水污染控制工程 Wastewater Treatment
一、水质指标：物理指标、化学指标、生物指标
（一）BOD5（5日生化需氧量）：指5天内水中有机污染物被好氧微生物分解时所需的氧量（mg/L）
（二）水体自净作用：以河流为例，指河水中的污染物在河水向下游流动中浓度自然降低的现象。
（1）物理净化：指污染物由于稀释、扩散、沉淀等作用，使河水污染物浓度降低的过程。（2）化学净化：指污染物由于氧化、还原、分解等作用，使河水污染物浓度降低的过程。（3）生物净化：由于水中生物活动，尤其是水中微生物对有机物氧化分解作用而使河水污染物浓度降低的过程。
二、污水的物理处理
（一）格栅（Screening）：在水处理中，格栅是用来去除可能阻塞水泵机及管道阀门的较粗大的悬浮物，并保证后续处理设备能正常运行的一种装置。
Screening to remove large subjects,such as stones or sticks that could plug lines or block tank inlets.
(二)沉淀的基础理论
1.沉淀法：利用水中悬浮颗粒和水的密度差，在重力作用下产生下沉作用，以达到固液分离的一种过程。
2.沉淀法的四种用法：
1.污水处理系统的预处理（沉砂池—预处理手段去除污水中易沉降的无机性颗粒物）
2.污水的初步处理（初沉池）（经济有效地去除污水中的悬浮固体和呈悬浮状态的有机物）
3.生物处理后的固液分离（二次沉淀池，简称二沉池）
4.污泥处理阶段的污泥浓缩（污泥浓缩池）
3.沉淀类型
（1）自由沉淀：悬浮颗粒物浓度不高：沉淀过程中悬浮固体之间互不干扰，颗粒各单独进行沉淀，颗粒沉淀轨迹呈直线。沉淀过程中，颗粒的物理性质不变。发生在沉砂池。（2）絮凝沉淀：悬浮颗粒物浓度不高：沉淀过程中悬浮颗粒之间有互相絮凝作用，颗粒因相互聚集增大而加快沉降，沉淀轨迹呈曲线。沉淀过程中，颗粒的质量、形状、沉速是变化的。化学絮凝沉淀属于这种类型。
（3）区域沉淀（成层沉淀或拥挤沉淀）：悬浮颗粒浓度较高（5000mg/L以上）：颗粒的沉降受到周围其他颗粒的影响，颗粒间相对位置保持不变，形成一个整体共同下降，与澄清水之间有清晰的泥水界面。二次沉淀池与污泥浓缩池中发生。
（4）压缩沉淀：悬浮物颗粒浓度很高：颗粒相互之间已压成团状结构，互相接触，互相支撑，下层颗粒间的水在上层颗粒的重力作用下被挤出，使污泥得到浓缩。二沉池污泥斗中及浓缩池中污泥的浓缩过程存在压缩沉淀。
联系与区别：自由沉淀，絮凝沉淀，区域沉淀或成层沉淀，压缩沉淀悬浮颗粒的浓度依次增大，颗粒间的相互影响也依次增强。
（三）沉砂池Grit chamber slow down the flow to allow grit to fall out.
1.设置沉砂池的目的和作用：以重力或离心力分离为基础，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，从而能从污水中去除砂子，煤渣等密度较大的无机颗粒，以免这些杂质影响后续处理构筑物的正常运行。
2.曝气沉砂池的工作原理和平流沉砂池工作原理的比较
平流式沉砂池是一种最传统的沉砂池，它构造简单，工作稳定，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，从而能从污水中去除砂子、煤渣等密度较大的无机颗粒。
曝气沉砂池的工作原理：由曝气以及水流的
螺旋旋转作用，污水中悬浮颗粒相互碰撞、
摩擦，并受到气泡上升时的冲刷作用，使粘
附在砂粒上的有机污染物得以去除。曝气沉
淀池沉砂中含有机物的量低于5%；由于池
中设有曝气设备，它还有预曝气、脱臭、防
止污水厌氧分解、除泡以及加速污水中油类
的分类等作用。
3.常用的沉砂池形式：平流式沉砂池、曝气沉砂池、旋流沉砂池。
4.曝气沉砂池存在的问题：
（1）砂中含有有机物。
（2）对被有机物包覆的砂粒截留效率不高。
5.曝气的作用：
（1）使有机物处于悬浮；
（2）砂粒摩擦及在气体剪切力和紊动条件下去除其附着的有机污染物。
（四）沉淀池Sedimentation tank
Settleable solids settle out and pumped away,while
oils float to the top and are skimmed off.
沉淀池可分为普通沉淀池和浅层沉淀池。
沉淀池按工艺布置不同，可分为初沉池和二沉池。
沉淀池常按池内水流方向的不同分为平流式、竖
流式、辐流式。
沉淀池的组成：进水区、出水区、沉淀区、贮泥区、缓冲区。
反应沉淀池效率的参数—表面水力负荷（溢流率）在单位时间内通过沉淀池单位表面积的流量。单位：m3/(m2·h)
（五）隔油池
1.废水中油的存在形态：
可浮油（大于100um，依靠油水相对密度差而从水中分离出来）
细分散油（10—100um，长时间静置后可以形成可浮油）
乳化油（粒径小于10um，因水中含有表面活性剂而呈乳化状态）
溶解油。
2.隔油池（自然上浮法）
3.乳化油的形成：
(1)由于生产工艺的需要而制成的乳化油。
(2)以洗涤剂清洗受油污染的机械零件、油槽车等产生乳化油废水。
(3)含油（可浮油）废水在管道中于含乳化剂的废水相混合，受水流搅动而形成。
4.破乳：由于乳化油油滴表面上有一层乳化剂形成的稳定薄膜，阻碍油滴合并。如果能消除乳化剂的作用，乳化油即可转化为可浮油。
5.破乳的原理：破坏油滴界面上的稳定薄膜，使油水得以分离。
6.破乳的途径：
(1)投加换型乳化剂
(2)投加盐类、酸类物质可使乳化剂失去乳化作用。
(3)投加某种本身不能成为乳化剂的表面活性剂。
(4)通过剧烈的搅拌、振荡或转动，使乳化的液滴猛烈相碰撞并合并。
(5)如以粉末为乳化剂的乳状液，可以用过滤法拦截被固体粉末包围的油滴。
(6)改变乳状液的温度（加热或冷冻）来破坏乳状液的稳定。
(六)气浮法
1.气浮法是一种固—液分离或液—液分离技术。它是通过某种方法产生大量的微细气泡，使其与废水中密度接近于水的固体或液体污染物微粒粘附，形成密度小于水的气浮体，在浮力作用下，上浮至水面形成浮渣而实现固—液或液—液分离。
2.气浮法必须满足的条件：
（1）必须向水中提供足够量细微气泡。
（2）必须使废水中的污染物质能形成悬浮状态。
（3）必须使气泡与悬浮的物质产生粘附作用。
3.按产生微细气泡的方法，气浮法分为：电解气浮法，分散空气气浮法，溶气空气气浮法。
4.加压溶气气浮法基本原理
使空气在加压条件下溶解于水，然后通过将压力降至常压而使过饱和溶解的空气以微细气泡形式释放出
来。
加压溶气气浮法根据加压溶气水的来源不同分为：全加压溶气流程，部分加压溶气流程，部分回流加压溶气流程。
a
基本流程
特点
流程图优点缺点
全加压
溶气流
程
将全部入
流废水进
行加压溶
气，再经减
压释放装
置进入气
浮池，进行
固液分离。
（a）溶气量大，增
加了油粒或悬浮颗
粒与气泡的接触机
会；
（b）在处理水量相
同的条件下，它较
部分回流溶气气浮
法所需的气浮池
小，从而减少了基
建投资。
由于全部废水经
过压力泵，所以
增加了含油废水
的乳化程度，而
且所需的压力泵
和溶罐均较其它
两种流程大，因
此投资和运转动
力消耗较大。
部分加
压溶气
流程
将部分入
流废水进河水污染
行加压溶
气，再经减
压释放装
置进入气
浮池，其他
部分直接
进入气浮
池，进行固
液分离
（a）较全流程溶气
气浮法所需的压力
泵小，故动力消耗
低；
（b）压力泵所造成
的乳化油量较全部
溶气法低；
（c）气浮池的大小
与全部溶气法相
同，但较部分回流
溶气法小。
部分回
流加压
溶气流
程
将部分清
液进行回
流加压，入
流水则直
接进入气
浮池，进行
固液分离。
（a）加压的水量
少，动力消耗省；
（b）气浮过程中不
促进乳化；
（c）矾花形成好，
后絮凝也少；
气浮池的容积较
前两种流程大。
5.加压溶气气浮法的基本原理：
空气从水中析出的过程分为两个步骤1.气泡核的形成过程。2.气泡的增长过程。
6.黏附：微细气泡与悬浮颗粒的三种黏附方式：吸附，顶托，裹挟
7.投加化学药剂提高气浮效果：混凝剂、浮选剂、助凝剂、抑制剂、调节剂。
助凝剂的作用是提高悬浮颗粒表面的水密性，以提高颗粒的可浮性。
8.压力溶气气浮法系统主要由三个部分组成：压力容器系统、空气释放系统和气浮分离设备。
空气释放装置的功能是将压力溶气水减压，使溶气水中的气体以微气泡的形式释放出来，并能迅速均匀地与水中的颗粒物质黏附，减压释放装置产生的微气泡直径在20-100um。
9.气固比（a）：溶解空气量（A）与原水中悬浮固体含量（S）的比值。
气固比选用涉及原水水质、出水要求、设备、动力等因素，对于所处理的废水最好经过气浮实验来确定气固比，无实验资料一般取值0.005-0.06，废水中悬浮固体浓度不高时取下限，悬浮固体较高时，可选用上限。
10.废水处理中，气浮法与沉淀法相比较
与沉淀法相比较，浮上法具有以下优点：
①浮上法的表面负荷高，有可能高达12m3/(m2·h)，水在池中中的停留时间只需10～20min，而且池深只需2m左右，故占地面积较少，节省基建投资；
②浮上法具有预曝气作用，出水和浮渣都含有一定量的氧，有利于后续处理或再用，泥渣不易腐化；
③对那些很难用沉淀法去除的低浊含藻水，浮上法处理效率高，甚至还可去除原水中的浮游生物，出水水质好；
④浮渣含水率低，一般在96%以下，比沉淀池污泥体积少2～10倍，这对污泥的后续处理有利，而且表面刮渣也比池底排泥方便；
⑤可以回收利用有用的物质；
⑥浮上法所需药剂量比沉淀池节省。
缺点：浮上法电耗较大，处理每吨废水比沉淀法多耗电约0.02～0.04kW·h；目前使用的溶气水减压释放器容易堵塞；浮渣怕较大的风雨袭击。
三、污水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础
（一）污水生物处理的概念：利用微生物的新陈代谢，将废水中的有机物的一部分转化为微生物的细胞物质，另一部分转化为无机物或简单的有机物的方法。
1.根据参加代谢活动的微生物对溶解氧的需求不同，分为：好氧生物处理（存在分子氧），缺氧生物处理（存在化合态氧），厌氧生物处理（既无分子氧又无化合态氧存在）。
2.好氧生物处理法有：活性污泥法（悬浮生长法）和生物膜法（附着生长法）。
（二）污水生物处理的基本原理
1.生物处理的有机物去向：有机物被微生物摄取后，通过代谢活动，约有1/3被分解，稳定并提供其生理活动所需要的能量，约2/3被转化，合成新的细胞物质，即进行微生物自身生长繁殖。
2.生物处理有机物的去向：有机物转化分为3个部分：一部分转化为可回收利用的可燃性气体甲烷，一部分被分解为二氧化碳、水、氨、硫化氢等无机物，并为细胞合成提供能量；少量有机物则被转化、合成新的细胞物质。
污水中生物脱氮处理过程中氮的转化主要包括氨化（好氧或厌氧条件），硝化（好氧），反硝化（缺氧）（+同化作用）。（三）脱氮除磷基本理论
城镇污水生物脱氮过程的基本步骤：微生物经氨化反应分解有机氮化合物生成氨，再在亚硝酸盐菌和硝化细菌的作用下，经硝化反应生成（亚）硝酸盐，最后经反硝化反应将（亚）硝酸盐还原为氮气。当进水氨氮浓度较低时，同化作用也可能成为脱氮的主要途径。
（四）微生物的生长规律和生长环境
微生物的四个生长期：停滞期、对数期、静止期、衰老期
（五）微生物的生长环境
①微生物的营养：主要营养物质是碳、氮、磷。BOD5：N：P=100:5:1
②温度
③PH    6.5-8.5
④溶解氧（不低于2mg/L）
⑤有毒物质
（六）米氏方程