软化就是降低水中Ca2+﹑Mg2+的含量，以防止其在管道设备中结垢。基本方法有：加热软化法：借助加热将碳酸盐硬度转化成溶解度很小的CaCO3﹑Mg(OH)2沉淀出来。
药剂软化法：在不加热的条件下，借助化学药剂把钙﹑镁盐类(包括非碳酸盐硬度)转化成CaCO3﹑Mg(OH)2 沉淀出来，从而去除绝大部分Ca2+﹑Mg2+。常用药剂法有：石灰法﹑石灰—纯碱法与石灰—石膏法。
离子交换法：利用离子交换剂将水中的Ca2+﹑Mg2+转化成Na+，而其他成分不改变。
除盐就是减少水中溶解盐类(阴阳离子)总量，方法有：蒸馏法﹑电渗析法﹑离子交换法(应用最广)。
23. 离子交换法原理与工艺
离子交换法是水质软化和除盐的主要方法。在废水处理中，主要去除其中金属离子。离子交换的实质是不溶性离子化合物(离子交换剂)上的可交换离子与溶液中其他同性质离子的交换反应，是一种特殊的吸附过程(可逆性化学吸附)。其反应表达式为：RH(交换树脂)+M+(交换离子)<=>RM(饱和树脂)+H+，在平衡状态下，反应物质浓度符合关系式：[RM][ H+]/([RH][ M+])=k，k是平衡常数。k﹥1反应向右进行，k越大，越有利于交换反应，k的大小表示离子交换剂对某离子交换性大小。
离子交换树脂的性质：有效pH范围；交换容量；交联度；交换势(交换离子取代树脂上可交换离子的难易程度)。 离子交换装置可分为固定床和连续床两种。
离子交换操作有四步：交换﹑反洗﹑再生和清洗。交换：交换过程主要与树脂层高度﹑水流速度﹑原水浓度﹑树脂性能和再生程度有关。当水中离子浓度达到限值时，应进行再生。
反洗：其目的是松动树脂层，以便下一步再生，使再生液能分布均匀，同时也可清除树脂层内杂质﹑碎粒和气泡。
再生：即交换过程的逆过程，较高浓度的再生液流过树脂层，将吸附的离子置换出来，使其恢复交换能力(固定床中很重要)。 清洗：将树脂层内残留的再生液清洗掉，直到出水水质符合要求。
24. 吸附法相关内容
吸附：在相界面上，物质浓度自动发生累积或浓集的现象。
吸附法就是利用多孔性固体物质，使水中一种或多种物质吸附在固体表面而去除的方法，其主要是去除溶解性有机物质，此外还能去除合成洗洁剂﹑微生物﹑病毒和痕量重金属，并能脱色除臭。
吸附分为物理吸附和化学吸附。物理吸附：吸附剂和吸附质之间通过分子间力产生的吸附。吸附热较小，在低温下就能进行，反应较快。 化学吸附：吸附剂和吸附质之间发生化学反应，由于化学键力引起(不可逆)。一般在高温下进行，吸附热大，相当于化学反应热。一种吸附剂只能对某种或几种吸附质发生化学吸附，有选择性。物理吸附和化学吸附往往相伴发生。
常有吸附剂有：活性炭﹑磺化煤﹑活化煤﹑沸石﹑活性白土﹑硅藻土﹑腐殖质﹑焦炭﹑木炭﹑木屑等。
吸附等温线：一定温度下，表示达到平衡时溶液浓度和活性炭吸附有机物数量关系的曲线。无拐点Langmuir，有拐点BET，直线Freundlich。 吸附操作分静态(间歇式)和动态(连续式，有固定床﹑移动床和流动床)两种。 25. 氯法消毒☆
给水厂中，经混凝和过滤的水不能保证去除所有病原微生物，需进行消毒。消毒并非要杀灭一切微生物，只要杀死病原细菌和对人体健康有害的微生物。
氯与水的作用：略溶于水，溶解度1%(10℃)，在水中水解，Cl2+H2O<=>HOCl+H++Cl+，HOCl<=> H++OCl-
一般认为，Cl2﹑HOCl﹑OCl-都有氧化能力，但HOCl杀菌能力比OCl-强70—80倍(HOCl中性，容易扩散到带负电的细菌表面，从而穿过细胞膜)，氯原子氧化破坏细菌体内的酶，使其死亡。
水中有氨存在时，可生成氯胺，HN3+HOCl<=>H2O+NH2Cl，HN3+2HOCl<=>2H2O+NHCl2，HN3+3HOCl<=>3H2O+NCl3，各种氯胺水解后，又变为HOCl，其杀毒作用虽比较慢，但氯胺在水中较稳定，杀菌持续时间长，这就是氯胺消毒。 氯还可以和水中其他杂质作用，从而消耗一定的氯量。
余氯：投加的氯除去与细菌和杂质作用消耗后的剩余部分。分为游离性余氯：Cl2﹑HOCl﹑OCl-；化合性余氯：NH2Cl﹑NHCl2，﹑NCl3。需氯量=加氯量-余氯量。
折点加氯：在折点之前，余氯全都是化合性余氯，没有游离性余氯，在折点之后，所增加的氯量全部以游离性余氯存在，既有化合性余氯，又有游离性余氯，消毒效果最好。当按大于折点需氯量来加氯时，称为折点加氯。
26. 其他消毒法
物理消毒法：加热消毒：消耗大量燃料，只用于少量饮用水。紫外消毒：紫外光谱的能量被细菌重要组成部分的核酸所吸收，使核酸结构破坏。其优点有：速度快，效率高；不影响水的物理性质和化学成分，不增加水的臭和味；便于操作管理，易于实现自动化。缺点：不能解决管网中再污染问题；耗电量大；水中悬浮物阻碍光线透射。
臭氧消毒：臭氧不稳定，分解放出新生态氧，O3=O2+[O]，[O]有强氧化能力，对有顽强抵抗能力的微生物(病毒﹑芽孢)有强大杀伤力。优点：接触时间短，不受氨氮和pH影响，可氧化水中有机物，去除铁﹑锰嗅﹑味﹑色度和酚。缺点：基建投资大，耗电量大，不能解决管网中再污染问题，不能储存，水质和水量变化时，投加量难以调节。
其他化学法：重金属消毒：银离子能凝固微生物蛋白质，破化细胞结构，达到杀菌目的。但价格贵，杀菌慢，只能用于少量饮用水，可能对人健康不利。
27. 水的其他物理化学处理方法
中和法：酸﹑碱废水中和法；药剂中和法；过滤中和法(石灰石﹑大理石﹑白云石作滤料)。
化学氧化还原法：化学氧化法：空气氧化法；氯化法；臭氧氧化法；光氧化法。化学还原法：硫酸亚铁—石灰法除铬；化学还原法除汞(Ⅱ)。 化学沉淀法：氢氧化物沉淀法；硫化物沉淀法；钡盐沉淀法。
电化学法：电化学氧化法(阳极氧化)；电化学还原法(阴极还原)；电解气浮(电解生成H2﹑O2和CO2﹑Cl2)和电解絮凝法(阳极产生Fe3+﹑Al3+)。
磁力分离法(抗磁﹑顺磁﹑铁磁)
溶剂萃取(高浓度重金属离子和有机废水)：萃取指将与水不互溶且密度小于水的特定有机溶剂和被处理的水接触，在物理和化学作用下，使原溶解于水中的某种组分由水相转移至有机相中。被萃取组分在两相平衡浓度之比分配系数α=C有机/C水；两种组分分离的难易程度分离系数β=αA(有机)/αB，β越大，A越容易从B中分离出来；相比n=V有机/V水，n越大，萃取效率越高。萃取过程影响因素：相比，萃取剂浓度，水相pH值。
吹脱与汽提：吹脱(废水中溶解性气体和某些易挥发溶质)：让废水与空气充分接触使水中溶解性气体和某些易挥发溶质通过气液界面，向空气中扩散的传质过程，气体吹脱量G=KF(C0-C)t，(K：解吸系数；F：气液接触面积；C0-C：废水中原始溶解气体浓度与吹脱后平衡浓度差；t：接触时间)。汽提：用热蒸汽与废水接触，使废水水温升至沸点，利用蒸馏作用时废水中的挥发性污染物挥发到大气中，分为简单蒸馏(水溶性挥发污染物)和蒸汽蒸馏(不溶解的分散性挥发污染物)。
蒸馏﹑结晶与冷凝：蒸发过程质量守恒：G1B1=G2B2+G3B3=G2B2+(G1-G2)B3，其中G1，G2，G3，B1，B2，B3分别是原水﹑二次蒸汽冷凝水﹑浓缩液水量和其中污染物浓度；浓缩倍数α=G1/(G1-G2)=G1/G3；去污效率ε=(B1-B2)/B1×100%。 28. 水的生物化学处理法概述
水的生物化学处理法就是在人工创造的有利于微生物生命活动的环境中，使微生物大量繁殖，提高微生物氧化分解有机物的效率的一种水处理方法。主要用于去除污水中溶解性和胶体性有机物，降低水中氮磷等营养物质含量。其分为好氧和厌氧两类，分别利用好氧和厌氧微生物分解有机物。从工艺上又可分为悬浮生长系统(微生物在处理设备中悬浮生长)和附着生长系统(微生物在惰性介质上成膜状生长)。生物化学处理法投资省，运转费用低，处理效果好，操作简单等优点，在城市污水和工业废水中处理中应用很广。 29. 废水处理中的微生物
在废水的生物处理中，净化污水的微生物(好氧﹑厌氧﹑兼性)主要是细菌(净化污水的第一和主要承担者)﹑真菌(霉菌)﹑藻类(光合放氧)﹑原生动物和一些小型后生动物(轮虫是好氧生物净化过程高度有效的指标)，它们在特定的污水中形成与之相适应的微生物群落。细菌生长过程：延缓期→对数增长期→减速增长期→内源呼吸期。有机物+O2(微生物﹑酶)→同化(细胞物质)﹑异化(代谢产物)。 30. 活性污泥法的基本原理﹑净化过程和影响因素
好氧悬浮生长生物处理工艺主要有：活性污泥法﹑曝气氧化塘﹑好氧消化法﹑高负荷氧化塘。
活性污泥法的基本原理：向生活污水中不断注入空气，维持水中足够的溶解氧，一段时间后污水中形成一种絮凝体—活性污泥，其由大量繁殖的微生物构成，易于沉淀分离，使污水澄清。活性污泥法就是以悬浮在水中的活性污泥为主体，在微生物生长有利的环境条件下和污水充分接触，使污水净化。其主要构筑物是曝气池和二次沉淀池。需处理的污水和回流性污泥一起进入曝气池，成为悬浮混合液，沿曝气池注入压缩空气曝气，使污水与活性污泥充分混合，并供给混合液足够的溶解氧。这时污水中的有机物被活性污泥中的好氧微生物分解，然后混合液进入二沉池，活性污泥与水澄清分离，部分活性污泥回到曝气池，继续进行净化过程，澄清的水排放。由于处理过程中活性污泥不断增长，部分剩余污泥从系统中排出，以维持系统稳定。
进水→曝气池(空气)→二沉池(剩余污泥排除，回流污泥至曝气池前)→出水
活性污泥净化过程机理：吸附阶段：污水和活性污泥接触后在很短时间内水中有机物(BOD)迅速降低，主要有吸附作用引起。由于絮状活性污泥表面积很大，表面具有多糖类粘液层，有利于吸附。
氧化阶段：有氧条件下，微生物将吸附的有机物一部分氧化分解获得能量，一部分合成新细胞，这一阶段比吸附阶段慢得多。 絮凝体形成与凝聚沉淀阶段：氧化阶段合成的菌体有机体形成絮凝体，通过重力沉淀出来，使水净化。
影响活性污泥增长的因素：溶解氧(2mg/L左右)供氧不足影响微生物代谢，造成丝状菌等耐低溶解氧环境的微生物滋长，使污泥不易沉淀，出现污泥膨胀﹑营养物质(BOD5：N：P＝100：5：1)包括：C﹑N﹑P﹑S﹑Ka﹑Mg﹑Ca﹑Fe和各种微量元素﹑pH(6.5—9.5)﹑温度(20—30℃)﹑控制对生物有毒有害物质(重金属﹑氰化物﹑H2S﹑卤素及其化合物﹑酚﹑醛﹑醇﹑染料)的浓度。 31. 污泥膨胀和污泥解体
活性污泥膨胀是指活性污泥质量变轻，污泥结构松散，体积膨大，沉降性能恶化，在二沉池内不能正常沉池下来，污泥指数异常增高。活性污泥膨胀，根据诱因可分为：因丝状菌异常增殖所导致的丝状菌性膨胀和因粘性物质大量产生积累的非丝状菌膨胀，前者为易发与多发性膨胀。导致污泥膨胀的情况主要有：污水中碳水化合物较多，取氮﹑磷﹑铁等养料；DO不足；未及时排泥，污泥龄过长；污泥负荷过高；pH偏低和温度过高易引起丝状菌的大量繁殖。防止污泥膨胀可经常检测水质等指标，加强曝气，及时排泥，分段进水家小负荷。
污泥解体是处理水质混浊，污泥絮体细微化(污泥絮凝性下降)，处理效果变差的现象。原因：运行不当(曝气过量)使DO﹑营养物质﹑pH﹑温度不适合致使微生物减少并失去活性，吸附能力降低；混入有毒物质(微生物受到抑制或伤害)。
32. 评价活性污泥的指标
混合液悬浮固体(MLSS)：曝气池中污水和活性污泥混合后的混合液悬浮固体数(mg/L)，也称混合液污泥浓度，是计量曝气池中活性污泥数量的指标。其是具有活性的微生物(Ma)，微生物自身氧化残留物(Me)，吸附在污泥上不能生物降解的有机物(Mi)和无机物(Mii)的总合。
混合液挥发性悬浮固体(MLVSS)：混合液悬浮固体中有机物数量MLVSS=Ma+Me+Mi，能较好的表示活性污泥微生物数量，但不是最理想的。
污泥沉降比(SV%)：曝气混合液在100ml量筒中静置沉淀30min后，沉淀污泥占混合液体积的百分比。它反映曝气池正常运行时的污泥量，以控制剩余污泥的排放，其还可反映污泥膨胀等异常情况。
污泥指数(污泥容积指数)(SVI)：曝气池出口处混合液经30min沉淀后，1kg干污泥所占的容积(mL)，SVI=SV%×10/MLSS(g/L)。SVI值能较好的反映出活性污泥的松散程度(活性)和凝聚﹑沉淀性能。对于一般城市污水，SVI在50—150左右，值低说明泥粒细小紧密，无机物多，缺乏活性和吸附能力；值高说明污泥难于沉淀分离。
例：从活性污泥曝气池取混合液500ml，置于500ml量筒中，半小时后沉淀污泥量为150ml，计算沉降比。曝气池中污泥浓度为3000mg/L，求污泥指数，曝气池能否正常运行？
SV%=100V污/V液=150×100/500=30
SVI=SV%×10/MLSS(g/L)=30×10/3g/L=100，SVI在50—150之间可以正常运行。
污泥龄(ζc)：曝气池中工作的活性污泥总量与每日排放的剩余污泥量的比值(d)。它表示新增长的污泥在曝气池中的平均停留时间，其与细菌的增长处于什么阶段有关。
33. 调节池的功能和分类
作用：对水量和水质的调节，调节污水pH值﹑水温，有预曝气作用，还可用作事故排水。
分类：水量调节池和水质调节池。
34. 曝气的机理和方法以及曝气池和二沉池
曝气的机理：活性污泥需提供足够量的溶解氧，并保持活性污泥处在悬浮状态。曝气的目的就是将空气中的氧强制溶解到曝气池混合液中去，并提供适宜的搅拌。单位容积内氧的转移速率(mg/Lh)dC/dt=KLa(CS-CL)(KLa：氧的总转移系数h-1，CS-CL：溶液饱和溶解氧和实际溶解氧的浓度差mg/L)，KLa通过实验测得，其值的大小因空气量﹑水温﹑搅拌方法﹑水质等条件变化。缩小气泡直径，延长气体接触时间，更新液面膜并减少界膜厚度，都可增大KLa。加大水深，增加空气中的氧含量，有助于增大CS。
衡量曝气设备效能指标有：动力效率(Ep)：一度电所能转移到液体中去的氧量(kg/kw\；氧转移效率(EA)：鼓风曝气转移到液体中的氧占供给量的百分比；充氧能力：叶轮或转刷在单位时间内转移到液体中的氧量(kg/h)。
通常采用的曝气方法有鼓风曝气﹑机械曝气和鼓风机械并用曝气。
曝气池从混合液的流型可分为推流式﹑完全混合式﹑循环混合式(氧化沟)。
二沉池用于澄清混合液和回收﹑浓缩活性污泥，其好坏直接影响出水水质和回流污泥浓度。有竖流﹑平流和辐流三种，也有采用斜板和斜管沉淀池的。
35. 活性污泥法运行方式
普通活性污泥法(传统活性污泥法)：污水净化的吸附阶段和氧化阶段在一个曝气池中完成，进口处有机物浓度高，延池长逐渐降低，需氧量也随之降低，在池子起端活性污泥一般处于生长率的上升阶段，曝气池末端活性污泥进入生长阶段，决定于曝气时间。根据常用曝气时间，微生物进入内源呼吸期，活动能力减弱，容易在沉淀池内混凝﹑沉淀。同时污泥中的微生物处于缺乏营养的饥饿状态，充分恢复活性，回流入曝气池后，对有机物有很强的吸附和氧化能力。所以普通活性污泥法对有机物(BOD)和悬浮物去除率高，特别适用于处理要求高而水质比较稳定的废水。缺点：不能适应冲击负荷；需氧量延池长前大后小，而空气的供给均匀，造成前段氧量不足后段过剩的现象；曝气时间长，池体积大，占地，基建费用高。
阶段曝气法(逐步曝气法)：为解决前段氧量不足后段过剩的现象而发展的。污水延池长分多点进入，有机物负荷均匀，微生物能充分发挥分解有机物的能力。污泥浓度延池长逐步降低，出流污泥浓度低，有利于二沉池运行。其适合运用于大型曝气池及浓度高的废水。
完全混合法(加速和延时)：进入曝气池的污水立即与池内原浓度低的大量混合液混合稀释，进水水质的变化对污泥影响低，能较好的承受冲击负荷；池内各点有机物浓度均匀，微生物的性质和数量基本相同，池内各部分工作情况一致，微生物活性能够充分发挥。
新发展：纯氧曝气法﹑深水曝气法﹑粉末炭活性污泥法和二段活性污泥法。
生物吸附法(接触稳定法或吸附再生法)：活性污泥法净化污水的第一阶段—吸附阶段，在混合后10—30min即可完成，可去除85%—90%的BOD5，生物吸附法据此而发展起来。
36. 活性污泥法运行过程中所要监测的项目 反应处理效果的：进出水BOD5﹑COD﹑总的SS﹑挥发性SS﹑有毒物质。 反应污泥情况的： MLSS﹑MLVSS﹑SV%﹑SVI﹑溶解氧和微生物观察。 反应污泥营养和环境条件的：N﹑P﹑水温﹑pH。 37. 氧化塘原理和分类
氧化塘(稳定塘或生物塘)是一种类似于池塘的处理设备，其净化污水的过程与天然水体自净相似，污水在塘内经长时间的缓慢流动和停留，通过微生物的代谢，使有机物降解。水中溶解氧主要由塘内的藻类光合作用和塘表面复氧作用提供。
分类：好氧氧化塘：深度一般在0.3—0.5m，阳光能投入池底，塘内存在藻类—细菌—原生动物的共生系统。由于光合作用和塘表面复氧作用，塘水处于好氧状态，好氧异养微生物氧化有机物，长生的CO2为藻类碳源。
兼性塘：深度一般在15—2.5m，塘内好氧与厌氧反应并行，阳光能透入的上层为好氧层，水层中各项指标的变化和发生的反应与好氧塘相同；阳光不能透入的底部为厌氧层，沉淀的污泥和死亡的藻类形成污泥层，厌氧微生物进行厌氧发酵。 曝气氧化塘：依靠安装在塘面上的人工曝气设备供氧，使好氧微生物在塘中呈悬浮状态。
S=S0/[1+k(V/Q)]，对于兼性曝气塘S=S0f/[1+k(V/Q)](f冬=1，f夏=1.4)，k(T)=k(20)×1.065T-20(Q：污水水量，S﹑S0：进出水BOD5浓度，V：曝气池有效容积，k： BOD5降解速度常数)
水生生物塘：通过种植具有除污能力的水生植物或养殖鱼类，强化氧化塘的净化能力，使氧化塘得到利用。
为防止氧化塘的淤积，污水在进入氧化塘前必须除去水中的悬浮物质，因此在氧化塘前应设置沉砂池﹑沉淀池，将悬浮物降至100mg/L以下。处理后的污水可作农田灌溉用，但在排放前要除去水藻。
氧化塘基建和运转费用低，管理简单，适应能力强，实现了污水资源化，但占地面积大，净化效果受季节和多种自然因素影响不够稳定，影响卫生，污染地下水。 38. 水处理方面膜技术原理☆
生物膜：当污水与滤料等载体长时期流动接触，在载体的表面上就会逐渐形成生物膜，其主要由细菌(好氧﹑厌氧和兼性)的菌胶团和大量的真菌菌丝组成。生物膜是高度亲水的物质，其外侧表面总存在一层附着水层，其中的有机物由于微生物的氧化作用浓度远比流水层中低，流水层中的有机物不断向附着水层扩散，进入生物膜被降解；空气中的氧溶解于流水层中，通过附着水层传递给生物膜，供微生物呼吸；微生物代谢产物沿反方向排出，气态产物逸出进入空气。随着有机物的降解，微生物不断增殖，生物膜变厚，到一定程度在氧不能透入的内层就形成了厌氧层。厌氧层达到一定厚度时，靠近载体表面的微生物由于得不到作为营养的有机物，而进入内源呼吸期，附着力减弱，在水流剪切力的作用下脱落，新的生物膜开始生长。
半透膜：在溶液中凡是一种或几种成分不能透过，而其他成分能透过的膜。
膜分离法：用一种特殊的半透膜将溶液隔开，使溶液中的各种溶质或溶剂(水)渗透出来，从而达到分离的溶质的目的。其共同的优点是：可在一般温度下操作，不消耗热能，没有相变化，设备可工厂化生产；缺点是：处理量小，消耗能源(扩散渗析除外)。
电渗析：在直流电场作用下，利用阴阳离子交换膜对溶液中阴阳离子的选择透过性(阳膜过阳，阴膜过阴)，而使溶液中的溶质与水分离的一种物理化学过程。系统由一系列阴阳膜放置于两电极之间组成。其所需能量和受处理水的含盐浓度成正比关系，所以不适合处理高浓度