废水的物理处理方法与基本原理

第四章废水物化处理 物化处理包括物理法、 化学法和物理化学法， 主要根据废水中污染物的物 理性质、 化学性质等与水的差异进行废水的处理净化。 第一节废水的物理处理方法及基本原理 一、 物理处理法 物理处理法是最基本最常用的一类处理生活污水或工业废水的单元技 术， 常用作废 （污） 水的一级治理或预处理。常用作化学处理法、 生物处理法的 预处理方法， 甚至成为这些方法不可分割的一个组成部分， 也可单独应用。物 理处理法主要是用来分离或回收废水中的悬浮性物质， 它在处理的过程中不 改变污染物质的组成和化学性质。常用的物理处理方法有： 沉降与气浮， 隔截 与过滤， 离心分离和蒸发浓缩等。一般情况下， 物理处理法所需的投资和运行 费用较低， 故常被优先考虑或采用。然而， 对于大多数的工业废水来说， 单纯 依靠物理方法净化， 往往不能达到理想的处理结果， 还需与其他的治理方法配 合使用。表 ! “ # 为废水物理处理的基本方法、 处理对象及适用范围。 表 ! “ #废水物理处理的基本方法和适用范围 处理方法处理对象适 用 范 围 调节使水质、 水量均衡预处理 重力分离法 沉淀可沉固体预处理 隔油颗粒较大的油珠预处理 气浮 （浮选）乳状油、 相对密度近于 # 的悬浮物中间处理 离心分离法 $% 第一编水处理基础知识 处理方法处理对象适 用 范 围 水力旋流器 相对密度比水大或小的悬浮物， 如铁皮、 砂、 油类等 预处理 离心机乳状油、 纤维、 纸浆、 晶体、 泥沙等预处理或中间处理 过滤 格栅粗大悬浮物预处理 筛网较小悬浮物预处理 砂滤细小悬浮物厚油状中间或最终处理 布滤细小悬浮物、 浮渣、 沉渣脱水中间或最终处理 微孔管极细小的悬浮物最终处理 微滤机细小悬浮物最终处理 热处理 蒸发高浓度酸、 碱废液中间处理 结晶可结晶物质如硫酸亚铁、 黄血盐等最终处理 磁分离 可磁化物质如钢铁、 选矿、 机械工业废水中 磁性悬浮物 中间或最终处理 二、 物理处理的基本原理 !“按废水中污染物的比重和大小差异特性净化废水 废水中不溶性污染物的去除一般通过比重差异进行沉淀分离、 浮游分离， 如废水预处理沉砂、 隔油等； 对小颗粒的悬浮物和与水比重相差较小的污染 物， 通过离心力的作用， 加大污染物与水之间沉降速度的差异， 增加分离系数， 实现污染物的分离， 如采用高速离心机来分离洗毛废水中所含的羊毛脂等； 利 用废水中不溶性污染物的大小的差异， 通过截留分离出污染物， 如所有污水处 理预处理中的格栅去除固形物等。 #“按废水中污染物的沸点和结晶点差异特性净化废水 利用污染物与水的沸点的不同， 一种是采用蒸发的方法使水汽化， 污染物 在水相浓缩后达到结晶浓度实现污染物的分离， 如用浸没燃烧蒸发器处理冶 金工业的硫酸酸洗废液， 回收硫酸和亚硫酸铁。 废水的物理处理基本原理见表 $ % #。 !& 第四章废水物化处理 表 ! “ #废水物理处理的基本原理 方法基本原理 重 力 分 离 法 利用废水中悬浮物质与水的性质不同， 在重力作用下实现分离的过程。当悬浮物的比重 大于 $ 时， 就下沉， 称之为沉降或沉淀。在沉淀过程中， 悬浮物颗粒形状大小不变的， 称之 自由沉淀； 若悬浮物的颗粒形状大小不断地增大， 则称之为絮凝沉淀。当悬浮物的比重小 于 $ 时， 就上浮， 称之重力浮选。然而， 对于呈乳化状态或比重接近于 $ 的悬浮性物质， 难以 自然沉降或上浮， 必须依靠通入空气或进行机械搅拌， 以形成大量气泡， 将乳化微粒粘附而 带到水面， 与水进行分离， 这种强制上浮又称做气浮或浮选 离 心 分 离 法 高速旋转的物体能产生离心力， 利用离心力的作用可将悬浮性物质从废水中分离出来。 含有悬浮物或乳化油的废水高速旋转时， 由于悬浮颗粒、 乳化油等和水的质量不同， 因而会 受到大小不等的离心力的作用。质量大的悬浮性固体颗粒， 受到较大的离心力作用， 被甩 到了外侧； 而质量小的水受到的离心力作用也较小， 便被留在了内圈， 利用不同的排出口将 其分别引出， 便可实现固一液分离的目的。离心分离时， 由于离心力对悬浮颗粒或乳化油 的作用远远超过了重力和压力的作用， 因此对悬浮物颗粒或乳化油的澄清也大大的强化了 过 滤 分 离 法 将废水通过一层带孔隙的过滤装置或介质， 大于孔隙尺寸的悬浮物颗粒物质被截留在介 质的表面， 从而使废水得到了净化。经过一定时间的使用以后， 过水的阻力增加， 就必须采 取一定的措施， 如通常采用反冲洗将截留物从过滤介质上除去。常用的过滤介质有两类； 一种是颗粒状材料， 如石英砂、 无烟煤、 金属屑、 纤维球以及聚氯乙烯球或聚丙乙烯球等。 另一种是多孔性介质， 如格栅、 筛网、 帆布或尼龙布、 微孔管等。只有根据废水中悬浮物的 物质进行正确的选择时， 才能收到良好的过滤效果 蒸 发 与 结 晶 法 蒸发是依靠加热使溶液中的溶剂 （如水等） 汽化， 溶液得到浓缩的过程； 结晶是利用过饱 和溶液的不稳定原理， 将废水中过剩的溶解物质以结晶形式析出， 再将母液分离出来就得 到了纯净的产品。在废水处理中常利用结晶的方法， 回收有用物质或去除污染物达到净化 的目的 第二节废水的化学处理方法及基本原理 一、 化学处理法 主要是利用化学反应来分离或回收废水中的胶体物质、 溶解性物质等污 染物， 以达到回收有用物质、 降低废水中的酸碱度、 去除金属离子、 氧化某些有 #% 第一编水处理基础知识 机物等目的。这种处理方法既可使污染物质与水分离， 也能够改变污染物的 性质， 因此可以达到比简单的物理处理方法更高的净化程度。常用的化学处 理方法有： 化学沉淀与混凝法、 中和法、 氧化还原法等。由于化学处理法常需 采用化学药剂或材料， 故处理费用较高， 运行管理的要求也较严格。通常， 化 学处理法还需与物理处理法配合起来使用。如化学法处理之前， 往往需要用 沉淀和过滤等手段作为前处理； 在某些场合下， 又需要采用沉淀和过滤等物理 处理手段作为化学处理法的后处理等。表 ! “ # 为废水化学处理的基本方法、 处理对象及适用范围。 表 ! “ #废水化学处理的基本方法和适用范围 处理方法处理对象适用范围 混凝胶体、 乳状油中间或最终处理 中和酸、 碱中间或最终处理 氧化还原溶解性有害物质如 $%、& “和染料等最终处理 化学沉淀溶解性重金属离子如 $(、 )* 和 +, 等最终处理 化学消毒杀死水中的病毒等最终处理 二、 化学处理的基本原理 废水的化学处理主要应用投加化学药剂与废水中的污染物发生反应或电 荷作用， 以沉淀、 上浮或分解为气体等使污染物达到净化。因此废水中污染物 的化学结构和表面电荷差异特性与使用的药剂相关甚大。废水的化学处理基 本原理见表 ! “ !。 表 ! “ !废水化学处理的基本原理 方法基本原理 中和 法 在废水加入酸或碱进行中和反应， 调节废水的酸碱度 （-)） 使其呈中性或接近中性或适宜 于下步处理的 -) 值范围 化学 混凝 和沉 淀法 向废水中投加某种化学药剂 （常称之为混凝剂） ， 使水中难以沉淀的胶体状悬浮颗粒或乳 状污染物质失去稳定后， 由于互相碰撞以及附聚或聚合， 搭接而形成较大的颗粒或絮状物， 从而更易于自然下沉或上浮而被除去。可降低废水的浊度、 色度， 除去多种高分子物质、 有 机物、 某些重金属毒物和放射性物质等， 因此在工业废水的处理中得到广泛应用。向废水 中投加称之为沉淀剂的某种化学物质， 使其和水中的某些溶解性污染物质产生反应， 生成 溶度积小的难溶于水的化合物， 如将盐类等沉淀下来， 然后再分离出去， 从而降低了溶解性 污染物质的浓度 #. 第四章废水物化处理 方法基本原理 氧化还 原法 废水中某些有毒有害的溶解性污染物质， 可在氧化还原反应过程中被氧化或被还原， 转 化成无毒无害的新物质或转化成可从水中分离出来的气体或固体， 从而达到净化处理的目 的， 这种方法便称为氧化还原法 第三节废水的物理化学处理方法及基本原理 一、 物理化学处理法 在工业废水的回收治理过程中， 利用经常遇到的污染性物质由一相转移 到另一相的过程， 即传质过程来分离废水中的溶解性物质， 回收其中的有用成 分， 以使废水得到深度治理。尤其当需要从废水中回收某种特定的物质时， 或 是当工业废水有毒、 有害， 且不易被微生物降解时， 采用物理化学处理方法最 为相宜。常用的物理化学处理法有： 吸附法、 萃取法、 电解法和膜分离方法等。 表 ! “ # 为废水物理化学处理的基本方法、 处理对象及适用范围。 表 ! “ #废水物理化学处理的基本方法和适用范围 处理方法处理对象适用范围 传质法 蒸馏溶解性挥发物质， 如单元酚、 $%&中间处理 汽提挥发性溶解物质： 挥发酚、 甲醛、 苯胺、 $%& 等中间处理 吹脱溶解性气体如： %(， )*等中间处理 萃取溶解性物质， 如酚中间处理 吸附溶解性物质， 如酚， 汞等中间或最终处理 离子交换可离解物质， 如盐类物质等中间或最终处理 膜分离法 电渗析废水中回收酸、 碱、 镍等物质中间或最终处理 反渗析可离解物质， 如盐类物质等去除盐类和有机物中间或最终处理 超过滤分子量较大的有机物等中间或最终处理 扩散渗析酸、 碱废液中间或最终处理 电解法重金属离子等最终处理 !+ 第一编水处理基础知识 二、 物理化学处理的基本原理 废水的物理化学处理主要应用了物理化学中相转移的基本原理， 废水的 物理化学处理基本原理见表 ! “ #。 表 ! “ #废水物理化学处理的基本原理 方法基本原理 吸 附 法 利用某种多孔性固体物质吸附剂将废水中一种或几种污染质吸附到其表面上， 用以回收 或除去某种溶质， 从而使废水得到净化。常用的吸附剂有： 活性炭、 活化煤、 磺化煤、 硅藻 土、 焦炭、 煤渣、 腐植质酸、 木屑、 金属及其化合物； 以及由有机物合成、 具有与其他化学成分 交换的活性基团的不溶性高分子化合物 “ 离子交换树脂， 大孔吸附树脂等。吸附机理分为 物理吸附、 化学吸附和交换吸附 物理吸附： 是由固体表面粒子 （分子、 原子或离子） 存在着剩余的吸引力即分子力而引起 的， 是一个放热过程， 吸附热较小， 在低温下就可以进行， 没有选择性 化学吸附： 通过吸附剂与吸附质的原子或分子间的电子转移或共用化学键进行吸附。是 放热过程， 由于化学反应需要大量的活化能， 一般需在较高的温度下进行， 为选择性吸附 交换吸附： 在吸附过程中每吸附一个吸附质离子， 同时吸附剂也放出一个等当量的离子。 离子的电荷是交换吸附的决定因素， 离子所带电荷越多， 它在吸附剂表面上的反电荷点上 的吸附力越强 萃 取 法 萃取的实质是溶质在水中和有机溶剂中有着明显不同的溶解度。只有溶质在溶剂中的 溶解度远大于其在水中的溶解度时， 溶质方能从水中转入到溶剂中。萃取剂是萃取的关键 其要求为分配系数大、 萃取容量大、 选择性好、 在水溶液中溶解度小以及粘度、 比重等与水 溶液