水污染控制工程概念整理

水体污染：污染物进入河流、海洋、湖泊、或地下水等水体后，使水体的水质和水体沉淀物的物理、化学性质或生物群落组成发生变化，从而降低了水体的实用价值和实用功能的现象。 水体污染物：造成水体的水质、底质、生物质等质量恶化或形成水体污染的各种物质或能量。 水体污染源：造成水体污染的污染物的发生源。 水体自净：污染物随污水排入水体后，经过物理的、化学的与生物化学的作用，使污染的浓度降低后总量减少，受污染部分部分地或完全地回复原状。水体所具备的上述能力称为水体自净能力。（物理净化：稀释、扩散、沉淀与挥发；化学净化：氧化、还原、分解、合成；生物净化：微生物、水生动植物）

水中污染物的种类：固体污染物（单位体积的水中所含质量或浊度）；需氧污染物

（BOD COD TOC TOD等表示）；有毒污染物（质量浓度）；营养污染物，（单位体积水中含氮和磷的总质量）；生物污染物（细菌总数 大肠杆菌数）；感官污染物（色泽和色度，臭和味）；酸碱污染物（常用PH 值，浓度高时也用sw z 碱或酸的质量分数）；油类污染物（质量浓度）；热污染（用温度）。

水质：水和其中所含的杂质共同表现出来的综合特性，包括化学、物理、生物学性质三个方面。

水质指标：是水质的具体衡量标准，表示出水中杂质的种类、成分和数量。（物理性，化学性，生物性）

生物化学需氧量(BOD)：水中有机物被好氧微生物分解为无机物时所需的溶解氧量，结果以氧（O 2）的mg/L表示。它反映了有氧条件下，水中可生降解的有机物的量。

化学需氧量（COD ）：一定条件下，水中有机物在外加强氧化剂作用下被氧化分解时所消耗氧化剂的量，以O2的mg/L表示。反映水中受还原性物质污染的程度，包括有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等。常用氧化剂为重铬酸钾和高锰酸钾。

BOD/COD的应用——废水可生化性的判断，当BOD 5/ COD > 0.3时，可生化处理；当BOD 5/ COD 值在0.25~0.3 时，难生化处理；当BOD 5/ COD

按原理不同，污水处理方法分类：

①物理处理法：通过物理作用分离、回收污水中不溶解的悬浮态污染物（包括油膜和油珠）。 举例：重力分离法、离心分离法和筛虑截留法等。

②化学处理法：通过化学反应分离、去除污水中呈溶解、胶体态的污染物或将其转化为无害物。

举例：化学混凝法、中和法、化学沉淀法、氧化还原等。

③物理化学处理法：通过传质作用来分离、去除污水中溶解、胶体态的污染物质的方法。 举例：萃取、汽提、吹脱、吸附、离子交换、气浮、膜分离法等。

④生物处理法：通过微生物的代谢作用，使污水中呈溶解、胶体态以及微细悬浮态的有机污染物转化为稳定的物质的方法。

举例：好氧法：活性污泥法，生物膜法；厌氧法：厌氧生物滤池，厌氧接触法。

污水处理系统：由污水单元处理构筑物合理配置的污水处理综合体系。也叫污水处理流程。 按污水处理程度分类：一级处理：也叫初级处理或机械处理，主要处理对象：较大的悬浮物，常用的分离设备：格栅、沉砂池和沉淀池等。出水：难以达标排放。条件许可时，可排放于水体或用于污水灌溉；二级处理：主要任务是大幅度地去除污水中呈胶态和溶解状态的有机性污染物质。主要用各种生物处理法，BOD 去除率可达90％以上，处理水可达标排放。也叫生化处理或生物处理；三级处理，也称高级处理或深度处理：目的是进一步去除二级处理后难降解的有机物、氮和磷或影响回用水水质的可溶性无机物等。所用处理法：生物脱氮法，化学混凝法，砂滤，化学除磷，离子交换，电渗析等。谈判能够过处理，BOD5能从20-30g/L降至5mg/L以下，能去除大部分的氮和磷，出水可回用。

均化法：尽量减少污水处理厂进水水量和水质波动的过程，其构筑物称为均化池或调节池。 均化的目的：废水的流量和污染物的含量是随时间变化的。减少和控制废水水质及流量的波动，为后续处理提供最佳条件。调节池分类：均量池，均质池，均化池。

调节池的位置:因为调节池的最佳位置将随废水处理方法、废水的特性和集水系统不同而不同，所以应根据不同的情况认真对比后确定。一般是把调节池设置在初级处理之后其它处理之前，这样可以减少污泥和浮渣的问题。如果把调节池设在初级处理之前，就必须考虑设置足够的混合和搅拌设备以防止固体沉淀，同时应设置曝气设备以防止产生气味。

水量调节：调节的主要方式是设置废水调节池。分类：在线（线内）调节，离线（线外）调节。

水质调节：对不同时间或不同来源的废水进行混合，使流出的水质比较均匀。

调节方式：① 利用外加动力（如空气搅拌、水泵循环）而进行的强制调节；② 利用差流方式使不同时间和不同浓度的废水进行自身水力混合。

拦截法：去除废水中粗大的悬浮物和杂物，保护后续处理设施能正常运行。

格栅:是由一组（或多组）平行的金属栅条制成的金属框架，斜置在废水流经的渠道撒谎能够，或进水泵站集水井的进口处，以拦截污水中粗大的悬浮物和杂质。

格栅的种类：（1）按形状分：平面格栅（筛网呈平面）、曲面格栅（筛网呈弧状）

（2）按栅条间隙分：粗格栅：50~100mm； 中格栅：10~40mm； 细格栅：3~10mm

（3）按筛余物清理方式分：普通格栅，人工清理栅渣；机械格栅，机械清理。

格栅的作用：用以去除污水中那些可能堵塞水泵机组及管道阀门的较粗大的悬浮物，并保证后续处理设施能正常进行。其去除效果一般以不堵塞提升水泵和水处理厂站的处理设备为原则。

筛网作用：用来去除废水中的较小颗粒、短纤维等固形物。

重力分离法：是依靠废水中悬浮物密度与水密度不同这一特点来分离废水中固体悬浮物的方法。

分为：1. 沉降法或沉淀法：去除对象（可以除去的污染物）—悬浮物(SS)；

2. 上浮法——隔油法：去除油类物质，包括浮油和乳化油

沉淀过程的类型：（根据颗粒的大小，凝聚性的强弱及其浓度的高低）

1. 自由沉淀的特点（沉砂池）

1. 发生条件：废水中的悬浮固体浓度不高，而且不具有凝聚性时发生的。

2. 特征：沉降过程中，固体颗粒不改变形状和尺寸，也不互相粘合，各自独立地完成沉降过程。颗粒的沉降速度在经一定的沉降时间后保持不变。

3. 现象：实验时可观察到水是从上到下逐步变清的。

2. 絮凝沉淀的特点

1. 发生条件：固体浓度也不高，但具有凝聚性是发生的。

2. 特征：在沉降的过程中，颗粒互相碰撞、粘合，结合成较大的絮凝体而沉降；沉降的过程中颗粒的尺寸不断变化；颗粒的沉降速度是变化的。

3. 现象：水也是逐渐变清的，但可观察到颗粒的絮凝现象。

3. 区域沉淀的特点

1. 发生条件：废水中悬浮颗粒的浓度提高到一定程度后发生的。

2. 特征：每个颗粒的沉淀将受到其周围颗粒存在的干扰，沉速有所降低，在聚合力的作用下，颗粒

群结合成为一个整体，各自保持相对不变的位置共同下沉。

3. 现象：水与颗粒群之间有明显的分界面，沉降的过程实际上是该界面下沉的过程。

4. 压缩沉淀的特点

1. 发生条件：废水中悬浮物的浓度很高时发生的。

2. 特征：此时固体颗粒互相接触，互相支承，在上层颗粒的重力作用下，下层颗粒间隙中的液体被挤出界面，固体颗粒群被浓缩。

3. 现象：粒群与水间有明显界面，但颗粒群部分比成层沉降时密集，界面的沉降速度很慢。 自由沉降速度：斯托克斯公式，提高颗粒沉降速率的主要因素：根据斯托克斯公式可知，温度升高有利于沉降。

理想沉淀池的条件：(1)进出水均匀分布到整个横断面，悬浮物在流入区沿水深均匀分布； (2)悬浮物在沉淀区等速下沉；(3)悬浮物在沉淀过程中的水平分速等于水流速度，水流是稳定的；(4)悬浮物落到池底污泥区，即认为已被除去，不再浮起。

沉淀池的去除效

率：

沉淀池的去除效率与颗粒沉速或沉淀池的表米娜负荷有关，而与池深无关。

Q/A的物理意义是单位时间内通过单位沉淀池表面积的流量，一般称之为q 表示，单位为：m3/(m2∙h) 或m3/(m2∙s) 。

理想沉淀池是由进口域，沉淀区域，出口域和污泥区域四个部分组成。

沉淀池的功能区：入流区和出流区进行配水和集水，使水流均匀地分布在各个过流断面上，以提高沉淀效率。沉降区是是可沉颗粒与水分离的区域。污泥区是泥渣贮存、浓缩和排放的区域。缓冲区是分隔沉降区和污泥区的水层，防止泥渣受水流冲刷而重新浮起。

沉淀池的运行方式：间歇式（工作过程：进水，静置，排水。污水中可沉悬浮物在静置时完成沉淀过程）和连续式（污水是连续不断地流入和排除的，污水中可沉颗粒的沉淀是在流过水池时完成的）

竖流式沉淀池工作原理：竖流沉淀池内，水流水平分速为零，在静水中沉速为u 0的颗粒在池内的实际沉速为u 0与水上升流速v 的矢量和(u0-v) ，颗粒被分离的条件为u 0＞v ，而u 0≤v 的颗粒始终不能沉底，因而其沉降效率与具有相同表面负荷的平流沉淀池相比减小

了， 但对于具有絮凝性的悬浮颗粒，则发生的情况就比较复杂，又有被去除的可能。适用于小流量污水中絮凝性悬浮固体的分离。

平流式沉淀池：流入装置，流出装置，沉淀区，缓冲层，污泥区和排泥装置组成。

辐流式沉淀池：构造：由进水管、出水管、沉淀区、污泥区及排泥装置组成。

污水从池中心进入，沿半径方向呈辐射状流向池周，经溢流堰或淹没孔口汇入集水槽排出。沉于池底泥渣，由安装于衍架底部的刮板以螺线形轨迹刮入泥斗，再借静压或污泥泵排出。水力特征：废水的流速由大向小变化。缺点：中心进水口处流速较大，且呈紊流，容易影响初期沉降效果。

预曝气沉淀池、向心辐流式沉淀池、斜板沉淀池（横向流斜板沉淀池、同向流斜板~ 、逆向流斜板~）

传统沉淀池的缺点：去除效率不高；体积太大占地面积大。改进：从原水水质和沉淀池的结构两方面。

斜板(管) 沉淀池的构造：斜流式沉淀池是根据浅池理论，在沉淀池的沉淀区加斜板或斜管而构成。它由斜板(管) 沉淀区、进水配水区、清水出水区、缓冲区和污泥区组成。优点：去除率高，停留时间短，占地面积小等。缺点：排泥困难，易堵，不耐冲击负荷。

沉砂池工作原理：以重力分离为基础，即将进入沉砂池的污水流速控制在智能使比重大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带走。

沉砂池作用：用以分离废水中比重较大的砂粒、灰渣等无机固体颗粒，使水泵和管道免受磨损和阻塞，同时也减轻沉淀池的无机负荷，使污泥具有良好的流动性，便于排放输送。工作原理：

以重力或离心力分离为基础，即将进入沉砂池的污水流速控制在只能使比重大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带走。（类型：平流式，曝气，多尔，钟式沉砂池）

平流式沉砂池构造：入流渠，出流渠，闸板，水流部分以及沉砂斗组成。

曝气沉砂池：原理污水在池中存在着两种运动形式，其一为水平流动（一般流速0.1m/s），同时在池的横断上产生旋转流动（旋转流速0.4m/s ），整个池内水流产生螺旋状前进的流动形式。由于曝气以及水流的螺旋旋转作用，污水中悬浮颗粒相互碰撞、摩擦，并受到气泡上升时的冲刷作用，使粘附在砂粒上的有机污染物淘洗于水中，获得较为洁净的沉渣。特点：①沉砂中有机物含量低于5％，长期搁置也不会腐化发臭。②具有预曝气、脱臭、防止污水厌氧分解、除泡作用以及加速污水中油类的分离等作用。

含油废水中油的存在状态：浮油 、乳化油 、溶解油 ；

隔油装置：1、隔油池：用自然浮上法分离、去除含油废水中可浮油的处理构筑物（平流式隔油池，斜板）

2、除油罐：为油田废水处理的主要除油装置，用以去除污水中的可浮油。

污油的脱水设备：带式除油机（立式，卧式，倾斜式）和脱水罐（立式，卧式）

混凝原理：混凝是通过向废水中投加化学药剂——混凝剂，破坏胶体的稳定性，使细小悬浮颗粒和胶体微粒聚集成较粗大的颗粒而沉淀，得以与水分离，使废水得到净化。

凝聚：指脱稳的胶粒相互聚集为较大颗粒的过程。絮凝：指未经脱稳的胶体形成大颗粒絮体的过程。 混凝：包括凝聚和絮凝两个过程。

混凝机理：1. 压缩双电层机理:双电层的厚度与溶液中的反离子的浓度有关。当向溶液中投加电解质，使溶

液中离子浓度增高时，则扩散层的厚度将减小。该过程的实质是加入的反离子与扩散层原有反离子之间的电斥力把原有部分反离子挤压到吸附层中，从而使扩散层厚度减小。由于扩散层厚度的减小，胶粒得以迅速凝聚。2. 吸附电中和机理:胶粒表面对异号离子、异号胶粒、链状离子或分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中和了电位离子所带电荷，减少了静电斥力，降低了ζ电位，使胶体的脱稳和凝聚易于发生。3. 吸附架桥（桥连）机理:吸附架桥作用主要是指链状高分子聚合物在静电引力、范德华力和氢键力等作用下，通过活性部位与胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥连的过程。本机理能解释当废水浊度很低时有些混凝剂效果不好的现象：因为废水中胶粒少，当聚合物伸展部分一端吸附一个胶粒后，另一端因粘连不着第二个胶粒，只能与原先的胶粒粘连，就不能起架桥作用，从而达不到混凝的效果。4. 沉淀物网捕机理： 沉淀金属氢氧化物(如Al(OH)3、Fe(OH)3) 或带金属的碳酸盐(如CaCO 3) 时，水中的胶粒和细微悬浮物可被这些沉淀物在形成时作为晶核或吸附质所网捕。

混凝剂：一般把能起凝聚与絮凝作用的药剂统称为混凝剂。

助凝剂：当单用混凝剂不能取得良好效果时，投加的某类辅助药剂以提高混凝效果。 影响混凝的因素：1. 废水水质的影响：浊度（浊度过高或过低都不利于混凝，浊度不同，所需的混凝剂用量也不同）；pH 值（在混凝过程中，都有一个相对最佳pH 值存在，使混凝反应速度最快，絮体溶解度最小）；水温（水温低，水的粘度增大，布朗运动减弱，混凝效果下降）；共存杂质（有些杂质的存在能促进混凝过程。而有些物质则不利于混凝的进行）

2. 混凝剂的影响：混凝剂种类（混凝剂的选择主要取决于胶体和细微悬浮物的性质、浓度。如水中污染物主要呈胶体状态，且ζ电位较高，则应先投加无机混凝剂使其脱稳凝聚，如絮体细小，还需投加高分子混凝剂或配合使用活性硅酸等助凝剂）；混凝剂投加量（与水中微粒种类、性质、浓度有关；与混凝剂品种、投加方式及介质条件有关）；混凝剂投加顺序(一般而言，当无机与有机并用时，先加无机混凝剂，再加有机混凝剂。但当处理的胶粒在50μm

以上时，常先加有机混凝剂吸附架桥，再加无机混凝剂压缩扩散层而使胶体脱稳)3. 水力条件的影响:搅拌强度和搅拌时间。（混合阶段：要求混凝剂与废水迅速均匀混合，为此要求

－1搅拌强度要大，但时间要短。速度梯度G 应在500–1000s ，搅拌时间t 应在10–30s 。反

应阶段：既要创造足够的碰撞机会和良好的吸附条件让絮体有足够的成长机会，又要防止生

-1成的小絮体被打碎，因此搅拌强度要小，而时间要长，相应G 和t 值分别应在20－70s 和

15－30min 。）

混凝的工艺过程：废水和混凝剂混合（使混凝剂尽快与水混合，需要短时间爱你高强度搅拌），反应（使药剂与水中的细小颗粒或胶体物质作用生成尽可能大的絮体，为沉降分离创造条件），沉降（使所生成的絮体与水分离，完成净化过程），出水和污泥排放。

混凝剂的投药方法：干投法（把经过破碎易于溶解的药剂直接投入废水中）和湿投法（将混凝剂和助凝剂配成一定浓度的溶液，然后按处理水量大小定量添加）

反应池的型式：机械搅拌、隔板反应池，涡流式反应池等其水流特点由大到小，沿着水流方向搅拌强度应越来越小。

澄清池：是用于混凝处理的另一种设备。在澄清池内，可同时完成混合、反应、沉降分离等过程。优点：占地面积小，处理效果好，生产效率高，节省药剂用量。缺点：对进水水质要求严格，设备结构复杂。根据泥渣与废水接触方式的不同，澄清池可分为：一类是悬浮泥渣型，有悬浮澄清池，脉冲澄清池；另一类是泥渣循环型，有机械加速澄清池和水力循环加速澄清池

中和法（利用碱性药剂或酸性药剂将废水从酸性或碱性调整到中性附近的一类处理方法）的处理对象:(1)含酸量小于3％～5％的酸性废水，(2)含碱量低于1％～3％的碱性废水。 酸性废水的中和处理：1、酸碱废水相互中和法，2、投药中和法，3、过滤中和法 滤料的选择原则：各种酸在中和后形成的盐具有不同的溶解度，其顺序大致为：Ca(NO3) 2、CaCl 2＞MgSO 4＞CaSO 4＞CaCO 3、MgCO 3。A 、中和处理含硝酸、盐酸废水时，滤料可选石灰石，大理石或白云石；B 、中和处理含碳酸废水时，含钙或镁的中和剂都不行，不宜采用过滤中和法；C 、中和含硫酸废水时，最好选用含镁的中和滤料(白云石) 。

（过滤中和设备：普通，升流式膨胀）升流式膨胀滤池：水流由下向上流动，流速高达30–70m/h，再加上生成的CO 2气体的作用，使滤料互相碰撞摩擦，表面不断更新，因此中和效果较好。

碱性废水的中和处理：1. 利用酸性废水中和；2. 加酸中和；3. 利用烟道气进行中和。

化学沉淀法：化学沉淀法是向废水中投加某种化学药剂，使它和其中某些溶解性物质发生化学反应，生成难溶

盐或氢氧化物而沉淀下来，从而被分离除去的方法。（氢氧化物、硫化物、钡盐沉淀法） 基本原理：1. 水中的难溶盐服从溶度积原则，即在一定温度下，在含难溶盐AmBn(固）的饱和溶液中，各种离子浓度的乘积为一常数，称为溶度积常数，记为K SP 。2. 难溶解盐溶解平衡可以用下列通式表示：

AmBn(固）

溶解

结晶

mA n++nBm-

若 [An+]m[Bm-]n

若 [An+]m[Bm-]n＝Ksp ，溶液饱和，但无沉淀

若 [An+]m[Bm-]n>Ksp，溶液过饱和，超过饱和的部分将沉淀析出。

若要降低水中某种有害离子A ，可采用以下方法：

* 向水中投加沉淀剂离子C ，以形成溶解度Ksp 更小的化合物AC ，从而从水中沉淀分离出来。

m-n+m m-* 利用同离子效应，向水中投加同离子B ，使得[A][B]> Ksp，形成AmBn 沉淀。

氢氧化物沉淀法：溶液的ph 值为沉淀金属氢氧化物的最重要条件，根据金属氢氧化物的容度积Ksp 及水的离子积Kw ，可以计算氢氧化物沉淀的PH 值

硫化物的沉淀法：溶解度与溶液PH 值密切相关，随PH 增加而增加

氧化-还原处理：污水中呈溶解状态的无机物和有机物，通过化学反应被氧化或还原为微毒、无毒的物质，或者转化成容易与水分离的形态，从而达到处理的目的。分药剂法、电化学法(电解) 和光化学法三大类。

电解：电解质溶液在直流电流的作用下，在两极上分别发生电化学氧化还原反应的过程。 电解法废水处理的实质：直接或间接利用电解槽中的电化学反应，即废水中的污染物在阳极被氧化，在阴极被还原，或者与电极反应产物作用，转化为无害物质被分离除去。 去除对象：离子态污染物，无机和有机的耗氧物质，致病微生物。

分类：按照污染物的净化机理可分为电解氧化法、电解还原法、电解凝聚法和电解浮上法；也可以分为直接电解法和间接电解法。按照阳极材料的溶解特性可分为不溶性阳极电解法和可溶性阳极电解法。 吸附：是指利用多孔性固体物质吸附废水中某种或几种污染物，以回收或去除某些污染物，从而使废水得到净化的方法。吸附剂：具有吸附能力的多孔性固体物质。吸附质：废水中被吸附的物质。

吸附机理及分类：吸附原因：溶质对水的流水特性、溶质对固体颗粒的高度亲和力。物理吸附（指吸附剂吸附质之间通过分子间力而产生的吸附）：吸附力为分子间力；没有选择性；吸附质并不固定在吸附剂表面的特定位置上，而是多少能在界面范围内自由移动；主要发生在低温状态下，放热较小；可以是单分子层或多分子层吸附；解吸容易；化学吸附（指吸附质与吸附剂之间发生化学反应，生成化学键力而引起的吸附）：吸附力为化学键力。有选择性，即一种吸附剂只对某种或特定几种物质有吸附作用。一般为单分子层吸附，分子不能在表面自由移动。吸附时放热量较大, 通常需要一定的活化能。在低温时，吸附速度较小。吸附牢固，解吸困难；离子吸附（指吸附质的离子由于静电引力作用聚集在吸附剂表面的带电点上并置换出原先固定在这些带电点上的其它离子）：吸附力为静电引力，有一定的选择性，吸附热与物理吸附相近

应用电解法处理含铬废水基本原理：（以钢板作电极）

阳极：

阴极：除氢离子获得电子生成氢外，废水中少量的六价铬直接还原。

电解中H+大量消耗，OH-逐渐增多，电解液变成碱性，并生成稳定的氢氧化物沉淀：

影响吸附的因素：1. 吸附质的性质：溶解度（一般吸附质的溶解度越低，越容易被吸附）、表面自由能（能使得液体表面自由能降低越多的吸附质，越容易被吸附) 、极性（极性的吸附剂易吸附极性的吸附质，非。。）、吸附质的浓度（浓度增加，吸附量增加，但是浓度增加到一定程度时，吸附量增加很慢）；2. 吸附剂的性质：比表面积（单位重量吸附剂的表面积，比表面积越大，吸附能力越强）、孔结构（孔径太大，比表面积小，吸附能力差，孔径太小，则不利于吸附质扩散，并对直径较大的分子起屏蔽作用）、极性（同性易吸附）、表面化学性质（吸附剂在制造过程中会形成一定量的不均匀表面氧化物，一般说来，有助于极性分子的吸附，削弱对非极性分子的吸附）；3. 操作条件：温度（吸附是放热过程，低温利于吸附，高温。。）、pH （pH 值影响到溶质的存在状态，也影响到吸附剂表面的电荷特性n ＋

和化学特性，进而影响到吸附效果）、接触时间（应保证吸附剂与吸附质有足够的接触时间）、废水中的共存物质。

吸附剂：活性炭（非极性，疏水性吸附剂。粒状和粉状）、树脂吸附剂（有机吸附剂。也叫吸附树脂。非极性，中等极性，强极性）、腐植酸系吸附剂（两类：天然的，腐植酸系树脂。吸附金属离子）

吸附操作方式和设备：静态吸附（间歇式操作）；动态吸附（连续式操作）：固定床（升流式与降流式）、移动床、流化床； 离子交换法：一种借助于离子交换剂上的离子和废水中电性相同的离子进行交换反应而除去废水中有害离子的方法。实质是一种特殊的吸附过程：它主要吸附水中以离子态存在的物质，并进行等当量的离子交换，对水进行软化和除盐，主要用于回收和去除贵重金属，净化放射性及有机废水。

离子交换树脂的结构：母体（骨架）和活性基团（可交换离子和固定离子）。特点：离子交换树脂是一类具有离子交换特性的有机高分子聚合电解质，是一种疏松的具有多孔结构的固体球形颗粒，不溶于水也不溶于电解质溶液。

离子交换树脂的种类：（功能基团的性质）：阳离子交换树脂、阴~~~、含特殊活性基团的离子交换树脂（树枝类型和孔结构）：凝胶型，大孔型，多孔凝胶型，巨孔型，高巨孔型（树脂交联度）低，一般，高。常用7-12%

离子交换树脂的性能：交换容量（用重量法或体积法定量表示树脂交换能力的大小。单位重量或体积的干树脂中离子交换基团的数量。常用容积法。）、选择性（离子交换树脂对水中某种离子能优先交换的性能。表征树脂对不同离子亲和力的差别。大小由表征系数来表征）、溶胀性（树脂交联度越小、活性基团越易离解或水合离子半径越大，则溶胀率越大）、粒度，密度（粒度对交换速度，水流阻力，反洗有很大影响。密度是设计交换柱、确定反洗强度的重要指标，也是影响树脂分层的主要因素。）、物理化学稳定性（物理稳定性是指树脂受到机械作用时(包括在使用过程中的溶胀和收缩) 的磨损程度，还包括温度变化时对树脂影响的程度。化学稳定性包括承受酸碱度变化的能力、抵抗氧化还原的能力等）。

离子交换工艺与设备：⑴交换阶段：是利用离子交换树脂的交换能力，从废水中分离脱除需要去除的离子的操作过程。工作层厚度越小树脂利用率越高，水流速度不超过交换速度则交换区的厚度小，树脂利用率低（2）反洗阶段：操作：逆交换水流方向通入冲洗水。目的：① 松通树脂层，使再生液能均匀渗入层中，与交换剂颗粒充分接触。② 清除交换过程截留的污染物和破碎的树脂。要求：树脂反洗时要膨胀30％～40％。冲洗水：自来水或废再生液。⑶ 再生阶段： 目的：①恢复树脂的交换能力。②回收有用物质。推动力：主要为浓差。再生是交换的逆过程。操作要点：是将再生剂以一定流速（4~8m/h）通过反洗后的树脂层，再生一定时间（不小于30min ），直到再生液中B 浓度低于某个规定值后为止。再生程度：一般控制在60~80％以下。(4)清洗阶段：目的：洗涤残留的再生液和再生时可能出现的反应产物。操作：通常清洗的水流方向和交换时一样，所以又称为正洗。一般，淋洗用水为树脂体积4~13倍，淋洗水流速为2~4m/h。设备：固定床（单床，多床，复床，混合床，联合床）连续床（移动床和流动床） 气浮法：通过某种方式产生大量的微气泡，使其与废水中密度接近水的固体或液体污染物微粒粘附，形成密度小于水的气浮体，在浮力的作用下，上浮至水面形成浮渣而实现液固或液液分离。对象：此法用于从废水中去除比重小于1的悬浮物、油类和脂肪，并用于污泥的浓缩。

实现气浮分离必须具备的条件：必须向水中提供足够的微细气泡；必须使目的物呈悬浮态或具有疏水性；必须使气泡与悬浮物质产生粘附作用。

气浮基本原理：1. 水中颗粒与气泡粘附条件（1）颗粒表面疏水性和润湿接触角（在静止状态下，当气、液、固三相接触时，气－液界面张力线和固液界面张力线之间的夹角(包含液相的) 称为平衡接触角，用θ表示。大于90时，固体表面疏水，易于为气泡所粘附，不易被水润湿）；（2）界面自由能（E ）：∆E 越大，颗粒与气泡粘附得越牢固，易于气浮处理。

（3）气-粒气浮体的亲水吸附和疏水吸附；2. 气浮过程的调节 污染物的颗粒能否与气泡粘附及粘附的牢固程度，与污染物的疏水性强弱有关。有时污染物的疏水性较弱，用气浮法处理时效率很低。为了增加废水中悬浮颗粒的疏水性，以提高气浮选效果，需向废水中投加化学药剂，这些化学药剂主要包括浮选剂、混凝剂和助凝剂等。

气浮法的分类：按水中气泡产生方法，可分为电解气浮法、散气气浮法（利用机械剪切力，将混合于水中的空气粉碎成细小的气泡，以进行气浮）和溶气气浮法。

加压溶气气浮法基本工艺流程：1）全溶气流程，（a ）溶气量大，增加了油粒或悬浮颗粒与气泡的接触机会；（b ）在处理水量相同的条件下，它较回流加压溶气气浮法所需的气浮池小，从而减少了基建投资。（c ）但由于全部废水经压力泵，所以增加了含油废水的乳化程度，而且压力泵和溶气罐均较其它两种流程大，因此投资和运转动力消耗较大。2）部分溶气流程，（a ）较全溶气气浮法所需的压力泵小，故动力消耗低（b ）压力泵所造成的乳化油量较全部溶气法低；（c ）气浮池的大小与全部溶气法相同，但较部分回流溶气法小。 3）回流加压溶气流程， （a ）加压的水量少，动力消耗省；（b ）气浮过程中不促进乳化；（c ）矾花形成好，后絮凝也少；（d ）不易堵塞；（e ）缺点是气浮池的容积较前两种流程大。 加压溶气气浮系统由压力溶气系统，空气释放系统和气浮分离设备三部分组成。 萃取：在废水处理中，萃取是向废水中加入一种与水互不混溶，但能良好溶解要去除污染物的有机溶剂，使其与废水充分混合接触，废水中的目标污染物大部分转入有机溶剂中，然后分离废水和有机溶剂，使废水得到净化的过程。（固液萃取，液液萃取）（工艺：混合，分离，回收）

萃取原理：分配系数 分配比 萃取率 萃取速度

膜分离：以选择性透过膜为分离介质，当膜两侧存在某种推动力(如压力差、浓度差、温度差等) 时，原料侧组分选择性地透过膜而达到分离或提纯目的的一类方法，统称为膜分离法。 膜分离法特点：高效节能、过程简单、易操作控制、无污染

膜分离种类：扩散渗析，电渗析，反渗析，超滤。

膜分离推动力：外界能量由低位到高位；化学位差由高位到低位。

扩散渗析的原理：利用离子交换膜的选择透过性，以浓度差为推动力来实现酸与盐或者碱与盐的分离。

电渗析的基本原理：在直流电场的作用下，以电位差为推动力，利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子的选择透过性，使溶液中的溶质与水分离，从而实现溶液的浓缩、淡化、精制和提纯的一种膜过程。

离子交换膜为什么具有选择透过性？

1、离子交换膜是一种由高分子材料制成的具有离子交换基团的薄膜，其所以具有选择透过性主要是由于膜上孔隙 和膜上离子基团的作用。

膜上孔隙是膜的高分子键之间的孔隙，用以容纳离子的进出和通过，是离子通过膜的大门和通道。

2、膜上离子基团是在膜的高分子链上，连接着的一些可以发生解离作用的活性基团。在水溶液中，膜上的活性基因会发生解离作用，解离所产生的离子(或称反离子）进入溶液。于是，在膜上就留下了带有一定电荷的固定基团。存在于膜微孔中的带一定电荷的固定基团，好比在一条狭长的通道中设立的一个个关卡或“警卫”，以鉴别和选择通过的离子。

3、离子交换膜的作用并不是起离子交换的作用，而是起离子选择透过性作用。

反渗透的原理：由于浓度差存在，半透膜又不允许溶质通过，所以水透过膜，使浓水一边液面升高，产生渗透压。在浓水边加压，当压力超过渗透压时，则水透过半透膜，即反渗透，实现净化过程。

超滤的原理：当液体混合物在一定压力下流经膜表面时，小分子溶质透过膜（称为超滤液），而大分子物质则被截留，使原液中大分子浓度逐渐提高（称为浓缩液），从而实现大、小分子的分离、浓缩、净化的目的。用于去除废水中大分子物质和微粒（分子量>500）。

微生物的生长规律：1）适应期（停滞期）微生物培养的初期阶段，微生物刚刚接入新鲜培养液时，对新的环境有一个适应过程，所以在此时期微生物的数量基本不增加，生长速度接近于零。2）对数期经过适应期的调整，微生物适应了新环境，在营养丰富的条件下，微生物的生长繁殖不受底物限制，微生物的生长速度达到最大，细菌数量以几何级数的速度增加。

3）平衡期（静止期）微生物经过对数期大量繁殖后，使培养液中的底物逐渐被消耗，再加上代谢产物的增加积累从而造成不利于微生物生长繁殖的食物条件和环境条件，增长速率下降死亡速率上升，微生物数量趋于稳定。衰老期（内源呼吸期）培养液中的底物几乎被消耗殆尽，营养物明显不足，微生物只能利用细菌体内的物质或者以死细菌作为养料，进行内源呼吸。微生物数量急剧减少。

影响微生物生长的环境因素：微生物的营养（好氧生物处理：BOD ：N ：P=100：5：1；厌氧消化处理：C/N比值在（10～20）：1范围）温度（厌氧处理两个最佳温度33~38，52~57；好氧处理20-35）、PH 值（好氧6.5~8.5厌氧6.7-7.4）、氧化还原电位（一般好氧微生物要求Eh 为+300~400mV，兼性厌氧微生物为在+100mV以上进行好氧呼吸，在+100mV以下进行无氧呼吸，专性厌氧细菌要求Eh 更低，为--300~600mV，好氧活性污泥Eh 在+200~600mV正常）、溶解氧（污水好氧处理中，溶解氧维持在3~4mg/L 为宜）、有毒物质（毒害作用主要表现在细胞正常结构遭到破坏、菌体内酶遭到破坏、失活）其它（红外线可以被光合细菌用作能源，在废水处理中，对有毒物质应严加控制）

反应速度：在生化反应中，反应速度是指单位时间内底物的减少量、最终产物的增加量或细胞的增加量。

反应级数：对于一般化学方程式：如果通过试验数据的处理，得出产物P 的反应速率表示为：

A 的初始浓度为CA0，k 为反应速率常数，反应级数为n ，则

有： 当n=0

当n=1

当n=2

产物P 的反应称为反应物A 的a 级反应；反应物B 的b 级反应，总称为（a+b）级反应。K 为反应的速率常数。（1）当a=0，b=0时，反应速率不受反应物A 、B 浓度的影响，是一个常数——零级反应（2）当a=0，b=1时，反应速率对反应物A 是零级反应，对B 是一级反应，即反应速度只受反应物B 浓度的影响； 当a=1，b=0时，反应速率不受反应物B 浓度的影响，对反应物A 是一级反应，即反应速度只受反应物A 浓度的影响。（3）当a=1，b=1时，反应速率受反应物A 、B 浓度的影响，是A 、B 的二级反应。

米氏方程：V=Vmax*[S]/([S]+Km) ；莫诺特方程：μ=μmax*S/(Ks+S) 它们是两个基本常用的生化反应动力学方程式q 是底物比降解速度 废水生物处理是利用微生物的新陈代谢作用，对废水中的污染物进行转化和稳定，使之无害化的处理方法。对污染物进行转化和稳定的主体是微生物

废水的好氧生物处理:在有游离氧存在的条件下，好氧微生物降解有机物，使其稳定、无害化的处理方法。

厌氧生物处理:在没有游离氧存在的条件下，兼性细菌和厌氧菌降解和稳定有机物的生物处理方法。

废水可生化性的实质：废水中所含污染物通过微生物的新陈代谢活动所能改变污染物结构、稳定污染物的程度。可生化性评价：BOD5/CODcr>0.45 好，0.3—0.45较好，0.2—0.3较差，

耗氧速率法：(1)若与a 线吻合，则微生物处于内源呼吸期，废水中污染物难生物降解，但对微生物无毒性抑制；(2)若与b 线吻合，则污染物是可生物降解的有机物；(3)若与c 线吻合，则污染物难生物降解，且对微生物有抑制作用。

好氧生物处理与厌氧生物处理的区别：1）起作用的微生物群不同 2）产物不同 3）反应速率不同 4）对环境条件要求不同 活性污泥：由细菌、菌胶团、原生动物、后生动物等微生物群体及其吸附的污水中有机和无机物质组成的、有一定活力的、具有良好的净化污水功能的絮绒状污泥。 活性污泥法：是以含于废水中的有机污染物为培养基，在有溶解氧的条件下，连续地培养活性污泥，再利用其吸附凝聚和氧化分解作用净化废水中有机污染物的一类生物处理方法。 活性污泥法处理系统的组成: 曝气池（微生物降解有机物的反应场所）、曝气系统（为微生物提供溶解氧、搅拌混合作用）、沉淀池（澄清（固液分离），污泥浓缩（使回流污泥的含水率降低，回流污泥的体积减少））、污泥回流系统（把二次沉淀池中的一部分沉淀污泥再回流到曝气池，以供应曝气池赖以进行生化反应的微生物）、剩余污泥排放系统（曝气池内污泥不断增值，增值的污泥作为剩余污泥从剩余污泥排放系统中排出）

活性污泥降解废水中有机物的过程及机理：1、初期吸附去除（吸附阶段）：废水与活性污泥微生物充分接触，形成悬浮混合液。废水中的污染物被微生物吸附和粘连。吸附机理：物理吸附和生物吸附的综合作用。吸附量的大小，主要取决于有机物的状态，活性污泥性质和反应器中水利条件。2、微生物的代谢（稳定阶段），呈胶体的大分子有机物被吸附后，首先被水解酶作用分解成小分子物质，然后和溶解性有机物在透膜酶或浓差的作用下选择性地渗入细胞体内。转移到细胞体内的有机物，在各种胞内酶的催化作用下，被微生物所代谢而降解，一部分经过一系列中间状态氧化为最终产物CO 2和H 2O 等，另一部分转化为新有机体，使细胞增殖。 表示及控制活性污泥微生物量的指标：混合液悬浮固体浓度（MLSS ）：混合液是曝气池中污水和活性污泥混合后的悬浮液。混合液悬浮固体浓度是指曝气池内单位体积混合液中干固体的含量，单位为g/l或mg/l。工程上还常用kg/m3，也称混合液污泥浓度，一般用X 表示。混合液挥发性悬浮固体浓度（ MLVSS ）：表示混合液活性污泥中有机性固体物质部分的浓度，单位为g/L, mg/L。 活性污泥的沉降性能指标：污泥沉降比（ SV ) ：混合液在量筒内静置沉淀30min 后，所形成的沉降污泥与原混合液的体积比的百分数。SV=混合液经过30分沉淀后的污泥体积 / 混合液体积*100%。污泥体（容）积指数（SVI ）：指曝气池出口处的混合液在静沉30min 后，1克干污泥所占有沉淀污泥容积的毫升数，单位为ml/g，但一般不标注。SVI=SV的百分数*10/MLSS(g/L) 回流污泥浓度：Xr=106 *r/SVI (r=1.2); 回流比R=X/(Xr--X) (X为污泥浓度=MLSS) 污泥龄; 污泥龄是指曝气池内活性污泥总量与每日排放的剩余污泥量之比，即活性污泥在曝气池内的平均停留时间，故又称“生物固体平均停留时间”，单位为d 。用θc 或t s 表示。 BOD —污泥负荷N S:在活性污泥法中，一般将有机底物与活性污泥的重量比值（F/M)，即曝气池内单位重量活性污泥，在单位时间内所承受的有机污染物量，称为污泥负荷，以N s 表示，单位为kg (BOD5 ) / kg(MLSS)·d 。F/M=Ns=Q*Sa/(X*V) (Sa为进水BOD5平均浓度)

BOD —容积负荷N V ：是指单位容积曝气池在单位时间内所承受的有机物量，称为容积负荷，以N V 表示，单位为kg(BOD5)/m3·d ；Nv=Q*Sa/V 曝气池平均需氧量：O2=a'*Q*Sr+b'*V*Xv (Sr为去除的BOD5浓度，Xv=MLVSS)

氧转移原理：气液传质过程通常遵循一定的传质扩散理论，气液传质理论目前有：双膜理论、浅层理论、表面更新理论；双膜理论，其基点是认为在气液界面存在着二层膜（即气膜和液膜）这一物理现象。这两层薄膜使气体分子从一相进入另一相时受到了阻力。当气体分子从气相向液相传递时，若气体的溶解度低，则阻力主要来自液膜。由双膜理论和扩散定律可得氧传递过程的基本方程：

提高氧转移速度的途径：提高Kla 值（Kla 值低时氧传递速度慢）；提高Cs 值； 氧转移的影响因素：（1）污水水质：溶解在污水中的憎水性有机物（表面活性物质）影响K La 值。（2）温度：K la 值随水温的上升而增大；（3）氧分压：c s 值受氧分压或气压的影响。气压降低，c s 值随之下降；反之则升高。

鼓风曝气：就是用鼓风机（或空压机）将压缩空气通过管道系统送入曝气池内的散气设备，以气泡形式分散进入混合液。组成：加压设备（鼓风机），布气设备（扩散器），管道系统。 机械曝气：大多是以安装在曝气池水面的叶轮的快速转动，进行表面充氧（曝气）。 曝气方法：鼓风曝气，机械曝气，鼓风—机械曝气联合

曝气池分类:按混合液的水力特征，可分为推流式、完全混合式和二者结合式三种；

推流式曝气池：污水（混合液）从池的一端流入，在后继水流的推动下，沿池长度流动，并从池的另一端流出池外。污水在从池首到池尾的流动过程中，污染物被降解。（常用鼓风曝气）

完全混合式曝气池：废水与回流污泥一起进入曝气池后，就立即与曝气池中原有混合液均匀混合，有机物浓度因稀释而降低。（常用机械曝气）

两种池型的结合（混合式）：在推流曝气池中，用多个表曝机充氧和搅拌时，混合液在曝气池内的流态，就每台表曝机的服务面积来讲是完全混合，但就整体而言又属于推流。

生物膜法：污水流经附着在某种载体上的生物膜而得到净化的处理方法成为生物膜法。其实质是使细菌和菌类微生物和原生动物，后生动物一类的微型动物附着在滤料或某些载体上生长繁育，并在其上形成膜状生物污泥—生物膜。污水与生物膜接触，污水中的有机污染物，作为培养物质，为生物膜上的微生物摄取，污水得到净化，微生物自身也得到繁衍增殖。 生物膜法主要构筑物：生物滤池，生物转盘，生物接触氧化池，生物流化床。

基本原理生物膜在载体上的生长过程：在滤池中，填充着数量相当多的挂膜介质（载体），污水通过布水设备均匀地喷洒到滤床表面上，在重力作用下，污水以水滴的形式向下渗沥，或以波状薄膜的形式向下渗流。最后，污水到达排水系统，流出滤池。水流过滤床时，有一部分污水、污染物和细菌附着在滤料表面上，其中的微生物利用有机底物而生长繁殖，逐渐在载体表面形成一层粘液状的生长有极多微生物的膜，称为生物膜。这个起始阶段称为挂膜，是生物滤池的成熟期。生长周期：吸附，生长，增厚，脱落。

生物膜的结构特征：形成初期，仅由好氧层组成；到一定厚度，由好氧层和厌氧层组成。 净化原理：生物膜呈蓬松的絮状结构，微孔多表面积大，具有很强的吸附能力。生物膜微生物以吸附和沉积于膜上的有机物为营养料进行代谢。增殖的生物膜脱落后进入废水，在二次沉淀池中被截留下来，成为污泥。如果有机物负荷比较高，生物膜对吸附的有机物来不及氧化分解时，能形成不稳定的污泥，这类污泥需要进行再处理。若负荷低，废水经过处理后，BOD 5可以降到25mg/L以下，硝酸盐（NO 3-）含量在10mg/L以上。（普通生物滤池、高负荷~~ 、塔式~~）

生物滤池构造：池体、滤料、布水装置、排水系统。

影响生物滤池性能的主要因：1、负荷率， 有机负荷（指每天供给单位体积滤料的有机物量，以N 表示，普通滤池：0.15~0.3；高负荷滤池：1.1左右）、 水力负荷（单位面积滤池或单位体积滤料每天流过的废水量(包括回流量) ，普通生物滤池：1 ~ 4 m3/m2.d；高负荷生物滤池： 5 ~ 28 m3/m2.d）；2、滤池高度（生物滤池的处理效率，在一定条件下随滤池高度的增加而增加，但当滤池高度超过某一数值后，处理效率的提高是微不足道的。通常滤池的高度为2~3米）；3、回流（利用处理后出水或生物滤池出水稀释进水的做法称为回流，回流水量与进水量之比叫回流比）；4、供氧（保证生物膜的正常工作；有利于排除代谢产物，自然通风供氧）。

厌氧生物处理：废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下，通过厌氧微生物 (包括兼性微生物）的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质的过程。

厌氧法的特点：应用范围广、能耗低、负荷高、剩余污泥量少，且其浓缩性、脱水性良好、氮、磷营养需要量较少、有杀菌作用、污泥易贮存

厌氧法的基本原理：厌氧生物处理是一个复杂的微生物化学过程，依靠三大主要类群的细菌，即水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌的联合作用完成。厌氧消化过程分为三个连续的阶段，即水解酸化阶段（复杂的大分子、不溶性有机物先在细胞外酶的作用下水解为小分子、溶解性有机物，然后渗入细胞体内，分解产生挥发性有机酸、醇类、醛类等。这个阶段主要产生较高级脂肪酸）、产氢产乙酸阶段（在产氢产乙酸细菌的作用下，第一阶段产生的各种有机酸被分解转化成乙酸和H 2，在降解奇数碳素有机酸时还形成CO 2）和产甲烷阶段（产甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、CO 2和H 2等转化为甲烷）。

厌氧法的影响因素：温度条件（产甲烷菌的温度范围为5-60℃。在35℃和53℃上下可以分别获得较高的消化效率）、pH 值（常保持反应器内的pH 值在6.5~7.5(最好在6.8~7.2)的范围内）、氧化还原电位、有机负荷（容积负荷：单位时间内反应器单位有效容积所接纳的有机物量，污泥负荷：单位时间内反应器单位重量污泥所接纳的有机物量，投配率：每天向单位有效容积投加的新料体积）、厌氧活性污泥（在一定的范围内，活性污泥浓度愈高，厌氧消化的效率也愈高。但也不是越高越好）、搅拌和混合、废水的营养比（厌氧法中碳:氮:磷控制为200-300:5:1为宜。碳氮比为10-18:1）、有毒物质（包括有毒有机物、重金属离子和一些阴离子等) 。

厌氧法的工艺与设备：按微生物生长状态分为厌氧活性污泥法和厌氧生物膜法；按投料、出料及运行方式分为分批式、连续式和半连续式；根据厌氧消化中物质转化反应的总过程是否在同一反应器中并在同一工艺条件下完成，又可分为一步厌氧消化与两步厌氧消化等。 稳定塘：一种构造简单、易于管理、处理效果稳定可靠的污水自然生物处理设施。

好氧塘：水深一般在0.5米左右，阳光能够直透塘底，塘内藻类生长繁茂，光合作用旺盛，塘水中溶解氧非常充足，好氧微生物活跃，BOD 去除率高，在停留时间2~6天后可去除80%以上。

兼性塘：塘深较深（1.2~2.5m），上层阳光能透射到的区域，藻类得以繁殖，溶解氧含量充足，好氧细菌活跃，为好氧区；底层有污泥积累，溶解氧几乎为零，主要由厌氧菌对不溶性的有机物进行代谢，为厌氧区；中部则为兼性区，实际上是好氧区和厌氧区中间的过渡区，大量兼性菌存在其中，随环境条件的变化以不同的方式对有机物进行分解代谢。 厌氧塘：处理污水原理与污水的厌氧生物处理相同。有效浓度为3~5米。 污水土地处理：在人工调控下利用土壤----微生物组成的生态系统使污水中的污染物净化的处理方法。在污染物得以净化的同时，水中的营养物质和水分也得以循环利用。（资源化、无害化、稳定化）