污水处理基知识 38页

污水处理基础知识目录第一章总论31、概论32、常用术语42.1污水42.2城市污水42.3生物化学需氧量（BOD）52.4化学需氧量（COD）52.5总有机碳（TOC）52.6总需氧量（TOD）52.7溶解氧（DO）62.8污水中的固体废物62.9水的酸度和碱度62.10水体自净62.11氧垂曲线72.12富营养化72.13好氧生物处理82.14厌氧生物处理92.15污泥92.16消化102.17污泥膨胀102.18硝化与反硝化102.19排水系统112.20水头损失122.21扬程122.22污水排放标准122.23污水处理122.24中水回用13第二章一级（物理）处理141、格栅142、沉砂143、沉淀144、气浮15第三章二级（生物）处理161、活性污泥法161.1传统活性污泥法161.2阶段曝气活性污泥法161.3吸附再生活性污泥法171.4延时曝气活性污泥法171.5高负荷活性污泥法18\n1.6完全混合活性污泥系统181.7深水曝气活性污泥法181.8深井曝气活性污泥法181.9浅层曝气活性污泥法191.10纯氧曝气活性污泥法191.11序批式活性污泥法191.12氧化沟活性污泥法201.13生物脱氮活性污泥法211.14生物除磷活性污泥法221.15脱氮除磷活性污泥法232、生物膜法242.1生物滤池252.2生物转盘252.3生物接触氧化法262.4生物流化床263、生物自然处理273.1稳定塘273.2土地处理27第四章三级（物化）处理281、混凝沉淀282、过滤技术293、活性炭处理304、臭氧氧化315、化学除磷316、离子交换处理327、脱盐技术338、消毒处理34第五章污泥处理351、污泥浓缩352、污泥厌氧消化353、污泥好氧消化364、污泥脱水（干化）375、污泥焚烧376、沼气利用387、最终处置38\n第一章总论1、概论在人们的日常生活中，盥洗、淋浴和洗涤等都要使用水，水被使用后便成为污水。现代城镇的住宅不仅利用卫生设备排除污水，而且随污水排走粪便和废弃物，特别是有机废弃物。因此生活污水含有大量有机物以及各种细菌、病毒等致病性微生物，也含有为植物生长所需要的氮、磷、钾等肥分，应当予以适当处理和利用。在工业企业中，几乎没有一种工业不用水。在总用水量中，工业用水量占有相当的比例。水经生产过程使用后，绝大部分成为废水。工业废水有的被热所污染，有的则挟带着大量的污染杂质，如酚、氰、砷、有机农药、各种重金属盐类、放射性元素和某些相当稳定生物难于降解的有机合成化学物质，甚至还可能含有某些致癌物质等。这些物质多数既是有害和有毒的，但也是有用的，必须妥善处理或回收利用。城市雨水和冰雪融水也需要及时排除，否则将积水为害，妨碍交通，甚至危及人们的生产和日常生活。在人们生产和生活中产生的大量污水，如不加控制，任意直接排入水体（江、河、湖、海、地下水）或土壤，使水体或土壤受到污染，将破坏原有的自然环境，以致引起环境问题，甚至造成公害。因为污水中总是或多或少地含有某些有毒或有机物质，毒物过多将毒死水中或土壤中原有的生物，破坏其生态系统，甚至使水体成为“死水”，使土壤成为“不毛之地”。污染、土壤污染、环境卫生以及污物在作物中残留等问题的研究工作，重视城市污水回用作工业用水或杂用水（如厕所冲洗水、洗车水、洒水、消防用水、空调用水等）的问题，应有针对性地对城市污水资源化进行试验研究，化害为利，在解决水污染的同时，解决某些缺水地区水资源不足的问题。对城市污水处理所产生的污泥，应加强综合利用的研究，以解决污泥的最终处置和出路问题。应大力加强水质监测新技术、操作管理自动化和水处理设备标准化的研究工作。国外在环境监测中已开始采用中子活化、激光、声雷达等新技术进行自动监测，不仅污水厂的运转采用了计算机程序控制，还可在24h内随时提供完整的全厂运转记录。目前，我国在污水处理方面基本上还是人工操作，某些水处理专用机械、设备、仪器、仪表等还没有标准化和系列化，因而与国外相比差距颇大，在这方面还要作大量工作。应对无害无废水工艺、闭合循环和综合利用积极开展研究和推广工作。近年来，我国一些工业企业努力改革工艺，采用闭路循环流程，做到少排甚至不排废水，对必须排放的废水开展综合利用等方面已取得了一些成果，既控制了污染又为国家创造了财富、但有的在生产中还处于试用阶段，有待进一步推广。对工业企业废水的经济有效的综合利用及水重复利用率的提高，还有待进一步研究和探索。\n2、常用术语2.1污水人类在生活和生产活动中，要使用大量的水。水在使用过程中会受到不同程度的污染，被污染的水称为污水。污水也包括降水。按照来源不同，污水可分为生活污水、工业废水和降水三类。生活污水是人类日常生活中用过的水，包括厕所、厨房、浴室、洗衣房等处排出的水，来自住宅、公共场所、机关、学校、医院、商店以及工厂中生活间，生活污水含有较多的有机物如蛋白质、动植物脂肪、碳水化合物和氨氮等，还含有肥皂和洗涤剂以及病原微生物菌、寄生虫卵等。这类污水需经处理后才能排入水体、灌溉农田或再利用。工业废水在工业生产中排出的污水，来自车间和矿场。由于生产类别、工艺过程和使用原材料不同，工业废水的水质繁杂多样。其中如冷却水，只受轻度污染或只是水温增高，稍做处理即可回用，它们被称为生产废水。而使用过程中受到较严重污染的水，其中大多有危害性，如含有大量有机物的；含氰化物、汞、铅、铬等有毒物质的；含合成有机化学物质的；含放射性物质的等等。另外也有物理性状十分恶劣如有臭味、有色、产生泡沫等。这些称为生产污水，大多需经适当处理后才能排放或回用。生产污水中所含有毒有害物质往往是宝贵的原料，应尽量回收利用。降水是指在地面上流泄的雨水、冰雪融化水。这类水虽然较清洁，但径流量大，若不及时排除，会造成对人类生活、生产的巨大影响。降水一般不需处理，可直接排入水体，但初降的雨水可携带大量地面上、屋顶上积存的污染物，并可能带有工厂排放出的有毒有害粉尘，污染程度较重的也要经过处理后排放。一般情况下，污水都需经过处理再排放，但对于处理程度的要求可有所不同。如进人受纳水体或土地、大气的，因环境具有一定的自净能力，在自净能力范围以内的，即环境容量允许的，可充分利用环境容量而减低对处理水平的要求；对于回收利用，也可按回收后用水的水质要求来确定处理水平。以此来求得最好的环境效益、社会效益和经济效益。2.2城市污水城市污水是指排入城市排水管道中的生活污水和城镇生活区的工业污水，实际上是混合污水，这种污水随各种污水的混合比例和工业污水中污染物质的特殊而异，这类污水也需经处理后才能排放。城市污水组成如下（一）城市污水组成家庭污水（粪便、杂用污水）生活污水公共污水（公共场所污水）城市污水医院污水（经消毒予处理）工业废水（经予处理.去除重金属等）初雨径流\n城市污水的水质，在主要方面具有生活污水的一切特征；但在不同城市，因工业的规模和性质不同，又同时受到工业废水的影响。典型的生活污水，其水质变化大体有一定范围，详见表l-1典型的生活污水水质示例表1-12.3生物化学需氧量（BOD）简称生化需氧量，简写为BOD，是污水的重要污染指标之一。污水中大多含有有机物。有机污染对水体污染、自净都有很大的影响，是污水处理的主要对象，在污水处理及环境保护领域内被广泛使用。生化需氧量是指在温度、时间都一定的条件下，微生物在分解、氧化水中有机物的过程中，所消耗的游离氧数量，单位为mg／L或kg/m3。有机物生物降解的过程，可分为两个阶段。第一阶段，有机物在好氧微生物作用下被降解，转化为CO2、H2O和NH3，在自然条件下，一般10－20天可以完成。第二阶段是NH3转化为硝酸盐的硝化反应，大约需百日可以完成。在第一阶段完成后，已不影响环境卫生，因此，水体只要保持第一阶段需要的氧，就可达到卫生要求。测定第一阶段污水降解的需氧量，需要20天，时间太长，一般都以五日为测定生化需氧量的标准，写为BOD5。而以第一阶段所需20天时间，近似地认为是完全生化需氧量，写为BODu或BOD20。，生活污水的BOD5约为BODu的70％，工业废水差别极大，应实地测定BOD5值。2.4化学需氧量（COD）是污水水质的重要指标之一。污水中某些有机污染物不具备被微生物降解的条件，无法用生化需氧量测定，可以用化学需氧量指标测定。用强氧化剂重铬酸钾在酸性条件下，把有机物氧化为H2O和CO2，此时所测定的耗氧量即为化学需氧量，写为COD。与生化需氧量比较，测定需时短，不受水质限制。化学需氧量一般高于生化需氧量，其间的差值，能大约表示不能为微生物降解的有机物。若污水中的有机物含量和组成相对稳定，二者可能有一定的比例关系，可以互相推算。生活污水的BOD5和COD的比值大致为0.4－0.8。用高锰酸钾也可做为测定COD的药剂，相对于用重铬酸钾，分别标记为CODMn和CODCr。2.5总有机碳（TOC）总有机碳TOC是目前在国内、外开始广泛使用的表示污水被有机物污染的综合指标。它所显示的数值是污水中有机物的总含碳量。测定原理是：先将水样酸化，通过压缩空气吹脱水中的无机碳酸盐，排除干扰，然后向氧含量已知的氧气流中注入一定数量的水样，并将其送入以铂钢为触媒的燃烧管中，在900℃的高温下燃烧，用红外气体分析仪测定在燃烧过程中产生的CO2量，并自动记录，再折算出其中的合碳量，就是总有机碳TOC值。测定时间仅需几分钟。2.6总需氧量（TOD）由于有机物主要组成元素是C、H、O、N、S等，当被氧化后，分别产生CO2、H2O、NO2和SO2，所消耗的氧量称为总需氧量TOD。\nTOD的测定原理是：向氧含量已知的氧气流中注入一定数量的水样，并将其送入以铂钢为触媒的燃烧管中，在900℃的高温下燃烧，水样中的有机物即被氧化，消耗掉氧气流中的氧，剩余氧量可用电极测定并自动记录。氧气流原有氧量减去剩余氧量即总需氧量TOD。可见TOD的值一般大于COD值。TOD的测定仅需几分钟。2.7溶解氧（DO）溶解于水中的分子氧。一般以每升水所含氧的毫克数表示。水中溶解氧饱和含量与水温、大气压力和水的化学组成有密切关系。在一个大气压条件下，0℃的蒸馏水中溶解氧达到饱和时的氧含量为14.62ms／L，在20℃时则为9.17mg／L。海水中溶解氧含量约为淡水的80%。溶解氧是鱼类和好氧菌生存和繁殖所必须的物质。溶解氧低于4mg／L时，鱼类则难以生存。当水源被有机物污染后，由于好氧菌氧化有机物，从而消耗了水中的溶解氧，如果不能从空气中及时补充消耗的氧，则水中溶解氧不断减少，甚至接近于零。此时厌氧菌就会大量繁殖，使有机物腐败，水产生臭气。在静止的水中，水面的氧靠扩散作用进入水层，因此，湖、塘水溶解氧含量与深度成反比。在流动的水中，湍流使氧迅速进入水中，湍流越大，氧溶解于水中的速度越快。2.8污水中的固体废物几乎所有污水都被固体废物污染。固体废物的组成包括有机性物质（又称为挥发性固体，习惯简写为（VS）和无机性固体。固体物质又可分为悬浮固体（SS）和溶解固体两类，二者在组成上又都包括着挥发性和固体两种。悬浮固体（SS）是污水的重要污染指标。它包括水面的漂浮物和水中的悬浮物以及沉于底部的可沉物。悬浮固体要通过过滤法测定，滤后截留在滤纸或滤布的物质即悬浮固体。可沉物是能够通过沉淀加以分离的固体物质。可沉物用沉淀筒或量筒测定，沉淀时间取1-2小时。几乎所有污水都含有可沉物，成分复杂。主要以有机物性质形成的可沉物称为污泥，主要是无机性物质的称为沉渣。2.9水的酸度和碱度水的酸度是指水中所含有的能与强碱发生中和作用的物质的量。这些物质归纳起来有以下三类：第一类是能全部离解出H+的强酸，如：HCI、H2SO4等；第二类是强酸弱碱组成的盐类，如NH4CI、FeSO4等；第三类是弱酸，如：H2CO3，H2SiO3等。酸度是用强碱的标准溶液（如0.lmol／LNaOH）滴定所测得。滴定时用甲基橙作指示剂测得的酸度称甲基橙酸度，只包括第一类和第二类强酸酸度：用酚酞作指示剂测得的酸度是上述三类酸度的总和，称为总酸度，也称酚酞酸度。天然水中由于含有碳酸盐或重碳酸盐等，而使水呈碱性，故一般天然水中不含强酸酸度。当有酸度存在时，即表示水可能被酸污染。2.10水体自净\n受污染的水体在经过一段时间后，由于物理、化学和生物的作用，水中污染物浓度降低，水体恢复到污染前的状态，称为水体自净。水体自净包括沉淀、稀释、混合等物理过程、氧化还原、分解化合、吸附凝聚等物理化学过程和生物化学过程。各种过程相互影响，同时发生并相互交织进行。污水中污染物排入水体，可沉性固体逐渐沉到水底成为污泥。悬浮物、胶体和溶解性污染物则因混合稀释而逐渐降低浓度。在一定条件下，水体中一些难溶性硫化物可以氧化为易溶性硫酸盐，可溶的二价铁、锰的化合物可转化为几乎不溶的三价铁、四价锰的氢氧化物而沉淀，一些硅、铝氧化物胶体或高岭土、蒙脱土一类的胶体，能在水中吸附各种阳离子或阴离子而与之凝聚并沉淀。悬浮和溶解于水中的有机污染物，在有溶解氧的条件下，会因好氧微生物作用分解为简单稳定的无机物如二氧化碳、水、氨等，使水体得到净化。水体存在的生物群可以反映河流水的自净的进程。河流污染时，对污染敏感的蜉蝣幼虫、硅藻等就会消失，而真菌、泥蠕虫和某些蓝藻、绿藻则占优势。当经过自净作用水质恢复洁净时，生物群也随之变化。因此可用生物群来判断水体自净状况。对受纳污水的水体的自净能力进行考察和了解，就可充分利用水体自净能力，减轻污染的人工处理负担，同时又能保证水体不受到污染。2.11氧垂曲线在水体污染和自净进程中，反映水中溶解氧浓度，随时间变化的曲线称为氧垂曲线。有机物在水中被好氧微生物降解为稳定的无机物，要消耗一定量的溶解氧。溶解氧除水体中原有的氧外，主要来自水面复氧（大气中氧在水面溶入水中）和水体中水生植物光合作用所放出的氧。在自净过程中，耗氧和复氧同时进行。溶解氧的变化状况反映了水体中有机污染物净化的过程，因而可以做为水体自净的一个主要标志。溶解氧的变化用氧垂曲线表示，如图1-1。图中Cp点为最大缺氧点。若点Cp点的溶解氧量不低于有关规定的量，说明从溶解氧的角度看，污水的排放未超过河段的自净能力，若排入有机污染物过多，超过河流的自净能力，则Cp点值低于规定的溶解氧含量，甚至在污水排放口以下某一段出现无氧状态，此时氧垂曲线中断，耗氧的规律被破坏，水体在无氧情况下，有机物被厌氧微生物作用进行厌氧分解，产生硫化氢、甲烷等，水质变坏，腐化发臭。正常情况下的溶解氧量图1-1氧垂曲线图2.12富营养化在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖；水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。在自然条件下，湖泊也会从贫营养状态过渡到富营养状态，沉积物不断增多，先变为沼泽，再变为陆地。不过这种自然过程非常缓慢，常需几千年甚至上万年。而人为排放含营养物质的工业废水和生活污水所引起水体富营养化现象，可以在短时期内出现。水体出现富营养\n化现象时，浮游生物大量繁殖，因占优势的浮游生物的颜色不同，水面往往呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等。这种现象在江河湖泊中称为水华，在海中则叫赤潮。天然水体中磷和氨（特别是磷）的含量在一定程度上是浮游生物数量的控制因素。生活污水和化肥、食品等工业的废水以及农田排水都含有大量的氮、磷及其他无机盐类。天然水体接纳这些废水后，水中营养物质增多，促使自养型生物旺盛生长，某些藻类的个体数量迅速增加，而藻类的种类则逐渐减少。水体中的藻类本来以硅藻和绿藻为主，蓝藻的大量出现是富营养化的征兆，随着富营养化的发展，最后变为以蓝藻为主。藻类繁殖迅速，生长周期短。藻类及其他浮游生物死亡后被需氧微生物分解，不断消耗水中的溶解氧，或被厌氧微生物分解，不断产生硫化氢等气体，从两个方面使水质恶化，造成鱼类和其他水生生物大量死亡。藻类及其他浮游生物残体在腐烂过程中，又把生物所需的氮、磷等营养物质释放入水中，供新的一代藻类等生物利用。因此，富营养化了的水体，即使切断营养物质的来源，水体也很难自净和恢复到正常状态。藻类既然源源不断地得到营养物质，一代一代繁殖下去，死亡的藻类残体沉人水底，一代一代堆积，湖泊就逐渐变浅，直至成为沼泽。水体中氮含量超过0.2～0.3mg／L，磷含量大于0.01～0.02mg／L，生化需氧量大于10mg／L，PH值7～9的淡水中细菌总数每毫升超过10万个，表征藻类数量的叶绿素-a含量大于10mg／L时发即认为此水体已为富营养化水体。富营养化造成水的透明度降低，阳光就难以穿透水层，从而影响水中植物的光合作用和氧气的释放，而表层水面植物的光合作用，可能造成溶解氧的过饱和状态。溶解氧过饱和以及水中溶解氧少，都对水生动物（主要是鱼类）有害，造成鱼类大量死亡。富营养化水体中底层堆积的有机物质在厌氧条件下分解产生的有害气体，以及一些浮游生物产生的生物毒素也会伤害鱼类。富营养化水中含有亚硝酸盐和硝酸盐，人畜长期饮用这些物质含量超过一定标准的水，会中毒致病。2.13好氧生物处理利用好氧微生物在有氧条件下将污水中复杂的有机物分解，并从释出的能量来完成微生物本身的繁殖和运动等功能。这是处理污水中有机物的重要方法。在好氧微生物的氧化分解过程中，污水中呈溶解状态的有机物首先透过微生物的细胞壁被微生物吸收；固体与胶体的有机物先被微生物所吸附，并在微生物所分泌的外酶作用下，分解成溶解状物质，然后再渗入到微生物细胞内。进人细胞内的溶解状有机物，在内酶的作用下，一部分被氧化分解成简单的无机物，如CO2、H20、NH3、NO3-、PO43-和SO42-等，同时释放出能量，微生物就利用这部分能量作为其生命活动的能源，并将另一部分有机物作为其生长繁殖的营养物质，合成新的细胞物质，使微生物得以增殖。为保证污水中有足够数量的微生物，以达到预期的处理效果，则应保持足够的营养物质，即污水中的有机物应有一定的浓度，实践证明，好氧生物处理中，有机物浓度（以BOD5计）一般应为100－500毫升／克；此外还要有足够的氮和磷，三者的比例关系是BOD5:N:P=100:5:1。若污水原水不能满足，如缺少氮或磷，则需人工适量投加。微生物在分解有机物和合成新的细胞物质过程中，需要消耗氧。细胞生长的典型范围是每氧化1千克BOD，生长0.3—0.6\n千克细胞，而需氧量的范围是0.5-0.4倍BOD去除量。因此，好氧生物处理系统，除靠自然复氧外，主要靠人工曝气或其他方式充氧。人工曝气有两个作用：一是供给微生物所需的氧，曝气过程就是将空气中的氧强制溶解到混合液中去的过程；二是搅拌作用，可使微生物在混合液中保持悬浮状态，与污水充分混合。好氧处理方法，基本上可分为生物膜法和活性污泥法两种。2.14厌氧生物处理是厌氧生物处理利用厌氧微生物降解污水和污泥中的有机物来净化污水的生物处理方法。在无氧条件下，厌氧细菌和兼性细菌（好氧兼厌氧）降解有机污染物，又称为厌氧消化法或厌氧发酵工艺，分解的产物主要是沼气和少量的污泥。有机物在厌氧条件下消化降解过程可以分两个阶段。第一阶段是酸性发酵阶段。污水中的复杂有机物，在酸性腐化菌或产酸菌的作用下，分解成简单的有机物，如有机酸、醇类等，以及CO2、NH3和H2S等无机物。由于有机酸的大量积累，污水的PH值下降到6以下。此后，由于有机酸和含氮化合物的分解，产生碳酸盐、氨、氮及少量的二氧化碳等，从而使酸性减退，PH值回升到6.6－6.8左右。这个过程是在酸性条件下进行的。第二阶段是碱性发酵阶段。在这个阶段，参与作用的微生物是甲烷细菌。酸性发酵阶段的代谢产物，在甲烷细菌作用下，进一步分解成污泥气，其主要成分是甲烷（CH4）、CO2及少量NH3、H2和H2S等。由于有机酸的迅速分解，PH值上升，一般范围是6.8－8.0，这个过程主要是在碱性条件下进行的。厌氧消化过程一般比好氧分解所需要的时间长，有机物分解不彻底。厌氧消化所产生的气体CH4约占50%－75%，CO2约占20%－30%，其余是氨、氮、硫化氢等，它的发热量为5000－6000千卡／米3，是一种很好的燃料，但带有臭味。厌氧生物处理适用于高浓度有机污水和好氧生物处理后的污泥。厌氧处理也可分为活性污泥法和生物膜法。厌氧活性污泥法有厌氧消化池、厌氧接触消化、厌氧污泥床等；厌氧生物膜法有厌氧生物滤池、厌氧流化床和厌氧生物转盘等。厌氧生物处理法能回收沼气能源；耐冲击负荷能力很高；处理水的稳定性好；消化系统的装置密封可防止臭味和疾病的传播；处理过程需要营养物少；不需要供氧；污泥产量少。但厌氧微生物的培养驯化期较长，对有机污染物处理不彻底，尚不能满足排放标准，还需要再进行后处理。2.15污泥污水处理过程中产生的沉淀物质，包括污水中所含固体物质、悬浮物质、胶体物质以及从水中分离出来的沉渣，统称为污泥。污泥中含有毒或有害物质，但多数污泥中还含有植物肥分及其他有用物质。因此，污泥的处理和利用是污水处理中一个十分重要的内容。污泥的性质主要是：l）含水率很高，初次沉淀池中排出的污泥含水95%左右，二次沉淀池排出的污泥含水96－99%。含水率大，不易处理。2\n）污泥中含有挥发性物质和灰分，前者代表污泥中所含有机杂质，后者代表所含无机杂质，都以污泥干重中所占百分比表示。3）污泥中含有微生物，生活污水、医院污水、食品工业废水和制革工业废水等的污泥中含有大量细菌、病毒和寄生虫卵。4）污泥中含有有毒物质，如氰、汞、铬或某些难以分解的有毒有机物。污泥的处理工艺包括污泥的浓缩、消化、脱水、干化及焚烧等以及最终处理。污泥处理可以产生沼气，也可以用做农肥、制做建筑材料以及其他如制做蛋白饲料，提取维生素B12、胡萝卜素、硫胶等。2.16消化利用微生物的代谢作用，使污泥中有机物质稳定化。污泥消化可以好氧处理，也可以用厌氧处理。好氧处理主要是不提供营养物质，使微生物处于内源呼吸状况，自行消耗，不断减少，这种方法动力消耗大费用高，很少采用，而主要采用厌氧分解处理。污泥的厌氧消化主要是经过酸性消化和碱性消化两个过程，消化后的污泥称消化污泥或熟污泥。熟污泥体积显著减少，呈黑色粒状结构，易脱水，性质稳定，卫生状况改善很多，可以作为农肥。消化过程产生沼气，可收集利用为能源。2.17污泥膨胀在活性污泥法处理污水时，起主要作用的活性污泥，在正常情况下，因污泥本身的絮凝作用形成菌胶团，有良好的沉淀性能，含水率在99%左右。但当污泥变质时，其结构松散、体积膨胀、含水率上升、澄清液稀少、颜色也有变异。这种现象，称为污泥膨胀，污泥膨胀严重影响活性污泥法的净化功能。污泥膨胀主要是丝状菌大量繁殖所引起的，也有由于污泥中结合水异常增多所致。一般污水中若碳水化合物较多或缺少氮、磷、铁等养料，溶解氧不足、水温高或PH值较低，都易引起丝状菌大量繁殖。超负荷运行、污泥龄过长、有机物浓度梯度小等，也会引起污泥膨胀。排泥不畅则会引起结合水过多的污泥膨胀。当污泥发生膨胀时，可以针对膨胀的原因采取措施。如缺氧、水温高，可加大曝气量或降低进水量以减轻负荷。如污泥负荷率过高，可适当提高混合液中的污泥浓度；必要时还可暂停进水，曝气运行一段时间。如缺氮、磷、铁等养料，可投加硝化污泥或氮、磷等。如PH值过低，可加石灰调节。若污泥大量流失，可投加5－10mg／L氯化铁，促进凝聚，并刺激菌胶团生长。也可投加漂白粉或液氯（按干污泥的0.3－0.6%投加），以抑制丝状菌繁殖。污泥膨胀的原因很多，目前有些原因还没有能充分认识，有待进一步研究。2.18硝化与反硝化（1）硝化：现行的以传统活性污泥法为代表的好氧生物处理法，其传统功能是去除废水中呈溶解性的有机物。至于氮、磷只能去除细菌细胞由于生理上的需要而摄取的数量，这样，废水中氮的去除率为20%～40%，而磷的去除率仅为5%～20%。\n在自然界存在着氮循环的自然现象。在采取适当的运行条件后，是能够将这一自然作用运用在活性污泥反应系统的。在未经处理的新鲜废水中，含氮化合物的主要形式有：有机氮，如蛋白质、氨基酸、尿素、胺类化合物、硝基化合物等；氨态氮（NH3NH4+），一般以前者为主。含氮化合物在微生物的作用下，相继产生下列各项反应。l）氨化反应有机氮化合物，在氨化菌的作用下，分解、转化为氨态氮（NH3NH4+），这一过程称之为“氨化反应”。2）硝化反应在硝化反应的作用下，氨态氮进一步分解氧化，并分两个阶段进行，首先在亚硝化菌的作用下，使氨（NH4）氧化为亚硝酸氮，反应式为：亚硝化菌NH4＋3/2O2N2O-＋H2O＋2H+继之，亚硝酸氮在硝酸菌的作用下，进一步氧化为硝酸氮，其反应式为：硝酸菌NO2-+1/2O2NO3-硝化反应的总反应式为：NH4+＋2O2NO3-＋H2O＋2H+（2）反硝化反硝化反应是指硝酸氮（NO3－N）和亚硝酸氮（NO2－N）在反硝化菌的作用下，被还原为气态氮（N2）的过程。2.19排水系统在城市和工业企业中，应有效地、及时地排除污水和雨水，以免污染和破坏环境，生活和生产，甚至威胁人类健康。为了系统地排除污水而建设的一整套工程设施称为排水系统。排水系统通常由管道系统（排水管网）和污水处理系统（即污水处理场）组成。排水系统是收集和输送污水的设施，包括排水设备、管道（渠道）、检查井等附属构筑物、水泵站和出水口等工程设施。污水处理系统包括处理和利用污水的设施如各种构筑物、设备及设施等。排水系统体制分为合流制排水系统和分流制排水系统。合流制排水系统是将各种污水、雨水集中于同一管渠排出，许多老城市都用这种方式，污水并不经处理而直接排入水体，污染环境。为弥补这个缺陷，现在常采用的是截流式合流制排水系统。这种系统是在临河岸边设截流干管及溢流井，另外需设污水处理厂。晴天和初降雨时所有污水都经截流管送人污水处理厂经处理后排放。雨季中降水量增加，当混合污水流量超过截流管的输送能力后，部分混合污水经溢流井直接排入水体。老城市在改建合流制排水系统时，主要采用这种方式。分流制排水系统是将生活污水、工业污水和雨水分别在两个或两个以上各自独立的管渠内排除。排除生活污水、工业污水（包括废水）的系统称污水排水系统。排除雨水的称雨水排水系统。\n在工业企业中，一般采用分流制排水系统。但常因工业污水的成分和性质复杂，和生活污水不宜混合，否则会造成处理的复杂化以及水重复利用与回收污染物质不利，所以又多采用分质分流、清污分流的几种管道系统来分别排除。对含有特殊污染物质的工业污水，应在车间设置局部处理设施，单独处理后再排放。冷却水在冷却处理后循环使用。如条件允许，工业企业的生活污水和工业污水也可直接排人城市管网，合并入城市污水厂处理。2.20水头损失当污水从有压管路或构筑物中流过时，由于管道或构筑物局部及沿程阻力的作用，会产生一部分能量损失，此损失即称为水头损失。水头损失一般为KPa、MPa表示或用水柱高度（mH2O）表示。2.21扬程它表示单位重量液体通过水泵后其能量的增加值。扬程通常指总扬程，又名为总水头，常用于表示泵的特性。用字母H表示。单位是mH2O、Pa、KPa。若水的密度为ρ=1000kg／m3，则有：1mH2O=9800Pa＝9.8kPa。如果水泵输送的是水，单位重量的水流进水泵时所具有的能量为E1，流出水泵时所具有的能量为E2。则水泵的扬程H＝E2-E12.22污水排放标准现行污水排放标准有《工业“三废”排放试行标准（GBJ4-73）》，《污水综合排放标准（GB8978-1996）》，《农用污泥中污染物控制标准（GB4284－84）》等。有关污水排放的行业标准涉及各类工业，如《制革工业水污染物排放标准（GB3549-83）》，《石油炼制工业水污染物排放标准（GB3551-83）》，《电影洗片水污染物排放标准（GB3553-83）》，《医院污水排放标准（GBJ48-83）》，《石油化工污染物排放标准（GB4281-84）》，《造纸工业水污染物排放标准（GB3544-92）》，《纺织染整工业水污染物排放标准（GB4287-92）》，《钢铁工业水污染物排放标准（GB13456-92）》，《肉类加工工业水污染物排放标准（GB13457-92）》，《合成氨工业水污染物排放标准（GB13458-92）》等，可作为规划、设计、管理与监测的依据。例如GB8978-1996中规定，第二类污染物最高允许排放浓度一级标准的悬浮物（SS）为20mg／L，BOD5为20mg／L，COD为60mg／L，氨氮为15mg／L；二级标准中SS为30mg／L，BOD5为30mg／L，COD为120mg／L，氨氮为25mg／L。2.23污水处理污水处理就是采用各种技术与手段，将污水中所含的污染物质分离去除、回收利用，或将其转化为无害物质，使水得到净化。现代污水处理技术按原理可分为物理处理法，化学处理法和生物化学处理法三类。物理处理法：利用物理作用分离污水中呈悬浮固体状态的污染物质。方法有：筛滤法，沉淀法，上浮法，气浮法，过滤法和反渗透法等。\n化学处理法；利用化学反应的作用，分离回收污水中处于各种形态的污染物质（包括悬浮物、溶解物及胶体等）。主要方法有中和、混凝、电解、氧化还原、汽提、萃取、吸附、离子交换和电渗析等。化学处理法多用于处理生产污水。生物化学处理法：是利用微生物的代谢作用便污水中呈溶解、胶体状态的有机污染物转化为稳定的无害物质。主要方法可分为两大类，即利用好氧微生物作用的好氧法（好氧氧化法）和利用厌氧微生物作用的厌氧法（厌氧还原法）。前者广泛用于处理城市污水及有机性生产污水，其中有活性污泥法和生物膜法两种；后者多用于处理高浓度有机污水与污水处理过程中产生的污泥。城市污水与生产污水中的污染物是多种多样的，往往需要采用几种方法的组合，才能去除不同性质的污染物与污泥，达到净化的目的。现代污水处理技术，按处理程度划分，可分为一级、二级和三级处理。一级处理，主要去除污水中呈悬浮状态的同体污染物质，物理处理法大部分只能完成一级处理的要求。经过一级处理后的污水，BOD一般只去除30%左右，达不到排放标准。一级处理属于二级处理的预处理。二级处理，主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质（即BOD，COD），去除率可达90%以上，使有机污染物达到排放标准的要求。三级处理，是在一级、二级处理后，进一步处理难降解的有机物、磷和氮等能够导致水体富营养化的可溶性无机物等。主要方法有生物脱氮除磷法、混凝沉淀法、砂滤法、活性炭吸附法、离子交换法和电渗析法等。三级处理是深度处理的同义语，但两者又不完全相同，三级处理常用于二级处理之后，而深度处理则以污水回收、再用为目的，在一级或二级处理后增加的处理工艺。污水再用的范围很广，从工业上的重复利用、水体的补给水源到成为生活用水等。对于某种污水，要根据污水的水质、水量，回收其中有用物质的可能性、经济性、受纳水体的具体条件，并结合调查研究与经济技术比较后决定采用哪几种处理方法以组成系统，必要时还需进行试验。2.24中水回用中水回用是指民用建筑物或居住小区内使用后的各种排水如生活排水、冷却水及雨水等经过适当处理后回用于建筑物或居住小区内，作为杂用水的供水系统。杂用水主要用来冲洗便器、冲洗汽车、绿化和浇洒道路。设置中水回用既可以有效地利用和节约有限的、宝贵的淡水资源，又可以减少污、废水排放量，减轻水环境的污染，还可以缓解城市下水道的超负荷现象。具有明显的社会效益、环境效益和经济效益。中水系统由中水原水系统、中水处理设施和中水供水系统三部分组成。中水原水是指选作中水水源而未经处理的水。原水主要有：冷却水、沐浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房排水、厕所排水等。中水系统按服务的范围分为三类：建筑中水系统、小区中水系统和城镇中水系统。\n第二章一级（物理）处理污水一级处理指去除污水中的漂浮物及悬浮状态的污染物质，调节PH值，减轻污水的腐化程度和后处理工艺负荷的处理方法。一般做为污水处理的预处理手段。1、格栅格栅是污水处理中一种最简单的过滤设备。用一排平行的金属栅条做成的金属框架，按呈60º的角度斜置在污水流过的渠道上，用以截阻大块的固体污染物质。栅条的缝隙宽度为15－50mm。格栅的筛余物用人工或机械清除。格栅栅条的断面形状有矩形、圆形和带半圆的矩形。圆形断面栅条的水力条件好，水流阻力小，但刚度较差，一般多采用矩形断面的栅条。污水流经格栅时，必须保持一定的流速。流速过小时，固体污染物易沉淀在渠道中，流速过大时，固体污染物又可能嵌入栅条间隙。一般污水通过格栅的最小流速采用0.3m／s，最大流速不超过1.0m／s。为了防止渠道在格栅处的壅水现象，栅后的渠底应比栅前低100－150毫米。进水渠在平面上也应采用渐变段，由格栅处向上游逐渐展宽，渐宽部分的展开角采用20度。用以清除格栅筛余物的机械，所占空间很小，安装运行也很简便。2、沉砂沉砂为从水中分离出砂、煤屑等无机颗粒。依重力分离方法，将沉砂池内的水流速控制到只能使比重大的颗粒沉降下来，而不让较轻的有机颗粒沉降，以便把无机颗粒和有机颗粒分离开，分别处置。一般沉砂池能够截留的砂粒粒径在0.15mm以上。沉砂池的型式很多，以平流沉砂池的处理效果为最好，应用最广。目前较先进的技术是曝气沉砂池，即在沉砂池一侧曝气，使污水在池内呈螺旋状流动前进，以曝气旋流速度控制砂粒的分离，当流量变化时仍能保持稳定的除砂效果。同时在曝气作用下，污水中的有机颗粒经常处于悬浮状态，也可使砂粒互相摩擦，擦掉附着在表面上的有机污染物，以利于取得较为纯净的砂粒。3、沉淀沉淀是运用沉淀理论去除水中悬浮物的一种技术，在给水净化和污水处理工艺中应用广泛。沉淀池的型式繁多，按池内水的流向不同可分为平流式、坚流式和辐流式三种，还有新型的加斜板或斜管的沉淀池。（1\n）平流式沉淀池在给水净化和污水处理中常被采用。池体平面一般呈矩形，由进水口、水流部分、出水口和污泥斗组成。进口设在池长的一端，一般采用淹没进水孔，水由进水渠道通过均匀分布的进水孔流入池体，进水孔后设有挡板，使水流可以均匀分布在整个池宽的横断面，沉淀池的出水口设在池长的另一端，多采用溢流堰，以保证沉淀后的澄清水沿池宽均匀地流入出水渠。堰前设浮渣槽和挡板以截留水面浮渣。水流部分的池宽和深度应保证水能沿池的过水断面均匀而缓慢稳定地流过。池的长宽比一般不小于4，池的有效水深一般不大于3米。污泥斗多设在池前部的池底以下，呈漏斗形，用以积聚水中沉淀下来的部分污泥，斗底有排泥管，定期排泥。这种沉淀池构造简单，工作性能稳定，沉淀效果好。（2）竖流式沉淀池池体平面为圆形或方形。污水设在池中心的污水管自上而下排入池中，中心出水管设伞形挡板，使污水在池中均匀分布，并沿池的整个断面缓慢上升。悬浮物依重力降入池底锥形污泥斗中，澄清水在池上端周围的溢流堰中排出。溢流堰前也设浮渣槽和挡板，保证出水水质。这种池占地面积小，池深大，池底为锥形。在污水处理中使用较多。（3）辐流式沉淀池平面多为圆形，直径较大而池深较小，直径为20－100米，池中心水深不大于4米，周边水深不小于l.5米。水自池中心进水管入池，沿半径方向向池周边缓慢流动。悬浮物在流动中沉淀下来，并沿池底坡度向污泥斗集聚，澄清水在池周溢流出水渠。这种池处理水容量大，但占地面积大，排泥设备较复杂。（4）新型沉淀池在沉淀池中加设斜板或斜管，所以大大提高沉淀效率，缩短沉淀时间，减小沉淀池体积。沉淀池有各种不同的用途。如在曝气池前设初次沉淀池，可以降低水中悬浮物含量，以减轻生物处理负荷，在曝气池后设二次沉淀池，可以截留并浓缩活性污泥。4、气浮气浮法是固液分离或液液分离的一种技术。它是通过某种方法产生大量的微气泡，使其与废水中密度接近于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，完成固液或液液分离。气浮法用于从废水中去除比重小于1的悬浮物、油类和脂肪，并可用于污泥的浓缩。加压溶气气浮是目前应用最广泛的一种气浮方法。空气在加压条件下溶于水中，再使压力降至常压，把溶解的过饱和空气以微气泡的形式释放出来。加压溶气气浮工艺由空气饱和设备、空气释放设备和气浮池等组成。其基本工艺流程有全溶气流程、部分溶气流程和回流加压溶气流程3种。1）全溶气流程该流程如图2-1所示，是将全部废水进行加压溶气，再经减压释放装置进入气浮池进行固液分离。与其它流程相比，其电耗高，但因不另加溶气水，所以气浮池容积小。至于泵前投混凝剂形成的絮凝剂是否会在加压及减压释放过程中产生不利影响，目前尚无定论。从分离效果来看并无明显区别，其原因是气浮法对混凝剂反应的要求与沉淀法不一样，气浮并不要求将絮体结大，只要求混凝剂与水充分混合。2）部分溶气流程\n该流程是将部分废水进行加压溶气，其余废水直接送人气浮池。该流程比全溶气流程省电，另外因部分废水经溶气罐，所以溶气罐的容积比较小。但因部分废水加压溶气所能提供的空气量较少，因此，若想提供同样的空气量，必须加大溶气罐的压力。图2－l全溶气方式加压溶气气浮法流程1-原水进入；2-加压泵；3-空气加人；4-压力溶气罐（含填料层）；5-减压阀；6-气浮池；7-放气阀；8-刮渣机；9-集水系统；10-化学药剂3）回流加压溶气流程该流程将部分出水进行回流加压，废水直接送入气浮池。该法适用于含悬浮物浓度高的废水的固液分离，但气浮池的容积较前两者大。第三章二级（生物）处理污水经过一级处理之后，已经除去了部分悬浮物，生物化学需氧量约能去除25-40%，但一般不能去除污水中呈溶解状态和呈胶体状态的有机物和氧化物、硫化物等有毒物质，因此需要进行二级处理。长期以来，主要是采用生物处理方法做为二级处理的主体工艺。主要采用活性污泥法，生物膜法和自然生物处理。1、活性污泥法1.1传统活性污泥法向含有机污染物的污水中注入空气进行曝气，微生物以有机物为培养基，在有氧的条件下，在污水中形成大量微生物群体及与生物絮凝体，这种絮凝体称为活性污泥。利用这些活性污泥在污水中的凝聚、吸附、氯化、分解和沉淀等作用过程，去除污水中的有机物，使污水得到净化。以活性污泥为主体的生物化学处理法，称为活性污泥法。活性污泥法的工艺构筑物由曝气池和二次沉淀池组成。污水经过一级处理后，进入曝气池与活性污泥混合，在曝气池中注入空气进行曝气，使污水与活性污泥充分混合接触，同时供给混合液以足够的溶解氧，在好氧状态下，污水中的有机物被活性污泥中微生物群体分解而得到稳定，然后混合液进入二次沉淀池，在其中澄清水与活性污泥分离，部分活性污泥不断回流到曝气池，像接种一样与进人的污水混合。澄清水溢流排放，剩余的活性污泥从池中排出另做处置。图3-1所示为传统活性污泥法的基本流程。图3-1传统活性污泥法基本流程活性污泥中的微生物群体是由细菌、真菌、原生动物和后生动物等多种微生物组成的。细菌是组成活性污泥和净化功能的中心，是最主要的微生物。活性污泥对有机物的降解过程可分为两个阶段。第一阶段是吸附，活性污泥吸附污水中大部分有机污染物：第二阶段，被吸附的有机物被摄入细菌体内，进行代谢，对一部分进行氧化分解，以获得能量，并使有机物最终形成二氧化碳和水等稳定物质：另一部分则被合成新的细胞物质。活性污泥法自从本世纪初于英国开创以来，历经几十年的发展与革新，现已拥有多种运行方式。最常用方式分述如下。在设计计算中所采用的参数与数据列举于表3-1中。1.2阶段曝气活性污泥法又称分段进水活性污泥法或多段进水活性污泥法。其工整流程如图3-2所示。\n各种活性污泥处理系统设计与运行参数的建议值（对城市污水）表3-1阶段曝气活性污泥法是针对传统活性污泥法存在的弊端，作了某些改革的活性污泥系统。本工艺不同于传统法的主要特征是：原污水沿池长度分散进入曝气池。这种运行方式带来如下各项效果：1）有机底物浓度沿池长度均匀分布，负荷均衡，即一定程度缩小了供氧速度与耗氧速率之间的差距，有利于降低能耗，又能够充分发挥活性污泥生物的降解功能。2）污水分段注入，提高了反应器对水质、水量的冲击负荷的适应能力。3）混合液中的活性污泥浓度沿池长逐步降低，出流混合液的污泥浓度较低，减轻二次沉淀池的负荷，有利于提高二次沉淀池固、液分离效果。图3-2阶段曝气活性污泥法系统1.3吸附再生活性污泥法又名生物吸附活性污泥法或接触稳定法。其工艺流程见图3-3。图3-3吸附再生活性污泥系统（a）分建式吸附再生活性污泥处理系统（b）合建式吸附再生活性污泥处理系统这种运行方式的主要特点是将活性污泥对有机底物降解的两个过程—吸附与代谢稳定，分别在各自的反应器内进行。污水和经过在再生池充分再生、活性很强的活性污泥同步进入吸附池，在这里充分接触30～60min，使部分呈悬浮、胶体和溶解性状态的有机底物为活性污泥所吸附。有机底物得以去除。混合液继之流入二次沉淀池，进行泥水分离，澄清水排放，污泥则从底部进入再生池，在这里进行第二阶段的分解和合成代谢反应，使污泥的活性得到充分恢复，在其进入吸附池与废水接触后，能够充分发挥其吸附功能。与传统活性污泥法比较，吸附再生系统具有如下特征：1）污水与活性污泥在吸附池内接触的时间短（30～60min），因此，吸附池的容积一般较小，而再生池接纳的是已排除剩余污泥的回流污泥，因此，再生池的容积也是较小的。吸附池与再生池容积之和，仍低于传统活性污泥法曝气池的容积。2）本工艺对水质、水量的冲击负荷具有一定的承受能力。当在吸附池内的污泥遭到破坏时，可由再生池内的污泥予以补救。3）处理效果低于传统法，同时也不宜处理溶解性有机底物含量较多的污水。1.4延时曝气活性污泥法又名完全氧化活性污泥法。本工艺的主要特点是BOD—SS负荷非常低，曝气反应时间长，一般多在24h以上，污泥在池内长期处于内源呼吸期，剩余污泥量少且稳定，勿需再进行厌氧消化处理，因此，也可以说这种工艺是废水、污泥综合处理设备。此外，本工艺还具有处理水稳定性较高，对原污水水质、水量变化有较强的适应性，勿需设初次沉淀池等优点。本工艺的主要缺点是：曝气时间长，池容大，基建费和运行费用都较高，占用较大的土地面积等。\n延时曝气法只适用于处理对出水水质要求高且又不宜采用污泥处理技术的小城镇污水和工业废水，水量不宜超过1000m3／d。应当说明，从理论上来说，延时曝气活性污泥系统是不产生污泥的，但在实际上仍有剩余污泥产生，污泥主要是一些难于生物降解的微生物内源代谢的残留物，如细胞膜和细胞壁等。1.5高负荷活性污泥法又称短时曝气活性污泥法或不完全处理活性污泥法。本工艺的主要特点是BOD—SS负荷高，曝气时间短，处理效果较低，一般BOD5的去除率不超过70％一75％，因此，称之为不完全处理活性污泥法。与此相对，BOD5去除率在90%以上、处理水的BOD5值在20mg／L以下的工艺则称为完全处理活性污泥法。本工艺在系统和曝气池的构造方面，同传统法。适用于处理对出水水质要求不高的污水。1.6完全混合活性污泥系统本系统的主要特点是应用完全混合式曝气池。污水与回流污泥进入曝气池后，立即与池内混合液充分混合，可以认为池内混合液是己经处理而未经泥水分离的处理水。本系统具有下列特点：l）进入曝气池的污水很快即被池内已存在的混合液所稀释、均化，原污水在水质、水量方面的变化，对活性污泥产生的影响将降到极小的程度，正因为如此，这种工艺对冲击负荷有较强的适应能力，适用于处理工业废水，特别是浓度较高的工业废水。2）污水在曝气池内分布均匀，各部位的水质相同，微生物群体的组成和数量几近一致，各部位有机底物降解工况相同。3）池内需氧均匀，动力消耗低于推流式曝气池．完全混合活性污泥系统的主要特点是由于有机底物的生物降解动力低，活性污泥较易产生膨胀现象。此外，其处理水水质一般低于推流式。1.7深水曝气活性污泥法深水曝气活性污泥法的主要特点是曝气池内混合液的深度较大，一般在7m以上。由于水压增大，提高了混合液的饱和溶解氧浓度，加快了氧的传递速率，有利于微生物的增殖和有机物的降解。曝气池向竖向深度发展，减少了占地面积。本工艺有下列两种形式：（1）深水中层曝气水深在10m左右，但曝气装置设在深4m左右处，这样仍可使用风压约为5m的风机，为了在池内形成环流和减少底部水层的死角，一般在池内设导流或导流筒。（2）深水底层曝气水深仍在10m左右，曝气装置设于池底部，需使用高风压的风机，但勿需设导流装置，在池内形成自然环流。\n1.8深井曝气活性污泥法又名超水深曝气活性污泥法。此工艺的充氧能力强，可达常规法的10倍，动力效率高，占地少，设备简单，易于操作。处理功能不受气候条件影响，适用于各种气候条件，可考虑不设初次沉淀池等。本工艺适用于处理高浓度有机废水。深井曝气池（曝气井）直径介于1～6m，深度可达70～150m，井中间设隔墙将井一分为二或在井中心设内井筒，将井分为内、外两部分。在前者的一侧，后者的外环部设空气提升装置、使混合液上升。而在前者的另一侧，后者的内井筒内产生降流。这样在井隔墙两侧和井中心筒内外，形成由下而上的流动。由于水深度大，氧的利用率高，有机物降解速度快，效果显著。1.9浅层曝气活性污泥法又名殷卡曝气法（Inkaaertion）这项工艺的原理是：气泡只有在其形成与破碎的一瞬间有着最高的氧转移率，而与其在液体中的移动高度无关，因此将曝气装置设于近水面处。浅层曝气的曝气装置多为由穿孔管组成的曝气栅，曝气装置多设置于曝气池的一侧，距水面约0.6～0.8m的深度。为了在池内形成环流，在池中心处设导流板。这种曝气法可使用低压鼓风机，有利于节省电耗，充氧能力可达1.8～2.6kgO2／kwh。1.10纯氧曝气活性污泥法又名富氧曝气活性污泥法，空气中氧的含量仅为21%，而纯氧中的含氧量为90%～95%，纯氧的氧分压比空气高4.4～4.7倍，用纯氧进行曝气能够提高氧向混合液中的传递能力。采用纯氧曝气系统的主要效益有：氧利用率可达80%～90%，曝气池内混合液的MLSS值可达4000～7000mg／L，能够提高曝气池的容积负荷；曝气池混合液的SVI值较低，一般都低于100，污泥膨胀现象发生的较少；产生的剩余污泥量少。纯氧池目前多为有盖密闭式，以防氧气外溢和可燃性气体进人。池内分成若干个小室，各室串联运行，每室流态均为完全混合。池内气压应略高于池外以防池外空气渗入，同时，池内产生的废气如CO2等得以排出。1.11序批式活性污泥法也称间歇式序批式活性污泥法（SBR）。其工艺流程如图3－4。图3－4序批式活性污泥法系统间歇式活性污泥法的主要反应器－曝气池的运行操作，是由流入、反应、沉淀、排放、待机（闲置）等五个工序所组成。这5个工序都在曝气池这一个反应器内进行、实施（参见图3－5）。现将各工序运行操作要点与功能阐述于后：图3－5序批式活性污泥法曝气池运行操作五个工序示意图1）流入工序：在废水向反应器注入之前，反应器处于5道工序中最后的闲置段（或待机段），处理后的废水已经排放，器内残存着高浓度的活性污泥混合液。\n废水注入，注满后再进行反应，从这个意义来说，反应器起到调节池的作用，因此，反应器对水质、水量的变动有一定的适应性。废水注入，注满后再进行反应，从这个意义来说，反应器起到调节池的作用，因此，反应器对水质、水量的变动有一定的适应性。废水注入、水位上升，可以根据其它工艺上的要求，配合进行其他的操作过程，如曝气，其作用即可取得预曝气的效果，又可取得使污泥再生恢复其活性的作用；也可以根据脱氮、释放磷等要求，则进行缓速搅拌；又如根据限制曝气的要求，不进行其它技术措施，而单纯注水等。本工序所用时间根据实际排水情况和设备条件确定，从工艺效果上要求，注入时间以短促为宜，瞬间最好，但这在实际上是很难做到的。2）反应工序；这是本工艺最主要的一道工序。废水注入达到预定高度后，即开始反应操作，根据废水处理的目的，如BOD去除、硝化、磷的吸收以及反硝化等，采取进行反应的技术措施，如前三项，则为曝气，后一项则为缓速搅拌，并根据反应需要达到的程度以决定反应的时间。如根据需要，使反应器连续进行BOD去除—硝化—反硝化反应，BOD去除-硝化反应，曝气的时间较长，而在进行反硝化时，应停止曝气，使反应器进入缺氧状态，进行缓速搅拌，此时为了向反应器内补充电子受体，应投加甲醛或注入少量有机废水。在本工序的后期，进入下一步沉淀过程之前，还要进行暂短的微量曝气，以吹脱污泥近傍的气泡或氮，以保证沉淀过程的进行，如需要排泥，也在本工序后期进行。3）沉淀工序：本工序相当于活性污泥连续系统的二次沉淀池。停止曝气和搅拌，使混合液处于静止状态，活性污泥与水分离，由于本工序是静止沉淀，沉淀效果一般良好。沉淀工序采取的时间基本同二次沉淀池，一般为1.5～2.0h。4）排放工序：经过沉淀后产生的上清液，作为处理水排放。一直到最低水位，在反应器内残留一部分活性污泥，作为种泥。5）待机工序：也称闲置工序，即在处理水排放后，反应器处于停滞状态，等待下一个操作周期开始的阶段。此工序时间应根据现场具体情况而定。如时间过长，为了避免污泥完全钝化，应进行轻微的曝气或间断的曝气。在新的操作周期开始之前，也可以考虑对污泥进行一定时间的曝气，使污泥再生，恢复、提高其活性。对此，也可以作为一个新的“再生”工序考虑。与连续式活性污泥法系统比较，本工艺系统组成简单，勿需设污泥回流设备，不设二次沉淀池，曝气池容积也小于连续式，建设费用与运行费用都较低。此外，间歇式活性污泥法系统还具特征：在大多数情况下（包括工业废水处理），无设置调节池的必要；污泥易于沉淀，一般情况下，不产生污泥膨胀现象；通过对运行方式的调节，在单一的曝气池内能够进行脱氮和除磷反应；运行管理得当，处理水水质优于连续式。1.12氧化沟活性污泥法又称循环曝气池，是活性污泥法的一种变法。图3－6\n则为以氧化沟为生物处理单元的污水处理流程。与传统活性污泥法曝气池相较，氧化沟具有下列各项特征：（1）在构造方面：氧化沟一般呈环形沟渠状，平面多为椭圆形或圆形，总长可达几十米，甚至百米以上。沟深取决于曝气装置，自2m至6m。单池的进水装置比较简单，只要伸入一根进水管即可，如双池以上平行工作时，则应设配水井。采用交替工作系统时，配水井内还要设自动控制装置，以变换水流方向。出水一般采用溢流堰式，宜于采用可升降式，以调节池内水深。采用交替工作系统时，溢流堰应能自动启闭，并与进水装置相呼应以控制沟内水流方向。（2）在水流混合方面：在流态上，氧化沟介于完全混合与推流之间。污水在沟内的流速υ平均为0.4m／s，氧化沟总长为L，当L为100~500m时，污水完成一个循环所需时间约为4~20min，如水力停留时间定为24h，则在整个停留时间内要作72~360次循环。可以认为在氧化沟内混合液的水质是几近一致的，从这个意义来说，氧化沟内的流态是完全混合式的。但是又具有某些推流式的特征，如在曝气装置的下游，溶解除氧浓度从高向低变动，甚至可能出现缺氧段。氧化沟的这种独特的水力流动状态，有利于活性污泥的生物凝聚作用，而且可以将其区分为富氧区、缺氧区，用以进行硝化和反硝化，取得脱氮的效应。（3）在工艺方面：可考虑不设初沉池，有机性悬浮物在氧化沟内能够达到好氧稳定的程度。可考虑不单设二次沉淀池，但氧化沟与二次沉淀池合建，可省去污泥回流装置。BOD负荷低，类同活性污泥法的延时曝气系统，因此，对水温、水质、水量的变动有较强的适应性；污泥龄（生物固体平均停留时间）一般可达15~30d，污泥产率低，且多已达到稳定的程度，勿需再进行消化处理。氧化沟的曝气装置有横轴曝气装置（如转刷曝气器和爆气转盘等）、纵轴曝气装置（如表面机械曝气器等）、射流曝气器和提升管式曝气装置。当前国内外常用的有卡罗塞（Carrousel）氧化沟、交替工作氧化沟，二次沉淀池交替运行氧化沟，奥巴勒（Orbal）型氧化沟、曝气—沉淀一体化氧化沟等。1.13生物脱氮活性污泥法（l）活性污泥法脱氮传统工艺活性污泥法脱氮的传统工艺是以氨化、硝化和反硝化3项反应过程为基础建立的。其工艺流程示之于图3-7。图3-7传统活性污泥法脱氮工艺（三级活性污泥法流程）第一级曝气池为一般的二级处理曝气池，其主要功能是去除BOD、COD，使有机氮转化，形成NH3、NH4+，即完成氨化过程.第二级硝化曝气池，在这里进行硝化反应，使NH3及NH4+氧化为NO3--N。如前述，硝化反应要消耗碱度，因此，需要投碱，以防PH值下降。第三级为反硝化反应器，在缺氧条件下，NO3--N还原为气态N2，并逸往大气。既可投加CH3OH（甲醇）作为外投碳源，亦可引入原废水充作碳源。\n这种系统的优点是有机底物降解菌、硝化菌、反硝化菌，分别在各自反应器内生长增殖。环境条件适宜。但处理设备多，造价高，管理方便。除上述三级生物脱氮系统外，在实践中还使用两级生物脱氮系统，即如图3－8所示，将BOD去除和硝化两道反应过程放在统一的反应器内进行。图3－8两级生物脱氮系统（2）缺氧一好氧活性污泥法脱氮系统又名A/A法脱氮工艺，其要特点是将反硝化反应器放置在系统之首，故又称为前置反硝化生物脱氮系统，这是目前采用比较广泛的一种脱氮工艺。图3－9为分建式缺氧-好氧活性污泥脱氧系统，即反硝化、硝化与BOD去除分别在两座不同的反应器内进行。硝化反应器内的已进行充分反应的硝化液的一部分回流至反硝化反应器，而反硝化反应器内的脱氮菌以原废水中的有机底物作为碳源，以回流液中硝酸盐的氧作为受电体，进行呼吸和生命活动，将硝态氮还原为气态氮（N2），不需外加碳源（如甲醇）。图3－9分建式缺氧-好氧活性污泥脱氮系统在反硝化过程中，还原1mg硝态氮能产生3.775mg的碱度，而在硝化反应过程中，将1mg的NH4+-N氧化为NO3—N，要消耗7.14mg的碱度，因此，在缺氧一好氧系统中，反硝化反应所产生的碱度可补偿硝化反应消耗的碱度的一半左右。因此，对含氮浓度不高的废水（如生活污水、城市污水）可不必另行投碱以调节PH值。此外，本系统硝化曝气池在后，使反硝化残留的有机污染物得以进一步去除，提高了处理水水质，而且勿需增建后曝气池。由于流程比较简单，装置少，勿需外加碳源，因此，本工艺建设和运行费用均较低。本工艺还可以建成合建式装置，即反硝化反应及硝化反应、BOD去除都在一座反应器内实施，但中间隔以挡板，如图3-10所示，这便于对现有推流式曝气池的改造。图3-10合建式缺氧—好氧活性污泥法脱氮系统本工艺主要不足之处是该流程的储水是来自硝化反应器，因此，在出水中含有一定浓度的硝酸盐，如果沉淀池运行不当，在沉淀池内也会发生反硝化反应，使污泥上浮，处理水质恶化。此外，如欲提高脱氮率，必须加大内循环比，这样做势必使运行费用增高，此外，内循环液来自曝气池（硝化池）含有一定的溶解氧，使反硝化段难于保持理想的缺氧状态，影响反硝化进程，一般脱氮率很难达到90%。1.14生物除磷活性污泥法生物除磷是利用聚磷菌一类的微生物，能够过量地（在数量上超过其生理需要）从外部环境摄取磷，并将磷以聚合的形态贮藏在菌体内，形成高磷污泥，排出系统外，达到从废水中除磷的效果。（1）厌氧一好氧除磷工艺又名A／O法，其工艺流程如图3\n-11所示。在厌氧池内聚磷菌释放磷并吸收污水中有机物储藏于体内，在好氧池聚磷菌超量吸收磷并降解储于体内的有机物，最后通过排放高含磷量的剩余污泥达到污水除磷的效果。图3-11厌氧好氧除磷工艺流程（A／O法）本工艺流程简单，既不投药，也勿需考虑内循环，因此，建设费用及运行费用都较低；在反应器内的停留时间一般从3h到6h，比较短；反应器（曝气池）内污泥浓度一般在2700~3000mg／L之间；BOD的去除率大致与一般的活性污泥系统相同。磷的去除率较好，出水中磷含量一般都低于1.0mg／L，去除率大致在70~80%左右；沉淀污泥含磷率约为4%，污泥的肥效好；混合液的SVI值≤100，易沉淀，不膨胀。同时，经试验与运行还发现本工艺除磷率难于进一步提高，因为微生物对磷的吸收，剂便是过量吸收，也是有一定限度的，特别是当进水BOD值不高或废水中含磷量高时，即P/BOD值高时，由于污泥的产量低，除磷效果较差。另外，在沉淀池内容易产生磷的释放的现象，特别是当污泥在沉淀池内停留时间较长时更是如此，应注意及时排泥和回流。1.15脱氮除磷活性污泥法（1）巴顿甫（BardenPho）脱氮除磷工艺本工艺是以高效率同步脱氮、除磷为目的而开发的一项技术，其工艺流程见图3－12。图3-12巴登甫脱氮除磷工艺流程本工艺各组成单元的功能如下：l）原废水进入第一厌氧反应器，本单元的首要功能是脱氮，含硝态氮的污水通过内循环来自第一好氧反应器，本单元的第二功能是污泥释放磷，而含磷污泥是从沉淀池回流来的。2）经第一厌氧反应器处理后的混合液进入第一好氧反应器，它的功能有三：首先是去除BOD，去除由原废水带入的有机污染物；其次是硝化，但由于BOD浓度还较高，因此，硝化程度较低，产生的NO3--N也较少；第三项功能则是聚磷菌对磷的吸收。按除磷机理，只有在NOx-得到有效的脱出后，才能取得良好的除磷效果，因此，在本单元内，磷吸收的效果不会太好。3）混合液进入第二厌氧反应器，本单元功能与第一厌氧反应器同，一是脱氮；二是释放磷，以前者为主。4）第二好氧反应器，其首要功能是吸收磷，第二项功能是进一步硝化，其次则是进一步去除BOD。5）沉淀池，泥水分离是它的主要功能，上清液作为处理水排放，含磷污泥的一部分作为回流污泥，回流到第一厌氧反应器，另一部分作为剩余污泥排出系统。无论哪一种反应，在系统中都反复进行二次或二次以上。各反应单元都有其首要功能，并兼行其它项功能。因此本工艺脱氮、除磷效果很好，脱氮率达90％～95％，除磷率97％。工艺复杂，反应器单元多，运行繁琐，成本高是本工艺主要缺点。（2）A－A－O法同步脱氮除磷工艺\nA－A－O工艺，亦称A2／O工艺，是英文Anaerobic-Anoxic-Oxic第一个字母的简称。按实质意义来说，本工艺应称为厌氧一缺氧一好氧法（见图3－13）。各反应器单元功能与工艺特征如下：1）原废水进入厌氧反应器，同步进入的还有从沉淀池排出含磷回流污泥，本反应器的主要功能是释放磷，同时部分有机排进行氨化。图3－13A－A－O法同步脱氮除磷工艺流程2）废水经过第一厌氧反应器进人缺氧反应器，本反应器的首要功能是脱氮，硝态氮是通过内循环由好氧反应器送来的，循环的混合液量较大，一般为2Q（Q-原废水流量）。3）混合液从缺氧反应器进人好氧反应器—曝气池，这一反应器单元是多功能的，去除BOD，硝化和吸收磷等项反应都在本反应器内进行。混合液中含有NO3--N，污泥中含有超量吸收的磷，而废水中的BOD（或COD）则得到去除。流量为2Q的混合液从这里回流至缺氧反应器。4）沉淀池的功能是泥水分离，污泥的一部分回流厌氧反应器，上清液作为处理水排放。本工艺具有以下各项特点：本工艺在系统上可以称为最简单的同步脱氮除磷工艺，总的水力停留时间少于其他同类工艺；在厌氧（缺氧）、好氧交替运行条件下，丝状菌不能大量增殖，无污泥膨胀之虞，SVI值一般均小于100；污泥中含磷浓度高，具有很高的肥效；运行中勿需投药，两个A段只用轻缓搅拌，以不增加溶解氧为度，运行费用低。本法也存在如下各项的待解决问题：除磷效果难于再提高，污泥增长有一定的限度，不易提高，特别是当P／BOD值高时更是如此。脱氮效果也难于进一步提高，内循环量一般以2Q为限，不宜太高。对沉淀池要保持一定浓度的溶解氧，减少停留时间，防止产生厌氧状态和污泥释磷的现象出现，但溶解氧浓度也不宜过高，以防循环混合液对缺氧反应器的干扰。2、生物膜法是用好氧微生物处理污水的基本方法之一。污水流经生长在固定支承物表面上的生物膜，通过各相间的物质交换和生物氧化作用，使污水中的有机物降解而去除。好氧微生物在有丰富的有机物和充足的氧气条件下，迅速繁殖增长，于是在滤料表面上形成一层主要是由微生物组成的薄膜，即生物膜。这种生物膜具有巨大的表面积，能够大量吸附污水中呈各种状态的有机物，并具有强烈的氧化能力。它与污水接触时，水中的有机物被微生物所吸附，并获得迅速的氧化分解，使污水得以净化。由于生物膜的吸附作用，在其表面附着一层很薄的水层，称为附着水层。该水层直接与生物膜接触，水层内的有机物在细菌作用下，被氧化分解，于是附着水层中有机物浓度大大低于流动水层。在传递作用下，流动水层中的有机物，不断向附着水层转移，从而使流动水层在流动过程中，逐步得到净化。好氧微生物的代谢产物为H2O和CO2，通过附着水层，传递给流动水层。随着微生物的不断增殖，生物膜的厚度不断增加，当其厚度超过氧的穿透深度时，其底部出现厌氧层。厌氧代谢产物为H2S和NH3\n等，通过好氧层排出膜外。当厌氧层过厚，代谢产物过多时，膜间平衡被破坏，生物膜老化脱落，又重新生长新的生物膜。因此，在其后要设置沉淀池，使处理过的污水与生物膜分离。使用生物膜法的主要设施有生物滤池、生物转盘和生物接触氧化池等。2.1生物滤池用好氧微生物处理、去除污水中有机物的一种构筑物。生物滤池一般是长方形或圆形，池壁内填有滤料，滤料上面是布水装置，滤层下是排水系统。污水通过布水装置均匀洒到滤料表面，呈滴状流下，一部分污水呈薄膜状吸附在滤料周围，成为附着水层；另一部分则呈薄膜流动状流过滤料，并从上层滤料向下层滤料逐层滴流，最后进入排水系统，排出池外。大气中的氧以自然形式通过滤料间的空隙而移动，当污水通过滤池时，滤料截留了水中的悬浮物质，并吸附了水中的胶体物质，使滤料表面的微生物有了栖息场所，并在此大量繁殖，逐渐生长起一层充满微生物和原生动物的生物膜。随着生物膜上微生物的增殖，膜的厚度不断增加，当达到一定厚度时，生物膜层内由于得不到足够的氧，由好氧分解转变为厌氧分解，微生物逐渐老化和衰亡，使生物膜从滤料表面脱落，随处理水流出。因此，生物滤池后也应建有沉淀池。长期以来，滤池多以碎石、炉渣、焦炭等做为滤料，粒径多为5-10cm。近年开始使用聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酸胺等材料制成的波形板式、列管式和蜂窝式等人工滤料。滤料深度即为滤池的工作深度，实践证明，生物滤池最上层1m内的净化功能最好，过深会增加水头损失。生物滤池的工作深度为1.8-3.0m之间。这种滤池净化效果好，BOD去除率可达90-95％；但占地面积大，易于堵塞，负荷低，BOD容积负荷只有0.1-0.4kg／m3.d，水量负荷也只有1-4m3／m3.d。为了改进这种状态，采取人为措施，提高水量负荷和BOD负荷的另一种生物滤池，称为高负荷生物滤池。2.2生物转盘去除污水中有机物的一种生物化学处理工艺设施。生物膜的形成、生长以及其降解有机污染物的机理与生物滤池基本相同，但生物转盘是以一系列的盘片代替固定的滤料。盘片中一部分浸入污水中，通过不断转动与污水接触，所需氧气则是盘片转出水面与空气接触时从空气中吸取，而不必进行人工曝气。生物转盘是由许多大直径的、轻质的盘片组成，其中心固定在氧化槽的水平轴上，并可随轴缓慢的旋转，盘片面积的40％左右浸没在氧化槽的污水中。盘片面上生长着一层生物膜。当旋转时，盘片携带污水水膜进入空气而吸收氧，盘片旋转到氧化槽里又将氧转移到水中。盘片的旋转对氧化槽里的废水产生混合作用。由于好氧微生物的氧化分解作用，将污水中溶解的和悬浮的有机物降解，使水质得到净化。当生物逐渐变厚，过剩的生物膜靠污水水流与盘面之间产生的剪切作用从盘片上剥落而进人氧化槽里。经过生物转盘处理的污水和脱落下来的生物膜，依次流入下一级生物转盘，最后流入二次沉淀池。生物转盘系统由多级生物转盘组成，一般由三级转盘串联运行。每一级转盘由十数个或数十个盘片组成，转盘直径可为2-5m。氧化槽容积2-20m3\n。一级转盘如同一个完全混合的固定生物膜的生物化学反应器。微生物的生长速度与过剩的生物膜的脱落都处在动态平衡中。每级转盘上生长的微生物，能够适应该级氧化槽中污水的性质，因此有利于提高污水的净化程度。生物转盘的单位盘片面积的BOD负荷与去除率有关，BOD负荷在10g/m2.d以下时，去除率达90％以上，单位盘面负荷愈高，去除率愈低。转盘旋转的线速度以10-20m／min为宜，氧化槽内污水停留时间约2-8h。2.3生物接触氧化法一种污水生物化学处理方法，生物接触氧化法是在生物氧化池内装填一定数量的填料，利用栖附在填料上的生物膜和充分供应的氧气，通过生氧化作用，氧化分解污水中的有机物。污水中同时还有2-5％悬浮状态的活性污泥，对污水也起净化作用。生物接触氧化法具有生物膜法的基本特点，但又不尽相同。一是供微生物栖附的填料全部浸入污水中，所以又可称为淹没式滤池。二是采用机械向污水充氧，不同于生物滤池靠自然通风供氧，所以又相当于在曝气池中充填供微生物栖息的填料，可称生物氧化池为曝气循环型滤池。三是池内污水中有少量悬浮状微生物，对污水也起净化作用，因此生物接触氧化法兼有生物膜法和活性污泥法的功能。生物接触氧化法的装置可分为两类，即分流式和直流式。直流式的曝气装置在池的一侧，填料装在另一侧，依靠泵和空气的提升作用，水流在填料层内循环，向生物膜供氧。此法的优点是污水在隔间充氧，对生物膜的生长有利，氧的供给充分。缺点是氧的利用率较低，动力消耗较大。水的冲刷作用小，老化的生物膜不易脱落，新陈代谢周期较长，生物膜活性较小。直流式是在氧化池填料底部直接鼓风曝气，生物膜直接受到上升气流扰动，更新较快，而保持高度活性，也不易发生堵塞现象。填料一般采用蜂窝填料，比表面积较大，而且质轻、强度好、抗腐蚀能力强，也可用玻璃布、尼龙纤维、沸石等做为填料。生物接触氧化法的BOD负荷与污水的基质浓度有关。对低BOD浓度污水（50-300mg/L）负荷采用停留时间为0.5-1.5h，氧化池内耗氧量约1-3mg/L。生物接触氧化法的优点是：净化效率高；处理所需时间短；对进水有机负荷的变动适应性较强；不必进行污泥回流；不会发生污泥膨胀：运行管理也较简便。目前对城市污水、食品工业污水、印染污水多有采用。2.4生物流化床为进一步强化生物处理技术，加强微生物群体降解有机底物的功能，提高生物处理设备处理污水的效率，就必需做到：1）提高处理设备单位容积内的生物量；即扩大微生物栖息、繁殖的表面积，提高生物膜量，同时还相应的提高对污水的充氧能力。2）强化传质作用，加速有机底物从污水中向微生物细胞的传递过程即强化生物膜与污水之间的接触，加快污水与生物膜之间的相对运动。\n流化床是用于化工领域的一项工艺，这一技术己被应用于污水生物处理领域。流化床是以砂、活性炭、焦炭一类的较小的颗粒为载体充填在床内，因载体表面被附着生物膜，其质变轻，污水以一定流速从下向上流动，使载体处于流化状态。载体颗粒小，总体的表面积大（每m3载体的表面积可达2000～3000m2，以MLSS计算的生物量高于任何一种的生物处理工艺。载体处于流化状态，污水从其下部、左、右侧流过，广泛而频繁多次地与生物膜相接触，又由于载体颗粒小，在床内比较密集，互相磨擦碰撞，因此，生物膜的活性也较高，强化了传质过程。又由于载体不停地在流动，还能够有效地防止堵塞现象。研究结果表明，生物流化床用于污水处理具有BOD容积负荷率高、外理效果好、效率高、占地少以及投资省等优点，而且运行适当还可取得脱氮的效益。生物流化床根据使载体流化的动力来源不同，可分为液流动力流化床、气流动力流化床和机械搅动流化床3种，此外，生物流化床还根据床本身处于好氧或厌氧状态而分为好氧流化床和厌氧流化床。3、生物自然处理3.1稳定塘又名氧化塘，利用水中自然生存的微生物和藻类，对污水进行好氧和厌氧处理的天然或人工池塘。稳定塘对污水的处理过程与自然水体的自净过程很相近。污水进入稳定塘后，发生扩散、稀释、凝聚和沉淀等物理过程，也发生氧化、还原等化学过程和生物降解、合成等生物化学过程。在多种因素影响下，呈现一种十分复杂的净化过程。稳定塘中有微生物和藻类共生。藻类利用光能，并以细菌分解有机物所产生的CO2，进行光合作用而放出O2，供给好氧微生物以氧化分解有机物，又放出CO2为藻类利用。在一个完整的氧化塘体系中，除大量藻类和菌类外，还生存有漂浮生物（如水浮莲、水葫芦及水生昆虫等）、浮游生物（如原生动物等）、自游生物（如鱼类）、底栖生物（如螺、贝类）以及放养动物（如鸭等）。这些生物群落与水、土、气、热、阳光等非生物环境因素，在一定条件下形成一个精巧而复杂的氧化塘生态系统。生物之间互相联系，互相制约，存在着一种良性循环，持相对稳定的平衡关系。菌类放出CO2，藻类利用放出氧供菌类作用，增殖的菌类和藻类做为饲料供给浮游动物生长繁殖：浮游动物和浮游植物又供作鱼类和水禽饲料，在这个过程中污水中有机物被有效地净化。稳定塘可分为好氧稳定塘、兼性稳定塘、厌氧稳定塘和曝气稳定塘等几种类型。3.2土地处理土地处理系统是利用土壤以及其中的微生物和植物根系的净化能力处理污水的一种方法，由污水的预处理设施、贮水湖、灌溉系统和地下排水系统组成。贮水湖用于在非灌溉期贮存污水，容量按非灌溉期的总污水量来定。处理污水的方式有三种，即地表漫流、灌溉和渗滤。\n地表漫流是将污水有控制地排放到土地，顺坡度成片的流动。地面上播种青草以供微生物栖息并防止土壤被冲刷。污水一部分渗入土壤，少量被蒸发掉，其余流人汇水沟，在流动中，污水中悬浮固体被滤掉，有机物被植物上的微生物氧化降解，这种方法主要用于高浓度有机污水。灌溉又分喷灌、漫灌和沟灌三种，喷灌是用喷水器把污水喷洒在土地上，这种方法运用于各种地形的土地，布水均匀，但对水质要求较高，要经二级处理后才能喷洒。漫灌是土地间歇地被一定深度的污水淹没，要求土地平整以保持均匀的水深，地面作物要能耐周期性淹没。沟灌是依靠重力流使污水在土地上修整出的垄和沟中流动，水在沟中流过并渗入土壤，作物栽培在垄上。这三种方法都是间歇性的，可使土壤中充满空气，有利于有机物的好氧生物降解。渗滤常用于透水性好的土壤，污水大部分渗入地下，是为地下水补充水源，不以灌溉为目的。污水进入土壤，好氧微生物可以去除病原菌和病毒；污水中大多数有机物都可被土壤中微生物氧化降解。BOD、COD和TOC可去除30-40％；氮和磷被转化或被植物根系吸收；重金属离子也会被转化、吸附、沉淀或固定。地表漫流和灌溉后余下的和渗下的水经地下排水系统中排出。土地处理的净化作用较好，有时可以做为污水的三级处理。地下水补充水源，不以灌溉为目的。第四章三级（物化）处理污水经过二级处理后，仍含有磷、氮、难以生物降解的有机物、病原微生物、矿物质等，需要进行三级处理，以便于回收并消除水环境污染。三级处理又称为高级处理或深度处理。完善的三级处理由除磷、除氮、除难生物降解的有机物、除病毒和病原菌、除悬浮物和除矿物质等单元过程组成。根据三级处理后出水的使用要求，可以组成不同的流程。如为防止受纳水体富营养化，则采用主要是除磷除氮的三级处理；如果直接作为城市饮用水以外的生活用水，例如冲洗厕所、清洒街道、浇灌绿化带或洗衣、洗车等用水，则可采用低于饮用水的处理措施；如果为保护下游饮用水源或浴场不受污染，则侧重除磷、除氮、除病原菌和病毒、除毒物的三级处理。三级处理的单元工艺主要采用物理化学方法。1、混凝沉淀混凝沉淀工艺去除的对象是污水中呈胶体和微小悬浮状态的有机和无机污染物。从表观而言，就是去除污水的色度和浊度。混凝沉淀还可以去除污水中的某些溶解性物质，如砷、汞等。也能够有效地去除导致缓流水体富营养化的氮、磷等。混凝沉淀具体技术就是将适当数量的混凝剂投入污水中，经过充分混合、反应，使污水中呈微小悬浮颗粒和胶体颗粒互相产生凝聚作用，成为颗粒较大，而且易于沉淀的絮凝体（颗粒粒径＞20µm）再经过沉淀加以去除。\n混凝剂的正确选用是采用混凝沉淀技术关键的环节，对给水处理已有比较成熟的经验，但对污水的深度处理尚缺乏足够的可直接引用的数据，因此，常需通过实地试验，才能选定出适当的混凝剂种类与投加的剂量。城市污水二级处理出水中的悬浮物质、胶体物质主要是在生物处理过程中参与反应的微生物（活性污泥碎片、生物膜残屑）及其分泌物和代谢产物等。它们是有机物，它们含有的蛋白质是带负电荷的亲水胶体。亲水胶体由于颗粒表面存在着某些极性基因（如COOH与NH2），因而吸收大量的极性水分子，使其外围包复一层水壳。对这种亲水胶体物质的混凝反应，关键环节是压缩和去除其周围的结合水壳。这也就是混凝剂所起的作用。采用混凝法去除污水中的有机物，去除效果良好，但投药量较大，如以商品浓度的工业硫酸铝计算，往往需要50~100mg／L。这样出现的问题是产生大量的含水率很高（可达99.3％）的污泥，这种污泥难于脱水，给污泥处置带来很大的困难。混凝技术要经过混合、反应两个步骤来完成，混凝剂与污水进行充分的混合是保证混凝反应正常作用的必要条件。混合和反应可以分别在两个设备内进行，也可以在统一的一座设备内进行。无论在理论探讨还是在设备设计方面，给水处理工程在这方面已有非常成熟的经验，在污水深度处理领域都可以在考虑本身特点的基础上加以参考利用。混凝反应过程形成的絮凝体的分离，除沉淀池外还可以使用澄清池。澄清池是接触絮凝反应设备，就是絮凝、泥水分离一体化设备。在澄清池内有着高深度的泥渣，在上升水流的作用下，泥渣处于悬浮状态并形成泥渣层。泥渣是良好的凝聚介质，在上升水流中处于动态平衡状态，污水中的悬浮颗粒、胶体粒子（包括混凝剂）随水流上升通过泥渣层，与泥渣颗粒产生相对运动并相互碰撞，产生凝聚反应。泥渣既是接触絮凝介质，又由于截留起到泥水分离作用。2、过滤技术在污水深度处理技术中，普遍采用过滤技术，利用过滤材料分离废水中杂质。根据过滤材料不同，过滤可分为颗粒材料过滤和多孔材料过滤类。过滤过程是一个包含多种作用的复杂过程。它包括输送和附着两个阶段，只有将悬浮粒子输送到滤料表面。并使之与滤料表面接触才能产生附着作用，附着以后不再移动才算是被滤料截留。在层流条件下，悬浮粒子是在惯性、沉淀、扩散、直接截留等各项作用下输送到滤料表面的。上述几种作用，有时同时作用在同一粒子上，一般来说，粒子颗粒粒径越大，直接截留的作用越明显；对粒径大于10µm的粒子，则沉淀作用是主要的，密度大于水的尤甚，但对微小粒子，扩散作用则是重要的。粒子附着于滤料颗粒表面，是双电层之间相互作用力和分子间力综合作用的结果。如果滤料与颗粒带有同一电荷，两者之间的结合将产生斥力，粒子必须在输送阶段获得足够的能量克服这一斥力。既或两者之间带不同电荷，当滤料表面己附着大量粒子，又将出现同一电荷相斥的作用。\n过滤经过一段时间后，表层滤料间的隙缝逐渐为污染粒子所堵塞，即出现了所谓的“表层截污”现象，严重时会形成滤膜，使过滤阻力剧增，滤速剧减，也可能使滤膜裂缝，出现污染粒子穿透的现象。因表层截污，使下层滤料对污染粒子的截留得不到充分发挥，使滤层截污量降低，过滤周期大为缩短。用于给水处理工程的各种类型滤池几乎都可以用于污水的深度处理，其中最常用的就是快滤池。但二级处理水过滤处理的主要去除对象是生物处理工艺残留的生物污泥絮体，因此，二级处理水过滤处理是有其自己的特点的：1）在一般情况下，不需投加药剂，水中的絮体具有良好的可滤性，滤后水SS值可达10mg/L，COD去除率可达10％～30％。由于胶体污染物难于通过过滤法去除，滤后水的浊度仍很大，去除效果欠佳，在这种情况下应考虑投加一定的药剂。如处理水中含有溶解性有机物，则应考虑采用活性炭吸附法去除。2）反冲洗困难，二级处理水的悬浮物多是生物絮体，在滤料层表面较易形成一层滤膜，致使水头损失迅速上升，过滤周期大为缩短。絮体贴在滤料表面，不易脱离，因此需要辅助冲洗，即加表面冲洗，或用气水共同反冲使絮体从滤料表面脱离，效果良好，还能节省反冲水量。在一般条件下，气水共同反冲，气强度20L／（m2.s），水强度为10L／（m2.s）。3）所用滤料应适当加大粒径，加大单位体积滤料的截泥量。滤料可采用石英砂、无烟煤、陶粒、大理石、白云石、石榴石、磁铁矿石等颗粒材料及近年来开发的纤维球、聚氯乙烯或聚丙烯球等。由于废水悬浮物浓度高，为了延长过滤周期，提高滤池的截污量可采用上向流、粗滤料、双层和三层混合滤料滤池；为了延长过滤周期，适应滤池频繁冲洗的要求可采用连续流过滤池和脉冲过滤滤池；对含悬浮物浓度低的废水可采用给水处理中常用的压力滤池、移动冲洗罩滤池、无（单）阀滤池等。3、活性炭处理利用活性炭的物理吸附、化学吸附、生物吸附、氧化、催化氧化和还原等性能去除污水中多种污染物。活性炭是用木材、煤、果壳等含炭物质在高温缺氧条件下活化制成的，有极多的微孔结构和巨大的比表面积，活性炭的比表面积为500-1700m2/g，因而具有很强的物理吸附性能，能吸附水中的污染物质。同时，活性炭表面的非结晶部位上会形成一些含氧官能团，因而又具有化学吸附和催化氧化、催化还原的性能，可以去除水中的重金属离子。活性炭常用以去除二级处理出水。污水经二级处理后再经澄清、过滤，然后用活性炭吸附处理，并加以消毒，可使处理水达到回用的水质。活性炭用于污水深度处理的主要优点是处理程度高，出水水质稳定，处理后水中BOD、COD和SS分别在10、15、5mg／L以下，如辅以其他处理方法，可达到饮用水标准。\n用粉末状活性炭投入到活性污泥法系统的曝气池中，可以充分利用城市污水和工业废水的处理设备，提高处理效果。粉末活性炭的大量微孔吸附了微生物、有机物和水中的氧气，可以使难以生物降解的有机物也能被生物降解，这是吸附、微生物氧化分解的协同作用。这种方法处理效果好而且比较稳定，能适应成分复杂且水质、水量多变的污水，而且粉末状活性炭成本低。但粉末活性炭难以再生，不似粒状炭可以用热力或其他方法再生。4、臭氧氧化臭氧的分子式为O3，一般为无色的气体，具有特异的臭味，臭氧溶于水，溶解度与水温呈反比关系。在常温条件下，溶解量约为20mg／L。臭氧在水中自行分解为氧，自行分解的速度由水温和PH值所控制，高水温与高PH值能够促进分解。作为深度处理技术，臭氧对二级处理水进行以回用为目的处理，其主要的任务是：氧化残留有机物及CHO-、NH2-、SH-、OH-、NO-等官能团。污水用臭氧进行处理，BOD／COD比值随反应时间延长而提高，说明污水的可生化性得到改善。臭氧对二级处理水进行处理，COD去除率与PH值有关，当PH值为7左右时，COD去除率只在40％左右，而当PH值上升为12时，去除率即可达80％~90％。在高PH值的条件下，臭氧自行分解非常显著，在其分解过程中生成活性很强的OH-，在OH-的作用下，COD得到很高的去除率。由于臭氧对不饱和化合物有较大的作用，因此能够有效地脱除由不饱和化合物着色的色度。而且经砂滤处理后的二级处理水，用臭氧进行脱色处理，效果显著优于未经砂滤处理的二级处理水（在臭氧吸收量相同的条件下），由此可以断定去除悬浮物是能够提高脱色效果的，因此常以砂滤作为前处理技术。但是，当臭氧的吸收量超过10mg／L以后，二级处理水无论是经过砂滤处理和未经砂滤处理，脱色作用都将停止。臭氧还被广泛地用于杀菌消毒。用臭氧对二级处理水进行杀菌处理，效果提高得较慢，大肠菌群数（个／mL）减少的不快，而且在臭氧投量超过10mg／L以后，杀菌效果提高的更为缓慢。但是用臭氧对经砂滤处理后的二级处理水进行杀菌处理，一开始效果就非常明显，大肠菌群数急剧下降，而且在臭氧投量达7mg／L以后水中的大肠菌即完全消失，应考虑以砂滤去除悬浮物为前处理的技术措施。臭氧处理系统中混合反应器是主要的设备，它的作用是促进臭氧与污水混合；以加快反应。混合反应器有多种形式，常用的有：扩散板式、喷射式和机械搅拌式三种。5、化学除磷（1）金属盐混凝沉淀除磷铝离子与正磷酸离子化合，形成难溶的磷酸铝，通过沉淀加以去除。Al3+＋PO4-AlPO4当使用硫酸铝作为混凝剂时，其产生的反应是：Al2（SO4）3＋2PO43-2AlPO4＋3SO42-除硫酸铝外，除磷使用的铝盐还有聚氯化铝（PAC）和铝酸钠（NaAlO2）等。磷酸铝（AlPO4）的溶解度与PH值有关，当PH值为6时，溶解度最小为0.01mg／L；PH\n值为5时为0.03mg／L；PH值为7时，为0.3mg／L。铁盐也是常用的除磷混凝剂，作为二价铁混凝剂的有氯化亚铁、硫酸亚铁；作为三价铁混凝剂的则有氯化铁和硫酸铁。当PH值为5时FePO4的最小溶解度，为0.lmg／L。在铝盐和铁盐两者中，用于除磷处理的以铝盐居多。反应形成的絮凝体宜通过重力沉淀加以去除。沉淀池一般采用面积负荷进行计算，当处理水中悬浮物含量要求在10mg／L以下时，面积负荷取值20m3／m2.d以下，如处理水中悬浮物含量要求在20mg／L以下时，面积负荷则可取值在50m3／m2.d以下。（2）石灰混凝除磷向含磷污水投加石灰，由于形成氢氧根离子，污水的PH值上升。与此同时，污水中的磷与石灰中的钙产生反应。形成[Ca5(OH)(PO4)3]（羟磷灰石），其反应式如下：5Ca2+4OH十3HPO4-Ca5(OH)(PO4)3十3H2O对石灰混凝除磷效果的影响因素，有如下各项：l）PH值PH值是影响除磷效果最大的因素，如欲使处理水中磷的含量在1mg／L以下时，对二级处理水，PH值应在9.5以上，对原污水则应在11以上。2）原污水中钙的浓度原污水中钙浓度对磷的去除效果有影响。当PH值为10.5，流入水中的钙含量在40mg／L以上时，处理水中磷的含量将在0.25mg／L以下。石灰混凝沉淀除磷流程由快速搅拌池、缓速搅拌池和沉淀池等3个单元组成图4-1为一级石灰混凝沉淀处理流程。污水中的磷、悬浮物及有机物为由钙所形成的絮凝体所吸附，并通过絮凝体的沉淀而得以去除。如使污泥回流，能够提高除磷的效果。再炭酸化是向PH值高的混凝沉淀上清液吹入CO2气体，使PH值中和，产生下列反应：Ca2+＋2OH-＋CO2CaCO3+H2O2OH-＋CO2HCO3-图4-l一级石灰混凝除磷沉淀处理流程6、离子交换处理借助于离子交换剂中的交换离子同废水中的离子进行交换而除去废水中有害离子的方法。采用离子交换法处理废水时必须考虑树脂的选择性。树脂对各种离子的交换能力是不同的。交换能力的大小主要取决于各种离子对该种树脂亲和力（又称选择性）的大小。在常温下，低浓度时，各种树脂对各种离子亲和力的大小可归纳如下几个规律。l）强酸阳树脂的选择性顺序为：Fe3+＞Cr3+＞Al3+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＝NH4+＞Na+＞Li+2）弱酸阳树脂的选择性顺序为：H+＞Fe3+＞Cr3+＞Al3+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＝NH4+＞Na+＞Li+\n3）强碱阴树脂的选择性顺序为：Cr2O72+＞SO42-＞CrO42-＞NO3-＞Cl-＞OH-＞F-＞HCO3-＞HSiO3-4）弱碱阴树脂的选择性顺序为。OH-＞Cr2O72+＞SO42-＞CrO42-＞NO3-＞Cl-＞HCO3-5）螯合树脂的选择性顺序与树脂的种类有关。螯合树脂在化学性质方面与弱酸阳树脂相似，但比弱酸树脂对重金属的选择性高。整合树脂通常为Na型、树脂内金属离子与树脂的活性基团相螯合。典型的螯合树脂为亚氨基醋酸型。以上介绍的选择性顺序均指常温低浓度而言。在高温高浓度时，处于顺序后列的离子可以取代位于顺序前列的离子，这是树脂再生的依据之一。废水水质对离子交换树脂交换能力的影响因素包括悬浮物和油脂、有机物、高价金属离子、PH值、水温、氧化剂等。7、脱盐技术脱盐技术主要有反渗透、电渗析和离子交换器等方法。（1）反渗透反渗透是一种分离技术，多用于水的脱盐处理，在污水处理领域主要应用于污水回用为目的的深度处理。在容器的中间置放半渗透膜，在其两侧注入浓度高低各异的两种溶液，如果向高浓度的一侧施加高于渗透压的压力，水则相反地从高浓度的一侧向低浓度侧渗人。应用这一作用原理的水处理技术即为反渗透见图4-2。图4-2半渗透膜作用原理使用反渗透技术能够从含有无机盐类的溶液中将水分离出去，使无机盐类浓缩。在反渗透工艺中使用的半透膜，主要有醋酸纤维膜和芳香聚酰胺膜。常用的反渗透工艺系统有：1）一级一段连续式工艺系统水的回收率较低。2）一级一段循环式工艺系统水的回收率较高，透过水的质量比一级一段连续式工艺系统差。3）多级串联连续式工艺系统水的回收率高，各级的膜组按渐减方式布置，适用于处理水量大的情况。此外，还有一级多段连续式、一级多段循环式、多级多段连续式和多级多段循环式等工艺系统。通过反渗透处理技术，除无机盐类外，还能够去除悬浮物、溶解性有机物等污染物质，去除的污染物在膜面沉积，使通过的水量下降，因此首先可采用过滤和活性炭吸附作为予处理手段将污染物加以去除，其次是冲洗膜面，两者并用效果更好。在反渗透处理工艺中，广泛使用的半透膜，主要有醋酸纤维素膜和芳香聚酰胺膜，在形式上则有管式、平板式、螺卷式和中空纤维式等。\n如以城市污水为处理对象，操作压力为20~40kg／cm2，每日每平方米半透膜透过的水量约为0.5~1.0m3／m2.d，脱盐率达90％，水的回收率达80％。（2）电渗析电渗析处理工艺是膜分离法中的一种，在污水处理领域内，主要用于脱盐和酸碱回收。在电渗析装置中，阳离子交换膜和阴离子交换膜交替配置，两者分隔成多数小室，在两端设阴阳两电极。将各小室注满含有无机盐类的污水，并在两电极间通以直流电流。阳离子向阴极方向移动，阴离子则向阳极方向移动，而且阳离子交换膜只能允许阳离子通过，把阴离子截留下来，阴离子交换膜只允许阴离子通过，而把阳离子截留下来，结果这些小室的一部分形成含离子很少的淡水室，排出淡水，与淡水室相邻的小室则成为富集大量离子的浓水室，排出浓水。从而使离子得到分离和浓缩见图4-3。电渗析处理工艺图4－3电渗析处理工艺，设备简单，操作方便，不需要化学药剂，但消耗电能。若使用电渗析处理工艺去除水中呈离子化的无机盐类，也需要一定的前处理，水中的悬浮物能够在小室内造成堵塞现象，应加以去除，最低限应采用过滤处理法，溶解性有机物的影响较小，从这个意义来说，较反渗透处理工艺要简单些。通过一次电渗析工艺处理，污水的脱盐率可达20％~50％，如欲取得更高的脱盐率，则需要采用下列处理系统：多级串联式系统、序批循环式系统、部分循环式系统等。若以城市污水二级处理水为对象，水回收率可达90％以上。（3）离子交换通过离子交换法脱盐，使用阳离于交换树脂和阴离子交换树脂。向树脂充填塔通水，水中的无机盐类通过下列的交换吸附反应而得以去除。（RC—H+）+Na+（RC—Na+）+H+（RA—OH-）+Cl-（RA—Cl-）+OH-RC——阳离子交换树脂RA——阴离子交换树脂离子交换法脱盐处理主要是以含盐浓度100～300mg／L的污水为对象。含高盐浓度的污水也可以考虑用离子交换法进行处理，但是由于树脂的交换容量所限，只能用于小水量，而且需要进行频繁的再生处理，因此，设备费、再生药品费都较高，从经济角度来看，用离子交换法脱盐，污水含盐量不宜超过500mg／L。8、消毒处理城市污水经一级或二级处理后，水质大大改善，细菌含量也大幅度减少，但细菌的绝对数量仍很可观，并存在有病原菌的可能。因此在排放水体前或在农田灌溉时，应进行消毒处理。污水消毒应连续运行，特别是在城市水源地的上游，旅游区，夏季或流行病流行季节，应严格连续消毒。非上述地区或季节，在经过卫生防疫部门的同意后，也可考虑采用间歇消毒或酌减消毒剂的投加量。\n污水消毒的主要方法是向污水投加消毒剂。目前用于污水消毒剂有液氯、臭氧、次氯酸钠、紫外线等。这些消毒剂的优缺点与适用条件参见表4-1消毒剂优缺点及选择表4-1第五章污泥处理在污水处理过程中，产生大量污泥，其数量约占处理水量的0.3％~0.5％左右（以含水率为97％计）。污泥中含有大量的有害有毒物质，如寄生虫卵、病原微生物、细菌、合成有机物及重金属离子等；有用物质如植物营养素（氮、磷、钾）、有机物及水分等。因此污泥处理的主要目的是：l）减少水分，为后续处理、利用和运输创造条件；2）消除污染环境的有毒有害物质；3）回收能源和资源。城市污水的污泥在处理过程中含水率如表5-l所示。污泥的处理方法包括污泥浓缩、污泥消化、污泥脱水（干化）、污泥干燥、污泥焚烧等方法，以及最终处置。城市污水的污泥在处理过程中含水率表5-1注：未经处理的污泥称生污泥，浓缩后称浓缩污泥，消化后称消化污泥，余类推。1、污泥浓缩是使污泥脱水的初步过程。污泥的固体浓度低而含水率高，加活性污泥含水率近99％。颗粒结构很小，98％的颗粒粒径小于1毫米，固体颗粒外面还包有一层水合膜，影响颗粒的凝聚。为尽量降低污泥含水率，要经浓缩、脱水干化、干燥等环节，其中浓缩的费用最低，消能最少，因此提高浓缩效率，可以节省后续处理费用。污泥浓缩有几种方法：l）利用坚式或辐射式浓缩池，靠重力作用使颗粒沉降而与水分离。这种方法可以把活性污泥的固体含量从0.5-2.0%增加到1.5-4.0％，污泥体积约缩小4-5倍。从二次沉淀池排出的活性污泥浓缩所需时间为10－12小时。2）上浮浓缩，用溶气上浮、真空上浮、分散上浮或生物上浮等方法。上浮分离效果较好，处理后的污泥中固体含量可达7％，处理时间仅为重力分离的1／3。3）离心分离，用离心机分离，一般用以浓缩为其他方法所不易处理的污泥，如从二次沉淀池中排出的剩余污泥等。此外，还可用震动凝聚法以缩短浓缩时间。2、污泥厌氧消化在无氧条件下，污泥中的有机物由厌氧微生物进行降解和稳定的过程称为厌氧消化。污泥中的有机物含量很高，采用好氧法能耗太大，一般采用厌氧消化法：即在无氧的条件下，由兼性菌及专性厌氧细菌降解有机物，最终产物是二氧化碳和甲烷气（或称污泥气、消化气），使污泥得到稳定。所以污泥厌氧消化过程也称为污泥生物稳定过程。污泥厌氧消化是一个极其复杂的过程，多年来厌氧消化被概括为两阶段过程，第一阶段是酸性发酵阶段，有机物在产酸细菌的作用下，分解成脂肪酸及其他产物，并合成新细胞；第二阶段是甲烷发酵阶段，脂肪酸在专性厌氧菌——产甲烷菌的作用下转化成CH4和CO2。1979\n年，伯力特（Bryant）等人根据微生物的生理种群，提出了厌氧消化三阶段理论，是当前较为公认的理论模式。三阶段消化突出了产氢产乙酸细菌的作用，并把其独立地划分为一个阶段。三阶段消化的第一阶段，是在水解与发酵细菌作用下，使碳水化合物，蛋白质与脂肪水解与发酵转化成由糖、氨基酸、脂肪酸，甘油及二氧化碳、氢等；第二阶段，是在产氢产乙酸菌的作用下，把第一阶段的产物转化成氢、二氧化碳和乙酸。第三阶段，是通过两组生理上不同的产甲烷菌的作用，一组把氢和二氧化碳转化成甲烷，另一组是对乙酸脱羟产生甲烷。影响污泥消化的主要有以下因素：l）温度：温度影响消化速度，也影响消化深度。温度为5－15℃称低温消化，30－35℃称中温消化，50－55℃称高温消化。高温消化几乎可以杀灭一切病原微生物，但操作管理复杂，加热费用高；中温消化只能杀灭部分病原微生物，低温消化效率很低，所以一般采取中温消化。2）投配率：即每天投入消化池内的生污泥量与池内熟污泥量的百分率。投配率的大小影响池内污泥的PH值和消化速率。投配率小污泥消化速度快而充分，产气量高，但要加大池体积；投配率大，消化速度慢，PH值降低，抑制甲烷细菌的生长，破坏正常的消化过程。一般对于生活污水或水质近似的工业废水，投配率率以6-12％为宜。3）生熟污泥的混合程度：混合充分，可加速消化过程，提高产气量，因此需要搅拌。4）厌氧条件：甲烷菌是厌氧性微生物，因此要求消化池密封，隔绝空气。3、污泥好氧消化污泥经过较长时间的曝气，其中一部分有机物由好氧微生物进一步降解和稳定的过程。污泥厌氧消化运行管理要求高，消化池需密闭、池容大、池数多。因此当污泥量不大时可采用好氧消化，即在不投加底物的条件下，对污泥进行较长时间的曝气，使污泥中微生物处于内源呼吸阶段进行自身氧化。因此微生物机体的可生物降解部分（约占MLVSS的80％）可被氧化去除。污泥好氧消化的优点：l）污泥中可生物降解有机物的降解程度高；2）上清液BOD浓度低；3）消化污泥量少，无臭、稳定、易脱水，处置方便；4）消化污泥的肥分高，易被植物吸收；5）好氧消化池运行管理方便简单，构筑物基建费用低。缺点有：l）因氧化1g细胞质约需氧2g，所以运行能耗多，运行费用高；2）不能回收沼气；3）因好氧消化不加热，所以污泥有机物分解程度随温度波动大；4）消化后的污泥进行重力浓缩时，上清液SS浓度高。在好氧消化中，氨氮被氧化为NO3-，PH值将降低故需要有足够的碱度来调节，以便使好氧消化池内的PH值维持在7左右。池内溶解氧不得低于2mg/L，并应使污泥保持悬浮状态，因此必须要有充足的搅拌强度，污泥的含水率应在95%左右，以便于搅拌。好氧消化池的构造与完全混合式活性污泥法曝气池相似（见图5－l）。主要构造包括好氧消化室，进行污泥消化；泥液分离室，便污泥沉淀回流并把上清液排除；消化污泥排泥管；曝气系统，由压缩空气管，中心导流筒组成，提供氧气并起搅拌作用。\n图5-l好氧消化池消化池底坡i不小于0.25，水深决定于鼓风机的风压，一般采用3~4m。4、污泥脱水（干化）污泥脱水是污泥处理的一种方法。污泥浓缩后，用物理方法进一步降低污泥的含水率，便于污泥的运送、堆积、利用或作进一步处理。脱水（干化）有自然蒸发法和机械脱水法两种。习惯上称机械脱水法为污泥脱水，称自然蒸发法为污泥于化。方法虽异，但都是进一步降低污泥含水率的措施。为加速脱水有时先向污泥中投加絮凝剂，称为污泥调节。（1）自然蒸发法将浓缩后的污泥在晒泥场（又称污泥干化场）上铺成薄层，污泥所含水分一部分自然蒸发，一部分渗入土壤。渗漏水经铺在地下的排水管集中排走。这种方法可使污泥的含水率由原来的96~98.5％降低到65~80%。这时污泥已状似湿土，没有流动性，可作肥料。此法在干燥少雨地区可以采用。（2）机械脱水法机械脱水法常用的方法有：1）真空过滤法机械型式较多，一般是用横断面为圆形的滚筒，外张滤布，部分浸入污泥槽中。滚筒内抽为真空，部分水分透过滤布排出，污泥被截留在滤布上，在滚筒转动过程中脱落下来收集处理。脱水后污泥含水率可降低到80％左右。2）加压过滤法有带式压滤、鼓式压滤和板框压滤等。污泥用滤布挤压而脱水，采用压力3~5kg/cm2。脱水后污泥含水率可降低到的65~70％左右。3）离心分离法离心机转速为2000－4000转／min，污泥中固体物在离心作用下向离心机转筒周壁上密集，并经固定在中轴上的螺旋叶片推出筒外收集。离心分离法的优点是容易操作，比上述两种过滤法节省运行费用；但分离液中仍有50~60%的悬浮物，给后续处理留下一定困难。机械脱水法占地面积较小，不受气候条件影响，脱水效果比较稳定，但需要设备和动力，管理比较复杂。5、污泥焚烧污泥焚烧是污泥后处理的一种热还原处理方法。这种方法可将污泥中水分和有机杂质完全去除，并杀灭病原体。污泥焚烧方法有完全燃烧和不完全燃烧两种。（1）完全燃烧法。能将污泥中水分和有机杂质全部去除，杀灭一切病原体，并能最大限度的减少污泥体积。焚烧污泥的装置有多种型式，如竖式多段焚烧炉、转筒式焚烧炉、流化焚烧炉、喷雾焚烧炉等。目前使用较多的是竖式多段焚烧炉。这种焚烧炉多安装在大城市的污水处理厂。近年来发展了高温分解法。污泥在缺氧条件下，加热到370～870℃，有机物遇热分解为气态物质、油状液态物质和残渣。分解时间约25分钟。（2\n）不完全燃烧法。利用水中有机杂质在高压、高温下可被氧化的性质，在装置内的适宜条件下，去除污泥中有机物，通常又称湿式氧化、湿法燃烧。这种方法除适用于处理含大量有机物的污泥外，也适用于高浓度的有机废水。这种方法的优点是可以不经污泥脱水等过程就能有效地处理湿污泥或高浓度有机废水，耗热量小；处理后污泥残渣的脱水性能好，一般可不加混凝剂即可进行真空过滤，而滤渣含水率仅为50％左右；又因处理是在密闭的容器中进行的，基本上不产生臭味、粉尘和煤烟；处理后的残余物中的病原体已经杀灭；分离水易于生物处理。焚烧后余灰可作为资源重复利用。如果仍含有重金属离子等有毒物质，还须做最终处理。焚烧法所需设备庞大，基建投资人，管理要求高。6、沼气利用污泥厌氧消化过程中产生的无色气体—沼气（可称为生物能），主要成分是CH4，CO2，并含有少量H2S，可以作为能源使用。为避免沼气中H2S腐蚀输气管道及设备（如锅炉、沼气发动机等），利用前需作脱硫处理，脱硫技术主要有干式脱硫、湿式脱硫及水淋喷洗脱硫法等。沼气的利用有以下几个方面：（1）作为家庭生活燃料；（2）作为锅炉燃料，高消化污泥；（3）作为化工原料，如CO2可制造干冰，CH4可制CCl4或炭黑；（4）利用沼气发电并利用其冷却水与锅炉废气加温污泥。7、最终处置污泥的最终处置主要有：农肥利用，建筑材料利用，填地与填海造地利用及排海。（1）农肥利用。污泥中含有的氮、磷、钾及有机物非常丰富，既可作为农业肥料使用，也可以作为土壤改良剂用于改造土壤。但为符合农用要求，污泥应先进行稳定化处理或堆肥，以消除病菌、寄生虫卵及重金属离子对植物及土壤的危害作用。（2）污泥堆肥。一般利用好氧条件下微生物的作用，分解污泥中的有机物质并杀灭寄生虫卵和病菌，提高污泥肥分。污泥堆肥有污泥单独堆肥，污泥与城市垃圾混合堆肥两种。（3）建筑材料利用。用污泥中某些成分制造的建筑材料主要有：生化纤维板、灰渣水泥与灰渣混凝土以及污泥砖、地砖等三种。（4）填地与填海造地。不符合利用条件的污泥，或当地需要时，可利用干化污泥填地、填海造地。污泥填地、填海造地可以单独进行或与城市垃圾等其他废弃固体一起进行。另外，污泥也可以单独或与城市垃圾等其他废弃固体一起加以填埋。以上文中的附图没有