污水处理厂运作
在进入这个主题之前砂过滤首先，我们应该尝试从某种角度来看待城市污水处理技术。污水处理厂可分为两大类:生物和物理/化学。生物工厂更常用于处理来自市政当局的生活废水或生活废水和工业废水。它们使用的过程基本上与接收水中自然发生的过程相同，但在受控条件下给了它们一个发生的地方，这样在水排放到环境中之前就完成了净化反应。
物理/化学工厂更多地用于直接处理工业废水，因为它们通常含有微生物无法有效去除的污染物——尽管处理生物降解材料的行业，如食品加工、乳制品、啤酒厂，甚至造纸、塑料和石油化工，可能使用生物处理。生物植物通常也使用一些物理和化学过程。
物理过程通常处理悬浮的污染物，而不是溶解的污染物。这可能是一个被动的过程，比如简单地让悬浮污染物沉降或自然漂浮到顶部——这取决于它们是多还是少密度小于水．或者这一过程可以借助机械手段，比如轻轻搅拌水，使更多的小颗粒相互碰撞并粘在一起，形成更大的颗粒，这些颗粒会更快地沉降或上升——这一过程被称为絮凝。化学絮凝剂也可以添加，以产生更大的颗粒。为了帮助浮选过程，溶气在一定的压力下，可能会形成微小的气泡，这些气泡会附着在颗粒上。
通过诸如沙子这样的介质进行过滤作为最后的处理阶段可以得到非常清澈的水。相比之下，超滤、纳滤和反渗透(RO)是迫使水通过膜的过程，可以去除胶体物质(非常细的带电粒子，不会沉淀)，甚至一些溶解物质。活性炭上的吸附(技术上说是吸附)是一个物理过程，可以去除溶解的化学物质。空气或汽提可用于去除水中的气体或低沸点液体污染物，以这种方式去除的蒸汽也经常通过活性炭床，以防止空气污染。这些最后的处理方法主要用于工业处理厂，尽管活性炭在市政工厂中也很常见，用于控制气味。
在工业环境中，化学处理过程的例子有:
1.将溶解的金属转化为固体，会沉淀的由碱性物质如氢氧化钠或氢氧化钙沉淀形成的。溶解的铁或铝盐或有机混凝剂如聚电解质可以帮助絮凝物沉淀(或漂浮)沉淀金属。
2.将用于采矿和金属精加工工业的剧毒氰化物用氯氧化转化为无害的二氧化碳和氮气。
3.通过使用臭氧或过氧化氢(单独或与催化剂(加速反应的化学物质)和/或紫外线结合)氧化有机化学品来破坏有机化学品。
在市政治疗在植物中，化学处理——以铝或铁盐的形式——经常被用来通过沉淀去除磷。氯或臭氧(或紫外线)可用于消毒，即在废水最终排放之前杀死有害微生物。二氧化硫或亚硫酸盐溶液可以用来中和(减少)过量的氯，这对水生生物是有毒的。化学混凝剂也广泛应用于污泥处理使固体变稠，促进水的去除。传统的处理厂由一系列单独的装置组成单元过程，一个过程的输出(或流出物)成为下一个过程的输入(进水)。第一阶段通常由物理过程组成，去除容易去除的污染物。在此之后，剩余的污染物通常通过生物或化学过程进一步处理。它们可以将溶解的或胶体的杂质转化为固体或气体形式，这样它们就可以被物理去除，或者将它们转化为溶解的物质，留在水中，但不像原来的污染物那样被认为是有害的。这些过程产生的固体(残渣或污泥)形成了侧流，也必须进行处理以进行处置。
在市政处理厂发现的常见流程包括:
清除可能堵塞或损坏其他设备的大或硬固体的初步处理。这些可能包括磨床(粉碎机)，条形筛和砂砾通道。第一个人切碎碎布和垃圾;第二种只是捕捉大物体，可以耙掉;第三种方法允许较重的材料，如沙子和石头沉淀下来，这样它们就不会对下游设备造成磨粒磨损。砂砾通道还可以清除较大的食物颗粒(即垃圾)。
初级沉降盆地，在那里水缓慢流动长达几个小时，以允许有机悬浮物浮出:浮出或浮到表面大多数这种物质的密度与水的密度相差不大，因此需要给它足够的时间来分离。解决坦克可以是矩形或圆形。在任何一种类型的水槽中，都需要在底部设计某种类型的刮泥器，以收集沉淀的污泥，并将其引导到一个坑中，从那里泵出进行进一步的处理——在表面安装撇油器，以收集漂浮到顶部的物质(这种物质被赋予了一个相当不光彩的名字“浮渣”)。下图显示了一个典型的主沉淀池的运行情况。
二级处理，通常是生物处理，试图去除剩余的溶解或胶体有机物。一般来说，允许污染物的biodégradation发生在可以向微生物提供充足空气的地方。这促进了不那么讨厌的氧化产物的形成。工程师们试图设计处理装置的容量，以去除足够多的杂质，以防止排放后接收水中的大量氧气需求。
生物处理过程主要有两种类型:附着生长和悬浮生长。
在附着生长过程中，微生物在岩石或塑料等表面上生长。例如，开放的涓滴过滤器，水分布在岩石上，流到地下排水沟，空气通过通风管道供应;封闭式生物塔，类似，但更可能使用成型的塑料介质而不是岩石;还有所谓的旋转生物接触器，或RBC，它由大的、部分淹没的圆盘组成，这些圆盘不断旋转，因此生长在圆盘表面的微生物反复交替地暴露在废水和空气中。最常见的一种悬浮生长过程是所谓的活性污泥系统．这种类型的系统包括两个部分，曝气池和沉淀池，或澄清器。曝气池中含有的“污泥”可以被最好地描述为“混合微生物培养物”，其中主要含有细菌，以及原生动物、真菌、藻类等。这些污泥通过底部的压缩空气起泡器或表面的机械充气器不断混合和充气。待处理的废水进入水箱，与培养液混合，培养液利用有机化合物进行生长(产生更多微生物)和呼吸作用，主要导致二氧化碳和水的形成。该过程也可以设置为提供生物去除营养氮和磷。有关简化的流程流程表，请参阅图1。
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泵
图1。活性污泥工艺泵简化工艺流程
图1。活性污泥工艺流程简化
在足够的曝气时间达到所需的处理水平后，污泥被水流带入沉淀池或澄清池，沉淀池通常为圆形设计。(这一过程成功的一个重要条件是形成一种自然絮凝的培养物，产生沉淀污泥和相当清晰的上层或上清层。如果污泥不这样做，大量的固体将留在离开澄清器的水中，废水的质量就会很差。在澄清池底部收集的污泥再循环到曝气池，消耗更多的有机物质。之所以用“活化”污泥，是因为当污泥返回曝气池时，微生物已经处于“食物”耗尽的环境中一段时间，处于“饥饿”状态，即活化状态，急于忙着生物降解更多的废物。由于微生物或生物量的数量在这一过程中增加，因此必须定期去除一些微生物，以便进一步处理和处置，加入初级处理中产生的固体。刚才所描述的活性污泥系统是一种连续流动工艺。有一种变化是整个活性污泥过程发生在一个罐中，但在不同的时间。步骤包括灌装、充气、沉淀、上清等。像这样的系统，叫做序批式反应器，可以为治疗提供更多的灵活性和控制，包括营养物去除，并可由电脑控制。)
营养物去除是指对废水进行处理以去除氮或磷，这可能会导致接收水中藻类或杂草的滋扰生长。氮主要以氨和有机氮的形式存在于生活废水中。如果植物的设计能够提供足够的氧气和足够长的生长时间，这些硝酸盐可以被细菌转化为硝酸盐氮。”污泥的年龄“开发这些生长缓慢的生物类型。产生的硝酸盐可以被排放;它仍然是一种可用的植物营养物，但它的毒性比氨小得多。如果需要更彻底地去除氮，可以建立一个生物过程，将硝酸盐减少为氮气(和一些一氧化二氮)。也有物理/化学过程可以去除氮，特别是氨;它们对于家庭废水来说并不经济，但可能适用于没有使用其他生物工艺的工业场所。(这些方法包括碱性方法空气剥离、离子交换和“断点”氯化。)除磷最常用的方法是化学沉淀与铁或铝的化合物，如氯化铁或明矾(硫酸铝)。所产生的固体可以与其他污泥一起沉淀，这取决于该过程发生在处理列车的哪个位置。“石灰”或
石灰石的化学式是CaC03，燃烧后形成氧化钙(CaO)，这被称为烧焦石灰。钙氧化钙与水混合时形成氢氧化钙(Ca(OH)2)。氢氧化钙与硫酸铝一起被用来作为混凝剂处理水。
氢氧化钙也有作用，但会使水呈碱性，必须加以纠正，并产生更多的污泥。还有一种除磷的生物过程，这取决于活性污泥系统的设计方式，以促进某些类型的细菌的发展，这些细菌有能力在其细胞内积累过量的磷。这些方法主要是将溶解的磷转化为颗粒形式。对于只需要排放很低浓度的总磷的处理厂，通常使用砂过滤器作为最后阶段，以去除大部分可能含有磷的悬浮固体。
消毒通常是排放前的最后一个过程，是破坏有害(致病)微生物，即致病细菌。这样做的目的不是杀死水中的每一种活微生物——这将是灭菌——而是将有害微生物的数量减少到适合接收水的预期用途的水平。
最常用的消毒液是氯，可以以液化气的形式供应，这种液化气必须溶解在水中，也可以以次氯酸钠的碱性溶液的形式供应，次氯酸钠是一种与普通家用氯漂白剂相同的化合物。氯是对大多数细菌非常有效，但杀死病毒、原生动物和其他形式的病原体需要相当高的剂量。氯有几个与它的使用有关的问题，其中1)它与有机物反应形成有毒和致癌的氯化有机物，如氯仿，2)氯对接收水中的水生生物非常有毒-美国环保署建议不超过0.011 ppm (mg/L) 3)储存和处理是危险的。次氯酸盐更安全，但仍然会产生问题1和2。问题2可以通过添加二氧化硫(液化气)或亚硫酸钠或亚硫酸氢钠(溶液)来中和氯来解决。产品是几乎无害的氯离子和硫酸盐离子。这也可能对问题1有所帮助。更有效的消毒剂是臭氧，这是一种不稳定的氧气形式，每个分子含有三个原子，而普通氧气中只有两个原子
过滤掉剩下的内容
•慢速或快速过滤
(取决于植物大小/水量的考虑)。
•Rapid-sand过滤器强迫水通过0.45 lm的沙子层(d=0.4-1.2mm)，工作速度更快，需要更小的面积。它们需要经常清洗。
•Slow-sand过滤器(d=0.15-0.35mm)需要更大的面积，但在更大程度上降低细菌和病毒水平。顶部1英寸必须定期刮掉，过滤器偶尔反冲洗。我
约占大气的21%。臭氧太不稳定，无法储存，必须在使用时制造。它是通过空气放电产生的，然后空气在水中起泡。虽然氯的浓度足够高，可以使一些氯在水中停留相当长的时间，但臭氧被消耗得非常快，没有残留物。它也可能产生一些化学副产品，但可能不像氯产生的那么有害。另一个常用的消毒方法就是紫外线。水通过一排圆柱形的、镶有石英的荧光灯泡。任何能吸收光线的东西，比如灯泡表面的污垢或水垢，或者水中的悬浮物，都会影响消毒效果。一些溶解的物质，如铁和一些有机化合物，也能吸收一些光。紫外线消毒正变得越来越受欢迎，因为越来越多的并发症有关氯的使用．
来自初级沉淀池的污泥，称为初级或“原始”污泥，是一种有毒、有臭味、灰黑色的粘性液体或半固体。它含有非常高浓度的细菌和其他微生物，其中许多是致病性的，以及大量的可生物降解的有机物质。由于浓度高，任何溶解氧都会被迅速消耗，而且气味难闻有毒的产品的厌氧biodégradation(腐败)将产生。初级处理产生的浮油是这种易腐烂固体的另一部分废物流．除了主要的污泥，经二次处理的污水厂会产生二级污泥，主要由微生物组成，这些微生物是由于食用有机废物．虽然不是那么令人反感，但由于biodégradation已经发生，它仍然是非常高的病原体，并含有许多物质，如果不进一步处理，将会腐烂和产生气味。最终，这些污泥必须全部处理掉。处理方法取决于污泥的质量，并决定了如何处理。这些固体最理想的最终归宿是用于农业，因为这些材料有有机物质作为土壤
最后的润色是水
<>消毒-完全没有悬浮沉积物的水，用强氧化剂处理，通常是氯、氯和氨(氯胺)，或臭氧。残留的消毒剂留在水中，以防止再次感染。氯可以形成有害的副产品，并被怀疑与胃癌和流产有关。
<>pH值调整-使处理过的水以6.5 - 8.5pH单位的理想范围离开植物。
护发素，还有一些肥料价值。这需要最高质量的“生物固体”，不受污染有毒金属或者工业有机化合物，病原体含量低。在一个稍低的质量，它可以用于类似的目的在非农业用地以及土地复垦(例如，露天矿山)。质量较差的污泥可以通过填埋或焚烧处理。一种常用的污泥处理方法，即消化法，是生物法。由于材料中含有细菌和有机物;为什么不让细菌吃掉可生物降解的材料呢?消化可以是好氧的，也可以是无氧的。好氧消化需要为污泥提供氧气;它类似于活性污泥工艺，除了不提供外部“食物”。在厌氧消化中，污泥被送入一个无空气的容器;消化过程产生的气体主要是甲烷和二氧化碳的混合物。这种气体具有燃料价值，燃烧后可以为地球提供热量蒸煮器柜甚至还能开动发电机。一些地方已经将天然气压缩并用于汽车动力。消化可以减少约30%至70%的有机物，大大减少病原体的数量，并产生一种具有无害的“泥土”气味的液体。这使得在陆地上处理污泥更安全，因为气味不会吸引那么多的食腐害虫，如苍蝇、啮齿动物、海鸥等，它们会将病原体从处理地点传播到其他地方，而且传播的病原体也更少。
一种液体污泥，可能含有干重3 - 6%的固体，可以脱水形成干燥器污泥饼大概15到25个固体百分比它可以作为固体来拖，而不必作为液体来搬运。用于脱水污泥包括离心机、真空过滤器，以及带式印刷机或板框印刷机。通常添加化学混凝剂，以帮助形成更大的固体集合体并释放水。进一步的程序，例如堆肥而且热干燥可以生产出较低病原体水平的干燥产品。另一种方法是用石灰(氧化钙)处理，由于石灰的高碱性以及与污泥中的水反应时产生的热量，石灰可以杀死病原体;这也会导致产品更干燥。一种最终的处理方法是焚烧，它可以消除所有的病原体，并大大减少污泥的体积。然而，这并不被认为是一种有益的用途，由于公众对空气排放的担忧，它正变得不那么受欢迎。污泥由物理化学处理而成工业废料含有重金属的溪流
不可生物降解的有毒有机化合物通常必须作为危险废物处理。其中一些将最终进入危险废物填埋场，或可能进行化学处理以解毒，甚至用于回收某些成分回收．顽固的有机化合物可以通过精心控制加以破坏高温焚烧，或通过其他创新工艺，如高温氢还原。
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