第五章 水质污染的防治 5.1 水处理的方法概述 5.2 物理处理方法 5.3 化学处理方法 5.4 生物处理方法 5.5 城市生活污水处理系统.

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1 第五章 水质污染的防治 5.1 水处理的方法概述 5.2 物理处理方法 5.3 化学处理方法 5.4 生物处理方法 5.5 城市生活污水处理系统

2 第一节 水处理的方法概述 物理处理法 借助于物理的作用从废水中截留和分离悬浮物的方法 化学处理法 用化学反应的作用，分离回收污水中处于各种形态的污染物质(包括悬浮的、溶解的、胶体的等) 物理化学处理法 利用物理化学作用，去除污染物质的方法 生物处理法 利用微生物的代谢作用，使污水中呈溶解状态和胶体状态的有机污染物转化为稳定的无害物质

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5 物理法 筛滤截留法 格栅：主要截留污水中大于栅条间隙的漂浮物 筛网：主要用网孔较小的筛网截流污水中的纤维等细小悬浮物，以保证后续处理效果 滤机：机械型式较多，其作用相当于转动的筛网 砂滤：主要采用石英砂等为过滤介质，靠水力压差使污水通过滤层，滤层除细小悬物、有机物 重力分离法 沉淀：通过重力沉降分离废水中呈悬浮状态污染物质的方法 气浮：又称上浮法，用于去除污水中相对密度小于1的污染物，或通过投加药剂等措施去除相对密度大于1的物质 离心分离法 水旋分离器：设备固定，废水通过水泵打入或靠水头差沿切线方向进入分离器内，造成旋流产生离心力场，使悬浮颗粒分离出来 离心机：由设备本身高速旋转，以产生离心力，使悬浮物分离出来 高梯度磁分离法 利用磁场中感应磁场和高磁梯度所产生的磁力从液体中分离颗粒污染物或提取有用物质

6 化学法 化学沉淀法 向废水中投加可溶性化学药剂，使之与水中呈离子状态的无机污染物起化学反应，生成不溶于水或难溶于水的化合物，析出沉淀，使废水得到净化 中和法 利用中和过程处理酸性或碱性废水 化学氧化法 利用液氯、臭氧、高锰酸钾等强氧化剂分解废水中污染物，以净化废水 电解法 利用电解的基本原理，使废水中有害物质通过电解过程，在阴阳两极分别发生氧化和还原反应，以转化成无害物，达到净化水质的目的

7 活性污染法（好氧性生物处理方法） 生物法 生物膜法
鼓风曝气：即推流式曝气，将压缩空气不断地打入污水中，保证水中有一定溶解氧，以维持微生物生命活动，分解有机物 机械曝气：即表面曝气，利用装在曝气池内的机械叶轮转动，剧烈搅动水面，使空气中的氧溶于水中，供微生物生命活动 纯氧曝气：又称富氧曝气，是按鼓风曝气方法向水中吹入纯氧，以充分提高充氧效率 深井曝气：一般用0.5~0.6m，深达50~150m的曝气装置，利用水压来提高水中氧的转移速率，以进行高效去除污水中的BOD含量 生物膜法 生物滤池：使废水流过生长在滤料表面上的生物膜，通过各相间的物质交换及生物氧化作用，使废水中有机物降解，达到净化目的。这也是需氧生物处理法 塔滤：即塔式生物滤池，塔高8～24m，直径1～3.5m，由于内部通风好，水力冲刷较强，污水同空气、生物膜充分接触，生物膜更新速度快，各层生长有适应于废水性质的不同生物群 生物转盘：由固定在一横轴上的若干间距很近的圆盘组成，圆盘面上生长一层生物膜，以净化污水 生物接触氧化：供微生物附着的填料全部浸在废水之中，并采用机械设备向废水中充氧，废水中的有机物由微生物氧化分解，达到净化的目的

8 生物法 生物氧化塘 利用水中的微生物和藻类、水生植物等对污水进行好氧或厌氧生物处理的天然或人工池塘 土地处理系统 利用土壤及其中的微生物和植物根系对污染物的综合净化能力（过滤、吸附、微生物分解等）来处理城市污水，同时利用污水中的水、肥来促进农作物、牧草、树木生长 污水灌溉 以灌溉为主要目的土地处理系统 厌氧生物处理法 利用厌氧微生物（如甲烷微生物等）分解污水中有机物，达到净化目的，同时产生甲烷气、CO2等气体，厌气性处理既用于处理废水（主要为高浓度有机废水）又用于污泥消化

9 物理化学法 离子交换法 借助于离子交换剂中的交换离子和废水中的离子进行交换，以除去废水中的有害离子。离子交换剂分无机质（如海绿砂的天然物质或合成氟石）与有机质（如磺化煤和树脂），此种处理方法成为电镀废水处理和回收贵重金属离子的有效手段之一 萃取法 把适当的有机溶剂加入废水，从中分离出某些溶解性的污染物质，以达到废水净化 膜分离技术 电渗析：电渗析是在离子交换法基础上发展起来的一项分离技术。溶液中的离子有直流电场的作用下，有选择地通过离子交换膜进行定向迁移。此法多用于海水和苦咸水除盐、制盐去离子水等 扩散渗析：即浓差渗析，利用半透膜（只透过溶剂或只透过溶质）使溶液中的溶质由高浓度一侧通过膜向低浓度一侧迁移。主要用于酸碱度液的处理、回收和有机、无机电解质的分离、纯化

10 物理化 学法 膜分离技术 反渗透：以压力为推动力，把水溶液中的水分离出来，同时分离、浓缩溶液中的分子态或离子态物质的方法。反渗透在化学工程分离技术、硬水软化、制取高纯水和分离细菌、病毒等方面得到广泛应用 超过滤法：以压力为推动力，使水溶液中大分子物质和水分离，其本质是机械筛滤，膜表面孔隙大小是主工控制因素 吸附处理 利用吸附剂（多孔性固体，如活性炭、大孔吸附剂树脂、硅藻土、炉渣等）吸附废水中一种或几种污染物，以回收或去除某些污染物，使废水得到净化

11 第二节 物理处理方法 5.2.1 过滤 过滤是使污水通过滤料组成的多孔介质，以截留水中的悬浮物质，达到处理的目的。( 板框压滤机)

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13 微滤、超滤、纳滤 、反渗透 膜种类 膜的功能 透过物质 被截流物质 微滤 多孔膜、溶液的微滤、脱微粒子 压力差 水.溶剂.溶解物
分离驱动力 透过物质 被截流物质 微滤 多孔膜、溶液的微滤、脱微粒子 压力差 水.溶剂.溶解物 悬浮物.细菌类.微粒子.大分子有机物 超滤 脱除溶液中的胶体、各类大分子 溶剂.离子.小分子 蛋白质.各类酶.细菌.病毒.胶体.微粒 反渗透和纳滤 脱除溶液中的盐类及低分子物质 水和溶剂 无机盐.糖类.氨基酸.有机物等 透析 浓度差 离子.低分子物.酸.碱 电渗析 脱除溶液中的离子 电位差 离子 无机.有机离子

14 5.2.2 超滤 超滤是一种膜分离技术，其膜为多孔性不对称结构。过滤过程是以膜两侧压差为驱动力，以机械筛分原理为基础的一种溶液分离过程，使用压力通常为0.03~0.6 MPa，筛分孔径从0.005~0.1μm，截留分子量为1000 ~500,000 道尔顿左右。 近30 年来，超滤技术的发展极为迅速，不但在特殊溶液的分离方面有独到的作用，而且在工业给水方面也用得越来越多。例如在海水淡化、纯水及高纯水的制备中，超滤可作为预处理设备，确保反渗透等后续设备的长期安全稳定运行。在食品饮料、矿泉水生产中，超滤也发挥了重要作用。因为超滤仅去除水中的悬浮物、胶体微粒和细菌等杂质，而保留了对人体健康有益的矿物质。

15 1. 超滤分离特性 （1）分离过程不发生相变化，耗能少；
（2）分离过程可以在常温下进行，适合一些热敏性物质如果汁、生物制剂及某些药品等的浓缩或者提纯； （3）分离过程仅以低压为推动力，设备及工艺流程简单，易于操作、管理及维修； （4）应用范围广，凡溶质分子量为1000~500,000 道尔顿或者溶质尺寸大小为 0.005~0.1μm 左右，都可以利用超滤分离技术。此外，采用系列化不同截留分子量的膜，能将不同分子量溶质的混合液中各组分实行分子量分级。

16 2. 超滤膜的化学材料 可以用来制造超滤的材质很多，包括：聚偏氟乙烯 (PVDF)、聚醚砜 (PES)、聚丙烯 (PP)、聚乙烯 (PE)、聚砜 (PS)、聚丙稀腈 (PAN)、聚氯乙稀 (PVC)等。90 年代初，聚醚砜材料在商业上取得了应用；而90 年代末，性能更优良的聚偏氟乙烯超滤开始被广泛地应用于水处理行业。因此聚偏氟乙烯和聚醚砜成为目前最广泛使用的超滤膜材料。

17 3.膜超滤的微观结构 (1）超滤膜的不对称结构 超滤膜通常采用不对称结构，即由致密的皮层和多孔的支撑层构成，通常支撑层的孔径要比皮层高一个数量级以上。这种结构有以下的优点：a）致密的皮层提高了过滤的精度；b）多孔的支撑层降低了过滤的阻力，并且使得穿过皮层的微小杂质被截留的几率降低到最小。这些优点使得超滤基本实现了表面过滤，清洗恢复性比微滤有明显的改善，因而其长期通量更稳定。

18 中空纤维膜 膜丝断面

19 (2)超滤膜组件的结构 组件的结构设计是连接膜丝特点和操作参数的中间纽带。在众多的形式中，目前以中空纤维膜为主，也有管式和卷式膜。

20 中空超滤膜装置

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22 5.2.3离子交换 1.离子交换树脂的结构 离子交换剂： 磺化煤（煤磨碎后经浓硫酸处理得到） 离子交换树脂

23 阳树脂

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25 2. 离子交换除盐的原理 阳床离子交换反应 经阳床反应后的出水是酸性水，此时HCO3-已分解成为二氧化碳，即 可由除碳器将二氧化碳除掉。
H+ + HCO3- CO2 + H2O 可由除碳器将二氧化碳除掉。

26 阴床离子交换反应

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29 5.2.4 Electrodeionization (EDI)技术

30 1.工作原理 EDI利用电场作用将离子连续地从进水中迁移到浓水一侧，同时电流促使水分子分解成H+（氢离子）和OH-（氢氧根离子） ，从而连续再生树脂。 因此，通过离子交换、水分解、离子迁移以及再生等多种作用，进水中的离子连续进入浓水室而被去除，高纯度的淡水连续从淡水室流出，从而实现水的深度除盐过程。

31 2. EDI膜结构特点 卷式结构，离子交换树脂和膜芯均可方便地更换

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33 第三节 化学处理方法 5.3.1 混凝 5.3.2 化学沉淀 5.6.3 消毒

34 5.3.1 混凝 1、原理：向污水中投入电解质，压缩杂质双电层，降低或消除ζ电位，杂质相互聚结沉淀。
2、材料：石灰、碳酸铝、硫酸亚铁、三氯化铁、聚合铝等。 胶体双电层结构

35 影响混凝效果的主要因素 （1）胶体和细微悬浮物的种类、粒径和浓度； （2）水中阴、阳离子的浓度； （3）pH；
（4）混凝剂的种类、投加量和投加方式； （5）搅拌强度和时间； （6）水温

36 反应池  

37 5.3.2 化学沉淀 1.定义: 化学沉淀是向水中投加某种化学剂，使它与水中的溶解物质发生互换反应，生成难溶于水的沉淀物，降低污水中溶解物质的浓度。 2.原理: 根据化学沉淀的必要条件，一定温度下，难溶盐MmNn在饱和溶液下，沉淀和溶解反应如下。 m、n－分别表示离子Mn+、Nm-的系数。

38 3.沉淀功能 ① 用于一级处理去除杂质、颗粒状物 ② 用于二级处理 初次沉淀池，减轻后续处理设施的负荷 二次沉淀池，分离去除生物污泥
①    用于一级处理去除杂质、颗粒状物 ②    用于二级处理 初次沉淀池，减轻后续处理设施的负荷 二次沉淀池，分离去除生物污泥 ③ 用于灌溉或氧化塘稳定水质去除水中虫卵或固体颗粒

39 4.沉淀池 分类 （1）平流式沉淀池 （2）辐流式沉淀池 （3）竖流式沉淀池

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41 二沉池

42 5.3.3 消毒 消毒的定义 消毒简史 消毒机理 消毒方法

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44 二.消毒简史 1854年 John Snow 在伦敦发现霍乱（cholera）与饮用水密切相关 1881年 Koch 发现氯可以杀死细菌
1902年 比利时的Middleheike市首次在公共水处理中采用氯消毒

45 三、消毒机理 可能有以下几个方面的作用： （1） 破坏细胞壁； （2）改变细胞通透性： （3）改变微生物的DNA或RNA；
（4）抑制酶的活性

46 四、消毒方法 化学药剂（氧化剂，如氯、臭氧消毒） 物理法（热和光，如高温、紫外线消毒） 机械法（格网、膜，如用0.45μm的膜过滤）
辐射（射线、电子束 )

47 第四节 生物处理方法 5.4.1 活性污泥法 5.4.2 废水天然生物处理

48 5.4.1 活性污泥法 培养前后的变化

49 一、活性污泥法基本概念与流程 1.活性污泥 污水通气一段时间后，形成一种由大量微生物群体构成的易于沉淀的絮凝体。
2.活性污泥法来源：河流自净→启示→人工强化 3.命名 根据生物反应器中微生物存在状态(悬浮，附着)可将污水生物处理技术分为活性污泥法(悬浮的有活性的生物絮体)和生物膜法(附着的生物膜)，及后来的复合式(悬浮，附着)生物处理技术。 4.基本流程 污水→格栅→泵间→沉砂池→初沉池→活性污泥曝气池→二沉池→消毒

50 

51 二 活性污泥的形态，性质，与评价指标 1.形态 多为黄褐色絮体，含水率超过99％ 2.组成 四部分组成 （1） Ma——活性污泥微生物；
1.形态 多为黄褐色絮体，含水率超过99％ 2.组成 四部分组成 （1） Ma——活性污泥微生物； （2） Me——活性污泥代谢产物； （3） Mi——活性污泥吸附的难降解惰性有机物； （4） Mii——活性污泥吸附的无机物。

52 3.微生物组成 细菌、真菌、原生动物、后生动物

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54 5.4.2 废水天然生物处理工艺 示范工程（占地6.2公顷） 泄洪沟 湿地1 泻洪闸 沉砂池 格栅 人工湿地处理暴雨示范工程

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56 稳定塘 1、稳定塘的发展及应用 稳定塘(Stabilization Ponds)［旧称氧化塘(Oxidation Ponds)或生物塘］是一种利用天然净化能力处理废水的生物处理工艺，其对废水的净化过程与自然水体的自净过程类似。

57 稳定塘生态系统 风 图 稳定塘内典型的生态系统 O２ O２ 阳光 光合作用 藻类 新细胞 藻类 流入污水 好氧区 可沉物质 NH3 H2O
PO42 O２ 处理水 CO２ ＋ 有机 污染物 好氧分解 细菌 衰死细菌 细菌 新细胞 CH4 CO2 NH3 兼性区 厌氧分解 厌氧发酵 污泥层 厌氧发酵 厌氧区 有机污染物 有机 酸醇 甲烷 图　稳定塘内典型的生态系统

58 稳定塘的研究与应用始于20世纪初期，在50~60年代之间稳定塘技术的发展较迅速，目前已有五十多个国家采用稳定塘技术处理城市废水或有机工业废水。但占城市废水处理的比例很低；目前，在美国、加拿大、澳大利亚等有一定发展。 我国的环境保护技术政策规定：“城市废水处理，应推行废水处理厂与氧化塘、土地处理系统相结合的政策”；1985年，38座稳定塘；1988年，80多座；1990年，113座，处理水量190万m3/d；多用于处理中、小城镇的生活废水。

59 2. 稳定塘的分类 主要是根据塘中微生物反应的类型来划分；分为好氧塘、兼性塘、厌氧塘、曝气塘、深度处理塘、综合生物塘等。

60 MeZe氧化塘处理系统中曝气塘

61 齐齐哈尔氧化塘

62 第五节 城市生活污水处理系统

63 一般而言，城市生活污水的水质比较均一，已形成了一套行之有效的典型处理流程。根据处理任务的不同，可将废水处理系统归纳为以下的三级处理：

64 （1）一级处理 主要处理对象使较大的悬浮物，采用的分离设备依次为格栅、沉砂池和沉淀池。截留于沉淀池的污泥可进行污泥消化或其它处理。条件许可时，出水可排放于水体或用于污水灌溉。一级处理有时也叫机械处理。

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66 （2）二级处理 出水水质要求高的地方，在一级处理的基础上，需要再进行生物化学处理，叫做二级处理。二级处理的对象是废水中的胶体态和溶解态有机物，采用的典型设备有生物曝气池（或生物滤池）和二次沉淀池。产生的污泥经浓缩后进行厌氧消化或其它处理，出水可排放或用于灌溉。二级处理也叫生化处理或生物处理。

67 二级生化污水处理厂

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69 （3）三级处理和高级处理 对出水要求更高时，在二级处理之后，还要进行三级处理。三级处理的主要对象是残留的污染物和营养物质（氮和磷）及其它溶解物质，所采用的方法有化学絮凝、过滤等。有时，三级处理的目的不是排放，而是为了直接回用（如用做工业用水）。这时，三级处理的对象还包括去除废水中的细小悬浮物、难生物降解的有机物、微生物和盐分等，采用的方法还可能有吸附、离子交换、反渗透、消毒等。

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71 污泥最终处置前的处理工艺 浓缩、脱水、干化、稳定、调理(调节)，或消毒。 污泥处理与处置

72 剩余污泥机械浓缩

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74 讨论题 举例说明给水或废水处理物理方法、化学方法和生物方法。 2. 简述城市污水的自然处理的技术和意义。