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废水处理过程基本概念及常用处理单元过程概述
一、 废水水质指标
CODCr（化学需氧量）：表征废水中有机污染物浓度参数，在酸性条件下，利用化学氧化剂（如高锰酸钾或重铬酸钾）将有机物氧化成二氧化碳（CO2）和水（H2O）所消耗的氧量。化学需氧量分铬法与锰法，本项目所指化学需氧量为铬法，单位mg/l，其值越小，说明水质污染程度越轻。
BOD5（五日生物需氧量）：表征废水中可生化的有机污染物浓度参数，单位mg/l其值越小，说明水质污染程度越轻。
氮：表征废水中氮元素浓度参数，废水中氮根据其存在形态可分总氮（TN）、氨氮（NH3-N）、凯氏氮（KN）及硝态氮亚硝态氮，TN＝NH3-N＋KN＋硝态亚硝态氮，单位mg/l。
SS（悬浮性固体）：表征废水中不溶性固体浓度参数，单位mg/l。
pH：表征废水酸碱性参数，无量钢，pH＝-lg〔H+〕，表征范围0-14，当pH<7.0表面废水呈酸性，pH越低酸性越强，当pH>7.0表面废水呈碱性，pH越高碱性越强。
TDS（总溶解性固体）：表征废水中溶解性固体浓度参数，TDS大部分由无机盐构成，盐分对生化处理污泥活性有直接影响，也对钢材有腐蚀性作用，单位mg/l。
P（磷）：表征废水中磷元素浓度参数，根据其存在形态又可分总磷、有机磷、磷酸盐、无机磷等，单位mg/l。
二、 常用处理单元简介
物理或物化处理单元
格栅
原理及功能：格栅是截流污水中粗大污物的处理设施，有一组平行的金属棒或栅条制成的框架组成。格栅被安装在污水渠道、泵房及水井的进口处或污水处理厂的前端，用以截留废水中粗大的悬浮物或漂流物（如纤维、碎皮、毛发、木屑、果皮、蔬菜、塑料制品等），以防止水泵、管道和处理设备堵塞，并减轻后续构筑物的处理负荷。被截留的物质称为栅渣。格栅通常设置在格栅井中，安装与水平面的倾角为50o~60o，当倾角小时清理时较省力，但占地较大。
收集调节
原理及功能：一般工业企业排放的废水，水质、水量、酸碱度等水质指标随排水时间的波动较大，会对后续处理单元产生冲击，需要设置收集调节池。调节池设置的主要目的有以下几个方面：
Ø 对生产废水进行收集储存。
Ø 对生产废水水质进行有效调节，防止对后序处理系统过高冲击。
Ø 当工厂由于大修等原因停产时，可以继续向生物处理系统输入废水。
Ø 如出现事故性排放时可暂时储存废水，防止进入后序处理系统，有效保障后序处理的稳定性及可靠性。
调节池对水质的调节一般有两种方式：
Ø 利用外加动力（如空气搅拌、叶轮搅拌、水泵循环）进行的强制性调节。
Ø 利用特殊的池型结构使不同时间、不同浓度的废水进行自身水力混合。
混凝反应
原理及功能：混凝反应是指在向废水中投加混凝剂并控制一定的pH值，混凝剂即会生成具有双电层结构的固体胶团（俗称矾花），“矾花”具有很强的带电性通过其共吸附、架桥、网捕等机理吸附废水中不溶性固体、胶体及部分溶解性物质然后通过沉淀、气浮方式将其分离从而达到去除废水中COD或其他特征污染物（如重金属离子、氟离子、磷酸盐等）。目前使用较为广泛的混凝剂主要有铝系混凝剂（如PAC、硫酸铝等）及铁系混凝剂（如硫酸亚铁、硫酸铁、氯化铁、聚合氯化铁、聚合硫酸铁）及其他混凝剂（如碳酸镁、活化硅胶等）混凝剂种类、投加浓度及pH控制等条件应根据试验或调试过程中确定。
沉淀
原理及功能：沉淀是水中的固体物质（主要是可沉固体）在重力作用下沉降，从而与水分离的过程。实际工程常用的沉淀池主要有两种：普通沉淀池、斜管（板）沉淀池。普通沉淀池根据池内水的流向可分为平流式、竖流式和幅流式三种。斜管（板）沉淀池是根据浅层沉降原理设计的新型沉淀池，池体内设置了斜管（板）层，与普通沉淀池相比具有容积利用率高和沉降效果好的明显特点。斜管安装角度通常为60°。沉淀池工作时，水从斜管内流过，水中的固体物质受到斜管壁的阻挡后沉降，并依靠重力作用自动滑入泥斗，污泥斗内的污泥定期通过污泥泵排入污泥池中暂存。沉淀池前端设置进水区，进水和药剂在进水区内通过搅拌机的搅拌在短时间内混合均匀后进入沉淀区沉淀。为强化沉淀效果通常在混凝反应后增加絮凝反应槽投加絮凝剂增加矾花的凝聚性从而强化沉淀效果。
生物处理单元
生物处理原理简介
废水生物处理就是利用微生物的新陈代谢作用，对废水中的有机物进行转化和稳定，使之无害化的处理。从微生物新陈代谢形式分，传统生物处理可分为好氧生物处理和厌氧生物处理两大类，其中好氧生物处理包括活性污泥法、生物膜法和稳定塘法等。厌氧生物处理根据其反应阶段可分为厌氧水解酸化及完全厌氧生物处理工艺，根据其反应器结构类型分大致可分为普通厌氧消化罐、UASB厌氧反应罐、AF厌氧接触池、IC内循环厌氧反应器、EGSB高效厌氧反应器等形式。
与微生物相关的污染物分类
污染物即污水处理系统所要去除的对环境有害的物质，其分类方法有多种，通常根据化学性质可分为有机污染物和无机污染物，无机污染物通常用物理的或化学的方法去除，微生物主要去除的即为有机污染物。有机污染物根据其物理特性和微生物的降解性可分为可生物降解有机物和不可生物降解有机物。可生物降解有机物通常用BOD5（5日生化需氧量）指标表示，而CODcr是指包含了可生物降解有机物和部分不可生物降解但可被化学药剂（污水处理中通常指重铬酸钾）氧化的有机物。判断废水的可生化降解性方法有多种，通常我们采用B/C（BOD5/CODcr）来衡量，当B/C＜0.2时认为不宜采用生化处理；当B/C在0.2~03时认为生化性较差，不宜直接采用生化处理，需要进行预处理；当B/C＞0.3时认为可以生化；当B/C＞0.45时认为生化性很好。
关于微生物在生物处理中对废水有机物起降解作用的目前主要认为是细菌，其他如真菌、丝状菌、原生动物、后生动物等主要作用被认为是构成微生物生态系统的食物链，并有助于生物絮体的形成。在废水生物处理系统中，通过显微镜观察不同类型微生物的生长情况有利于了解和掌握活性污泥（或生物膜）的生长情况，便于及时发现生物处理系统存在的问题。
微生物的生长是通过其新陈代谢来完成的，而新陈代谢是通过呼吸作用来实现的，呼吸作用即微生物利用废水中的污染物作为碳源和（或）能源（我们称之为基质），在有氧或无氧条件下将污染物转化为新细胞物质和二氧化碳或其他无毒物质。因此，根据呼吸作用有没有氧气参与，通常可将生物处理系统分为好氧生物处理和厌氧生物处理两大类。
微生物对污染物的降解过程
当在有氧状态下，废水与活性污泥（或生物膜）接触后，其中的有机污染物会首先被强烈的吸附到活性污泥（或生物膜）表面。细菌会分泌一种叫做胞外酶的物质，这种酶可以在细菌的细胞外对吸附的大分子有机物进行初步分解，成为小分子有机物，然后这些小分子的有机物就被吸收进入细胞内部，最终分解成为无机物（如CO2等）并释放出能量。在此过程中微生物还会利用分解过程中产生的中间产物和能量来合成新的微生物，使微生物不断增长繁殖，而有机物被不断分解。当在厌氧环境下，微生物通过厌氧消化将废水中的有机物转化成甲烷和二氧化碳
微生物生长（生物处理系统）的环境影响因素
微生物生长的影响因素众多，除废水有机物种类、浓度等因素外，一般最主要外部环境影响因素有营养、温度、pH值、溶解氧以及有毒物质等。
Ø 微生物营养
微生物的营养通常主要指碳源、氮源和磷源，好氧状态下其比例一般为BOD5（或CODcr）：N：P＝100：5：1。厌氧状态下其比例一般为BOD5（或CODcr）：N：P＝200-300：5：1，一般废水中的可生物降解有机物即可作为微生物生长的碳源，但对于工业废水，由于其中可生物利用的有机物往往较低，碳氮磷比例也没有达到其正常范围值内，因此在运行中需要另外投加碳源（如淀粉、生活污水、葡萄糖、废甲醇等），氮源（通常用尿素或化粪池水）和磷源（通常用磷酸二氢钾或磷酸二氢钠等含磷化合物），以满足营养比例要求。
Ø 温度
温度对微生物的影响根据不同类型微生物需要区别对待。对于好氧生物处理，主要以好氧微生物为主，最适宜生长的温度应控制在15℃～37℃之间，过高的温度会破坏细胞物质甚至导致微生物大量死亡，过低的温度虽不至于使微生物死亡，但会降低新陈代谢的能力，使微生物生长繁殖停止（即通常认为的冬眠状态），从而影响污染物的去除。厌氧菌对温度的适应范围相对较宽，大致在5-60℃之间，但不同的产甲烷菌适宜的温度范围是不一样的。工程应用上厌氧通常分常温厌氧、中温厌氧及高温厌氧。
Ø pH值
pH的影响也根据不同类型的微生物而有所不同，而对于传统的生物处理系统，pH值应保持在7.0～8.5之间，且pH值的波动不能太大。过高或过低的pH均会降低微生物的活性，破坏活性污泥的结构，导致值处理效果显著下降，并出现污泥大量流式的现象。
Ø 溶解氧
由于溶解氧需要参与微生物的新陈代谢作用，因此是影响微生物处理系统效果的重要因素。对于好氧处理系统，反应池内的溶解氧应控制在2～4mg/L为宜，对兼氧处理系统溶解氧应控制在＜0.5mg/L为宜，对于厌氧处理系统则应保持无氧状态即溶解氧控制在0mg/L。
Ø 有毒物质
工业废水中通常都存在对微生物有毒有害的物质。所谓有毒物质通常是指废水中存在的对微生物具有生长抑制和杀害作用的化学物质。有毒物质主要有某些重金属元素、盐类、某些有机物等。
一些有毒物质允许的最高浓度控制值可参考下表值。
毒物名称
控制浓度mg/L
毒物名称
控制浓度mg/L
铅
＜1
甲苯
＜7
汞
＜5
二甲苯
＜7
氰化物（CN-）
＜20
烷基苯磺酸钠
＜15
硫化物（S2-）
＜30
苯三酚
＜100
氨氮（NH4-N）
＜1000
对苯二酚
＜15
硫酸根
＜5000
邻苯二酚
＜100
盐分（Cl－）
＜5000
酚
＜100
氯苯
＜10
甲醛
＜150
苯胺
＜100
丙酮
＜9000
苯
＜10
油脂
＜50
三硝基甲苯
＜60
氟化物（F－）
＜10
在进入生化系统前应严格控制有毒物质的浓度。
Ø 活性污泥法
活性污泥法是悬浮生长型的好氧生物法，活性污泥由好氧和兼性微生物（包括细菌、真菌、原生动物、后生动物）及其代谢的和吸附的有机物、无机物组成，具有降解废水中有机物（也包括部分无机物）的能力，显示生物化学活性。活性污泥降解过程包括吸附、代谢、固液分离三个主要过程，其中吸附和代谢在生物曝气池中完成，固液分离在二沉池中完成。活性污泥法设计时的工艺参数除了对微生物生长有影响的外部环境因素外，主要还有以下几种：
进水水质水量――主要是控制进水有机物（CODcr）的浓度、营养比、有毒物质浓度。进水有机物浓度对于不同的处理系统要求不同，通常根据设计生化进水浓度控制，不能太高。
混合液悬浮固体（MLSS）――曝气池内污水与活性污泥混合后的悬浮固体总量。包括活性微生物、代谢产物、微生物不能降解的有机物和无机物。其中起作用的主要为活性微生物，为使系统达到设计的处理效果，曝气池内必须保证一定浓度MLSS值，以维持所需的微生物量。对于传统的活性污泥法通常控制曝气池内MLSS的浓度在3000mg/L～4000mg/L之间。
有机负荷（污泥负荷）――有机负荷包括进水负荷和去处负荷，前者指单位重量的活性污泥在单位时间内要保证一定的处理效果所能承受的进水有机物量｛kg（BOD5）/[kg（MLSS）·d]｝；后者指单位重量的活性污泥在单位时间去除的有机无量｛kg（BOD5）/[kg（MLSS）·d]｝
污泥回流比r――通常活性污泥法中的污泥在曝气池中生长繁殖，而在二沉池中进行泥水分离，分离后的污泥除剩余污泥排放外，需要将污泥回流至曝气池前端，以补充曝气池内的污泥量，通常回流比控制在50％～100％之间。
混合液回流比R――在有脱氮除磷等特殊要求下的生化处理工艺，一般需要将曝气池末端混合液或出水回流至曝气池前端，回流比根据设计所要达到的效果而定，一般可在200％～300％之间进行调整。
剩余污泥排放量和污泥龄――微生物在新陈代谢过程中会增值，导致活性污泥量增加，为维持曝气池内MLSS的浓度，必须将剩余的活性污泥及时排走。用新增的活性污泥将曝气池内原有的污泥全部替换掉所需的时间我们称为污泥龄（θC），设计时需要根据不同的设计方法来确定θC，而在实际运行中，通常可简单的用以下关系表示：θC＝曝气池内活性污泥量/每天排放的剩余污泥量。设计时θC需要结合经验进行选值或计算，当θC过大时，对应的污泥符合较小，剩余污泥量小，容易出现污泥老化现象；当θC过小时，活性污泥对有机物往往来不及降解就被排出，使处理效果下降，剩余污泥量大。
需氧量――确定曝气需氧量通常需要根据污水水质及所要到达的处理效果用公式来计算，并根据经验最终确定。需氧量确定后再计算需气量，然后留足余量的条件下选取供气设备。运行管理中通常控制好氧池溶解氧在2～4mg/L，兼氧池控制在小于0.5mg/L。此外，由于水中氧的溶解度随着温度的变化而变化，特别是在夏天高温季节，水温往往在30℃以上，此时水中能溶解的氧量会明显减少，因此在高温季节需要适当
在运行管理过程中可以用以下指标来衡量活性污泥的生长质量：
MLSS――对于不同的废水MLSS设计取值会有所不同，通常控制在3000mg/L～4000mg/L之间。
污泥沉降比SV――混合液静沉30分钟后的污泥容积与混合液的容积的比值，一般应控制在10％～30％之间。
污泥容积指数――指曝气池混合液沉淀30分钟后，单位重量决干污泥（含泥率100％）形成的湿泥的体积，SVI＝SV／MLSS（ml/g）。一般控制SVI值在50～150之间。
污泥沉降速度――当活性污泥浓度大于500mg/L时，污泥沉降以成层沉降形式进行，泥水之间有明显的界面，该界面的沉降速度即可表示为污泥沉降速度，一般良好的活性污泥其沉降速度在6m/h（2mm/s）左右。
活性污泥生物相――主要是通过显微镜观察活性污泥中微生物（包括细菌、真菌、原生动物、后生动物等）的种群数量、活性，污泥菌胶团的大小、数量、结构、颜色等来判断活性污泥的的生长情况。
活性污泥粒度和颜色――通过肉眼观察活性污泥的颗粒大小和颜色。
通常良好的活性污泥外观呈黄褐色，颗粒性好。