污水處理中水回用設備主要是通過物理、生物和化學原理對污水進行處理，使其達到回用標準。
一、物理處理原理
格柵過濾
設備前端通常設有格柵，這是一種物理屏障。格柵由一組平行的金屬柵條或篩網構成，其原理是基于物理篩除。粗格柵的柵條間隙一般在 10 - 50mm 之間，能夠攔截污水中較大的固體雜物，如樹枝、塑料瓶等。細格柵的柵條間隙在 1 - 10mm 之間，用于去除較小的固體顆粒，像毛發、纖維等。這樣可以防止固體物質進入后續處理單元，避免堵塞管道和損壞設備。
沉淀分離
沉淀是利用重力作用使懸浮顆粒在水中沉降的過程。在沉淀池中，污水的流速被控制在較低水平，使懸浮顆粒有足夠的時間沉淀到池底。根據斯托克斯定律，顆粒在液體中的沉降速度與顆粒的直徑、密度以及液體的密度和粘度有關。較重、較大的顆粒，如泥沙、金屬碎屑等，會先沉淀下來。通過沉淀，可以去除污水中大部分的可沉降固體，降低污水的渾濁度。
過濾介質截留
過濾是通過填充有過濾介質（如石英砂、活性炭、纖維球等）的過濾器來實現的。當污水流經過濾介質時，介質的孔隙會截留污水中的細小懸浮顆粒。例如，石英砂過濾器利用砂粒之間的孔隙大小來過濾，能去除水中的泥沙、鐵銹等微小顆粒，使水的渾濁度降低。活性炭過濾器則是利用活性炭巨大的比表面積和豐富的孔隙結構，吸附水中的有機物、色度和異味，有效改善水質。
二、生物處理原理
活性污泥法
在曝氣池中，活性污泥（由細菌、真菌、原生動物和后生動物等微生物群體以及它們所吸附的有機和無機物質組成的絮狀體）與污水充分混合。微生物利用污水中的有機物作為營養源進行新陳代謝。在有氧條件下，它們通過呼吸作用將有機物分解為二氧化碳、水和微生物自身的細胞物質。例如，細菌會先分解污水中的糖類、蛋白質等復雜有機物，將其轉化為小分子的有機酸、氨基酸等中間產物，然后其他微生物進一步氧化分解這些中間產物。同時，曝氣系統不斷向曝氣池中提供氧氣，以維持微生物的好氧代謝。二沉池用于將活性污泥與處理后的水分離，部分活性污泥回流到曝氣池前端，以保持曝氣池中足夠的微生物濃度，部分剩余污泥則需要進行妥善處理。
生物膜法
生物膜法是讓微生物附著在填料表面形成生物膜來處理污水。填料可以是塑料環、纖維束等多種形式，它們為微生物提供了穩定的附著生長環境。當污水流經生物膜時，生物膜中的微生物利用水中的溶解氧分解有機污染物。生物膜具有分層結構，外層的微生物能夠直接接觸污水中的有機物和氧氣，進行好氧分解；內層的微生物在缺氧或厭氧條件下，也可以進行反硝化等反應，去除污水中的氮素。例如，在處理含有氨氮的污水時，生物膜外層的硝化細菌將氨氮氧化為硝酸鹽，硝酸鹽擴散到生物膜內層后，被反硝化細菌還原為氮氣排出，從而有效地降低污水中的氮含量。
三、化學處理原理
混凝沉淀
向污水中加入混凝劑（如聚合氯化鋁、硫酸亞鐵等），使污水中的細小懸浮顆粒和膠體物質脫穩，形成較大的絮體沉淀下來。混凝劑的作用是通過中和顆粒表面的電荷，使顆粒之間能夠相互碰撞并凝聚。例如，聚合氯化鋁在水中水解形成多核羥基絡合物，這些絡合物能夠吸附污水中的懸浮顆粒，使它們聚集在一起。當形成足夠大的絮體后，通過沉淀或過濾將其從污水中去除，這種方法可以有效地去除污水中的色度、重金屬離子和部分有機物。
消毒處理
消毒是為了殺滅污水中殘留的細菌、病毒、寄生蟲卵等有害微生物，確保中水回用的安全性。常用的消毒方法有紫外線消毒、二氧化氯消毒和氯消毒等。紫外線消毒是利用紫外線（一般為 254nm 波長）照射污水，紫外線能夠穿透微生物的細胞壁和細胞膜，破壞微生物的 DNA 或 RNA 結構，使微生物無法進行正常的繁殖和代謝，從而達到消毒的目的。二氧化氯消毒是基于二氧化氯的強氧化性，它可以與微生物細胞內的酶系統和蛋白質發生反應，氧化并破壞它們，從而殺死微生物。氯消毒是通過向水中加入氯氣或含氯化合物（如次氯酸鈣、次氯酸鈉等），生成次氯酸，次氯酸具有強氧化性，能夠分解細菌的細胞壁，進入細胞內部氧化蛋白質和核酸等物質，起到消毒作用。
污水處理中水回用設備通過綜合運用這些物理、生物和化學原理，將污水中的污染物去除，使處理后的水達到回用的水質標準，實現水資源的循環利用。
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