污水处理基础知识Word文档下载推荐.docx
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生活污水是人类日常生活中用过的水，包括厕所、厨房、浴室、洗衣房等处排出的水，来自住宅、公共场所、机关、学校、医院、商店以及工厂中生活间，生活污水含有较多的有机物如蛋白质、动植物脂肪、碳水化合物和氨氮等，还含有肥皂和洗涤剂以及病原微生物菌、寄生虫卵等。
这类污水需经处理后才能排入水体、灌溉农田或再利用。
工业废水在工业生产中排出的污水，来自车间和矿场。
由于生产类别、工艺过程和使用原材料不同，工业废水的水质繁杂多样。
其中如冷却水，只受轻度污染或只是水温增高，稍做处理即可回用，它们被称为生产废水。
而使用过程中受到较严重污染的水，其中大多有危害性，如含有大量有机物的；
含氰化物、汞、铅、铬等有毒物质的；
含合成有机化学物质的；
含放射性物质的等等。
另外也有物理性状十分恶劣如有臭味、有色、产生泡沫等。
这些称为生产污水，大多需经适当处理后才能排放或回用。
生产污水中所含有毒有害物质往往是宝贵的原料，应尽量回收利用。
降水是指在地面上流泄的雨水、冰雪融化水。
这类水虽然较清洁，但径流量大，若不及时排除，会造成对人类生活、生产的巨大影响。
降水一般不需处理，可直接排入水体，但初降的雨水可携带大量地面上、屋顶上积存的污染物，并可能带有工厂排放出的有毒有害粉尘，污染程度较重的也要经过处理后排放。
一般情况下，污水都需经过处理再排放，但对于处理程度的要求可有所不同。
如进人受纳水体或土地、大气的，因环境具有一定的自净能力，在自净能力范围以内的，即环境容量允许的，可充分利用环境容量而减低对处理水平的要求；
对于回收利用，也可按回收后用水的水质要求来确定处理水平。
以此来求得最好的环境效益、社会效益和经济效益。
2.2城市污水
城市污水是指排入城市排水管道中的生活污水和城镇生活区的工业污水，实际上是混合污水，这种污水随各种污水的混合比例和工业污水中污染物质的特殊而异，这类污水也需经处理后才能排放。
城市污水组成如下
（一）城市污水组成
家庭污水（粪便、杂用污水）
生活污水公共污水（公共场所污水）
城市污水医院污水（经消毒予处理）
工业废水（经予处理.去除重金属等）
初雨径流
城市污水的水质，在主要方面具有生活污水的一切特征；
但在不同城市，因工业的规模和性质不同，又同时受到工业废水的影响。
2.3生物化学需氧量（BOD）
简称生化需氧量，简写为BOD，是污水的重要污染指标之一。
污水中大多含有有机物。
有机污染对水体污染、自净都有很大的影响，是污水处理的主要对象，在污水处理及环境保护领域内被广泛使用。
生化需氧量是指在温度、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，所消耗的游离氧数量，单位为mg／L或kg/m3。
有机物生物降解的过程，可分为两个阶段。
第一阶段，有机物在好氧微生物作用下被降解，转化为CO2、H2O和NH3，在自然条件下，一般10－20天可以完成。
第二阶段是NH3转化为硝酸盐的硝化反应，大约需百日可以完成。
在第一阶段完成后，已不影响环境卫生，因此，水体只要保持第一阶段需要的氧，就可达到卫生要求。
测定第一阶段污水降解的需氧量，需要20天，时间太长，一般都以五日为测定生化需氧量的标准，写为BOD5。
而以第一阶段所需20天时间，近似地认为是完全生化需氧量，写为BODu或BOD20。
，生活污水的BOD5约为BODu的70％，工业废水差别极大，应实地测定BOD5值。
2.4化学需氧量（COD）
是污水水质的重要指标之一。
污水中某些有机污染物不具备被微生物降解的条件，无法用生化需氧量测定，可以用化学需氧量指标测定。
用强氧化剂重铬酸钾在酸性条件下，把有机物氧化为H2O和CO2，此时所测定的耗氧量即为化学需氧量，写为COD。
与生化需氧量比较，测定需时短，不受水质限制。
化学需氧量一般高于生化需氧量，其间的差值，能大约表示不能为微生物降解的有机物。
若污水中的有机物含量和组成相对稳定，二者可能有一定的比例关系，可以互相推算。
生活污水的BOD5和COD的比值大致为0.4－0.8。
用高锰酸钾也可做为测定COD的药剂，相对于用重铬酸钾，分别标记为CODMn和CODCr。
2.5总有机碳（TOC）
总有机碳TOC是目前在国内、外开始广泛使用的表示污水被有机物污染的综合指标。
它所显示的数值是污水中有机物的总含碳量。
测定原理是：
先将水样酸化，通过压缩空气吹脱水中的无机碳酸盐，排除干扰，然后向氧含量已知的氧气流中注入一定数量的水样，并将其送入以铂钢为触媒的燃烧管中，在900℃的高温下燃烧，用红外气体分析仪测定在燃烧过程中产生的CO2量，并自动记录，再折算出其中的合碳量，就是总有机碳TOC值。
测定时间仅需几分钟。
2.6总需氧量（TOD）
由于有机物主要组成元素是C、H、O、N、S等，当被氧化后，分别产生CO2、H2O、NO2和SO2，所消耗的氧量称为总需氧量TOD。
TOD的测定原理是：
向氧含量已知的氧气流中注入一定数量的水样，并将其送入以铂钢为触媒的燃烧管中，在900℃的高温下燃烧，水样中的有机物即被氧化，消耗掉氧气流中的氧，剩余氧量可用电极测定并自动记录。
氧气流原有氧量减去剩余氧量即总需氧量TOD。
可见TOD的值一般大于COD值。
TOD的测定仅需几分钟。
2.7溶解氧（DO）
溶解于水中的分子氧。
一般以每升水所含氧的毫克数表示。
水中溶解氧饱和含量与水温、大气压力和水的化学组成有密切关系。
在一个大气压条件下，0℃的蒸馏水中溶解氧达到饱和时的氧含量为14.62ms／L，在20℃时则为9.17mg／L。
海水中溶解氧含量约为淡水的80%。
溶解氧是鱼类和好氧菌生存和繁殖所必须的物质。
溶解氧低于4mg／L时，鱼类则难以生存。
当水源被有机物污染后，由于好氧菌氧化有机物，从而消耗了水中的溶解氧，如果不能从空气中及时补充消耗的氧，则水中溶解氧不断减少，甚至接近于零。
此时厌氧菌就会大量繁殖，使有机物腐败，水产生臭气。
在静止的水中，水面的氧靠扩散作用进入水层，因此，湖、塘水溶解氧含量与深度成反比。
在流动的水中，湍流使氧迅速进入水中，湍流越大，氧溶解于水中的速度越快。
2.8污水中的固体废物
几乎所有污水都被固体废物污染。
固体废物的组成包括有机性物质（又称为挥发性固体，习惯简写为（VS）和无机性固体。
固体物质又可分为悬浮固体（SS）和溶解固体两类，二者在组成上又都包括着挥发性和固体两种。
悬浮固体（SS）是污水的重要污染指标。
它包括水面的漂浮物和水中的悬浮物以及沉于底部的可沉物。
悬浮固体要通过过滤法测定，滤后截留在滤纸或滤布的物质即悬浮固体。
可沉物是能够通过沉淀加以分离的固体物质。
可沉物用沉淀筒或量筒测定，沉淀时间取1-2小时。
几乎所有污水都含有可沉物，成分复杂。
主要以有机物性质形成的可沉物称为污泥，主要是无机性物质的称为沉渣。
2.9水的酸度和碱度
水的酸度是指水中所含有的能与强碱发生中和作用的物质的量。
这些物质归纳起来有以下三类：
第一类是能全部离解出H+的强酸，如：
HCI、H2SO4等；
第二类是强酸弱碱组成的盐类，如NH4CI、FeSO4等；
第三类是弱酸，如：
H2CO3，H2SiO3等。
酸度是用强碱的标准溶液（如0.lmol／LNaOH）滴定所测得。
滴定时用甲基橙作指示剂测得的酸度称甲基橙酸度，只包括第一类和第二类强酸酸度：
用酚酞作指示剂测得的酸度是上述三类酸度的总和，称为总酸度，也称酚酞酸度。
天然水中由于含有碳酸盐或重碳酸盐等，而使水呈碱性，故一般天然水中不含强酸酸度。
当有酸度存在时，即表示水可能被酸污染。
2.10水体自净
受污染的水体在经过一段时间后，由于物理、化学和生物的作用，水中污染物浓度降低，水体恢复到污染前的状态，称为水体自净。
水体自净包括沉淀、稀释、混合等物理过程、氧化还原、分解化合、吸附凝聚等物理化学过程和生物化学过程。
各种过程相互影响，同时发生并相互交织进行。
污水中污染物排入水体，可沉性固体逐渐沉到水底成为污泥。
悬浮物、胶体和溶解性污染物则因混合稀释而逐渐降低浓度。
在一定条件下，水体中一些难溶性硫化物可以氧化为易溶性硫酸盐，可溶的二价铁、锰的化合物可转化为几乎不溶的三价铁、四价锰的氢氧化物而沉淀，一些硅、铝氧化物胶体或高岭土、蒙脱土一类的胶体，能在水中吸附各种阳离子或阴离子而与之凝聚并沉淀。
悬浮和溶解于水中的有机污染物，在有溶解氧的条件下，会因好氧微生物作用分解为简单稳定的无机物如二氧化碳、水、氨等，使水体得到净化。
水体存在的生物群可以反映河流水的自净的进程。
河流污染时，对污染敏感的蜉蝣幼虫、硅藻等就会消失，而真菌、泥蠕虫和某些蓝藻、绿藻则占优势。
当经过自净作用水质恢复洁净时，生物群也随之变化。
因此可用生物群来判断水体自净状况。
对受纳污水的水体的自净能力进行考察和了解，就可充分利用水体自净能力，减轻污染的人工处理负担，同时又能保证水体不受到污染。
2.11富营养化
在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖；
水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。
在自然条件下，湖泊也会从贫营养状态过渡到富营养状态，沉积物不断增多，先变为沼泽，再变为陆地。
不过这种自然过程非常缓慢，常需几千年甚至上万年。
而人为排放含营养物质的工业废水和生活污水所引起水体富营养化现象，可以在短时期内出现。
水体出现富营养化现象时，浮游生物大量繁殖，因占优势的浮游生物的颜色不同，水面往往呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等。
这种现象在江河湖泊中称为水华，在海中则叫赤潮。
天然水体中磷和氨（特别是磷）的含量在一定程度上是浮游生物数量的控制因素。
生活污水和化肥、食品等工业的废水以及农田排水都含有大量的氮、磷及其他无机盐类。
天然水体接纳这些废水后，水中营养物质增多，促使自养型生物旺盛生长，某些藻类的个体数量迅速增加，而藻类的种类则逐渐减少。
水体中的藻类本来以硅藻和绿藻为主，蓝藻的大量出现是富营养化的征兆，随着富营养化的发展，最后变为以蓝藻为主。
藻类繁殖迅速，生长周期短。
藻类及其他浮游生物死亡后被需氧微生物分解，不断消耗水中的溶解氧，或被厌氧微生物分解，不断产生硫化氢等气体，从两个方面使水质恶化，造成鱼类和其他水生生物大量死亡。
藻类及其他浮游生物残体在腐烂过程中，又把生物所需的氮、磷等营养物质释放入水中，供新的一代藻类等生物利用。
因此，富营养化了的水体，即使切断营养物质的来源，水体也很难自净和恢复到正常状态。
藻类既然源源不断地得到营养物质，一代一代繁殖下去，死亡的藻类残体沉人水底，一代一代堆积，湖泊就逐渐变浅，直至成为沼泽。
水体中氮含量超过0.2～0.3mg／L，磷含量大于0.01～0.02mg／L，生化需氧量大于10mg／L，PH值7～9的淡水中细菌总数每毫升超过10万个，表征藻类数量的叶绿素-a含量大于10mg／L时发即认为此水体已为富营养化水体。
富营养化造成水的透明度降低，阳光就难以穿透水层，从而影响水中植物的光合作用和氧气的释放，而表层水面植物的光合作用，可能造成溶解氧的过饱和状态。
溶解氧过饱和以及水中溶解氧少，都对水生动物（主要是鱼类）有害，造成鱼类大量死亡。
富营养化水体中底层堆积的有机物质在厌氧条件下分解产生的有害气体，以及一些浮游生物产生的生物毒素也会伤害鱼类。
富营养化水中含有亚硝酸盐和硝酸盐，人畜长期饮用这些物质含量超过一定标准的水，会中毒致病。
2.12好氧生物处理
利用好氧微生物在有氧条件下将污水中复杂的有机物分解，并从释出的能量来完成微生物本身的繁殖和运动等功能。
这是处理污水中有机物的重要方法。
在好氧微生物的氧化分解过程中，污水中呈溶解状态的有机物首先透过微生物的细胞壁被微生物吸收；
固体与胶体的有机物先被微生物所吸附，并在微生物所分泌的外酶作用下，分解成溶解状物质，然后再渗入到微生物细胞内。
进人细胞内的溶解状有机物，在内酶的作用下，一部分被氧化分解成简单的无机物，如CO2、H20、NH3、NO3-、PO43-和SO42-等，同时释放出能量，微生物就利用这部分能量作为其生命活动的能源，并将另一部分有机物作为其生长繁殖的营养物质，合成新的细胞物质，使微生物得以增殖。
为保证污水中有足够数量的微生物，以达到预期的处理效果，则应保持足够的营养物质，即污水中的有机物应有一定的浓度，实践证明，好氧生物处理中，有机物浓度（以BOD5计）一般应为100－500毫升／克；
此外还要有足够的氮和磷，三者的比例关系是BOD5:
N:
P=100:
5:
1。
若污水原水不能满足，如缺少氮或磷，则需人工适量投加。
微生物在分解有机物和合成新的细胞物质过程中，需要消耗氧。
细胞生长的典型范围是每氧化1千克BOD，生长0.3—0.6千克细胞，而需氧量的范围是0.5-0.4倍BOD去除量。
因此，好氧生物处理系统，除靠自然复氧外，主要靠人工曝气或其他方式充氧。
人工曝气有两个作用：
一是供给微生物所需的氧，曝气过程就是将空气中的氧强制溶解到混合液中去的过程；
二是搅拌作用，可使微生物在混合液中保持悬浮状态，与污水充分混合。
好氧处理方法，基本上可分为生物膜法和活性污泥法两种。
2.13厌氧生物处理
是厌氧生物处理利用厌氧微生物降解污水和污泥中的有机物来净化污水的生物处理方法。
在无氧条件下，厌氧细菌和兼性细菌（好氧兼厌氧）降解有机污染物，又称为厌氧消化法或厌氧发酵工艺，分解的产物主要是沼气和少量的污泥。
有机物在厌氧条件下消化降解过程可以分两个阶段。
第一阶段是酸性发酵阶段。
污水中的复杂有机物，在酸性腐化菌或产酸菌的作用下，分解成简单的有机物，如有机酸、醇类等，以及CO2、NH3和H2S等无机物。
由于有机酸的大量积累，污水的PH值下降到6以下。
此后，由于有机酸和含氮化合物的分解，产生碳酸盐、氨、氮及少量的二氧化碳等，从而使酸性减退，PH值回升到6.6－6.8左右。
这个过程是在酸性条件下进行的。
第二阶段是碱性发酵阶段。
在这个阶段，参与作用的微生物是甲烷细菌。
酸性发酵阶段的代谢产物，在甲烷细菌作用下，进一步分解成污泥气，其主要成分是甲烷（CH4）、CO2及少量NH3、H2和H2S等。
由于有机酸的迅速分解，PH值上升，一般范围是6.8－8.0，这个过程主要是在碱性条件下进行的。
厌氧消化过程一般比好氧分解所需要的时间长，有机物分解不彻底。
厌氧消化所产生的气体CH4约占50%－75%，CO2约占20%－30%，其余是氨、氮、硫化氢等，它的发热量为5000－6000千卡／米3，是一种很好的燃料，但带有臭味。
厌氧生物处理适用于高浓度有机污水和好氧生物处理后的污泥。
厌氧处理也可分为活性污泥法和生物膜法。
厌氧活性污泥法有厌氧消化池、厌氧接触消化、厌氧污泥床等；
厌氧生物膜法有厌氧生物滤池、厌氧流化床和厌氧生物转盘等。
厌氧生物处理法能回收沼气能源；
耐冲击负荷能力很高；
处理水的稳定性好；
消化系统的装置密封可防止臭味和疾病的传播；
处理过程需要营养物少；
不需要供氧；
污泥产量少。
但厌氧微生物的培养驯化期较长，对有机污染物处理不彻底，尚不能满足排放标准，还需要再进行后处理。
2.14污泥
污水处理过程中产生的沉淀物质，包括污水中所含固体物质、悬浮物质、胶体物质以及从水中分离出来的沉渣，统称为污泥。
污泥中含有毒或有害物质，但多数污泥中还含有植物肥分及其他有用物质。
因此，污泥的处理和利用是污水处理中一个十分重要的内容。
污泥的性质主要是：
l）含水率很高，初次沉淀池中排出的污泥含水95%左右，二次沉淀池排出的污泥含水96－99%。
含水率大，不易处理。
2）污泥中含有挥发性物质和灰分，前者代表污泥中所含有机杂质，后者代表所含无机杂质，都以污泥干重中所占百分比表示。
3）污泥中含有微生物，生活污水、医院污水、食品工业废水和制革工业废水等的污泥中含有大量细菌、病毒和寄生虫卵。
4）污泥中含有有毒物质，如氰、汞、铬或某些难以分解的有毒有机物。
污泥的处理工艺包括污泥的浓缩、消化、脱水、干化及焚烧等以及最终处理。
污泥处理可以产生沼气，也可以用做农肥、制做建筑材料以及其他如制做蛋白饲料，提取维生素B12、胡萝卜素、硫胶等。
2.15消化
利用微生物的代谢作用，使污泥中有机物质稳定化。
污泥消化可以好氧处理，也可以用厌氧处理。
好氧处理主要是不提供营养物质，使微生物处于内源呼吸状况，自行消耗，不断减少，这种方法动力消耗大费用高，很少采用，而主要采用厌氧分解处理。
污泥的厌氧消化主要是经过酸性消化和碱性消化两个过程，消化后的污泥称消化污泥或熟污泥。
熟污泥体积显著减少，呈黑色粒状结构，易脱水，性质稳定，卫生状况改善很多，可以作为农肥。
消化过程产生沼气，可收集利用为能源。
2.16污泥膨胀
在活性污泥法处理污水时，起主要作用的活性污泥，在正常情况下，因污泥本身的絮凝作用形成菌胶团，有良好的沉淀性能，含水率在99%左右。
但当污泥变质时，其结构松散、体积膨胀、含水率上升、澄清液稀少、颜色也有变异。
这种现象，称为污泥膨胀，污泥膨胀严重影响活性污泥法的净化功能。
污泥膨胀主要是丝状菌大量繁殖所引起的，也有由于污泥中结合水异常增多所致。
一般污水中若碳水化合物较多或缺少氮、磷、铁等养料，溶解氧不足、水温高或PH值较低，都易引起丝状菌大量繁殖。
超负荷运行、污泥龄过长、有机物浓度梯度小等，也会引起污泥膨胀。
排泥不畅则会引起结合水过多的污泥膨胀。
当污泥发生膨胀时，可以针对膨胀的原因采取措施。
如缺氧、水温高，可加大曝气量或降低进水量以减轻负荷。
如污泥负荷率过高，可适当提高混合液中的污泥浓度；
必要时还可暂停进水，曝气运行一段时间。
如缺氮、磷、铁等养料，可投加硝化污泥或氮、磷等。
如PH值过低，可加石灰调节。
若污泥大量流失，可投加5－10mg／L氯化铁，促进凝聚，并刺激菌胶团生长。
也可投加漂白粉或液氯（按干污泥的0.3－0.6%投加），以抑制丝状菌繁殖。
污泥膨胀的原因很多，目前有些原因还没有能充分认识，有待进一步研究。
2.17硝化与反硝化（脱氮机理）
（1）硝化：
现行的以传统活性污泥法为代表的好氧生物处理法，其传统功能是去除废水中呈溶解性的有机物。
至于氮、磷只能去除细菌细胞由于生理上的需要而摄取的数量，这样，废水中氮的去除率为20%～40%，而磷的去除率仅为5%～20%。
在自然界存在着氮循环的自然现象。
在采取适当的运行条件后，是能够将这一自然作用运用在活性污泥反应系统的。
在未经处理的新鲜废水中，含氮化合物的主要形式有：
有机氮，如蛋白质、氨基酸、尿素、胺类化合物、硝基化合物等；
氨态氮（NH3NH4+），一般以前者为主。
含氮化合物在微生物的作用下，相继产生下列各项反应。
l）氨化反应
有机氮化合物，在氨化菌的作用下，分解、转化为氨态氮（NH3NH4+），这一过程称之为“氨化反应”。
2）硝化反应
在硝化反应的作用下，氨态氮进一步分解氧化，并分两个阶段进行，首先在亚硝化菌的作用下，使氨（NH4）氧化为亚硝酸氮，反应式为：
亚硝化菌
NH4＋3/2O2N2O-＋H2O＋2H+
继之，亚硝酸氮在硝酸菌的作用下，进一步氧化为硝酸氮，其反应式为：
硝酸菌
NO2-+1/2O2NO3-
硝化反应的总反应式为：
NH4+＋2O2NO3-＋H2O＋2H+
（2）反硝化
反硝化反应是指硝酸氮（NO3－N）和亚硝酸氮（NO2－N）在反硝化菌的作用下，被还原为气态氮（N2）的过程。
2.18排水系统
在城市和工业企业中，应有效地、及时地排除污水和雨水，以免污染和破坏环境，生活和生产，甚至威胁人类健康。
为了系统地排除污水而建设的一整套工程设施称为排水系统。
排水系统通常由管道系统（排水管网）和污水处理系统（即污水处理场）组成。
排水系统是收集和输送污水的设施，包括排水设备、管道（渠道）、检查井等附属构筑物、水泵站和出水口等工程设施。
污水处理系统包括处理和利用污水的设施如各种构筑物、设备及设施等。
排水系统体制分为合流制排水系统和分流制排水系统。
合流制排水系统是将各种污水、雨水集中于同一管渠排出，许多老城市都用这种方式，污水并不经处理而直接排入水体，污染环境。
为弥补这个缺陷，现在常采用的是截流式合流制排水系统。
这种系统是在临河岸边设截流干管及溢流井，另外需设污水处理厂。
晴天和初降雨时所有污水都经截流管送人污水处理厂经处理后排放。
雨季中降水量增加，当混合污水流量超过截流管的输送能力后，部分混合污水经溢流井直接排入水体。
老城市在改建合流制排水系统时，主要采用这种方式。
分流制排水系统是将生活污水、工业污水和雨水分别在两个或两个以上各自独立的管渠内排除。
排除生活污水、工业污水（包括废水）的系统称污水排水系统。
排除雨水的称雨水排水系统。
在工业企业中，一般采用分流制排水系统。
但常因工业污水的成分和性质复杂，和生活污水不宜混合，否则会造成处理的复杂化以及水重复利用与回收污染物质不利，所以又多采用分质分流、清污分流的几种管道系统来分别排除。
对含有特殊污染物质的工业污水，应在车间设置局部处理设施，单独处理后再排放。
冷却水在冷却处理后循环使用。
如条件允许，工业企业的生活污水和工业污水也可直接排人城市管网，
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