技术概述

污水处理技术就是利用各种方法把污水中所含的污染物分离出来，或将其转化为无害的、稳定的物质，从​​而使污水得到净化。

1、污水处理方式的分类

现代污水处理技术按其工作原理可分为四类：物理法、化学法、物理化学法和生物处理法。

1.物理方法

通过物理作用，使污水中不溶解的悬浮污染物（包括油膜、油滴）在处理过程中不改变其化学性质而被分离回收。物理方法操作简单，经济实惠。常用的方法有重力分离、离心分离、过滤、蒸发、结晶等。

1.重力分离（即沉降）法

利用污水中悬浮污染物与水的密度不同，用重力沉降（或上浮）的方法将水中的悬浮物分离。沉降（或上浮）处理设备包括沉砂池、沉淀池、隔油池。

在污水处理利用方法中，沉淀、气浮法常被用作其他处理方法前的预处理。例如，采用生物处理法处理污水时，一般需预先经过预沉淀池，去除大部分悬浮物，以减轻生化处理构筑物的处理负荷，而生物处理后的出水仍需经过二沉池处理，实现泥水分离，以保证出水水质。

2.过滤方法

滤料用于截留污水中的悬浮物，滤料有钢筋、筛网、砂布、塑料、微孔管等，常用的过滤设备有格栅、栅网、微滤机、砂滤机、真空过滤机、压滤机等（后两种过滤方式多用于污泥脱水）。

3.气浮（浮选）

将空气通入污水中，以微小气泡的形式从水中析出，成为载体。污水中相对密度接近水的微小颗粒污染物（如乳化油）粘附在气泡上，并随气泡上升到水面，从而使污水中的污染物从污水中分离出来。根据通入空气的方式不同，气浮处理方法有加压溶气气浮、叶轮气浮和喷射气浮。为了提高气浮效果，有时还需要在污水中添加混凝剂。

4.离心分离

由于污水在高速旋转时，对悬浮颗粒（如乳化油）和污水所施加的离心力不同，从而分离含有悬浮污染物的污水的方法。常用的离心设备按离心力产生方式可分为两种：一种是靠水流本身旋转产生离心力的，为旋风分离器；一种是靠设备和液体同时旋转产生离心力的，为离心分离器。

旋风分离器有压力式和重力式两种，由于其体积小，单位体积处理能力大，近几十年来在钢厂废水处理、高浊度河水预处理等方面得到广泛应用。离心机种类繁多，按分离因素不同又分为常速离心机和高速离心机。常速离心机可用于分离低浆废水，效果可达60%～70%，也可用于沉淀池沉渣脱水。高速离心机适用于乳化液的分离，如用于分离羊毛废水，可回收30%～40%的羊毛脂。

2.化学法

在污水中添加某些化学药剂，利用化学反应，分离、回收污水中的某些污染物，或将其转化为无害物质。常用的方法有化学沉淀法、混凝法、中和法、氧化还原法（包括电解法）等。

1.化学沉淀法

在污水中加入某种化学物质，使其与污水中的可溶性物质发生反应，生成不溶于水的沉淀物，从而减少污水中溶解物质的方法。这种处理方法常用于处理含有重金属、氰化物等的工业废水。根据所用沉淀剂的不同，化学沉淀法又可分为石灰法（又称氢氧化物沉淀法）、硫化物法和钡盐法。

2.混凝法

在水中加入混凝剂，可使污​​水中的胶体颗粒失去稳定性，凝结成大颗粒而下沉。污水中的细分散固体颗粒、乳化油及胶体物质可用混凝法去除。此法可降低污水的浊度和色度，去除多种高分子物质、有机物、某些重金属毒物（汞、镉、铅）和放射性物质等，还可去除引起水体富营养化的可溶性无机物质如磷等，此外还可改善污泥的脱水性能。因此，混凝在工业污水处理中应用十分广泛，可作为独立的处理工艺，也可作为预处理、中间处理或最终处理与其他处理方法配合使用。目前常用的混凝剂有硫酸铝、碱式氯化铝、铁盐（主要有硫酸亚铁、氯化铁和硫酸铁）等。

当单独使用混凝剂不能达到预期的水质净化效果时，为了强化混凝过程，并节省混凝剂的用量，往往可以同时加入混凝助剂。

3.中和法

用于处理酸性废水和碱性废水。在酸性废水中加入石灰、氢氧化钠、石灰石等碱性物质，使废水呈中性。碱性废水可用吹入含有CO2的烟气或其他酸性物质来中和。

4.氧化还原法

利用液氯、臭氧、高锰酸钾等强氧化剂，或利用电解时的阳极反应，将废水中的有害物质氧化分解成无害物质；利用还原剂或利用电解时的阴极反应，将废水中的有害物质还原成无害物质。以上方法统称为氧化还原法。

氧化还原法在污水处理中的应用有：用空气氧化法处理含硫污水；用碱性氯化法处理含氰污水；用臭氧氧化法除臭、脱色、杀菌、除酚、除氰、除铁、除锰，降低污水的BOD、COD等。还原法目前主要用于含铬污水的处理。

3.物理化学法

利用萃取、吸附、离子交换、膜分离技术、气体吹脱等操作过程处理或回收工业废水的方法都可以称为物理化学方法。工业废水在用物理化学方法处理或回收之前，一般要经过预处理，尽可能地除去废水中的悬浮物、油、有害气体等杂质，或调节废水的pH值，以提高回收效率，减少损失。常用的物理化学方法有以下几种。

1.萃取（液-液）法

将不溶于水的溶剂投入污水中，使污水中的溶质溶解在溶剂中，然后利用溶剂与水的密度差，将溶剂分离出来。再利用溶剂与溶质的沸点差，将溶质蒸馏回收，再生的溶剂可循环使用。常用的萃取设备有脉冲筛板塔、离心萃取机等。

2.吸附法

利用多孔性固体材料将污水中一种或多种物质吸附在固体表面，从而去除污水中一种或多种物质的方法。常用的吸附剂有活性炭。此方法可用来吸附污水中的酚、汞、铬、氰化物等有毒物质，同时还具有脱色、除臭的作用。吸附目前多用于污水的深度处理。吸附操作可分为静态和动态。静态吸附是在污水不流动的条件下进行的操作。动态吸附是在污水流动的条件下进行的吸附操作。污水处理中多采用动态吸附操作，常用的吸附设备有固定床、移动床和流化床。

3.离子交换法

利用固体物质去除污水中的某些物质，即利用离子交换器的离子交换效应，将污水中已离子化的物质置换出来。随着离子交换树脂生产和使用技术的发展，近年来因其效果好、操作方便等特点，开始用于回收和处理工业污水中的有毒物质。

用于污水处理的离子交换剂有无机离子交换剂和有机离子交换剂两大类。用离子交换处理污水时，必须考虑树脂的选择性。树脂对各种离子的交换能力是不同的。交换能力主要取决于各种离子对树脂的亲和力（又称选择性）。目前，离子交换被广泛用于去除污水中的杂质，如去除（回收）污水中的铜、镍、镉、锌、汞、金、银、铂、磷酸、有机物和放射性物质等。

4.电渗析（一种膜分离技术）

电渗析是在离子交换技术基础上发展起来的新技术，它与普通的离子交换法不同，省去了用再生剂再生树脂的过程，因此具有设备简单、操作方便等优点。电渗析是在外加直流电场作用下，利用阴、阳离子交换膜对水中离子的选择透过性，使溶液中一部分离子迁移到另一部分溶液中，达到浓缩、净化、合成和分离的目的。也用于海水、苦咸水的淡化，以及去离子水的制备。

5. 反渗透（一种膜分离技术）

利用特制的半透膜，在一定的压力下，水分子被推过，而溶解在水中的污染物则被膜截留，污水被浓缩，推过膜的水即为处理水。目前，这种处理方法已在海水淡化、含重金属废水处理、污水深度处理等方面得到应用。制作半透膜的材料有醋酸纤维素、磺化聚苯醚等有机聚合物。为了降低操作压力，节省设备和运行成本，目前正在对膜的材料和性能进行深入的实验研究。

反渗透处理工艺由预处理、膜分离和后处理三部分组成。

6.超滤

也是利用特殊半透膜的膜分离技术，以压力为推动力，将水溶液中的大分子物质与水分离，膜表面的孔径大小是主要控制因素，用于电泳漆废液等工业废水的处理。

（四）生物方法

污水的生物处理是利用微生物的代谢功能，将污水中的溶解态和胶体态有机污染物降解转化成无害物质，从而使污水得到净化。生物处理过程根据参与的微生物种类和供氧情况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

它是在好氧条件下，借助好氧微生物（主要是好氧细菌）进行的，根据处理系统中好氧微生物所处状态的不同，可分为活性污泥法和生物膜法两大类。

（1）活性污泥法这是目前应用最广泛的生物处理方法。该方法是在曝气池中向污水中连续鼓入空气，经过一段时间后，水中便会形成含有大量好氧微生物的絮状体——活性污泥。它能吸收水中的有机物，生活在活性污泥上的微生物以有机物为食物，获得能量而不断生长繁殖。从曝气池流出的含有大量活性污泥——混合液的污水，进入沉淀池进行沉淀分离，澄清水排出。经沉淀分离出的污泥作为种子污泥，一部分返回曝气池，其余（增殖）部分由沉淀池排出。活性污泥法的种类和操作方式有很多种。 常用的有普通活性污泥法、完全混合表面曝气法、吸附再生法等。废水在曝气池中停留时间一般为4～6小时，可去除废水中90%左右的有机物（BOD5）。

（2）生物膜法是让污水不断流过固体填料（碎石、煤渣或塑料填料），微生物在其上大量繁殖生长，形成污泥状的生物膜。生物膜上的微生物能起着与活性污泥同样的净化作用，吸附、降解水中的有机污染物。从填料上脱落的老化生物膜随处理后的污水流入沉淀池，经沉淀污泥与水分离后，污水得到净化后排放。

生物膜法常用的处理构筑物有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池和生物流化床等，此外土地处理系统（污水灌溉）、氧化塘也是生物处理法中的天然生物处理手段。

2.厌氧生物处理

在厌氧条件下，利用厌氧微生物分解污水中的有机物，达到净化水质的目的。它已有上百年的历史，但与好氧法相比，其处理时间长，处理低浓度有机污水效率低，使得其发展缓慢。过去多采用厌氧法处理污泥和高浓度有机废水。近30年来，全球能源短缺问题的出现，促使污水处理向节能、能源利用方向发展，从而促进了厌氧生物处理的发展。 大量高效的新型厌氧生物反应器相继出现，包括厌氧生物滤池、上流式厌氧污泥床、厌氧流化床等。它们的共同特点是反应器中的生物固体浓度很高，污泥龄很长，因此处理能力大大提高，使厌氧生物处理方法能耗低、能量回收利用、剩余污泥量少、生成的污泥稳定且易于处理、处理高浓度有机污水效率高等优点得到充分体现。经过多年的发展，厌氧生物处理已成为污水处理的主要方法之一。目前，厌氧生物处理不仅可以用来处理高浓度、中浓度有机废水，还可以处理低浓度有机废水。

2.废水处理工艺

污水中的污染物种类繁多，我们不能指望仅靠一种方法就能完全去除污水中所有的污染物，一种污水往往需要经过几种方法组成的处理系统才能达到所需的处理程度。

根据污水处理的程度，污水处理可分为一级、二级和三级（深度）处理。一级处理主要是去除污水中的悬浮固体污染物，一级处理多采用物理处理方法。污水经一级处理后，BOD只能去除30%左右，仍不适宜排放，必须进行二级处理。因此，对于二级处理来说，一级处理也是一种预处理。二级处理的主要任务是大量去除污水中胶体状态和溶解状态的有机污染物（即BOD物质），常采用生物方法，去除率（BOD）可达90%以上，处理后的水中BOD5含量可降至20-30mg/L，一般污水即可达到排放标准。但经过二级处理后的污水中仍残留有微生物不能降解的有机污染物和氮、磷等无机盐。深度处理往往是在二级处理工艺之后增加的一种处理工艺或系统，目的是实现污水的回收再利用。 其目的是进一步去除废水中的悬浮物、无机盐等污染物。污水回用的范围很广，从工业回用到饮用水，对回用水水质的要求也不同。一般根据回用水的用途组合三级处理工艺，常用的有生物脱氮、混凝沉淀、活性炭过滤、离子交换、反渗透和电渗析等。

污水处理工艺的组合一般应遵循先易后难、先简后繁的原则，即先去除大块垃圾和漂浮物，再依次去除悬浮物、胶体物质、可溶性物质。即先用物理方法，后用化学方法、生物方法。

对于某一类污水，应根据污水的水质、水量、回收其中有用物质的可能性和经济性、排放水体的具体规定，经过调查研究和经济比较，确定由几种处理方法组成的处理系统。必要时，还应进行一定的科学试验。调查研究和科学试验是确定处理工艺的重要方法。下面介绍一些常用的污水处理工艺流程。

1.城镇污水处理典型工艺流程

对于污水中BOD物质的去除，处理系统的核心一般是生物处理设备（包括二沉池），处理流程如图6-1所示。污水先经过格栅、沉砂池，去除较大的悬浮物及砂粒杂质，然后进入初沉池去除悬浮污染物后再进入生物处理构筑物（或采用活性污泥曝气池或生物膜构筑物）进行处理，使污水中的有机污染物在好氧微生物的作用下被氧化分解。生物处理构筑物的出水进入二沉池进行泥水分离，澄清水由二沉池排出后经消毒处理后直接外排；二沉池排出的剩余污泥再经浓缩、消化、脱水处理，实现污泥的综合利用；污泥消化过程中产生的沼气可回收利用，用作热源或沼气发电。

以去除污水中的BOD并同时去除氮、磷为目的的城市污水处理工艺有水解（酸化）-好氧生物处理工艺和A1/A2/O工艺，即厌氧-兼氧-好氧-好氧生物处理工艺，如图6-2所示。

2.炼油废水处理典型工艺流程

炼油废水处理典型工艺流程如图6-3所示。

3.污泥处理、利用及处置

污泥是污水处理的副产品，也是不可避免的产物。在城市污水和工业废水处理过程中，会产生大量的沉淀物和漂浮物。有些是从污水中直接分离出来的，如沉砂池中的沉淀物、初沉池中的沉淀物、隔油机、气浮池中的渣等；有些是在处理过程中产生的，如化学沉淀污泥以及生化法产生的活性污泥或生物膜等。二级污水处理厂产生的污泥量约占处理污水量（含水率为97%）的0.3%～5%，若进行深度处理，污泥量可增加0.5～1.0倍。污泥的成分十分复杂。 污泥中不仅含有许多有毒物质，如病原微生物、寄生虫卵、重金属离子等，还可能含有植物营养物、氮、磷、钾、有机物等可利用物质。这些污泥如果处理不当，会造成二次污染。因此，污泥在排入环境前必须进行处理，以便及时处理有毒物质，充分利用有用物质。一般来说，污泥处理费用约占污水处理厂总运行费用的20%～50%，因此必须充分重视污泥的处理。

污泥处置的一般方法及流程如图6-4所示。

1、污泥脱水干化

二沉池排出的剩余污泥含水率高达99%～99.5%，污泥体积较大，不便堆放和运输，因此污泥脱水干化是目前污泥处理的主要方法。

二沉池排出的剩余污泥一般先进入浓缩池进行沉淀，实现泥水分离，污泥在浓缩池内停留12～24小时，可使含水率由99%降低至97%，体积减少为原污泥体积的1/3。

污泥的自然干化（或干泥）是利用渗透、蒸发和人工撇渣等过程进行脱水，一般可使污泥含水率降至75%左右，使污泥体积减少许多倍。污泥的机械脱水是利用过滤介质（一种多孔性物质）两侧的压力差为推动力，使污泥中的水分被迫透过过滤介质（称滤液），固体颗粒则截留在介质上（称滤膜），从而达到脱水的目的。常用的脱水机械有真空过滤脱水（真空转鼓、真空吸滤机）、压滤脱水机（板框压滤机、滚筒带式过滤机）、离心脱水机等。一般采用机械脱水，污泥含水率可降至70%～80%。

2.污泥消化

1.污泥厌氧消化

将污泥置于密闭的消化池中，利用厌氧微生物对有机物进行分解和稳定化。这种厌氧分解有机物的过程称为发酵。由于发酵的最终产物是沼气，所以污泥消化池又称为沼气池。沼气池温度为30-35℃时，一般情况下1m3污泥可产生10-15m3沼气，其中甲烷含量约为50%。沼气既可用作燃料，也可作为制造CCl4等化工产品的原料。

2.污泥好氧消化

好氧和兼性厌氧菌在污泥处理系统中用于提供曝气和氧气，微生物将难以生物降解的有机物（污泥）和细胞原生质分解并从中获取能量。

近年来人们通过实践发现污泥厌氧消化工艺的运行管理要求较高且相对复杂，处理构筑物要求密闭、体积大、数量多、复杂，因此认为污泥厌氧消化适用于污泥量大、沼气回收量大的大型污水处理厂。污泥好氧消化设备简单，操作管理相对方便，但运行能耗和费用较高，适用于污泥量小、沼气回收量少的小型污水处理厂。而且，当污泥受到工业废水影响，厌氧消化困难时，也可采用好氧消化。

3.污泥最终处理

污泥主要含有机物，经过脱水、消化处理后可以作为农田肥料。

脱水后的污泥如需进一步降低含水率，可以进行干化或焚烧处理。干化后污泥含水率可降低至20%左右，便于运输，并可作为肥料使用。当污泥中含有有毒物质，不适宜作为肥料使用时，应将污泥通过焚烧处理，烧成灰烬，进行彻底的无害化处理，可作为填埋场或道路建设材料使用。

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