污水处理

一、工业废水的含义及分类定义:指工业企业各行业生产过程中产生和排放的废水，其中包含生产污水和生产废水。

二、工业废水的分类、类型和指标。

按行业的产品加工对象分类:冶金、造纸、纺织、印染等。

按工业废水中的主要污染物:无机废水(电镀、采矿)、有机废水(食品加工)。

按废水中污染物的主要成分:含酸废水、含碱废水、含酚废水等。

按处理的难易程度和危害性:危害性小的易处理废水、无明显毒性的易生物降解废水、难降解有毒废水。

2.工业废水造成环境污染的类型

1)含有无毒物质的有机废水和无机废水的污染；

2)含有有毒物质的有机废水和无机废水的污染；

3)含有大量不溶性悬浮物的废水污染；

4)含油废水造成的污染；

5)高浊度、高色度废水造成的污染；

6)酸性和碱性废水造成的污染；

7)含有各种污染物的废水造成的污染；

8)含氮、磷等工业废水造成的污染。

三、工业废水处理方法概述。

1.工业废水物理处理的定义:通过物理作用不改变废水成分的处理方法称为物理处理法；

操作单元:调节、离心分离、除油、过滤等。废水经过物理处理后，污染物的化学性质没有改变，只是污染物从水中分离出来。

2.工业废水化学处理的定义:应用化学原理和化学作用将废水中的污染物转化为无害物质以净化废水的方法称为化学处理。操作单元:中和、化学沉淀、化学氧化还原、臭氧氧化、电解、光氧化等。污染物经过化学处理后，化学性质发生变化，这种变化总是伴随着化学变化。

3.工业废水物理化学处理的定义:通过处理过程中相转移的变化来去除废水中污染物的处理方法称为物理化学处理。操作单元:混凝、浮选、吸附、离子交换、电渗析、扩散渗析、反渗透、超滤等。在物理化学过程中，污染物可以不参与化学变化或反应，直接从一个相转移到另一个相，也可以在化学反应后转移。

4.工业废水生物处理的定义:通过微生物的新陈代谢，将废水中的可溶性有机物和部分不溶性有机物氧化、分解、吸附，转化为无害的稳定物质来净化水的方法，称为生物处理。运行单元:好氧生物处理和厌氧生物处理。生物处理过程的本质是一个有微生物参与的有机物分解过程。分解有机物的微生物主要是细菌，其他微生物如藻类和原生动物也参与这一过程，但作用较小。现代污水处理技术按处理程度可分为一级、二级和三级处理。一级处理主要是去除污水中的悬浮固体污染物，大部分物理处理方法只能满足一级处理的要求。经过一级处理后，BOD一般能去除30%左右，达不到排放标准。一次处理属于二次处理的预处理。二级处理主要是去除污水中的胶体和溶解性有机污染物(BOD、COD)，去除率可达90%以上，使有机污染物达到排放标准。三级处理进一步处理可导致水体富营养化的难降解有机物、氮磷等可溶性无机物。

主要方法有生物脱氮除磷、混凝沉淀、砂比、活性炭吸附、离子交换和电渗析。

整个过程如下:粗格栅去除后的原污水由污水提升泵提升，再经过格栅去除或筛网装置，然后进入沉砂池；砂水分离后的污水进入初沉池，以上为一级处理(即物理处理)。初沉池出水进入生物处理设备，生物处理设备包括活性污泥法和生物膜法。(活性污泥法的反应器包括曝气池、氧化沟等。生物膜法包括生物滤池、生物转盘、生物接触氧化和生物流化床)，生物处理设备的出水进入二沉池，二沉池出水消毒后排放或进入三级处理。一级处理后是二级处理，三级处理包括生物脱氮除磷、混凝沉淀、砂滤、活性炭吸附、离子交换、电渗析。来自二沉池的部分污泥回流至一沉池或生物处理设备，部分污泥流入污泥浓缩池，然后进入污泥消化池。经过脱水和干燥设备，污泥最终得到利用。

四、各处理构筑物的能耗分析。

1.从污水提升泵房进入污水处理厂的污水通过粗格栅进入污水提升泵房，然后由污水泵提升至沉砂池前池。水泵的运行要消耗大量的能量，在污水厂总能耗中占有相当大的比例，与污水流量和要提升的扬程有关。

2.沉砂池沉砂池的作用是去除比重较大的无机颗粒。沉砂池一般设在泵站和倒虹吸管前，以减少无机颗粒对泵和管道的磨损；也可安装在初沉池前，以减轻沉淀池的负荷，改善污泥处理构筑物的处理条件。常用的沉砂池有平流沉砂池、曝气沉砂池、都乐沉砂池和贝尔沉砂池。在沉砂池中，主要能源是砂水分离器和吸砂机，以及曝气沉砂池的曝气系统、多尔沉砂池和贝尔沉砂池的动力系统。

3.一级沉淀池一级沉淀池是一级污水处理厂的主体处理构筑物，或者位于生物处理构筑物之前，作为二级污水处理厂的预处理构筑物。处理对象为SS和部分BOD5，可以改善生物处理构筑物的运行条件，降低其BOD5负荷。初沉池包括卧式沉淀池、放射式沉淀池和立式沉淀池。初沉池的主要耗能设备是排泥装置，如链带刮泥机、刮泥机、吸泥泵等。但由于排泥周期的影响，初沉池的能耗相对较低。

4.生物处理构筑物污水生物处理单元的工艺能耗占污水厂直接能耗的比例相当大，它和污泥处理的单位工艺能耗之和占污水厂直接能耗的60%以上。活性污泥曝气系统的曝气要消耗大量电能，基本上是相互联动运行，功率大，否则曝气效果不好，处理效果也不好。氧化沟处理工艺中安装的曝气器也是高能耗设备。与活性污泥法相比，生物膜法能耗较低，但目前应用较少，有待今后推广。

5.二沉池二沉池的容积消耗主要在吸泥和清除污水所指示的漂浮物，能耗相对较低。

6.污泥处理在污泥处理过程中，浓缩池、污泥脱水和干燥都要消耗大量的电能，污泥处理单元的能耗也是相当大的，这些设备的耗电量都是非常大的。

五、各处理构筑物的节能方式

1.污水提升泵房污水提升泵房要节能，主要考虑污水提升泵如何节约电能。科学地选择水泵，使水泵工作在高效区是一种有效的手段。合理利用地形，降低污水提升高度，也是降低泵轴功率N的有效途径。定期维护泵和减少摩擦也可以降低功耗。

2.沉砂池采用平流沉砂池，避免了平流沉砂池等需要动力设备的沉砂池。采用重力排砂，避免机械排砂，可大大节约能耗。

3.初沉池初沉池能耗低，主要能耗在排泥设备上。采用静水压法将明显降低能耗。

4.生物处理构筑物国外学者通过能耗和成本效益分析对生物处理工艺进行了比较。他们认为处理设施的大部分能耗发生在电机等单台设备上。因此，节能应从提高全厂功率因数、选择高效机电设备、降低高峰用电要求入手。他们提出的节能措施不仅包括提高电机的电气性能，解决运行中的技术问题，还包括污水厂产品中的能量回收。曝气系统的能耗相当大，对曝气系统能耗和能效的研究总是涉及到曝气设备的改造和创新。虽然新型曝气装置层出不穷，但目前仍可分为两类:第一类是利用浸没式多孔扩散头或空气喷嘴产生气泡将氧气转移到水溶液中的方法，第二类是机械搅拌污水使大气中的氧气溶解在水中的方法。微孔曝气、曝气扩散头的布置和曝气系统的调整都是节能的有效措施。在传统活性污泥处理厂的曝气池中设置前置厌氧区并采用浸没式搅拌器搅拌的节能生物除磷方案。这种简单的改造可以节省近20%的曝气能耗，如果计入混合能耗，节能可以达到12%。自动控制系统在污水处理中的应用可以节约能源。曝气系统进行分段曝气，溶解氧存在浓度梯度，既降低了能耗，又提高了处理效果，减少了污泥量。厌氧处理可以明显降低生物膜法的能耗。

5.二沉池排泥设备的研究和二沉池排泥方式的改进是降低能耗的有效方法。

6.污泥处理污泥处理系统的节能研究主要集中在污泥处理的能量回收上。从污水污泥中的有机污染物回收能量进行处理，早在上世纪初就已经付诸实践，但在能源危机之前一直被忽视。目前的回收途径有两种:一种是污泥厌氧消化气的利用，另一种是污泥焚烧热的利用。消化气体稳定，易于储存。可以通过内燃机或燃料电池转化为机械能或电能，也可以从消化污泥中回收余热用于加热。因此，消化气可以在不同程度上解决污水厂的能源自给问题。林等人比较了沼气发生器和燃料电池两种利用形式，认为燃料电池具有较高的能量利用率和良好的发展前景。消化气体的最大化利用是提高能量效率的主要途径。并网型沼气发电机组的研究和应用已在国内得到应用，是大型污水处理厂沼气综合利用的一条可行途径。另一种能源回收方式是在污水处理厂旁边建设城市固体废物焚烧厂，将固体废物与污水污泥一起焚烧，获得的电能用于处理厂的运行。城市污水处理的能耗分析和研究往往与节能技术和手段的发展不同步。由于缺乏对污水处理能量平衡分析方法的研究，节能措施的制定和实施往往是超前的。然而，大多数节能途径和手段往往是由处理厂的运行管理人员根据各处理设施的实际情况提出的，具有经验性和个体性，不一定适用于其他污水厂甚至工艺相似的污水厂。另一方面，从广义上讲，污水处理领域的技术创新、新材料、新设备的使用都蕴含着节能增效的潜力，因此节能的途径和手段往往非常广泛。

六、结论污水处理是一项能源密集型综合技术。一段时间以来，高能耗和高运行成本在一定程度上阻碍了我国城市污水处理厂的建设，部分已建成的处理厂因能耗原因处于停工或半停工状态。在未来很长一段时间内，能源消耗将成为城市污水处理的瓶颈。能否解决污水处理厂的能耗问题，合理分配能源，已成为决定污水处理厂运行效益的关键因素。能耗低不低也是未来新建污水处理厂可行性分析的决定性因素。发展高能效的污水处理技术，合理设计和运行污水处理厂，将是未来污水处理厂设计和运行的必由之路。