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水污染主要可以为分:
(1)化学性污染。
包括:
酸、碱和一些无机盐类等无机污染物质;
汞、镉、铅、砷钡、铬、硒、钒、氟化物、氰化物等无机有毒物质;
各种有机农药、多环芳烃、酚类等有机有毒物质;
生活污水、牲畜污水和某些工业废水中所含的碳水化合物、蛋白质、脂肪、木质素和酚等有机需氧污染物质;
生活污水及某些工业废水中所含有的氮、磷等植物营养物质;
油类污染物质等。
(2)物理性污染。
不溶性固体、胶体和泡沫等悬浮污染物质;
来自各种工业过程、热电厂、原子能发电站等冷却水的热污染;
来自核电站、原子能工业、放射性矿业、同位素医药等领域的放射性水污染等。
(3)生物性污染。
即包含在生活污水、医院污水和某些工业废水中的病原细菌、真菌、病毒、致病原生动物、藻类、寄生虫、蠕虫等。
1.4主要水质指标
(1)悬浮物质:
是悬浮在水中的肉眼可见物质,直径约在0.1μm以上,主要是由泥沙、粘土、原生动物、藻类、细菌、病毒以及高分子有机物等组成,悬浮物质在水中是不稳定的,静置一定时间后,密度大的会下沉到水底,密度小的会上浮到水面。
(2)胶体物质:
是许多无机或有机分子的集合物,直径在1~100nm之间,表面分子电离后,部分离子分散到水中,使胶体表面带电。
胶体颗粒肉眼不可见,但通过对光线散射使水呈浑浊状态。
胶体在水分子撞击下处于悬浮运动状态,同类胶体因带有同性的电荷而相互排斥,在水中不能相互聚合变大而沉淀,处于稳定状态。
(3)溶解物质:
是溶于水中的低分子盐类、各种离子和气体等,直径不超过1nm。
溶解物质在水中无光学效应,呈透明状态,溶解物质可以用离子交换或膜技术等去除。
(4)浑浊度:
水中悬浮与胶体物质的光学效应使水呈浑浊状态,浑浊度表示水的浑浊程度,简称浊度。
浊度的常用标准单位为NTU,1NTU相当于1L的水中含有1mg的SiO2时所产生的浑浊度。
通过光学原理检测浊度,间接反映水中的悬浮与胶体物质数量。
(5)色度:
溶于水的腐殖质、有机物或无机物质使水产生颜色,色度用于表示水的颜色程序。
清洁水、轻度污染并略带黄色调的水采用铂钴标准比色法测定色度,单位为度,即1L水中含有2mg六水合氯化钴(CoCl2•6H2O)和2.419mg氯铂酸钾(K2PtCl6)(含铂1mg)时产生的颜色为1度;
而污染较严重的地面水和工业废水用稀释倍数法测定色度,单位为倍,即光学纯水将水稀释到接近无色时的稀释倍数。
(6)pH值:
指水中氢离子浓度的常用对数的负值,即pH=-lg[H+],反映水的酸性或碱性程度。
例如,氢离子浓度为0.00001mg/L时,pH值为5。
中性水的pH值为7,小于7为酸性水,大于7为碱性水。
(7)酸度:
水中能与强碱相互作用的物质的总量,包括强酸、弱酸、强酸弱碱盐等。
(8)碱度:
水中能与强酸相互作用的物质的总量,包括强碱、弱碱、强碱弱酸盐等。
(9)硬度:
当水中含有钙、镁、铁、锰等金属阳离子时,在水被加热的过程中,由于蒸发浓缩,会形成水垢,影响锅炉等的导热,因此称钙、镁、铁、锰等金属阳离子的总浓度为硬度,由于铁和锰一般较少,所以通常硬度就是钙和镁离子的浓度,以氧化钙计,1度为1L水中含10mg/L的CaO。
通常以硬度小于8为软水,大于8为硬水。
水的硬度又分为碳酸盐硬度(或暂时硬度)和非碳酸盐硬度(或永久硬度),碳酸盐硬度即在加热时与碳酸根或重碳酸根结合生成沉淀的钙和镁离子浓度,其余为非碳酸盐硬度。
(10)总固体(TS):
是在105~110℃下将单位体积水样蒸发至干时所残余的固体物质总重量。
总固体又分为溶解固体(TDS)和悬浮固体(SS)。
溶解固体是单位体积水中溶解的固体的总重量,溶解固体一般是各种盐类、矿物和金属化合物;
悬浮固体是单位体积水过滤后剩留在滤布上并于103~105℃烘至恒重的固体总重量。
(11)矿化度:
又你水的含盐量,表示单位体积水中所含盐类总重量,由于水中各种盐类均以离子的形式存在,所以含盐量也表示为水中各种阳离子和阴离子的重量之和。
(12)电导率:
完全纯净的水是不导电的,溶解在水中的电解质离子使水导电,电导率即水的导电能力,一般用单位距离(cm)的电导(μs,微西)表示。
是电阻率的倒数,间接反映水中杂质数量。
海水、高含盐水、天然淡水、新鲜蒸馏水、二级高纯水、一级高纯水的电导率分别为30000、500~1000、50~500、0.5~2、0.1、0.05μs/cm。
(13)余氯:
水中加氯接触一定时间后,余留的游离性氯和化合性氯的总量。
(14)溶解氧(DO):
指溶解在水中氧的量,用每升水里氧气的毫克数表示。
(15)总有机碳(TOC):
水中的有机物质的含量,以有机物中的主要元素碳的量来表示,称为总有机碳。
总有机碳的测定是在950℃的高温下,使水样中的有机物气化燃烧生成CO2,通过红外线分析仪,测定其生成的CO2之量,即可知总有机碳量。
(16)化学需氧量(COD):
是指在一定条件,用强氧剂处理水样时所消耗氧化剂的量,以氧的mg/L表示,反映了水中受还原性物质污染的浓度。
检测化学需氧量有高锰酸钾氧化法与重铬酸钾氧化法。
高锰酸钾(KMnO4)氧化率较低,但检测简便,检测结果用CODMn表示;
重铬酸钾(K2Cr2O7)氧化率高,再现性好,检测结果用CODCr表示。
(17)生化需氧量(BOD):
是水中可生物降解的那部分有机物在微生物作用下氧化分解所需的氧量,以氧的mg/L表示。
BOD5为五日生化需氧量,是比较容易被微生物分解的有机物量,是指在温度20±
1℃培养5天,水中有机物被微生物降解所消耗的氧量。
(18)氨氮(NH3-N):
指以游离氨(NH3)和铵盐(NH4+)形式存在于水中的氮,两者的组成比取决于水的pH值和水温。
氨氮是有机氮氧化分解的第一步产物。
(19)总氮(TN):
指水中所有含氮化合物即有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮的总和。
总氮又可分为凯氏氮和,总氧化氮。
凯氏氮为氨氮与有机氮之和,而总氧化氮为亚硝酸盐氮与硝酸盐氮之和。
(20)总磷(TP):
指水体中磷元素的总含量,包括溶解的、颗粒的有机磷和无机磷。
为检测总磷,通常是将水样消解,使各种形态的磷转变成正磷酸盐后进行测定。
1.5有关水处理的重要概念
(1)水体自净:
水体自净是指在物理、化学和生物作用下,受污染的水体进行扩散、稀释、沉淀、氧化、分解等逐渐自然净化过程,水质基本上或完全复原。
(2)水体自净容量:
水体的自净能力是有限的,如果排入水体的污染物数量超过某一界限时,将造成水体的永久性污染,这一界限称为水体的自净容量,或称环境容量。
(3)水体的富营养化:
是指富含氮、磷等污染物的水,在光照和其他环境条件适宜的情况下,引起水中以藻类为主的各种水生生物与植物异常繁殖生长。
富营养化使水质恶化,水味变得腥臭难闻、不透明,溶解氧耗尽并释放有毒物质,水生态被破坏。
(4)水质标准:
水质标准是由国家、地区、行业或企业等所制订的使水满足使用或者排放质量要求的各项水质参数限值。
常用的国家水质标准有:
《生活饮用水水源水质标准》、《生活饮用水卫生标准》、《城镇污水处理厂污染物排放标准》等。
(5)重金属:
指原子量超过40以上之金属元素,如铜、汞、镉、锌、铅、镍、铬、锰、铁等。
重金属会在人体内沉积,造成严重伤害,如造成肝肾及神经系统的病变,重金属甚至于会与水中有机化合物结合并进入鱼贝类或动物体内,形成食物链连锁危害。
(6)微生物:
微生物是一类形体微小、结构简单、必须借助显微镜才能看清它们面目的生物。
包括细菌、病毒、藻类、原生动物和后生动物等生物,是一切微小生物的总称。
(7)可生化性:
指水中污染物质可以通过微生物分解的程序,一般可以用BC比表示,即BOD与COD之比值,一般认为BC比大于0.3时可生化性较好。
(8)水处理的物理法:
利用物理作用分离水中呈悬浮状态的污染物质的水处理方法,在其处理过程中不改变污染物的化学性质。
常用的物理法有筛去、过滤、气浮、沉淀、离心分离、萃取、蒸发结晶、磁分离和膜分离等。
(9)水处理的化学法:
利用化学反应的作用改变水中污染性质,使之污染程度降低或容易被去除的方法。
常用化学法有中和、絮凝、化学沉淀、电解、氧化还原、离子交换、活性碳吸附、消毒等。
由于化学法一般需要与物理化结合使用,使化学改性后的污染物质能最终与水分离,所以又称为物理化学法,简称物化法。
(10)水处理的生物法:
是利用自然界中存在的各种微生物,将污废水中有机物分解为简单有机物或无机物的方法,以降低或消除水中污染物危害。
由于生物法涉及到生物的化学作用,所以又称为生化法。
生化法是一般污废水处理最有效和最经济的方法,又可以分为好氧生化法与厌氧生化法。
(11)污废水处理分级:
一级处理除去油类、酸碱物质以及可以截留的悬浮物;
二级处理除去可溶性有机物和部分可溶性无机物以及经一级处理残留的悬浮物;
三级处理除去难降解的有机物和较高程度的除去可溶性氮和磷等无机物,又称深度处理。
(12)污泥处理:
水处理排出的污泥应进行去水处理和稳定处理。
去水处理又分为浓缩、脱水和干化三个步骤,分别将污泥含水率降到95~98%、65~85%及40~45%;
稳定处理又分为化学稳定和生物稳定处理,前者杀灭生物,使污泥暂时不发生腐败,后者通过微生物的作用,将有机物分解成无机物和稳定的有机物。
2.1水的物理筛除或粉碎处理
水的物理筛除处理一般通过筛除设备实现,筛除设备通常是指由金属栅条构成的格栅和金属筛(网)设备,安置在水处理流程的前端,用以去除水中较大的悬浮物、飘浮物、纤维物质和固体颗料物质,从而保证后续处理构筑物的正常运行,减轻后续处理构筑物的处理负荷。
粉碎处理就是使用一种粉碎式格栅机,其拦截水中杂质的原理与普通格栅一样,但其能将拦截下来的杂质进行机械粉碎,然后重新回到水中,不需要清渣。
2.1.1筛除设备的类型
(1)格栅:
按格栅形状,可分为平面格栅和曲面格栅;
按栅条间隙,可分为粗格栅(50~100mm)、中格栅(10~40mm)和细格栅(3~10mm);
按栅渣清除方式,可分为人工清渣格栅、机械清渣格栅、水力清渣格栅和粉碎式格栅。
(2)筛(网):
筛网设备按孔眼大小可分为粗筛(网)和细筛(网);
按工作方式可分为固定筛(网)和旋转筛(网)。
2.1.2筛除设备和装置
(1)常用的机械格栅设备
●链条式格栅除污机
●循环齿耙除污机
●转臂式弧形格栅
●钢丝绳牵引式格栅除污机
●粉碎格栅机
(2)常用的筛网设备
●固定式筛网
●旋转筒筛
2.1.3筛除设备设计选型
筛除设备的设计主要是计算筛除设备的面积,而筛除设备的面积通过其过水流速计算。
以污废水格栅处理为例,规范要求过栅流速宜采用0.6~1.0m/s。
在确定的以筛除设备面积后,再按照所需面积进行设备选型。
2.2水质与水量的均化调节
无论是工业废水,还是城市污水或生活污水,水量和水质在24小时之内都有波动。
一般说来,工业废水的波动比城市污水大,中小型工厂的波动就更大,甚至在一日内或班产之间都可能有很大的变化。
这种变化对污水处理设备,特别是生物处理设备正常发挥其净化功能是不利的,甚至还可能遭到破坏。
同样对于物化处理设备,水量和水质的波动越大,过程参数难以控制,处理效果越不稳定;
反之,波动越小,效果就越稳定。
在这种情况下,应在废水处理系统之前,设置均化调节池,用以进行水量的调节和水质的均化,以保证废水处理的正常进行。
此外,酸性废水和碱性废水可以在调节池内中和;
短期排出的高温废水也可通过调节以平衡水温。
另外,调节池设置是否合理,对后需处理设施的处理能力、基建投资、运转费用等都有较大的影响。
(01)污废水调节处理的目的
●提供对有机物负荷的缓冲能力,防止生物处理系统负荷的急剧变化;
●控制pH值,以减小中和作用中化学品的用量;
●减小对物理化学处理系统的流量波动,使化学品添加速率适合加料设备的定额;
●当工厂停产时,仍能对生物处理系统继续输入废水;
●控制向市政系统的废水排放,以缓解废水负荷分布的变化;
●防止高浓度有毒物质进入生物处理系统。
(02)均化调节池类型
均化调节池简称均化池或调节池。
均化调节池的形式和容量的大小,随废水排放的类型、特征和后续污水处理系统对调节、均和要求的不同而异。
●均量池:
主要起水量均化调节作用的均化调节池,常称为水量调节池;
●均质池:
主要起水质均化调节作用的均化调节池,常称为水质均化池。
一般常有一种误解,认为沉淀池也可起均量或均质的作用,实际上沉淀池的作用主要是分离固体,既不能均量,均质的作用也很小,且无保证。
2.2.1均量池
均量池实际是一座变水位的贮水池。
均量池设有进水管和出水管,当进水管流量大于出水流量时,水池的水位上升;
当进水流量小于出水流量时,水池的水位下降;
当进水流量等于出水流量时,水池水位不变。
一般进水流量随污废水排水量的变化而变化,而出水量则相对比较恒定,以保证后续水处理设施以比较稳定的状态工作。
均量池通常修建为地下式或半地下式,以承接来水的高程,出水则往往需要提升。
提升水泵可以采用普通污水泵,也可以采用潜水污水泵(潜污泵),当水中含有腐蚀性物质时还要选用耐腐蚀类型的水泵。
均量池的设计水深一般2~3m左右,最低水位为死水位。
当然,均量池也可以修建成地上式的,这种均量池有进水端设置提升泵,将来水提升到均量池后,出水通过重力流到后续的处理构筑物。
地上式均量池设计水深一般在2m以内,其最低水位应高于后续处理构筑物的最高水位。
2.2.2均质池
均质池是一种恒水位贮水池。
通常均质池总是贮存满池子的水,通过设计使进水与池中的水尽量均匀混合。
当进水中某种物质浓度较高时,通过与池中原有水混合则其浓度得以降低;
当进水中某种物质浓度较低时,通过与池中原有水混合则其浓度得以提高。
这就是均质池使进水水质均化,出水水质趋于平均的功能。
为了使进水与池中的水尽量均匀混合,有多种设计方式。
最常见混合方式有完全混合式、均布扩散式、回流式和异程式。
完全混合式通过水力、机械或空气等搅拌作用,使进水与池中水均匀混合;
均布扩散式通过分配管或旋转配水管将进水尽量均匀地分配到池子的各个区域,然后通过扩散使水质均匀混合;
回流式则通过出水与进水混合使水质得到质化;
异程式则约束水流从进水到出水走长短不同的路线,从而在出水端使水同时间的进水混合达到均质。
2.2.3均化池(均量、均质)
均化池既能均量,又能均质,通常简称为调节池。
均化池的水位在一定的范围内变化,以调节进水流量的变化,其原理与均流池相同。
但是,均化池的最低水位需要保持一定的值,即不能为死水位,以发挥其均质作用。
均化池最高水位与最低水位之间的容积为均流容积,而其最低水位以下的容积为均质容积。
均化池的均流效果与等均流容积的均流池完全相同,但其均质效果要优于等均质容积的均质池。
所以,在同时需要均流和均质时,合建均化池是比较经济的。
2.2.4均流池设计
均流池的设计主要是确定其容积。
理论上,均流池的容积应为在调节周期内的最大累计调节流量,可以表示为:
,其中和分别为各时刻的进出水量。
但因为一般都缺少各时刻进水量数据而无法进行理论计算。
所以,通常采用停留时间的概念进行设计。
所谓停留时间,是指水流在池中停留的平均时间。
停留时间必小于调节周期,与进水流量的变化幅度有关,当进水流量变化幅度较大时,停留时间可达到调节周期的1/4~1/3,当进水流量变化幅度较小时,停留时间可能只有调节周期的几十分之一。
设计停留时间只能根据经验估计。
如以生活污水处理厂为例,其调节周期一般为一日(24小时),停留时间一般为2.5~5.0小时。
2.2.5均质池设计
均质池一般也是根据停留时间设计,其停留时间也是通过调节周期来估计。
但是,因均质与均流的原理是不相同的,均流要以达到出水恒流,而均质则达不到出水完全均质。
所以,当均质要求高时,均质池的停留时间是允许大于调节周期的。
对于生活污水处理,一般只需要考虑均流,当然其均流池也有一定的均质作用。
而对于工业废水处理而言,如果进水水质变化较大,则必须设计一定的均质容积。
工业废水均质调节周期一般也是一日(24小时),但也有的长达多日甚至一周以上。
所以,工业废水均质调节池的设计停留时间可能为4、8、12、16、24、36、48小时,甚至更长。
2.3沉砂或预沉处理
沉砂或预沉处理的目的是去除水中较大密度和直径的泥砂,在污废水处理厂一般称为沉砂工艺,在给水处理厂则一般称为预沉工艺。
沉砂或预沉处理一般采用沉砂池或预沉池,由于其作用原理与沉淀池相同,其设计与沉淀池也是类似的,只是其沉淀要求没有普通沉淀池高,设计停留时间往往较短。
在此不作详细介绍,请读者参考后面的沉淀工艺内容。
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