水处理行业中一些常见名词释义

一、过滤

      过滤是水处理行业中一种常见的单元操作，主要是利用过滤介质（如滤网、滤布、砂滤料、活性炭等）对水中的悬浮颗粒、胶体、杂质等进行截留，从而使水得到净化的过程。

1、过滤的原理

      机械截留：过滤介质具有一定的孔隙大小，当水流通过时，大于孔隙尺寸的颗粒被直接拦截在过滤介质表面或内部孔隙中，从而实现固液分离。

      吸附作用：过滤介质表面具有一定的吸附性能，能够吸附水中的一些细小颗粒、有机物、胶体等物质，使其附着在过滤介质上，进一步提高过滤效果。

      絮凝作用：在过滤过程中，水中的一些微小颗粒可能会发生絮凝现象，形成较大的颗粒团，这些颗粒团更容易被过滤介质截留。

2、过滤的分类

      按过滤精度分类：可分为粗滤、中滤和精滤。粗滤的过滤精度一般在100 微米以上，主要用于去除水中较大的颗粒杂质；中滤的过滤精度在 1 - 100 微米之间，能去除大部分悬浮颗粒和胶体；精滤的过滤精度在 1 微米以下，可去除水中的细小颗粒、细菌等。

      按过滤方式分类：可分为重力过滤、压力过滤和真空过滤。重力过滤是利用水的重力作用，使水通过过滤介质，如普通的砂滤池；压力过滤是在压力作用下，迫使水通过过滤介质，如压滤机；真空过滤则是通过抽真空形成负压，使水通过过滤介质，常用于污泥脱水等领域。

      按过滤介质分类：可分为砂滤、活性炭过滤、纤维过滤、膜过滤等。砂滤是利用石英砂等颗粒状滤料进行过滤；活性炭过滤主要利用活性炭的吸附和过滤作用；纤维过滤采用纤维材料作为过滤介质，具有较高的过滤精度和吸附性能；膜过滤则是利用各种孔径的膜进行高精度过滤，如微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜等。

3、过滤的应用

      饮用水处理：过滤是饮用水处理中的重要环节，可去除原水中的泥沙、藻类、有机物、细菌等杂质，提高饮用水的水质，使其达到国家规定的饮用水卫生标准。

      工业废水处理：用于去除工业废水中的悬浮固体、重金属离子、有机物等污染物，降低废水的浊度和色度，提高废水的可生化性，为后续的处理工艺创造条件。经过过滤后的工业废水可实现达标排放或回用。

      污水处理回用：在污水处理回用系统中，过滤是关键的深度处理工艺之一。通过过滤可以进一步去除二级处理出水中残留的悬浮物、胶体、细菌等杂质，使处理后的水达到回用标准，可用于工业冷却、绿化灌溉、景观补水等领域，实现水资源的循环利用。

二、反渗透

       反渗透（Reverse Osmosis，简称 RO）是一种在压力驱动下，利用半透膜的选择透过性来分离和去除水中各种溶质的膜分离技术。

1、反渗透原理

       半透膜具有只允许水等溶剂分子通过，而不允许溶质分子通过的特性。当把相同体积的稀溶液（如淡水）和浓溶液（如盐水）分别置于半透膜的两侧时，稀溶液中的溶剂会自然穿过半透膜向浓溶液一侧流动，这种现象称为渗透。若在浓溶液一侧施加一个大于渗透压的压力，溶剂的流动方向就会与渗透方向相反，从浓溶液一侧向稀溶液一侧流动，从而实现溶质和溶剂的分离，这就是反渗透。

2、反渗透的特点

       高效脱盐：对水中的各种盐分、离子、有机物、细菌、病毒等杂质具有很高的去除率，能有效降低水的含盐量和各种污染物含量，产水水质高。

       无相变：在反渗透过程中，水从液态变为气态再变为液态的相变过程，因此能耗相对较低，运行成本较为经济。

       工艺简单：操作相对简便，自动化程度高，系统运行稳定，易于维护和管理。

       适用范围广：可适用于各种不同水质的原水，包括海水、苦咸水、工业废水和生活污水等的处理，在饮用水生产、工业纯水制备、海水淡化等领域都有广泛应用。

3、反渗透的应用

       饮用水生产：能有效去除水中的重金属、农药残留、细菌、病毒等有害物质，生产出高品质的饮用水，满足人们对健康饮水的需求。

       工业纯水制备：在电子、制药、化工等行业，对生产用水的水质要求极高，反渗透技术可制备出符合各种工艺要求的高纯度水，如电子芯片制造所需的超纯水。

      海水淡化：是解决淡水资源短缺问题的重要技术手段之一，通过反渗透可以将海水中的盐分去除，转化为可饮用和使用的淡水，为沿海地区和岛屿提供可靠的淡水资源。

       废水处理与回用：可用于处理各种工业废水和生活污水，将废水中的有用物质回收利用，同时实现废水的达标排放或回用，提高水资源的利用率，减少对环境的污染。

三、超滤

      超滤（Ultrafiltration，简称 UF）是一种利用超滤膜进行的压力驱动膜分离技术。超滤膜的孔径一般在0.001 - 0.1 微米之间，能截留水中的胶体、蛋白质、微生物、大分子有机物等杂质，而允许水和小分子溶质通过，常用于饮用水深度处理、工业废水处理及中水回用等领域，可作为反渗透等后续处理工艺的预处理，以减轻后续工艺的负荷。

1、超滤的原理

      超滤膜的孔径通常在0.01 - 0.1 微米之间。其分离原理主要是基于筛分作用，就像一个筛子，当含有各种不同大小分子的混合液体通过超滤膜时，大于膜孔径的大分子物质，如蛋白质、胶体、细菌、病毒等被截留，而小于膜孔径的小分子物质，如水、无机盐、小分子有机物等则能够透过膜，从而实现混合物的分离。

2、超滤的特点

       高效分离：能高效地去除水中的悬浮颗粒、胶体、大分子有机物、细菌等杂质，对这些物质的去除率通常可达90% 以上，有效提高水质的澄清度和卫生安全性。

      操作压力低：一般操作压力在0.1 - 0.6MPa 之间，相对反渗透等技术，能耗较低，运行成本也较为经济。

      无相变：在超滤过程中，水等溶剂不发生相变，这有助于保持被处理物质的原有性质，特别适用于对热敏感的物质，如生物活性物质、药物等的分离和浓缩。

      膜通量大：超滤膜具有较大的膜通量，即在单位时间内通过单位面积膜的水量较大，能够满足大规模水处理的需求。

3、超滤的应用

      饮用水预处理：作为饮用水处理的预处理工艺，可去除原水中的悬浮物、胶体、藻类等杂质，降低后续处理工艺的负荷，提高整个饮用水处理系统的运行稳定性和出水水质。

      工业纯水制备：在电子、制药、化工等行业，用于制备工业生产所需的纯水。先通过超滤去除水中的大分子有机物、细菌等杂质，再结合其他深度处理工艺，如反渗透、离子交换等，可制备出高纯度的工艺用水。

      食品饮料行业：用于果汁、牛奶、啤酒等的澄清和浓缩。例如，在果汁生产中，超滤可以去除果汁中的果肉纤维、果胶等杂质，提高果汁的澄清度和稳定性，同时保留果汁中的营养成分和风味物质。

       生物制药领域：用于生物产品的分离、纯化和浓缩，如蛋白质、酶、疫苗等生物大分子的提纯。超滤可以在温和的条件下实现生物产品的浓缩和杂质去除，避免生物活性物质的失活，提高产品的质量和收率。

       污水处理与回用：在污水处理中，超滤可作为二级处理后的深度处理工艺，进一步去除二级出水中的残留悬浮物、胶体和部分有机物，使处理后的水达到回用标准，可用于工业冷却、城市绿化、景观补水等领域，实现水资源的循环利用。

四、纳滤

       纳滤（Nanofiltration，简称 NF）是一种介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离技术，具有独特的分离性能和应用特点，其截留分子量一般在200 - 1000 道尔顿之间。纳滤膜对二价及以上的离子有较高的截留率，而对一价离子的截留率相对较低，同时能去除水中的有机物、细菌等杂质，可用于软化水、去除水中的微量有机物和重金属等。

1、纳滤的原理

      纳滤膜的孔径一般在1 - 20 纳米之间，其分离原理主要基于筛分效应和电荷效应。

      筛分效应：与超滤类似，纳滤膜根据分子大小对物质进行分离，大于膜孔径的分子被截留，小于膜孔径的分子则透过膜。

      电荷效应：纳滤膜表面通常带有一定的电荷，对不同电荷的离子具有不同的截留能力。例如，对于多价离子，由于其与膜表面电荷的相互作用较强，截留率较高；而对于单价离子，截留率相对较低。这种电荷效应使得纳滤能够在一定程度上实现离子的选择性分离。

2、纳滤的特点

      对小分子有机物有较高截留率：能有效截留分子量在200 - 1000 道尔顿左右的小分子有机物，如色素、农药、抗生素等，同时对一价盐离子的截留率相对较低，可实现有机物与盐的分离。

      操作压力较低：相比反渗透，纳滤的操作压力一般在0.5 - 2.0MPa 之间，较低的操作压力降低了设备的投资和运行成本。

      部分离子选择性：由于电荷效应，纳滤膜对不同离子具有一定的选择性，可用于某些特定离子的分离和浓缩，如在海水淡化中，可选择性地去除二价盐离子，保留部分一价盐离子，使淡化水具有更好的口感。

3、纳滤的应用

      饮用水深度处理：去除水中的微量有机物、重金属离子、硬度离子等，提高饮用水的口感和安全性，同时保留水中对人体有益的部分矿物质离子。

      食品饮料行业：用于果汁、葡萄酒等的澄清、浓缩和脱盐，既能去除其中的杂质和异味，又能保留风味物质和营养成分；还可用于乳制品生产中的乳清蛋白回收和乳糖去除。

      制药行业：在药物生产中，用于分离和浓缩药物中间体、去除杂质和盐分，提高药物的纯度和质量；也可用于生物制药中的蛋白质、多肽等生物大分子的分离和纯化。

      工业废水处理：处理含有机污染物和重金属离子的工业废水，实现污染物的达标排放或回用；还可用于电镀废水、印染废水等的处理，回收其中的有价金属离子和染料等物质，降低废水处理成本，实现资源的循环利用。

五、总溶解固体（TDS）

      总溶解固体（Total Dissolved Solids，缩写为 TDS），又称可溶解性固体总量，是指水中溶解的各种无机物和有机物的总量，通常以每升水所含的毫克数（mg/L）来表示。TDS 值可以反映水的纯净程度，TDS 值越低，说明水越纯净。

1、定义与测量

       定义：TDS 是指在规定的条件下，将水样蒸发至干，然后在 105℃±3℃下烘干至恒重，所得到的固体残渣的质量，包括溶解在水中的各种离子、分子和化合物，但不包括悬浮在水中的固体物质。

      测量方法：通常采用重量法进行测量，即取一定体积的水样，经过过滤去除悬浮物后，将滤液蒸发至干，然后称量干燥后的残渣质量，即可得到TDS 的值。此外，也可以使用电导率仪等仪器进行间接测量，因为水中的溶解固体通常会影响水的电导率，通过测量电导率并结合一定的转换系数，可以估算出 TDS 的值。

2、组成成分

      主要成分：TDS 主要由各种溶解性盐类、碱类、重金属离子、有机物等组成。其中，常见的溶解性盐类包括氯化钠、硫酸钠、氯化钙、硫酸镁等；碱类有碳酸钠、碳酸氢钠等；重金属离子如铁、锰、铜、锌等；有机物则包括各种溶解性的有机化合物，如腐殖酸、富里酸等。

3、对水质和健康的影响

       水质方面：TDS 是衡量水质的一个重要指标，其值的高低直接反映了水中溶解物质的多少。一般来说，TDS 值越低，水的纯度越高；TDS 值越高，说明水中溶解的杂质越多，水的硬度可能越大，口感也可能会受到影响，如可能会有苦涩或咸味。

       健康方面：TDS 与人体健康有一定的关系。虽然水中的一些溶解物质对人体是有益的，如钙、镁等矿物质离子，但如果 TDS 值过高，可能意味着水中含有过多的有害物质，如重金属离子、过量的盐类等，长期饮用可能会对人体健康造成危害，如增加肾脏负担、导致心血管疾病等。然而，如果 TDS 值过低，如经过反渗透处理的纯水，长期饮用可能会导致人体缺乏一些必要的矿物质。

4、相关标准

      不同用途的水对TDS 有不同的要求。例如，我国《生活饮用水卫生标准》规定，生活饮用水的 TDS 限值为 1000mg/L。在工业用水中，不同行业对 TDS 的要求也各不相同，如电子工业生产用纯水要求 TDS 通常在几十微克 / 升以下，而一些对水质要求相对较低的工业冷却水，TDS 允许值可能较高。

5、降低TDS 的方法

       蒸馏法：通过加热水使其蒸发，然后将水蒸气冷却凝结成液态水，这样可以去除水中的大部分溶解固体，得到纯度较高的蒸馏水。但蒸馏法能耗较高，成本相对较高。

       反渗透法：利用半透膜的选择透过性，在压力作用下，使水通过半透膜而溶解固体被截留，从而达到降低TDS 的目的。反渗透技术对各种溶解固体的去除率较高，是目前广泛应用于饮用水深度处理和工业纯水制备的方法之一。

      离子交换法：利用离子交换树脂与水中的离子进行交换反应，将水中的有害离子去除或转化为无害离子，从而降低TDS。例如，通过强酸性阳离子交换树脂可以去除水中的钙、镁离子，降低水的硬度，同时也能在一定程度上降低 TDS。

六、消毒

      消毒：是指杀灭或去除水中病原微生物的过程，以防止水传播疾病的发生和传播，通过破坏微生物的细胞结构或干扰其代谢功能，达到消毒杀菌的目的。

1、消毒方法

       物理消毒法

      热力消毒：包括干热消毒和湿热消毒。干热消毒如焚烧、干烤等，适用于一些不怕热的废弃物等；湿热消毒如煮沸、高压蒸汽灭菌等，高压蒸汽灭菌是医院、实验室等常用的消毒方法，能杀灭包括细菌芽孢在内的各种微生物。

       辐射消毒：紫外线消毒是常见的辐射消毒方法，通过紫外线照射破坏微生物的DNA 结构，从而达到消毒目的，常用于空气、物体表面的消毒。此外，还有电离辐射消毒，用于一些不耐热的医疗器械、药品等的消毒。

       过滤消毒：通过过滤介质将微生物从液体或气体中分离出来，达到消毒的目的。常用于一些对热敏感的液体，如血清、疫苗等的消毒，以及空气净化。

       化学消毒法：利用化学消毒剂杀灭微生物。根据消毒剂的化学性质不同，可分为含氯消毒剂、过氧化物类消毒剂、醛类消毒剂、醇类消毒剂、酚类消毒剂等。例如，含氯消毒剂如次氯酸钠、漂白粉等，具有杀菌谱广、杀菌能力强等特点，常用于水、环境、物体表面等的消毒；醇类消毒剂如乙醇，能使蛋白质变性，主要用于皮肤、医疗器械等的消毒。

2、消毒剂

      理想消毒剂的特点：杀菌谱广、杀菌能力强、作用速度快；对人及动物安全，对环境无污染；稳定性好，易于储存和运输；使用方便，价格合理。

      常用消毒剂的优缺点：含氯消毒剂杀菌能力强，但有刺激性气味，对金属有腐蚀性；过氧化物类消毒剂如过氧化氢、过氧乙酸等，消毒效果好，分解产物无污染，但稳定性较差；醇类消毒剂消毒速度快，对皮肤刺激性小，但对细菌芽孢和病毒的杀灭效果有限；醛类消毒剂如甲醛、戊二醛等，杀菌效果好，能杀灭包括芽孢在内的各种微生物，但甲醛有致癌性，戊二醛价格相对较高。

3、应用领域

      医疗卫生领域：对医疗器械、病房环境、手术室等进行消毒，防止交叉感染，保障患者和医护人员的安全。

     食品行业：对食品加工设备、包装材料、生产车间等进行消毒，防止微生物污染食品，保证食品安全。

      饮用水处理：通过消毒杀灭水中的致病微生物，防止饮用水传播疾病，保障居民的饮水安全。常用的消毒剂有氯气、二氧化氯等。

      公共场所：如学校、商场、车站等人员密集场所，定期对空气、地面、公共设施等进行消毒，降低疾病传播的风险。

      在进行消毒时，需要根据不同的消毒对象、消毒目的选择合适的消毒方法和消毒剂，并严格按照操作规程进行，以确保消毒效果和安全性。

七、余氯

       余氯是指水经过加氯消毒，接触一定时间后，水中所余留的有效氯。

1、存在形式

       余氯有两种存在形式，分别是游离性余氯和化合性余氯。

      游离性余氯：包括氯气、次氯酸和次氯酸根离子，具有较强的杀菌消毒能力，能快速杀灭水中的细菌和病毒。

      化合性余氯：是指水中的氯与氨或有机胺等物质反应生成的氯胺类化合物，如一氯胺、二氯胺和三氯胺等，杀菌能力相对较弱，但在水中的稳定性较好，能在较长时间内保持一定的消毒能力。

2、作用

      持续消毒：在水的消毒过程中，余氯的主要作用是保证在供水系统中持续杀菌消毒，防止水中的微生物再次滋生繁殖。当水中的余氯含量达到一定水平时，它可以抑制细菌、病毒、藻类等微生物的生长，确保饮用水在输送和储存过程中的卫生安全。

      氧化作用：余氯还具有氧化作用，能去除水中的一些还原性物质，如亚铁离子、锰离子等，使水的感官性状得到改善，同时也有助于去除水中的异味和色度。

3、检测方法

      DPD 分光光度法：这是一种常用的检测余氯的方法。利用N,N - 二乙基 - 1,4 - 苯二胺（DPD）与余氯反应生成红色化合物，通过分光光度计测量该化合物在特定波长下的吸光度，从而计算出余氯的含量。该方法具有灵敏度高、准确性好的优点，适用于各种水质中余氯的测定。

      邻联甲苯胺比色法：将邻联甲苯胺试剂加入水样中，与余氯反应生成黄色化合物，然后与标准比色管进行目视比色，确定余氯的含量。这种方法操作简单，但准确性相对较低，适用于现场快速检测。

4、标准与危害

     标准：根据我国《生活饮用水卫生标准》规定，出厂水余氯含量在0.3 - 4mg/L 之间，在管网末梢水中余氯含量不低于 0.05mg/L。这样既能保证消毒效果，又能确保饮用水的安全性。

      危害：如果余氯含量过高，可能会对人体健康造成一定危害。例如，长期饮用余氯含量过高的水可能会刺激呼吸道和胃肠道，引起咳嗽、呕吐等症状。此外，余氯还可能与水中的有机物反应生成三卤甲烷等消毒副产物，这些物质具有潜在的致癌、致畸和致突变性。而余氯含量过低则无法有效杀灭水中的微生物，导致水质恶化，同样影响人体健康。

八、电导率

      电导率是用来描述物质导电能力的物理量。用于衡量水溶液传导电流的能力，其大小与水中离子的浓度、种类及温度等因素有关。电导率越高，说明水中的离子含量越高，导电性越强，通常可反映水中溶解性盐类的总量。

1、定义与单位

      电导率是指在介质中该量与电场强度之积等于传导电流密度，也可以理解为电阻率的倒数。其国际单位制（SI）单位是西门子每米（S/m），常用的单位还有毫西门子每厘米（mS/cm）、微西门子每厘米（μS/cm）等。

2、影响因素

      温度：一般情况下，温度升高，物质的电导率会增大。因为温度升高时，离子或电子的热运动加剧，更容易发生定向移动，从而提高导电能力。例如，对于水溶液，温度每升高1℃，电导率通常会增加约 2% - 3%。

      浓度：对于电解质溶液，电导率与溶液中离子的浓度有关。在一定范围内，离子浓度越高，电导率越大。这是因为离子是溶液导电的载流子，浓度越高，单位体积内的载流子数量越多，导电能力就越强。但当浓度过高时，离子间的相互作用增强，可能会导致离子的迁移速率降低，电导率的增加趋势会变缓。

      离子种类：不同种类的离子在相同条件下对电导率的贡献不同。这主要取决于离子的电荷数、离子半径以及离子在溶液中的迁移速率等因素。一般来说，电荷数越高、离子半径越小、迁移速率越快的离子，其对电导率的贡献越大。例如，在相同浓度下，氢离子（H⁺）和氢氧根离子（OH⁻）的电导率比其他常见离子要大得多，这是因为它们在水溶液中的迁移机制较为特殊，迁移速率较快。

3、测量方法

      电导仪法：这是最常用的测量电导率的方法。电导仪通过测量两个电极之间的电阻来计算溶液的电导率。在测量时，将电极插入待测溶液中，仪器会施加一个交流电压，然后测量通过溶液的电流，根据欧姆定律计算出电阻，再通过仪器内部的换算程序得到电导率值。为了提高测量的准确性，电极的材质、形状和尺寸通常需要根据不同的测量范围和要求进行选择。

      四电极法：四电极法可以避免电极极化和接触电阻对测量结果的影响，因此在一些高精度测量中经常使用。该方法使用两对电极，一对用于施加电流，另一对用于测量电压。通过测量电流和电压来计算电导率，能够有效消除电极与溶液之间的界面效应和电极本身的电阻影响，提高测量精度。

4、应用领域

      水质监测：在水处理行业中，电导率是一个重要的指标。通过测量水的电导率，可以快速了解水中溶解的电解质总量，从而判断水质的好坏。例如，在饮用水处理中，电导率可以反映水中是否含有过多的盐分或其他杂质；在工业循环冷却水的监测中，电导率可以帮助判断水中的离子浓度是否超标，以便及时采取相应的处理措施，防止结垢和腐蚀等问题。

      工业生产：在化工、制药、电子等行业，电导率的测量也有着广泛的应用。例如，在化工生产中，通过监测反应过程中溶液的电导率变化，可以了解反应的进程和程度；在制药行业，电导率常用于检测药品生产过程中的水质以及原料和成品的纯度；在电子工业中，高纯度水的电导率监测对于保证电子产品的质量至关重要，因为水中的杂质离子可能会影响电子元件的性能。

      土壤研究：在农业和土壤科学领域，电导率可以用来评估土壤的肥力和盐渍化程度。土壤中的盐分含量会影响植物的生长，通过测量土壤浸出液的电导率，可以间接了解土壤中可溶性盐的含量，为合理施肥和土壤改良提供依据。

九、浊度

      浊度：是指水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度。浊度的高低不仅与水中悬浮物的含量有关，还与悬浮物的颗粒大小、形状及折射系数等因素有关。浊度是衡量水质清澈程度的一个重要指标，浊度越低，水越清澈；浊度越高，水越浑浊。

1、定义与单位

      浊度是由于水中存在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，其浑浊的程度称为浊度。

      浊度的单位有多种，常见的是NTU（散射浊度单位），还有 FTU（福尔马肼浊度单位）、JTU（杰克逊浊度单位）等。1NTU 相当于 1mg/L 的硫酸肼与 10mg/L 的六亚甲基四胺混合后在 25℃下反应生成的甲臜聚合物悬浮液的浊度。

2、影响因素

      悬浮颗粒浓度：水中悬浮颗粒的数量越多，浊度越高。这些颗粒可以是泥沙、黏土、微生物、有机物碎屑等。例如，在暴雨后，河流中的泥沙被大量冲刷进入水体，会使河水的浊度显著升高。

      颗粒大小与形状：较小的颗粒通常比大颗粒更容易散射光线，因此在相同浓度下，粒径较小且形状不规则的颗粒会导致更高的浊度。比如，胶体颗粒虽然质量浓度可能不高，但由于其粒径小、比表面积大，对光线的散射作用强，会使水的浊度明显增加。

      光线的波长：浊度的测量与光线的波长有关。不同波长的光在水中传播时，被悬浮颗粒散射和吸收的程度不同。一般来说，波长较短的光更容易被散射，所以在测量浊度时，通常会使用特定波长的光，以保证测量结果的准确性和可比性。

3、测量方法

      浊度仪法：这是最常用的测量方法。浊度仪通过发射一束光线，使其穿过水样，然后测量光线被悬浮颗粒散射的程度来确定浊度。仪器内部的探测器会检测散射光的强度，并将其转换为相应的浊度值显示出来。不同类型的浊度仪可能采用不同的测量原理，如散射光法、透射光法或散射- 透射光比法等，但都是基于光线与悬浮颗粒的相互作用来进行测量的。

      目视比浊法：将水样与一系列已知浊度的标准溶液进行比较。通过观察水样与标准溶液的浑浊程度，找出与水样浊度最接近的标准溶液，从而确定水样的浊度。这种方法简单易行，但精度相对较低，常用于对浊度要求不高的场合或现场初步检测。

十、硬度

      硬度是衡量材料抵抗硬物压入其表面能力的一个指标，在不同领域有不同的表现形式和应用，硬度：水中的硬度主要是由钙、镁离子引起的，通常以碳酸钙（CaCO₃）的含量来表示。硬度可分为暂时硬度和永久硬度，暂时硬度是指水中的碳酸氢钙和碳酸氢镁等物质，加热煮沸后会分解成碳酸钙和碳酸镁沉淀而去除；永久硬度是指水中的硫酸钙、硫酸镁、氯化钙、氯化镁等物质，加热煮沸后不能去除。水的硬度高会导致水垢的形成，影响工业设备的运行和日常生活用水的质量。

1、定义与原理

      硬度反映了材料表面抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。其原理是通过一定的试验方法，将一定形状和尺寸的硬质合金压头或钢球等压入被测材料表面，根据压痕的大小、深度或形状等参数来确定材料的硬度值。

2、表示方法及测量

      布氏硬度（HB）：用一定直径的硬质合金球，以规定的试验力压入被测材料表面，保持规定时间后卸除试验力，测量压痕直径来计算硬度值。布氏硬度适用于测量退火、正火、调质处理后的钢材以及铸铁、有色金属等较软材料。例如，一般退火状态的中碳钢，其布氏硬度可能在170 - 220HB 之间。

      洛氏硬度（HR）：采用金刚石圆锥体或钢球作为压头，在初试验力和总试验力先后作用下，将压头压入被测材料表面，根据压痕深度来确定硬度值。洛氏硬度分为HRA、HRB、HRC 等多种标尺，分别适用于不同硬度范围的材料。如 HRA 标尺适用于高硬度材料，如硬质合金；HRB 标尺适用于较软材料，如退火铜合金；HRC 标尺则常用于淬火钢等硬度较高的材料，一般淬火后的合金钢，其 HRC 硬度值可能在 50 - 65 之间。

      维氏硬度（HV）：以相对面夹角为136° 的金刚石正四棱锥体作为压头，在规定试验力作用下，将压头压入被测材料表面，保持规定时间后卸除试验力，测量压痕对角线长度来计算硬度值。维氏硬度试验的优点是试验力可在较大范围内选择，压痕形状规则，测量精度高，适用于各种材料，尤其适用于测量薄件、表面硬化层及镀层等的硬度。例如，金属材料表面的化学镀硬铬层，其维氏硬度可达到 1000 - 1200HV。

3、影响因素

      材料的化学成分：不同元素的加入会影响材料的硬度。例如，在钢中加入碳元素，随着碳含量的增加，钢的硬度会提高；加入铬、钼、钒等合金元素，可通过形成合金碳化物等方式，提高钢的硬度和耐磨性。

      材料的组织结构：材料的组织结构对硬度有显著影响。例如，金属材料经过热处理后，组织结构会发生变化，从而硬度也会改变。淬火处理可使钢的组织形成马氏体，硬度大幅提高；而回火处理则会使马氏体分解，硬度有所降低，同时韧性得到改善。对于多相合金，不同相的比例和分布也会影响材料的整体硬度。

      加工工艺：冷加工会使材料发生加工硬化，硬度提高。例如，对金属材料进行轧制、拉拔等冷加工操作，会使材料内部位错密度增加，晶格发生畸变，从而阻碍位错运动，使材料硬度升高。而热加工过程中，若控制得当，可通过改善材料的组织结构来提高其综合性能，但一般不会像冷加工那样使硬度显著提高。

4、应用

      机械制造：在机械零件的设计和制造中，根据零件的使用要求选择合适硬度的材料。例如，齿轮、轴类零件等，通常需要具有较高的硬度和耐磨性，以承受较大的载荷和摩擦；而一些需要减震、缓冲的零件，如弹簧，则需要具有适当的弹性和较低的硬度。此外，硬度也是检验零件加工质量和热处理效果的重要指标。

      材料研究与开发：通过测量不同成分、不同工艺制备的材料的硬度，研究材料的性能变化规律，为新材料的开发和优化提供依据。例如，在研发新型合金材料时，通过调整合金成分和热处理工艺，测量其硬度及其他性能，以确定最佳的材料配方和制备工艺。

      质量控制与检验：在材料生产和零部件制造过程中，硬度检测是质量控制的重要手段之一。通过定期检测材料或零件的硬度，判断其是否符合标准要求，及时发现生产过程中的问题，如原材料质量波动、热处理工艺失控等，以保证产品质量的稳定性和可靠性。

十一、酸碱度（pH 值）

      用于表示水溶液的酸碱性强弱程度。pH 值的范围是 0 - 14，pH = 7 时溶液呈中性；pH <7 时溶液呈酸性，pH 值越小，酸性越强；pH> 7 时溶液呈碱性，pH 值越大，碱性越强。在水处理过程中，pH 值是一个重要的控制指标，不同的处理工艺和水质要求对 pH 值有不同的范围要求。

1、定义与原理

       pH 值是溶液中氢离子活度的负对数，其数学表达式为(pH = -lg a_{H^{+}})，其中(a_{H^{+}})表示氢离子的活度。在稀溶液中，氢离子活度近似等于氢离子浓度，因此可以用氢离子浓度来计算 pH 值。

      pH 值的范围通常在 0 到 14 之间。当 pH 值等于 7 时，溶液呈中性，此时溶液中氢离子浓度和氢氧根离子浓度相等；当 pH 值小于 7 时，溶液呈酸性，pH 值越小，酸性越强，溶液中氢离子浓度越高；当 pH 值大于 7 时，溶液呈碱性，pH 值越大，碱性越强，溶液中氢氧根离子浓度越高。

2、测量方法

      pH 试纸法：将pH 试纸浸入待测溶液中，然后与标准比色卡进行对比，根据试纸颜色的变化来确定溶液的 pH 值。这种方法简单易行，但精度相对较低，只能大致测量溶液的 pH 值范围。

      pH 计法：pH 计是一种精确测量溶液 pH 值的仪器。它由电极和仪表两部分组成，电极插入待测溶液中，通过与溶液中的氢离子发生作用产生电位差，仪表将这种电位差转换为 pH 值并显示出来。pH 计可以精确到小数点后两位甚至更多，广泛应用于实验室、工业生产和环境监测等领域。

3、影响因素

      酸或碱的浓度：一般来说，酸或碱的浓度越高，溶液的酸性或碱性就越强，pH 值也就越偏离中性。例如，相同条件下，1mol/L 的盐酸溶液的 pH 值比 0.1mol/L 的盐酸溶液的 pH 值更低，酸性更强。

      温度：温度对水的离子积常数有影响，从而影响溶液的pH 值。在常温（25℃）下，水的离子积常数(K_w = 1times10^{-14})，此时中性溶液的 pH 值为 7。但随着温度的升高，水的离子积常数增大，中性溶液的 pH 值会减小。例如，在 100℃时，水的离子积常数(K_w = 5.5times10^{-13})，此时中性溶液的 pH 值约为 6.13。

4、应用领域

      农业：土壤的pH 值对农作物的生长有重要影响。不同的农作物适宜生长在不同 pH 值的土壤中。例如，茶树适宜生长在酸性土壤中，土壤 pH 值一般在 4.5 - 5.5 之间；而甜菜等作物则更适合在偏碱性的土壤中生长。通过测量土壤的 pH 值，可以合理选择种植的作物，并采取相应的土壤改良措施，以提高农作物的产量和质量。

      工业：在许多工业生产过程中，需要严格控制溶液的pH 值。例如，在电镀工艺中，镀液的 pH 值会影响镀层的质量和性能；在造纸工业中，控制纸浆的 pH 值可以防止纸张脆化；在化工生产中，许多化学反应需要在特定的 pH 值条件下进行，以保证反应的顺利进行和产品的质量。

      环境保护：水体的pH 值是衡量水质的重要指标之一。天然水体的 pH 值一般在 6.5 - 8.5 之间，如果水体受到污染，其 pH 值可能会发生明显变化。例如，酸雨会使水体的 pH 值降低，当水体 pH 值低于 5.5 时，会对水生生物的生存造成严重威胁；而一些工业废水如果未经处理直接排放，也可能导致水体 pH 值异常，破坏水生态环境。因此，监测和控制水体的 pH 值对于环境保护具有重要意义。

      生物医学：人体的各种体液都有一定的pH 值范围，以维持正常的生理功能。例如，血液的 pH 值通常保持在 7.35 - 7.45 之间，无论 pH 值过高或过低，都会影响人体的新陈代谢和生理功能，甚至引发疾病。在医学检验中，测量血液、尿液等体液的 pH 值可以帮助医生诊断疾病。此外，在药物研发和生产中，也需要考虑药物在不同 pH 值环境下的稳定性和溶解性等因素。

十二、化学需氧量（COD）

     COD 是衡量水体中有机物含量的一个重要指标，数值越高，表明水体受有机物污染越严重。

1、定义

      化学需氧量是指在一定条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量，以氧的毫克/ 升来表示。它反映了水中受还原性物质污染的程度，水中的还原性物质包括有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等，但一般水及废水中无机还原性物质的数量相对不大，而被有机物污染是很普遍的，因此，COD 可作为有机物质相对含量的一项综合性指标。

2、测量方法

      重铬酸钾法：在强酸性溶液中，以重铬酸钾为氧化剂，硫酸银为催化剂，硫酸汞为氯离子掩蔽剂，加热回流消解水样，使水中的有机物被重铬酸钾氧化，过量的重铬酸钾以试亚铁灵为指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液回滴，根据消耗的重铬酸钾量计算出COD 值。该方法氧化率高，再现性好，适用于各种类型的水样，但操作过程较为繁琐，耗时较长。

      高锰酸钾法：在酸性或碱性条件下，以高锰酸钾为氧化剂，氧化水中的有机物和还原性无机物，然后根据高锰酸钾的消耗量计算出COD 值。高锰酸钾法适用于测定地表水、饮用水等较清洁水样中的 COD，其优点是操作简便、快速，但氧化率较低，测定结果受水样中有机物种类和结构的影响较大。

3、影响因素

      有机物的种类和浓度：不同种类的有机物具有不同的氧化难易程度，其COD 值也不同。例如，苯、甲苯等芳香烃类有机物较难被氧化，而甲醇、乙醇等醇类有机物相对容易被氧化。水样中有机物浓度越高，COD 值就越大。

       反应条件：COD 的测定受反应温度、时间、氧化剂浓度等条件的影响。在重铬酸钾法中，加热回流的温度和时间必须严格控制，以保证有机物充分被氧化。氧化剂浓度也会影响氧化反应的程度，浓度过高或过低都可能导致测定结果不准确。

4、应用

       水质监测与评价：在环境监测中，COD 是地表水、地下水、工业废水和生活污水等水质监测的重要指标之一。通过监测水体的 COD 值，可以了解水体受有机物污染的程度，判断水质是否符合相应的环境质量标准和排放标准。例如，我国《地表水环境质量标准》中规定了不同功能类别水体的 COD 标准限值，以保障水生态系统的健康和水资源的合理利用。

      污水处理过程控制：在污水处理厂，COD 是衡量污水处理效果的关键指标之一。通过监测进水和出水的 COD 值，可以了解污水处理工艺对有机物的去除能力，及时调整处理工艺参数，如曝气时间、污泥回流比等，以确保污水处理厂稳定运行，达到预期的处理效果和排放标准。此外，COD 值还可以用于计算污水处理过程中的污泥产量、需氧量等参数，为污水处理厂的设计和运行提供重要依据。

十三、生化需氧量（BOD）

      是指在有氧条件下，好氧微生物分解水中有机物所消耗的溶解氧量，单位为毫克/ 升。BOD 反映了水中可生物降解的有机物含量，是衡量水体被有机物污染程度的重要指标之一。一般来说，BOD 越高，说明水中的有机物越多，水质越差。通常以 5 天作为测定 BOD 的标准时间，称为五日生化需氧量（BOD₅）。

1、定义

      生化需氧量是指在规定条件下，微生物分解存在于水中的某些可氧化物质，特别是有机物所进行的生物化学过程中消耗溶解氧的量。其单位为毫克/ 升（mg/L）。这一指标能间接表示出水中可生物降解的有机物量，是衡量水体有机污染程度的重要依据之一。

2、测量方法

      标准稀释法：将水样稀释至合适的浓度，使其中的有机物能被微生物充分分解。然后将水样分别放入两个溶解氧瓶中，一个立即测定其初始溶解氧含量，另一个在（20±1）℃的恒温培养箱中培养 5 天，再测定培养后的溶解氧含量。根据培养前后溶解氧的差值，计算出 5 天生化需氧量（BOD₅）。该方法是测定 BOD 的经典方法，但操作较为繁琐，且需要注意避免外界因素对水样中微生物活性和溶解氧的干扰。

      微生物传感器法：利用固定化微生物传感器与水样中的有机物发生生化反应，产生与有机物浓度相关的电流或电位信号，通过测量该信号来快速测定BOD 值。这种方法具有快速、简便、自动化程度高等优点，但仪器设备相对昂贵，且传感器的稳定性和准确性需要定期校准和维护。

3、影响因素

      有机物的性质和浓度：不同类型的有机物生物降解的难易程度不同，例如简单的碳水化合物、蛋白质等较易被微生物分解，而一些人工合成的有机化合物如塑料、农药等则较难降解，因此它们对BOD 的贡献也不同。一般来说，水样中可生物降解的有机物浓度越高，BOD 值越大。

      微生物的种类和数量：微生物是分解有机物的主体，不同种类的微生物对不同有机物的分解能力不同。水样中微生物的数量和活性也会影响BOD 的测定结果，如果微生物数量不足或活性受到抑制，会导致有机物分解不完全，使 BOD 值偏低。

      温度和溶解氧：微生物的生长和代谢活动受温度影响较大，一般在20℃左右时微生物的活性较高，有利于有机物的分解。此外，溶解氧是微生物进行好氧分解的必要条件，如果水样中溶解氧不足，会限制微生物的活动，导致 BOD 值测定不准确。

4、应用

      水质评价：BOD 是评价水体污染程度的重要指标之一。通过测定水体的 BOD 值，可以了解水体中有机物的污染状况。例如，在饮用水源地，BOD 值通常要求较低，以保证饮用水的安全性；而在受污染的河流、湖泊等水体中，BOD 值可能会较高，反映出有机物污染较为严重。

       污水处理厂运行管理：在污水处理过程中，BOD 是评估污水可生化性和处理效果的关键指标。通过监测进水和出水的 BOD 值，可以了解污水处理工艺对有机物的去除效果，进而调整工艺参数，如曝气时间、污泥浓度等，以确保污水处理厂能够高效稳定地运行，达到排放标准。

      环境规划与管理：BOD 数据可用于制定环境规划和管理措施。例如，根据水体的 BOD 容量，合理规划流域内的工业布局和污水排放总量，以保护水环境质量，实现水资源的可持续利用。

十四、活性炭吸附

      利用活性炭的多孔结构和巨大的比表面积，对水中的有机物、色素、异味、重金属离子等进行吸附去除的过程。活性炭通过物理吸附和化学吸附作用，将这些物质吸附在其表面和孔隙中，从而达到净化水质的目的。常用于饮用水处理、污水处理深度处理等环节，以改善水的口感、气味和色度等。

1、活性炭的特性

      巨大的比表面积：活性炭具有高度发达的孔隙结构，这使得它拥有巨大的比表面积，通常每克活性炭的比表面积可达几百甚至上千平方米。如此大的比表面积为吸附提供了大量的活性位点，使其能够有效地吸附各种物质。

      良好的吸附性能：活性炭对不同类型的物质都具有一定的吸附能力，尤其对有机物、重金属离子、色素、异味等有较好的吸附效果。它可以通过物理吸附和化学吸附两种方式与被吸附物质发生作用。

2、吸附原理

      物理吸附：主要是基于范德华力，活性炭表面与被吸附分子之间存在着微弱的相互作用力。当分子靠近活性炭表面时，会被这种力吸引而附着在表面上。物理吸附是一个可逆过程，吸附速度较快，且在低温下也能较好地进行。

      化学吸附：活性炭表面的某些官能团可以与被吸附物质发生化学反应，形成化学键。化学吸附具有较高的选择性和不可逆性，通常需要在一定的温度和条件下才能发生。不过，在实际应用中，活性炭的吸附过程往往是物理吸附和化学吸附共同作用的结果。

3、影响吸附效果的因素

      活性炭的性质：包括活性炭的种类、比表面积、孔径分布等。不同种类的活性炭由于原料和制备工艺不同，其吸附性能会有所差异。一般来说，比表面积越大、孔径分布越合理的活性炭，吸附效果越好。

      被吸附物质的性质：被吸附物质的分子大小、极性、溶解性等都会影响吸附效果。例如，分子较小、非极性的有机物通常更容易被活性炭吸附；而极性较强或水溶性较好的物质，吸附难度相对较大。

      吸附条件：温度、pH 值、接触时间等条件对活性炭吸附效果也有重要影响。一般情况下，低温有利于物理吸附，而适当升高温度可能有利于化学吸附。pH 值的变化会影响活性炭表面的电荷性质以及被吸附物质的存在形态，从而影响吸附效果。此外，足够的接触时间可以使活性炭与被吸附物质充分接触，达到较好的吸附平衡。

4、应用领域

      水处理：用于饮用水、工业废水和污水处理。可以去除水中的有机物、重金属、余氯、色素和异味等，提高水质。例如，在自来水厂中，活性炭吸附常作为深度处理工艺，用于进一步净化经过沉淀、过滤等常规处理后的水，提升饮用水的口感和安全性。

      空气净化：广泛应用于室内空气净化、工业废气处理等领域。能够吸附空气中的有害气体，如甲醛、苯、二氧化硫、氮氧化物等，以及异味和灰尘，改善空气质量。在一些化工、电子等行业的车间，常采用活性炭吸附装置来处理废气，以达到环保排放标准。

      食品和饮料行业：用于食品和饮料的脱色、除臭和提纯。例如，在制糖工业中，活性炭可以去除糖液中的色素和杂质，提高糖的纯度和品质；在葡萄酒、果汁等饮料的生产过程中，也会使用活性炭来去除异味和不稳定物质，提升产品的口感和稳定性。

      其他领域：活性炭还在医药、化工、贵金属回收等领域有着广泛的应用。在医药领域，可用于药物的提纯和精制；在化工生产中，可作为催化剂载体或用于分离和提纯化工产品；在贵金属回收中，能吸附溶液中的贵金属离子，实现贵金属的富集和回收。

十五、离子交换

      是指水中的离子与离子交换树脂上的离子进行交换反应的过程，通过这种方式可以去除或调整水中特定离子的浓度，实现软化水、除盐等目的。例如，用阳离子交换树脂去除水中的钙、镁离子，降低水的硬度。

1、离子交换剂

      组成：离子交换剂通常由高分子聚合物基体、固定在基体上的离子交换基团以及可交换的离子三部分组成。例如，常见的聚苯乙烯型离子交换树脂，其高分子聚合物基体为聚苯乙烯，离子交换基团可以是磺酸基（-SO₃H）、季铵基（-N (CH₃)₃OH）等，可交换离子则根据具体的离子交换剂类型和使用目的而不同，如 H⁺、Na⁺、OH⁻等。

      分类：根据离子交换基团的性质，离子交换剂可分为阳离子交换剂和阴离子交换剂。阳离子交换剂能与溶液中的阳离子发生交换反应，其交换基团通常为酸性基团，如磺酸基、羧基等；阴离子交换剂能与溶液中的阴离子发生交换反应，其交换基团一般为碱性基团，如季铵基、伯胺基等。

2、交换原理

      离子交换的基本原理是离子交换剂上的可交换离子与溶液中同性离子之间的静电吸引和离子扩散作用。当离子交换剂与含有待交换离子的溶液接触时，溶液中的离子会向离子交换剂表面扩散，并与离子交换剂上的可交换离子发生交换反应。这种交换反应是可逆的，遵循离子交换平衡原理，即当溶液中某种离子的浓度增加时，会促使离子交换反应向有利于该离子被交换到离子交换剂上的方向进行；反之，当溶液中该离子的浓度降低时，交换反应则向离子从离子交换剂上解吸到溶液中的方向进行。

3、影响离子交换的因素

      离子交换剂的性质：包括离子交换剂的类型、交换容量、颗粒大小、孔隙结构等。不同类型的离子交换剂对不同离子的选择性和交换能力不同；交换容量越大，能交换的离子数量越多；颗粒越小，离子交换的速度越快，但同时也会增加流体阻力；孔隙结构合适有利于离子在离子交换剂内部的扩散。

      溶液中离子的性质：离子的电荷数、水化半径、浓度等会影响离子交换过程。一般来说，离子电荷数越高，与离子交换剂的静电吸引力越强，越容易被交换；水化半径较小的离子在溶液中扩散速度快，也更容易与离子交换剂发生交换反应；溶液中离子浓度越高，离子交换的驱动力越大，交换速度越快。

      操作条件：温度、pH 值、流速等操作条件对离子交换也有重要影响。适当提高温度可以加快离子的扩散速度，从而提高离子交换速率，但过高的温度可能会影响离子交换剂的稳定性；pH 值会影响溶液中离子的存在形态和离子交换剂交换基团的解离程度，进而影响离子交换效果；流速过大会使离子与离子交换剂的接触时间过短，不利于离子交换反应的充分进行，而流速过小则会降低生产效率。

4、应用领域

      水处理：用于水的软化、除盐和纯化。通过离子交换树脂去除水中的钙、镁等硬度离子，实现水的软化；去除水中的各种阴阳离子，制备高纯度的去离子水，广泛应用于电子、制药、电力等对水质要求较高的行业。

      化工分离与提纯：在化工生产中，用于分离和提纯各种离子型化合物。例如，从矿石浸出液中提取有价金属离子，如铜、镍、钴等；对氨基酸、有机酸等生物分子进行分离和纯化；还可用于去除化工产品中的杂质离子，提高产品质量。

      环境保护：处理工业废水和废气。可以去除废水中的重金属离子、放射性离子以及一些有害的阴离子，如氰离子、磷酸根离子等，实现废水的达标排放或回用；在废气处理中，利用离子交换技术可以吸附和去除废气中的酸性或碱性气体，如二氧化硫、氮氧化物等。

      食品和饮料行业：用于糖液的精制、果汁的脱酸和脱盐等。通过离子交换树脂去除糖液中的色素、胶体和杂质离子，提高糖的质量；调节果汁的pH 值和离子组成，改善果汁的口感和稳定性。

十六、沉淀

      沉淀是指在化学反应或物理过程中，溶液中的溶质因某种原因而从溶液中析出形成固体颗粒并沉降到容器底部的现象。根据沉淀的性质和特点，可分为自由沉淀、絮凝沉淀、区域沉淀和压缩沉淀等类型。沉淀是水处理中常用的工艺之一，通过设置沉淀池，使水中的大颗粒杂质和絮凝后的絮体沉淀下来，实现固液分离，降低水的浊度。

1、沉淀的类型

      晶形沉淀：这类沉淀的颗粒较大，内部排列规整，结构紧密，易于沉降和过滤。例如硫酸钡沉淀，其晶体具有规则的形状和较大的颗粒尺寸，在溶液中能快速沉降。

      非晶形沉淀：也称为无定形沉淀，颗粒细小，内部结构疏松，往往含有大量水分，体积庞大，不易沉降和过滤。如氢氧化铁沉淀，通常以絮状的非晶形状态存在，沉淀速度较慢。

2、沉淀形成的原理

      溶解度原理：根据溶度积规则，当溶液中某难溶电解质的离子浓度乘积大于其溶度积常数（Ksp）时，就会有沉淀生成。例如，在含有银离子（Ag⁺）和氯离子（Cl⁻）的溶液中，当 c (Ag⁺)×c (Cl⁻)>Ksp (AgCl) 时，就会产生氯化银沉淀。

       化学反应原理：通过化学反应使溶液中某些离子结合形成难溶性物质，从而发生沉淀。例如，向含有钙离子（Ca²⁺）的溶液中加入碳酸钠（Na₂CO₃），碳酸根离子（CO₃²⁻）与钙离子结合生成碳酸钙（CaCO₃）沉淀，其反应方程式为 Ca²⁺ + CO₃²⁻ = CaCO₃↓。

3、影响沉淀的因素

      离子浓度：溶液中参与沉淀反应的离子浓度越高，越容易满足溶度积条件，沉淀越容易生成。并且，适当增加沉淀剂的用量，可使沉淀反应更完全。

      温度：一般来说，温度对沉淀的溶解度有影响。多数物质的溶解度随温度升高而增大，因此降低温度有利于沉淀的生成。但也有少数物质，如氢氧化钙，其溶解度随温度升高而减小，在这种情况下，升高温度反而有利于沉淀的生成。

      溶液的pH 值：pH 值会影响某些离子的存在形式和沉淀的溶解度。例如，对于金属氢氧化物沉淀，溶液的 pH 值决定了金属离子的水解程度，从而影响沉淀的生成和溶解。在酸性条件下，金属氢氧化物沉淀可能会溶解，而在碱性条件下则更容易生成沉淀。

4、沉淀的应用

      水质净化：在水处理过程中，通过加入沉淀剂使水中的悬浮颗粒、重金属离子等形成沉淀，从而达到净化水质的目的。例如，向水中加入明矾（硫酸铝钾），铝离子水解生成氢氧化铝胶体，可吸附水中的杂质并形成沉淀，使水变得澄清。

      物质分离与提纯：利用沉淀反应可以将混合物中的某些成分分离出来。例如，在含有多种金属离子的溶液中，通过控制溶液的条件，使某些金属离子形成沉淀，而其他离子仍留在溶液中，从而实现金属离子的分离。此外，在化工生产中，也常利用沉淀法来提纯物质，去除杂质。

      化学分析：沉淀反应在化学分析中有着重要应用，如重量分析法，通过将被测物质转化为沉淀，然后称量沉淀的质量来确定被测物质的含量。另外，沉淀反应还可用于定性分析，通过观察沉淀的生成、颜色、形状等特征来判断溶液中是否存在某些离子。

十七、混凝

      是向水中加入混凝剂，使水中的胶体颗粒和细微悬浮物脱稳、凝聚成较大颗粒的过程。混凝剂通过压缩双电层、吸附架桥等作用，使原本难以沉淀的微小颗粒聚集在一起，形成易于沉淀或过滤的絮体，为后续的沉淀、过滤等处理工艺创造条件。

1、混凝的原理

      压缩双电层：水中的胶体颗粒通常带有电荷，其周围形成双电层结构。加入混凝剂后，混凝剂中的高价阳离子会进入双电层，压缩双电层的厚度，使胶体颗粒之间的静电斥力减小，当颗粒间的距离足够小时，范德华力起主导作用，促使胶体颗粒相互吸引聚集。

      吸附架桥：混凝剂水解后会生成高分子聚合物，这些聚合物具有线性结构，能够吸附在胶体颗粒表面。不同胶体颗粒表面吸附的聚合物分子相互交联，形成架桥连接，将多个胶体颗粒聚集在一起，形成较大的絮凝体。

      网捕卷扫：当混凝剂投加量较大时，混凝剂水解产生的大量氢氧化物沉淀会在下沉过程中，像网一样将水中的胶体颗粒和细小悬浮物捕获，使其随沉淀物一起沉降。

2、混凝剂的种类

      无机混凝剂：常见的有无机盐类混凝剂，如硫酸铝、聚合氯化铝（PAC）、三氯化铁等。硫酸铝在水处理中应用较早，但其适用的 pH 范围较窄；聚合氯化铝具有混凝效果好、适用 pH 范围广、投加量少等优点，是目前应用最广泛的无机混凝剂之一；三氯化铁的混凝效果强，形成的絮体密度大，沉降速度快，但具有腐蚀性，且出水颜色可能会偏黄。

      有机混凝剂：主要包括人工合成的高分子聚合物，如聚丙烯酰胺（PAM）等。有机混凝剂的分子量大，吸附架桥能力强，投加量少，产生的污泥量也较少。但有机混凝剂的价格相对较高，且某些类型的有机混凝剂可能存在一定的毒性，在使用时需要严格控制剂量。

3、影响混凝效果的因素

       水温：水温对混凝效果有明显影响。水温较低时，混凝剂水解速度缓慢，生成的絮体细小、松散，不易沉降；同时，水的黏度增大，颗粒的布朗运动减弱，不利于胶体颗粒的碰撞聚集。而水温过高，可能会使混凝剂的水解反应过于剧烈，生成的絮体结构不够紧密，也会影响混凝效果。一般来说，混凝的适宜水温在20 - 30℃。

      pH 值：不同的混凝剂有其适宜的pH 值范围。例如，硫酸铝在 pH 值为 6 - 8 时混凝效果较好，聚合氯化铝的适宜 pH 值范围在 5 - 9，而三氯化铁在 pH 值为 6 - 8.4 时效果最佳。当 pH 值超出适宜范围时，混凝剂的水解产物形态会发生变化，影响其对胶体颗粒的吸附和凝聚作用，从而降低混凝效果。

      水中杂质的性质和浓度：水中杂质的种类、颗粒大小、表面电荷等性质会影响混凝效果。如果水中存在大量的有机物，可能会吸附在胶体颗粒表面，阻碍混凝剂与胶体的接触，降低混凝效果；水中悬浮颗粒浓度过低，颗粒间的碰撞机会少，也不利于絮凝体的形成；而颗粒浓度过高，则需要投加更多的混凝剂才能达到较好的混凝效果。

4、混凝的应用

      给水处理：在自来水厂的生产过程中，混凝是去除原水中的胶体、悬浮物和部分有机物的重要工艺环节。通过混凝沉淀，可以使原水变得澄清，降低水的浊度，为后续的过滤、消毒等处理工艺创造良好的条件，提高供水质量。

      污水处理：在污水处理中，混凝常用于预处理或深度处理阶段。对于一些含有细小悬浮颗粒、胶体物质和难以生物降解的有机物的工业废水，混凝可以有效地将这些污染物去除或转化为易于沉淀或过滤的形式，降低后续处理工艺的负荷；在污水处理厂的出水深度处理中，混凝可以进一步去除水中残留的悬浮物、磷等污染物，使出水达到更高的水质标准，实现达标排放或回用。

十八、曝气

      是指将空气通过曝气设备注入到水处理构筑物中，使空气与水充分接触，增加水中的溶解氧含量，以满足好氧微生物的代谢需求，同时起到搅拌混合、促进水中有机物和微生物絮凝等作用，常用于污水处理中的好氧处理工艺，如活性污泥法、生物膜法等。

1、曝气的原理

      氧气传递：通过将空气注入水中，使空气与水充分接触，空气中的氧气便会逐渐溶解到水中，提高水的溶解氧浓度。这一过程遵循亨利定律，即在一定温度下，气体在液体中的溶解度与该气体在气相中的分压成正比。

      促进微生物代谢：在污水处理中，曝气池内存在着大量的微生物，它们以水中的有机物、氮、磷等污染物为食。充足的溶解氧是好氧微生物进行新陈代谢的必要条件，曝气提供的氧气可使微生物能够有效地分解和转化这些污染物，将其转化为二氧化碳、水和微生物细胞等物质。

      搅拌混合：曝气过程中产生的气流会引起水体的流动和搅拌，使水体内的物质充分混合。这种混合作用有助于防止水中的悬浮颗粒沉淀，使微生物与污染物能够充分接触，提高反应效率，同时也有利于均匀分布水中的溶解氧，避免局部缺氧或过氧的情况。

2、曝气的方式

      鼓风曝气：通过鼓风机将空气通过管道输送到曝气池中，空气通过安装在池底的曝气器以气泡的形式释放到水中。曝气器的种类很多，如微孔曝气器、中孔曝气器和穿孔管曝气器等。微孔曝气器能产生微小的气泡，增加气液接触面积，提高氧气传递效率，但容易堵塞；穿孔管曝气器结构简单，不易堵塞，但氧气传递效率相对较低。

      机械曝气：利用安装在水面的机械曝气装置，如曝气叶轮、曝气转刷等，通过旋转将空气带入水中。机械曝气装置在曝气的同时还能起到搅拌水体的作用。表面曝气叶轮通过高速旋转，将水抛向四周，形成水幕，使空气与水充分接触，同时叶轮的旋转也带动了水体的循环流动。曝气转刷则是通过转动的刷状部件将空气卷入水中，适用于氧化沟等污水处理工艺。

      射流曝气：利用射流器将空气与水混合后高速喷射到水中，形成强烈的紊流，使空气与水充分接触并实现氧气传递。射流曝气具有较高的氧气传递效率，且能在曝气的同时起到一定的混合和搅拌作用，适用于一些对混合效果要求较高的水处理工艺。

3、曝气的应用

      污水处理：在活性污泥法、氧化沟等好氧生物处理工艺中，曝气是关键环节之一。它为微生物提供生存所需的氧气，使微生物能够高效地分解污水中的有机物和去除氮、磷等营养物质，从而达到净化污水的目的。此外，在污水的预处理阶段，曝气也可用于改善污水的水质，如通过曝气可以去除污水中的部分挥发性有机物，提高污水的可生化性。

      给水处理：在给水处理中，曝气主要用于去除水中的铁、锰等杂质。例如，地下水中常含有二价铁和二价锰，通过曝气可以将水中的二价铁氧化成三价铁，二价锰氧化成四价锰，使其形成难溶性的氢氧化物沉淀，然后通过沉淀、过滤等工艺将其去除。同时，曝气还可以增加水中的溶解氧，改善水的感官性状，去除水中的异味和部分有机物。

      水产养殖：在水产养殖池塘中，曝气是维持水质和保障鱼类等水生生物生存的重要措施。通过曝气增加水中的溶解氧含量，可满足鱼类呼吸和池塘中有益微生物的生长需求，促进池塘内物质的循环和转化，防止水质恶化，减少鱼类疾病的发生，提高养殖产量和质量。

4、曝气的影响因素

      曝气设备的性能：不同类型和型号的曝气设备，其氧气传递效率、动力消耗、气泡大小等性能参数有所不同。高性能的曝气设备能够更有效地将空气中的氧气转移到水中，且能耗较低，如一些新型的微孔曝气器相比传统的曝气设备，氧气传递效率可提高很多。

       水质特性：水中的溶解氧饱和度、水温、酸碱度、含盐量以及污染物浓度等都会影响曝气效果。例如，水温升高会使氧气在水中的溶解度降低，但同时会加快氧气的传递速度；水中存在的一些表面活性剂或有机物可能会降低气液界面的张力，影响氧气的传递效率。

      曝气时间和强度：曝气时间和强度直接关系到水中溶解氧的含量和污染物的去除效果。曝气时间过短或强度不足，无法满足微生物对氧气的需求，导致污染物去除不彻底；而曝气时间过长或强度过大，不仅会增加能耗，还可能会对微生物的生长环境产生不利影响，如过度曝气可能会使活性污泥中的微生物絮体变得松散，影响污泥的沉降性能。

十九、气浮

      是向水中通入空气，产生微小气泡，使悬浮颗粒附着在气泡上，随气泡上升至水面，从而实现固液分离的一种水处理方法。气浮法适用于处理那些难以沉淀的细小悬浮颗粒、油脂类物质以及密度接近水的悬浮固体等，常用于工业废水处理、饮用水处理中去除藻类和低温低浊水等。

1、气浮的原理

      气泡的产生：气浮过程中，首先需要通过特定的方法产生大量微小气泡。常见的方法有加压溶气法、叶轮气浮法和曝气气浮法等。例如加压溶气法，是在一定压力下将空气溶解于水中，然后突然减压使空气以微小气泡的形式释放出来。这些微小气泡的直径通常在几十微米左右，具有很大的比表面积。

      颗粒与气泡的附着：水中的悬浮颗粒表面性质各异，一些颗粒具有疏水性，容易与气泡附着。当微小气泡与悬浮颗粒接触时，由于气泡表面的疏水性和颗粒表面的电荷特性等因素，颗粒会吸附在气泡表面。对于亲水性颗粒，通常需要添加一些絮凝剂或助凝剂，改变颗粒表面的性质，使其变得易于与气泡附着。

      上浮分离：附着有悬浮颗粒的气泡由于密度小于水，会在浮力的作用下迅速上升至水面，形成浮渣层。浮渣层可以通过刮渣设备定期清除，从而实现了悬浮颗粒与水的分离，达到净化水质的目的。

2、气浮的类型

      溶气气浮：包括全溶气气浮、部分溶气气浮和回流溶气气浮。全溶气气浮是将全部待处理水进行加压溶气，然后再减压释放气泡；部分溶气气浮是将部分待处理水进行加压溶气，其余水直接进入气浮池；回流溶气气浮则是将气浮池的出水回流一部分，与原水混合后进行加压溶气。溶气气浮法产生的气泡细小均匀，气浮效果好，在污水处理和给水处理中都有广泛应用。

      电解气浮：通过电解水产生氢气和氧气，这些气体以微小气泡的形式析出，起到气浮的作用。电解气浮法不需要额外的空气压缩机等设备，同时在电解过程中还能产生一些具有絮凝作用的物质，有助于提高气浮效果。但该方法能耗较高，设备维护要求也较高，一般适用于一些特殊的工业废水处理。

      散气气浮：利用机械剪切力将空气分散成微小气泡，如叶轮气浮就是通过叶轮的高速旋转将空气吸入并分散在水中。这种方法设备简单，操作方便，但产生的气泡较大，气浮效果相对溶气气浮法稍差，常用于一些对气浮效果要求不是特别高的场合，如工业废水的预处理。

3、气浮的应用

      污水处理：气浮法可用于处理含有细小悬浮颗粒、油脂、纤维等污染物的工业废水和生活污水。例如，在食品加工废水处理中，气浮可以有效去除废水中的油脂和蛋白质等有机物；在造纸废水处理中，能够去除废水中的细小纤维和填料等悬浮物。此外，对于一些难以沉淀的活性污泥，气浮法也可作为污泥浓缩的一种有效手段。

      给水处理：在饮用水处理中，气浮可用于去除原水中的藻类、浮游生物以及一些胶体物质。特别是在湖泊、水库等水源受到富营养化污染时，气浮法能够快速有效地去除水中的藻类，提高饮用水的质量。同时，气浮还可以与其他水处理工艺如混凝沉淀、过滤等联合使用，进一步提高水质。

      其他领域：气浮技术还在一些其他领域得到应用。例如在选矿行业，可用于分离矿物颗粒；在印染行业，可用于去除印染废水中的染料颗粒；在养殖行业，可用于净化养殖水体，去除水中的悬浮物和有机物，改善养殖环境。

4、气浮的影响因素

      气泡的特性：气泡的大小、数量和稳定性对气浮效果有重要影响。气泡越小，比表面积越大，与悬浮颗粒的接触机会越多，气浮效果越好。同时，气泡的数量也需要足够，以保证能够与大量的悬浮颗粒附着。此外，气泡的稳定性要好，避免在上升过程中过早破裂，影响气浮效果。

      水质条件：原水的pH 值、温度、悬浮物浓度、溶解性有机物等水质条件会影响气浮效果。例如，不同的 pH 值会影响悬浮颗粒的表面电荷性质和絮凝剂的水解形态，从而影响颗粒与气泡的附着；水温过高或过低都会对气泡的产生和附着过程产生影响，一般水温在 15 - 30℃时气浮效果较好。

      絮凝剂和助凝剂的使用：合理使用絮凝剂和助凝剂可以改善悬浮颗粒的性质，提高颗粒与气泡的附着效率。不同的水质需要选择合适的絮凝剂和助凝剂种类及投加量。例如，对于含有高浓度有机物的废水，可能需要投加阳离子型絮凝剂；而对于含有较多无机颗粒的废水，阴离子型絮凝剂可能效果更好。助凝剂如聚丙烯酰胺等可以增强絮凝体的强度和稳定性，提高气浮效果。

二十、生物膜

      是指附着在固体表面的一层由微生物及其代谢产物组成的黏膜状物质。在生物膜法污水处理工艺中，污水与生物膜接触，其中的有机物和营养物质被生物膜上的微生物吸附、分解，从而实现污水处理。生物膜具有较高的生物量和丰富的微生物群落，能适应不同的水质和环境条件，对污水中的有机物、氮、磷等污染物有较好的去除效果。

1、生物膜的结构

      微生物群落：生物膜中包含多种微生物，如细菌、真菌、藻类和原生动物等。这些微生物通过相互作用形成复杂的生态系统。例如，一些细菌可以分解有机物质，为其他微生物提供营养物质；藻类可以通过光合作用产生氧气，为好氧微生物提供生存条件。

      胞外聚合物：微生物会分泌胞外聚合物，主要由多糖、蛋白质、核酸和脂质等组成。这些聚合物形成了生物膜的基质，将微生物细胞包裹在其中，起到保护和固定微生物的作用，同时也为微生物提供了一个稳定的生存环境。

2、生物膜的形成过程

      初始附着：水中的微生物首先会附着到固体表面。这个过程受到多种因素的影响，包括固体表面的性质、微生物的种类和数量以及水流条件等。例如，表面带有电荷的固体更容易吸附微生物。

      生长和繁殖：附着的微生物开始生长和繁殖，分泌胞外聚合物，逐渐形成一层薄的生物膜。随着时间的推移，生物膜会不断增厚，微生物的数量和种类也会逐渐增加。

      成熟：生物膜发展到一定阶段后会达到成熟状态。此时，生物膜具有复杂的结构和功能，内部形成了不同的微环境，如好氧区、缺氧区和厌氧区等，以适应不同微生物的生长需求。

3、生物膜的功能

      水质净化：在水处理中，生物膜可以通过微生物的代谢作用去除水中的有机物、氮、磷等污染物。例如，生物膜中的好氧细菌可以将有机物分解为二氧化碳和水，而厌氧细菌可以将有机物转化为甲烷等气体。同时，生物膜还可以吸附和降解水中的重金属离子和农药等有害物质。

      微生物固定化：生物膜为微生物提供了一个固定的生长场所，使微生物能够在水流等环境因素变化较大的情况下保持较高的活性和稳定性。与悬浮生长的微生物相比，生物膜中的微生物更不容易受到外界环境的冲击，能够更高效地进行污染物的降解和转化。

      生态系统维持：在自然环境中，生物膜是许多生态系统的重要组成部分。例如，河流中的生物膜可以为水生生物提供食物和栖息地，同时参与物质循环和能量转换过程。生物膜中的微生物还可以与其他生物进行相互作用，影响生态系统的结构和功能。

4、生物膜在水处理中的应用

      生物膜反应器：这是一种常见的水处理设备，利用生物膜的作用来净化污水。常见的生物膜反应器包括生物滤池、生物转盘、曝气生物滤池和膜生物反应器等。在这些反应器中，污水通过与生物膜接触，其中的污染物被微生物分解和去除。生物膜反应器具有处理效率高、占地面积小、运行稳定等优点，广泛应用于工业废水和生活污水的处理。

      饮用水处理：生物膜也可以应用于饮用水处理过程中，主要用于去除水中的有机物、氨氮和铁锰等物质。例如，在生物活性炭滤池中，活性炭表面形成的生物膜可以通过微生物的作用降解水中的有机物，同时活性炭本身可以吸附水中的其他污染物，从而提高饮用水的质量。

5、生物膜的负面影响

      管道堵塞：在一些工业和市政管道系统中，生物膜的生长可能会导致管道堵塞。生物膜中的微生物和胞外聚合物会逐渐积累在管道内壁，减少管道的流通截面积，增加水流阻力，影响管道的正常运行。

      微生物腐蚀：生物膜中的某些微生物可以产生酸性物质或其他腐蚀性物质，从而加速金属管道和设备的腐蚀。这种微生物腐蚀会降低设备的使用寿命，增加维修成本，同时还可能导致管道泄漏等安全问题。

      生物污染：在一些特定的环境中，如食品加工行业和医疗领域，生物膜的存在可能会引发生物污染。生物膜中的微生物可能会滋生细菌、病毒和真菌等病原体，这些病原体可能会污染食品、医疗器械和药品等，对人类健康造成威胁。

二十一、水解酸化

      是一种将复杂有机物在厌氧条件下分解为简单有机物的预处理工艺。在水解酸化阶段，通过水解细菌和酸化细菌的作用，将水中的大分子有机物如多糖、蛋白质、脂肪等分解为小分子的有机酸、醇类、二氧化碳和氢气等，提高废水的可生化性，为后续的好氧生物处理创造有利条件。

1、原理

      水解过程：复杂的大分子有机物（如多糖、蛋白质和脂肪等）在水解细菌的作用下，通过加水分解成较小分子的有机物，如单糖、氨基酸和脂肪酸等。这一过程打破了有机物的复杂结构，使其更易于被后续的微生物进一步分解。

      酸化过程：水解后的小分子有机物在产酸菌的作用下，进一步转化为挥发性脂肪酸（如乙酸、丙酸、丁酸等）、醇类、二氧化碳和氢气等。在水解酸化阶段，通常控制反应条件使产酸过程占主导，而不希望过多地产生甲烷等气体，因为甲烷的产生需要更严格的厌氧条件和较长的反应时间。

2、作用

        提高废水可生化性：许多工业废水中含有大量难以生物降解的有机物，通过水解酸化作用，将这些大分子有机物转化为小分子有机物，降低了废水的复杂性，提高了废水的可生化性，为后续的好氧生物处理或厌氧生物处理创造了有利条件。例如，印染废水中的一些染料分子结构复杂，难以被微生物直接分解，经过水解酸化后，染料分子的结构被破坏，变成相对容易降解的物质，有利于后续生物处理对染料的去除。

      去除部分有机物：水解酸化过程本身也能去除一部分有机物。在水解酸化阶段，有机物被转化为挥发性脂肪酸等物质，这些物质可以在后续的处理工艺中被进一步去除。一般来说，水解酸化对有机物的去除率可达20% - 50% 左右，具体去除效果取决于废水的性质和水解酸化的工艺条件。

      缓冲水质和水量波动：水解酸化池通常具有一定的调节容积，可以对进水的水质和水量波动起到缓冲作用。当进水水质或水量发生变化时，水解酸化池内的微生物群落能够在一定程度上适应这种变化，减少对后续处理工艺的冲击，保证整个污水处理系统的稳定性和可靠性。

3、工艺特点

      对水质要求相对较低：水解酸化工艺对废水的水质要求不像厌氧消化那样严格，它可以适应较高的有机物浓度和较低的pH 值范围。一般来说，水解酸化池可以承受 COD（化学需氧量）浓度在 1000 - 10000mg/L 左右的废水，pH 值在 5.0 - 8.5 之间都能较好地运行。

      能耗低：与好氧生物处理相比，水解酸化过程不需要曝气，因此能耗较低。同时，由于水解酸化阶段不需要将有机物完全转化为二氧化碳和水，反应条件相对温和，也减少了能源的消耗。

      污泥产量少：在水解酸化过程中，微生物的代谢产物主要是挥发性脂肪酸等物质，而不是大量的污泥。与好氧生物处理相比，水解酸化产生的污泥量较少，一般可以减少30% - 50% 左右，这降低了污泥处理和处置的成本。

4、影响因素

      温度：温度对水解酸化过程有显著影响。一般来说，水解酸化反应的适宜温度范围在15 - 35℃之间。在这个温度范围内，微生物的活性较高，水解酸化反应速度较快。当温度低于 10℃时，微生物的活性会受到抑制，水解酸化效果明显下降；而当温度高于 40℃时，可能会导致微生物的蛋白质变性，影响水解酸化过程的正常进行。

       pH 值：pH 值也是影响水解酸化过程的重要因素之一。水解酸化微生物适宜的 pH 值范围通常在 5.5 - 7.5 之间。在这个 pH 值范围内，微生物的酶活性较高，能够有效地进行水解和酸化反应。如果 pH 值过高或过低，都会影响微生物的代谢活动，导致水解酸化效果变差。

       水力停留时间：水力停留时间（HRT）是指废水在水解酸化池内的平均停留时间。HRT 对水解酸化效果有直接影响，一般来说，HRT 越长，废水与微生物的接触时间越长，水解酸化效果越好。但过长的 HRT 会导致反应器容积增大，投资和运行成本增加。对于不同的废水，需要通过试验确定合适的 HRT，一般在 4 - 24 小时之间。

二十二、活性污泥

       是由细菌、真菌、原生动物和后生动物等微生物与悬浮物质、胶体物质混杂在一起形成的具有吸附分解有机物能力的絮状体颗粒。在污水处理的活性污泥法中，活性污泥是处理污水的主体，通过曝气等方式使活性污泥与污水充分接触，利用其中的微生物分解污水中的有机物和营养物质，达到净化污水的目的。

1、定义与组成

      定义：活性污泥是由细菌、真菌、原生动物和后生动物等微生物群体及其代谢产物组成的、具有较强吸附和分解有机物能力的絮状污泥颗粒。

      组成：主要包括微生物、有机物和无机物。微生物是活性污泥的核心成分，如以菌胶团形式存在的细菌，能分解有机物；原生动物如钟虫、草履虫等，可吞食细菌和有机颗粒，起到净化水质和指示水质的作用；后生动物如轮虫、线虫等，通常在水质较好时出现。有机物包括微生物的代谢产物、未被完全分解的有机物质等。无机物则是由污水中带入的一些惰性物质。

2、工作原理

      吸附作用：活性污泥具有巨大的比表面积，能够吸附污水中的有机物、重金属离子等污染物。在污水与活性污泥接触的初期，大部分有机物会快速被吸附到活性污泥表面。

      生物分解作用：吸附在活性污泥上的有机物，在微生物分泌的胞外酶作用下，被分解为小分子有机物，然后进入微生物细胞内，通过微生物的代谢作用，最终被分解为二氧化碳和水等无机物，从而实现污水的净化。例如，好氧细菌在有氧条件下，将有机物彻底分解为二氧化碳和水；而在缺氧或厌氧条件下，一些细菌可进行反硝化作用或厌氧发酵等过程。

3、活性污泥法系统的组成

      曝气池：是活性污泥与污水充分混合接触，进行物质交换的场所。在曝气池内，通过曝气设备向混合液中充入空气，提供微生物所需的氧气，同时使活性污泥和污水充分混合，促进有机物的分解和微生物的生长。

      二沉池：其作用是使活性污泥与处理后的水分离。经过曝气池处理后的混合液流入二沉池，在重力作用下，活性污泥沉淀到池底，上清液则作为处理后的水排出。沉淀下来的污泥一部分回流到曝气池，以维持曝气池中活性污泥的浓度；另一部分则作为剩余污泥排出系统。

      污泥回流系统：将二沉池底部的活性污泥回流至曝气池前端，以保证曝气池中活性污泥的数量和活性，使活性污泥法系统能够稳定运行。污泥回流比通常根据处理工艺和水质情况进行调整，一般在20% - 100% 之间。

      剩余污泥排放系统：排出曝气池中多余的活性污泥，以维持活性污泥系统的稳定运行。剩余污泥的排放量需要根据污泥的增长情况和处理水质的要求进行控制，避免污泥过度增长导致处理效果下降。

4、影响活性污泥性能的因素

      溶解氧：溶解氧是影响活性污泥中微生物代谢活动的重要因素。一般来说，好氧活性污泥法中，曝气池混合液的溶解氧浓度应保持在2 - 4mg/L 左右。如果溶解氧过低，会导致微生物的代谢活动受到抑制，处理效果下降，甚至可能引发污泥膨胀等问题；而溶解氧过高，则会增加能耗，同时可能对一些微生物的生长产生不利影响。

      水温：活性污泥微生物的生长和代谢受水温的影响较大。适宜的水温范围一般在15 - 35℃之间。水温过低时，微生物的活性降低，反应速度变慢，处理效果下降；水温过高则可能导致微生物的蛋白质变性，影响其正常代谢，甚至使微生物死亡。

      营养物质：活性污泥中的微生物生长需要一定的营养物质，主要包括碳源、氮源、磷源以及一些微量元素。一般要求污水中的BOD₅（五日生化需氧量）、氮、磷的比例为 100:5:1。如果营养物质不足，会影响微生物的生长和代谢，导致处理效果下降；而营养物质过多，则可能引起污泥膨胀等问题。

      pH 值：活性污泥微生物适宜的pH 值范围通常在 6.5 - 8.5 之间。在这个范围内，微生物的酶活性较高，能够正常进行代谢活动。pH 值过高或过低都会影响微生物的生长和代谢，导致活性污泥的性能下降，甚至使微生物死亡。

5、活性污泥法的优缺点

      优点：具有处理效率高、出水水质好的特点，能够有效地去除污水中的有机物、氮、磷等污染物，出水水质可以达到较高的标准；对水质和水量的变化有一定的适应能力，通过调整运行参数，可以适应不同浓度和流量的污水；技术成熟，运行管理经验丰富，在国内外的污水处理领域得到了广泛的应用。

      缺点：占地面积较大，尤其是对于大型污水处理厂，需要较大的场地来建设曝气池、二沉池等设施；运行成本较高，主要是由于曝气过程需要消耗大量的能源，同时污泥处理和处置也需要一定的费用；容易出现污泥膨胀、污泥上浮等问题，这些问题会影响处理效果和出水水质，需要采取相应的措施进行控制和解决。

二十二、污泥沉降比（SV）

      是指将混匀的曝气池活性污泥混合液迅速倒进1000mL 量筒中至满刻度，静置沉淀 30 分钟后，则沉淀污泥与所取混合液之体积比即为污泥沉降比（%），又称 30 分钟沉降率。该指标能反映曝气池正常运行时的污泥量，可用于控制剩余污泥的排放，是衡量活性污泥法系统运行状况的重要指标之一。

1、定义

      污泥沉降比是指将曝气池混合液在量筒中静置30 分钟后，沉淀污泥与混合液的体积比，通常用百分比表示。例如，取 1000 毫升曝气池混合液，静置 30 分钟后，沉淀污泥的体积为 300 毫升，则污泥沉降比为 30%。

2、作用及意义

       反映污泥沉降性能：SV 能直观地反映活性污泥的沉降性能。一般来说，正常的活性污泥在 30 分钟内可以较好地沉淀，SV 值在一定范围内波动。如果 SV 值过高，说明污泥沉降性能较差，可能存在污泥膨胀、污泥老化等问题；如果 SV 值过低，则可能表示污泥浓度过低，需要调整运行参数以增加污泥量。

       指导污泥排放量：通过监测SV 值，可以了解污泥的增长情况，从而合理控制剩余污泥的排放量。当 SV 值逐渐升高，表明污泥量在增加，可能需要适当增加排泥量；反之，当 SV 值较低时，可以减少排泥量，以维持曝气池中合适的污泥浓度。

      反映污水处理效果：SV 值与污水处理效果有一定的相关性。在正常运行情况下，SV 值相对稳定，处理效果也较好。如果 SV 值出现异常波动，往往伴随着出水水质的变化，如出水的悬浮物增加、化学需氧量（COD）升高等，这就提示需要对污水处理系统进行检查和调整。

3、测定方法

      取曝气池混合液，注入1000 毫升的量筒中，至满刻度。

      静置30 分钟，让混合液中的污泥自然沉淀。

      30 分钟后，读取沉淀污泥的体积，计算其占混合液总体积的百分比，即为污泥沉降比。

4、正常范围

      不同的污水处理工艺和水质条件下，污泥沉降比的正常范围有所差异。一般来说，对于城市污水处理厂，活性污泥法的SV 值通常在 15% - 30% 左右。但在一些工业废水处理中，由于水质复杂，SV 值可能会偏离这个范围。例如，处理高浓度有机废水时，污泥浓度较高，SV 值可能会达到 40% - 60%；而在处理低温、低浓度污水时，SV 值可能会相对较低，在 10% - 20% 之间。

5、注意事项

       取样的代表性：为了保证测定结果的准确性，取样时应确保所取的混合液能够代表曝气池内的整体情况。应在曝气池的不同位置、不同深度进行多点取样，然后混合均匀。

      操作的规范性：在测定过程中，要严格按照操作步骤进行，量筒要保持垂直放置，读数时要平视液面，避免因操作不规范而导致误差。

      结合其他指标分析：SV 值只是一个反映污泥性能的指标，在实际应用中，需要结合污泥浓度（MLSS）、污泥体积指数（SVI）、出水水质等其他指标进行综合分析，才能准确判断污水处理系统的运行状况。

二十三、污泥体积指数（SVI）

       是指曝气池出口处混合液经30 分钟静沉后，1g 干污泥所占的容积，单位为 mL/g。SVI 值能较好地反映出活性污泥的松散程度和凝聚沉降性能。一般来说，SVI 值过低，说明污泥颗粒细小紧密，无机物含量多，缺乏活性和吸附能力；SVI 值过高，表明污泥沉降性能不好，可能存在污泥膨胀问题。

1、定义

       污泥体积指数是指曝气池出口处混合液经30 分钟静置沉淀后，1 克干污泥所占的容积，单位为毫升 / 克（mL/g）。其计算公式为：(SVI=frac{SVtimes1000}{MLSS})，其中SV是污泥沉降比（%），MLSS是混合液悬浮固体浓度（mg/L）。例如，污泥沉降比为 30%，混合液悬浮固体浓度为 3000mg/L，则(SVI=frac{30times1000}{3000}=10mL/g)。

2、作用及意义

      判断污泥的凝聚沉降性能：SVI 值可以直观地反映活性污泥的凝聚、沉降性能。一般来说，SVI 值在 50 - 150mL/g 之间时，污泥的沉降性能良好，污泥具有较高的活性和较好的凝聚性；当 SVI 值超过 150mL/g 时，污泥的沉降性能变差，可能存在污泥膨胀现象，导致污泥难以沉淀，影响二沉池的分离效果和出水水质；而 SVI 值低于 50mL/g 时，说明污泥的活性较低，可能是污泥老化或污泥浓度过高所致。

      指导污水处理工艺运行：通过监测SVI 值，操作人员可以及时了解活性污泥的性能变化，从而调整污水处理工艺的运行参数。例如，当 SVI 值升高时，可能需要减少曝气量、调整污泥回流比或采取其他措施来控制污泥膨胀；当 SVI 值较低时，可以考虑增加污泥负荷，提高污泥的活性。

3、影响因素

      污泥性质：污泥中微生物的种类、数量和组成会影响SVI 值。例如，当污泥中丝状菌大量繁殖时，会使污泥的结构松散，体积增大，SVI 值升高；而当污泥中以菌胶团细菌为主时，污泥结构紧密，沉降性能好，SVI 值较低。

      污水水质：污水中的有机物浓度、营养物质比例、有毒有害物质等都会对SVI 值产生影响。如果污水中碳源含量过高，而氮、磷等营养物质不足，可能会导致微生物的代谢不平衡，使污泥的 SVI 值升高；此外，污水中的重金属离子、有毒有机物等也可能抑制微生物的生长和代谢，影响污泥的性能，导致 SVI 值异常。

      运行条件：曝气池的运行条件如曝气量、水温、pH 值等对 SVI 值也有重要影响。曝气量过大或过小都可能影响微生物的生长和代谢，进而影响污泥的沉降性能；水温过高或过低会改变微生物的活性和代谢速率，导致 SVI 值发生变化；pH 值偏离微生物适宜的范围时，也会影响污泥的性能，使 SVI 值出现波动。

4、测定方法

      首先按照标准方法测定污泥沉降比（SV）和混合液悬浮固体浓度（MLSS）。

      然后根据上述公式计算出污泥体积指数（SVI）。

      在实际应用中，为了保证测定结果的准确性，需要注意取样的代表性和操作的规范性，同时要结合污水处理系统的实际运行情况，对SVI 值进行综合分析和判断。