水污染物排放控制技术概述

（一）水体污染源

水体污染源是指造成水体污染的污染物的发生源，通常是指向水体排入污染物或对水体产生有害影响的场所、设备和装置。按污染物的来源，水体污染源可分为天然污染源和人为污染源两大类。按污染物分布的形态，水体污染源分为点源和面源。点源是指工业生产和生活中向地表水体排放污染物的场所，包括工业污染源和生活污染源，点源也称为人为污染源；面源是指由降水引起的地表径流对水体的污染，既包括城市地表雨水径流引起的水体污染，也包括广大农村地区等地表雨水径流引起的水体污染，面源也可以称为城市水体的天然污染源。

1.天然污染源

天然污染源是指自然界自行向水体释放有害物质或造成有害影响的场所。岩石和矿物的风化和水解、火山喷发、水流冲蚀地表，大气降尘的降水淋洗、生物（主要指绿色植物）在地球化学循环中释放物质等，都属于天然污染源。例如：在含有萤石（CaF2）、氟磷灰石［Ca5（PO4）3F］等矿区，可能引起地下水或地表水中氟的含量增高，造成水体的氟污染。长期饮用此种水，可能出现氟中毒（地方性氟中毒）。

城市水污染的天然污染源主要是降水，即降水产生的地表雨水径流。

地表雨水径流是指到达地面的大气降水扣除蒸发、土壤入渗、植物截留及洼地滞蓄等水量后，经地表、地下汇入河流、湖泊或海洋的水流总称。城市地表雨水径流中的污染物来源于降水对城市地表的冲刷和降水对空气中污染物的淋洗沉降。虽然降水对空气的净化十分有利，但在降水时，空气中的各种污染物质，如尘埃、CO2、SO2、NOx、各种盐类和车辆排放物等将不断被溶解或携带，使雨水的化学成分及含量发生变化，形成对人类有害的液体（如某些酸、盐类），并沉降到地面，随地表雨水径流进入城市地表水体和渗入地下水体。而且，在降雨或冰雪融化过程中，地表的污染物质，如固体废物碎屑（车辆部件的磨损、城市垃圾、动物粪便、城市建筑施工场地的堆积物等）、化学药品（城市人工植被施用的化肥和农药等）、空气沉积物和汽车排放物等，也会随地表雨水径流进入城市的江河湖泊，污染城市的地表水体、地下水体和土壤。因此，城市地表雨水径流中的污染物种类繁多。由于城市区域的降雨是由下水道排出，污染物质还会在下水管道中淤积，造成长期污染。

2.人为污染源

水体的污染主要是人为因素引起的。人为污染源是指由人类活动产生的污染源，是水污染防治的主要对象，其主要来源是工业废水与生活污水，统称为城市污水。城市污水是纳入和尚未纳入城市污水收集系统的生活污水和工业废水的混合污水。有时也将初期雨水作为城市污水的一部分。根据人类活动方式，人为污染源可分为工业污染源、生活污染源、农业污染源等，其特点如下。

（1）工业污染源。

工业废水是目前造成我国城市水体污染的主要来源。在工业生产过程中排出的废水、污水、废液等统称为工业废水。其中，废水主要是指工业用冷却水；污水是指与产品直接接触的水，如电镀厂的废水；废液是指在生产工艺中流出的废水，如造纸厂的废水。

工业生产过程产生的废水因工业部门、生产工艺、设备条件与管理水平等不同，在水质、水量与排放规律等方面差异很大；即使生产同一产品的同类工厂所排放的废水，其水质、水量与排放规律也有所不同。因此，各类废水都有其独特的特点，各类废水处理的方法也就不一样。例如：湿法除尘、选煤洗涤废水含有大量的悬浮物质，处理时多采用自然沉淀、过滤等方法；电镀废水、有色冶金废水等，以含重金属离子酸、碱为主的废水，毒害大，处理方法复杂，这类含无机溶解物的工业废水一般采用物理化学方法处理；焦化废水、印染废水和石油化工废水等，是含有机物的工业废水，耗氧且有害，多采用物理化学与生物相结合的方法净化。

废水中除含有不能被利用的废弃物外，常含有流失的原材料、中间产品、最终产品和副产品等，这些均构成危害环境的污染物。这些污染物大量排入江、河、湖、水库、河口、海湾和近海海域，造成了水环境的严重污染。工业废水对水环境的污染主要表现为水质恶化、水体功能改变（如灌溉、水产养殖等）、污染饮用水源，危及人体健康。

（2）生活污染源。

生活污水是指由人类生活活动中产生的污水，也称为生活杂排水或城市下水。城市人口密集的居民区、学校及工厂设置的卫生设备、洗涤设备与食堂等是生活污水的主要污染源。一般家庭生活污水相当混浊，其中有机物约占60%，pH大于7，BOD5为100～700mg/L。生活污水水质与城市污水区别不大，可直接排入城市污水管道，或与厂内有机工业废水合并处理。

（3）农业污染源。

农业污染源是指农业生产中产生的水体污染源。如降水所形成的径流和渗流把土壤中的N、P和农药带入水体；牧场、养殖场、农副产品加工厂的有机废物排入水体，都可使水体水质恶化，造成河流、水库、湖泊等水体污染，甚至富营养化。

点源和面源是地表水体污染的两大来源。发达国家在点源污染治理取得成功后，把城市水环境治理重点由点源向面源转移。例如，美国1972年通过了《联邦水污染控制法》，规定1985年废水达到零排放，期望从此能达到完全控制水体污染，但在花费大量资金建设了许多污水处理厂后，却没有达到目标。而在俄亥俄河及五大湖中，当把所有工业废水和城市生活污水全部处理后，水体污染问题并未得到解决。究其原因，发现是地表暴雨径流把地面上的各种污染物都带入水体。于是，美国国家环境保护局在1977—1981年的科研计划中，正式提出了面源污染控制的研究课题，开始对面源污染进行研究。因此，一些发达国家（如美国、英国、荷兰等）开展了对城市地表雨水径流中污染物的测试和研究工作，这些研究工作是从20世纪70年代开始的。目前，面源污染已经成为发达国家主要的水环境污染问题。

（二）水体自净作用

自然环境包括水环境对污染物质都具有一定的承受能力，即水环境容量。水体能够在其环境容量的范围内，经过水体的物理化学和生物作用，使排入的污染物在向下游流动的过程中，其浓度和毒性随着时间的推移自然降低，称为水体自净作用。简单来说，水体受到废水污染后，逐渐从不洁变清的过程，称为水体自净。

水体自净的过程很复杂，按其机理可分为以下几种。

（1）物理过程：进入水体中的污染物，在流动中扩散或稀释，固体沉淀析出，达到净化。

（2）化学及物理化学过程：水中的污染物通过氧化、还原、吸附等，浓度降低，这时水体达到化学净化。

（3）生物化学过程：水中的有机物，通过微生物的作用分解，浓度降低，达到生物净化。

通过各种自净作用，可以使水体恢复原来的良好状况，但污染物浓度或含量超过了自净能力时，就出现了水体污染。

（三）污水处理的基本方法

由于天然水体的自净作用包括物理过程、化学及物理化学过程和生物化学过程三个大的方面，因此，目前人类对水环境污染的治理也从这三个方面入手。

1.污水的物理处理法

污水的物理处理法，就是利用物理作用，分离和回收污水中主要呈悬浮状态的不溶解性污染物质，在处理过程中不改变其化学性质。物理处理法常作为污水处理的预处理。其目的在于去除那些在性质上或大小上不利于后续处理过程的物质。常用的污水物理处理法有筛滤、截留、重力分离（包括自然沉淀、自然上浮和气浮等）和离心分离等。相应使用的处理设备有格栅、筛网、滤池、微滤机、沉砂池、沉淀池、除油池、气浮装置以及离心机及旋流分离等。

2.污水的化学处理法

污水的化学处理法，就是向污水中投加一种或几种化学物质，利用化学反应来分离和回收污水中的污染物，或使其转化为无害的物质。常用的污水化学处理法有混凝法、中和法、氧化还原法、化学沉淀法等。

（1）混凝法。(www.xing528.com)

污水中粒度为1～100μm的部分悬浮液和胶体溶液，可以采用混凝处理。由于水中呈胶体状态的污染物，通常带负电荷，胶体颗粒之间互相排斥形成稳定的混合液。因此，混凝就是向污水中预先投入化学药剂来破坏胶体的稳定性，使污水中的胶体和细小的悬浮物聚集成具有可分离性的絮凝体，再加以分离除去的过程。通常是向水中投入带有相反电荷的电解质（混凝剂），使污水中的胶体颗粒改变，呈电中性，失去稳定性，并在分子引力作用下，凝聚成大颗粒而下沉。这种方法适用于处理含油废水、印染废水、洗毛废水等。常用的混凝剂有硫酸铝、明矾、三氯化铁和聚丙烯酰胺等。

（2）中和法。

用于处理酸性废水（pH＜6，主要是H2SO4，其次是HC1和HNO3废水）和碱性废水。向酸性废水中投加碱性物质，如石灰石、NaOH等，使废水变为中性。对碱性废水可吹入含有CO2的烟道气进行中和，也可用其他酸性物质进行中和。中和处理方法因废水的酸碱性不同而不同，主要有酸碱互相中和及药剂中和。常用的药剂中和处理流程工艺如图4-1所示。

图4-1　药剂中和处理工艺流程

（3）氧化还原法。

废水中呈溶解状态的有机或无机污染物，在投入氧化剂或还原剂物质后，由于电子的迁移而发生氧化或还原作用，使其转变为无害的物质。常用的氧化剂有空气、漂白粉、臭氧等，氧化法多用于处理含酚、氰的废水。常用的还原剂有铁屑、硫酸亚铁等，还原法多用于处理含Cr、Hg元素的废水。

（4）化学沉淀法。

向水中投加某种化学药剂，使其与水中的溶解物质发生化学反应生成难溶物沉淀下来，这种方法称为化学沉淀法。该法多用于给水处理中去除钙、镁硬度，以及废水处理中去除重金属离子以及多种放射性核素。

3.污水的生物处理法

污水的生物处理法，是利用微生物的新陈代谢功能，使污水中呈溶解和胶体状态的有机污染物被降解，并转化为无害的物质，使污水得以净化。根据参与作用的微生物种类和供氧情况的不同，可以分为两大类，即好氧生物处理及厌氧生物处理。生物法中微生物的载体是污泥，其近似的分子式为C5H7NO2，氧化时发生的化学反应如下。

C5H7NO2+5O2→5CO2+2H2O+NH3

其中，好氧生物处理是指在有氧的条件下，借助好氧微生物（主要是好氧菌）的作用来进行。依据好氧微生物在处理系统中所呈现的状态不同，好氧生物处理又可分为活性污泥法和生物膜法两大类。

（1）活性污泥法。

自1914年在英国建成活性污泥污水处理试验厂以来，活性污泥法已超过百年历史，因此，它是使用极其广泛的一种生物处理方法。活性污泥是指由细菌、原生动物等与悬浮物质、胶体物质混杂在一起形成的一种絮状体颗粒物。这种絮状体颗粒物的主要特性表现如下。①具有很强的吸附能力。如在10～30min内，生活污水中BOD5的85%～90%可因活性污泥的作用而除去，废水中的Fe、Cu、Pb、Ni、Zn等金属离子30%～90%可被活性污泥吸附而除去。②具有很强的氧化、分解有机物的能力。在有机物被分解的过程中，一部分活性污泥失效，一部分新的微生物生成，产生新的活性污泥。③具有良好的沉降性能。这是活性污泥具有絮状结构的原因，正是由于活性污泥具有这一性质，才使处理水较容易与污泥分开，最终达到废水净化的目的。

产生活性污泥的具体方法是将空气连续注入曝气池的污水中，经过一段时间，水中即形成繁殖有大量好氧微生物的活性污泥。这些活性污泥能够吸附和分解水中的有机物，并以有机物为养料，使微生物获得能量并不断增殖。曝气池是指由于大气的天然复氧不能满足微生物氧化分解有机物的耗氧需要，因此，在池中需设置鼓风曝气或机械翼轮曝气的人工供氧系统池。离开曝气池的废水与活性污泥的混合液，在沉淀池中沉淀，活性污泥分离后的水，即为得到净化的水。活性污泥工艺主要由曝气池、曝气系统、二次沉淀池、污泥回流系统和剩余污泥排放系统组成。传统活性污泥工艺基本流程如图4-2所示。

图4-2　传统活性污泥工艺基本流程

活性污泥处理系统在当前污水处理领域中应用极其广泛。但是该系统也存在着某些有待解决的问题，如曝气池的池体比较庞大，占地面积大、能耗高、管理复杂等。为此，近年来一直在改进，特别是在构造和工艺方面有较大的发展。

（2）生物膜法。

生物膜法是根据土壤自净的原理发展起来的。最早人们利用污水灌溉农田时，发现土壤渗滤作用对污水中的有机物有净化作用。因此，使用人工方法建造了间歇砂滤池及接触滤池，继而采用较大颗粒的滤料，建成了生物滤池。具体方法是将废水连续通过固体填料（如焦炭、碎石、炉渣、陶粒等），在填料上繁殖的大量微生物形成生物膜。生物膜其实就是附着在填料上呈薄膜状的活性污泥。生物膜能吸附和分解废水中的有机物。从填料上脱落下来的衰老生物膜随污水进入沉淀池，经沉淀分离，污水得以净化。生物膜法具有以下特点。

①固着在固体表面的生物膜对污水水质、水量的变化有较强的适应性，操作稳定性好。②不会发生污泥膨胀，运转管理较方便。③由于微生物固着在固体表面，即使增殖速度慢的微生物也能生长繁殖。④由于有高营养的微生物存在，有机物代谢时较多地转移为能量，合成新细胞，即剩余污泥量少。⑤采用自然通风供氧。⑥活性生物难以人为控制，因此，在运行方面灵活性较差。⑦由于载体材料的比表面积小，所以设备容积负荷有限，空间效率较低。

生物膜法与活性污泥法的主要区别在于：生物膜或固定生长，或附着生长于固体填料（或称载体）的表面，而活性污泥则以絮体方式悬浮生长于处理构筑物中。生物膜法采用的处理构筑物有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池及生物流化床等。

（3）生物塘。

生物塘又称氧化塘或稳定塘，是一种利用天然池塘或进行一定人工修整的池塘处理废水的构筑物。污水在塘内停留时间较长，有机物通过水中微生物的代谢活动而被降解。具体方法如下：使废水在自然或经人工改造或人工修建的池塘内缓缓流动、储存，通过微生物（细菌、真菌、藻类、原生动物）的代谢活动，降解废水中的有机污染物，从而使废水得以净化，其过程和自然水体的自净过程很接近。生物塘构造简单，易于维护管理，污水净化效果良好，节省能源，能够实现污水资源化的污水处理。生物塘按功能和效能的不同，可分为厌氧塘、好氧塘、生物塘（如养鱼塘、养鸭塘）和曝气塘等。

（4）厌氧生物处理法。

厌氧生物处理法是指在无氧的条件下，利用厌氧微生物的作用分解污水中的有机物，达到净化水的目的的一种方法。过去厌氧法常用于处理污泥及高浓度有机废水方面。近年来，污水处理向节能和实现能源化方向的发展，促进了厌氧生物处理法的发展，一大批高效新型厌氧生物反应器相继出现，包括厌氧生物滤池、升流式厌氧污泥床、厌氧流化床等。它们的共同特点是反应器中生物固体浓度很高、污泥龄很长，因此，处理能力大大提高。厌氧生物处理法的特点体现在能耗小并可回收能源，剩余污泥量少，生成的污泥稳定、易处理，对高浓度有机污水处理效率高等。厌氧生物处理法经过多年的发展，现已成为污水处理的主要方法之一。目前，该方法不但可用于处理高浓度和中等浓度的有机污水，还可以用于低浓度有机污水的处理。

除上述常用的方法外，目前还有一些正在研究中的新技术和新方法，如对难降解的有机物质的去除，可以采用脉冲等离子体技术，将大分子的有机物质分解为低分子或小分子物质，以提高有机污水的生物可降解性；对水质要求高的可以采用臭氧氧化技术；活性炭吸附和光催化法在城市污水的处理中也有一定的应用前景。但这些方法的大规模应用，还需进一步研究和完善。