【正文】 理化學(xué)過程去除了水中的污染物，則稱之為化學(xué)自凈作用。（3）生物自凈 水體的生物自凈是指水體中的污染物經(jīng)生物吸收、降解作用使污染物消失或濃度降低的過程。包括水中微生物對有機物污染物的生物分解、生物轉(zhuǎn)化和生物富集等作用。水體生物自凈作用也被稱為狹義的自凈作用，主要是指懸浮物和溶解有機污染物在微生物作用下，發(fā)生氧化分解過程。在水的自凈中，生物化學(xué)過程占主要地位。（4）水體自凈舉例 以河流自凈為例，其自凈作用是指河水中的污染物質(zhì)在河水向下游流動過程中濃度自然地逐漸降低的現(xiàn)象，如圖12所示。污水排入河流后，物理、化學(xué)和生物等自凈過程互相影響，交織地起作用，自凈程度在不同的位置是不同的?？煞譃槿齻€相連接的河段，即污染物(污水)排入水體的初期階段為嚴重污染的重污染段、其后的中等污染階段和污水排入水體的后期階段為污染較輕的輕污染段。每一河段除有各自的物理化學(xué)特點之外，還有各自的生物學(xué)特點。 （a）河水物理凈化過程（b）河水生物化學(xué)凈化過程 （c）BOD5和DO的變化過程圖12 水體的自凈作用接納大量污水的河流從污水排放后，經(jīng)一定的距離和時間后，被排放的污水將與河水完全混合，最終實現(xiàn)水體自凈。其間，受許多因素影響，主要有：河水流量與污水流量之比、河流水文條件及污水排放口的位置(岸邊或河中)和型式（單點或多點排放)，而影響河流自凈過程的因素也很多，如水流方向和速度、風(fēng)向和風(fēng)速、水溫等。污水中的無機污染物和一些難溶或可溶性污染物通過稀釋、擴散、氧化還原、分解化合、沉淀、揮發(fā)等物理或化學(xué)過程降低了污染濃度，而污水中呈懸浮膠體和溶解狀態(tài)的有機污染物，在有溶解氧的條件下，被河流中好氧微生物（如腐生細菌等）氧化降解為簡單和穩(wěn)定的無機物如水、二氧化碳、氨氮和磷酸鹽等。氨氮再由硝化菌、亞硝化菌作用轉(zhuǎn)變成硝酸鹽和亞硝酸鹽。好氧生物凈化過程中所消耗的溶解氧由水面復(fù)氧和水體中水生植物的光合作用產(chǎn)生的氧來補充，耗氧和復(fù)氧過程同時進行。沉于水體底部的有機物則發(fā)生厭氧的生物降解過程，最后形成甲烷、二氧化碳、氨和硫化氫等化合物。圖12(b)簡單描繪了河流中污水生物化學(xué)凈化過程。在有機污染物排入水體的初期階段，由于有機污染物濃度大，相應(yīng)的耗氧量大而復(fù)氧量較小導(dǎo)致水體中溶解氧(DO)濃度下降，后階段由于復(fù)氧速度大于耗氧速率而使溶解氧濃度不斷上升(圖12(c))。由圖12(c)可見，對BOD變化曲線來說，當污水排入河中時（以此點為0點），其值急劇上升，隨著河水的下流有機污染物被分解BOD值逐漸降低，經(jīng)過一段時間后又恢復(fù)到原來狀態(tài)。對DO曲線來說，當污水排入河中，河水的溶解氧因有機污染物的好氧生化降解而逐漸下降，一直達到最小DO點(稱為臨界點或最大虧氧點)，在該點耗氧速率等于復(fù)氧速率；在該點之前，耗氧速率大于復(fù)氧速率，因而DO不斷下降，而在該點之后復(fù)氧速率大于耗氧速率，致使DO不斷上升，最后恢復(fù)到原始值。2）污染物在水體環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化污染物在不同水體中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律不同。河流的自凈能力較強，污染相對容易控制。河流流量大，流速快，水流更新期短，易稀釋擴散，使水中化學(xué)成分變化迅速，溶解氧含量迅速恢復(fù)，因此，水流受到污染后能較快地恢復(fù)到原水平。污水排入河流，水體受到污染，形成污染段，水體中溶解氧逐漸被消耗，經(jīng)過豎向混合階段、橫向混合階段和斷面充分混合等階段的混合恢復(fù)過程，水體中溶解氧逐步回升，污水得以凈化。污染物在河流中的擴散和分解受到河流的流量、流速、水深等因素影響。河口（河口是指河流的終段，是河流和受水體的結(jié)合地段。受水體可能是海洋、湖泊、水庫和河流等，因而河口可分為入海河口、入湖河口、入庫河口和支流河口等。此處指入海河口）污染物的遷移轉(zhuǎn)化受潮汐影響，受漲潮、落潮、平潮時的水位、流向和流速的影響。湖泊、水庫的貯水量大，但水流一般比較慢，對污染物的稀釋、擴散能力較弱。污染物不能很快地和湖、庫的水混合，易在局部形成污染。當湖泊和水庫的平均水深超過一定深度時，由于水溫變化使湖(庫)水產(chǎn)生溫度分層，當季節(jié)變化時易出現(xiàn)翻湖現(xiàn)象，湖底的污泥翻上水面。海洋雖有巨大的自凈能力，但是海灣或海域局部的納污和自凈能力差別很大。海灣污水的水溫較高，含鹽量少，密度較海水小，易于浮在表面，在排放口處易形成污水層。地下水埋藏在地質(zhì)介質(zhì)中，其污染是一個緩慢的過程，但地下水一旦污染要恢復(fù)原狀非常困難。污染物在地下水中的遷移轉(zhuǎn)化受對流與擴散、機械過濾、吸附與解吸、化學(xué)反應(yīng)、溶解與沉淀、降解與轉(zhuǎn)化等受多種因素與過程的影響。天然水體具有接受一定數(shù)量污染物的能力，人類把生活和生產(chǎn)廢物排入水體后，經(jīng)過擴散稀釋以及微生物的生化作用，可以逐步達到凈化。但是，水體的自凈能力有一定限度，如果排入的污染物數(shù)量過多，水體溶解氧被大量消耗或破壞而不能及時補充，在缺氧條件下，由于厭氧菌作用，就會產(chǎn)生腐敗現(xiàn)象，使水體受到嚴重污染。2．水污染治理基本原理面對日益嚴重的水污染，促使我們必須對所排放的污水及其它污染物進行處理和治理，使其能達標排放，以減輕和改善水環(huán)境污染。水污染治理就是采用各種技術(shù)與手段，將污水中所含的污染物質(zhì)分離去除（回收利用），或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，使污水得到凈化。按處理方法的原理，可將水污染治理技術(shù)分為物理處理，化學(xué)處理和生物化學(xué)處理三類。具有代表性的單元操作有自然沉降和自然浮上法、凝聚沉降和凝聚浮上法、過濾法、膜濾法、氧化還原法、活性污泥法、生物膜法、厭氧消化法、生物硝化脫氮法等。由于污水中的污染物質(zhì)多種多樣，不可能用一種處理單元就能夠把所有的污染物質(zhì)去除干凈。因此，在實際污水處理中，往往需要通過幾種處理方法組合起來進行處理。多種污水處理方法組合就構(gòu)成了污水處理系統(tǒng)或稱污水處理工藝流程。究竟采用哪些基本方法或哪幾種方法組合的污水處理系統(tǒng)，需要根據(jù)污水的水質(zhì)和水量、排放標準、處理方法的特點、處理成本和回收經(jīng)濟價值等，通過調(diào)查、分析、比較后才能決定，必要時還要進行小試、中試等試驗研究。（二）水污染治理基本方法 水污染治理的基本方法，就是為了防止污水（生活污水、工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)污水和被污染的雨水等）引起環(huán)境水體污染而進行的各種凈化方法，使污水必須達到一定凈化要求才能排放。污水中所含有的污染物，就其存在的形態(tài)可分為溶解性的和不溶解性的兩大類。溶解性污染物又可分為分子態(tài)（離子態(tài)）和膠體態(tài)兩種；不溶性污染物又可分為漂浮在水中的大顆粒物質(zhì)、懸浮在水中的容易沉降下來的物質(zhì)和懸浮在水中而不容易沉降的物質(zhì)。形態(tài)不同的污染物在去除時的難易程度相差較大，所采用的方法也不相同。一般漂浮在水中的大顆粒物質(zhì)最容易被去除，通常采用簡單的格柵或篩網(wǎng)過濾就能夠完成；而分子態(tài)的溶解性污染物質(zhì)最難被去除，它往往需要通過化學(xué)或生物化學(xué)反應(yīng)、或物理化學(xué)反應(yīng)才能被去除。現(xiàn)代水污染治理技術(shù)，按原理可分為物理處理方法，化學(xué)處理方法和生物化學(xué)處理方法三類。 1．物理處理方法 利用物理作用分離污水中呈懸浮狀態(tài)的固體污染物質(zhì)。主要方法有：篩濾法，沉淀法，上浮法，氣浮法，過濾法和反滲透法等。 2．化學(xué)處理方法 利用化學(xué)反應(yīng)的作用，分離回收污水中處于各種形態(tài)的污染物質(zhì)(包括懸浮的、溶解的、膠體的等)。主要方法有中和、混凝、電解、氧化還原、汽提、萃取、吸附、離子交換和電滲析等?；瘜W(xué)處理法多用于處理工業(yè)廢水中的生產(chǎn)污水。3．生物化學(xué)處理方法 利用微生物的代謝作用，使污水中呈溶解、膠體狀態(tài)的有機污染物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的無害物質(zhì)。主要方法可分為兩大類，即利用好氧微生物作用的好氧法(好氧氧化法)和利用厭氧微生物作用的厭氧法(厭氧還原法)。前者廣泛用于處理城市污水及工業(yè)有機性生產(chǎn)污水，其中主要有活性污泥法和生物膜法兩種；厭氧法多用于處理高濃度工業(yè)有機污水與污水處理過程中產(chǎn)生的污泥，現(xiàn)在也開始用于處理城市污水與低濃度有機污水。水污染治理的基本方法包括物理治理法、化學(xué)治理法和生物化學(xué)治理法將在第二篇第2章中詳細討論，第二篇第3章和第5章中還將詳細討論污水的生態(tài)凈化處理方法和污水的再生及其利用。（三）水污染治理程度與流程污水中的污染物多種多樣，需要采用幾種方法的組合，才能處理不同性質(zhì)的污染物與污泥，從而將不同形態(tài)的污染物依次去除，達到凈化與排放標準的目的。在水污染治理工程中，能夠完成某種污水去除功能的裝置（處理方法）被稱作處理單元。由多個污水處理單元（處理方法）串聯(lián)組合構(gòu)成了水污染治理工藝流程（或稱治理系統(tǒng)）。水污染治理工藝流程通常按照圖13所示的順序?qū)⒉煌幚韱卧ㄍǔ２扇∮珊喌诫y的順序）串聯(lián)組合起來。根據(jù)污水的水質(zhì)和處理要求不同，可分別選用其中全部或部分工藝流程。 圖13 水污染治理工藝流程順序 1. 水污染治理程度與流程現(xiàn)代水污染治理技術(shù)，按治理程度劃分，可分為一級、二級和三級治理。1）一級治理 主要去除污水中呈懸浮狀態(tài)的固體污染物質(zhì)，物理處理法大部分只能完成一級處理的要求。經(jīng)過一級處理后的污水，BOD一般可去除30％左右，達不到排放標準。一級治理屬于二級治理的預(yù)處理。 2）二級治理 主要去除污水中呈膠體和溶解狀態(tài)的有機污染物質(zhì)(即BOD，COD物質(zhì))，去除率可達90％以上，使有機污染物達到排放標準。二級治理一般采用生物化學(xué)處理方法進行。 3）三級治理 是在一級、二級治理后，進一步處理難降解的有機物、磷和氮等能夠?qū)е滤w富營養(yǎng)化的可溶性無機物等。主要方法有生物脫氮除磷法，混凝沉淀法，砂濾法，活性炭吸附法，離子交換法和電滲析法等。三級治理是深度處理的同義語，但兩者又不完全相同，三級治理常用于二級治理之后。而深度處理則以污水回收、再用為目的，在一級或二級治理后增加的處理工藝。污水再用的范圍很廣，從工業(yè)上的重復(fù)利用、水體的補給水源到成為生活用水等，將第二篇第5章中詳細討論。 污泥是污水處理過程中的產(chǎn)物。城市污水處理產(chǎn)生的污泥含有大量有機物，富有肥分，可以作為農(nóng)肥使用，但又含有大量細菌、寄生蟲卵以及從生產(chǎn)污水中帶來的重金屬離子等，需要作穩(wěn)定與無害化處理。污泥處理的主要方法是減量處理(如濃縮法、脫水等)，穩(wěn)定處理(如厭氧消化法、好氧消化法等)，綜合利用(如消化氣利用，污泥農(nóng)業(yè)利用等)，最終處置(如干燥焚燒、填地投海、建筑材料等)。 對于某種污水、究竟采用哪幾種治理方法組成系統(tǒng)，要根據(jù)污水的水質(zhì)、水量，回收其中有用物質(zhì)的可能性、經(jīng)濟性、受納水體的具體條件，并結(jié)合調(diào)查研究與經(jīng)濟技術(shù)比較后決定，必要時還需進行試驗。根據(jù)不同水質(zhì)水量和不同出水要求合理選擇最佳的水污染治理工藝流程，是水污染治理工程的重要內(nèi)容之一。2．水污染治理工程舉例北京排水集團清河污水處理廠是北京擬建的15座城市污水處理廠中規(guī)模較大的一座，承擔(dān)著北京市西北部地區(qū)，包括著名風(fēng)景旅游區(qū)、科教文化區(qū)、?！　∏搴游鬯幚韽S位于清河北岸，清河鎮(zhèn)以東馬坊村。規(guī)劃總處理規(guī)模為每日40萬立方米。根據(jù)上游管網(wǎng)配套情況及資金狀況，按“統(tǒng)一規(guī)劃、分期建設(shè)”的原則，工程分兩期施工。一期工程日處理量20萬立方米，其中使用瑞典政府貸款折合人民幣8300萬元。工程于2000年12月開工，2002年9月建成通水。二期工程日處理量20萬立方米，工程于2003年7月份開工，2004年12月建成通水。清河污水處理廠一期采用倒置A2O工藝，二期采用A2O工藝，均具有脫氮除磷功能，進一步改善了出水水質(zhì)。活性污泥在生物反應(yīng)池內(nèi)達到穩(wěn)定狀態(tài)。為減少占地，設(shè)計上無初沉池和濃縮池，增設(shè)化學(xué)除磷池,其處理流程簡圖如圖113所示。處理廠的主要設(shè)施包括：格柵、進水泵房、沉砂池、生化反應(yīng)池（曝氣池、除磷池）、沉淀池、鼓風(fēng)機房、脫水機房和總變電室等，其部分實物圖如圖14~圖113所示。　 圖14 清河污水處理廠污水處理流程簡圖 圖15 清河污水處理廠鳥瞰圖 圖16 外景 圖17 格柵 圖18 曝氣池 圖19 鼓風(fēng)機房 圖110 沉淀池 圖 111 脫水機房 圖112 出水口（a） 未處理前 (b) 處理之后 圖113 治理前后比較清河污水處理廠建成并穩(wěn)定運行后，對解決中關(guān)村高科技園區(qū)水體污染狀況、改善清河水質(zhì)及兩岸居民的居住環(huán)境，提高北京市污水處理率和緩解水資源緊缺狀況，把首都建設(shè)成為清潔、優(yōu)美的國際化大都市，增強經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展能力均具有重大意義。圖114為一期工程運行前后主要污染物排放比較。污水廠出水排入河系時 間項 目BOD5（mg/L）CODcr(mg/L）SS（mg/L）TN（mg/L）TP（mg/L）清河污水廠清河運行前(2002年6月)145324284運行后(2003年7月)146 圖114 一期工程運行前后主要污染物排放比較三、經(jīng)治理后的“污水”去處為防止污染環(huán)境，污水在排放前應(yīng)根據(jù)具體情況給予適當處理，污水經(jīng)凈化處理后的最終去處主要有：排放水體，作為水體的補給水，地下水回灌；工農(nóng)業(yè)利用，灌溉田地等；處理后回用，重復(fù)使用等等。 1．排放水體及基本要求排放水體是污水的自然歸宿，也是污水傳統(tǒng)的和最主要的去處。由于水體具有一定的稀釋與自凈能力，將使污水得到凈化，因此最常采用，同時也是可能造成水體遭受污染的原因之一。污水排入水體應(yīng)以不破壞該水體的原有功能為前提。由于污水排入水體后需要一個逐步稀釋、降解的凈化過程，所以污水排放口一般均應(yīng)建在取水口的下游，以免污染取水口的水質(zhì)。水體接納污水受到其使用功能的約束。污水排放水體的基本要求如下。（1）根據(jù)《中華人民共和國水污染防治法》規(guī)定，禁止向生活飲用水地表水源和一級保護區(qū)的水體排放污水，已設(shè)置的排污口，應(yīng)限期拆除或限期治理。在生活飲用水水源地、風(fēng)景名勝區(qū)水體、重