廢水處理技術概論 資源與環境管理 胡子陵.

Presentation on theme: "廢水處理技術概論 資源與環境管理 胡子陵."— Presentation transcript:

1 廢水處理技術概論 資源與環境管理 胡子陵

2 水污染的定義 Pollution源自拉丁字pollutus，即沾污的意思。 污染物：任何導致水污染之物質、生物、能量。
污染源：主要是人類活動，直接或間接的將污染物帶入水體。 水的病媒危害：細菌、寄生蟲、原蟲及病毒散播。 經人為利用而排棄之廢水，其中介入污染物質於水中，改變水質之原有面貌，引起水質物理、化學或生物特性改變，背離常態，致影響水正常用途或危害人類健康及生活環境。

3 廢（污）水相關定義 廢水(Wastewater) 污水(Sewage)
指事業於製造、操作、自然資源開發過程中或作業環境所產生含有污染物之水 污水(Sewage) 指事業以外所產生含有污染物之水 廢(污)水處理設施(Wastewater and sewage treatment facility) 指廢（污）水為符合水污染防治管制標準，而以物理、化學或生物方法處理之設施

4 水污染的分類 耗氧物質(oxygen demanding wastes) 病源物質(disease causing agents)
植物營養份(plant nutrients) 有機化合物(organic compounds) 油脂(oil) 無機化合物(inorganic chemicals) 沉積物(sediments) 放射性物質(radioactive materials) 熱(heat)

5 污染物_氨氮 指以氨或銨離子形式存在的化合氨，亦即水中之氮以NH4+(NH4+-N)，NH3(NH3-N )形態存在者，單位為mg/l
主要來源：於人和動物的排泄物，生活污水、雨水逕流以及農用化肥的流失也是氮的重要來源。另外，氨氮還來自化工、冶金、石油化工、油漆顏料、煤氣、煉焦、鞣革、化肥等工業廢水中。 當氨溶于水時，其中一部分氨與水反應生成銨離子，一部分形成水合氨，也稱非離子氨NH3-N。非離子氨是引起水生生物毒害的主要因數，而氨離子相對基本無毒。 氨氮是水體中的營養素，可導致水富營養化現象產生，是水體中的主要耗氧污染物，對魚類及某些水生生物有毒害。

6 耗氧物質 含生物可分解的有機物及還原性的無機物 C + O2 → CO2 C需要3倍氧量始可完全分解，即一加崙水中溶氧只夠一滴油作用。
BOD：生化需氧量，指耗氧物質在氧化時需用掉的溶氧(一般將樣水培養五天測定DO變化) 魚殖生物：典型需至少有5~6ppm的溶氧 在20℃時，水中DO之飽和量約9.1ppm(隨水溫、高度而異) 來源 BOD(ppm) 未處理都市廢水 農場和畜圈放流水 食品製造廢水 100 – 400 100 – 10000

7 水污染與水體自淨能力 自淨能力亦即涵容(assimilation)能力，其作用如下 物理：稀釋擴散、混合及沉澱
化學：伴隨物理作用過程中發生氧化、還原、吸附或凝聚現象 生物化學：有機物被水中微生物分解而發生氧化、還原等現象

8 水污染與水體自淨能力 大部分的有機物和簡單的無機離子(不含重金屬)，所含的碳、氫、氧、氮、硫、磷等元素，在天然環境或廢水處理廠中，可被微生物分解成CO2、H2O、NO3-、SO42-、PO43-等無害的小分子或離子。然而水中的重金屬無法被微生物所分解，有些甚至於可因生物作用而生成毒性更大的物質累積於生物體中。

9 水污染與水體自淨能力_現象 自淨作用之現象 水中之自淨 大氣與水之間自淨 水與底泥之自淨 底泥之中的自淨 稀釋、擴散、生物化學分解
放出CO2、H2S等氣體 水與底泥之自淨 沉澱及吸附作用 底泥之中的自淨 微生物分解

10 水污染與水體自淨能力_分解 生物分解作用 好氧性分解 厭養性分解 含碳有機物 → CO2 + H2O
含氮有機物 → NH3 → NO2- → NO3- 含硫有機物 → H2S → SO42- 厭養性分解 複雜有機物 有機酸中間產物 CH4 + CO2 酸形成菌 CO2，H2O 甲烷形成菌

11 水污染與水體自淨能力 厭養性分解 河川溶氧平衡 含碳有機物 → CH4 + CO2 含氮有機物 → NH3 → N2
含硫有機物 → SO42- → H2S 河川溶氧平衡 袪氧(deoxygenation)作用：微生物分解有機物 再氧化(reaeration)作用：水面曝氣及水棲植物之光合作用 運用氧垂曲線公式，可以預測在河流中下游任何地點之溶氧及生化需氧量情況，並可估計廢污水所應採之處理程度及稀釋所需程度。

12

13 廢水處理的基本原理 廢水處理的技術方法盡管有許多，但其最基本的作用原理卻只有三項，即：分離、轉化和利用
分離，採用各種技術方法，把廢水中的懸浮物或膠體微粒、微滴分離出來，從而使廢水得到淨化，或者使廢水中污染物減少到最低限度 轉化，對於已經溶解在水中，無法“取”出來或者不需要“取”出來的污染物，採用生物化學的的方法、化學和電化學的方法，使水中溶解的污染物轉化成無害的物質（如轉化成 H2O、 CO2、 CH4、NO3 -等等），或者轉化成容易分離的物質（如沉澱物、附著物、上浮物、不溶性氣體等等）。總之，使水中污染物發生有利於處理的化學、生物化學變化 利用，有些廢水（主要是高濃度的廢液），未經處理或者稍加處理有可能找到新的用途，可以成為有用的資源，用於再製造、再加工

14 廢水處理之目標分類 廢水處理法大致可分成兩類
一類是從流入都市下水道的污水和雨水中除去砂、浮游物、有機化合物(碳氫化合物)等之後，再放流於公共水域的下水處理 另一類則是處理酸、鹼、浮游物質、無機鹽、有毒物質，以及微生物等的產業廢水處理

15 生物化學方法 利用微生物或植物來淨化廢水的技術，稱之為生物化學法。包含厭氧法、好氧法、氧化塘等 厭氧法係利用的微生物有兩大種群
一是兼性微生物。這種細菌在有一點氧的水中生存繁殖，它能把大分子的有機物斷裂成小分子有機物，進一步使這些小分子有機物轉變成有機酸 另一個種群的細菌是甲烷菌。它們是絕對厭氧菌，只能在完全沒有氧的水中生存繁衍。它們能把有機酸進一步分解為CH4、CO2以及少量的NH3、H2S等氣體產物，回收沼氣 以上兩種微生物往往共處同一個設施之中，協同作用 厭氧法主要用來處理高濃度可生化的有機廢水。如酒精糟液、造紙黑液、印染 廢水、含酚廢水、制藥廢水等等，以及污水處理廠產生的剩餘污泥。厭氧處理過的廢水稱為厭氧出水，一 般達不到排放的要求，還需要采用其他處理方法作 進一步處理。對於處理量很少的廢水，厭氧出水也有可能使CODcr降到100mg/L以下，但是用過的厭氧微生物需經過較長的恢復期纔能 工作。 厭氧生化反應可以在三種不同溫度下進行。高溫厭氧50-55℃，中溫厭氧30-38℃，低溫厭氧10-25℃。如果在45℃左右，其處理效果反而不好。厭氧生化反應的反 應速度慢，往往需要 2-4 天甚至更長的時間。隨著厭氧技術的發展，目前某些 廢水的厭氧周期可以縮短到8-12小時，甚至可以更短一些。 厭氧技術的操作方法有污泥法和生物膜法。厭氧技術所采用的設施的構型有許 多種，而且正在不斷改進之中。如升流式厭氧污泥床、擋板式厭氧反應池、厭氧膨脹床、厭氧流化床、厭氧濾池、厭氧生物轉盤、二級厭氧反應池等等。 由於厭氧堿性發酵周期很長，甲烷菌對生存條件的要求又非常苛刻（即非常"嬌氣"），所以近年來有許多工程隻讓厭氧過程進行到酸性發酵為止。酸性發酵能使大分子有機物水解、斷裂成低分子量有機物，生成有機酸，從而提高了該廢水的可生化性，然後轉入好氧生化處理 。此種方法稱為水解工藝、酸化工 藝或H/O工藝。

16 生物化學方法_好氧法 好氧法中之微生物必須在水中溶解氧很豐富的條件下纔能生存繁衍
好氧微生物以廢水中的有機物作為它們進行新陳代謝的基質（營養物），通過好氧微生物的代謝活動，把有機物轉化為 H2O 和CO2以及少量的硝酸鹽 好氧生化處理的廢水，有機物濃度不能太高。如果是高濃度有機廢水，最好先經過厭氧處理再進入好氧池，也可以用好氧池出水 (好氧處理過的廢水）來稀釋 好氧生化反應過程中，好氧微生物大量消耗水中的溶解氧，因而必須不間斷地向廢水中供給氧，稱之為曝氣 曝氣要消耗掉很多的能量，所以好氧生化治理技術，能耗比較高。向廢水 中供氧的方法有許多種，如鼓風曝氣、表面曝氣、純氧曝氣、生物轉盤、生物濾塔、氧化溝以及深井曝氣、射流曝氣等等。鼓風曝氣法應用較廣泛，歷史也較長。鼓風曝氣就是把壓縮空氣送入曝氣池的底部，使之分散成許許多多的細微氣泡。在這些氣泡從廢水底部上升的過程中，氣泡中的氧氣溶解到廢水中去。因此，希望氣泡越微小越好。但是布氣裝置（稱之曝氣頭）孔眼越小，越容易被污泥堵塞。所以研制高效不堵塞的布氣裝置便對好氧生化技術有重要的作用。另外，氣源裝置也十分重要。歷來鼓風曝氣都使用羅茨鼓風機，噪聲大，能耗高。近來有了更新換化的新產品，但應用尚不普遍。好氧生化法是應用最為廣泛的廢水治理技術。它可以處理可生化性好的廢水，也可以在大量可生化性好的廢水中，混合一部分可生化性不好的工業廢水，如各種芳95族的有機化合物廢水。所謂廢水的可生化性，是指該廢水中的污染物被微生物降解的可能性。

17 生物化學方法_穩定塘 穩定塘建造或者利用一個原有的面積廣大的水塘，廢水放於其中，讓塘中繁殖起的微生物乃至植物來淨化廢水，就是穩定塘
水深在2.5m以上的是厭氧塘；水深在 m之間的是兼性塘，即有厭氧作用，也有一定的好氧作用；水深在0.5m以下的是氧化塘，具有一定的降解有機污染物的能力，而且運行費用非常低，但是占地面積大，只有在若干特殊的地點纔能採用 無論什麼類型的穩定塘，都必須經過專門的計算、設計和科學論證，不能把排污單位所存放廢水的大水坑，任意命名為氧化塘、穩定塘 生物治理方法經過專門設計建造的濕地以及蘆葦塘、其水生植物及林地都有一定的淨化廢水的能力，屬於生物化學法的一種，稱做生態學方法

18 物理化學方法 重力沉降法 機械過濾法 離心分離法 膠凝沉澱法 溶氣浮除法 萃取法 吸附法 離子交換法
1、重力沉降法即利用廢水中懸浮固體本身的重力，自然沉降，從而使上清液淨化。重力沉降 設施有平流沉澱池、豎流沉澱池、輻流沉澱池。采用斜板或斜管沉澱，會大大減少占地面積。 2、機械過濾法所用的過濾設備和過濾介質有許多類型，如：板框壓濾機、廂式壓濾機、袋式 壓濾機、折帶壓濾機、砂芯過濾器、砂濾器和微孔過濾器等等。各種類型的格柵、濾網也屬於機械過濾法的一種。所用的過濾介質除了濾布、濾網之外，還可以用呢毯、 藻土、凹凸棒土、白土、石英砂、粉煤灰、爐灰渣等等。 3、離心分離法離心分離法可以把廢水中固體懸浮物分離出去，也可以把密度不相同的兩種液 體分開。離心機有立式、臥式、連續進出料的固液分離機和液液分離機。 4、絮凝沉澱法顆粒直徑在1-100nm的細微顆粒或液滴，由於其十分微小和表面帶有電荷，能形 成穩定的膠體溶液。投加絮凝劑，破壞膠體的穩定性，使細小微粒凝聚、吸附、 架橋而形成較大的礬花發生沉澱，使廢水得到淨化。常使用的絮凝劑有無機、有機兩大類。無機絮凝劑有鎂鹽類、鐵鹽類、鋁鹽類等繫列。有機絮凝劑主要是聚丙烯 胺、改性陽離子澱粉等等。用得最廣泛的是聚合氯化鋁（聚鋁）、 聚合硫酸鐵（聚鐵）和聚丙烯 胺。聚鋁用於處理飲用水，使飲水中鋁的含量升高。據報導老年性痴獃病增加與飲水中含鋁有關。因此，處理飲用水應逐漸停用鋁鹽繫列絮凝劑。用美國、日本等國生產的某種絮凝劑，用於處理特定的廢水，用量很少，去除率很高。國內出現了許許多多的絮凝劑，其中僅少數報導了該絮凝劑的主要組成；大多數都是用一個代號表示，其組成不詳，其效果也難於評價。 5、氣浮法對於顆粒密度小於1.0的懸浮物以及疏水性污染物，可以用氣浮法加以去除。這 些密度小於1.0的懸浮物和疏水物質，可以附著在小氣泡的表面，隨小氣泡而上 浮到水面上，加以收集而被去除。一般在氣浮處理前需投加一定量的絮凝劑，形成礬花，然後附著於小氣泡上上浮。在水中產生氣泡的方法，主要是使用加壓溶氣水或者用文丘利管的喉管部位抽氣與射入的水充分混合。也可以用電解法產生小氣泡。 氣浮所需的小氣泡越小越好，最好其粒徑是微米級的。 6、吹脫法有些廢水中的有機污染物具有疏水性和揮發性，比較易於與水分離，可以采用 吹脫法加以去除。采用有效傳質設備，例如：填料塔、篩板塔、泡罩塔、噴淋塔， 來完成吹脫過程。好氧生化處理的曝氣池也具有一定的吹脫作用。在焦化 廠好氧曝氣池的上方空氣中，曾檢測到較高濃度的氰化物，就是曝氣池吹脫出來的。采用吹脫法，必須對吹脫出來的氣態污染物進行有效的處理，否則隻是污染物的轉移而已。 7、萃取法有些污染物，在水中溶解度小，而在某些有機溶劑中溶解度卻非常大，而這種 有機溶劑又不溶於水。這樣便可以讓該溶劑與廢水充分攪拌混合，使廢水中的污染物都轉移到該溶劑中。停止攪拌之後，水與溶劑的密度不同，自動分為兩層，水中的污染物便被去除了。這種有機溶劑稱之為萃取劑，可以從含酚廢水中把苯酚完全萃取到萃取劑中，使廢水中苯酚濃度低於排放標準( 1.0mg/l )。然 後，向萃取液中投加NaOH，使苯酚生成酚鈉。酚鈉是鹽，不溶於 N-503 溶液之 中，以酚鈉溶液的形態與萃取劑分離，從而使萃取劑得到再生，又可以重新使用 。此過程稱之為反萃取。可以作為萃取劑的有機溶劑很多，使萃取劑再生的 反萃取方法也互不相同。萃取法可以把某種污染物從廢水中萃取出來，但萃取劑總有少量溶於水中，萃取後出水的 CODcr 多半不能達標，應做進一步處理。 萃取法對於處理化工、染化廢水，有著廣闊的前景。 8、吸附法活性炭、大孔吸附樹脂、磺化煤以及粉煤灰等固體顆粒，其表面有許多小孔， 因而具有很大的總表面積。固體物質的表面，具有一定的吸附性能，特別是固表面凹陷部位，吸附能力更強。這種固體顆粒即吸附劑。廢水中的金屬離子、有機物能牢固地吸附在吸附劑表面，從而使廢水得到淨化。吸附劑的吸附能力有很強的選擇性，某些特制的大孔吸附樹脂，專門能吸附某一類污染物。活性炭的吸附對像比較廣泛，許多污染物都能被吸附。粉煤灰的吸附容量很小，需要較大量的粉煤灰，纔能處理排放量不大的廢水。但粉煤灰價格便宜，僅僅需要支付運輸的費用。活性炭、吸附樹脂價格昂貴，吸附飽和後必須進行再生（又稱脫附）。每種吸附劑，吸附的污染物不同，其再生方法也互不相同，都必須認真操作，以保證吸附劑能反復使用。粉煤灰吸附飽和後不需再生，但必須因地制宜妥善處理，不能造成二次污染。此外，凹凸棒土、 藻土、蛭石、麥飯石、海泡石、高嶺土、焦炭、白土以及某些專門研制的材料，也可以作為吸附劑。隻要吸附劑再生問題能夠得到較好解決，再生容易，那麼吸附法對許許多多的低濃度廢水都有廣闊的應用前景。所以應大力開展吸附劑再生方法的研究。 9、離子交換法使用離子交換樹脂、磺化煤或其他離子交換劑，使廢水中陰離子或陽離子被交 換在離子交換劑上，從而使水得到淨化。離子交換劑飽和時用酸或者堿進行再生， H和OH把截留的離子再置換下來，離子交換劑又可以反復使用。原廢水中的污染物最後轉移到再生液中，必須進一步妥善處理。 10、電解與微電解法a 電解法。通過電解槽，使廢水中金屬離子或非金屬離子發生氧化?還原反應， 形成沉積物或氣體分子，從而由廢水中分離出去。有時用鐵板做電極，鐵發生電化腐蝕形成鐵離子進入廢水中，在堿性條件下形成氫氧化鐵、氫氧化亞鐵絮凝體而發生絮凝沉澱。同樣也可以用鋁板做電極。此法在處理電鍍廢水中應用較多。 b 微電解法。例如 ：用活性炭微粒與某些絕緣材料(如沸石)微粒，均勻混合在 一起，作為填料。該填料位於正負電極所形成的電場之中。廢水通過填料，污染物被活性炭吸附。活性炭是導體，它被絕緣材料隔開，在電場中隻能在活性炭小顆粒兩端形成小的電極，構成許多微形電解池，使污染物發生電化學氧化還原反應或者被極化，大分子斷裂成為小分子，使得本來難於生化降解的物質提高了可生化性。此法可用於提高大分子有機廢水的可生化性。 c 鐵炭微電解。用焦炭顆粒與鑄鐵鐵屑作為填料，不需外加電場，但要把廢水 調成酸性，廢水中 H 與鐵屑作用，生成鐵離子，在焦炭粒內部同樣構成微電解 池。 鐵離子進入廢水中，出水用堿調成堿性，生成氫氧化鐵、氫氧化亞鐵絮凝 沉澱。為了使Fe2更多地轉化成Fe3，可向廢水中鼓氣。氫氧化鐵絮凝體，有較好的吸附、絮邶作用。這種方法是電解與吸附、絮凝的綜合作用，目前多用於提高化工和染化廢水的可生化性。

19 物理化學方法(續) 電解法 化學氧化-還原和消毒法 超臨界流體萃取法 滲透膜分離法 蒸發濃縮與焚燒法 高梯度磁分離法
廢水的聲、光、電輔助處理 11、化學氧化-還原和消毒法a、化學氧化法。使用化學氧化劑，把廢水中的有機物、還原物質氧化掉，使其 轉化為無害的物質（如：CO2、H2O、NO3等等）。應用的氧化劑最好是臭氧和雙氧 水，用它們氧化廢水，一般情況下不會產生有害的副產物（隻有極個別的 例外）。在 使用雙氧水時，同時用 Fe2 作催化劑（稱為Fenton氧化法），氧化 效果會更好。用臭氧時，可與紫外光（UV）配合。在工業發達國家，處理工業廢水使用O3和H2O2的場合很多。中國由於O3和 H2O2 生產成本很高，它的使用受到限制。國內有的單位已經開發出生產O3和H2O2成本很低的方法，如能實現將是對污染治理的重大貢獻。我國目前常用的氧化劑主要有二氧化氯、次氯酸鈉、次氯酸鈣（漂白粉）、氯氣和高錳酸鉀等等。其中以二氧化氯較好。近年來二氧化氯發生器的研制生產單位很多，但當前價格與成本仍較高，難於大量投入。其他含氯氧化劑，在使用時往往與有機污染物生成少量有害的副產物，應逐漸減少使用。化學氧化同時具有較好的殺菌作用，所以目前化學氧化法同時用作消毒劑，在醫院污水處理、遊泳池水消毒、飲用水消毒和城市污水處理排放前的消毒上。 b、化學還原法。廢水治理最大量的是使廢水中各種耗氧物質被氧化分解掉，所 以需要還原處理的情況較少。目前較多見的是把有毒性、有致癌作用的六價鉻離子(Cr6)還原成三價鉻離子(Cr3)，進而生成Cr(OH)3沉澱，從廢水中分離出來。 常用的化學還原劑主要是FeSO4。其他情況下，凡是需要進行還原處理的，也可 使用化學還原法 c、催化氧化法。在催化劑存在下用空氣或者純氧氣來氧化廢水中的有機物。可 以使用的催化劑主要是各種無機氧化物。目前，這種催化氧化法雖有效果，但一般效率較低。用空氣氧化曝氣的動力消耗也較高，有待進一步改進。 12、濕式氧化法濕式氧化法又稱濕式燃燒法。確切地說應該稱做超臨界氧化法。任何物質都有一個監界點，在臨界點上該物質的氣態與液態界限消失。例如水在一定的溫度和壓力下，水的氣相和液相區別消失，成為一種既不是氣體也不是液體的一種臨界狀態。在這種狀態下，廢水中的水分子以及所有的污染物質分子都能與空氣中的氧分子充分接觸發生氧化反應。隻要供氧充足，廢水中所有的有機物均能被氧化成 CO2 和H2O；無機物生成無機氧化物沉渣，從而使有機廢水得到了最徹底的處理。濕式氧化設備，可以做成深井式，其型式和一般好氧生化的深井曝氣法的深井相類似。這種型式安全、保溫，特別是可節省動力，但在高溫高壓下，設備被氧腐蝕嚴重。 13、超監界流體萃取法根據臨界狀態氧化的原理，近年來發展起來超監界流體 CO2 萃取法再生活性炭 的 研究。CO2在常溫下是氣體，其臨界溫度31.05度，臨界壓力7.29MPa(72.9kg/ cm2 )，臨界體積94ml/mol。也就是在監界狀態下，CO2的密度可以達到0.468kg/L。這樣高密度的臨界狀態 CO2，由於溫度相對較高，其粘度很小，具有許多有機溶劑的溶解性能，可以浸入到活性炭的徽孔之中，把活性炭吸附了的有機物溶解出來，使活性炭得以再生。溶解了有機污染物的臨界狀態的 CO2，隻要脫離臨界狀態， CO2 立即變成氣體，便與萃取出來的有機物分離。由於采用超臨界 條件，實際操作壓力要高於臨界壓力，故采用 12.2MPa 的操作壓力。如果活性 炭吸附裝置，能制成耐13-15MPa(130_150kg/cm2)高壓的可密閉的結構，那麼活 性炭的再生就變得很容易。超臨界流體 CO2 再生活性炭，活性炭的床層不需要 翻動，活性炭幾乎沒有損失，活性炭便可以長期反復利用。目前此技術尚處於研究階段，活性炭再生後，活性炭再生後，其吸附容量下降10-15%。 14、其他化學處理法a. 化學中和法。堿性廢水可用廢酸中和，酸性廢水可用廢堿液中和。這本是最 簡單的技術措施，主要是有時廢酸、廢堿需要量很大，難於滿足需要，而使用工業品的酸、堿又成本太高。堿性廢水可以使用煙道氣中 SO2來中和；酸性廢水中可用石灰石中和。若用石灰中和酸性廢水，最好使用石灰粉。 b. 化學沉澱法與化學氣化法。根據廢水中污染物的性質，必要時再投加某種化 工原料，在一定的工藝條件下（溫度、催化劑、pH值、壓力、攪拌條件、反應時間、配料比例等等）進行化學反應，使廢水中污染物生成溶解度很小的沉澱物或聚合物，或者生成不溶於水的氣體產物，從而使廢水淨化，或者達到一定的去除率。若干工程實例證明：高濃度含酚廢水(含酚在1.0%以上）投加適量甲 醛，可生成酚醛樹脂沉澱。酚的去除率在99.9%以上，而且能有很好的經濟收益。 c. 化學綜合利用法。高濃度有機廢水，可以根據廢水中污染物的特性，投加適 當的原料，使其生成某種含水產品，供重新利用。研究證明：含有較高濃度的苯酚、甲醛和部分樹脂的廢水，投加適尿素，在一定工藝條件下可制成木材粘結劑。如果工藝條件控制得好，所產粘結劑的性能甚至好於正式生產的木材粘結劑，不再有任何剩餘廢水，從而將廢水徹底綜合利用。 15、膜分離法用特殊材料制成具有一定孔隙的膜，用於把水溶液中某種溶質與水相互分開的 分離技術，統稱為膜分離技術。 分離膜萃取 分離膜萃取使用的是疏水材料(如聚丙烯)制成的膜，水分子在膜孔 處由於與材料不浸潤，水的表面張力加大，因而水分子不易透過這種疏水性的膜孔。相反，廢水中揮發性有機物(如氰、酚)和其他揮發性物質(如氯)，由於與 疏水材料相浸潤，在疏水材料膜孔處表面張力降低，在濃度差推動下，便通過疏水膜孔。例如，含氰廢水或含酚廢水，廢水中的CN（或酚）在疏水膜孔處表面張力降低，能透過膜孔。在膜孔的另一側用NaOH溶液吸收透過來的CN-(或酚)， 形成NaCN(或酚鈉)。形成鹽的CN-(或苯酚)便不會再反向穿透，這樣廢水中的CN- (或酚)便被NaOH所萃取。這種疏水分離膜，可以用於淨化含揮發性有機物的廢水，也可以用於淨化飲用水中的氯，提高飲用水的水質。 超濾，超濾與機械過濾有相似之處，隻不過超濾的膜孔徑比機械過濾濾料的孔 徑小得多。所以在進行超濾之前，首先要進行一般機械過濾，以除去較大的顆粒。當前超濾技術在工業發達國家應用較廣，美國、日本和西歐，1996年超濾膜市場交易額已達2.6億美元。目前，在我國處理羊毛洗滌廢水、金屬切削液、 電泳漆廢水和印鈔廢水方面已有采用超濾技術的。 液膜萃取 液膜萃取也屬於膜分離技術的一種，但它是利用表面活性劑與煤油制成的液體膜進行萃取分離。如果用於處理含有機物（例如苯酚、氰）的廢水， 則用 堿液（如NaOH）水溶液作萃取劑。首先用成膜劑（表面活性劑和煤油）制成粒徑若干微米的小球，把萃取劑(NaOH)包在球中，成為油包水型的乳狀液， 此過程稱做制乳。然後讓廢水與這種油包水的大量微型小球（乳液）充分接觸， 廢水中有機物（苯酚或氰）透過液膜擴散進入小球內部，與球內的 NaOH 生成鹽(酚鈉或NaCN)有機污染物在球內形成鹽，便不會通過液膜從球內滲透至膜外， 從而使廢水中有機物濃度降低乃至被徹底去除。此過程稱為萃取。去除了有機污染物的廢水與乳化液因密度不同而分層，相互分開，完成了廢水淨化。這種乳化液的小球內包藏著有機物的鹽(酚鈉或CaCN)，在這種乳液兩側加上高電壓靜電場，乳液在高壓靜電場作用下，液膜破裂，放出有機鹽溶液，與成膜劑分層，成膜劑再循環使用。這一過程稱作破乳。即液膜萃取由制乳、萃取、破乳三個主要過程組成。這項技術是美籍華人黎念之先生1968年發明的（包括靜電破乳法的發明）。後來其他人把靜電破乳法改為高壓靜電破乳。此項技術用於處理含氰廢水、含酚廢水、三氯乙醛廢水、污水中氨氮、鄰苯二酚廢水、無機陰離子（ NO-3、PO34-）廢 水、重金屬廢水等，國內均有實驗研究，有些也有 工程實施。 用來處理重金屬廢水和污水中氨氮時，乳液小球內相要用酸(如H2SO2)水溶液作 萃取劑。最近(98年初)有文獻報導稱，用乳化液膜法處理造紙黑液，也取得了良 好的效果。 16 蒸發濃縮與焚燒法蒸發濃縮干燥法。把廢液的水份蒸發掉，然後進入干燥管干燥成副產品可作飼 料，能取得一定經濟效益。蒸發過程要采用多效蒸發。蒸發器設計要針對該廢液蒸發中若干特殊情況專門設計。若管理得好，並不會比用厭氧好氧生化法費用高，蒸發冷凝水可以回用，能實現閉路循環。 濃縮焚燒法。有些高濃度有機廢水（如TNT堿性廢水,紅水、造紙黑液等）蒸發濃縮後所得到的固相物質，不宜直接利用。若把它焚燒掉，焚燒殘渣中無機鹽、 氧化物卻有一定經濟價值，則可在濃縮到一定程度後進行焚燒處理。造紙黑液的蒸發濃縮焚燒處理，稱做"堿回收"。 直接焚燒法。某些高濃度有機廢水（如含酚、含醛、含醇廢水），其中有機污染物能與水分子形成共沸物，或者其沸點與水沸點相接近，蒸發濃縮時與水蒸汽一起蒸出，使得該有機物無法利用蒸發法與水分開。把廢水加熱 900 度以上 焚燒是為了破壞有機物與水分子的共沸物，這時有機物纔能徹底被燒盡。這樣處理，效果是很好的，隻是能耗高，運行費用較大。 17 高梯度磁分離法鐵磁性物質的顆粒在磁場所受的磁場力與磁場強度和磁場強度梯度（稱場強梯 度）成正比。磁性顆粒在勻強磁場中，由於受兩極的引力相等，這時磁性顆粒所受合力為零，因而不會發生運動。隻有在磁場空間裡，各點的磁場強度不相同，特別是在很短一段距離之內，磁場強度相差很大（即場強梯度大），磁性顆粒在這種空間裡纔會發生移動。在強磁場的N和S極之間，投加大量顆粒尺寸在100μm左右的不鏽鋼毛，使磁力線的疏密程度發生很大變化，便構成了高梯度磁分離空間。含有鐵磁性懸浮微粒的工業廢水通過高梯度磁分離器，磁性顆粒便被截留下來，從而被淨化。這便是高梯度磁分離法。 磁過濾法處理含磁性懸浮物廢水。由於高梯度磁分離器場強梯度很高，不僅強磁性微粒能被其截留，弱磁性微粒也能被截留。軋鋼廢水中含有大量細微的氧化鐵微粒。煉鋼廠煙塵中含有大量 Fe2O3 微粒，經濕法除塵成為血紅色廢水， 其中懸浮大量Fe2O3微粒。這些廢水均可用高梯度磁分離器,磁過濾器加以淨化。 鐵氧體法，處理不含鐵磁性物質的含金屬廢水。鐵氧體是鐵元素與其他一種或 幾種金屬元屬構成的復合氧化物晶體，具有較強的磁性。含Mn、Zn、Cu、Co、Ui、Cr的廢水，均可以與FeSO4制成鐵氧體。研究證明：電鍍廠的含銅氨絡離子 [Cu(NH3)]2＋的廢水，是蘭色透明的水溶液，長期存放無沉澱物形成。在堿性 條件下，60℃左右，與FeSO4能生成鐵氧體，通過高梯度磁分離器，Cu 的去除率在99.9% 以上。磁種混凝法-處理不含金屬的有機廢水。對於含有油類、無機 懸浮物、色素和細菌的污水，投加絮凝劑產生礬花，同時投加磁種。例如粒徑在10μm以下的Fe3O4粉末可作磁種，投加量 mg/l，通過高梯度磁分離器，幾秒鐘便可使污水淨化，油、細菌和色素的去除率可達70-90%甚至更高。用磁混凝法處理聚氯聯二苯廢水，投加水量0.3% 的Fe3O4 粉，通過高梯度磁分 離器，1次可去除96%，2次則可去除 99.9%以上。 污水磁化處理。對於沒有磁性微粒的城市污水，不投加磁種，僅僅進行磁化處理，發現也有一定效果。CODcr能降低40%，BOD能降低30-50%，對氨氮去除無明顯效果。磁化處理過的污水，有利於藻類繁殖。此出水排向貧營養水體是有利的，若排向富營養化水體則是有害的。 18、廢水的聲、光、電輔助處理在研究開發污水治理技術過程中，有些研究人員把超聲波、紫外線、可見光（自然光）、電場都用上了。這些技術方法需與其他治理技術聯合應用，故稱之為輔助手段。 超聲波處理。有文獻報導說，超聲波能使廢水中苯、甲苯、 CCL4 、氯化物、合成洗滌劑分解。在用活性污泥法處理靛蘭廢水時，加上超聲波處理並投加少量H2O2，能使BOD/COD比值由 提高到 。用Fenton試劑(Fe2＋加H2O2)處理此種廢水，其效果與H2O2超聲處理效果相同，但Fenton試劑H2O2用量需13.8mg/L，而H2O2超聲波處理，H2O2用量隻需5.5mg/L。 光合細菌。光合細菌是近幾年來研究較多的一種生化方法。在自然光和白熾燈 電光源間斷光照下，可以培養馴化出一種光合細菌，用於降解有機廢水（例如制革廢水）。CODcr 去除率很高，但光合細菌隻需微量溶解氧，與好氧生化法相比，可節省很多動力，處理成本低。而且生成的光合菌菌體本身（有的呈紅色），還可以作為食用色素，屬於天然色素，無毒性無副作用。這樣，光合細菌生化法，便沒有難於解決的剩餘活性污泥問題。

20 廢污水處理之方法 廢水的處理方式一般可分成物理、化學和生物學的方法，不過，實際上單以物理方法或者生物方法處理的情形很少，大多利用各方法組合來進形處理。

21 (一)物理處理方法_沉澱法 ※沉澱為污水及廢水處理最普遍廉價的方法，沉澱法可去除沉降懸浮固體物質，如砂、無機固體物、懸浮性有機，以減少有機物質。最終沉澱池用以分離污泥與廢水之混合水，濃縮生物性污泥，排出澄清之廢水。

22 (一)物理處理方法_沉澱法 沉澱由懸浮固體物質之濃度及顆粒凝聚性而分成四種
單獨沉澱 (discrete settling) ：係保持單顆粒之沉降性，其大小、形狀、密度不變，沉砂池屬於此種 混凝沉澱(flocculants settling) ：其特點為顆粒有凝聚作用，沉降速度隨之變化 層沉澱(zone settling) ：層沉澱大都使顆粒成塊狀沉降，上澄液 與沉澱固體物出現明顯之界面 壓密(compression) ：壓密係固體物向下壓縮，孔隙中液體被壓出,減少固體物體積。 在沉澱法的操作過程中，可加入凝聚劑，以提高沉澱效果。污水經初級處理後約可去除百分之三十的BOD 和百分之三十到四十的SS(污泥)。去除後的污泥經消化處理後成為安定性物質，再經脫水晒乾後，可供作有機肥料用。而污水可加氯消毒後即可放流，或再提高處理程度。

23 (一)物理處理方法_過濾法 過濾為流體穿過多孔質濾料，使懸浮物與液體分離的方法，一般較沉澱池價高，但佔地小且操作迅速，去除之固體物質易於乾燥

24 (一)物理處理方法_過濾法 過濾分為 重力 壓力 真空 離心力 重力法用於去除懸浮物濃度低之廢水，可直接通過濾床。真空過濾用於懸浮物濃度較高時，污泥之脫水應用。離心式用於易過濾之固體物，如含水率低的泥餅

25 過濾的材料 過濾的材料方面有砂、粗目和細目濾網，或一些柔軟材料。一般工業用水 (包括自來水) 的處理都使用砂過濾，砂過濾槽可分為
使廢水直接通過濾槽來進行的慢砂濾法 使用藥品來進行凝聚和沉澱處理為前題的標準過濾法 在此所產生的污泥則要先進行脫水處理後再廢棄

26 (二)化學處理法_中和法 PH值為放流水之重要標準之一，而廢水處理時，PH高低對處理效果影響甚大
中和劑之選擇，應考慮價格、反應速度、生成之污泥、沉澱能力，及其它各種中和劑之特性、廢水性質、廢水量等。其中氫氧化鈉和碳酸鈉很快就會溶解於水中，與酸的反應速度又快，所生成的污泥量也少。而生石灰所生成的沉澱物則要比消石灰生成的少 中和反應所生成的大量污泥則必需再經過沉澱、過濾、乾燥等步驟的污泥處理

27 (二)化學處理法_氧化還原法 氧化作用對各種廢水之處理，具有很高之價值，不但能有效地去除生化需氧量，能 破壞廢水中合成物之構造，且產生無害之物質如二氧化碳、氮、亞硝酸鹽和硫酸鹽等 還原作用在廢水處理上之應用較少，但對某些廢水如電鍍廢水甚具價值，如鉻酸鹽還原為低毒性之三價鉻

28 (三)生物處理方法_活性污泥法 活性污泥系統必須具備下列條件 曝氣槽內污泥負荷要維持一定 維持一定值以上的溶氧量
最終沈澱池分離出之污泥應濃縮至比曝氣槽活性污泥濃度還高 為維持曝氣槽內污泥濃度一定，應連續迴流污泥至曝氣槽 去除SS、分解BOD所增殖之微生物，為維持一定污泥停留時間，應予以排出處理 利用微生物的分解作用之氧化處理在廢水處理法中也是很重要的。活性污泥法對BOD 和 COD的除去率都在95%以上，在廢水處理法中70-80%是採用此種活性污泥法。 活性污泥法是當有機廢水與自最終沉澱池之迴流污泥接觸後 (1)微細的懸浮固體膠質物 及部分溶解有機物迅速被吸著於污泥上 (2)此種被吸著物質，與溶解性有機物同時進行氧化及 聚合，產生生物膠羽 (3)再繼續曝氣且營養缺乏時，生物膠羽被氧化而消散。如圖一所示是活 性污泥法的流程。處理時，首先要使廢水或污水在最初沉澱之池中進行沉澱之後再使之流入曝 氣槽內進行數小時的曝氣。在曝氣期間會進行凝集、吸著、沉澱、氧化等作用。從最終沉澱池所 返送回來的活性污泥則可促進曝氣槽內的生物化學反應。 活性污泥法又可細分成很多種方法，常用的為標準活性污泥法，這是在曝氣槽的入口附近 有大量的有機物被分解之方法。在返送污泥亦即活性污泥中所含的微生物的返送以及空氣吸入量 在曝氣槽的廢水入口部都是最大。因此，採用此法時如果滯留如果時間不夠長的話，處理可能會不完全,採用活性污泥來處理的廢水向來是以紙漿廢水、食品工業廢水、發酵釀造廢水等為主，最 近在有機合成工業的廢水方面也採用的很多。

29 (三)生物處理方法_活性污泥法

30 (三)生物處理方法_滴濾池法 為接觸性生物處理法之一種，經最初沉澱池之處理水，以間斷或連續散水方式通過濾料層（卵石、礦渣、無煙煤或塑膠），利用濾料上生長之微生物膜氧化分解下水中之有機物，而生物膜連續或間斷剝落後，引入最終沉澱池沉殿分離污泥之處理方法。其生物膜之反應狀況如下頁所示 滴濾法和活性污泥法相同，為有機性廢水生物處理法中最廣用之一種方式。廢水自濾料 上層分佈滴濾於池，與繁殖在濾料表面微生物接觸，發生吸著混凝作用。因微生物固著濾料上， 其數量不似活性污泥以人工調節，故缺乏操作伸縮性，如通風不良，池底附近易成厭氧分解產生 臭氣，因此近年來家庭污水處理使用者有較活性污泥法為少之趨勢。但滴濾法對原水水質及流量 之變動適應性較大，管理簡便，適合於工業廢水及小型污水廠之用。

31 (三)生物處理方法_滴濾池法

32 (三)生物處理方法_滴濾池法

33 (三)生物處理方法_生物轉盤法 生物轉盤法(Rotating Biological Contactor)簡稱RBC法，為生物處理的一種，由於其可在短時間接觸下獲得高處理效率，對負荷變動較具彈性 設計簡單，產生污泥量少，無活性污泥之鬆化(bulking)、發泡(foaming)、及滴濾法之散發臭氣、濾池阻塞等缺點，且噪音小，操作上不必如活性汙泥法需迴流污泥、調節污泥濃度及曝氣槽之溶氧量等高度技術，所需動力亦較活性污泥法少 近年來歐、美、日本等國漸加重視，而積極開發為有機工業廢水及都市污水處理之用 RBC 法為利用附著於圓板上之微生物群以去除廢水中有機性污染物質的處理法。是將一連 串的圓盤分成數段，其直徑之40% 浸於接觸槽之水中，當緩慢旋轉的圓盤與進流污水接觸後，經數日圓板表面開始產生附著微生物群，這些微生物群隨著圓盤的旋轉，自空氣中吸收氧及自水中吸收有機物進行喜氧性分解。微生物之厚度通常為0.5-2mm， 隨著接觸日數微生物膜漸厚，被覆 蓋於底層的微生物群呈厭氧性，當其失去活性時則由於圓盤旋轉的剪力，而使微生物群 (污泥) 自圓盤表面脫落，併同溢流水接觸槽流出，而於沉澱池分離去除污泥。

34 (三)生物處理方法_生物轉盤法

35 (四)污泥的利用及最後處置(disposal)
污泥的最後處置方法在經濟性的考量，一般可分為 地上處置：有土地填築、土地改良、堆化肥等 水中處理：有海洋擴散、集中投入(由於污泥加工物形成人工魚礁) 固體處理：以水泥或柏油使之固體化 焚化處理：污泥與垃圾混合投入焚化爐焚化

36 廢污水處理之程序－補充 目的為降低某些污染物（主要為有機污染物）的濃度，其放流水的排放，不致影響環境或造成健康的毒害。
承受水體的涵容能力及各類污染源的放流水標準或總量管制，影響處理的型式及處理程度。一般處理系統分為三級，初級處理、二級處理、三級處理 。

37 廢污水處理_一級處理 預先處理或一級處理（pretreatment or primary treatment）：目的為去除漂浮物、懸浮固體等。對於工業廢水，有時需增加油脂去除、中和或pH調節，調勻流量或濃度，去除毒性物質等，以便於後階段之處理，處理方法以物理及化學法為主。 使用方法有以下幾項： 截留：用格柵或格篩等構築物，除去顆粒較大的粗垃圾的方法。 沉砂：使比重為2~2.5，顆粒直徑0.2mm以上的物質沉澱。 沉澱 一級處理步驟可去除20~30%的生物需氧量。

38 廢污水處理_二級處理 二級處理（secondary treatment）：目的為去除廢水中之溶解性有機物，所用方法以生物處理為主，有時也用物理或化學氧化法。 經一級處理沈澱後的污水，以活性污泥法、滴濾池、氧化渠、厭氧生物法、接觸氧化法、旋轉生物盤法等生物性處理，去除耗氧物質（有機物）。可以去除90~95%的生物需氧量。

39 廢污水處理_三級處理 高級處理（advanced treatment）：目的在於提高廢污水處理廠之出水水質，廢污回收水再利用、水再用或作為一般生物處理法相當之替代方法。如高級處理係用於提高二級處理出水的水質，以去除所含之少量懸浮固體、溶解性有機物、溶解性無機鹽類及植物養分等，稱之為三級處理（tertiary treatment）。一般可採物理、化學或生物處理法。

40

41 污水處理之單元操作或單元程序表 項目 概述及處理目的 A、攔污設施(Screening)  通常為廢水之第一步驟處理，去除大塊、漂浮及懸浮物質，以保護機械、防止管路阻塞，避免處理操作之干擾以及減少對水流之阻礙。 B、沉砂去除(grit removal)  去除一般粒徑在0.2mm以上，比重2.0~2.5以上之顆粒(如砂粒、礫石、煤渣及其他可沉降物)，其功 用有保護處理廠之機動設施，減少管線之沈機及沖 蝕以及降低處理設施之清除次數。

42 C、初級沉澱池(Primary sedimentation)
去除可沉降之固體微粒(有機物)、漂浮水面物質及油脂類，以減少生物處理單元之負荷。 D、懸浮性生物生長反應池(Suspended growth biological reactor) 去除溶解性有機物，如活性污泥(activated sludge process) E、接觸性生物生長反應池(Attached growth biological reactor) 去除溶解性有機物，如滴濾池法(trickling filter)，旋轉式生物盤法(Rotating biological contactor) F、二級沈澱池(Secondary clarifier) 此連接生物處理或化學處理之後處理程序，用以去除生物污泥。

43 污水處理之單元操作或單元程序表(續) G、消毒 (Disinfection)
用來去除放流水中引起水媒疾病之細菌，過濾性病毒。氯常被使用為消毒劑。 H、混凝 ( Coagulation) 可用於SS，BOD，磷化物之沈澱，常使用鋁鹽、鐵鹽或聚合物為凝聚劑。此程序應包括攪拌池與膠羽池。