污水处理工艺及应用

[摘要] 为使污水达到排水某一水体或再次使用的水质要求，并对其进行净化的过程。污水处理被广泛应用于建筑、农业,交通、能源、石化、 环保 、城市景观、医疗、餐饮等各个领域，也越来越多地走进寻常百姓的日常生活。

1.水处水理概述：

按处理程度的不同，废水处理系统可分为一级处理、二级处理和深度处理（三级处理）。

1.1 1 一级处理只除去废水中的悬浮物，以物理方法为主，处理后的废水一般还不能达到排放标准。对于二级处理系统而言，一级处理是预处理。

1.2 1 二级处理最常用的是生物处理法，它能大幅度地除去废水中呈胶体和溶解状态的有机物，使废水符合排放标准。但经过二级处理的水中还存留一定量的悬浮物、生物不能分解的溶解性有机物、溶解性无机物和氮磷等藻类增值营养物，并含有病毒和细菌。因而不能满足要求较高的排放标准，如处理后排入流量较小、稀释能力较差的河流就可能引起污染，也不能直接用作自来水、工业用水和地下水的补给水源。

1.3 1 三级处理是进一步去除二级处理未能去除的污染物，如磷、氮及生物难以降解的有机污染物、无机污染物、病原体等。废水的三级处理是在二级处理的基础上，进一步采用化学法（化学氧化、化学沉淀等）、物理化学法（吸附、离子交换、膜分离技术等）以除去某些 特定污染物的一种“深度处理”方法。显然，废水的三级处理耗资巨大，但能充分利用水资源。

2.污水处理工艺及流程：

2.1物理处理：

2.1.1 格栅

格栅是由一组或多组相平行的金属栅条与金属框架组成的处理设施，安装在污水渠道、泵房及水口的进水处或污水处理厂的前端，用以截留废水中可能堵塞水泵机组和管道阀门的较大悬浮物，以保证后续处理设施的正常运行，并减轻后续构筑物的处理负荷。

2.1.1 .1 分类

⑴按格栅间距可分为粗格栅（50～100mm）、中格栅（10～40mm）、细格栅（3～10mm）三种，为了更好地拦截水中的颗粒物，有时采用粗中两道格栅，有时甚至采用粗、中、细三道格栅。

⑵按照清渣方式可分为人工格栅和机械格栅两种。人工格栅实用于中小型污水处理厂，所需截留的污染物较少。机械清渣的格栅，倾角一般为60°～70°，有时为90°。机械清渣格栅过水面积一般应不小于进水管网的有效面积的1.2倍。

2.1.2调节池

2.1.2.1地下调节池

调节池池是最常见的一种形式，它截流效果好，工作稳定，构造较简单 ，便于接受地下管道流入的污水 。池的结构就是一个深埋打下的混凝土池，两端有人孔方便查看水位或者检修池中的曝气装置 ，在池底设置有作为搅拌的曝气装置， 通过格栅进入 的污水在池中的以充分的混合。上接出水管 。污水在池内的流速应控制在0.15～0 .3m /s，污水在池内的停留时间一般为 3 ～ 6h ，有效水深不大于5 米，一般采用 2.5～3.5米 。

2.1.3气浮

2.1.3.1功能

气浮主要是利用容气系统产生的容气水中的微气泡，与水 中的悬浮物絮体粘合在一起，悬浮物随威气泡一起上升至水面，形成浮渣，使水中悬浮物得到去除 。

清水经过射流吸气装置，在一定工作压力的情况下，使空气最大限度的融入水中，通过快速减压释放，形成直径为30um-52um左右的小气泡。伴随着原水中 加入的絮凝剂经过在气浮接触室的反应，絮凝物和小气泡粘合在一起，在浮力的作用下，一起上升至液面形成浮渣 ，浮渣被刮泥机刮至泥槽。下面的清水通过集水池进入清水箱流入下一环节（中间池）。

2.1.3.2 应用

气浮作为水处理的一种方法， 被广泛应用到造纸中段水、纺防止印染 废水、炼油废水、油污分离、污泥浓缩（处理量为设备处理能力的20%-30%）。

2.1.4 中间池

中间池是由不同大小的池子组成，它主要用来控制进入下一系统污水的PH值和温度。在池子的底部有曝气装置加热装置。

2.2 生物处理

2.2.1 好氧生物处理

好氧生物处理是在有游离氧（分子氧）存在的条件下，好氧微生物降解有机物，使其稳定、无害化的处理方法。微生物利用废水中的有机物作为营养源进行好氧代谢，这些高能位的有机物质经过一系列的生化反应，逐级释放能量，最终以低能位的无机物稳定下来，达到无害化的要求，以便返回自然环境或进一步处置。好氧生物处理的最终过程可用下图表示。

上图表明，有机物被微生物摄取后，通过代谢活动，约有三分之一被分解、稳定，并提供其生物活动所需的能量；约有三分之二被转化，合成新的原生质，即进行生物自身生长繁殖。后者就是废水生物处理中的活性污泥。好氧生物处理的反应速度较快，所需的反应时间较短，故处理构筑物容积较小，且处理过程中散发的臭味较少，所以目前对中低浓度的有机废水，或者说BOD5浓度小于500mg/L的有 机废水，基本采用好氧生物处理法 。好氧生物生物对COD、 N 、 P 的需求比例为100：5 ：1，因此在好氧生物培养时可以适量的添加一些氮肥和磷肥，可以促进细菌的繁殖。

2.2.1.1 在废水处理工程中，好氧生物处理有活性污泥法和生物膜法两大类，本厂采用的是循环式活性污泥法 。

2.2 .2 厌氧生物处理

厌氧生物处理是在没有游离氧存在的条件下，兼性细菌与厌氧细菌降解和稳定有机物的生物处理方法。由兼性厌氧菌和专性厌氧菌与废水中的有机杂质形成的污泥颗粒，呈灰色至黑色，有生物吸附作用、生物降解作用和絮凝作用，有一定的沉降性能；颗粒厌氧活性污泥的直径在0.5mm 以上，微生物的组成主要有六种：由外到内水解细菌、发酵细菌、氢细菌和乙酸菌、甲烷菌 、硫酸盐还原菌、厌氧原生动物其中产甲烷丝菌是厌氧活性污泥的中心骨架。

在厌氧生物处理的过程中，复杂的有机物被降解、转化为简单的化合物，同时释放能量。

有机物的转化分三个部分进行：部分转化为CH 4 ，这是一种可燃气体，可回收利用；还有部分被分解为CO2 、H 2O、NH3 、H2S等无机物，并为合成细胞提供能量；少量有机物被转化、合成为新的原生质的组成成分。废水厌氧生物处理过程中有机物的转化如下图所示。

复杂污染物的厌氧降解过程可以分为四个阶段水解阶段、发酵阶段（又称酸化阶 段）、 产乙酸阶段、产甲烷阶段 。

2.2.2 .1 优点：

2.2.2.1.1 产生的沼气可用于发电或作为能源，沼气中的主要成分是甲烷，含量 50~75% 之间，是一种很好的燃料。以日排 COD10t 的工厂为例，若 COD 去除率为 80% ，甲烷产量为理论的 80% 时，则可日产甲烷 2240m3, 其热值相当于 3.85t 原煤，可发电 5400 度电。

2.2.2.1.2 对营养物的需求量少，好氧方法 BOD ：N ：P=100 ：5 ：1 ，而厌氧方法为（ 350~500 ）：5：1 ，相比而言对 N 、P的需求要小的多，因此厌氧处理时可以不添加或少添加营养盐。

2.2.2.1.3 产生的污泥量少，运行费用低，繁殖慢；不需要曝气 ，基于这些优点，厌氧处理在食品、酿造、制糖等工业中得到了广泛的应用。但厌氧处理也存在缺点。

2.2.2.2 缺点：

厌氧生物处理的主要缺点就是反应速率太慢，反应时间较长，处理构筑物的容积大，一般只有有机物浓度较高（BOD 5 ≥2000mg/L）才采用厌氧生物处理；出水的有机物浓度高于好氧处理；对温度变化较为敏感（工业中需要设置进水的控温装置， 37 ℃） ；初次启动过程缓慢,处理时间长:好氧处理体系的活性污泥或生物膜通常只需要 7 天就可以培育成功，而厌氧处理体系的活性污泥或生物膜一般需要 8~12 周才可以培育成功。

2.3  曝气设备

2.3.1鼓风曝气

鼓风曝气系统主要由空气净化器、鼓风机、空气输配管系统和扩散器组成。鼓风机供应一定的风量，风量要满足生化反应所需的氧量和能保持混合液处于悬浮状态；风压则要满足克服管道系统和扩散器的摩擦阻损耗以及扩散器上部的静水压；空气净化器的作用是防止扩散器阻塞。

2.3.1.1 扩散器是整个鼓风曝气系统的关键部件，它的作用是将空气分散成空气泡，增大空气和混合液之间的接触面积，把空气中的氧溶解于水中。根据分散气泡的大小，扩散器可分为几种类型：

1.小气泡扩散器 气泡直径可达到 1.5mm 以下。

2.中气泡扩散器 常用的有穿孔管和莎纶管。穿孔管的孔眼直径为2～ 3mm ，孔口的气体流速不小于 10m /s，以防止堵塞。

3.大气泡扩散器 气泡直径为 15mm 左右。

4.微气泡扩散器 气泡直径在100 um左右。

通常扩散器的气泡越大，氧的传递效率越低，然而它的优点是堵塞的可能性小，空气净化要求低，养护管理比较方便。微小气泡扩散器由于氧的传递效率高，反应时间短，曝气时间可以缩短，但容易堵塞，因而选择何种扩散器要因地制宜 ；曝气装置也可以作为搅拌装置使用，这样的搅拌要比机械搅拌效果好。

2.3.2 机械曝气

鼓风曝气是水下曝气，而机械曝气则是表面曝气。机械曝气是用安装于曝气池表面的表面曝气机来实现曝气的，分为竖式和卧式两种。

2.3.2.1 竖式曝气机 这类曝气机的转动轴与水面垂直，装有叶轮，当叶轮转动时，使曝气池表面产生水跃，把大量的混合液水滴和膜状水抛向空气中，然后携带空气形成水气混合物回到曝气池中，从而使空气中的氧很快溶入水中。我国目前应用的表面曝气机有泵型、倒伞型和平板型。

2.3.2.2 卧式曝气机 转动轴与水面平行，主要有曝气刷和曝气转盘，常用于氧化沟。

2.4 污泥脱水 

2.4.1 污泥浓缩池

污泥浓缩是降低污泥含水率、减少污泥体积的有效方法。污泥浓缩主要是减缩污泥的间隙水，从反应池来的污泥呈液态，含水率高于95％，浓缩池可使剩余活性污泥含水率约从99.2％下降到97.5％，污泥体积缩到原来的1/3左右，经浓缩后污泥近似糊状，仍保持流动性。

污泥浓缩的方法有沉降法、气浮法和离心法。在选择浓缩方法时，除各种方法本身的特点外，还应考虑污泥的性质、来源、整个污泥处理流程及最终处置方式等。如沉降法用于浓缩初沉淀污泥和剩余活性污泥时效果较好；单纯的剩余污泥一般采用气浮法浓缩，近年发展到部分采用离心法浓缩。

2.4.2 污泥脱水设备

常见污泥压滤机主要有板框式、和带式两种类型 。

2.4.2.1 板框压滤机 主要污泥脱水设备按工作原理可分为真空过滤脱水机、压滤机、离心由板和框排列组合而成，用压紧装置把板与框压紧，即在板与板之间构成压滤室。在板与框的上端相同部位开有小空，压紧后，各孔连成一条通道，用0.4～0.8MPa的压力，把经化学调理的污泥由该通道压入，并由每一块板框上的支路孔道进入各个压滤室，下端钻有供滤液排出的孔道。滤液在压力作用下，通过滤布并由孔道由滤机排出，而固体截留下来，并且在滤布表面上形成滤饼，当滤饼完全填满压滤室时，脱水过程结束，此时停止对压滤机送入污泥，打开压滤机，依次抽出各块滤板，剥离滤饼，并清洗滤布（本厂使用的是板框压滤机佩带螺杆泵压缩污泥）。

2.4.2.2 带式压滤机

带式压滤机的主要特点是利用滤布的张力和压力在滤布上对污泥施加压力使其脱水，动力消耗少，可以连续操作，它基本由滤布和辊组成

，污泥流入在辊之间连续转动的上下两块带状滤布上后，滤布的张力和扎辊的压力及剪切力依次作用于夹在两块滤布之间的污泥上而进行

重力浓缩和加压脱水，脱水泥饼由刮泥板剥落，剥离了泥饼的滤布需用水清洗，以防止滤布堵塞，影响脱泥效率。

2.5 微生物的生长环境

影响微生物生长的环境因素很多，但最主要的是营养、温度、pH值、溶解氧和有毒物质。

2.5.1 营养

微生物除了需要碳营养外，还需要氮、磷营养，它们之间的比例一般为BOD 5 ：N：P=100：5：1。在好氧生物的培养过程中，如果COD不足的情况下可以适当的投加一些葡萄糖，一公斤的葡萄糖在理论上是相当于一公斤的COD。

2.5.2 温度

各类微生物对温度的适应范围不同，约为5℃～ 80℃ 。污水好氧生物处理以中温性细菌为主，其生长繁殖的最适温度20℃～ 37℃。当温度过高是，会使微生物的蛋白质变性及酶系统遭到破坏而失去活性，甚至导致微生物死亡。温度过低则会抑制微生物的代谢活动，从而降低污水处理效率，但微生物仍然保存生命力。

2.5.3 pH值

废水生物处理过程中保持适宜的pH值非常重要，如果活性污泥法处理废水，曝气池最适pH应为6.5～8.5，如果曝气池pH值达到9时，原生动物由活跃转为呆滞，菌胶团粘性物质解体，活性污泥结构遭到破坏，处理效率下降。如果进水酸性过强，活性污泥结构也会遭到破坏，会出现大量浮泥。

2.5.4 溶解氧

好氧生物处理的溶解氧一般以 2～4 mg/L为宜，在这种情况下，活性污泥的结构正常，沉降、絮泥性能好。

2.5.5 有毒物质

在废水处理过程中，废水中存在的对微生物具有抑制和杀害作用的化学物质就称为有毒物质。其毒害作用主要表现为细胞的正常结构遭到破坏以及菌内的酶变质，并失去活性。

2.6 污水检测指标 

2.6.1 化需氧量(BOD) 水中有机污染物被好氧微生物分解时所需的氧量称为生化需氧量(以mg/L为单位)。它反映了在有氧的条件下，水中可生物降解的有机物的量。生化需氧量愈高，表示水中需氧有机污染物愈多。

2.6.2 化学需氧量(COD) 化学需氧量是用化学氧化剂氧化水中有机污染物时所消耗的氧化剂量，用氧量(mg/L)表示。化学需氧量愈高，也表示水中有机污染物愈多。常用的氧化剂主要是重铬酸钾和高锰酸钾。以高锰酸钾作氧化剂时，测得的值称COD Mn 或简称OC。以重铬酸

钾作氧化剂时，测得的值称 COD Cr ，或简称COD。如果废水中有机物的组成相对稳定，则化学需氧量和生化需氧量之间应有一定的比例关系。一般说，重铬酸钾化学需氧量与第一阶段生化需氧量之差，可以粗略地表示不能被需氧微生物分解的有机物量。

2.6.3 植物营养元素 污水中的N、P为植物营养元素，从农作物生长角度看，植物营养元素是宝贵的物质，但过多的N、P进入天然水体却易导致富营养化。水体中氮、磷含量的高低与水体富营养化程度有密切关系。就污水对水体富营养化作用来说，磷的作用远大于氮。

2.6.4 pH值 主要是指示水样的酸碱性。pH<7是酸性；pH>7是碱性。一般要求处理后污水的pH值在6—9之间。天然水体的pH值一般为6～9，当受到酸碱污染时pH值发生变化，消灭或抑制水体中生物的生长，妨碍水体自净，还可腐 蚀船舶。若天然水体长期遭受酸、碱污染，将使水质逐渐酸化或碱化，从而对正常生态系统产生影响。

基本控制项目最高准许排放量（日排放）

项目：基本控制项目 一级标准 二级标准 三级标准

A标准 B标准

注：括号外为水温＞ 12 ℃ 时的控制指标，括号内为水温≤ 12 ℃ 时的控制指标。

2.6. 7 在一些冶金、粉碎、机械制造或打磨的工厂，污水处理系统中还会设有 沉砂池和砂水分离器等处理系统来进一步净化水质。国家安监局针对 工业冷却用水 、炉补充水、其他杂用水 、地下水回灌等都有相关的排放要求；针对 湿地、滩涂和野生动物栖息地，维持其生态系统的所需水。要求水中不含对回用对象的生态系统有毒有害的物质。

3.污水废气治理  

当今社会最令人头疼的问题就是一些生活、工业、焚烧垃圾的废气的难以处理。在污染空气的同时也给我们带来了不便，导致好多人 因为工业废气污染大气而死亡，全球死亡人数的比例看来，废气污染导致死亡的占30%。所以我厂在处理污水的同时还引进了一套生物除臭系统，来解决处理废水是产的气体。

3.1 生物脱臭原理  

生物脱臭是在适宜条件下，利用载体填料比表面积上微生物的作用脱臭。臭气物质先被填料吸收，然后被填料上附着的微生物氧化分解，从而完成臭气的除臭过程。为了使微生物保持高的活性，必须为之创造一个良好的生存环境，比如：适宜的湿度、 pH 值、氧气含量、温度和营养成分等。实际生产设计要求，载体填料相对湿度保持在 80 ～ 95% ，所以经常采用喷淋原污水或初沉池出水以提供水分和营养源。

微生物除臭技术是利用由环境有意微生物制成的生物除臭剂对散发恶臭气体的臭源进行除臭。除臭菌剂可应用于集中的或分散的恶臭治理，使用方便、灵活。

基本原理：在适宜的环境条件下，附着于生物填料上的微生物利用废气中的污染物作为能源，维持生命活动，并将其分解为 CO2+H2O和其他无机盐类，从而使废气得以净化。

3.1.1 填料选择