污水的处理

减少污染物排放负荷的另一个方面，是加快治污项目建设，实现工业生产污水和生活污水达标排放。

针对不同的污染特性，可采用多种多样的污水处理方法，这些方法按其作用原理又可分为物理处理法、化学处理法和生物处理法。

1）物理处理法

利用物理作用分离污水中的悬浮固态物，在分离过程中不改变污染物的化学性质。物理处理法包括沉淀法、过滤法和浮选法。

（1）沉淀法。根据水和悬浮固态物质密度不同，在沉淀装置中将悬浮固态物分离。这是污水处理的基本方法，其主要设施为沉淀池。

（2）过滤法。将污水通过过滤装置，如无阀滤池或真空滤池机等设备，分离悬浮固态物。

（3）浮选法。将压缩空气鼓入污泥中，使污水中的乳状油及低密度悬浮物黏附于气泡上，形成浮渣而除去。此法除油率达80%以上，广泛用于炼油废水处理。

2）化学处理法

利用化学反应进行分离、回收废水中的污染物，或者把它们转化成无害的物质。化学处理法包括混凝法、中和法、离子交换法和氧化还原法。

（1）混凝法。污水中呈胶体状态的污染物，加入混凝剂后可凝聚为大颗粒而沉淀。常用的混凝剂有硫酸铝、聚合氯化铝、明矾等。此法常用于含油废水、染色废水、洗毛废水等的处理。

（2）中和法。用于处理酸碱废水，调整酸碱度。

（3）离子交换法。用离子交换剂和废水的某些离子交换，也可以用天然弗石除去有害物质，发挥离子交换和吸附双重作用，用于废水的深度处理，电镀废水处理也常用此法。

（4）氧化还原法。利用空气中的氧和漂白粉、氯气、臭氧等将废水中的氰、酚、硫、铬氧化还原为无害物质。

3）生物处理法

利用微生物的代谢活动，使水中的有机污染物转化为稳定无毒物。生物处理是城市污水处理的发展方向。石油化工、食品、轻工、纺织印染、制药等工业废水也用此法处理。生物处理法包括厌氧生物处理和好氧生物处理。

厌氧处理把有机物降解为甲烷、二氧化碳等，甲烷可作工业原料和城市燃气。如南阳酒精厂建成亚洲最大的沼气工程处理有机废水，产生的沼气除供一个工厂生产三氯甲烷作原料外，还供两万城市居民生活用气，取得了良好的经济效益和社会效益。该消化装置采用了目前世界上最先进的生物搅拌装置。该项目使酒精厂成为生态型工业的典范，因为其消化后的废水是优质有机肥料，直接用于农业生产。

好氧处理是把污水中的有机物分解为简单的无机物，其处理方法有活性污泥法、生物膜法和氧化塘法。

活性污泥是一种人工培养的生物絮凝体，由好氧微生物及其吸附物组成，主要构筑物是曝气池。污水进池和活性污泥混合并连续不断供给空气，一定时间后就能絮凝、氧化、吸附、分解污水中的有机物，并以此为养料，使微生物获得能量并不断繁殖。有机物在曝气池中氧化后，混合液在沉淀池中沉淀，将活性污泥分离，水则得到净化。废水在曝气池中停留3～5 h，废水中的BOD降低90%左右。这是好氧处理中最主要的一种方法。

氧化塘法是利用藻菌共生系统处理污水的一种方法。污水中存在大量的好氧菌和耐污藻类，有机物被细菌利用分解为简单的含氮、磷物质，这些物质为藻类生长繁殖提供了必要的营养；藻类则利用光合作用放出大量的氧气，供细菌生长所需。藻类和细菌这种相互依存的关系称为藻菌共生系统。氧化塘法构筑物简单，运行费用低，可广泛用于中小城镇生活污水和食品、制革工业废水的处理，一般BOD可降低80%左右。

按处理程度的不同，可将污水处理分为一级处理、二级处理和三级处理。

一级处理即机械处理或物理处理。通过过滤沉淀去除废水中的悬浮物和部分悬浮物。一般处理后的水仍未达到国家排放标准，只是为二级处理创造条件，故称为预处理。

二级处理又叫生化处理。污水经一级处理后，再利用活性污泥、生物膜、化学、物化法等生物化学方法除去大量有机污染物，使水质进一步净化。经二级处理的水一般能达到国家排放标准或农业灌溉。

三级处理即高级处理，采用混凝、过滤、活性炭吸附、离子交换、电渗析、反渗透、消毒、除P脱N等方法，能除去水中的氮、磷及难降解的有机物、病原微生物及矿物质，是控制水体富营养化的有效手段。三级处理满足更高的出水要求，例如受纳水体为饮用水源、娱乐回水用等。各级污水处理的比较可参考表4-9。典型污水处理流程如图4-11。

表4-9 各种污水处理流程的净化率和优缺点

图4-11 典型污水处理流程

知识拓展

饮用水净化方法

1）电渗析

（1）通过选择透过性及良好导电性的离子交换膜，在外加直流电的作用下，根据同性相吸、异性相斥的原理，使原水当中的阳离子、阴离子分别通过阴、阳离子交换膜达到净化的目的。其废水比例达到1∶1，脱盐率能够达到80%～90%。

（2）影响因素：

①水温增加，水迁移频率增加，效率增加；

②COD（高锰酸耗氧量）5 mg／L，有机物增加，吸附阴膜表面，效率降低；

③游离氯含0.3～0.5 mg／L，对阴膜树脂进行氧化，效率降低；

④Fe＜0.3 mg／L，Mn＜0.1 mg／L，使迁移率降低，易和膜中的基团结合，使阳膜中毒；

⑤水质的浊度、流量方面也会影响效率；

⑥阴膜、阳膜容易结垢，定期以3%盐酸或0.1 mol／L的氢氧化钠溶液清洗。

2）机械过滤

让水流通过一级或多级的微孔过滤介质，水质中比微孔尺寸大的物质都被截留，从而达到去除的效果。

过滤分为微滤、超滤和纳滤。

（1）微滤。孔径尺寸为0.2～0.5μm，表面含银，具有杀菌抑菌的功效。在水的压力下，小于0.2μm的有机物、无机盐等较易通过。特点：可以反复冲洗使用，寿命能够达到2～3年的时间，但多余的银离子对人体是无益的。

（2）超滤。孔径0.01～0.02μm，采用微过滤原理，达到去除水质当中各种杂质的效果，保留水中盐类离子及微小的固体杂质，但是无法过滤较小病毒。

（3）纳滤。纳滤膜是介于反渗透和超滤之间的一种压力驱动膜装置，孔径为0.000 1～0.000 5μm，有较低的驱动压力和较大的水通流量。主要是采用聚乙烯醇涂敷基膜上制成，聚乙烯醇具有良好的水溶性且成膜性能也很好，能够有效形成光滑表面。膜上、膜中带有电基团，通过静电相互作用，能够有效阻碍多价离子渗透。对离子截留受共离子影响，离子价越大，截留率就会越高，能有效截留二价离子。对胶体、油、蛋白质和其他有机物有较强的抗污染性，对单价离子截留率为80%，二价或多价离子截留率大于90%。

3）紫外线

紫外线波长210～328 nm；当波长为240～280 nm的时候，紫外线杀菌能力最强。一般采用253.7 nm的波长，通过毁坏核糖核酸DNA抑制病菌、病毒生长，直至杀死。

影响杀菌效果的因素如下。

（1）灯管功率；

（2）水的流速、浊度、照射时间等；

（3）不能去除重金属离子及其他的污染物。

4）臭氧

空气中21%的氧气通过交变高压电场，改变氧的游离性能，利用其裂变过程释放能量的特性，达到瞬间杀菌、消毒的效果，并且易于挥发，反映完毕之后，还原为氧，具有环保意义，即利用其强氧化性达到杀菌、消毒的目的。臭氧用于脱色、除臭、降解农药、杀菌、消毒。

臭氧还原电位高，仅次于氟，是一种强氧化剂，能够有效杀死细胞繁殖体、芽孢、病毒、真菌，破坏肉杆菌素。①臭氧释放的单原子氧迅速穿透细胞的细胞膜与细胞酶发生不可逆转的氧化反应，最终致细胞于死地；②单原子氧与病毒的蛋白包膜发生氧化反应，使病毒快速死亡；③单原子氧遇到无机或有机可氧化物质，也会发生强氧化反应，解构其分子链生成无害物质。

一般认为臭氧通过直接破坏其核糖核酸物质完成。首先作用于细菌、霉类微生物的细胞膜组织，使其膜构成分受损，导致新陈代谢障碍，抑制其持续有效生长，臭氧继续破坏膜内组织直至杀死为止。

臭氧的特点如下。

（1）臭氧含量不易控制。含量较低，短时间内不可能达到目的；含量高于0.1 mg／L，对呼吸系统黏膜产生刺激性作用，引起咳嗽、头痛、喉痛等症状。

（2）瞬间杀菌、消毒。还原可持续性差。

（3）强氧化，不能去除重金属离子元素。

5）离子交换

离子交换主要用来处理水质当中的钙、镁离子含量高的硬水，主要是依靠离子交换树脂的发挥作用。树脂上有氯化钠基团，当水流通过树脂的时候，水中的钙、镁和其他金属离子取代钠离子与氯离子结合。当树脂上的钠离子都被置换后，树脂就失效并丧失其功能，然后用氯化钠溶液冲洗树脂，可以使树脂恢复处理能力。

离子交换的缺点是使水中盐增多，每去除水中一个阳离子就有一个钠离子溶入水质当中，导致水中钠离子浓度有效增高，患有高血压、心脏病和肾病的病人要引起高度重视。

6）活性炭净水技术

活性炭由木材、煤、果壳等为原料，经高温碳化和活化而制成的一种吸附过滤材料，已广泛应用于饮用水、工业给水以及废水的净化和处理，它的作用机理可以分为物理吸附、化学吸附和离子交换吸附。当活性炭应用于净水处理时，通常是三种吸附作用的综合结果。活性炭的主要性能要求有：（1）孔的大小；（2）比表面积；（3）吸附量。

活性炭的应用：去除水中的有机污染物。如酚的化合物，对水中酚、甲酚等吸附量和去除率较高，对其他酚的化合物也有一定的效果。又如，活性炭对去除水中的卤代甲烷（THM）和多环芳烃（PAH）这两类有毒有害致癌物都是有效的。去除水中的重金属离子，例如水中的Hg、Cd和Cr等。

思考与习题

1.你认为我国目前的水环境如何？哪个区域水环境较好？

2.我国地表水主要污染指标是什么？

3.举例说明持久性有毒物质的危害。

4.水俣病和痛痛病分别是什么金属元素中毒引起的？污染机理是什么？

5.举例说明水体富营养化污染的机理是什么。

6.举例说明石油污染有哪些危害。

7.什么叫水体污染？分析为什么湖泊比江河污染更严重。

8.以江河为例说明水体自净过程。

9.分析如何能让我国的江河湖泊恢复清丽的容颜。

10.参观一个污水处理厂，说明污水处理厂处理污水的工艺流程。