第三章污水处理厂的技术管理
第一节污水处理厂的工艺条件与单元效率管理
1.酸碱废水中和原理是什么？
中和一般采用石灰碱液作为中和剂，其基本原理是酸碱中和反应，生成盐和水。离子反应式如下：
2.污泥脱水絮凝原理是什么？
污泥采用脱水机需通过药剂絮凝后才能实现泥水分离。一般采用的絮凝剂是阴(阳)离子聚丙烯酰胺(PAM)，其分子有着强烈的吸附、架桥作用，且分子链很长，与废水悬浮颗粒接触，悬浮颗粒被吸附在分子链周围，在悬浮颗粒间起到架桥作用，形成网状结构，使细小的悬浮颗粒凝聚成较大颗粒的絮凝体，从而提高了悬浮物沉淀效果和污泥脱水性能。
3.废水均质调节原理是什么？
无论工业企业还是居民生活废水排放的水量、水质都是随时间的推移不断变化，有高峰流量和低峰流量，也有高峰浓度和低峰浓度。流量和浓度的不均匀往往会给处理设备带来不少的困难，或使其无法保持在最优的工艺条件下运行；或使其短时无法工作，甚至遭受破坏。为了改善废水处理设备的工作条件，需要对水量、水质进行均和调节。均质调节在污水处理厂采用的构筑物称为调节池。调节池的种类一般有以下三种。
(1)水量调节池一般要求只调节水量，只需设置简单的水池，保持必要的调节池容积并使出水均匀即可。如泵站前吸水池。
(2)水质调节池为使废水水质达到均匀，调节池在构造上和功能上采取如下措施。
①穿孔导流槽式调节池。即同时进入调节池的废水，由于流程长短不同，使前后进入调节池的废水相混合，以此来均和水质。
②增加搅拌设备。可在调节池内增设空气搅拌、机械搅拌、水利搅拌等。
(3)事故调节池如果生产过程中发生泄漏或事故等周期性冲击负荷时，设置事故调节池，可起分流贮水作用，待事故结束后，将事故废水小流量排出，以保护处理系统不受冲击。
4.废水中和装置基本工艺流程是什么？
如图2-1所示，根据废水水量、水质情况，中和装置基本工艺流程要具备均质反应池、混合反应池、沉淀池以及污泥脱水装置。
5.酸碱废水处理的一般原则是什么？
(1)高浓度酸碱废水，应优先考虑回收利用的废水处理法，根据水质、水量和不同工艺要求，进行厂区或地区性调度，尽量重复使用，如重复使用有困难，或浓度偏低、水量较大，可采用浓缩的废水处理法回收酸碱。
(2)低浓度的酸碱废水，如酸洗槽的清洗水、碱洗槽的漂洗水，应进行中和废水处理。对于中和处理，应首先考虑以废治废的废水处理原则。如酸、碱废水相互中和或利用废碱(渣)中和酸性废水，利用废酸中和碱性废水。在没有这些条件时，可采用中和剂处理废水。
6.酸性废水如何中和处理？
酸性废水的中和剂有石灰(CaO)、石灰石(CaCO3)、碳酸钠(Na2CO3)、苛性钠(NaOH)，也可以用化学软水排出的废渣(成分为CaCO3)及有机化工厂乙炔站排出的电石渣。另外，热电厂的炉灰渣、硼酸厂的硼泥、钢厂或电石厂的碎石灰等，均可用来中和酸性废水。
7.碱性废水有哪些危害？
碱性废水和酸性废水一样，是所有工业废水中最常见的一种污水。如果不经过处理就直接排放，将腐蚀管道、渠道和水工建筑物;排入水体后将改变水体的pH值，影响水体的自净作用，破坏河流的自然生态，导致水生资源减少或毁灭;渗入土壤则造成土质的盐碱化，破坏土层的疏松状态，影响农作物的生长和增产。另外，含碱废水中一般都含有大量的有机物，会大量消耗水体中的溶解氧，造成鱼类缺氧窒息死亡。人类如果饮用浓度偏高的碱性水，新陈代谢将会受到影响，导致消化系统失调。因此，必须进行适当的处理后，使废水pH值处于6～9之间，方能排放到受纳水体。
8.碱性废水如何中和处理？
中和处理碱性废水的方法有两种：投酸中和法和利用酸性废水及废气的中和法。
投酸中和法处理碱性废水时，常用的酸性中和剂有硫酸、盐酸及压缩二氧化碳。采用无机酸中和碱性废水的工艺流程与设备，和投药中和酸性废水时基本相同。用CO2气体中和碱性废水时，为使气液充分接触反应，常采用逆流接触的反应塔(CO2气体从塔底吹入，以微小气泡上升；而废水从塔顶喷淋而下)。用CO2作中和剂的优点在于，由于pH值不会低于6，因此不需要pH值控制装置。
烟道气中含有高达24%的CO2，有时还含有少量SO2及H2S，故可用来中和碱性废水，其中和产物Na2CO3、Na2SO4、Na2S均为弱酸强碱盐，具有一定的碱性，因此酸性物质必须超量供应。
污泥消化时获得的沼气中含有25%～35%的CO2气体，如经水洗，可部分溶入水中，再用以中和碱性废水，也能获得一定效果。
9.如何用生石灰配制石灰乳液？
生石灰与水发生反应生成熟石灰的过程，称为石灰的熟化,又称消解或消化。其反应式如下:
生石灰消解为石灰乳液多用滚筒式石灰消解机来消化。生石灰通过皮带传送进入消解机，根据石灰质量以及消解机功率，通过加入适量的进水，来调节碱液浓度。石灰与水的配比为1∶4的比率，根据石灰的CaO含量可适当调节水量，保证石灰乳液浓度在mmol/L以上。
10.含硫酸性废水碱中和过程中为何出现结垢问题？如何防治？
在含硫酸性废水碱中和处理过程中，最棘手的问题是硫酸钙结垢。管道结垢后使管道缩径、排量减小及管道堵塞。硫酸钙垢是黄白色坚硬致密的固体，常混在碳酸盐垢中。其反应式如下：
国内外总结出很多行之有效的除垢方法，一般有物理法和化学法。对于形成周期短、质地较疏松的垢层，最便捷的去除方法是高压水冲洗，而对于致密、坚硬的垢层，可采用机械破碎方式去除，若物理方法难去除，则可考虑化学方法来去除。化学除垢法常用的有烧碱处理法、碱煮-酸洗法和加络合剂法等。
11.如何进行酸性废水投药中和？
酸性废水中和剂有生石灰(CaO)、碳酸钙(CaCO3)、碳酸钠(Na2CO3)、苛性钠(NaOH)，也可以利用化工厂排出的电石渣,因地制宜地用来中和酸性废水。
石灰是最常用的中和剂。采用石灰可以中和任何浓度的酸性废水，且Ca(OH)2对废水的杂质具有凝聚作用，有利于废水处理。石灰投加方法一般采用干投法和湿投法。
干投法是根据废水的含酸量将石灰直接投入废水中去，为了保证石灰能均匀地投入池中，一般装设石灰振荡设备，沉淀后进入沉淀池将沉渣和杂质沉淀分离。干投法设备简单，但反应不彻底，反应较慢，并且投加量较大，为理论值的1.4～1.5倍，石灰还需经破碎、筛分，因而劳动强度大，环境条件差。
湿投法是首先将生灰石在消解机内进行消解，制成浓度为10%～20%、碱度大于mmol/L的碱液，用泵打入碱液贮池内贮存。当生产需要时，用泵将碱液打入反应池内。湿投法与干投法相比设备多，但湿投法中和时反应迅速、彻底，投加量较少，仅为理论值的1.05～1.10倍。
12.进入生化处理前为什么要先进行废水预处理？
废水在生化处理前的处理过程一般称为废水预处理，所采用的处理单元组合称为预处理工艺。废水生化处理费用低、控制简单、运行稳定，一般工业废水处理都采用生化法处理。然而，工业废水成分复杂，水中多含有某些对微生物有抑制、毒害作用的有机物质，因此，废水在进入生化处理前必须进行必要的预处理过程。
13.废水预处理的目的与任务有哪些？
预处理的目的是：将废水中对微生物有抑制、毒害作用的有机物质尽可能地削减、去除，保证生化处理微生物正常、有效、良好地发挥功能；同时，预沉、混凝、澄清、过滤、软化、消毒等预处理过程能削减一定量的COD负荷，减轻生化运行负担，提升运行效果。
预处理的任务是：去除废水中的悬浮物、胶体物和部分有机物；降低生物物质，如浮游生物、藻类和细菌；去除重金属，如铁、锰等。
14.废水中污染物有哪几种存在形式？
废水中污染物存在形式有悬浮态、胶体态、溶解态。
15.什么是重力分离？
重力分离法是依靠废水中悬浮物与废水密度不同这一特点，去除废水中悬浮物质的一种方法。当悬浮物的密度大于废水密度时，在重力作用下，悬浮物下沉形成沉淀物。当悬浮物的密度小于废水密度时，悬浮物上升到水面，通过收集沉淀物与上浮物，可使废水净化。重力沉淀法可以去除废水中的砂粒、化学沉淀物、化学混凝处理所形成的化学絮凝体和生物处理形成的生物污泥，也可以用于污泥浓缩。重力上浮法主要用于去除废水中的油分及密度小于废水的成分(如苯等)。重力沉淀与重力上浮的基本原理和特性是相同的。
16.什么是沉淀？
沉淀是水中的固体物质(主要是可沉淀固体)在重力作用下下沉，从而与水分离的一种过程。
17.沉淀有哪些类型？
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根据废水中可沉淀物质的性质、凝聚性能的强弱及其浓度的高低，沉淀可分为四种类型。
(1)第一类——自由沉淀废水中的悬浮固体浓度不大，颗粒之间不具有凝聚性能，在沉淀过程中，固体颗粒不改变形状和尺寸，颗粒间也不互相黏合，各自进行独立的沉降，这时认为是一种自由沉降过程。颗粒在沉砂池和初次沉淀池内的初期沉淀即属于此类。
(2)第二类——絮凝沉淀废水中的悬浮固体浓度也不大，但颗粒之间具有凝聚的性能，在沉淀过程中，颗粒互相黏合，结合成较大的絮凝体，改变颗粒的大小和形状，从而改变了原有的沉淀速度，这种沉淀过程称为絮凝沉淀，初次沉淀池的后期沉淀及二次沉淀池的初期沉淀就属于这种类型。
(3)第三类——集团沉淀(也称成层沉淀)废水中悬浮颗粒的浓度相当高，每个颗粒在沉降过程中都有所减小，原来沉淀速度较大的颗粒下沉时再也赶不上沉淀速度小的颗粒，在聚合力的作用下，颗粒群结合成为一个整体，各自保持相对不变的位置，共同下沉。液体与颗粒群之间，形成清晰界面。沉淀的过程，实质上就是这个界面的下降过程。活性污泥在二次沉淀池的后期沉淀就属于这种类型。
(4)第四类——压缩沉淀当悬浮物浓度很高，颗粒之间距离很小时，颗粒互相接触，互相支承，在上层颗粒的重力作用下，下层颗粒间隙中的液体被挤出界面，固体颗粒群被浓缩压密。活性污泥在二次沉淀池污泥斗中和在浓缩池的浓缩即属于这一过程。
在二次沉淀池中的活性污泥能够依次地经历上述四种类型的沉淀，如图2-2所示。活性污泥的自由沉淀过程是比较短促的，很快就过渡到絮凝沉淀阶段，而在沉淀池内的大部分时间都属于集团沉淀和压缩沉淀。
从B点开始即为泥水界面的沉淀曲线。
18.什么是沉淀池？
沉淀池是废水处理最基本的构筑物。废水中的悬浮物质，在沉淀池内通过重力沉淀过程实现与废水分离，从而废水得到净化。
19.沉淀池如何分类？
沉淀池按工作情况可分为间歇式和连续式两种。间歇式沉淀池的工作情况是，在水注满池后，让水在池中静止一段时间，使水中悬浮物质下沉，以后将水完全排空，并清除沉淀下来的污泥，然后，再重新进水。这种沉淀池在城市生活污水处理中很少采用，在化工废水处理中，适用于间歇式沉淀池产生的少量废水。连续式沉淀池适用于水量较大的废水处理。
按沉淀池安设位置来划分，沉淀池用于生化处理构筑物之前，称为初次沉淀池，也称一次沉淀池；用于生化处理构筑物之后，则称为二次沉淀池。
按水流方向，沉淀池可分为平流式、辐流式和竖流式三种。
20.沉淀池可在哪些方面进行改进？
初沉池是使用最广泛的一种处理构筑物，在二级生化处理中，生化处理效果的好坏，在一定程度上取决于初沉池的工作情况。
普通的初沉池存在两个缺点：其一是沉淀效率低，一般只有40%～60%；其二是池体庞大，占地面积较大。
为了提高沉淀池的分离效果和处理能力，就必须采取以下措施：一是从原水水质方面着手，采取措施，改变废水中悬浮物质的状态，使其易于与水分离沉淀，通常是进行预曝气；二是从沉淀池的结构方面着手，创造更宜于颗粒沉淀分离的边界条件，通常采取对普通沉淀池进行改进的各种新型沉淀池。如采用撇水式沉淀池、向心辐流式沉淀池、斜流式沉淀池等。
21.平流式沉淀池的构造及工作特征是什么？
平流式沉淀池的平面呈长方形，废水从池的一端流入，从另一端流出。沉淀池的长多为30～50m,宽一般为5～10m，长宽比不小于4，有效水深不大于3.0m，一般为2.5～3.0m。常见的平流式沉淀池如图2-3所示。
平流式沉淀池的工作特征是：废水在池内呈水平方向流动，流速保持不变，粒径和密度较大的颗粒首先在沉淀池前部沉降。因此，沉淀池的前部污泥较多，后部较少。
平流式沉淀池的缺点是：排泥困难，占地面积大。优点是：建造容易，废水容量大，沉淀效果好，工作稳定，宜用于大、中型废水处理厂。
22.竖流式沉淀池的构造及工作特征是什么？
竖流式沉淀池的表面多呈圆形，也有方形或多角形的。直径或边长一般在8m以下，多介于4～7m之间，池径与池深比一般不超过3。沉淀池上部呈圆柱状部分为沉淀区，下部呈截头圆锥状部分为污泥区，两区之间有0.3m的缓冲层(图2-4)。
废水从中心管流入，由下部流出，由于反射板的阻拦向四周分布，然后沿池子的整个断面缓慢上升，澄清后的废水由池四周溢出。流出区设于池周，采用自由堰或三角堰。
贮泥斗倾角为50°～60°，污泥靠静水压力由排泥管排出，静水压力为1.5～2.0m水头。为了防止漂浮物外溢，在出口附近设置挡板，挡板伸入水中深度为0.25～0.3m，伸出水面高度为0.1～0.2m。
竖流式沉淀池的工作特征是：废水以速度v向上流动，悬浮颗粒也以同样速度上升，在重力作用下，颗粒又以u的速度下沉。颗粒的沉速为其本身沉速与水流上升速度之和。uv的颗粒能够沉于池底而被去除，u=v的颗粒滞留在池内呈悬浮状态，而u