改編自第 3 版職業健康與安全百科全書。

廢水經過處理以去除污染物並符合法律規定的限制。 為此目的，嘗試通過應用適當的處理使水中的污染物以固體（例如污泥）、液體（例如油）或氣體（例如氮）的形式不溶。 然後使用眾所周知的技術將處理過的廢水與不溶解的污染物分離，以將其返回到天然水道。 氣體散佈到大氣中，而液體和固體殘留物（污泥、油、油脂）通常在進行進一步處理之前被消化。 根據廢水的特性和所需的淨化程度，可以進行單級或多級處理。 廢水處理可細分為物理（初級）、生物（二級）和三級過程。

物理過程

各種物理處理工藝旨在去除不溶性污染物。

篩選

使污水通過濾網，濾網保留可能阻塞或損壞處理廠設備（例如閥門和泵）的粗固體。 放映根據當地情況進行處理。

除砂

廢水中的沙子必須去除，因為它由於密度高而傾向於沉澱在管道系統中並導致設備磨損（例如，離心分離器和渦輪機）。 通常通過使廢水以 15 至 30 厘米/秒的速度通過恆定橫截面的通道來去除沙子。 沙子聚集在河道底部，經過清洗去除易腐爛物質後，可用作惰性材料，例如用於築路。

除油

必須去除油和不可乳化的脂肪，因為它們會粘附在處理廠的設備上（例如，水池和澄清器）並干擾隨後的生物處理。 使廢水以適當的速度通過矩形橫截面的水箱，使油和脂肪顆粒聚集在表面上； 它們被機械撇去並可用作燃料。 設計緊湊、效率高的多板分離器經常用於除油：使污水從上方通過堆疊的扁平傾斜板； 油粘附在板的底部表面並移動到頂部並被收集起來。 通過這兩個過程，脫油水從底部排出。

沉澱、浮选和混凝

這些過程使固體能夠從廢水中去除，重的固體（直徑大於 0.4 微米）通過沉澱和輕的固體（小於 0.4 微米）通過浮選。 這種處理也依賴於固體和流過由混凝土或鋼製成的沉澱池和浮選池的流動廢水的密度差異。 待分離的顆粒聚集在底部或表面，沉降或上升的速度與顆粒半徑的平方以及顆粒密度與表觀廢水密度之差成正比。 大小為 0.4 至 0.001 μm 的膠體顆粒（例如蛋白質、乳膠和油性乳劑）無法分離，因為這些膠體變得水合併且通常通過吸附離子而帶負電。 因此，顆粒相互排斥，因此它們不能凝結和分離。 然而，如果這些顆粒“不穩定”，它們就會凝結成大於 4 微米的絮凝物，這些絮凝物可以在傳統的沉澱池或浮選池中作為污泥分離。 去穩定化通過混凝實現，即通過添加 30 至 60 mg/l 的無機混凝劑（硫酸鋁、硫酸鐵 (II) 或氯化鐵 (III)）。 凝結劑在給定的 pH（酸度）條件下水解並形成正多價金屬離子，中和膠體的負電荷。 添加 1 至 3 mg/l 的有機聚電解質（絮凝劑）可促進絮凝（絮凝顆粒在絮凝物中的凝聚），從而產生直徑為 0.3 至 1 μm 的絮凝物，更易於分離。 可使用水平流式沉澱池； 它們具有矩形橫截面和平坦或傾斜的底部。 廢水沿著頭部的一側進入，澄清的水從另一側的邊緣流出。 也可採用立流式沉澱池，其形狀為圓柱形，底部呈倒直角圓錐形； 廢水從中間進入，澄清水從頂部鋸齒狀邊緣離開水箱，被收集到外部圓周通道中。 對於這兩種類型的池，污泥沉積在底部並被輸送（如有必要，通過耙齒裝置）到收集器中。 污泥中的固體濃度為 2 至 10%，而澄清水中的固體濃度為 20 至 80 mg/l。

浮選池通常呈圓柱形，底部裝有細氣泡空氣擴散器，污水從中心進入池內。 顆粒附著在氣泡上，浮到水面被撇去，澄清後的水從下方排出。 在更高效的“溶氣漂浮罐”的情況下，廢水在 2 到 5 巴的壓力下被空氣飽和，然後允許在漂浮罐的中心膨脹，微小的氣泡從減壓使顆粒漂浮到表面。

與沈降相比，浮選以更高的顆粒分離速度產生更厚的污泥，因此所需的設備更小。 另一方面，運營成本和澄清水中的固體濃度較高。

需要幾個串聯排列的罐來凝結和絮凝膠體系統。 在裝有攪拌器的第一個水槽中，將無機混凝劑和必要時酸或鹼添加到廢水中以校正 pH 值。 然後將懸浮液送入裝有高速攪拌器的第二個罐中； 在此，聚電解質在幾分鐘內添加並溶解。 雞群生長在第三個帶有慢速攪拌器的水箱中進行，持續 10 到 15 分鐘。

生物過程

生物處理過程通過使用微生物去除有機可生物降解污染物。 這些生物通過需氧或厭氧過程（有或沒有大氣氧氣供應）消化污染物，並將其轉化為水、氣體（二氧化碳和甲烷）和可從處理過的水中分離的固體不溶性微生物物質。 特別是在工業廢水的情況下，必須確保微生物生長的適當條件：存在氮和磷化合物、痕量微量元素、不存在有毒物質（重金屬等）、最佳溫度和 pH 值。 生物處理包括好氧和厭氧過程。

有氧過程

根據可用空間、所需的淨化程度和廢水的成分，需氧過程或多或少複雜。

穩定池

這些通常是矩形的，深 3 到 4 m。 污水從一端進入，停留 10 至 60 天，部分在另一端離開池塘，部分通過蒸發，部分通過滲入地下。 淨化效率從10%到90%不等，視污水類型和殘餘5天生物需氧量（BOD）而定₅) 含量 (<40 毫克/升)。 氧氣通過水面擴散和光合藻類從大氣中供應。 廢水中懸浮的固體和微生物活動產生的固體沉澱在底部，根據影響氧氣和陽光擴散的池塘深度，通過需氧和/或厭氧過程穩定它們。 表面曝氣器經常會加速氧氣擴散，從而減少池塘的體積。

如果空間可用，這種處理方法非常經濟，但需要粘土狀土壤以防止有毒廢水污染地下水。

活性污泥

這用於在 3 至 5 m 深的混凝土或鋼槽中進行加速處理，其中廢水與微生物懸浮液（2 至 10 g/l）接觸，通過表面曝氣器氧化或吹入空氣。 3 至 24 小時後，處理過的水和微生物的混合物進入沉澱池，在那裡由微生物構成的污泥與水分離。 微生物部分返回曝氣池，部分排出。

有多種類型的活性污泥法（例如，接觸穩定係統和使用純氧）即使對工業廢水也能產生大於 95% 的淨化效率，但它們需要精確的控制和供氧的高能耗。

滲濾器

使用這種技術，微生物不會保持懸浮在廢水中，而是附著在污水噴灑到的填充材料的表面上。 空氣在材料中循環並在不消耗任何能量的情況下提供所需的氧氣。 根據廢水的類型和提高效率，部分處理後的水被再循環到濾床的頂部。

在有可用土地的情況下，使用尺寸合適的低成本填充材料（例如，碎石、熟料和石灰石），並且考慮到床的重量，滲濾過濾器通常構造為 1 米高的混凝土槽，通常下沉在地上。 如果沒有足夠的土地，更昂貴的輕質包裝材料，如高速率塑料蜂窩介質，表面積高達 250 平方米/立方米介質，被堆放在高達 10 米的滲濾塔中。

廢水通過移動或固定噴射機構分佈在濾床上，並收集在地板上，最終再循環到頂部並進入沉澱池，形成的污泥可以在這裡沉澱。 滲濾器底部的開口允許空氣通過濾床循環。 實現了 30% 至 90% 的污染物去除效率。 在許多情況下，多個過濾器串聯排列。 這種技術需要很少的能量且易於操作，已得到廣泛使用，並被推薦用於有可用土地的情況，例如在發展中國家。

生物光盤

一組平行安裝在水平旋轉軸上的扁平塑料圓盤部分浸沒在水箱中的廢水中。 由於旋轉，覆蓋圓盤的生物氈與流出物和大氣中的氧氣接觸。 從生物圓盤上下來的生物污泥懸浮在廢水中，系統同時充當活性污泥和沈淀池。 Biodiscs 適用於中小型工業工廠和社區，佔用空間小，易於操作，需要的能源少，產量效率高達 90%。

厭氧過程

厭氧過程是由兩組微生物進行的——水解菌，將復雜物質（多醣、蛋白質、脂質等）分解為乙酸、氫氣、二氧化碳和水； 和 產甲烷菌，將這些物質轉化為生物質（可以通過沉澱從處理過的污水中去除）和含有 65% 至 70% 甲烷的沼氣，其餘為二氧化碳，並具有高熱值。

這兩組對有毒污染物非常敏感的微生物在幾乎中性的 pH 值下在沒有空氣的情況下同時起作用，有些需要 20 至 38 的溫度^oC（嗜溫細菌）和其他更脆弱的細菌，60 至 65^oC（嗜熱菌）。 該過程在攪拌、封閉的混凝土或鋼中進行 沼氣池，其中所需的溫度由恆溫器保持。 典型的是 接觸過程，其中消化池後面是一個沉澱池，用於將部分再循環到消化池的污泥與處理過的水分離。

厭氧過程既不需要氧氣也不需要電力來供應氧氣和產生沼氣，沼氣可以用作燃料（低運營成本）。 另一方面，它們的效率低於需氧過程（殘留 BOD₅：100 至 1,500 毫克/升），速度較慢且更難控制，但能夠消滅糞便和致病微生物。 它們用於處理強廢物，例如來自污水的沉澱污泥、來自活性污泥或滲濾過濾處理的過量污泥以及具有 BOD 的工業廢水₅ 高達 30,000 mg/l（例如，來自釀酒廠、啤酒廠、糖精煉廠、屠宰場和造紙廠）。

三級過程

更複雜和更昂貴的三級工藝利用化學反應或特定的化學物理或物理技術來去除水溶性不可生物降解的污染物，包括有機污染物（例如染料和酚類）和無機污染物（例如銅、汞、鎳、磷酸鹽） 、氟化物、硝酸鹽和氰化物），尤其是來自工業廢水，因為它們無法通過其他處理方法去除。 三級處理也能使水得到高度淨化，這樣處理過的水可用作飲用水或用於製造過程（蒸汽發生、冷卻系統、特殊用途的工藝用水）。 最重要的三級過程如下。

沉澱

沉澱是在由適當材料製成並配備攪拌器的反應器中進行的，在反應器中在受控溫度和 pH 值下添加化學試劑以將污染物轉化為不溶性產物。 以污泥形式獲得的沉澱物通過常規技術從處理過的水中分離。 例如，在化肥工業的廢水中，磷酸鹽和氟化物通過在環境溫度和鹼性 pH 值下與石灰反應而變得不溶； 鉻（制革工業）、鎳和銅（電鍍車間）在鹼性 pH 條件下被還原後沉澱為氫氧化物 m- pH 值為 3 或更低的亞硫酸氫鹽。

化學氧化

有機污染物在類似於用於沉澱的反應器中用試劑氧化。 反應通常持續到獲得作為最終產物的水和二氧化碳。 例如，氰化物在環境溫度下通過在鹼性 pH 值下添加次氯酸鈉和次氯酸鈣而被破壞，而偶氮染料和蒽醌染料在 pH 值 4.5 下被過氧化氫和硫酸亞鐵分解。 含有 5% 至 10% 不可生物降解有機物質的化學工業有色廢水在 200 至 300°C 的高壓下在由特殊材料製成的反應器中通過向液體中吹入空氣和氧氣進行氧化（濕法氧化）； 有時使用催化劑。 處理後留在城市污水中的病原體通過氯化或臭氧化作用被氧化，使水可以飲用。

吸收

一些污染物（例如，焦化廠廢水中的酚類、工業或飲用水中的染料和表面活性劑）通過吸附在高度多孔且具有大比表面積（1000 mXNUMX）的活性炭粉末或顆粒上得到有效去除²/g 或更多）。 活性炭粉末按計量添加到攪拌槽中的廢水中，30 至 60 分鐘後，用過的粉末作為污泥去除。 顆粒活性炭用於串聯排列的塔中，污水從中通過。 用過的碳在這些塔中再生，也就是說，通過化學處理（例如，用蘇打水洗掉酚）或通過熱氧化（例如，染料）去除吸收的污染物。

離子交換

某些天然物質（例如沸石）或人造化合物（例如 Permutit 和樹脂）以化學計量和可逆的方式將與其結合的離子與廢水中所含的離子進行交換，甚至是強烈稀釋的離子。 例如，銅、鉻、鎳、硝酸鹽和氨通過填充有樹脂的柱滲濾從廢水中去除。 當樹脂用完時，它們通過用再生溶液洗滌來重新活化。 因此在濃縮溶液中回收金屬。 這種處理雖然成本高昂，但在需要高純度的情況下（例如，對於被有毒金屬污染的廢水）是有效和可取的。

反滲透

在特殊情況下，可以通過半透膜從稀釋的廢水中提取適合飲用的高純度水。 在膜的廢水側，污染物（氯化物、硫酸鹽、磷酸鹽、染料、某些金屬）作為濃縮溶液留下，必須進行處理或處理以進行回收。 稀釋後的廢水在裝有由醋酸纖維素或其他聚合物製成的合成膜的特殊設備中承受高達 50 巴的壓力。 該工藝運行成本低，分離效率可達95%以上。

污泥處理

在廢水處理過程中使污染物不溶會導致產生大量污泥（去除的化學需氧量 (COD) 的 20% 至 30% 被強烈稀釋（90% 至 99% 的水））。 以環境可接受的方式處置這種污泥的前提是處理成本高達廢水淨化所需成本的 50%。 處理的類型取決於污泥的目的地，進而取決於其特性和當地情況。 污泥可能用於：

• 如果基本上不含有毒物質並含有氮和磷化合物（生物處理產生的污泥），則使用固定排污口、卡車或駁船在海上施肥或傾倒

• 衛生填埋場在地下挖坑，污泥和土壤交替層。 如果污泥中含有可能被大氣降水沖走的有毒物質，則需要對泥炭進行抗滲處理。 礦坑應遠離含水層。 不穩定的有機污泥通常與 10% 至 15% 的石灰混合以延緩腐爛。

• 如果污泥富含有機物質且不含揮發性金屬，則在旋轉爐或流化床爐中焚燒； 如有必要，添加燃料，並淨化排放的煙霧。

污泥在處置之前先進行脫水，以減少其體積和處理成本，並且經常對其進行穩定處理以防止其腐敗並使其可能含有的任何有毒物質變得無害。

脫水

脫水包括預先在濃縮機中濃縮，類似於沉澱池，污泥在沉澱池中放置 12 至 24 小時，失去部分水分並聚集在表面，而濃縮後的污泥則從下面排出。 增稠的污泥被脫水，例如，通過離心分離或過濾（在真空或壓力下）使用常規設備，或通過在由矩形混凝土潟湖組成的污泥乾燥床中以 30 厘米厚的層暴露在空氣中，大約 50厘米深，有傾斜的底部，上面覆蓋一層沙子，以利排水。 根據已經描述的技術，含有膠體物質的污泥應該預先通過凝結和絮凝來去穩定化。

穩定

穩定包括消化和解毒。 消化是對污泥的長期處理，在此過程中，污泥會損失 30% 至 50% 的有機物質，同時會增加其礦物鹽含量。 這種污泥不再易腐爛，所有病原體都被破壞，過濾性得到改善。 當污泥在混凝土池中在環境溫度下曝氣 8 至 15 天時，消化可能屬於好氧類型，該過程類似於活性污泥處理。 如果污泥在類似於用於厭氧廢物處理的工廠中在 35 至 40°C 下消化 30 至 40 天，並產生沼氣，則它可能是厭氧類型的。 當污泥在 200 到 250°C 和壓力超過 100 巴的熱空氣下處理 15 到 30 分鐘（濕燃燒）時，或者當它被處理時，在沒有空氣，在 180°C 和自生壓力下，持續 30 至 45 分鐘。

解毒使含有金屬（例如鉻、鎳和鉛）的污泥變得無害，這些金屬通過矽酸鈉處理固化並自熱轉化為相應的不溶性矽酸鹽。

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