水处理工程师必懂的废水处理基础知识（上）

如何进行水处理？

衡美水处理为您介绍一项水处理专业知识——水处理工程师必懂的废水处理基础知识。

一、为什么要污水处理？

一般来说，当环境和资源遭到破坏，生态平衡失调后，没有十几年、几十年，甚至上百年的时间，是难以恢复的，而且有时是无法恢复的。

二、什么叫ISO14000（环境管理标准）？

ISO14000系列标准是由国际标准化组织的环境管理技术委员会制定的环境管理标准，其指导思想是“全面管理、预防污染、持续改进”，是环境管理思路与方法的创新。ISO14000有非常严格的标准和条例，从购进原料开始到产品出厂每个生产工序和管理环节均有相应的核查标准，它从制度上严格地预防了污染物质在生产过程中的产生和保证污染物质的有效治理。废水治理仅仅是ISO14000系列标准中的一个部分。目前ISO14000系列标准正在国内某些大城市和大型企业开始试点和执行。

ISO14000环境质量认证被称为国际市场认可的“绿色护照”，谁通过认证，无疑就获得了“国际通行证”。许多国家纷纷宣布，没有环境管理认证的商品和产品，将在进口时受到数量和价格上的限制。因此，随着与国际市场的逐步接轨，ISO14000环境质量认证在国内所有的企业中全面推广执行，如同ISO9000（质理管理标准）一样。

因此，从环境管理标准的角度出发，我们不仅要努力做好污染源末端的废水处理工作，实行科学的环保管理，保证处理出水达标排放；更应该化大力气狠抓污染源前端的清洁生产管理，预防污染，减少污染。

三、怎样实施科学的环保管理？

保护环境已经成为我国经济持续发展的基本国策，因此，废水处理应符合我国制定的环境保护法规和方针政策。在环保的规划设计中，必须把生产观点和生态观念、环境保护结合起来统筹考虑，把治理废水和改进生产工艺、实行清洁生产结合起来统筹考虑。通过系统的分析和考证，寻求比较合理的治理方案。环保管理的主要原则归纳起来有以下几点：

1、淘汰不合理的产品

对于一些传统的、低产值的、废水治理难度极大的垃圾产品应该下决心用高产值的、技术含量高的产品置换掉。如果某产品的年利润还抵不上每年用于废水的治理成本，这样的产品应下决心停止生产，换上污染少且易于治理达标的产品。

2、加强管理，减少污染

企业管理也是防治污染的一个重要因素。如设备的跑、冒、滴、漏；不按操作规程办事造成的生产事故或产品报废等导致的大量高浓度废水的产生；用大量的水冲洗设备与地面，造成废水量的增加；冷却水与生产废水未做到“清浊分流”，都会增加废水的水量和废水的治理难度。

3、建立区域性的小型污水处理厂

对工厂比较集中的地方，不必套用“谁污染，谁治理”的原则，而应该加强各企业间的联系，统筹考虑污染的治理对策，若有必要和可能，可将各个工厂的废水集中处理，建立统一的污水处理厂，实行“谁污染，谁出钱”的治理方法。因为各个工厂由于产品的不同，废水的水质也不是一样的，如有的工厂的废水是酸性的，而有的工厂的废水却是碱性的，放在一起处理可以减少中和药剂的处理费用；有的工厂排出的高盐分低COD的废水，而有的工厂的废水却是高浓度易生物降解的，如果单独处理的话，都是治理难度很大的废水，但如果放在一起进行生化处理，由于水质条件的改善，不仅可以减少废水的处理难度，而且可以提高处理效率。

4、提高水的循环利用率

为了减少废水水量，首先应该在废水产生的源头上多做文章。如可以考虑水的循环利用、或多次重复利用，提高水的循环利用率，尽量减少外排水量。在国外，某些先进企业水的循环利用率已经达到96%以上，而上海生产企业水的循环利用率还停留在20-30%的较低水平，尚有很大的潜力可以挖掘。提高生产用水的循环利用率不仅可以减轻环境污染，而且还能减少新鲜水的补充用量，在一定程度上可以缓和日益紧张的水资源问题。在废水处理时，也应该尽量考虑处理出水的循环使用。

5、回收利用和综合利用

废水中的污染物，都是在生产过程中进入水中的原材料、半成品、成品和反应介质（如溶剂），特别是精细化工生产中一些化学反应往往不能十分安全，产品的分离过程也不可能十分彻底，因此在废水中尤其是在反应母液中常含有一定数量的有用物质。排放这些污染物质，就会污染环境，造成危害。但若加以回收利用或综合利用，便可以变废为宝，化害为利；或以废治废，取长补短，综合治理，就可以节省水处理的费用。

四、什么是“环保110”？

针对当前环保行政执法和环境管理与群众投诉不相适应的状况，上海市开通了环保应急热线62863110，即所谓的“环保110”。今后电话号码将简化为63110（“绿色110”的谐音）。这是全国环保系统中首个“环保110”。随着环保力度的加强，全国各地将先后推行环保应急热线。

环保应急热线的职责范围是：受理和组织在全市范围内发生的重大污染事故受理对排污单位污染非法排放的举报，如偷排、直排等；受理和处理由环境问题引发的可能造成社会不稳定的事件；协助有关部门处理可能对环境造成影响的重大事件；其它无需到现场处理的环境污染问题，环保应急热线可24小时接受上述范围内的全市群众的投诉。

对于污染排放单位来说，环保110的开通既是压力又是动力，我们只有认真做好污染的管理和治理工作，才能经受住环保执法机构和群众的监督考验。

五、清洁生产管理包括那几项工作？

废水和其中的污染物是生产工艺过程的产物，因此改革生产工艺，实行清洁生产是消灭或减少废水危害的根本措施。通过工艺及设备的改革可以把废水消灭于生产过程之中，这样既可以提高原辅材料的利用率，又可减少废水的处理费用。这方面工作应由生产工艺工程师及环境工程师共同合作完成。应该认识到保护环境不只是环境工程师的工作，而是要从污染源头进行控制，这样才能真正把废水治理好。因此，在工艺设计、产品试制时就要考虑今后可能发生的环境污染问题。在选择合成路线时，尽量采用无公害、少公害的生产工艺，要选择原料利用率最高的路线，在生产工艺中不用或少用生物难降解性物质或有毒有害物质，包括原辅材料及溶剂，并加强溶剂及副产品的回收及综合利用工作。具体的办法大致有下列几种：

1、采用新工艺、新技术、新路线

采用新工艺、新技术、新路线。首先可对生产工艺中配料比作一核实，应把污染较大，而又超过理论配比的原料降低，以增加原料的利用率以及废水的可处理性。

在化工生产中，有时采取了新的路线，不但可提高生产水平，也可以解决废水处理问题。例如以往抗结核药物原料异烟酸，需由硫酸作电解液进行电解氧化制备，过程中产生的酸性废水水量较大且较难处理。现采用空气催化氧化新技术，在流化床中进行反应，废水水量也较少，污染问题也比较容易解决。

2、更换原辅材料

这是常用的方法，如用无毒或低毒的原料代替高毒或剧毒的原料，用生物可降解物质代替生物难降解物质等。此外要尽可能地不用和少用排放标准中规定限止性物质，特别是一些要求严格的物质，这样就可以减轻废水处理的负担。例如现在对废水中的氨氮浓度有较严格的要求，这样就要求在生产中尽可能少用氨水或液氨。例如以前在调节废水pH时，有的处理工艺用氨水调节，则出水中的氨氮就会大大超标，也增加了废水的生化处理的难度。同样的原理我们应少用重铬酸钾做氧化剂，少用硝基化合物、氯代烃做溶剂。

在选用溶剂时，除了需满足生产工艺上的要求外，还需考虑溶剂的生物可降解性及其毒性。

3、选用新的后处理工艺，将污染减轻或消灭在生产工艺中

这种方法对于从事化学化工生产的技术人员来说，是大有用武之地的。例如，在有机合成工业中，常用加水稀释反应物料的方法（水析）使反应产物从反应有机溶剂中析出，水析所产生的母液，由于水量较大，其中有机溶剂（如甲醇、乙醇等水溶性溶剂）较难回收，带入废水流中造成污染。如果在稀释前，先用蒸馏法回收大部分溶剂，再用水稀释，则废水中有机物的含量可明显下降。

为了使所得的产品保证较好的质量，反应产物或中间产物常需进行洗涤，以除去产物中夹带的杂质。洗涤操作是否合理，对废水污染程度有相当大的影响。但是，如果采用新的后处理技术即可以使洗涤废水全部消灭于工艺操作过程中，实现零排污。废水中的盐分含量太高会抑制微生物的生长繁殖，影响生化处理的效果。我们也可以采用新的后处理工艺来解决废水处理中的这一难点。例如某厂将对硝基氯苯在甲醇溶剂中与氢氧化钠反应制备对硝基苯甲醚。原先的后处理操作工艺是用水洗涤去除反应物料中的NaCl盐分，该操作的结果是废水水量大，废水中的盐分含量高，导致后续的生化处理发生困难。后来该厂改进了后处理的操作工艺，先将反应物料（有机相）中的NaCl过滤掉，再用水洗涤并析出对硝基苯甲醚，改进后的操作工艺不仅可以减少废水水量的50%，而且可以回收废水中盐分的97.4%，削减废水有机负荷58.7%，废水的生物降解性能得到了很大的改善。

4、加强溶剂回收工作

在大多数化工原料生产厂，溶剂在原辅料中的使用比例是相当高的，可以说，许多生产废水中的有机负荷基本上来自溶剂，因此，重视和做好溶剂的回收工作不仅是防治污染、减少污染的重要措施，也是降本增效、提高利润的重要途径，具有环境和经济的双重效益。如上海某生产激素的制药厂，有机负荷（COD）的日排放总量为8吨，是地区的污染大户。该厂的环保治理首先从溶剂的回收工作做起，将含有相同溶剂的母液废水集中起来加以回收，结果废水中的有机负荷日排放总量从8吨降至3吨，回收溶剂的收益超过了废水处理站的运行费用。

六、废水分析中为什么经常使用COD和BOD这二个污染指标？

废水中有许多有机物质，含有十几种、几十种，甚至上百种有机物质的废水也是能经常遇到的，如果对废水中的有机物质一一进行定性定量的分析，既耗时间，又耗药品。那么能不能只用一个污染指标来表示废水中所有的有机物质及其它们的数量呢？环境科学工作者经过研究发现，所有的有机物质都有二个共性：一是它们至少都由碳氢组成；二是绝大多数的有机物质能够化学氧化或被微生物氧化，它们的碳和氢分别与氧形成无毒无害的二氧化碳和水。废水中的有机物质不论是在化学氧化过程中还是在生物氧化过程中都要消耗氧，废水中的有机物质愈多，则消耗的氧量也愈多，二者之间是呈正比例关系的。于是环境科学工作者们将废水用化学药剂氧化时所消耗的氧量称为化学需氧量，即COD；而将废水用微生物氧化所消耗的氧量称为生物需氧量，即BOD。由于COD和BOD能够综合性地反映废水中所有有机物质的数量，且分析比较简单，因此被广泛地应用于废水分析和环境工程上。

实际上，COD并不是单单表示水中的有机物质的，它还能表示水中具有还原性质的无机物质，如：硫化物、亚铁离子、亚硫酸钠，甚至氯根离子等。譬如讲，如果铁炭池出水中的亚铁离子在中和池中没能完全被去除掉的话，则生化处理出水中由于有亚铁离子的存在，出水COD可能会超标。

七、什么叫COD（化学需氧量）？

化学需氧量（COD）是指废水中能被氧化的物质在被化学氧化剂氧化时，所需要的氧量，以氧的毫克/升作为单位。它是目前用来测定废水中有机物含量的一种最常用的手段。COD分析中常用的氧化剂有高锰酸钾（锰法CODMn）和重铬酸钾（铬法CODCr），现在常用重铬酸钾法。废水在强酸加热沸腾回流条件下对有机物实行氧化，用硫酸银作催化剂时可以使大多数的有机物的氧化率提高到85-95%。如果废水中含有较高浓度的氯根离子，应该用硫酸汞将氯离子屏蔽掉，以减少对COD的测定干扰。

八、什么叫BOD5（生化需氧量）？

生化需氧量也可以表征废水被有机物污染的程度，最常用的为5日生化需氧量，以BOD5表示，它表示废水在微生物存在下进行生化降解5日内所需要的氧的数量。今后我们将经常使用5日生化需氧量。

九、COD和BOD5之间有什么关系?

有的有机物是可以被生物氧化降解的（如葡萄糖和乙醇），有的有机物只能部分被生物氧化降解（如甲醇），而有的有机物是不能被生物氧化降解的而且还具有毒性（如银杏酚、银杏酸、某些表面活性剂）。因此，我们可以把水中的有机物分成2个部分，即可以生化降解的有机物和不可生化降解的有机物。

通常认为COD基本上可表示水中的所有的有机物。而BOD为水中可以生物降解的有机物，因此COD与BOD的差值可以表示废水中生物不可降解部分的有机物。

十、什么叫B/C？B/C表示什么意义？

B/C是BOD5与COD比值的缩写，该比值可以表示废水的可生化降解特性。如果CODNB表示COD中的不可生物降解部分，则废水中不可为微生物生物降解的有机物所占的比例可用CODNB/COD表示。

BOD5/COD与CODNB/COD之间有如下表所示的关系：

当BOD5/COD≥0.45时，不可生物降解的有机物仅仅占全部有机物的20%以下，而当BOD5/COD≤0.2时，不可生物降解的有机物已占全部有机物的60%以上。

因此，BOD5/COD值常常被作为有机物生物降解性的评价指标。

B/C在环境工程上有着非常重要而实用的意义。

十一、什么叫pH？

pH实际上是水溶液中酸碱度的一种表示方法。平时我们经常习惯于用百分浓度来表示水溶液的酸碱度，如1%的硫酸溶液或1%的碱溶液，但是当水溶液的酸碱度很小很小时，如果再用百分浓度来表示则太麻烦了，这时可用pH来表示。pH的应用范围在0-14之间，当pH＝7时水呈中性；pH＜7时水呈酸性，pH愈小，水的酸性愈大；当pH＞7时水呈碱性，pH愈大，水的碱性愈大。

世界上所有的生物是离不开水的，但是适宜于生物生存的pH值的范围往往是非常狭小的，因此国家环保局将处理出水的pH值严格地规定在6-9之间。

水中pH值的检测经常使用pH试纸，也有用仪器测定的，如pH测定仪。

十二、废水分析中为什么要经常使用毫克/升（mg/L）这个浓度单位？

一般来说，废水中的有机物质和无机物质的含量是很小很小的，如果用百分浓度或其他浓度来表示则太麻烦太不方便了，譬如一吨废水中往往只有几克、几十克、几百克甚至几千克污染物质，其单位即为克/吨（g/T），如将吨换算成升即为毫克/升（mg/L）。计算时可参考下表换算：

十三、什么叫废水的预处理？预处理要达到哪几个目的？

生化处理前的处理一般都习惯地叫作预处理。由于生化法处理费用比较低、运行比较稳定，因此一般的工业废水都采用生化法处理，废水的治理也以生化法作为主要的处理手段。但废水中含有某些对微生物有抑制、有毒害的有机物质，因此废水在进入生化池之前必须进行必要的预处理，目的是将废水中对微生物有抑制、有毒害的物质尽可能地削减或去除，以保证生化池中的微生物能正常地运行。

预处理的目的有二个：一是将废水中对微生物有抑制有毒害、有抑制作用的物质尽可能地消减和去除或转化为对微生物无害或有利的物质，以保证生化池中的微生物能正常运行；其二是在预处理过程中削减COD负荷，以减轻生化池的运行负担。

预处理工艺是铁炭微电解与Fe2+/Fe3+还原氧化法，形成的无数个微小的铁炭原电池有利于氧化还原反应的进行，可将废水中的有毒有害物质破坏去除，在中和沉淀过程中还可以通过二价铁与三价铁在碱性条件所形成的活性絮体吸附废水中的有机物质以削减COD负荷，保证后续的生化处理系统能正常地运行。

十四、废水集水池是派什么用的？

废水集水池的作用是汇集、储存和均衡废水的水质水量。

各个车间的生产废水，其排出的废水水量和水质一般来说是不均衡的，生产时有废水，不生产时就没有废水，甚至在一日之内或班产之间都可能有很大的变化，特别是精细化工行业的废水，如果清浊废水不分流，则工艺浓废水与轻污染废水的水质水量变化很大，这种变化对废水处理设施设备的正常操作及处理效果是很不利的，甚至是有害的。因此废水在进入主要污水处理系统前，都要设置一个有一定容积的废水集水池，将废水储存起来并使其均质均量，以保证废水处理设备和设施的正常运行。

十五、为什么废水中的胶体颗粒不易自然沉降?

废水中许多比重大于1的杂质悬浮物、大颗粒、易沉降的悬浮物都可以用自然沉降、离心等方法去除。

但比重小于1的、微小的甚至肉眼无法看到的悬浮物颗粒则很难自然沉降，如胶体颗粒是10-4～10-6mm大小的微粒，在水中非常稳定，它的沉降速度极慢，沉降1m需耕时200年。

沉降慢的原因有二个：

第一、一般来说，胶体粒子都带有负电荷，由于同性相斥的原因，从而阻止胶体微粒间的接触，不能被彼此粘合，悬浮于水中。

第二、胶体粒子表面还有一层分子紧紧地包围着，这层水化层也阻碍和隔绝胶体微粒之间的接触，不能被彼此粘合，悬浮于水中。

十六、怎样使胶体颗粒沉淀?

要使胶体颗粒沉淀，就要促使胶体颗粒相互接触，使之成为大的颗粒，亦即凝聚起来，使其比重大于1而沉淀。

采用的方法有很多种，工程上常用的技术有：凝聚法、絮凝法和混凝法。

十七、什么叫凝聚？

在废水中投加带正离子的混凝药剂，大量正离子在胶体粒子之间的存在以消除胶体粒子之间的静电排斥，从而使微粒聚结，这种通过投加正离子电解质的方法，使得胶体微粒相互聚结的过程称为凝聚。常用地凝聚剂有硫酸铝、硫酸亚铁、明矾、氯化铁等。

十八、什么叫絮凝？

絮凝是在废水中加入高分子混凝药剂，高分子混凝药剂溶解后，会形成高分子聚合物。这种高聚物的结构是线型结构，线的一端拉着一个微小粒子，另一端拉着另一个微小粒子，在相距较远两个粒子之间起着粘结架桥的作用，使得微粒逐渐变大，最终形成大颗粒的絮凝体（俗称矾花），加速颗粒沉降。常用的絮聚剂有聚丙烯酰胺（PAM）、聚铁（PE）等。

十九、废水为什么要用聚铁进行絮凝吸附预处理？

聚铁在混凝过程中形成氢氧化铁絮体具有很好的吸附废水中有机物质的能力，实验数据表明，废水用聚铁絮凝吸附后，可以去除废水中COD的10%-20%左右，这样可以大大地减轻生化池的运行负担，有利于处理废水的达标排放。另外，用聚铁进行混凝预处理可以将废水中对微生物有毒害、有抑制作用的微量物质去除，以保证生化池中的微生物能正常运行。在诸多混凝药剂中，聚铁的价格相对来说比较便宜（25-300元/吨），因此处理成本比较低廉，比较适合工艺废水的预处理。

聚铁是酸性物质，腐蚀性很强，因此处理设备应做好防腐处理。

二十、什么叫混凝？

凝聚与絮凝结合在一起使用的过程为混凝过程。混凝在实验或工程上被经常应用，如先在水中投加硫酸亚铁等药剂，消除胶体粒子之间的静电排斥，然后再投加聚丙烯酰胺（PAM），使得微粒逐渐变大，形成肉眼可见的矾花，最后产生沉降。

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