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Unit10水污染與治理1854年英國(guó)倫敦爆發(fā)了大規(guī)模的流行性霍亂。此事明確地證實(shí)了污水和疾病之間的關(guān)系。當(dāng)初以公共健康為目的所采取的污染控制，依然是許多地區(qū)的主要目的。然而，水資源的保持，產(chǎn)魚區(qū)的防護(hù)，以及娛樂活動(dòng)用水的維持在今天也成為關(guān)注的焦點(diǎn)。緊隨第二次世界大戰(zhàn)之后所產(chǎn)生的城市人口密度突增和工業(yè)化進(jìn)程的加劇，都使得水污染問題越見明顯。致使對(duì)于水污染的關(guān)注程度在70年代中期達(dá)到了頂峰。水污染是一個(gè)不準(zhǔn)確的術(shù)語，它并未指出污染物的種類和來源。而我們處理廢水問題的方式往往取決于以下幾個(gè)方面：污染物是否需要氧氣，是否助長(zhǎng)藻類，是否有傳染性，是否有毒，或者僅僅是否好看。水源的污染可能直接來自生活污水的排放或工廠污水排放（點(diǎn)源），也可能間接地由空氣污染、農(nóng)業(yè)排水或城市排水（非點(diǎn)源）所引發(fā)?；瘜W(xué)上所謂的純水僅僅是水分子的集合。無論在野外的河流或湖泊、云層或雨水中，還是在下雪期間，極地的冰帽地區(qū)，這種物質(zhì)在自然界均不能找到。然而在實(shí)驗(yàn)室中可以制備非常純凈的水，但是存在一定的困難。因?yàn)樗畼O易接受和容納外來物質(zhì)。城市污水，也被稱作生活污水，是一種復(fù)雜的混合物。它包含水（通常超過99）以及懸浮或溶解的有機(jī)和無機(jī)污染物。這些污染物的濃度通常很低并且以mg/L來表示，也就是說，每升混合物含有多少毫克污染物。重量與體積比也常用來表示在水、廢水、工業(yè)廢水和其它稀釋溶液中的污染物濃度。微生物 任何地方只要存在適合的食物，充足的濕度和適當(dāng)?shù)臏囟龋⑸锛纯纱罅糠敝场６钗鬯疄楦鞣N各樣的微生物提供了一個(gè)理想的環(huán)境。這些微生物主要是細(xì)菌，某些病毒和原生動(dòng)物。廢水中的大多數(shù)微生物是無害的，并且可借助生化過程，將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的最終產(chǎn)物。但是當(dāng)一些人患有可通過有毒廢水傳播的傳染性疾病時(shí)，其排泄物所攜帶的致病病原體，極有可能成為污水的組成部分。雖然在發(fā)達(dá)國(guó)家，類似于水傳播的細(xì)菌性疾病，例如霍亂、傷寒和肺結(jié)核，病毒性疾病例如傳染性的肝炎和原生蟲引起的痢疾，已經(jīng)不再是問題，但是在那些經(jīng)過適當(dāng)處理過的污水不能被公共利用的地區(qū)仍然存在著很大威脅。對(duì)于少量存在的病原體的檢測(cè)是相當(dāng)困難和耗時(shí)的。其標(biāo)準(zhǔn)做法是檢測(cè)存在于包括人類在內(nèi)的（數(shù)十億）熱血?jiǎng)游锬c胃中的有機(jī)物。固體 廢水中的總固體（包括有機(jī)的和無機(jī)的）是指液體部分被蒸發(fā)，并且在103烘干至恒重的殘余物。區(qū)分可溶性固體和懸浮固體的方法，是通過蒸發(fā)過濾的和沒有通過過濾的廢水樣品來進(jìn)行的。兩種烘干樣品質(zhì)量的差值即表示懸浮物的質(zhì)量。將殘留物在550溫度下保持15分鐘以進(jìn)一步分類，剩余的灰代表了無機(jī)物，失去的揮發(fā)物則代表有機(jī)物的重量。懸浮固體（SS）和揮發(fā)性的懸浮固體（VSS）是最有用的。SS和BOD（生化需氧量）是廢水的受污染程度及其過程性能的指標(biāo)。VSS可以指示廢水中有機(jī)物的含量，也可以衡量在生化過程里活性的微生物群。無機(jī)成分 廢水中常見的無機(jī)成分包括：1氯化物和硫酸鹽。常見于人類排放的廢水和廢物中。2氮和磷。以各種形式（有機(jī)的和無機(jī)的）存在于來自人類排放的廢物，和含磷的清潔劑。3碳酸鹽和碳酸氫鹽。通常以鈣鹽和鎂鹽的形式出現(xiàn)在水和廢物中。4有毒物質(zhì)。砷，氰化物和在工業(yè)廢水中可以找到的有毒無機(jī)物：Cd（鎘）、Cr（鉻）、Hg（汞）、Pb（鉛）、Zn（鋅）等重金屬。除了這些化學(xué)成分，溶解氣體的濃度，尤其是氧氣，用pH值所表示的H離子的濃度也是其它引起廢水注意的指標(biāo)。有機(jī)物 生活污水中的有機(jī)物90是由蛋白質(zhì)和碳水化合物組成。這些可生物降解的物質(zhì)包括人類的尿和排泄物、洗滌槽的食物殘?jiān)?、土和洗澡的臟物、洗衣用水和洗燙水，及各種肥皂、洗潔精和其他清潔產(chǎn)品。各種指標(biāo)用來衡量廢水中有機(jī)物濃度。一種方法是基于廢水中的有機(jī)碳的總量（即總有機(jī)碳TOC）。總有機(jī)碳是由樣品中有機(jī)碳被強(qiáng)氧化劑氧化成二氧化碳的數(shù)量與已知的總有機(jī)碳的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量的比較所決定的。常見的另一種方法是根據(jù)把氧化物轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的最終產(chǎn)物所需要的氧氣。因?yàn)樾柩趿空扔谖鬯鞋F(xiàn)存的氧化物，它可以用于廢水濃度的相對(duì)衡量。通常確定廢水需氧量的兩種方法是COD（化學(xué)需氧量）和BOD（生化需氧量）的測(cè)定?；瘜W(xué)需氧量，是用化學(xué)方法氧化有機(jī)物的需氧量。而生化需氧量，是通過適應(yīng)環(huán)境的微生物的以生物的方式降解廢水中的有機(jī)物的需氧量。在水污染控制理論中，生化需氧量是最重要的參數(shù)。生化需氧量用于測(cè)定有機(jī)物污染，是評(píng)估生物反應(yīng)需氧量的基礎(chǔ)和反應(yīng)過程的指標(biāo)。我們可以直接地測(cè)定水或者廢水中的有機(jī)物含量（例如測(cè)定總有機(jī)碳），但是這并不能告訴我們有機(jī)物是否有被生物降解。為了測(cè)定可生物降解的有機(jī)物量，我們用一種間接的方法，也就是在一個(gè)封閉的系統(tǒng)里，測(cè)定將有機(jī)物轉(zhuǎn)化（氧化）成二氧化碳和水所用的生長(zhǎng)的微生物群的耗氧量。耗用的氧氣，或生化需氧量，正比于有機(jī)物的轉(zhuǎn)化量。因此，生化需氧量是系統(tǒng)中生物降解有機(jī)物的相對(duì)衡量。因?yàn)樯镅趸^程可以無限次地進(jìn)行，最終生化需氧量的測(cè)定被限定為20天，這個(gè)時(shí)間能夠滿足95%或以上的微生物氧氣需求。但是過程時(shí)間過長(zhǎng)，致使生化需氧量的測(cè)定沒有效用。所以一種五天式的測(cè)定，即將水樣置于20的黑暗環(huán)境五天，作為生化需氧量的標(biāo)準(zhǔn)。生化需氧量的反應(yīng)速度取決于存在的廢水類型、溫度以及假設(shè)其隨著存在的有機(jī)物（有機(jī)碳）的數(shù)量的變化趨勢(shì)。Unit12水的凈化水分子是沒有記憶力的，所以談?wù)摫晃廴竞捅粌艋娘嬘盟拇螖?shù)是沒意義的，例如分子的逐漸損耗。而當(dāng)我們飲水的時(shí)候到底它有多純凈才是最重要的。水的凈化已經(jīng)發(fā)展為一項(xiàng)復(fù)雜的和尖端的技術(shù)。然而，污水凈化的本質(zhì)的總方法是容易理解的，在某些情況下也是明顯的。水里面的雜質(zhì)分類為懸浮的，膠體的，或者是溶解的。懸浮的顆粒物是大得足夠沉降下來或者可以被過濾掉的。膠體的顆粒物和溶解的顆粒物是更難除去。一是可以用某些方法使小的顆粒物結(jié)合起來變成大的顆粒物，然后把大的顆粒物作為懸浮物來進(jìn)行處理。二是可以把它們轉(zhuǎn)換為氣體，從水中排放到大氣中。不論采取哪一種方法，必須記住，提升水或用泵將水輸送到通過過濾床都需要能量。以上面原則作為依據(jù)，來考慮用來凈化城市廢水的程度。第一步是收集系統(tǒng)。水中的廢物有各種各樣的來源，例如家庭的，醫(yī)院的，學(xué)校的含有食品的殘余物，人類的排泄物，紙，肥皂，清潔劑，臟物，布，其他各種各樣的雜物，當(dāng)然還有微生物。這種混合物就叫做生活污水。（“生活污水”這個(gè)形容詞是很不合適的，因?yàn)樗鼪]有描述污水的情況；它可能是指那些廢物排放出來的地方）。這些污水有時(shí)跟商業(yè)建筑廢水，工業(yè)廢水和雨水混合在一起，一同流進(jìn)廢水的管路網(wǎng)絡(luò)里面去。某些系統(tǒng)將雨水和生活污水分開，另一些系統(tǒng)又將兩者結(jié)合起來。結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)式是比較便宜的，而且適合干燥的天氣，但在暴雨時(shí)，總的體積很容易超過污水處理廠的容量，所以某些水就允許溢流出去和直接排放到河流里面去。初級(jí)處理 當(dāng)生活污水到達(dá)污水處理廠時(shí)，它首先通過一系列的濾網(wǎng)以除去如老鼠，葡萄柚似的大物體，和在接下來的處理時(shí)期里，通過一架磨碾機(jī)以減少剩下的物體的尺寸使其足夠小能有效地被處理。下一步是設(shè)置一系列的沉淀池以除去初始的粗沙，例如雨水從路面帶進(jìn)的沙子，然后，慢慢地任何其它的懸浮固體包括在一個(gè)小時(shí)能沉淀下來的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物。直到這個(gè)階段，稱為初級(jí)處理，相對(duì)地便宜但并未完成凈化的程度。二級(jí)處理接下來的一系列步驟，是設(shè)計(jì)通過加速生化作用的某種形式來較大程度地減少溶解的或微小的懸浮有機(jī)物。分解需要氧氣和微生物以及一種兩者都易接近營(yíng)養(yǎng)物的環(huán)境。達(dá)到這個(gè)目標(biāo)的一種裝置是滴濾池。這種裝置，長(zhǎng)管在由巖石填充而成的濾床上緩慢的旋轉(zhuǎn)，通過持續(xù)地噴灑來分布這些污水。另一個(gè)技術(shù)是活性污泥過程。廢水，經(jīng)過初級(jí)處理后，泵到一個(gè)混合空氣和含有細(xì)菌的污泥幾個(gè)小時(shí)的曝氣池。生化作用與發(fā)生在滴濾池的相似。污泥中的細(xì)菌代謝轉(zhuǎn)化成有機(jī)氧物；原生蟲，作為二級(jí)消費(fèi)者，吃掉細(xì)菌。處理過的水流到一個(gè)含有細(xì)菌的固體沉降的沉淀池去，然后返回到曝氣池。某些污泥必須被排放以維持一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。相對(duì)滴濾池來說，活性污泥需要占地少的面積，因?yàn)樗枰貧廨^小的面積，沒有發(fā)出臭味。生化處理所排放的廢水仍然含有細(xì)菌，和不適合排放到清潔的水源，更不用說飲用。因?yàn)槲⑸锿瓿善涔ぷ?，現(xiàn)在就可以殺死他們了。最后一步是消毒過程，一般是加氯。氯氣，在最后排放前加入到排水15至30分鐘，就可以殺滅99%以上的有害細(xì)菌。三級(jí)或高級(jí)處理盡管此時(shí)的廢水已經(jīng)通過初級(jí)和二級(jí)處理，得到了相當(dāng)大程度的凈化，但是這些處理仍然不合適應(yīng)對(duì)某些水污染的復(fù)雜方面。首先，生活污水里面有很多污染物是不能清除的。無機(jī)的離子，例如硝酸鹽和磷酸鹽，仍然在處理過的水中;這些物質(zhì)，正如我們所看到的，可以作為植物的營(yíng)養(yǎng)物和水體的營(yíng)養(yǎng)成分。用于應(yīng)付這些麻煩廢水的處理方式是必需專門除去這類污染物，而且它們一般很昂貴。如下描述幾種這些技術(shù)。1混凝和沉淀正如在生物處理的討論中我們?cè)缜疤峒暗?，將小的顆粒物轉(zhuǎn)變成的大的能夠快速沉淀的顆粒物是很有好處的。所以它跟無機(jī)污染物同樣道理。各種各樣的無機(jī)膠體顆粒是喜歡水的（親水的）并且具有相當(dāng)?shù)恼掣叫?；由于它們的粘附性它們一起帶走很多其他難以在合理時(shí)間內(nèi)沉降下來的膠體顆粒物。這個(gè)過程被稱為絮凝。石灰，礬和某些鐵鹽都是這些所謂的絮凝劑。2吸附吸附是氣體分子或液體分子粘附到固體表面的過程。這個(gè)過程是具有選擇性的不同種類的分子以不同的方式粘附在任何固體。對(duì)于凈化水，那些有著大的表面積并且結(jié)合傾向于有機(jī)污染物的固體是必需的。選擇的物質(zhì)是活性碳，它能夠特別有效地除去產(chǎn)生令人討厭的味道和臭味的化學(xué)品。這些化學(xué)品包括那些難以生物降解的氯代烴。3其他氧化劑高錳酸鉀和臭氧用于氧化那些抵抗空氣中微生物的氧化的水中廢物。臭氧有一個(gè)很重要的優(yōu)點(diǎn)就是它僅存的副產(chǎn)物是氧氣。4反滲透滲透是一個(gè)水通過一種不透過溶解離子的膜的過程。在正常的過程中，系統(tǒng)傾向于一個(gè)平衡狀態(tài)，在這個(gè)平衡狀態(tài)中膜的兩邊的濃度是相同的。這意味著水從純凈的一邊流到富集污染物的一邊。這并不是我們所希望的，因?yàn)檫@個(gè)過程增加了被污染的水的數(shù)量。然而，假如高壓是加到富集污染物的一邊，這個(gè)過程可被逆轉(zhuǎn)，純凈水就被擠壓通過這個(gè)膜，并且這樣就除去了溶解的離子或者其他溶解的污染物。Unit13污水處理工藝現(xiàn)代科技最偉大的成就之一既是在很大程度上減少了水傳染性疾病如霍亂和傷寒的發(fā)生率。這些病已不再像過去那樣是公眾健康最大的危險(xiǎn)。其發(fā)展的關(guān)鍵在于認(rèn)識(shí)到公用水域是人為污染主要傳染源。但是這種污染可以通過更有效地水處理工藝和更好的廢水處置方法來消除。今天的水工藝設(shè)備是為連續(xù)供應(yīng)可持續(xù)飲用水而設(shè)計(jì)的。完成整個(gè)過程需要注意四個(gè)重要問題：水源的選擇、水質(zhì)的保護(hù)，工藝方法的使用以及再污染的防治。而阻止地下水和地表水污染常用的預(yù)防措施是，禁止排放生活排污和雨水的下水道接近水庫(kù)，安裝柵欄以防止保護(hù)娛樂用水被污染，還有就是在水庫(kù)注水后限制使用肥料和殺蟲劑。隔離、混凝/絮凝、沉淀、過濾和消毒是地表水處理的主要單元。水工藝處理實(shí)現(xiàn)了一個(gè)或者多達(dá)三個(gè)主要任務(wù)：除去細(xì)小的顆粒物，如沙粒和泥土、有機(jī)物質(zhì)、細(xì)菌，還有藻類；除去溶解性物質(zhì)，如一些引起色度和硬度的物質(zhì)；還有就是除去或者破壞致病菌和病毒。實(shí)際的水處理過程要按照水源的種類和水質(zhì)的要求去選擇。有時(shí)，原水濁度很低，可以用普通沉降法（不含化學(xué)物質(zhì)）來去除一些大的顆粒物，再用過濾來去除那些難以沉降的少量顆粒物。然而，通常情況下，原水中顆粒過小難以通過沉淀和簡(jiǎn)單過濾在短時(shí)間內(nèi)去除。為了彌補(bǔ)這一點(diǎn)，加入化學(xué)藥品以混凝/絮凝這些小的膠體顆粒，使其形成可以在沉淀池內(nèi)沉降或者可以被過濾器直接去除的較大顆粒物。顆粒物的去除適用于污水顆粒物去除的單元操作包括阻隔、沉淀、混凝/絮凝和過濾。阻隔是指去除木塊、樹枝、碎屑和小魚等類似物的固體物。它是污水處理的第一階段。如果允許這些殘骸進(jìn)入處理設(shè)備會(huì)導(dǎo)致水泵的損壞或者阻塞水管和水渠。水的引入口的位置會(huì)低于湖泊或者江河水面的目的也是為了排除漂浮物和減少由于冰塊而造成的物理破壞。沉淀是最古老也是應(yīng)用最廣泛的水處理方法。它是利用自由沉淀去除水中顆粒物。這是相對(duì)簡(jiǎn)單和便宜的，可以在圓的、方的、矩形的水池里實(shí)現(xiàn)。先前認(rèn)為，沉淀處于混凝和絮凝之后（對(duì)于高混濁的水）或者完全省略（對(duì)于中等混濁的水來說）。地表水懸浮物顆粒物直徑在10-110-7毫米之間變化。這個(gè)尺寸正好也是微小沙粒和細(xì)小粘土顆粒各自的大小。引起水濁度的顆粒物直徑在10-4毫米以上，而10-4毫米以下的顆粒影響水的色度和味道。混凝/絮凝是一個(gè)化學(xué)物理過程，那些太小的用普通沉降法不能去除的顆粒具有在這個(gè)過程中失去穩(wěn)定性能成團(tuán)的特點(diǎn)，從而能較快地沉淀。大部分懸浮顆粒太小以至于沉淀到池底需要幾天或者幾周。甚至這些膠體粒子不能夠通過普通沉淀法沉降?；炷鞘鼓z體粒子脫穩(wěn)的化學(xué)過程。確切機(jī)理并未完全探究清楚，但是總概念是向含有負(fù)電荷的水中加入帶正電荷的化學(xué)物質(zhì)。其結(jié)果是中和水中反粒子從而降低膠體之間相互排斥的趨勢(shì)。分散混凝劑需要幾秒鐘的快速混合。懸浮物的慢速混合稱為絮凝，這種沉降可以促進(jìn)粒子直接的接觸。并且可以在混凝/絮凝池內(nèi)通過旋轉(zhuǎn)槳的旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)，或利用水力壓力直接在池內(nèi)折流板周圍形成。深度在34米之間的混凝/絮凝池的滯留時(shí)間是2040分鐘。通過混凝/絮凝聯(lián)合的化學(xué)/物理過程，不能被簡(jiǎn)單沉降池沉降的膠體顆?？梢跃奂纬梢环N大顆粒狀的絮狀物。在沉降過程中，將會(huì)出現(xiàn)可以捕獲微小非凝固態(tài)顆粒的不規(guī)則形狀的毛絨狀物質(zhì)。硫酸鋁是最通常的凝結(jié)劑，有機(jī)聚合物也可以單獨(dú)作為混凝劑，或者與明礬起來改善絮凝效果。在絮狀物被去除的過程中，它一般從混凝/絮凝池轉(zhuǎn)移到沉淀池中，或直接被過濾。消毒 為了確保水中沒有有害細(xì)菌，消毒是必需的。氯化消毒是消毒公共用水的最常用的方法。來自氯氣或次氯酸鹽的足量的氯原子被增加到處理過后的水中去殺死致病的細(xì)菌。氯氣是一種可靠的，相對(duì)便宜的和容易使用的消毒方法。其它的消毒劑包括氯胺，二氧化氯，其它的鹵素，臭氧，紫外線的光和高溫。在法國(guó)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用的臭氧氧化方法，尤其是在天然有機(jī)物存在的場(chǎng)合作為預(yù)加氯的替代品。在北美現(xiàn)在正在被獲得認(rèn)可。雖然有效，但是臭氧不會(huì)因?yàn)殚L(zhǎng)期的消毒面遺留永久的殘余物。臭氧氧化是指加入臭氧對(duì)水消毒，臭氧是無機(jī)和有機(jī)雜志具有強(qiáng)烈的氧化性。氣好是因?yàn)樗幌衤葰庖粯犹幚砗罅粝挛兜篮蜌馕丁Ｈ芙庑晕镔|(zhì)的去除曝氣是用來除去地下水中過量的鐵和錳。這些物質(zhì)引起味道和顏色總是干擾洗滌，玷污管道裝置，而且在輸水總管中促進(jìn)鐵細(xì)菌的生長(zhǎng)。通過空氣氣泡進(jìn)入水中，或通過噴灑引起空氣和水接觸，溶解性的鐵和錳（Fe2+,Mn2+）被氧化成一種溶解性水的形式（Fe3+,Mn3+），它們被析出然后能在一個(gè)沉淀池或過濾器中被去除。曝氣也可以去除由硫化氫氣體所引起的氣味。水的軟化是將水除去硬度的一個(gè)過程，硬度的產(chǎn)生由于二價(jià)金屬離子的存在（尤其是鈣離子和鎂離子），水的硬化正是由于水與土壤或巖石接觸反應(yīng)的結(jié)果，對(duì)于在有二氧化碳存在下的石灰石，水的硬化更為明顯。活性炭是一種很好的吸附劑被廣泛用于水處理中來除去有機(jī)污染物?；钚蕴康闹苽湟?jīng)過兩個(gè)過程。第一，適合的基本材料例如木頭，泥炭塊，植物材料，或者在缺少空氣中被加熱炭化的骨頭。然后在存在空氣，二氧化碳的情況下，加熱這種炭化的物質(zhì)使其有活性，或者蒸發(fā)燒掉其含有的任何焦油來增大它的氣孔。用活性炭吸附氣體、液體、以及固體的去除效果會(huì)受水的溫度、pH值和有機(jī)物的復(fù)雜性的影響。反滲透（RO）是指以自然滲透逆方向通過半透膜的過程。因?yàn)闈B透膜可以去除了溶解鹽，所以反滲透的最主要應(yīng)用是用于脫鹽。然而，這過程中的有機(jī)原材料，細(xì)菌和病毒也被去除了，所以反滲透在污水處理中的應(yīng)用還有待進(jìn)一步發(fā)展改進(jìn)。Unit14廢水的生物處理法微生物降解的應(yīng)用和去除工業(yè)廢水以及城市廢水中的不希望存在的成分并不是一個(gè)新的概念。它是一般廢水處理活動(dòng)的常用的過程，而且已經(jīng)使用了許多年。隨著我們認(rèn)識(shí)到化學(xué)品對(duì)于環(huán)境的污染，有很多關(guān)于有毒化學(xué)物的生物降解方面的研究便出現(xiàn)了。在這些處理技術(shù)之中，生物降解是最有效的生物處理方法之一。廢水的生物處理法跟其他化學(xué)的和熱的處理過程聯(lián)合使用，使得其在管理方面的應(yīng)用得以提高?；罨纳镞^濾池 生物過濾池為第一階段，活性污泥池為第二階段，之后是沉淀池。污泥會(huì)循環(huán)到生物膜階段和活性污泥池。這種方式結(jié)合了生物膜和懸浮生長(zhǎng)的特性?；钚晕勰?活性污泥過程是一種典型的懸浮生長(zhǎng)的生物處理式，是用于處理有機(jī)和工業(yè)廢水的最廣泛的生物處理過程。然而，它只能處理含有小于1%懸浮固體的有機(jī)廢水流，但不能承受濃縮的有機(jī)物的沖擊式負(fù)荷。因此，廢水流的進(jìn)入通常是經(jīng)過包含澄清池（初級(jí)澄清池）和平衡池的預(yù)處理過程。預(yù)凈化池用來處理沙礫、油和脂肪以及總固體物，而均質(zhì)池則對(duì)廢水流率的變化進(jìn)行緩沖同時(shí)使活性污泥系統(tǒng)的有機(jī)負(fù)荷更加均勻?；钚晕勰噙^程用來處理工業(yè)和城市廢水，因?yàn)樗鼈兪秦S富多樣的，靈活的和通過調(diào)整過程參數(shù)來達(dá)到一個(gè)我們所希望的水質(zhì)出水。這樣來命名這個(gè)過程是因?yàn)橛醒醯姆€(wěn)定的廢水中能產(chǎn)生一個(gè)活性的大量的微生物。基本過程有很多版本，但它們基本上是相同的?；钚晕勰鄳?yīng)用于處理單元中的過程和生物固體?；旌弦簯腋」腆w或活性污泥，包含各種各樣的異養(yǎng)微生物，例如細(xì)菌、原生動(dòng)物、真菌和更大的微生物。占多數(shù)的特殊微生物種類的優(yōu)勢(shì)取決于被處理的廢水和操作過程的方式。活性污泥過程是當(dāng)前最廣泛使用的生物處理過程。這部分是基于生物質(zhì)循環(huán)這一結(jié)果，生物質(zhì)循環(huán)是整個(gè)工藝的一部分，它可以使微生物在相對(duì)較短的馴化時(shí)間內(nèi)適應(yīng)廢水組分的變化，并能在較大程度上控制馴化菌的數(shù)量。活性污泥系統(tǒng)包括平衡槽，沉淀池，曝氣池，澄清池，和污泥回收過程。平衡槽使污水均勻以減少供水的變化，這也許會(huì)導(dǎo)致微生物過程的混亂和減少處理的效率。然后，可沉淀的固體在沉淀池中被除去。其次，污水進(jìn)入曝氣池，使一種需氧細(xì)菌維持在懸浮狀態(tài)以及提供氧氣和營(yíng)養(yǎng)物。曝氣池內(nèi)的被稱為混合液。氧氣由機(jī)械或擴(kuò)散曝氣提供，維持懸浮微生物的數(shù)量?；旌弦簭钠貧獬剡B續(xù)被排入到從處理的污水中分離出生物質(zhì)的澄清池。生物質(zhì)的一部分循環(huán)到曝氣池以保持曝氣池中馴化微生物的最佳濃度。分離出的剩下的生物質(zhì)被排放掉。生物質(zhì)也許進(jìn)一步在污泥干燥層脫水或通過污泥過濾器處理。澄清后的廢水被排放掉。ll 可循環(huán)的生物質(zhì)被稱為活性污泥。使用“活性”這個(gè)術(shù)語是因?yàn)樯镔|(zhì)含有活著的和馴化的微生物，當(dāng)返回到曝氣池的時(shí)候這些微生物以更高的速度代謝轉(zhuǎn)化和吸收有機(jī)物。發(fā)生的原因的是因?yàn)樵诔吻宄氐奈勰嘀?，食物與微生物的比率較低。 對(duì)于工業(yè)廢水的處理，經(jīng)常需要提供足夠的氮和磷是補(bǔ)充的營(yíng)養(yǎng)來源。在大多數(shù)情況下，氮作為氨加入而磷作為磷酸加入。一個(gè)適當(dāng)?shù)膒H范圍（6至8）和一個(gè)足夠的溶解氧濃度（最小值為1至2mg/L）必須要保持在曝氣池中來維持一個(gè)健康的和活性的系統(tǒng)。曝氣池中廢水停留時(shí)間和污泥的停留時(shí)間是重要的操作參數(shù)。HRT被定義為曝氣池的體積除以進(jìn)去水的流率的比，而SRT是系統(tǒng)中總的污泥的數(shù)量除以污泥離開系統(tǒng)作為廢物排出來的速率。必須提供足夠的時(shí)間使得廢水中的細(xì)菌吸收水中的有機(jī)物。對(duì)于活化污泥過程來說，廢水停留時(shí)間一般是6-24小時(shí)，而污泥停留時(shí)間是4-10天。最佳操作時(shí)間是在25-32的范圍。盡管在活性污泥系統(tǒng)中的有機(jī)物范圍包括病毒到多細(xì)胞微生物,占主要地位和活性最高的是異養(yǎng)細(xì)菌,而程度小一點(diǎn)的是同時(shí)聚集在污泥絮里和分散在液體中的自養(yǎng)細(xì)菌。異養(yǎng)細(xì)菌用有機(jī)物作為碳和能量的來源，然而自養(yǎng)細(xì)菌一般依靠礦物質(zhì)的氧化來獲取能量和利用二氧化碳作為碳的來源。這些細(xì)菌能夠進(jìn)行水解和氧化反應(yīng)。復(fù)雜的碳?xì)浠锿ㄟ^氧酶氧化成低分子量，即結(jié)合氧進(jìn)入到長(zhǎng)鏈或環(huán)狀的碳?xì)浠衔锓肿?。多糖、脂肪和蛋白質(zhì)，從聚合物態(tài)通過水解形式被降解為單體。通過這些反應(yīng)的最終產(chǎn)品即醇類和酸進(jìn)入微生物體內(nèi)并經(jīng)胞內(nèi)酶催化氧化被代謝。氧化遵循化學(xué)順序，即醇類氧化為醛類，再氧化成酸類。部分酸氧化成CO2和水，來獲得所需的能量以利用剩下的酸類來提供細(xì)胞生長(zhǎng)。通常，活化污泥是很容易地分解醇、醛、脂肪酸、烷烴、烯烴、環(huán)烷烴和芳香烴。其它化合物，如異烷烴和鹵代烴，更難于微生物的分解。因此，處理的程度和分解的速度，取決于活性污泥系統(tǒng)中的馴化的生物質(zhì)。但是，一般只有稀的廢水才能被處理，而大部分危險(xiǎn)性的有機(jī)廢水，除了在很低濃度的時(shí)候，通常是有毒的或難以適用這過程。所以，在廢水與更容易生物降解的廢水流混合時(shí)，通過這個(gè)過程，處理危險(xiǎn)性廢水顯得十分實(shí)用。溶解的金屬離子和細(xì)小的金屬顆粒通過結(jié)合于酶的活性位而對(duì)微生物的新陳代謝產(chǎn)生不利的影響，或在活性污泥處理過程中導(dǎo)致酶的構(gòu)象變化。通常情況下，微生物只能承受少量毫克每升（mg/L）或更少的重金屬。重金屬，通過增加硫酸鹽來生成硫化物而不被溶解。而輕的金屬陽離子，通過生成碳酸鹽和重碳酸鹽被去除。除了生物降解之外，有機(jī)物能通過空氣的提取，或吸附到污泥中而被去除。Unit15離子交換離子交換是一種適用于以下污染物的處理技術(shù)：（a）以可溶解的離子形式存在于污水中的金屬（例如，Cr3+和CrO42-）;(b)非金屬陰離子例如鹵化物、硫酸鹽、硝酸鹽和氰化物；和（c）水可溶解的，離子性的化合物包括（1）酸類例如羧酸、磺酸和某些苯酚，以一個(gè)酸堿度足夠高的堿性來產(chǎn)生離子的種類，（2）胺，當(dāng)溶液的酸性足夠高來形成相對(duì)應(yīng)的酸鹽，和（3）四價(jià)胺和烷基硫酸鹽。當(dāng)用于危險(xiǎn)性污水處理時(shí)，離子交換是一個(gè)可逆的過程，其中危險(xiǎn)性的陽離子和/或陰離子從一個(gè)水溶液里被除去并且被非危險(xiǎn)性的陽離子和/或陰離子代替，例如鈉、氫、氯化物或者氫氧根。假如交換正離子（陽離子），離子交換樹脂呈陽離子性，假如交換的是負(fù)離子（陰離子）則它們呈陰離子性。當(dāng)將要處理的廢水流接觸到一床的樹脂球（通常在填充柱里），危險(xiǎn)性離子交換到非危險(xiǎn)性離子在樹脂球表面發(fā)生。一開始，非危險(xiǎn)性離子很松散地結(jié)合到樹脂表面。當(dāng)危險(xiǎn)性離子靠近樹脂時(shí)，它傾向于吸附在樹脂的表面（根據(jù)離子能的差異），放出非危險(xiǎn)性離子。陽離子交換樹脂所包含的可流動(dòng)陽離子，如H+或Na+，它們結(jié)合在固定的酸性功能基團(tuán)上，如磺酸基（SO3-）和羧基官能團(tuán)（COO-）。陰離子交換樹脂有固定的堿性離子，如胺（NH2-）,一些活動(dòng)的離子例如氫氧根離子（OH-）或者氯離子（Cl-）結(jié)合到胺離子上去。離子交換物接觸到溶液，這種溶液含有將要被去除直到在交換物中的活性位被部分或全部使用掉（失活）為止的離子。失活之后，樹脂再接觸到一種相對(duì)來說低體積、濃度很高的交換離子的溶液來變回它原來的狀態(tài)（再生）。例如，在以鈉為基礎(chǔ)的樹脂的情況下，強(qiáng)溶解質(zhì)氯化鈉是典型的再生溶液。再生溶液迫使原先去除的離子返回到溶液中去。這種樹脂，體積相對(duì)較小，而且高度富集了污染物離子，必須對(duì)回收或除去的危險(xiǎn)性陽離子或陰離子污染物優(yōu)先處理。因?yàn)檫^量的再生離子必然促使污染物離子返回到溶液中去，所以，如上面例子中的鈉，使用的再生溶液中的再生離子的濃度將會(huì)持續(xù)升高。完成交換反應(yīng)的方向和程度，取決于建立在溶液和交換物質(zhì)中的離子的平衡關(guān)系。離子交換過程大多數(shù)的離子交換反應(yīng)發(fā)生在填料柱。即將處理的水溶液持續(xù)地在填料柱的頂部或底部充當(dāng)養(yǎng)料。一種典型的固定床離子交換填料柱，由一個(gè)防腐蝕的垂直圓柱形的壓力容器內(nèi)層組成。因?yàn)閼腋∥飼?huì)堵塞交換樹脂，所以如果合適的話，在填料柱的入口處安裝一個(gè)過濾器來除去懸浮物。噴水器安裝在填料柱的頂部或底部來分散廢水流。通常情況下，對(duì)于再生液，有一種單獨(dú)的分布器來保證均勻的水流。通常由幾英尺厚的離子交換樹脂小球組成的樹脂層，由在底部分布器附近的格柵或惰性顆粒物形成的支撐床所支撐。在外部，該單元有一個(gè)閥門式的系統(tǒng)，允許向下流動(dòng)的操作、反沖洗（用來去除懸浮物）、再生液的噴射，以及過量再生液的沖洗。對(duì)于一個(gè)基本的兩步陽/陰離子交換系統(tǒng)來說，一個(gè)典型的步驟包括單獨(dú)的陽離子和陰離子交換系統(tǒng)的串聯(lián)處理。在同樣的容器，一些系統(tǒng)包括陰陽離子交換樹脂。對(duì)于預(yù)先包裝的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，用于離子交換的壓力容器直徑一般在26英尺之間，處理流量為每分鐘25到300加侖流量，而對(duì)于訂做的最大直徑為12英尺的壓力容器，其最高處理流量可以達(dá)到每分鐘1150加侖。這些容器的高度范圍在6至10英尺之間，以提供適當(dāng)?shù)臉渲瑑?chǔ)存、噴嘴的布局分布，以及提防在反沖洗期間固定床的膨脹所允許的自由空間容量。離子交換容器的名義上的表面負(fù)載面積在每分鐘8到10加侖每平方英尺之間。離子交換被應(yīng)用于去除以下廢水中的各種各樣離子污然物：1. 在溶液中呈現(xiàn)可溶性的所有金屬元素，陰離子或陽離子2. 無機(jī)陰離子，例如鹵化物，硫酸鹽，硝酸鹽，氰化物等等3. 當(dāng)pH到達(dá)一定堿性程度時(shí)，從有機(jī)酸，例如羧酸，磺酸，和一些苯酚中電離出來的離子4. 當(dāng)溶液到達(dá)一定酸性時(shí)，有機(jī)胺將生成的相對(duì)應(yīng)的酸鹽吸附樹脂可以除去各種各樣極性和非極性的有機(jī)物。離子交換的實(shí)際濃度上限大約是2500到4000mg/L。因?yàn)檫^高的濃度會(huì)導(dǎo)致樹脂的快速失活和過高的再生液費(fèi)用。原料流中的懸浮固體必須少于50mg/L以防止堵塞樹脂，而廢水流中必須沒有氧化劑。這個(gè)技術(shù)被應(yīng)用于處理含有金屬的廢水，包括陽離子（例如：Ni, Cd, Hg）和陰離子（例如：CrO4, SeO4, HAsO4）。它的局限性是選擇性/競(jìng)爭(zhēng)，酸堿度和懸浮固體。高濃度的廢水源（污然物濃度高于25，000mg/L）通?？梢杂闷渌椒ǜ佑薪?jīng)濟(jì)性地進(jìn)行分離。高固體濃度（高于50mg/L左右）必須避免，以防止樹脂的堵塞。離子交換被用于提取溶液中特定的金屬。到目前為止，樹脂中提取特定金屬的大約30種合成的“親金屬的”成分已經(jīng)得到了發(fā)展。那些合成成分提取特定金屬的方法與活細(xì)胞提取特定金屬的方法類似。自然的細(xì)胞有一個(gè)內(nèi)在的生存機(jī)理，就是對(duì)于奪取和運(yùn)輸細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)所需的特定金屬，尤其是Fe, Co, Zn, Cu, Na, Ni, K, My和Mn具有高度選擇性。那些合成物就是模仿活細(xì)胞的高效率和天然金屬的提取能力制造出來的。特定的金屬交換和吸附樹脂方法必須根據(jù)具體的情況來設(shè)計(jì)。盡管那有三個(gè)主要的操作模型（固定床的順流，固定床的逆流，和連續(xù)的逆流），但固定床的逆流方法是被最廣泛地使用這個(gè)情況也是值得去注意的。連續(xù)的逆流方法適合那些高流程。通過使用陽離子交換樹脂的H物形態(tài)和陰離子交換樹脂的OH物形態(tài)可以實(shí)現(xiàn)陽離子和陰離子的完全除去（“去除礦物質(zhì)”）。 除去有機(jī)物還有無機(jī)物，可以使用結(jié)合吸附/去除礦物質(zhì)方法。在這個(gè)方法中，前面床帶吸附樹脂那將作為有機(jī)物清除劑，而后面床包含陰離子和陽離子交換樹脂。使用不同種類的吸附樹脂（例如：極性的和非極性的），可以除去各種各樣的有機(jī)物。樹脂的性能因生產(chǎn)廠家的不同而有很大的變化。所需樹脂的數(shù)量必須取決于用于處理廢水時(shí)的化學(xué)測(cè)試。一個(gè)樹脂生產(chǎn)廠家也應(yīng)該保證樹脂的正確選擇。為了保證有適當(dāng)?shù)倪x擇，以下的數(shù)據(jù)項(xiàng)目可用到：（1）需被消除的有害物質(zhì)的名稱，（2）有害的懸浮物的濃度，（3）需處理的廢水量，（4）離子的化學(xué)分析。在新的發(fā)展里，Rohm和Haas通過全面的高溫分解活化的IERS，生產(chǎn)出一組6個(gè)碳的吸附機(jī)。高溫?zé)峤夂?，樹脂顆粒的外殼炭化具有活性炭的高吸附活性，并具有物理強(qiáng)度和可控的聚合物顆粒孔徑。這個(gè)碳的樹脂的一個(gè)主要應(yīng)用是地下水的處理，地下水的處理有高的反應(yīng)性和選擇性，它要求捕獲濃度范圍為1/10000和110-9的污染物。應(yīng)用性離子交換系統(tǒng)對(duì)污染物的清單已證明是有效的，清單里包括鋁，砷，鈣，鉻（六價(jià)的和三價(jià)的），銅，氰化物，金，鐵，鉛，錳，鎳，鈀，鉑，硒，銀，錫，鋅，和其他。因此，它能夠處理各種各樣的工業(yè)污染問題。因?yàn)榻饘偌庸ぎa(chǎn)業(yè)的廢水中含有高濃度的金屬，所以他們?cè)谠S多方面都利用離子交換。在末端的處理中，離子交換當(dāng)然是可行的，但它在回收方面的應(yīng)用卻要最大的價(jià)值。它經(jīng)常用于回收清洗的水和加工化學(xué)品的中和處理。一些電鍍工廠利用離子交換來濃縮和凈化電鍍液。還有，一些工業(yè)企業(yè)，包括許多有色金屬處理廠，其利用離子交換來減少進(jìn)來水源的鹽的濃度。離子交換過程可能是用于除去污水中的亞鐵氰化絡(luò)合物過程用氫化物沉淀法將化合物聚集起來。當(dāng)氰化物與鐵絡(luò)合時(shí)，離子交換用于氰化物的去除。實(shí)驗(yàn)性數(shù)據(jù)表示，特定的樹脂對(duì)鐵氰絡(luò)合物的去除是有很高的選擇性的。離子交換已經(jīng)用于有用金屬回收的冶金過程。鈾的處理和提取是液體和固體離子交換中的一個(gè)活躍的領(lǐng)域。它已經(jīng)用于放射性廢物的去除和分離。離子交換也可用于去除某些有機(jī)化合物，然而，一般更加適用于其它競(jìng)爭(zhēng)的過程。樹脂除偶爾堵塞或結(jié)垢之外，離子交換被證明是高度可靠的技術(shù)。只有泵、閥門、管道系統(tǒng)和其他硬件的正常維持是再生過程需要的。如果有的話，再生過程去除后的固體在離子交換器內(nèi)累積是很少的。適當(dāng)?shù)念A(yù)處理和措施可以避免固體積累問題。通常離子交換樹脂的再生鹽水在排放之前必須先除去金屬。這可能產(chǎn)生固體廢物。Unit16污水的氧化 這一階段描述的過程是基于化學(xué)的氧化,和熱 (包括濕空氣和超臨界水氧化),電解,輻射以及生物上的氧化有區(qū)別。用化學(xué)氧化來處理的廢水的主要形式是液體,由于最強(qiáng)的氧化劑的選擇性相對(duì)較低,所以,在污水流中的任何容易被氧化的物質(zhì)都可以被處理掉。例如,如果用一種容易氧化的有機(jī)溶劑,那么氧化劑的化學(xué)效應(yīng)很少能對(duì)危險(xiǎn)組成物產(chǎn)生影響。因此,這樣做,在本質(zhì)上就局限了大多數(shù)常常應(yīng)用到廢水處理的氧化劑的應(yīng)用。 氣體的處理利用了氧化溶劑的噴林,這樣可以消除用臭味的物質(zhì),例如氨和硫化物。舉個(gè)例子，高錳酸鉀被應(yīng)用到某些化學(xué)處理過程，如制造牛皮和煉油工業(yè)過程。氧化液也應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)室里一些小規(guī)模的特定的反應(yīng)氣體的處理中。 氧化限制了對(duì)泥漿，焦油和污泥的應(yīng)用。因?yàn)樵谀酀{中的其他成分和被氧化的的物質(zhì)可能會(huì)被氧化劑不加區(qū)別地氧化，所以在反應(yīng)中，分為幾個(gè)步驟的處理的小心控制和pH的小心控制是必需的。 化學(xué)氧化在工業(yè)和城市污水處理中都是非常高效的。特別是氧化提供了少數(shù)方法中其中一種來除去氣味，顏色和各種各樣潛在毒性的有機(jī)物質(zhì)，如酚，殺蟲劑和工業(yè)溶劑。它還可以為飲用水消毒，殺死或使可能存在在水中的病原微生物失去活性。 氧化反應(yīng)利用一些簡(jiǎn)單的，易得到的設(shè)備就可以發(fā)生，只需要儲(chǔ)存用的容器，計(jì)量設(shè)備和帶有攪拌器的反應(yīng)容器。然而，執(zhí)行起來是復(fù)雜的，因?yàn)槊恳粋€(gè)氧化或還原反應(yīng)系統(tǒng)都必須針對(duì)于某一個(gè)特定的應(yīng)用來設(shè)計(jì)。故用來確定合適的化學(xué)進(jìn)料速度和反應(yīng)停留時(shí)間的實(shí)驗(yàn)室和/或者中式規(guī)模的試驗(yàn)是必要的。氧化和還原還沒有被廣泛應(yīng)用到危險(xiǎn)污水流的處理中。 在選項(xiàng)使用氧化技術(shù)時(shí)要考慮的一個(gè)重要因素就是這些化學(xué)處理品都是有毒的，因此在處理過程中要格外小心。特別是，許多氧化劑的處理有潛在的危險(xiǎn)性，應(yīng)該要嚴(yán)格遵守供應(yīng)商的要求。 某些情況下，結(jié)果可能是生成不希望有的副產(chǎn)物。例如，加氯會(huì)導(dǎo)致生物抵抗性的最終產(chǎn)物，這些產(chǎn)物可能會(huì)有臭味，比原來的化合物更具有毒性。當(dāng)使用氯來氧化污水時(shí)要考慮到這種副反應(yīng)產(chǎn)生的可能性?；瘜W(xué)氧化對(duì)廢水生物處理之前進(jìn)行預(yù)處理是十分有效的，而且能讓生物處理中難以處理的化合物得到部分氧化，使它能夠更加順從生物氧化?；瘜W(xué)氧化的一個(gè)主要局限是氧化反應(yīng)常常不能徹底進(jìn)行（反應(yīng)不能進(jìn)行到產(chǎn)生CO2和H2O）。不完全氧化可能是由氧化劑濃度，pH，氧化劑的氧化性，或生成穩(wěn)定中間產(chǎn)物引起的。不完全氧化的危險(xiǎn)在于可能生成毒性更強(qiáng)的氧化產(chǎn)物?；瘜W(xué)氧化不適合高濃度的，成分復(fù)雜的廢水。最強(qiáng)的氧化劑，相對(duì)來說是沒有選擇性的，廢水中任何可被氧化的有機(jī)物都能被處理。高濃度的廢水則需要高濃度的氧化劑來處理目標(biāo)化合物。一些氧化劑，例如高錳酸鉀，能被分解在高濃度的酒精和有機(jī)溶劑中?；瘜W(xué)氧化應(yīng)該被認(rèn)作為含有氰化物的廢水的第一處理步驟?；瘜W(xué)氧化應(yīng)該被認(rèn)定為含有不服從其他處理方法的成分的第一處理步驟?；瘜W(xué)氧化應(yīng)該被認(rèn)為是一個(gè)其他處理過程之后，對(duì)殘余的污染物的最終凈化處理?；瘜W(xué)氧化是一種用來處理有機(jī)廢水的技術(shù)。它也利用將硫化物轉(zhuǎn)化成硫酸鹽的方法來處理含硫廢水。廢水中氰化物的破壞通常也是由化學(xué)氧化來完成的?；瘜W(xué)氧化還