PAGE213第四章水處理系統(tǒng)概述4.1水處理方法的分類4.1.1污染物分類及其可處理性水中污染物按其來源來分，可分為：天然污染物（Naturalpollutants），來源于天然降水、降塵等過程；生活污染物（Domesticpollutants），來源于生活排水；工業(yè)污染物（Industrialpollutants），來源于工業(yè)排水；農(nóng)業(yè)污染物（Agriculturalpollutants），來源于農(nóng)田灌溉排水；畜產(chǎn)污染物（Livestockpollutants），來源于畜產(chǎn)或家禽養(yǎng)殖排水。此外，水產(chǎn)養(yǎng)殖、航運、水上娛樂運動等也都會引起水中污染物的增加，這里不再一一贅述。這種分類是按照污染源的分類，不便于區(qū)分污染物的性質(zhì)，也不便于研究污染物的處理方法。因此，一般對污染物的分類是按照其物理化學(xué)性質(zhì)來進行的。根據(jù)污染物的物理性質(zhì)，一種最直接的方法是按照污染物的尺度來進行分類，從而可得到圖4.1所示的污染物尺度分布。如圖所示，尺度在微米（μm）量級以上的污染物屬于懸浮物的范疇；尺度在1nm（10-9m）至數(shù)μm的污染物通常具有膠體的性質(zhì)；而尺度在10nm以下的污染物可認為屬于溶解物的范疇。懸浮物、膠體和溶解物的尺度有一定重疊，這是因為分類的尺度界限并不是唯一的，例如尺度在1nm至10nm之間的污染物既可以看作處于膠體下限尺度的物質(zhì)，也可以看作是處于溶解物上限尺度（或分子量）的物質(zhì)。這樣按尺度范圍的分類沒有涉及污染物的化學(xué)性質(zhì)，例如同屬于膠體范疇的污染物既包括粘土顆粒這樣的污泥物，又包括腐殖質(zhì)這樣的有機物，還包括細菌等微生物。然而，污染物的尺度在很大程度上決定了其處理性，這樣的分類方法對選擇水處理方法具有重要參考價值。圖4.1污染物尺度分布根據(jù)污染物的化學(xué)性質(zhì)，又可將其分為無機物和有機物兩大類。然而，這樣的分類很難和其處理性直接掛鉤，例如屬于無機物的砂粒、粘土等顯然與同屬于無機物的溶解鹽類具有完全不同的處理性。對于有機物，又可根據(jù)其生化降解性分為生化可降解有機物和生化難降解有機物，兩類污染物很難用同樣的方法處理去除。為了合理地選擇污染物的去除方法，有時也需要將上述幾種分類方法結(jié)合起來考慮。以下將介紹幾類污染物的一般去除方法。4.1.2懸浮污染物的去除方法對于懸浮污染物，不論是無機物還是有機物，由于均具有較大的尺度或粒徑，一般都可以利用重力的作用將其與水分離。對于密度大于水的懸浮污染物可采用沉淀（Sedimentation）的方法，對于密度小于水的懸浮污染物則可采用氣浮（Floatation）的方法。同時過濾（Filtration）也是去除懸浮污染物的主要方法，包括粒狀介質(zhì)過濾和分離界限為10-1μm尺度的膜過濾，即微濾（Micro-filtration）。4.1.3膠體污染物的去除方法屬于膠體范疇的污染物，包括無機物和有機物，均可采用凝聚和絮凝（Coagulationandflocculation）的方法使其脫穩(wěn)并相互結(jié)合成長為較為粗大的絮狀體，然后通過沉淀、氣浮和過濾的方法加以去除。利用膜過濾，即分離界限為10-2μm尺度的超濾（Ultra-filtration）或分離界限為nm尺度的納濾（Nano-filtration），則可直接去除水中的膠體污染物。4.1.4溶解性有機物的去除方法溶解性有機物包括生化可降解有機物和生化難降解有機物兩種類型。對于前者，通常是利用微生物的作用進行生物化學(xué)降解，以活性污泥法（Activatedsludgeprocess）為代表的好氧生物處理是最常用的生化處理法。而對于后者，由于生化處理法很難奏效，需要考慮采用化學(xué)氧化（Chemicaloxidation）、活性炭吸附（Activatedcarbonadsorption），或二者相結(jié)合的方法對其進行去除。對于具有揮發(fā)性的有機物，曝氣吹脫（Aeration）是有效去除的方法之一。4.1.5溶解性無機物的去除方法屬于溶解性無機物的污染物很多，包括分子態(tài)無機物、離子態(tài)無機物、鹽類、重金屬離子等。去除這些污染物的常用方法有：（1）化學(xué)沉淀（Chemicalprecipitation）主要針對能與某些化學(xué)藥劑發(fā)生反應(yīng)，生成沉淀物（難溶固體）的金屬離子，利用化學(xué)反應(yīng)加沉淀分離的方法對其進行去除。氫氧化物、硫化物等都是常用的化學(xué)沉淀劑。此外，對于水中的磷，則可用投加金屬鹽的方法來產(chǎn)生磷酸鹽沉淀，從而加以去除。（2）離子交換（Ionexchange）利用不溶性離子化合物上的可交換離子（陽離子或陰離子）與溶液中的其它同性離子之間的交換反應(yīng)，去除水中的離子態(tài)無機污染物。（3）電滲析（Electrodialysis）在直流電場的作用下，利用陰、陽離子交換膜對溶液中陰、陽離子的選擇透過性，使溶液中的溶質(zhì)與水分離。電滲析屬于膜處理方法的一種，主要用于水的除鹽。（4）反滲透（Reverseosmosis）利用半透膜只能允許水分子通過，而不能允許溶質(zhì)通過的性質(zhì)，在溶液一方施加高壓，使溶液中的水分子透過半透膜，從而實現(xiàn)溶質(zhì)與水的分離。反滲透也是膜處理方法的一種，同樣主要用于水的除鹽。4.2給水處理系統(tǒng)4.2.1常規(guī)給水處理系統(tǒng)以地表水為水源的給水處理通常采用快濾處理系統(tǒng)，處理的對象主要是水中的濁度和細菌病毒等微生物，其系統(tǒng)構(gòu)成如下圖所示。圖4.2常規(guī)快濾處理流程在圖4.2中，快濾池是處理流程的中心環(huán)節(jié)。其它處理環(huán)節(jié)的作用可簡要歸納如下：混合池（Mixingbasin）：運用水力或機械攪拌條件使投加到水中的混凝劑均勻混合，水中以粘土為代表的膠體顆粒充分脫穩(wěn)。絮凝池（Flocculationbasin）：通過水力或機械攪拌提供脫穩(wěn)膠體顆粒間碰撞結(jié)合的能量，形成可沉淀或過濾去除的絮凝體（Flocs）?；旌虾托跄^程又統(tǒng)稱為混凝（Coagulation）。沉淀池（Sedimentationbasin）：提供平穩(wěn)的水流，使水中粗大絮凝體在重力所用下沉于池底，得以分離。澄清池（Clarifier）：在一個構(gòu)筑物中完成絮凝和沉淀兩個過程的處理單元，可利用池中高濃度粗大絮凝體懸浮層促進顆粒絮凝和沉淀分離。該方法又稱之為接觸絮凝法（Contactflocculation）。直接過濾（Directfiltration）：混凝（混合+絮凝）后的原水不經(jīng)沉淀而直接進入快濾池的處理工藝，一般適用于原水濁度較低的情況。接觸過濾（Contactfiltration）：原水加藥混合后直接進入快濾池，利用脫穩(wěn)顆粒和濾料顆粒之間的接觸絮凝作用進行過濾處理的工藝，也適用于原水濁度較低的情況。清水池（Filteredwaterreservoir）：貯存濾后水的構(gòu)筑物，一般在進入清水池之前進行加氯，并利用清水池的容量提供足夠的消毒接觸時間。對于輕度污染的原水，如達到國家地表水環(huán)境質(zhì)量II類標(biāo)準(zhǔn)的原水，通過上述常規(guī)快濾處理即可滿足飲用水的水質(zhì)要求。4.2.2預(yù)處理和深度給水處理4.2.1節(jié)所述的常規(guī)給水處理系統(tǒng)主要去除水中濁度和微生物，對于水中色度和有機物雖也有一定的去效果，但去除率較低。因此對于有機污染比較嚴(yán)重的原水，必須考慮增加其它處理單元，以提高這些雜質(zhì)的去除率，滿足飲用水的水質(zhì)要求。這些附加的處理若置于常規(guī)處理流程之前，即稱之為預(yù)處理（Pre-treatment）；置于常規(guī)處理之后則稱之為深度給水處理（Advancedwatertreatment）。預(yù)處理方法主要包括，=1\*GB3①粉末活性炭吸附法：通常將粉末活性炭投加到原水中，吸附水中的有機物，然后通過后續(xù)的混凝沉淀加以去除；=2\*GB3②化學(xué)預(yù)氧化法：用氯、臭氧、高錳酸鉀等作為氧化劑，投加在原水中，以氧化水中的有機物或改變有機物的性質(zhì)，使之在后續(xù)工藝中得到有效去除；=3\*GB3③生物預(yù)氧化法：對原水進行曝氣或其它生物處理，去除水中氨氮和生物可降解有機物。上述各種預(yù)處理法處理去除水中有機污染物外，也具有除味、除臭和除色作用。深度處理的主要方法包括，=1\*GB3①粒狀活性炭吸附法：以粒狀活性炭作為濾料，常規(guī)處理后的水通過濾池過濾，水中殘余有機物得到吸附去除；=2\*GB3②臭氧-活性炭處理法：水通過臭氧氧化后，再通過粒狀活性炭濾池進行吸附處理，由于臭氧能大幅度提高有機物的生化降解性，后續(xù)活性炭濾池中極易形成生物膜，這種情況下粒狀活性炭主要成為生物載體，稱之為生物活性炭；=3\*GB3③高級氧化法：使用化學(xué)氧化劑（臭氧、過氧化氫等）或運用光催化、超聲波、紫外線等與化學(xué)氧化組合進行水的氧化處理，去除水中有機污染物；=4\*GB3④膜處理法：運用微濾、超濾、納濾、反滲透等膜技術(shù)，可有效去除水中各種雜質(zhì)，膜處理既是深度處理技術(shù)，由可單獨形成處理系統(tǒng)，代替水的常規(guī)處理和其它深度處理流程。4.3城鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)4.3.1污水處理系統(tǒng)圖4.3是城鎮(zhèn)污水處理中得到廣泛應(yīng)用的典型流程，處理對象是污水中的懸浮物（SS）和有機物（BOD或COD）。圖4.3城鎮(zhèn)污水處理的典型流程（未包括污泥處理）流程中各處理單元的作用可歸納如下：格柵格網(wǎng)（Screeningdevice）：去除污水進水中的粗大懸浮物和漂浮物。沉砂池（Sandchamber）：類似于沉淀池，但通常容積較小，用于去除水中粒徑大、比重大的粗大顆粒。一沉池（Primarysedimentationbasin）：沉淀處理單元，通過重力沉降去除水中懸浮性無機物和部分有機物，以降低后續(xù)曝氣池的SS負荷。一級處理（Primarytreatment）：到一沉池為止的處理流程稱之為污水一級處理流程，通過物理處理達到懸浮物和有機物的部分去除。曝氣池（Aerationtank）：向污水中注入空氣進行曝氣，提供生化反應(yīng)所需的氧氣，曝氣池是活性污泥處理系統(tǒng)的生物反應(yīng)器。二沉池（Secondarysedimentationbasin）：對來自曝氣池的活性污泥混合液進行沉淀處理，處理水經(jīng)消毒后排放，沉淀污泥一部分回到曝氣池始端，提供生化反應(yīng)所需的生物絮體，以保證曝氣池中有足夠的生物量；另一部分作為剩余污泥排出。二級處理（Secondarytreatment）：由曝氣池、二沉池和污泥回流設(shè)備構(gòu)成處理系統(tǒng)中的二級處理部分，即污水的生物處理部分。由一級處理和二級處理構(gòu)成了典型的城鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)。4.3.2污水深度處理和回用通過常規(guī)活性污泥法處理后的出水一般可以達到國家規(guī)定的污水排放標(biāo)準(zhǔn)，從而可直接排入水體。但是在水資源不足的地區(qū)，例如我國的北方地區(qū)，排出的污水也應(yīng)作為水資源加以利用。實際上二級處理水用于農(nóng)田灌溉在國內(nèi)外都有大量實例，但要將處理水用于其它回用目的，二級處理水質(zhì)往往還達不到用水的水質(zhì)要求，在這種情況下必須考慮進一步的處理措施。二級處理的后續(xù)處理稱之為污水的深度處理或三級處理（Tertiarytreatment）。污水深度處理方法與4.2節(jié)所述的給水處理方法基本相同?；炷?沉淀-過濾是最常用的深度處理方法，活性炭吸附、臭氧氧化和其它高級氧化方法、膜處理和膜生物反應(yīng)器等有時也用于污水深度處理，以達到更高的水質(zhì)要求。4.4工業(yè)廢水處理系統(tǒng)4.4.1工業(yè)廢水的分類和水質(zhì)特點工業(yè)企業(yè)各行業(yè)生產(chǎn)過程中排出的廢水，統(tǒng)稱為工業(yè)廢水，其中包括生產(chǎn)廢水、冷卻廢水和生活污水3種。生產(chǎn)廢水的水質(zhì)遠比冷卻廢水復(fù)雜，生活污水的水質(zhì)與城鎮(zhèn)污水相類似。為了區(qū)分工業(yè)廢水的種類，了解其水質(zhì)特點，研究其處理措施，應(yīng)當(dāng)對廢水進行分類，一般有3種分類方法。(1)按行業(yè)的產(chǎn)品加工對象分類。如冶金廢水、造紙廢水、煉焦煤氣廢水、金屬酸洗廢水、紡織印染廢水、制革廢水、農(nóng)藥廢水、化學(xué)肥料廢水等。(2)按工業(yè)廢水中所含主要污染物的性質(zhì)分類。含無機污染物為主的稱之為無機廢水，含有機污染物為主的為有機廢水。例如，電鍍和礦物加工過程的廢水是無機廢水，食品和石油加工過程的廢水是有機廢水。這種分類方法比較簡單，對考慮處理方法有利。如對易生物降解的有機廢水一般采用生物處理法，對無機廢水一般采用物理、化學(xué)和物理化學(xué)法處理。不過，在工業(yè)生產(chǎn)過程中，一種廢水往往既含無機物，也含有機物。(3)按廢水中所含污染物的主要成分分類。如酸性廢水、堿性廢水、含酚廢水、含鎘廢水、含鉻廢水、含鋅廢水、含汞廢水、含氟廢水、放射性廢水等。這種分類方法的優(yōu)點是突出了廢水的主要污染成分，可有針對性地考慮處理方法和進行回收利用。此外，還可以根據(jù)工業(yè)廢水處理地難易程度和廢水的危害性進行分類。例如生產(chǎn)過程中產(chǎn)生對熱排水和冷卻水，對其稍加處理即可排放或回用；對易生物降解無明顯毒性的廢水，可采用生物處理法處理；對難生物降解又有毒性的廢水，則必須考慮專門的處理方法。應(yīng)當(dāng)注意的是，一種工業(yè)可能排出幾種不同性質(zhì)的廢水，而一種廢水又可能含有多種不同的污染物。例如燃料工業(yè)，既可排出酸性廢水，又可排出堿性廢水。印染紡織廢水由于織物和染料的不同，所含污染物的種類和濃度往往有很大差別。4.4.2工業(yè)廢水處理方法由于工業(yè)廢水的復(fù)雜性，不可能給出一個典型的工業(yè)廢水處理流程，而應(yīng)當(dāng)根據(jù)廢水的水質(zhì)考慮相應(yīng)的處理方法。工業(yè)廢水的處理方法大體上可分為4種：物理處理法、化學(xué)處理法、物理化學(xué)處理法和生物處理法。(1)物理處理法物理處理法通常包括：=1\*GB3①調(diào)節(jié)：設(shè)置調(diào)節(jié)池，使水量和水質(zhì)達到均衡；=2\*GB3②離心分離：利用高速旋轉(zhuǎn)的離心力對水中污染物進行分離；=3\*GB3③沉淀：污染物的重力沉淀分離；=4\*GB3④除油：利用油和水的比重之差進行油水分離；=5\*GB3⑤過濾：污染物的過