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1、文档供参考，可复制、编制，期待您的好评与关注！ 12单元 污水处理从社区或市区收集的污水必须最终转化成可以接受的水，或者排放入水体，或者再利用。设计师和公共健康部门面临的复杂问题是：为了确保公众健康和保护环境，在特定的场合必须达到哪一级的处理才能允许排放。要解答这个问题首先需要详细的分析当地的实际情况和需求，其次需要应用科学知识和基于经验的工程决断，最后需要考虑联邦、州和当地法规。在有些情况下，还需要作详细的风险评估。处理方法 以物理法为主的水处理方法称为单元操作。以化学和生物反应为主去除污染物的方法成为单元反应。目前，单元操作和单元反应共同应用于水处理，分成了不同的级别，众所周知，有预处理、
2、一级处理、高级的一级处理，二级处理（包括或者不包括营养物质的去除），三级或者称为深度处理。（见表12.1）在预处理中，能够损坏设备的大的固体被去除，例如大物体、碎布、砂粒。在一级处理中物理操作，通常是沉淀，被用来去除污水中的漂浮物和沉淀物质。高级的一级处理是指在一级处理过程中加入化学试剂，以提高悬浮固体和溶解固体的去除率。在二级处理中，利用生物和化学过程去除大部分有机物。在深度处理中，额外的单元操作和单元过程结合在一起被用来去除剩余的悬浮固体和在二级处理中不能被有效去除的其他成分。（enhance the removal to a lesser extent）大概20年前，生物营养素的去除，也
3、就是氮磷的去除，曾被认为是深度水处理中的革新工艺。事实上，由于对BNR机理的大量研究，和它应用的优势，以及BNR系统的大量应用，营养素的去除已经成为了常规水处理的一部分。与化学法相比，BNR用的化学试剂少，减少了固体废弃物的产生量，降低了能耗。由于BNR法在水处理中的重要性，BNR被并入到生物处理方法的理论、应用、设计研究中。（for all practical purposes：事实上）通常称为天然系统的土地处理工艺，融合了物理、化学和生物处理机理，出水水质与深度处理相似或更好。现状直到20世纪80年代，常规二级处理是去除BOD和TSS最通用的方法。在美国，只在特殊的情形下才去除营养物质，比
4、如在五大湖地区、佛罗里达州、切萨皮克湾，这里的水质对营养物质是敏感的。由于营养物质的富集会导致富营养化，从而使水质变坏（在某种程度上归因于点源的排放），所以营养物去除工艺逐步发展，现在也广泛应用于其他地区。由于联邦水污染防治法修正案的贯彻，我们可以获得为了完成计划关于污水处理设备应用及需求的数量和类型的数据。这些数据对描述美国污水处理的整体现状非常有用。城市污水处理规划诱16000个污水处理厂组成，处理流量为1400 m3 /s。处理能力大于等于0.044 m3 /s的污水处理厂能处理现有总流量的92左右。几乎现有设计能力的一半可以达到二级以上的处理。另外，考虑到大部分新的设计可以达到二级以上
5、的处理，因此，本文的主要对象是设计能力大于0.044 m3 /s的污水处理厂。在过去的10年里，许多污水处理厂设计使用BNR工艺。同时，在需要去除剩余悬浮固体的地方安装了污水过滤装置。过滤对提高消毒效率非常有效，特别是对于紫外消毒系统。这是因为（1）大的颗粒的悬浮固体是细菌的附着场所，它的去除可以提高大肠杆菌的去除效果。（2）浊度的降低可以提高紫外的透光度。除了用于农业灌溉，污水回用系统毫无例外地使用过滤。新的研究方向和焦点在不同的水处理的具体领域都有明显的新的研究方向和焦点：需要处理的污水性质的变化、暴露出来的健康和环境问题、工业废水问题、新法规的影响、所有这些曾经讨论过的问题仍然是最重要的
6、。另外，其他重大关切包括：（1）基础设施的老龄化（2）新方法的过程分析和控制（3）污水处理厂的运行情况以及可靠性（4）废水消毒（5）合流下水道排污能力不足（6）暴雨和清洁排水过量的影响以及非点源污染（7）回流水的单独处理（8）臭味控制和VOC排放控制（9）污水处理厂的翻新和改进。污水处理未来的趋势美国环保署需求调查评估中心表示，在未来二三十年，污水处理厂总设计处理能力预期增长15。美国环保署预计在这一时期，将新建约2300座新的污水处理厂，大部分能达到二级以上的处理水平。将来，能达到二级以上处理水平的污水处理厂的设计能力预计能提高40。很明显，污水处理厂设计的趋势是设计更先进的处理设备。一些新
7、发明的处理方法在新的或者改进的处理设备中应用，这些新方法包括：旋风分离器、高效过滤器、生物膜反应器、压力膜过滤器（超滤膜和反渗透）、紫外线（低压、低高密度紫外灯、中等压力、高密度紫外灯）。一些新技术占地小，特别是在欧洲发明的新技术，这非常适合扩建场地有限的污水处理厂。近些年，许多私有的污水处理方法发展起来，为建设和运营提供了潜力。这种趋势将要继续，特别是在评估替代处理系统和设备私有化的地方。私有化通常解释为公私合作，其中，私人合作者负责筹措资金、设计、建造、处理设备的运行。有些情况，私人合作者拥有设备。 在美国，对私人资金融通的需要是私有化的最主要原因；维护本地控制是反对私有化的最主要理由。1
8、3 自来水处理过程 现代化技术所取得的伟大成就之一就是极大的降低了霍乱和伤寒等水源性疾病的发生。这些疾病曾经对人类的健康产生过巨大威胁，但现在不是了。进步的关键在于人们认识到被人为污染的公共水供应是主要的传染源，这可以通过更积极更先进的水处理技术所消除。今天的水处理厂被设计为能持续的提供符合饮用水标准的水。有四个主要的方面要考虑：水源的选择、水质的保护、所使用的处理方法和如何防止二次污染。一般的预防地下水污染和地表水污染的措施包括防止排泄物管道和雨水管道的排放口靠近蓄水池，安装栅栏防止娱乐用水的污染，限制在水库流域使用化肥和杀虫剂。隔离、混凝/絮凝、沉淀、过滤是地表水处理的四个主要步骤。水处理
9、要实现一到三个目标：去除沙和尘土等颗粒物质、有机物质、微生物和藻类；去除引起色度和硬度的溶解物质；去除或破坏致病细菌和病毒。实际的处理工艺的选择有赖于水源的类型和所需要的水质。有时，不太混浊的进水可以通过自然沉降来去除较大的颗粒，在利用过滤去除剩余的颗粒。但通常，进水的颗粒物非常小，在短时间内仅仅依靠沉淀和简单的过滤无法去除。作为补救，将会加入胶体这种化学药品来吸附小颗粒，形成大颗粒在沉淀池里析出，或在过滤池里直接去除。颗粒物质的去除从水中去除颗粒物的操作步骤包括隔离、混凝/絮凝、沉淀、过滤。隔离 去除像木屑、树枝、碎布和小鱼这样的大的固体物的隔离过程是水处理的第一步。碎片万一进入处理厂可能会
10、损坏水泵，阻塞管道。同样的原因，进水口一般设置在湖面和河水面以下，以免吸入漂浮物，最大程度的减少冰的破坏作用。沉降是水和废水处理中使用最古老最广泛的处理方式，它是利用重力作用从水中去除颗粒物。它工艺相对简单，造价低廉，可以造成圆形、正方形、矩形。就像前面提到的，对于浊度高的水，沉淀可以放在混凝后面，对于浊度不高的水，则可以完全省去该过程。地表水中的悬浮颗粒物的粒径在10-1和10-7毫米之间，分别是细沙和微尘的尺寸。浊度和不透明度是由那些粒径大于10-4mm的颗粒引起的，小于10-4mm的颗粒主要对色度和臭味有贡献。混凝/絮凝 当颗粒太小而用普通沉淀法无法去除时，利用混凝或絮凝的化学-物理过程
11、，就可以让这些颗粒物失去稳定性，凝结成团，从而更快的得到沉降。水中相当比例的悬浮颗粒物粒径非常小，沉淀到池底需要数天甚至数周，这些胶体状的颗粒物都不能用普通沉淀法处理。混凝是使胶体颗粒失去稳定的一种化学过程。精确的机理不太好理解，但大体意思就是添加一种含有正电荷胶体的化学药品到含有负电荷胶体的水中。这将会中和胶体的负极电荷，并且能够降低胶体互相排斥的趋势。使混凝剂扩散需要快速搅拌几秒钟。轻柔的搅拌，叫做絮凝，悬浮液通过扩大颗粒的接触面。这可以通过机械混合通过使用内置的慢速混凝/絮凝转动桨，或者由液压混合发生在池的挡板周围流动。在混凝/絮凝池内停留时间通常是20 - 40分钟，池深有3 4m。通
12、过结合实际物理/化学混凝过程，胶体粒子，不会通过由普通沉淀出的结块，凝聚成所谓的较大的浮冰固体来出去。这些显示为不规则形状蓬松生长的有能力吸附沉淀时向下的不易凝聚颗粒。硫酸铝是最常见的混凝剂，但有机聚合物也可以单独使用或与明矾一起，改善絮凝效果。大浮冰悬浮物通常都是从混凝池转移至沉淀池，或当大浮冰去处时可直接转移至过滤器。消毒为了确保水中没有有害细菌，消毒是很有必要的。氯化消毒是公共供水的消毒最常用的方法。足量的氯气或次氯酸盐添加到水中以杀死致病菌。氯化是一个可靠的，相对便宜，且易于使用的消毒方法。其他消毒剂包括氯胺，二氧化氯，其他卤素，臭氧，紫外线和高温。臭氧氧化,已被广泛地使用法国。目前在
13、北美地区也以获得认可，特别是作为替代在天然有机物存在的地方的预氯化。虽然有效，但是臭氧不会留下长期持久的残余消毒。臭氧化是向水中添加臭氧的一种消毒方式。臭氧是一种能氧化无机和有机杂质的强氧化剂 。相比氯消毒它的优点是，它不会留下味道或气味，与氯气不同的是，臭氧显然不与自然界有机物反应形成有毒化合物来危害人类。溶解物质的去除曝气是用来清除地下水中过量的铁和锰。这些物质引起了味道和颜色的问题，干扰清洗和污染水管装置，并促进铁细菌在水管的繁殖，通过向水中鼓泡空气，或者通过喷射来增大空气与水的接触面积，溶解性铁或锰（的Fe2+，Mn2 +）被氧化成一种不易溶解形式（Fe3+，Mn4 +的），这样沉淀出
14、来后可以在沉淀池或过滤器中出去。曝气也消除了硫化氢（H2S）气体造成的臭味。水的软化是一个去除硬度过程，硬度是由二价金属离子的存在造成的，主要是钙离子和镁离子。水的硬度是在二氧化碳的存在下土壤和岩石，特别是石灰岩接触的结果。活性炭是一种在水处理中去除有机污染物吸附能力极强的材料。活性炭的生产有两个阶段。首先，一个合适的基材如木材、虫、蔬菜等物质或者骨头，在通过隔绝空气的条件下加热使它们碳化。然后碳化材料在空气，二氧化碳，或蒸汽条件下加热燃烧掉它的杂质后被活化，并增加其孔径。活性炭对气体，液体和固体的吸附是受温度，水的pH值以及需要除去的有机物的复杂性。在反渗透（RO）中，淡水强行通过半透膜的方
15、向，是自然渗透的相反方向。由于膜能去除可溶性盐，所以反渗透主要应用在海水淡化。然而，这个处理过程也能去除有机物质，细菌和病毒，其在水处理中的应用越来越大。14单元 颗粒污染物控制选择正确的处理设备需要使设备的特性和污染物的特征相匹配。污染物在大小尺寸上包含了从气体分子到肉眼可见的直径几毫米的很大范围。任何一种设备都不能有效或者是高效的去除所有的污染物，即使是从一个烟囱排出的污染物。污染物的化学行为同样可以决定污染控制工艺的选择。各种空气污染物控制设备可以方便的分为用来控制颗粒物质的设备和用来控制气体污染物的设备。后者将在下一单元讨论。旋风分离器旋风分离是一种广泛应用的，经济有效的去除颗粒物的方
16、法。干空气偏离中心的进入旋风分离器，这样，在锥体内空气产生了强烈的旋转，颗粒物围绕器壁被离心加速。器壁的摩擦力使颗粒物减速，从而滑落到底部被收集起来，而净化的空气从圆锥体顶部的中心离开。旋风分离器对大颗粒物的去除相当有效，因此，它被广泛的用作除尘的预处理。织物过滤器（袋式除尘器）用来去除颗粒物的袋式除尘器运行起来就像一个真空吸尘器。含尘气体被吸入或者吹入织物过滤袋，它能收集尘粒。通过袋子的周期性震动，落在袋子上的灰被清走。袋式除尘器可以高效的去除亚微米级的颗粒物，因此它在工业上广泛应用。袋式除尘器除尘的基本原理和水处理中砂滤池的原理相似。在诱捕作用产生的表面力的作用下，尘粒吸附在纤维上，并且在冲击和布朗扩散的作用下被带到织物的内部，和织物联结在一起。直径小于1微米的颗粒物质是有毒的，非常危险的，它的去除效果要好与99.9。当预处理过的气体被加压或真空吸入单
