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2水污染与治理【学习指南】了解：水体、水体污染、中国水污染现状。熟悉：水体的类型、组成；水质指标；水体污染源、水体污染的危害；水污染的控制途径。掌握：水体的自净作用；水体物理处理法、化学处理法、物理化学处理法、生物处理法；污泥的利用、污泥的处理。2水污染与治理2.1水质指标2.2水体污染2.3水污染的治理2.3水污染的治理2.3.1水污染的治理方法2.3.2水污染治理技术2.3.3污泥的治理2.3.4水污染治理实例1.水污染的治理原则（1）推行清洁生产改革生产工艺、减少用水量重复利用污水回收有用产品（2）发展污水处理技术（3）完善水污染防治法规与依法加强水处理厂建设与综合防治面源污染对工业污水排量及浓度监测管理、对水体卫生特征、经济指标的监测管理2.水污染的控制途径一是从源头抓起，加强清洁生产，提高水资源利用率；二是通过末端治理，对所产生的污水进行处理，使外排污水中污染物的浓度、总量在环境自净容量范围内，同时通过中水回用，水的重复利用，减少污水排放量。三是对已污染水体进行修复，即采用工程的、生态的方式对已污染的水体进行改造，使其尽快恢复原有的功能。目前环境保护技术的研究重点还是在于水污染治理技术即末端治理技术。1.物理处理法利用物理作用分离和除去污水中呈悬浮状态的污染物质，在处理过程中不改变其化学性质的方法叫物理处理法，又称机械治理法。优点是简单易行，效果良好，费用也较低。物理处理法包括调节、筛滤 、除油、沉淀、过滤、分离等方法。2.3.2水污染的治理技术（1）调节水量与水质的调节1）水量调节有两种方式，一是线内调节，二是线外调节。2）水质调节有两种方法，一是外加动力调节，二是采用差流方式调节。差流方式调节池有对角线和折流式两种。（2）筛滤利用筛滤介质截流污水中的悬浮物。污水通过一层带孔眼的过滤装置或介质，其中的悬浮颗粒被截流在过滤装置表面。用反洗法除去截流物。筛滤介质有钢条、筛网、滤布、石英砂、合成纤维、微孔管等，筛滤设备有：格栅、栅网、微滤机、砂滤器、真空滤机、压滤机等。移动伸臂式格栅除污机1-格栅；2-耙斗；3-卸污板；4-伸缩臂；5-卸污调整杆；6-钢丝绳；7-臂角调整机构；8-卷扬机构；9-行走轮；10-轨道；11-皮带输送机1）格栅2）筛网3）影响筛滤效率的因素①滤速②反洗③水流的均匀性（3）除油污水中油有浮油、分散油、乳化油、溶解油。隔油主要用于对污水中浮油的处理，它是利用水中油品与水密度的差异与水分离并加以清除的过程。隔油过程在隔油池中进行，目前常用的隔油池有两大类，平流式隔油池与斜流式隔油池。平流式隔油池 波纹板式隔油池（4）沉淀沉淀是利用污水中悬浮物密度比水大，借助重力作用下沉的原理而达到液固分离目的，使水质得到澄清。沉淀的作用是为化学处理与生物处理的预处理；用于化学处理或生物处理后，分离化学沉淀物、分离活性污泥或生物膜；污泥的浓缩脱水；灌溉农田前作灌前处理。沉淀池是一种分离悬浮颗粒的构筑物，根据它们的构造可分为普通沉淀池和斜板斜管沉淀池。普通沉淀池应用较为广泛，按其池内水流方向，可分为平流式、竖流式和辐流式三种。平流式 辐流式竖流式（5）过滤过滤是用过滤介质把污水中悬浮物和胶体截留在介质表面而除去，使水获得澄清的工艺过程。过滤介质有格栅、筛网、砂、滤布、塑料微孔管等。过滤可截留水中悬浮物、有机物、细菌、病毒等。滤池的净水原理1）阻力截留2）重力沉降3）接触絮凝（6）离心分离污水中悬浮物借助离心力的旋转，在离心力的作用下，悬浮物和污水的质量不同，所受到的离心力大小不同，由于悬浮颗粒质量大的被甩到外圈，质量小的则留在离心分离器内圈，通过不同的出口将它们分别引导出来，从而使悬浮物与水分离。常用的离心设备有旋流分离器和离心分离机它是利用化学反应原理及方法处理污水中的溶解物质或胶体物质，分离回收污水中的污染物或改变污染物的性质，使其从有害变为无害。化学处理法用来去除污水中的金属离子、细小的胶体有机物、无机物、植物营养素（氮、磷）、乳化油、色度、臭味、酸、碱等。包括混凝、中和、氧化还原、化学沉淀、消毒、电解等。2.化学处理法（1）混凝向水中投加药剂,进行水与药剂的混合,从而使水中的胶体物质产生凝聚和絮凝,这一综合过程称之.凝聚：投入大量正离子电解质,使得胶体微粒相互聚结,这个过程称之.絮凝：由于高分子物质的吸附架桥聚合而使微粒相互粘结的过程称之.1)胶体颗粒的结构：[(胶核+吸附层)=胶粒]+扩散层胶体颗粒稳定性原因微粒的布朗运动胶体颗粒同性电荷间的静电斥力胶体颗粒表面的水化作用2)使胶体颗粒沉淀的作用原理：加入带相反电荷的胶体,使产生电中和作用；加入与水中胶体颗粒电荷相反的高价离子；增加水中盐类浓度,使胶体带电层受到压缩,减小 电位。3)常用混凝剂混凝剂无机混凝剂：Al3+、Fe3+有机混凝剂：聚丙烯酸钠、纤维素钠、聚丙烯酰胺絮凝剂絮凝是通过高分子物质的吸附作用而使胶体颗粒相互黏结的过程。改善絮凝体结构的高分子助凝剂：聚丙烯酰胺助凝剂调节或改善混凝条件的助凝剂：碱性物如CaO、Ca(OH)2、NaHCO3.（2）中和酸度：3~4%以上应回收.如利用金属酸洗污水制硫酸亚铁、化肥等.3~4%以下的应中和除去,主要用工厂碱性污水,电石渣、锅炉灰、滤料、石灰类碱性物.碱性：废无机酸(如硫酸、盐酸);酸性废气(如CO2、SO2等烟道气);酸性污水中和法有酸、碱污水互相中和、投药中和及过滤中和。（3）氧化还原1）污水中的氧化性和还原性有机物和无机物，在加氧化剂或还原剂药剂后，发生氧化或还原作用，将污水中有害的污染物转化为无毒或低毒物质的方法称为氧化还原法。氧化可使污水中部分有机物分解，具有消毒杀菌作用；还原还可能使高价有毒离子转化为无毒离子。常用氧化剂有O、O2、O3、C12、HNO3、H2SO4、K2Cr2O7、KMnO4、H2O2、KClO3、漂白粉等，常用还原剂有Fe、Zn、Al、C、Fe（Ⅱ）、H2SO3、NaBH4、CO、H2S等。2）污水的氯化机理：氯气发生歧化反应,形成HClO强氧化剂.作用：消毒降低BOD,消除或减小色度和气味.3)Cl2或ClO-处理CN-机理可以分为两步(一)pH=10~11：CN-+2OH-+2Cl2 CNO-+2Cl-+H2O(二)pH<4水解：CNO-+2H2O CO2 +NH3 +OH-或者pH=8~8.5,继续氧化：2CNO-+4OH-+3Cl2 2CO2 +N2 +6Cl-+2H2OCN-是良好配体,氧化剂应该过量.CN-是良好配体,可降低毒性,但有潜在危险性.还可以采用电解法或离子交换树脂回收CN-：石墨为阳极：CN-+ 2OH-- 2e CNO-+H2O投放氯化钠2CNO-+4OH--6e 2CO2 +N2 +2H2O铁板为阴极：2H++ 2e H2 4)还原法处理Cr6+还原剂：FeSO3--Ca(OH)2；NaHSO3；SO2；Fe屑；H2S2O5反应：Cr2O72-+ Fe2+ Cr3++ Fe3+Cr3++ 3OH- Cr(OH)3 (控制pH在7.5~9.0之间)（4）化学沉淀化学沉淀法是向水中投加某些化学药剂，使之与污水中溶解性物质发生化学反应，生成难溶化合物，然后进行固液分离，从而除去污水中污染物的方法。通常给水处理中去除钙、镁硬度，污水处理中去除重金属Zn、Cd、Cr、Pb、Cu等和某些非金属As、F等污染物。化学沉淀法的工艺流程和设备与混凝法相类似，一般步骤为化学沉淀剂的配制与投加，沉淀剂与原水混合、反应，固液分离，泥渣处理与利用。根据采用的沉淀剂及反应中所生成的生成物不同，可将化学沉淀法分为氢氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、钡盐沉淀法、碳酸盐沉淀法和铁氧体沉淀法等。（5）消毒消毒是利用物理法和化学法杀灭污水中的病原微生物如细菌类、病毒类、原生动物类以及寄生虫类，防止疾病扩散，保护公用水体的过程。消毒与灭菌不同，消毒是对有害微生物的杀灭过程，而灭菌是杀灭或去除一切活的细菌或其他微生物以及它们的芽孢。消毒分为化学法消毒与物理法消毒两大类。化学法消毒是通过向水中投加化学消毒剂来实现消毒，在污水消毒处理中采用的主要化学消毒方法有氯化法、臭氧消毒法、二氧化氯消毒法等。物理法消毒是应用热、光波、电子流等来实现消毒作用的方法。在水的消毒处理中，采用或研究的物理消毒方法有加热消毒、紫外线消毒、辐射消毒、高压静电消毒以及微电解消毒等方法。（6）电解电解法就是利用电解的基本原理，在污水中插入通直流的电极，污水中的污染物在阳极被氧化，在阴极上被还原，使离子电荷中和，转化为无害成分被分离出去。这种在阳、阴两极上分别发生氧化反应和还原反应，从而使某些污染物转化为无害物质以实现污水净化的方法。电解法按照去除对象以及产生的电化学作用来区分，可分为电解氧化、电解还原、电解气浮、电解凝聚等方法。电解法广泛用于处理含氰、含铬、含镉的电镀污水，以及各种无机和有机的耗氧物质，如硫化物、氨、酚、油、有色物质、致病微生物等，电解过程的影响因素有电极材料、槽电压、电流密度、污水的pH值、搅拌的作用等。3.物理化学处理法物理化学处理法利用物理化学作用来处理或回收污水中溶解性物质或胶体物质，回收有用组分，使污水得到深度净化。适合于处理杂质浓度很高的污水（用作回收利用的方法），或是浓度很低的污水（用作污水深度处理）。处理污水前一般要经过预处理，以减少污水中的悬浮物、油类、有害气体等杂质，或调整污水的pH值，以提高回收率，减少损耗，浓缩的残渣要经过后处理以避免二次污染。物理化学处理法包括气浮、吸附、离子交换、膜分离法、萃取、吹脱等方法。（1）气浮向污水中通入或使之产生大量的微小气泡作为载体,使污水中微细的疏水性悬浮颗粒(固态颗粒或液态颗粒)粘附在气泡上,随气泡升到水面,形成泡沫层,然后用机械方法撇除.1)适用范围污水中分离出脂肪、油类、纤维等浓缩剩余活性污泥浓缩化学混凝污泥2)方法机械法压力溶气法电解气浮法（2）吸附吸附法处理污水是利用一种多孔性固体材料（吸附剂）的表面来吸附水中的溶解污染物、有机污染物等（称为溶质或吸附质），以回收或去除它们，使污水得以净化。1）吸附剂固体物：活性炭、磺化煤、矿渣、硅藻土、粘土、腐殖酸、椰壳、果核、木材等吸附容量：与吸附剂总表面积有关.吸附剂可以再生.2）吸附质：被吸附溶质3）特点应用范围广；处理程度高,适应性强；可以回收有用物质；设备紧凑,管理方便。（3）离子交换利用离子交换剂进行物质处理的方法.离子交换剂：是一种带有可交换离子(阳离子或者阴离子)的不溶性固体,具有一定的空间网络结构,在与水接触时,就与溶液中的离子进行交换,即其中可交换离子溶液中的同符号离子取代,不溶性固体骨架在这一交换过程中不发生任何化学变化.1）分类 阳离子交换剂：带有阳性可交换离子阴离子交换剂：带有阴性可交换离子2）实例 处理Cr6+离子交换剂：季胺盐型强碱性阴离子交换树脂为主：2RN-OH + CrO42- (RN)2-CrO4+ 2OH-再生：用NaOH溶液处理树脂,使CrO42-高浓度回收.优点：可处理低浓度的CrO42-.（4）膜分离膜分离法利用一种特殊的膜，对液体中的某些成分进行选择性透过的方法的统称。1）分离方式：溶剂透过膜的过程称为渗透，溶质透过膜的过程称为渗析。2）透过膜的推动力电动势(电渗析)浓度差(扩散渗析)压力差(反渗透,超过滤,反渗析)常用的膜分离方法有电渗析、反渗透、超滤、自然渗析和液膜技术。P渗膜(溶剂通过)稀溶液 浓溶液(污水)膜技术反渗透示意图（5）萃取萃取法是向污水中投加一种与水互不相溶，但能良好溶解污染物的溶剂，使其与污水充分混合接触，使污水中污染物溶于溶剂中，然后分离污水和溶剂，即可使污水得到净化。再利用溶质与溶剂的沸点差将溶质蒸馏回收，再生后的溶剂可循环使用。萃取工艺包括混合、分离和回收三个主要工序。根据萃取剂与污水的接触方式不同，萃取操作有间歇式和连续式两种。其中间歇萃取的工艺及计算与间歇吸附相同。连续逆流萃取设备常用的有填料塔、筛板塔、脉冲塔、转盘塔和离心萃取机。（6）吹脱吹脱法是将气体通入污水中，使其与使其与污水充分接触，使污水污水中的溶解气体和易挥发的溶质便穿过气液界面吹入大气中，从吹脱从而达到脱除溶解气体（污染物）的目的。吹脱法的基本原理是气液相平衡及传质速度理论。填料塔的主要特征是在塔内装置一定高度的填料层，污水由塔顶往下喷淋，空气由鼓风机从塔底送入，在塔内逆流接触，进行吹脱与氧化。污水吹脱后从塔底经水封管排出。自塔顶排出的气体可进行回收或进一步处理。填料吹脱塔工艺流程（7）汽提向污水中通入蒸汽，使污水中容易挥发的组分由液相转入气相，使污水得到处理的过程称为汽提，汽提法一般可分为简单蒸馏和蒸汽蒸馏。汽提法可用于处理含酚污水以及含氰污水。生物处理法就是利用微生物的生物化学作用，来氧化污水中呈溶解和胶体状态的有机污染物和某些无机物，并转化为无害的物质，使污水得以净化。生物处理法的工艺根据参与的微生物种类和供氧情况分好氧处理法、厌氧处理法。（1）好氧处理好氧处理法是向污水中通入大量空气，促使好氧和兼性微生物大量繁殖。利用好氧微生物分解有机物，实现污水处理的目的。主要有活性污泥法、生物膜法、氧化塘法和污水灌溉等。4.生物处理法活性污泥法基本流程机械曝气池示意图生物膜法氧化塘法污水好氧生物处理（2）厌氧处理又称谓甲烷发酵法(发酵降解、厌氧发酵),使有机物在无氧存在下分解生成甲烷等.在断绝供氧的条件下,厌氧微生物降解有机物的方法称之.适用于处理高浓度有机污水。1）分解过程酸化阶段产生醋酸阶段产生甲烷阶段2）优点效果可达80~90%费用少甲烷可作燃料3）缺点有H2S、PH3气体S2-使水呈黑色水质有恶臭味（3）污水脱氮、除磷①脱氮a.传统的生物脱氮工艺b.缺氧/好氧脱氮工艺（A1/O工艺，Anoxic/Oxic）②除磷A2/O工艺是最基本的除磷工艺，其他工艺一般都是以A2/O工艺为基础。5.污水处理流程2.3.3污泥的治理1.污泥的性质城市污水、给水以及工业污水处理中会不断地产生大量污泥，按所含主要成分的不同，污泥可分为有机污泥和无机污泥两大类。某些工业污水污泥中可能含有有毒物质，而生活污水、肉类加工等污水污泥中又含有病原微生物和寄生虫卵等。污泥的种类（1）初次沉淀池污泥主要成分为有机物（固体），还含有大量病菌和寄生虫卵，其含水率一般为95%~97%。（2）剩余污泥主要成分为微生物细胞，含水率一般为99.2%~99.6%。（3）腐殖污泥 腐主要成分为脱落的生物膜，其性质与剩余污泥相同，含水率一般为97%左右。上述三种污泥经消化后的污泥也称消化污泥，或熟污泥。（4）厌氧污泥厌氧污泥是指污水厌氧处理装置排出的污泥，其含水率一般为97%左右。（5）化学污泥化学污泥是指用混凝沉淀法处理天然水或工业污水所排出的污泥。2.污泥的治理（1）污泥的去水处理按存在状态的不同，污泥水可分为四种：游离水、絮体水、毛细水、粒子水。存在于污泥絮体空隙之间的游离水（间隙水），借助污泥固体的重力沉降可部分分离。絮体藏于絮体网络内部，只有靠外力改变絮体的形状才能部分分离。毛细水粘附于单个粒子，必须加更大的外力，使毛细孔发生变形后，才能将其部分除去。粒子水是化学结合水，需要通过化学作用或高温处理，才能去除。（1）污泥的去水处理污泥的浓缩主要目的是减少污泥体积，常用的浓缩方法分重力浓缩、气浮浓缩、离心浓缩，其中重力浓缩应用最广。一般经浓缩后活性污泥含入率可降至97%～98%，初沉污泥含水率可降至85%～90%。将污泥含水率降到80%～85%以下的操作叫脱水。常用的污泥脱水设施或设施有干化场、过滤机两大类。干化场也叫干化床或晒泥场，是一种自然脱水设施或将污泥含水率降到65%～75%。常用的过滤机有真空过滤和压力过滤两种。经过滤后污泥含水率可降到75%～85%。（2）污泥的稳定处理污泥的稳定处理目前多采用的生物稳定法。①污泥好氧消化污泥好氧消化是对二级处理的剩余污泥或一、二级处理的混合污泥进行持续曝气，促使生物细胞（包括一部分构成BOD的有机物）分解，从而降低挥发悬浮固体的含量的方法。②污泥厌氧消化污泥厌氧消化是利用兼性菌和厌氧菌进行生化反应，分解污泥中有机物的一种处理工艺。常见的厌氧消化法有传统消化法和高速消化法，二者的区别在于后者要求搅拌。（4）污泥的最终处理①焚烧②干化污泥③弃置法④污泥的利用2.3.4水污染治理实例

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