程。聚合物在胶粒表面的吸附来源于各种物理化学作用，如范德华引力、静电引力、氢键、配位键等，取决于聚合物同胶粒表面二者化学结构的特点。因其线形长度较大，当它的一端吸附某一胶粒后，另一端又吸附另一胶粒，在相距较远的两胶粒间进行吸附架桥，使颗粒逐渐变大，形成粗大絮凝体。82（4）沉淀物网捕机理当采用硫酸铝、石灰或氯化铁等高价金属盐类作混凝剂时，当投加量大得足以迅速沉淀金属氢氧化物（如Al(OH)3、Fe(OH)3）或金属碳酸盐（如CaCO3）时，水中的胶粒和细微悬浮物可被这些沉淀物在形成时作为晶核或吸附质所网捕。水中胶粒本身可作为这些沉淀所形成的核心时，凝聚剂最佳投加量与被除去物质的浓度成反比，即胶粒越多，金属凝聚剂投加量越少。

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以上介绍的混凝的四种机理，在水处理中往往可能是同时或交叉发挥作用的，只是在一定情况下以某种机理为主而已。实际混凝过程包括凝聚和絮凝两个步骤,凝聚使胶体脱稳并聚集为微絮粒，而后絮凝使微絮粒通过吸附，桥连和网捕而成长为更大絮体而沉淀。低分子电解质的混凝剂以压缩双电层作用产生凝集为主；高分子聚合剂则以架桥联结产生絮凝为主。故通常将低分子电解质称为混凝剂，而把高分子聚合物单独称为絮凝剂。842.3.2.2影响混凝效果的因素在废水的混凝沉淀处理过程中，影响混凝效果的因素比较多。其中重要的有：①水样的影响对不同水样，由于废水中的成分不同，同一种混凝剂的处理效果可能会相差很大。②药剂投加量的影响

药剂投加量有其最佳值，混凝剂投加量不足，则水中杂质未能充分脱稳去除，加入太多则会再稳定。85③水温的影响

其影响主要表现在：影响药剂在水中起化学反应的速度，对金属盐类混凝剂影响很大，因其水解是吸热反应；水温较低时，絮凝体形成缓慢，结构松散，颗粒细小。该因素主要影响金属盐类的混凝，对高分子混凝剂影响较小。86

④碱度的影响

主要指金属盐类，因其混凝过程中水解产生大量H+离子，造成pH下降，以至降到最优混凝条件以下，保持一定碱度则使反应过程中pH基本保持恒定；对于高分子混凝剂，因其作用并非靠大量水解来实现的，且水中均会保持有一定的碱度，故对其最佳投加量影响不大。87⑤废水pH的影响

对金属盐类，pH影响其在水中水解产物的种类与数量，一般在pH为5.5-8.0时有较高脱除率；对人工合成高分子混凝剂，则影响其活性基团的性质。88⑥水力条件的影响

混凝的过程是混凝剂与胶粒发生反应并逐步凝聚在一起的过程，水流速度过于缓慢，则混凝剂与胶粒反应速率太小，速度过于激烈则使结成的絮体重新破裂。一般混凝过程分为混合与反应两个阶段，混合阶段持续大约10-30s，主要是使药剂迅速而均匀地扩散到水中；反应阶段通常为10-30min，主要是使水中微粒凝聚增大而沉淀（或上浮）的过程。892.3.2.3混凝剂和助凝剂

混凝剂分类：按化学成分可分为无机及有机两大类。无机盐主要是铝和铁的盐类及其水解聚合物，有机类主要是高分子化合物，可分为天然的及人工合成的两大类。无机混凝剂主要是利用其中的强水解基团水解形成的微絮体使胶粒脱稳，无机混凝剂以其价格低廉，原料易得等优点得以大量运用，目前无机混凝剂的主要品种见表1-4。聚合氯化铝聚丙烯酰胺9091有机混凝剂分为天然有机絮凝剂与人工合成有机高分子絮凝剂。天然高分子混凝剂由于电荷密度较小，相对分子质量较低，且易发生生物降解而失去絮凝活性，使用量较少。人工合成有机高分子絮凝剂都是水溶性聚合物，重复单元中常包含带电基团，因而也被称为聚电解质。包含带正电基团的为阳离子絮凝剂，包含带负电基团的为阴离子絮凝剂，既包含带正电基团又包含带负电基团的为两性絮凝剂，有些人工合成有机高分子絮凝剂在制备中并没有人为地引进带电基团，称为非离子絮凝剂。表1-5是水和废水处理中常用的絮凝剂。9293

为了提高混凝沉淀的效果，通常在使用混凝剂时还需加入一些助凝剂。助凝剂有三类，即：1）pH调节剂

是用来调整废水的pH，以达到混凝剂使用的最佳。常用的有石灰等。2)活化剂

用来改善絮凝体的结构，增加混凝剂的活性，如活性炭、各种黏土及活化硅酸等。3)氧化剂

用来破坏其他对混凝剂有干扰的有机物质，如氯等。942.3.2.4混凝处理流程及设备

混凝处理流程包括投药、混合、反应及沉淀分离几个部分，如图1-7所示。95第三节化学处理法

中和法混凝沉淀法

氧化还原法962.3.3氧化还原法废水经过氧化还原处理，可使其中所含有毒害的有机物质或无机物质转变成无毒或毒性较小的物质，从而达到废水治理的目的。现在工业上用得比较多的氧化剂是O2和Cl2等。常用的氧化法有空气氧化法和氯氧化法：97（1）空气氧化法空气氧化法是利用空气中的氧气氧化废水中的有机物和还原性物质的一种处理方法，因空气氧化能力比较弱，主要用于含还原性较强物质的废水处理，如炼油厂的含硫废水。空气中的氧与水中硫化物的反应如下：98有机硫化物与氧反应生成二硫化物，其在水中的溶解度很小，容易从水中分离出去，反应如下：

反应过程中，式（1-6）与式（1-7）反应为主反应。根据理论计算，每氧化1kg硫化物为硫酸盐，需氧量约4.0m3空气。实际操作中供气量往往为理论值的2-3倍。99空气氧化脱硫在密闭的塔器（如填料塔）中进行。图1-8为某炼油厂的废水氧化装置。含硫废水经隔油沉渣后与压缩空气及水蒸气混合，升温至80-90℃，进入氧化塔，塔径一般不大于2.5m，分四段，每段高3m。每段进口处设喷嘴，雾化进料。塔内气水体积比不小于15。增大气水比则气液的接触面积加大，有利于空气中的氧向水中扩散，加快氧化速度。废水在塔内平均停留时间为1.5-2.5h。100101（2）氯氧化法氯气是普遍使用的氧化剂，既用于给水消毒，又用于废水氧化，主要是起到消毒杀菌的作用。通常的含氯药剂有液氯、漂白粉、次氯酸钠、二氧化氯等。各药剂的氧化能力用有效氯含量表示。氧化价大于-1的那部分氯具有氧化能力，称之为有效氯。作为比较基准，取液氯的有效氯含量为100%

（质量分数）

。表1-6给出了几种含氯药剂的有效氯含量。102103氯氧化法目前主要是用在对含酚、含氰、含硫化物的废水治理方面。1）处理含酚废水

向含酚废水中加入氯、次氯酸盐或二氧化氯等，可将酚破坏。根据理论计算投加的氯量与水中的含酚量之比为6：1时，即可使酚完全破坏，但由于废水中存在其他化合物也与氯发生反应，实际上氯的需要量要超过理论量许多倍，一般要超出10倍左右。如果投氯量不够，酚不能完全被破坏，而且生成具有强烈臭味的氯酚。1042）处理含氰废水

用氯氧化法处理含氰废水时，是将次氯酸钠直接投入废水中，也可以将氢氧化钠和氯气同时加入废水中，氢氧化钠与氯气反应生成次氯酸钠。由于这种氯氧化法是在碱性条件下进行的，故又称为碱性氯化法。废水中含氰量与完成二个阶段反应所需的总氯及氢氧化钠的量之比，理论上为：

CN：Cl2：NaOH=1：6.8：6.2实际上，为使氰化物完全氧化，一般要投入氯的量为废水中所含氰量的8倍左右。105第四节物理化学处理法吸附法浮选法1062.4物理化学处理法废水经过物理方法处理后，仍会含有某些细小的悬浮物以及溶解的有机物。为了进一步去除残存在水中的污染物，可以进一步采用物理化学方法进行处理。常用的物理化学方法有吸附、浮选、电渗析、反渗透、超过滤等。1072.4.1吸附法在废水处理中，吸附法处理的主要对象是废水中用生化法难于降解的有机物或用一般氧化法难于氧化的溶解性有机物，包括木质素、氯或硝基取代的芳烃化合物、杂环化合物、洗涤剂、合成染料、除莠剂、DDT等。当用活性炭等对这类废水进行处理时，它不但能够吸附这些难于分解的有机物，降低COD，还能使废水脱色、脱臭，把废水处理到可重复利用的程度。所以吸附法在废水中的深度处理中得到了广泛的应用。108吸附法是利用多孔性固体物质作为吸附剂，以吸附剂的表面吸附废水中的某种污染物的方法。常用的吸附剂有活性炭、硅藻土、铝矾土、磺化煤、矿渣以及吸附用的树脂等。其中以活性炭最为常用。活性炭硅藻土109（1）吸附剂一切固体物质都有吸附能力，但是只有多孔性物质或磨得极细的物质由于具有很大的表面积，才能作为吸附剂，吸附剂的选择还必须满足以下要求：①吸附能力强；②吸附选择性好；③吸附平衡浓度低；④容易再生和再利用；⑤机械强度好；⑥来源容易；⑦化学性质稳定；⑧价格便宜。110一般工业吸附剂难于同时满足这八个方面的要求，因此，应根据不同的场合选用。目前常用的吸附剂很多，除人们熟悉的活性炭和硅胶外，还有白土、硅藻土、活性氧化铝、焦炭、树脂吸附剂、炉渣、木屑、煤灰及煤粉等。111吸附剂的吸附能力常用静活性来表示，即在一定的温度及平衡浓度的静态吸附条件下，每单位质量或单位体积吸附剂所能吸附的最大吸附质量。吸附过程的物料系统，包括废水（溶媒）、污染物质（溶质）及吸附质，因此吸附质是属于不同相间的传质过程，机理比较复杂，影响吸附过程的因素比较多，主要可以归纳为三方面的影响因素，即吸附剂的性质、污染物的性质以及吸附过程的条件。112吸附剂的吸附效果取决于吸附性、比表面积、孔隙结构、孔径分布等。吸附剂在达到饱和吸附后，必须进行脱附再生，才能重复使用。脱附是吸附的逆过程，即在吸附剂结构不发生变化或变化极小的情况下，用某种方法将吸附物从吸附剂孔隙中除去，恢复吸附剂的吸附功能。113通过再生使用，可以大大降低废水的处理成本；可以减少废渣的排放量；同时可以回收有用的吸附质。目前吸附剂的再生方法主要有加热再生、药剂再生、化学氧化再生、湿式氧化再生、生物再生等。在选择再生方法时，主要考虑三方面的因素：①吸附质的物理性质；②吸附机理；③吸附质的回收使用价值。114（2）吸附工艺及设备在设计吸附工艺和装置时，应首先确定采用何种吸附剂，选择何种吸附和再生操作方法以及废水的预处理和后处理措施。一般需通过静态和动态试验来确定处理效果、吸附容量、设计参数和技术经济指标。吸附操作分间歇和连续两种。115间歇式吸附是将吸附剂（多用粉状炭）投入废水中，不断搅拌，经一定时间达到吸附平衡后，用沉淀或过滤的方法进行固液分离。如果经过一次吸附，出水还达不到排放要求时，则需要增加吸附剂投加量和延长停留时间，或者对一次吸附出水进行二次或多次吸附。间歇吸附工艺适用于规模小、间歇排放的废水处理。因粉状炭的再生工艺比较复杂，不适用于大规模废水处理。116连续式吸附工艺是废水不断地流进吸附床，与吸附剂接触除去污染物，质量符合要求的处理后的水连续地从吸附床排出。按照吸附剂的充填方式，又分为固定床、移动床和流化床三种。图1-9和图1-10为其中常用两种。

117118吸附法除对含有机物废水有很好的去除作用外，对某些金属及化合物也有很好的吸附效果。研究表明，活性炭对汞、锑、铋、锡、钴、镍、铬、铜、镉等都有很强的吸附能力。国内已应用活性炭吸附法处理电镀含铬、含氰废水，以及化工厂和炼油厂排放的有机污染物的废水。活性炭吸附法是废水深度处理的一种实用、可靠而且经济的方法。119第四节物理化学处理法

吸附法

浮选法1202.4.2浮选法浮选法就是利用高度分散的微小气泡作为载体去粘附废水中的污染物，使其密度小于水而上浮到水面而实现固液或液液分离的过程。121在废水处理中，浮选法已广泛应用于：分离地面水中的细小悬浮物、藻类及微絮体；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；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工艺中；分离回收油废水中的悬浮油和乳化油；分离回收以分子或离子状态存在的目的物，如表面活性剂和金属离子等。122（1）浮选法的基本原理浮选法主要是根据表面张力的作用原理，使污水中固体污染物粘附在小气泡上。当空气通入废水中时，废水中的细小颗粒物共同组成3相体系。细小颗粒粘附到气泡上时，使气泡界面发生变化，引起界面能的变化。颗粒能否粘附于气泡上与颗粒和液体的表面性质有关。亲水性颗粒易被水润湿，水对它较大的吸附力，气泡不易把水推开而代之，这种颗粒不易粘附于气泡上而除去。而疏水性颗粒则容易附着于气泡而被除去。123各种物质对水的亲疏性，可用它们与水的接触角θ来衡量。接触角θ<90∘者为亲水性物质，θ>90∘者为疏水性物质。这种关系可从图1-11中表示的颗粒被水润湿面积的大小看出。124若要用浮选法分离亲水性颗粒（如纸浆纤维、煤粒、重金属离子等），就必须投加合适的药剂—浮选剂，以改变颗粒的表面性质，使其表面变成疏水性，易于粘附于气泡上。同时浮选剂还有促进起泡作用，可使废水中的空气，形成稳定的小气泡，以利于气浮。浮选剂的种类很多，如松香油、石油及煤油产品，脂肪酸及其盐类，表面活性剂等。125(2)浮选法操作流程

浮选法操作流程比较多，最常用的是加压浮选法和曝气浮选法1)加压浮选法操作原理是：在加压的情况下，将空气通入废水中，使空气溶解在废水中达饱和状态，然后由加压状态突然减至常压，这时溶解在水中的空气迅速析出形成极微小的气泡，不断向水面上升。气泡在上升过程中，捕集废水中的悬浮颗粒以及胶状物质等，一同带出水面，然后从水面上将其除去。用这种方法产生的气泡直径约为20-100μm，并且可人为地控制气泡与废水的接触时间，因而净化效果好，应用广泛。126操作过程如图1-12所示。1272）曝气浮选法曝气浮选法是将空气直接打入到浮选池底部的充气器中，空气形成细小的气泡，气泡捕集废水中颗粒后上浮到水面，由排渣装置将浮渣刮送到泥渣出口处排出。充气器可以用带有微孔的材料制成，如帆布、多孔陶瓷、微孔塑料管等，曝气浮选法的特点是动力消耗最小，但由于气泡较大，而又很难均匀，故浮

选效果较加压浮选法要差一些。目前都是与生化的

活性污泥法统一使用。128属于物理化学法范围的还有电渗析、反渗透、超过滤等。这些方法净化水的效果（净化度）很好，但它们的设备投资较高，废水处理能力较小，现一般应用于废水的三级处理和饮用水净化等有特殊需要的部门。

129130电渗析

是在直流电场的作用下，利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子选择透过性（即阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过），而使溶液中的溶质与水分离的一种物理化学过程。电渗析技术越来越引起人们的重视并得到逐步推广。此方法应用在环保方面进行废水处理已取得良好的效果。但是由于耗电量很高，多数还仅限于在以回收为目的的情况下使用。131反渗透

是利用半渗透膜进行分子过滤来处理废水的一种新的方法，又称膜分离技术。因为在较高的压力作用下，这种膜可以使水分子通过，而不能使水中溶质通过，所以这种膜称为半渗透膜。利用它可以除去水中比水分子大的溶解固体、溶解性有机物和胶状物质。近年来应用范围在不断扩大，多用于海水淡化、高纯水制造及苦咸水淡化等方面。132超过滤法

是利用半透膜对溶质分子大小的选择透过性而进行的膜分离过程。超过滤法所需的压力较低，一般为0.1～0.5MPa，而反渗透的操作压力则为2～10MPa。因化工废水中含有各种各样的溶质物质，所以只采用单一的超滤方法，不可能去除不同分子量的各类溶质，一般多是与反渗透法联合使用，或者与其他处理法联合使用，多用于物料浓缩。第五节生化处理法生化处理的方法分类微生物及微生物处理活性污泥法

生物膜法

厌氧生化法1332.5生化处理法生化处理法：是利用微生物的新陈代谢作用，使废水中呈溶解和胶体状态的有机污染物转化为无害物质，以实现废水净化的方法。化工废水中的有机污染物采用物理或化学的方法无法达到治理要求，可考虑生化处理法。废水中BOD5/COD比值大于0.3，可采用生化处理法。134生化处理前，需要对工业废水中含有的对微生物有毒性的化合物进行预处理。

对工业废水中的悬浮物和颗粒物进行预处理，会大大削减废水中的COD和BOD的量，也是削减废水中有机物的一项简单而有效的措施。1352.5.1生化处理方法分类从微生物的代谢形式出发，生化处理方法主要分为：好氧处理和厌氧处理两大类型。按照微生物的生长方式，可分为悬浮生长型和固着生长型两类。按照系统的运行方式可分为连续式和间隙式。按照主体设备中的水流状态，可分为推流式和完全混合式等类型。

136其中好氧处理的活性污泥法和生物滤池法比较成熟、应用较多，而人工条件的厌氧处理正处于发展阶段。根据作用原理不同可以大致分类如下：137第五节生化处理法

生化处理的方法分类

微生物及微生物处理

活性污泥法

生物膜法

厌氧生化法1382.5.2微生物及生物处理2.5.2.1微生物的特征

（1）微生物的种类：所谓微生物是一些肉眼不能看见，只能凭借显微镜才能观察到的单细胞及多细胞生物，微生物在自然界中分布极广，种类繁多。在处理废水中常见的微生物，可以分为以下几类。139在废水处理过程中，随着废水水质的差异，出现的微生物种类、数量也有明显差别，其中以细菌的数量最多。140

（2）微生物的新陈代谢：微生物在生命活动过程中，不断从外界环境中吸取营养物质，并通过复杂的酶催化反应将其加以利用，提供能量并合成新的生物体，同时又不断地向外界环境排泄废物，从而实现生命体的自我更新，这个过程称为微生物的新陈代谢，简称代谢。各种生物的生命活动，如生长、繁殖、遗传及变异，都需要通过新陈代谢来实现，可以讲，没有新陈代谢，就没有生命。141（3）微生物的变异性：即环境条件的改变对微生物有特别明显的影响。同时变异又具有遗传性。因此，利用微生物的这种特性，可以在人为的条件下培养所需微生物，部分改变其原有的特性，使之更好地用于不同的废水处理中。这种培养又称为驯化。利用驯化微生物改变其部分性状的方法称为定向变异。微生物的定向变异对用生化法处理废水具有特别重要的意义。142微生物特征：具有来源广、易培养增殖、繁殖快、对环境适应性强、易变异、可以驯化等。这些特性使其易于适应有毒工业废水的水质条件，并通过新陈代谢使有机物无机化，有毒物质无害化。生化处理法优点：条件温和，不需要高温高压，与化学法相比，其处理废水的费用低廉，运行管理方便。生化处理是废水处理系统中最重要的方法之一，已广泛用作生活污水及工业有机废水的二级处理。1432.5.2.2生物酶

微生物处理废水时，一切反应都是在酶的作用下进行的。酶是微生物细胞特有的一种蛋白质，是具有高度专一性的高效生物催化剂。酶的催化活性多受环境条件的影响，特别是温度、pH和某些离子等，因此废水需要具备一定的条件，才能进行有效的生化法处理。1442.5.2.3生化法对水质的要求废水生化处理是以废水中所含的污染物作为营养源，利用微生物的代谢作用使污染物被降解，废水得以净化。如果废水中突然进入有毒物质，或环境条件突然发生变化，超过微生物的承受限度时，将会对微生物产生抑制或有毒作用，使系统的运行遭到严重破坏。因此，进行生化处理时，废水水质需要给微生物的生长繁殖提供适宜的环境条件是非常重要的。145对废水水质的要求主要有以下几个方面：（1）pH在废水处理过程中，pH不能有突然变动，否则将使微生物的活力受到抑制，以至于造成微生物的死亡。一般，对好氧生物处理，pH可保持在6-9范围内；对厌氧生物处理，pH应保持在6.5-8之间。（2）温度温度过高时，微生物会死亡，而温度过低，微生物的新陈代谢作用将变得缓慢，活力受到抑制。一般生物处理要求水温控制在20-35℃之间。146（3）水中的营养物及其毒物微生物的生长、繁殖需要多种营养物质，其中包括碳源、氮源、无机盐类等。水质经过分析后，需向水中投加缺少的营养物质，以满足所需的各种营养物，并保持其间的一定数量比例，一般对氮、磷的需要量应满足BOD5：N：P=100：5：1(质量比)。147

在工业废水中，有时存在着对微生物具有抑制和杀害作用的化学物质，即有毒物质。毒物种类不少，这些毒物对微生物产生毒害是需要一定浓度的，既有一个毒物最高允许浓度。微生物驯化后，其毒物最高允许浓度可适当提高。表1-7所列出的一部分毒物仅供参考的最高允许浓度。148149（4）氧气微生物根据对氧的要求，可分为好氧微生物、厌氧微生物及兼性微生物。好氧微生物在降解有机物的代谢过程中以分子氧作为受氢体，如果分子氧不足，降解过程就会因为没有受氢体而不能进行，微生物的正常生长规律就会受到影响，甚至被破坏。所以在好氧生物处理的反应过程中，一般需从外界供氧，一般要求反应器废水中保持溶解氧浓度在2-4mg/L左右为宜。150而厌氧微生物对氧气很敏感，当有氧存在时，它们就无法生长。这是因为在有氧存在的环境中，厌氧微生物在代谢过程中由脱氢酶所活化的氢将会与氧结合形成H2O2，而厌氧微生物缺乏分解H2O2的酶，从而形成H2O2积累，对微生物细胞产生毒害作用。所以厌氧处理设备要严格密封，隔绝空气。151（5）有机物的浓度进水有机物的浓度高，将增加生物反应所需的氧量，往往由于水中含氧量不足造成缺氧，影响生化处理效果。但进水有机物的浓度太低，容易造成养料不够，缺乏营养也使处理效果受到影响。一般进水BOD5值控制在100-1000mg/L范围内。1522.5.2.4好氧生物处理和厌氧生物处理根据生化处理过程中起主要作用的微生物种类的不同，废水生化处理可分为：好氧生物处理和厌氧生物处理两大类。（1）好氧生物处理：是好氧微生物和兼性微生物参与，在有溶解氧的条件下，将有机物分解为CO2和H2O，并释放出能量的代谢过程。在有机物氧化过程中脱出的氢是以氧作为受氢体。如葡萄糖（C6H12O6）在有氧情况下完全氧化，如下式所示：153优点：有机物分解比较彻底，放能量多，代谢速度快，代谢产物稳定。缺点：处理高浓度有机物的废水成本较高，因需要大量的稀释用水，且不断地往水中补充溶解氧。154（2）厌氧生物处理：是在无氧的条件下，利用厌氧微生物作用，主要是厌氧菌的作用，来处理废水中的有机物。处理过程中受氢体不是游离氧，而是有机物质或含氧化合物，如SO42-、NO3-、NO2-、等。因此，最终代谢产物不是简单的CO2和H2O，而是一些低分子有机物如CH4、H2S、NH4+及CO2等。155优点：不需要供给氧气，动力消耗小，设备简单，能回收一定数量的甲烷气体作为燃料。缺点：发酵过程中会有硫化氢或其他硫化物产生，硫化氢与铁质接触就会形成黑色的硫化铁，从而使处理后的废水既黑又臭。（3）兼氧氧化：也叫兼气性氧化或兼气性分解，是兼气性微生物生命活动的结果，它介乎好氧分解与厌氧分解之间。兼性微生物既能在有氧环境中也能在无氧条件下生存。156第五节生化处理法

生化处理的方法分类微生物及微生物处理活性污泥法

生物膜法

厌氧生化法1572.5.3活性污泥法活性污泥法是处理工业废水最常用的生物处理方法，它是在称作曝气池的废水处理池中，不断注入空气，利用池中悬浮生长的微生物絮体处理有机废水，这种生物絮体称为活性污泥。活性污泥组成：由好氧性微生物（包括细菌、真菌、原生动物及后生动物）及其代谢的和吸附的有机物、无机物组成，具有降解废水中有机污染物（也有些部分分解无机物）的能力。1582.5.3.1活性污泥活性污泥法处理的关键在于具有足够数量和性能良好的污泥。它是大量微生物聚集的地方，即微生物高度活动的中心，在处理废水过程中，活性污泥对废水中的有机物具有很强的吸附和氧化分解能力，故活性污泥中还含有分解的有机物及无机物等。污泥中的微生物，在废水处理中起主要作用的是细菌和原生动物。159

衡量一曝气池的活性污泥混合液性能的常用评价指标主要有以下几项：（1）混合液悬浮固体浓度（MLSS）：指1L混合液内所含的悬浮固体（MLSS）的量，单位为g/L或mg/L，也称污泥浓度。包括混合液中的微生物、有机物和无机物。其值由混合液滤去清液，再经103-105℃干燥后，称重取得。污泥浓度的大小可间接地反映废水中所含微生物的浓度。一般在活性污泥曝气池内常保持MLSS浓度在2-6g/L之间，多为3-4g/L。160（2）污泥沉降比（SV%）：是指一定量的曝气池废水静置30min后，沉淀污泥与废水的体积比，用%表示。它可反映污泥的沉淀和凝聚性能好坏。污泥沉降比越大，越有利于活性污泥与水迅速分离，性能良好的污泥，一般沉降比可达15-30%。161（3）污泥容积指数（SVI）：又称污泥指数，是指一定量的曝气池废水经30min沉淀后，1g干污泥所占有沉淀污泥容积的体积，单位为mL/g。它实质是反映活性污泥的松散程度，污泥指数越大，则污泥越松散。这样可有较大表面积，易于吸附和氧化分解有机物，提高废水的处理效果。

162污泥指数一般控制在50-150mL/g之间为宜，如废水中有机物含量高时，正常的SVI值可能较高；相反，废水中含无机性悬浮物较多时，正常的SVI值可能较低。

以上三者之间的关系为

SVI=SV%×10/MLSS

例如，曝气池废水污泥沉降比为20%，污泥浓度为2.5g/L,则污泥容积指数为SVI=20×10/2.5=80（mL/g)163（4）混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）：指1L混合液内所含挥发性悬浮固体的量，单位为g/L。此浓度包括混合液中微生物和有机物。其值由MLSS再经600℃煅烧后取得。该值更接近微生物的实际量。1642.5.3.2活性污泥法处理废水的过程

活性污泥除去废水中的有机物，主要经历三个阶段：（1）吸附阶段：污水与活性污泥接触后的很短时间内水中有机物（BOD）迅速降低，这主要是吸附作用引起的。由于絮状的活性污泥表面积很大（约2000-3000m2/m3混合液)，表面具有多糖类粘液层，污水中悬浮和胶体的物质被絮凝和吸附迅速去除。往往在10-40min内，BOD可下降80-90%。此后，下降速度迅速减缓，活性污泥的初期吸附性能取决于污泥的活性。165（2）氧化阶段：在有氧的条件下，微生物将吸附的有机物一部分氧化分解获取能量，一部分则合成新的细胞。从污水处理的角度看，不论是氧化还是合成都能从水中去除有机物，只是合成的细胞必须易于絮凝沉淀而能从水中分离出来。这一阶段比吸附阶段慢得多。166（3）絮凝体形成与凝聚沉淀阶段：氧化阶段合成的菌体有机体絮凝形成絮凝体，通过重力沉淀从水中分离出来，使水得到净化。采用活性污泥法处理工业废水的大致流程如图1-13所示。167流程中的主体构筑物是曝气池，废水必须先进行沉淀预处理（如初沉）后，除去某些大的悬浮物及胶状颗粒等，然后进入曝气池与池内活性污泥混合成混合液，并在池内充分曝气，这有两方面作用：一方面使活性污泥处于悬浮状态，废水与活性污泥充分接触；另一方面，通过曝气，向活性污泥提供氧气，保持好氧条件，保证微生物的正常生长和繁殖。而水中的有机物被活性污泥吸附、氧化分解。168处理后的废水和活性污泥一同流入二次沉淀池进行分离，上层净化后的废水排出。沉淀的活性污泥部分回流入曝气池进口，与进入曝气池的废水混合。由于微生物的新陈代谢作用，不断有新的原生质合成，所在系统中活性污泥量会不断增加，多余的活性污泥应从系统中排出，这部分污泥称为剩余污泥量；回流使用的污泥称为回流活性污泥。169

通常参与分解废水中有机物的微生物的增殖速度，都慢于微生物在曝气池内的平均停留时间，因此，如果不将浓缩的活性污泥回流到曝气池，则具有净化功能的微生物将会逐渐减少。除污泥回流外，增殖的细胞物质将作为剩余污泥排入污泥处理系统。1702.5.3.3活性污泥法的类型

按废水和回流污泥的进入方式及其在曝气池中的混合方式，活性污泥法可分为：

平推流式和完全混合式两大类。平推流式：活性污泥曝气池有若干个狭长的流槽，废水从一端进入，另一端流出。此类曝气池又可分为平行水流（并联）式和转折水流（串联）式两种。随着水流的过程，底物（有机物及其他营养物）降解，微生物增长。171完全混合式：完全混合式是废水进入曝气池后，在搅拌下立即与池内活性污泥混合液混合，从而使进水得到良好的稀释，污泥与废水得到充分混合，可以最大限度地承受废水水质变化的冲击，使曝气池处于良好的工况条件下工作。典型设备—普通曝气沉淀池构造如图1-14所示。172它由曝气区、导流区、回流区、沉淀区几部分组成。它占地面积小，回流用活性污泥可自动回流至曝气面，不需输送污泥设备。但是沉淀效果较分建式要差，流出水中有机物的含量比较高，影响出水水质。当然，理论上的推流式和完全混合式是没有的，一般实际运行的曝气池的流程介于两者之间。173第五节生化处理法

生化处理的方法分类微生物及微生物处理活性污泥法

生物膜法

厌氧生化法1742.5.4生物膜法生物膜法是另一种好氧生物处理法，也称固着生化法。活性污泥法是依靠曝气池中悬浮流动着的活性污泥来分解有机物的。生物膜法是通过废水同生物膜接触，生物膜吸附和氧化废水中的有机物并同废水进行物质交换，从而使废水得到净化的过程，常用的有生物滤池、塔式滤池、生物转盘、生物接触氧化和生物流化床等。175

现简介生物滤池如下：生物滤池一般由钢筋混凝土或砖石砌筑而成，池平面有矩形、圆形或多边形，其中以圆形为多，主要组成部分是滤料、池壁、排水系统和布水系统，如图1-15所示。176滤料作为生物膜的载体，对生物滤池的工作影响比较大。常用的滤料有碎石、炉渣、焦炭、瓷环、陶粒等，而且颗粒比较均匀、粒径为25-100mm,滤层厚度为0.9-2.5m，平均1.8-2.0m。近年来，生物滤池多采用塑料滤料，主要由聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺等加工成波纹板、蜂窝管、环状及中空圆柱等复合式滤料。这些滤料的特点是比表面积大，孔隙率高（可达90%以上），从而大大改善膜生长及通风条件，使废水处理效果大大提高。177生物滤池的基本流程与活性污泥法相似，由初次沉池---生物滤池---二次沉淀等三部分组成。在生物滤池中，为了防止滤层堵塞，需设置初次沉淀池，预先去除废水中的悬浮颗粒和胶状颗粒。二次沉淀池用以分离脱落的生物膜。由于生物膜的含水率比活性污泥小，因此，污泥沉淀速度较大，二次沉淀池容积较小。178含有有机物质的工业废水，由滤池顶部通入，自上而下地穿过滤料层，进入池底的集水沟，然后排出池外。当废水由布水装置均匀地分布在滤料的表面上，并沿着滤料的间隙向下流动时，滤料截留了废水中的悬浮物质及微生物，在滤料表面逐渐形成一层粘膜，由于膜内生长有大量的微生物，称这种粘膜为生物膜。

179微生物吸附滤料表面上的有机物作为营养，很快繁殖，并进一步吸附废水中的有机物，使生物膜厚度逐渐增加，增厚到一定程度时，氧气难于进入到生物膜深处，生物膜里层供氧不足，会造成厌氧微生物繁殖，从而产生厌氧分解，生产氨、硫化氢和有机酸，有恶臭气味，影响出水的水质。如果生物膜太厚的话，会使滤料间隙变小，造成堵塞，使处理水量减少。一般认为生物膜厚度以2mm左右为宜。在工作过程中，生物膜不断生长、脱落和更新，从而保持其活性。180第五节生化处理法

生化处理的方法分类微生物及微生物处理活性污泥法

生物膜法

厌氧生化法1812.5.5厌氧生化法废水厌氧生物处理是环境工程与能源工程中一项重要技术。农村广泛使用的沼气池，就是厌氧生物处理技术的运用实例。但由于存在停留时间长、对低浓度有机废水处理效率低等缺点，较长时期限制了该技术在废水处理中的广泛应用。

182从20世纪70年代开始，由于世界能源的紧缺，能产生能源的废水厌氧技术得到重视，不断开发出新的厌氧处理工艺和构筑物。大幅度地提高了厌氧反应器内活性污泥的持留量，使废水的处理时间大大缩短，处理效率成倍提高。特别在高浓度有机废水处理方面逐渐显示出它的优越性。1832.5.5.1厌氧生物处理的基本原理废水的厌氧生物处理是指在无分子氧的条件下通过厌氧微生物（或兼氧微生物）的作用，将废水中的有机物分解转化为甲烷和二氧化碳的过程，所以又称厌氧消化。厌氧生物处理实际上是一个复杂的微生物化学过程。184早在20世纪30年代，人们就已经认识到有机物的分解过程分为酸性（酸化）阶段和碱性（甲烷化）阶段。1967年，Bryant的研究表明，厌氧过程主要依靠三大主要类群的细菌，即水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌的联合作用完成。因而应划分为三个连续的阶段，即水解酸化阶段、产氢产乙酸阶段、产甲烷阶段，有人也把第一个阶段又划分为水解和酸化两个阶段。如图1-16所示。185186

第一个阶段为：水解酸化阶段此阶段复杂大分子有机物、不溶性有机物先在细胞外酶水解为小分子、溶解性有机物，然后渗透到细胞体内，分解产生挥发性有机酸、醇类、醛类物质等。187第二个阶段为：产氢产乙酸阶段在产氢产乙酸细菌的作用下，将第一个阶段所产生的各种有机酸分解转化为乙酸和H2，在降解奇数碳素有机酸时还形成CO2。第三个阶段为：产甲烷阶段产甲烷细菌利用乙酸、乙酸盐、CO2和H2或其他一碳化合物转化为甲烷。

上述三个阶段的反应速度因废水性质的不同而异，而且厌氧生物处理对环境的要求比好氧法要严格。188

控制厌氧生物处理效率的基本因素有两类：一类是基础因素，包括微生物量（污泥浓度）、营养比、混合接触状况、有机负荷等；另一类是周围的环境因素，如温度、pH、氧化还原电位、有毒物质的含量等。1892.5.5.2厌氧生物处理的典型工艺有些化工废水的有机物含量很高，用好氧法处理时常需要稀释数百甚至上千倍，很不经济，此类废