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1、合 肥 学 院Hefei University化工设计论文 题 目：废水处理系 别：化学与材料工程系专 业：化学工程与工艺专业学 号：姓 名： 导 师： 二0一一年五月目录第一章 绪论4第二章 废水的预处理和初级处理16第四章 粒状介质过滤55第五章 混凝69第六章 膜分离法88第七章 气浮104第八章 吸附与离子交换115第九章 电解与氧化135第十章 活性污泥法153第十一章 生物膜法196第十二章 废水的厌氧生物处理217第十三章 稳定塘和污水的土地处理235第十四章 污泥的处理与处置245 第一章 绪论1.1 水与水资源1.1.1 世界的水资源及其特点水是一种宝贵的自然资源，工业生产、
2、农业灌溉、交通运输和日常生活都需要水。水也是生命赖以生存的重要条件，没有水生命就不可能存在。任何生态系统都离不开水。水在地球上是不断循环的，这种循环为地球表面调节气候，也有净化环境的作用。水是地球上最丰富的化合物，约占地球外层五公里地壳中的50，覆盖着地球71的表面积，其平均深度达到3.8 km，总量约有13.6108 km3。地球上水的存在状态及各种水所占的比例见表1-1。表1-1 地球上水资源及其存在状态分布存在状态体积/km3分布率/地表水:230 250 0.017 1其中：淡水湖125 0000.009 咸水湖104 0000.008 河 流1 250 0.000 1地表以下的水：8
3、 407 000 0.625其中：土壤及渗透水67 000 0.005 地下水（800 m以内）4 170 0000.31 深层地下水4 170 0000.31其它水:1 349 219 00099.351 5其中：冰帽及冰川29 200 0002.15 大 气13 000 0.001 海 洋1 320 000 00097.20 生物体内6 000 0.000 5总 计1 357 856 250100.00按上述条件，地球上是不应该缺水的，人类也不应该为用水而发愁。但由于水在地球上的存在状态和分布不均匀，能被人类利用的水量很小，只占总水量的极少一部分。地球上水的分布大致如下：不能被直接利用的海
4、水占总水量的97.2，陆地上的淡水又有大部分是以两极的冰川及高山顶上的冰盖的形式存在，目前人类能够直接利用的只是河水、淡水湖及浅层地下水，三者加在一起，大约为总水量的0.2，约为3106 km3，所以人类能够直接利用的淡水储量是极其有限的。还有，由于世界各地的水文、气象条件的差异，地区和季节的不同，水的分布也极不均衡。这造成一些地区严重缺水。再者，地球上可用的水资源是基本不变的，而随着时代的前进、工农业生产的发展和人类生活水平的提高，全世界的用水量迅速增加。再加上水资源污染严重，致使水资源越来越紧张。据统计现有43个国家缺水。专家预计，21世纪水源问题会代替能源问题而居各种问题之首。1.1.2
5、 我国的水资源及其污染现状（1）我国水资源的特点1）总量大，人均量少我国年均降水总量约为61012 m3，其中约有56的水量为植物蒸腾或地表水分蒸发所消耗，只有44形成径流。全国河川年均径流量约为2.61012 m3，加上冰川融雪和地下水补给，初步估算全国水资源总量约为2.71012 m3。与世界各国相比，我国河川年径流总量占第六位，但如按人口平均占有径流量计算，每人每年平均约为2400 m3，只相当于世界人均占有量的1/4，位于世界各国的第88位，因此，我国水资源并不丰富。2）水量在地区上分布不平衡由于我国地域辽阔，地形复杂，南北、东西气候差异大，因此水资源的分布特点是水量的分布与降水分布基
6、本一致，呈东南多、西北少，由东南沿海地区向西北内陆递减，分布不均匀。3）水量在时程分配上很不均匀由于受季风气候影响，降水量在年内分配不匀，年际变化很大。我国大部地区冬春少雨，多春旱；夏秋多雨，多洪涝。全年降水多集中在夏季。此外年际变化也很大，丰水年与枯水年降水量可相差56倍之多。4）水土资源组合不相适应东北、西北、黄淮河流域径流量只占全国总量的17，但土地面积却占全国的65；长江以南江河径流量占全国的83，土地面积仅占35。此外，对水资源的开发利用各地也很不平衡，南方多水地区水的利用程度较低，北方少水地区地表水、浅层地下水开发利用程度较高。（2）我国水污染现状我国水污染现状是“局部有所改善，整
7、体仍在恶化”。目前，我国干流水质尚好，但临近大城市河段及城市附近的小河支流均已程度不同地受到了污染，严重的已成了臭水沟。目前，随着乡镇企业的发展和工业重心的转移，污染已有向农村、向内地转移的趋势，由地表水受污染向地下水受污染转移。目前，我国的湖泊大多呈富营养化，面积也不断萎缩；近海水域亦因受污染而赤潮频发。人类对水的使用主要是生活用水、工业用水及农业灌溉用水。其中除极少一部分被饮用、进人产品、锅炉蒸发、植物吸收、蒸腾以外，大部分仅是用于地面冲刷、洗涤或简单地用于冷却。在这些过程中，水中混入了一部分工业生产中的原料、中间体、产物及各类污染物，它们重新排入受纳水体，并造成污染。随着工农业生产和人口
8、的增长，造成了所谓的“环境危机”。水资源的不足，加上地表水、浅层地下水的污染又减少了可供利用水资源的数量，形成了所谓的污染性缺水，造成了水荒。水污染对人体健康及工农业生产的持续发展带来了极大的危害。据统计我国目前有200多个城市严重缺水。水体受污染后，对环境和生态系统会造成很大的危害，严重时会使水体生态平衡破坏，物质循环中止，水生动物因急性或慢性中毒而死亡，甚至危及人类生命，并使经济严重受损。据专家预测，我国每年由于水污染造成的直接经济损失约150亿元，在19852000年间，水污染造成的损失达到2735亿元。1.2 废水、废水污染及水污染水在社会循环中，由于种种原因而丧失了使用价值而外排，这
9、种废弃外排的水称为废水。导致水丧失使用价值的基本原因是水中混入了各种污染物。这里需要强调的是平常文献及生活中使用的“废水”和“污水”的术语比较混乱。严格讲“废水”是指废弃外排的水，强调废弃的一面，“污水”是被污染物污染了的水，强调其脏的一面。实际上有相当数量的废水是不脏的，如冷却水。因而用“废水”一词统称所有排水比较合适。但一般这两种术语也没有严格的界限。废水的分类方法较多，从不同的角度有不同的分类方法。据不同的来源可分为生活废水和工业废水两大类；据污染物的化学类别又可分为无机废水与有机废水；也有按工业部门或产生废水的生产工艺分类的，如焦化废水、冶金废水、制药废水、食品废水等。实际使用中据不同
10、的条件使用不同的分类方法。废水污染是废水对水体、大气、土壤或生物的污染，这里废水是污染的原因。而水污染是指水体受到废水、废气、固体废弃物中污染物的污染，这里水体是受害者，但造成水体污染的主要原因是废水。这里需要区分水和水体。1.3 废水中的污染物分类及其危害简介废水中的污染物种类繁多，分类方法也不相同，一般按污染产生的原因可分为以下几类：固体污染物、需氧污染物、有毒污染物、营养污染物、生物污染物、感官污染物、酸碱污染物、油类污染物和热污染物等。1.3.1 固体污染物固体物质在水中有三种存在状态：溶解态、胶体态和悬浮态。一般认为溶解态的颗粒粒度小于1 nm，胶体态颗粒的直径在1100 nm之间，
11、悬浮态颗粒的直径大于100 nm。但在水处理中把胶体颗粒的上限扩大到10002000 nm。在水处理中常把其中的固体污染物分为溶解性固体，简称DS（dissolved solid）和悬浮性固体，简称SS（suspension solid），二者之和称为总固体，简称TS（total solid）。实际区分二者是用特制的微孔滤膜（孔径0.45 m）来过滤，能透过的为溶解性固体，被膜截留的为悬浮性固体。悬浮固体又可分为可沉降性固体和难沉降性固体。可沉降固体悬浮物是指能在两小时内靠重力沉降的固体，两小时内不能沉降的称为难沉降固体。还把密度小于1的固体称为漂浮固体悬浮物。值得指出的是这种分类仅仅适合于水
12、处理工程中。悬浮物是水中最常见的污染物，也是一项重要的水质指标。悬浮物的多少用单位体积的水中所含悬浮物的质量表示，即质量浓度，单位一般为mg/L。废水中悬浮物含量的多少也可用浊度表示。水中含有泥土、粉砂、微细有机物、无机物、浮游生物等悬浮物和胶体物都可以使水体变得混浊而呈现一定浊度。浊度是在外观上判断水是否被污染的主要特征之一。在水质分析中规定，1 L水中含有1 mgSiO2所构成的浊度为一个标准浊度单位，简称1度。悬浮物的危害主要是造成沟渠、管道和抽水设备的阻塞、淤积和磨损；造成水生生物的呼吸困难；造成给水水源浑浊；干扰废水处理设施和回收设备的工作；有些悬浮物还有一定的毒性。几乎所有的废水中
13、都含有数量不等的悬浮物，因此除去悬浮物是废水处理的一项基本任务。1.3.2 需氧污染物需氧污染物主要是指废水中所含的能被微生物降解的有机物，有些是有毒的，但这类有机物的大部分本身是无毒的。它们造成污染的主要原因是在其生物降解的过程中消耗水中的氧，使水中的溶解氧降低，影响水生生物的生存，严重时使水发黑发臭。由于此类有机物的种类太多，成分太复杂，直接用有机物的浓度来表示其含量几乎是不可能的。因此水处理工程中用间接指标来表示其含量。常用的指标有以下几种：（1）生物化学需（耗）氧量（biochemical oxygen demand简称BOD）生物化学需（耗）氧量表示在一定条件下，单位体积废水中所含的
14、有机物被微生物完全分解所消耗的分子氧的数量。单位为mg（氧）/L（废水）。由于有机物降解的过程是生物化学反应，因此所须时间较长，一般需要20 d左右才能完成，因此需氧量与测定时间有关，测定时间不同所得结果也不同。另外BOD的测定结果也与反应温度有关。为了便于比较，一般都用20时5 d生化需氧量来表示，即废水中的有机物在20时被微生物分解5 d所消耗的氧量，记为BOD5。相应的废水被微生物分解20 d所消耗的氧量记为BOD20。对于同一废水BOD5与BOD20之间有一定的关系，如生活废水BOD5:BOD200.7。但不同废水其比值差异较大。生化需氧量能较准确地表达水中耗氧污染物的污染程度，BOD
15、5越高的废水，所产生的污染越严重。BOD5是废水的一项重要指标。（2）化学耗氧量（chemical oxygen demand简称COD）生化需氧量的缺点是测定时间长，一般需要5 d，实际使用不方便，特别是对于指导废水处理过程更不方便。因此又提出了化学耗氧量的指标。即用化学氧化剂氧化分解废水中的有机物，用所消耗的氧化剂中的氧来表示有机物的多少，单位仍为mg/L。常用的氧化剂有K2Cr2O7和KMnO4。同一种废水用不同的氧化剂所得结果不同，一般是用下标表示不同的氧化剂，用K2Cr2O7时表示为CODCr，用KMnO4时表示为CODMn。也有人为区分不同的氧化剂而把用K2Cr2O7氧化所得结果称为化学需氧量（COD），把用KMnO4所得结果称为化学耗氧量（OC）。COD的测定较快，仅需2小时。对于同一废水，上述指标之间的关系一般为CODCr BOD20
