水体中污染物去除

污水中污染物去除
一、自然水体有机污染物降解
污染物的稀释降解过程主要是水体对污染物进行物理作用、化学作用和生物作用的共同结果。

物理作用主要包括水体对污染物的稀释、吸附、沉淀、凝聚等方面，例如高浓度废污水进入水体后，首先会受到水体的混合、稀释，水量越大或径污比越大，稀释效果越好;污染物同时也会被水体中的悬浮物如泥沙所吸附、沉淀，致使污染物浓度下降;化学作用是污染物与水体组份发生化学反应，使污染物浓度降低，化学作用主要包括氧化、还原、分解等方面。

例如水体中亚硝酸盐等一些还原性污染物会在氧的作用下，逐步氧化至硝酸盐;一些重金属离子如Fe、Pb等，在碱性水环境条件下(如黄河水体的PH值一般在8.0左右，呈弱碱性)，会和水中的OH-结合产生沉淀，使水中重金属离子浓度下降;水体的生化作用是污染物被水体中各种微生物所分解的过程，如水中的好氧微生物会在氧的作用下，把一些有机物分解成无机物，如二氧化碳、水，把氨转化为硝酸盐，使水体得到净化。

有机污染物降解又称BOD降解。

水体中有机污染物因氧化分解而发生的衰减变化过程。

它是水体污染物发生化学或生物化学转化反应中最常见和最重要的一种，也是可为人们利用的自净作用。

在有机物氧化降解时，将消耗水体中的溶解氧，当水体中的耗氧速率大于供氧速率时，水体将出现缺氧，以致使厌氧微生物大量繁殖，水体中可生成甲烷气等发臭气体，使鱼类乃至原生动物死亡。

污水生物处理时微生物在酶的催化作用下，利用微生物的新陈代谢功能，对污水中的污染物质进行分解和转化。

微生物代谢由分解代谢(异化)和合成代谢(同化)两个过程组成，是物质在微生物细胞内发生一系列复杂生化反应的总称。

微生物可以利用污水中大部分有机物和部分无机物作为营养源，这些可被微生物利用的物质，通常称之为底物或基质。

或者更确切地说，一切在生物体内通过酶的催化作用而进行生物化学变化的物质都被称为底物。

分解代谢是微生物在利用底物的过程中，一部分底物在酶的催化作用下降解并同时释放能量的过程，这个过程也称作生物氧化。

合成代谢是微生物利用一部分底物或分解代谢过程中产生的中间产物，在合成酶的作用下合成微生物细胞的过程，合成代谢所需要的能量是由分解代谢提供。

污水生物处理过程中有机物的生物降解实际上是微生物将有机物作为底物进行分解代谢获取能量的过程。

不同类型微生物进行分解代谢所利用的底物是不同的，异养微生物利用有机物，自养微生物则利用无机物。

有机底物的生物氧化主要以脱氢(包括失电子)的方式实现，底物氧化后脱下的氢可以表示为:
2H → 2H+ + 2e-
根据氧化还原反应中最终电子受体的不同，分解代谢可分为发酵和呼吸两种类型，呼吸又可分为好氧呼吸和缺氧呼吸两种方式。

二、有机物
2.1 COD：所谓化学需氧量（COD），是在一定的条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量。

它是表示水中还原性物质多少的一个指标。

水中的还原性物质有各种有机物、亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等，但主要的是有机物。

因此，化学需氧量（COD）又往往作为衡量水中有机物质含量多少的指标。

化学需氧量越大，说明水体受有机物的污染越严重。

在饮用水的标准中Ⅰ类和Ⅱ类水化学需氧量(COD)≤15mg/L、Ⅲ类水化学需氧量(COD)≤20mg/L、Ⅳ类水化学需氧量(COD)≤30mg/L、Ⅴ类水化学需氧量(COD)≤40mg/L。

COD的数值越大表明水体的污染情况越严重。

2.2 BOD：生化需氧量，表示水中有机物等需氧污染物质含量的一个综合指示。

它说明水中有机物由于微生物的生化作用进行氧化分解，使之无机化或气体化时所消耗水中溶解氧的总数量。

生化需氧量或生化耗氧量(一般指五日生化学需氧量)，表示水中有机物等需氧污染物质含量的一个综合指标。

说明水中有机物由于微生物的生化作用进行氧化分解，使之无机化或气体化时所消耗水中溶解氧的总数量。

生化需氧量和化学需氧量的比值能说明水中的有机污染物有多少是微生物所难以分解的。

微生物难以分解的有机污染物对环境造成的危害更大。

与COD（化学需氧量）区别：COD,化学需氧量是以化学方法测量水样中需要被氧化的还原性物质的量。

水样在一定条件下，以氧化1升水样中还原性物质所消耗的氧化剂的量为指标，折算成每升水样全部被氧化后，需要的氧的毫克数，以mg/L表示。

它反映了水中受还原性物质污染的程度。

该指标也作为有机物相对含量的综合指标之一。

BOD，生化需氧量（BOD）是一种环境监测指标，主要用于监测水体中有机物的污染状况。

一般有机物都可以被微生物所分解，但微生物分解水中的有机化合物时需要消耗氧，如果水中的溶解氧不足以供给微生物的需要，水体就处于污染状态。

BOD才是有关环保的指标！
难生物降解有机物：有毒大分子有机物如有机氯化物、有机磷农药、有机重金属化合物、芳香族为代表的多环及其他长链有机化合物，惰性有机物。

容易降解有机物包括糖类、蛋白质、脂肪及其他有机物质（或其降解产物）。

2.3有机物去除方法
2.3.1、全蒸发法
全蒸发可以从被污染的水体中去除和聚集挥疑性有机化合物，是一种新的水处理技术。

在全蒸发的处理过程中．密集多聚膜的一面与含有有机化台物的水相接触，而另一面则临界于真空泵。

在膜的上面，有机化台物和水被吸附、扩散，而且在真空泵的抽吸作用下渗透到膜的另一面。

那些通过膜的物质由于冷凝作用被萃取。

全蒸发法可以用来处理地下水、滤液和含有挥发性有机化合物的废水。

2.3.2、活性炭吸附处理
活性炭吸附是利用活性炭的物理吸附、化学吸附、氧化、催化氧化和还原等性能去除水中污染物的水处理方法。

活性炭能去除水中产生臭味的物质和有机物，如酚、苯、农药、洗涤剂、氯、三卤甲烷等。

此外，对银、镉、铬酸根、氰、锑、砷、铋、锡、汞、铅、镍等离子也有吸附能力。

2.3.3、离子交换处理法
被处理溶液中的某离子迁移到附着在离子交换剂颗粒表面的液膜中；通过液膜扩散进入颗粒中，并在颗粒的孔道中扩散而到达离子交换剂的交换基团的部位上；该离子同离子交换剂上的离子进行交换；被交换下来的离子沿相反途径转移到被处理的溶液中。

离子交换反应是瞬间完成的，而交换过程的速度主要取决于历时最长的膜扩散或颗粒内扩散。

2.3.4、反渗透和超滤技术
反渗透对水中有机物的去除率在90%以上，但不同分子量的有机物去除程度是不同的。

分子量小于100的有机物很容易聚集在膜表面上，因而容易通过膜空
隙；分子量在100于200之间的有机物可以去除一部分；分子量在200以上的有机物可以完全去除。

超滤可以去除水中高分子量的有机物，对于低分子量的挥发性有机物则基本上不能去除，有机物的出除界限还与超滤膜的截留分子量有关。

2.3.5、氧化处理法
在水处理中常用的氧化剂有：液氯、二氧化氯、臭氧等。

由于它们的氧化能力不同，所以氧化降解有机物的效率也不同。

光氧化法是近年研究较多的一种氧化去除有机物的新方法光氧化法主要包括光化学氧化法和光催化氧化法。

2.3.6、混凝处理法
混凝处理法的理论依据是在低PH值条件下，离子态有机物减少而分子态有机物增多，有机物溶解度下降，相对容易吸着到大量存在的FeOH3 或AlOH3 等颗粒上。

因此，会导致有机物去除率有较明显的上升。

从预处理阶段来看，通过强化混凝处理技术的关键是控制好混凝的PH值和混凝剂量。

2.3.7、生物处理法
生物处理法是微生物在酶的催化作用下，利用生物(即细菌、酶以及原生动物)的代谢作用，对污水中的污染物质进行分解和转化，处理各种废水、污水和粪尿的方法。

三、氮元素
进入水体中的氮主要有无机氮和有机氮之分，无机氮包括氨氮和硝态氮。

氨氮：游离氨态氮NH3-N和铵盐态氮NH4+-N；硝态氮：包括硝酸盐氮NO3--N 和亚硝酸盐氮；有机氮主要有尿素、氨基酸、蛋白质、核酸、尿酸、脂肪胺、有机碱、氨基糖等含氮有机物；可溶性有机氮主要以尿素和蛋白质形式存在，通过氨化作用转化为氨氮。

总氮：可溶性及悬浮颗粒中的含氮量（通常测定硝酸盐氮、亚硝酸氮、无机铵盐、溶解态氨几大部分有机氮化合物中氮的总和）。

可溶性总氮是指水体中可溶性及含可过滤性固体（小于0.45um颗粒物)的含氮量。

生物脱氮基本原理：一般包括氨化、硝化和反硝化三个过程。

2.1 氨化：废水中的含氮有机物，在生物处理过程中被好氧或厌氧异养型微生物氧化分解为氨氮的过程。

RCHNH2COOH+O2→RCOOH+CO2+NH3
2.2硝化：废水中的氨氮在硝化菌（好氧自养型微生物）的作用下转化为NO2-和NO3-。

亚硝化反应：NH4++1.5O2→NO2-+H2O+2H+
硝化反应：NO2-+0.5O2→NO3-
每降解1mg氨氮需要消耗氧量计算，按此式计算氧的消耗量：
2*32/14=4.57mg/mgNH4+-N
2.3反硝化：废水中NO2-和NO3-在缺氧条件下及反硝化菌（兼性异养型细菌）的作用下被还原为N2的过程。

第一步：3NO3-+CH3OH→3NO2-+2H2O+CO2
第二步：2H++2NO2-+CH3OH→N2+3H2O+CO2
6H++6NO3-+5CH3OH→3N2+13H2O+5CO2
废水中磷存在形态取决于废水的类型，最常见的磷酸盐（H2PO4-，HPO42-,PO43-)聚磷酸、有机磷。

传统的生物处理中，90%左右的磷以磷酸盐形式存在。

在好氧条件下，聚磷菌不断的从废水中摄取有机物加以氧化分解，产生能量ADP获得，并结合磷酸合成ATP。

在厌氧条件下，聚磷菌ATP水解，释放磷酸和能量，ATP转化ADP。

当废水中的钙，镍，铁和铅等重金属含量超标时，化学沉淀有助于磷的去除。

一般来说，污水污泥混合液经过2小时厌氧后，磷的释放已经甚微，在有效释放过程中，磷的释放量与有机物的转化量之间存在着良好的相关性，磷的厌氧释放可使污泥的好氧吸磷能力大大提高，每厌氧释放1mgP，在好氧条件下可吸收2.0~2.24mgP，厌氧时间加长，无效释放逐渐增加，平均厌氧释放1mgP，所产生的好氧吸磷能力降至1mgP以下，甚至达到0.5mgP。

酶酶
ADP + Pi+ 能量→ATP ATP →ADP + Pi+能量
五、色度、浊度
水质色度是对天然水或处理后的各种水进行颜色定量测定时的指标。

天然水经常显示出浅黄，浅褐，黄绿等不同颜色。

产生颜色的原因是由于溶于水的腐殖质、有机物或无机物质造成的。

水中含有悬浮及胶体状态的微粒，使得原来无色透明的水产生浑浊现象，其浑浊的程度称为浑浊度。

水中含有泥土、粉砂、微细有机物、无机物、浮游生物等悬浮物和胶体物都可以使水质变的浑浊而呈现一定浊度。

六、有毒有害污染物
6.1 水体中能够与碱反应的有机物：
（1）卤代烃---卤素原子—R（R包括F,Cl,Br,I）(氢氧化钠的水溶液---卤代烃水解成醇），（氢氧化钠的醇溶液---卤代烃消去成烯）
（2）羧酸---羧基—COOH
（3）酚类---酚羟基苯环上的—OH
（4）酯---水解的催化剂（间接反应）
（5）氨基酸---羧基同（2）
（6）蛋白质---肽键—CO-NH—
6.2 重金属去除
重金属大概有这些,铜、铅、锌、铁、钴、镍、锰、镉、汞、钨、钼、金、银,这些都可以用碱除去,使其生成沉淀,然后过滤除。

微生物的吸附作用是指利用某些微生物本身的化学成分和结构特性来吸附废水中的重金属离子，通过固液两相分离达到去除废水中重金属离子的目的。

一些微生物可以分泌多聚糖，糖蛋白，脂多糖，可溶性氨基酸等胞外聚合物EPS，具有络合或沉淀重金属离子作用。