工业废水处理的基本方法――物理法（一）

 
        工业废水处理在基本方法，就是采用各种技术与手段，将废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，使水质得到净化。
        现代废水处理技术，按原理可分为物理处理法、化学处理法和生物化学处理法等。

        物理处理法，即是利用物理作用分离废水中呈悬浮状态的固体污染物质。方法有：筛滤法、沉淀法，上浮法，气浮法，过滤法和反渗透法等。

       化学处理法，即是利用化学反应的作用，分离回收废水中处于各种形态的污染物质（包括悬浮的、溶解的、胶体的等）。主要方法有中和、混凝、电解、氧化还原、萃取、吸附、离子交换和电渗析等。

      生物化学处理法，即是利用微生物的代谢作用，使废水中呈溶解、胶体状态的有机污染物转化为稳定的无害物质。主要可分为两类，即利用好氧微生物作用的好氧法和利用厌氧微生物作用的厌氧法。前者广泛用于处理城市污水及有机性工业废水，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废水与废水处理过程中产生的污泥。

      由于废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，才能处理不同性质的污染物，达到净化的目的与排放标准。
 
一、物理处理

        废水的物理处理一般是在常温常压条件下，采用物理或机械的方法，如水质水量的调节、筛滤、澄清、沉淀、气浮等，对废水进行预处理，除去废水中的不溶解的悬浮固体（包括油膜、油品）和漂浮物，为二级处理做准备。物理处理方法的最大优点是因为在处理过程中不改变物质的化学性质，设备简单，操作方便，运行费用低，分离效果良好，因此应用极为广泛，但物理法的缺点是仅能去除水中的固体悬浮物和漂浮物，COD的去除率一般只有30%左右，对水中的溶解性杂质基本无法去除。
       根据物理作用的不同，物理处理法可分为采用格栅和筛网的预处理、澄清、沉淀、气浮、过滤、吸附、膜分离、蒸发浓缩、结晶等。
 
1、预处理
        预处理也称初步处理，通常指在污水处理厂或给水处理厂的进口处，通过一些专用处理设备或构筑对污水进行简单的处理，去除水中所含有的会影响后续设备正常运行的大块状杂质及长纤维，如漂浮物、砂粒、果壳、纤维物，所涉及的技术包括格栅、筛网、沉砂等。对于水质和水量变化较大的工业废水，在处理之前还需要进行水量和水质的均和调节。

（1）格栅 
        格栅的基本结构是由一组平行的金属栅条按一定的间距（15～20mm）制成的框架，斜放在废水流经的渠道或泵站集水池的进口处，以截留水中较大的悬浮物和漂浮物，防止水泵、管道以及处理设备的堵塞。被格栅截留的物质称为栅渣，栅渣的含水率约为70～80%，容重约为750kg/m³。
       按形状，格栅可分为平面格栅与曲面格栅两种。按格栅栅条的净间隙，可分为粗格栅（50～100mm）、中格栅（10～40mm）、细格栅（3～10mm）3种。按清渣方式，可分为人式清渣和机械清渣两种。
 
（2）筛网
       对于水中的某类悬浮物，如纤维（碎布、线头、羽毛、兽毛等）、纸浆、藻类等一些细固体杂质，一般格栅不能完全截除。为了避免给后续的处理构筑物或设备带来麻烦，需要在格栅之后再用筛网进行补充处理，去除水大于筛网孔径的颗粒杂质。由于筛网的清渣设备不能承受较大的杂质，如漂木、树枝等，筛网前需要设置格栅。
       筛网可分为四大类：a、固定筛，常用的设备为水力筛网；b、板框型旋转筛，常用的设备为旋转筛网；c、连续传送带型旋转筛网，常用的设备为带式旋转筛；d、转筒型筛网，常用的设备为转鼓筛和微波机。
      造纸、纺织、毛纺、化纤、羽绒加工、制革等工业废水含有较多的纤维杂质，一般需使用筛网进行处理，常用的筛网类型有水力筛、转鼓筛、带式旋转筛等。个别小型城市污水处理采用水力筛去除细小杂质。在地表水取水工程中，如自来水取水、冷却水取水等，常用旋转筛网去除水中的小鱼、小草等细小杂质。个别以高藻湖库水作为水源水的给水处理厂采用微滤机进行除藻预处理。

（3）沉砂
        沉砂的目的是在城市污水处理中去除砂粒等粒径较大的重质颗粒物，以防止对后续处理构筑物及设备可能产生的不利影响，包括堵塞管道、造成过量的机械磨损、占据污泥消化池池容等。
      因城市污水的下水道系统会带入较多的砂粒等大颗粒物，城市污水处理在初次沉淀池前必须设备沉砂池。含砂料较少的工业废水处理可以不设置沉砂池。
      城市污水处理中沉砂池所去除的颗粒物包括砂粒、煤渣、果核等。沉砂池的设计要求是：对砂粒（密度2.65g/cm3）的去除粒径为0.2mm，并要求外运沉砂中尽量少含附着与夹带的有机物，以免在沉砂池废渣的处理过程中产生砂渣的过度腐败问题。
      沉砂池的形式可分为平流式、曝气式和旋流式沉砂池三大类。

（4）均质与水量调节
       从工业企业和居民区排出的废水，其水量和水质都是随时间而变化的，工业废水的变化幅度一般比城市污水大。为了保证后续处理构筑物或设备的正常运行，需对废水的水量和水质进行均化和调节。
     调节水量和水质的构筑物称为调节池。工业废水处理一般都设置调节池，调节池还可兼作沉淀或隔油池。
     调节池按形式可以分为圆形、方形、多边形等，可建在地下或地上。按结构分为混凝土、钢筋混凝土、石结构和自然体等。按在工艺流程中的位置可分为前置原废水集中调节池，按废水性质设多个分流调节流、处理后调节池。一般按调节池的功能将其分为水量调节池、水质调节池和同时兼具部分预处理作用的调节池。

2、沉淀
       当水中悬浮物的相对密度大于废水的相对密度时，在重力作用下，悬浮物下沉形成沉淀物，称为沉降或沉淀。沉淀法即是利用悬浮颗粒与水的密度差，在重力作用下将重于水的悬浮颗粒从水中分离的一种水处理工艺。该工艺简单，在水处理中应用极为广泛，一般适于去除20～100μm以上的颗粒。胶体不能直接用沉淀法去除，需经混凝处理后，使颗粒尺寸变大，才能通过沉淀去除。
     根据悬浮颗粒的浓度和性质，沉淀可分为四种基本类型。

（1）自由沉淀 
       颗粒在沉淀过程中呈离散状态，互不干扰，其形状、尺寸、密度等均在沉淀过程中不发生改变，下沉速度恒定。这种现象时常发生在废水处理工艺中的沉砂池和初沉池的前期。

（2）絮凝沉淀
      当水中悬浮颗粒浓度不高，但具有絮凝性时，在沉淀过程中，颗粒相互干扰，其尺寸、质量均会随沉淀深度的增加而增大，沉速亦随深度而增加。这种现象通常发生在废水处理工艺中的初沉池后期、二沉池前期以及给水处理工艺中的混凝沉淀单元。

（3）拥挤沉淀
     又称分层沉淀，当悬浮颗粒浓度较大时，每个颗粒在下沉过程中都要受到周围其他颗粒的干扰，在清水与浑水之间形成明显的交界面，并逐渐向下移动。这种现象主要发生在高浊水的沉淀单元、活性污泥的二沉池等。

（4）压缩沉淀
      当悬浮颗粒浓度很高时，颗粒相互接触，相互支撑，在上层颗粒的重力下，下层颗粒间的水被挤出，污泥层被压缩。这种现象发生在沉淀池底部。
        以上四种沉淀类型中，自由沉淀是沉淀法的甚而，沉淀池的理论分析与设计都是基于自由沉淀的。

3、气浮
       上浮是一种固液分离或液液分离的方法，是废水处理中不可缺少的处理方法。上浮法是通过在水中通入空气，产生高度分散的微细的气泡，以气泡为载体，黏附废水中密度接近于水的固体或液体污染物粘附，形成密度小于水的气浮体，在浮力作用下，上浮至水面形成浮渣层，从而回收水中的悬浮物质，同时改善水质。
      在上浮法中使用最普遍的是气浮法，即向废水中通往空气，然后降低压力，使空气呈细小气泡形式向水面上升，把吸附在气泡表面的悬浮物带到水面。为改善水中悬浮物与微细气泡的粘结程度，通常还需同时向水中加入混凝剂或浮选剂。
       气浮法可用于废水中靠自然沉淀难于去除的悬浮物，如石油工业或煤气发生站废水中所含的乳化油类（粒径在0.5～25μm），毛纺工业洗毛废水中所含的羊毛脂及洗涤剂，食品工业废水中所含的油脂，选煤车间废水中的细煤（粒径在0.5～1mm），以及相对密度接近1的固体颗粒，如造纸废水中的纸浆、纤维工业废水中的细小纤维等。在给水处理中，气浮法也可用来进行固液分离，特别是对含藻类多的低温低浊的湖水，处理效果比沉淀法显著。
        采用气浮法浓缩活性污泥，也可获得含水率比沉淀法更低的污泥，浮渣体积可比沉淀浓缩污泥小2～10倍。此外，利用气浮法还可分离、回收以分子或离子状态存在的污染物，如表面活性剂和金属离子。
       上浮法处理过程包括微小气泡的产生、微小气泡与污染物的黏附以及上浮分离等步骤。使用上浮法处理工艺必须满足三个基本条件，即废水中的被处理污染物必须呈悬浮状态、废水中必须通入足量的细微气泡、气泡和悬浮物颗粒必须产生黏附作用。