工業廢水處理的基本方法――物理法（一）

 
        工業廢水處理在基本方法，就是采用各種技術與手段，將廢水中所含的污染物質分離去除、回收利用，或將其轉化為無害物質，使水質得到凈化。
        現代廢水處理技術，按原理可分為物理處理法、化學處理法和生物化學處理法等。

        物理處理法，即是利用物理作用分離廢水中呈懸浮狀態的固體污染物質。方法有：篩濾法、沉淀法，上浮法，氣浮法，過濾法和反滲透法等。

       化學處理法，即是利用化學反應的作用，分離回收廢水中處于各種形態的污染物質（包括懸浮的、溶解的、膠體的等）。主要方法有中和、混凝、電解、氧化還原、萃取、吸附、離子交換和電滲析等。

      生物化學處理法，即是利用微生物的代謝作用，使廢水中呈溶解、膠體狀態的有機污染物轉化為穩定的無害物質。主要可分為兩類，即利用好氧微生物作用的好氧法和利用厭氧微生物作用的厭氧法。前者廣泛用于處理城市污水及有機性工業廢水，其中有活性污泥法和生物膜法兩種；后者多用于處理高濃度有機廢水與廢水處理過程中產生的污泥。

      由于廢水中的污染物是多種多樣的，往往需要采用幾種方法的組合，才能處理不同性質的污染物，達到凈化的目的與排放標準。
 
一、物理處理

        廢水的物理處理一般是在常溫常壓條件下，采用物理或機械的方法，如水質水量的調節、篩濾、澄清、沉淀、氣浮等，對廢水進行預處理，除去廢水中的不溶解的懸浮固體（包括油膜、油品）和漂浮物，為二級處理做準備。物理處理方法的最大優點是因為在處理過程中不改變物質的化學性質，設備簡單，操作方便，運行費用低，分離效果良好，因此應用極為廣泛，但物理法的缺點是僅能去除水中的固體懸浮物和漂浮物，COD的去除率一般只有30%左右，對水中的溶解性雜質基本無法去除。
       根據物理作用的不同，物理處理法可分為采用格柵和篩網的預處理、澄清、沉淀、氣浮、過濾、吸附、膜分離、蒸發濃縮、結晶等。
 
1、預處理
        預處理也稱初步處理，通常指在污水處理廠或給水處理廠的進口處，通過一些專用處理設備或構筑對污水進行簡單的處理，去除水中所含有的會影響后續設備正常運行的大塊狀雜質及長纖維，如漂浮物、砂粒、果殼、纖維物，所涉及的技術包括格柵、篩網、沉砂等。對于水質和水量變化較大的工業廢水，在處理之前還需要進行水量和水質的均和調節。

（1）格柵 
        格柵的基本結構是由一組平行的金屬柵條按一定的間距（15～20mm）制成的框架，斜放在廢水流經的渠道或泵站集水池的進口處，以截留水中較大的懸浮物和漂浮物，防止水泵、管道以及處理設備的堵塞。被格柵截留的物質稱為柵渣，柵渣的含水率約為70～80%，容重約為750kg/m³。
       按形狀，格柵可分為平面格柵與曲面格柵兩種。按格柵柵條的凈間隙，可分為粗格柵（50～100mm）、中格柵（10～40mm）、細格柵（3～10mm）3種。按清渣方式，可分為人式清渣和機械清渣兩種。
 
（2）篩網
       對于水中的某類懸浮物，如纖維（碎布、線頭、羽毛、獸毛等）、紙漿、藻類等一些細固體雜質，一般格柵不能完全截除。為了避免給后續的處理構筑物或設備帶來麻煩，需要在格柵之后再用篩網進行補充處理，去除水大于篩網孔徑的顆粒雜質。由于篩網的清渣設備不能承受較大的雜質，如漂木、樹枝等，篩網前需要設置格柵。
       篩網可分為四大類：a、固定篩，常用的設備為水力篩網；b、板框型旋轉篩，常用的設備為旋轉篩網；c、連續傳送帶型旋轉篩網，常用的設備為帶式旋轉篩；d、轉筒型篩網，常用的設備為轉鼓篩和微波機。
      造紙、紡織、毛紡、化纖、羽絨加工、制革等工業廢水含有較多的纖維雜質，一般需使用篩網進行處理，常用的篩網類型有水力篩、轉鼓篩、帶式旋轉篩等。個別小型城市污水處理采用水力篩去除細小雜質。在地表水取水工程中，如自來水取水、冷卻水取水等，常用旋轉篩網去除水中的小魚、小草等細小雜質。個別以高藻湖庫水作為水源水的給水處理廠采用微濾機進行除藻預處理。

（3）沉砂
        沉砂的目的是在城市污水處理中去除砂粒等粒徑較大的重質顆粒物，以防止對后續處理構筑物及設備可能產生的不利影響，包括堵塞管道、造成過量的機械磨損、占據污泥消化池池容等。
      因城市污水的下水道系統會帶入較多的砂粒等大顆粒物，城市污水處理在初次沉淀池前必須設備沉砂池。含砂料較少的工業廢水處理可以不設置沉砂池。
      城市污水處理中沉砂池所去除的顆粒物包括砂粒、煤渣、果核等。沉砂池的設計要求是：對砂粒（密度2.65g/cm3）的去除粒徑為0.2mm，并要求外運沉砂中盡量少含附著與夾帶的有機物，以免在沉砂池廢渣的處理過程中產生砂渣的過度腐敗問題。
      沉砂池的形式可分為平流式、曝氣式和旋流式沉砂池三大類。

（4）均質與水量調節
       從工業企業和居民區排出的廢水，其水量和水質都是隨時間而變化的，工業廢水的變化幅度一般比城市污水大。為了保證后續處理構筑物或設備的正常運行，需對廢水的水量和水質進行均化和調節。
     調節水量和水質的構筑物稱為調節池。工業廢水處理一般都設置調節池，調節池還可兼作沉淀或隔油池。
     調節池按形式可以分為圓形、方形、多邊形等，可建在地下或地上。按結構分為混凝土、鋼筋混凝土、石結構和自然體等。按在工藝流程中的位置可分為前置原廢水集中調節池，按廢水性質設多個分流調節流、處理后調節池。一般按調節池的功能將其分為水量調節池、水質調節池和同時兼具部分預處理作用的調節池。

2、沉淀
       當水中懸浮物的相對密度大于廢水的相對密度時，在重力作用下，懸浮物下沉形成沉淀物，稱為沉降或沉淀。沉淀法即是利用懸浮顆粒與水的密度差，在重力作用下將重于水的懸浮顆粒從水中分離的一種水處理工藝。該工藝簡單，在水處理中應用極為廣泛，一般適于去除20～100μm以上的顆粒。膠體不能直接用沉淀法去除，需經混凝處理后，使顆粒尺寸變大，才能通過沉淀去除。
     根據懸浮顆粒的濃度和性質，沉淀可分為四種基本類型。

（1）自由沉淀 
       顆粒在沉淀過程中呈離散狀態，互不干擾，其形狀、尺寸、密度等均在沉淀過程中不發生改變，下沉速度恒定。這種現象時常發生在廢水處理工藝中的沉砂池和初沉池的前期。

（2）絮凝沉淀
      當水中懸浮顆粒濃度不高，但具有絮凝性時，在沉淀過程中，顆粒相互干擾，其尺寸、質量均會隨沉淀深度的增加而增大，沉速亦隨深度而增加。這種現象通常發生在廢水處理工藝中的初沉池后期、二沉池前期以及給水處理工藝中的混凝沉淀單元。

（3）擁擠沉淀
     又稱分層沉淀，當懸浮顆粒濃度較大時，每個顆粒在下沉過程中都要受到周圍其他顆粒的干擾，在清水與渾水之間形成明顯的交界面，并逐漸向下移動。這種現象主要發生在高濁水的沉淀單元、活性污泥的二沉池等。

（4）壓縮沉淀
      當懸浮顆粒濃度很高時，顆粒相互接觸，相互支撐，在上層顆粒的重力下，下層顆粒間的水被擠出，污泥層被壓縮。這種現象發生在沉淀池底部。
        以上四種沉淀類型中，自由沉淀是沉淀法的甚而，沉淀池的理論分析與設計都是基于自由沉淀的。

3、氣浮
       上浮是一種固液分離或液液分離的方法，是廢水處理中不可缺少的處理方法。上浮法是通過在水中通入空氣，產生高度分散的微細的氣泡，以氣泡為載體，黏附廢水中密度接近于水的固體或液體污染物粘附，形成密度小于水的氣浮體，在浮力作用下，上浮至水面形成浮渣層，從而回收水中的懸浮物質，同時改善水質。
      在上浮法中使用最普遍的是氣浮法，即向廢水中通往空氣，然后降低壓力，使空氣呈細小氣泡形式向水面上升，把吸附在氣泡表面的懸浮物帶到水面。為改善水中懸浮物與微細氣泡的粘結程度，通常還需同時向水中加入混凝劑或浮選劑。
       氣浮法可用于廢水中靠自然沉淀難于去除的懸浮物，如石油工業或煤氣發生站廢水中所含的乳化油類（粒徑在0.5～25μm），毛紡工業洗毛廢水中所含的羊毛脂及洗滌劑，食品工業廢水中所含的油脂，選煤車間廢水中的細煤（粒徑在0.5～1mm），以及相對密度接近1的固體顆粒，如造紙廢水中的紙漿、纖維工業廢水中的細小纖維等。在給水處理中，氣浮法也可用來進行固液分離，特別是對含藻類多的低溫低濁的湖水，處理效果比沉淀法顯著。
        采用氣浮法濃縮活性污泥，也可獲得含水率比沉淀法更低的污泥，浮渣體積可比沉淀濃縮污泥小2～10倍。此外，利用氣浮法還可分離、回收以分子或離子狀態存在的污染物，如表面活性劑和金屬離子。
       上浮法處理過程包括微小氣泡的產生、微小氣泡與污染物的黏附以及上浮分離等步驟。使用上浮法處理工藝必須滿足三個基本條件，即廢水中的被處理污染物必須呈懸浮狀態、廢水中必須通入足量的細微氣泡、氣泡和懸浮物顆粒必須產生黏附作用。