污水处理中水回用设备的原理

污水处理中水回用设备主要是通过物理、生物和化学原理对污水进行处理，使其达到回用标准。

一、物理处理原理

1. 格栅过滤

• 设备前端通常设有格栅，这是一种物理屏障。格栅由一组平行的金属栅条或筛网构成，其原理是基于物理筛除。粗格栅的栅条间隙一般在 10 - 50mm 之间，能够拦截污水中较大的固体杂物，如树枝、塑料瓶等。细格栅的栅条间隙在 1 - 10mm 之间，用于去除较小的固体颗粒，像毛发、纤维等。这样可以防止固体物质进入后续处理单元，避免堵塞管道和损坏设备。

2. 沉淀分离

• 沉淀是利用重力作用使悬浮颗粒在水中沉降的过程。在沉淀池中，污水的流速被控制在较低水平，使悬浮颗粒有足够的时间沉淀到池底。根据斯托克斯定律，颗粒在液体中的沉降速度与颗粒的直径、密度以及液体的密度和粘度有关。较重、较大的颗粒，如泥沙、金属碎屑等，会先沉淀下来。通过沉淀，可以去除污水中大部分的可沉降固体，降低污水的浑浊度。

3. 过滤介质截留

• 过滤是通过填充有过滤介质（如石英砂、活性炭、纤维球等）的过滤器来实现的。当污水流经过滤介质时，介质的孔隙会截留污水中的细小悬浮颗粒。例如，石英砂过滤器利用砂粒之间的孔隙大小来过滤，能去除水中的泥沙、铁锈等微小颗粒，使水的浑浊度降低。活性炭过滤器则是利用活性炭巨大的比表面积和丰富的孔隙结构，吸附水中的有机物、色度和异味，有效改善水质。

二、生物处理原理

1. 活性污泥法

• 在曝气池中，活性污泥（由细菌、真菌、原生动物和后生动物等微生物群体以及它们所吸附的有机和无机物质组成的絮状体）与污水充分混合。微生物利用污水中的有机物作为营养源进行新陈代谢。在有氧条件下，它们通过呼吸作用将有机物分解为二氧化碳、水和微生物自身的细胞物质。例如，细菌会先分解污水中的糖类、蛋白质等复杂有机物，将其转化为小分子的有机酸、氨基酸等中间产物，然后其他微生物进一步氧化分解这些中间产物。同时，曝气系统不断向曝气池中提供氧气，以维持微生物的好氧代谢。二沉池用于将活性污泥与处理后的水分离，部分活性污泥回流到曝气池前端，以保持曝气池中足够的微生物浓度，部分剩余污泥则需要进行妥善处理。

2. 生物膜法

• 生物膜法是让微生物附着在填料表面形成生物膜来处理污水。填料可以是塑料环、纤维束等多种形式，它们为微生物提供了稳定的附着生长环境。当污水流经生物膜时，生物膜中的微生物利用水中的溶解氧分解有机污染物。生物膜具有分层结构，外层的微生物能够直接接触污水中的有机物和氧气，进行好氧分解；内层的微生物在缺氧或厌氧条件下，也可以进行反硝化等反应，去除污水中的氮素。例如，在处理含有氨氮的污水时，生物膜外层的硝化细菌将氨氮氧化为硝酸盐，硝酸盐扩散到生物膜内层后，被反硝化细菌还原为氮气排出，从而有效地降低污水中的氮含量。

三、化学处理原理

1. 混凝沉淀

• 向污水中加入混凝剂（如聚合氯化铝、硫酸亚铁等），使污水中的细小悬浮颗粒和胶体物质脱稳，形成较大的絮体沉淀下来。混凝剂的作用是通过中和颗粒表面的电荷，使颗粒之间能够相互碰撞并凝聚。例如，聚合氯化铝在水中水解形成多核羟基络合物，这些络合物能够吸附污水中的悬浮颗粒，使它们聚集在一起。当形成足够大的絮体后，通过沉淀或过滤将其从污水中去除，这种方法可以有效地去除污水中的色度、重金属离子和部分有机物。

2. 消毒处理

• 消毒是为了杀灭污水中残留的细菌、病毒、寄生虫卵等有害微生物，确保中水回用的安全性。常用的消毒方法有紫外线消毒、二氧化氯消毒和氯消毒等。紫外线消毒是利用紫外线（一般为 254nm 波长）照射污水，紫外线能够穿透微生物的细胞壁和细胞膜，破坏微生物的 DNA 或 RNA 结构，使微生物无法进行正常的繁殖和代谢，从而达到消毒的目的。二氧化氯消毒是基于二氧化氯的强氧化性，它可以与微生物细胞内的酶系统和蛋白质发生反应，氧化并破坏它们，从而杀死微生物。氯消毒是通过向水中加入氯气或含氯化合物（如次氯酸钙、次氯酸钠等），生成次氯酸，次氯酸具有强氧化性，能够分解细菌的细胞壁，进入细胞内部氧化蛋白质和核酸等物质，起到消毒作用。

污水处理中水回用设备通过综合运用这些物理、生物和化学原理，将污水中的污染物去除，使处理后的水达到回用的水质标准，实现水资源的循环利用。