水的其他物理化学处理方法.ppt

第章 水的其他物理化学处理方法,16.1 离心分离 16.2 电解 16.3 中和 16.4 沉淀,离心分离,1.原理,颗粒受到的净离心力Fc=（m-mo）2r 颗粒在水中的净重力Fg=（m-mo）g 分离因素 粒径为d(m)的颗粒的分离速度Uc(m/s)：,式中：、o分别为颗粒和水的密度，kg/m3 水的动力粘度，0.1pas 当离心o，Uc0，颗粒抛向周边离心沉降。 o，Uc0，颗粒被推向中心离心上浮。 当d越小，（o）越小，越大，则Uc越小，颗粒越难分离。,离心分离,1.原理,离心机： 高速离心机（3000） 中速离心机（=10003000） 常速离心机 低速离心机（1000） （1）常速离心机：(o)较大时采用，用于污泥脱水，纤维 回收。 （2）高速离心机：(o)较小时采用，用于乳化油、蛋白质 回收。 压力式水力旋流器 水力旋流器 重力式水力旋流器,离心分离,2.离心原理设备：离心机、水力旋流器,压力式水力旋流器,（1）构造与原理,压力式水力旋流器,压力式水力旋流器,1)确定分离器的尺寸按经验确定 园筒直径D 园筒高度Ho=1.7D 锥体高度Hk=3Ho；锥体角度：=1015 中心溢流管直径do=(0.250.3)D 进水管直径d1=(0.250.4)D 出水管直径d2=(0.250.5)D；出口流速610m/s。 锥底直径d3=(0.50.8)do 2)处理水量Q（L/min） Q=KDdo（gp）1/2 式中：K流量系数，K=5.5 d1/ D P进出口压差，Mpa，p=p1p2，一般为0.10.2Mpa。 g重力加速度（m/s2）,压力式水力旋流器,（2）压力式水力旋流器的设计：,3)分离器台数n 并联使用。 4)被分离颗粒的极限直径dc(cm) 式中：d1进水管直径（cm） 环流速度的变化系数，约为 水的动力粘度，Pas Q处理水量，cm3/s H中心流束高度，cm，约为锥体高度的2/3，即h=（Dd3）/3tg；dc是判断水力旋流器分离效果的重要指标，极限直径dc越小，分离效果越好。 q沉淀池=1.0m3/m2h； q水力旋流器=950m3/m2h,压力式水力旋流器,1. 设计： （1）表面积 （m2） 式中：q表面水力负荷：取2530m3/m2h 要求80%，q=25； 80%，q=30 （2）有效水深Ho 1)按停留时间t=1520min计算：Ho=Qt/A 2)按结构尺寸确定：Ho=(0.71.2)D D池直径，D较大，采用较大系数，反之亦然。 （3）缓冲层高度 h1=0.81.2m（保护高度）。 （4）进水管向下倾斜15，管咀处流速V=0.91.1m/s。 （5）所需水头h（水头差）。,重力式旋流分离器水力旋流沉淀池,式中：系数，试验确定，一般为4.5； V管咀处流速（进口处流速）0.91.1m/s； 局部阻力系数； V1进水管内流速0.81.0m/s； L进水管长度，m； I进水管单位长度的沿程损失。 （6）应用旋流沉淀池适于小流量工业废水中比重较大的无机杂质的分离，它广泛用于回收轧钢废水中氧化铁皮和可浮油，回收率可达9095%，出水可循环使用,重力式旋流分离器水力旋流沉淀池,1.电解槽的结构形式,1）、结构形式：回流式、翻腾式如图16-2。采用直流电源,电解,2）、极板电路： 单极性电解槽 双极性电解槽,电解,2.电解法的原理与分类,1）、法拉第电解定律耗电量的计算 式中：G析出或溶解的物质质量，g E物质的化学当量，g/mol Q通过的电量,库伦（C） I电流强度，安培（A）； t电解时间（S） F法拉第常数，F=96487c/mol 2）、分解电压 定义：能使电解正常进行时所需的最小外加电压叫分解电压E E=原电池的电动势+浓差电池电位+化学极化电位+IR（电解液电阻产生压降）。 槽电压一般为45V,电解,3.电解法在废水处理中的应用,1)、电解法处理含铬废水 (1)基本原理： 在阳极：Fe2eFe2+（铁板阳极溶解，把电子转给电源） （主要的） Cr2O72-+6Fe2+14H+ 2Cr3+6Fe3+7H2O CrO42-+3Fe2+8H+ Cr3+4H2O+3Fe 在阴级： 2H+2e H2 （次要的） Cr2O72-+6e+14H+ 2Cr3+7H2O CrO42-+3e+8H+ Cr3+4H2O H+减少，废水中碱性增强，使Cr3+、Fe3+产生氢氧化物沉淀 Cr3+3OH Cr(OH)3 Fe3+3OH Fe(OH)3,电解,阳极起氧化剂作用 阴极起还原剂作用,电解,减少铁阳极钝化的方法： （1）定期用钢丝刷清洗极板。 （2）投加食盐：NaCl中的Cl吸附在钝化膜表面，取代钝化膜中的氧离子氯化铁（可溶性），导致膜溶解。 （3）定期倒换阴、阳极，利用电解时阴极产生H2的撕裂 还原作用，将极板上的钝化膜除掉。,电解,电解,Fe3+3OH- Fe(OH)3,2工艺流程：进水Ccr6+100mg/L，PH=46.5 含铬废水处理工艺流程如图16-4所示,电解,调节池：按24h平均流量设计 沉淀池：t=2h；V污泥=(510)%V废水或1kg干重/m3废水。,电解槽工艺设计,（1）电解槽有效容积： 式中：t电解历时，Ccr6+50mg/L； t=510min Ccr6+=50100mg/L； t=1020min （2）电流强度I（A） 式中：Q废水设计流量m3/h C废水中Cr6+浓度，g/m3；QC=m3/hg/m3=g/h Kcr1gCr6+还原成Cr3+所需电量，如无试验资料，可取 45(Ah/gCr) n电极串联次数，为串联极板数减1,电解,（3）极板面积F(dm2)：普通碳素钢板，=35mm，极板间净距S=10mm；极板消耗量：45g/还原1gCr6+,电解,电解,（6）电能消耗N(kwh/m3) 式中整流器效率，无实测数值，用0.8； Q废水设计流量，m3/h,电解,药剂中和处理,1.酸性废水的药剂中和处理 强酸性废水常采用石灰乳中和，由于弱酸与石灰反应缓慢，故一般不采用。 （1）中和反应：石灰乳中和H2SO4废水生成CaSO4，当用颗粒状石灰石时，导致药剂表面形成硫酸钙的复盖层，影响和阻止中和反应的继续进行，所以当用石灰石做中和剂时，颗粒粒径应小于0.5mm。 （2）中和剂用量 中和各种酸所需碱、盐的理论比耗量（g/g）。 因为药剂中含有杂质，所以药剂的实际耗量应比理论比耗量要大。同时还要考虑金属离子及中和反应混合不均匀使实际耗量比理论耗量高，用不均匀系数K来表示。,中和,中和,所以药剂总耗量Ga（Kg/d）,中和,中和反应产生的沉渣量G（Kg/d）,（3）中和工艺 投药装置 石灰用量1t/d：采用机械方法消解。消解机有立式和卧式二种。 消解后石灰乳排至溶液槽，其有效容积V2（m3）,中和,消解后石灰乳排至溶液槽，其有效容积V2（m3） 式中：Ga石灰消耗量，t/d； r石灰的容重，0.91.1t/m3； c石灰乳浓度，（510）%； n每天搅拌次数。,中和,石灰乳投配系统与投配器 1) 混合反应装置 水泵管道混合 隔板混合反应池如图,2) 沉淀池 3) 沉渣脱水装置：机械脱水、干化场 2、碱性废水的药剂中和处理 （1）中和剂：H2SO4、HCl、HNO3、工业废酸、烟道气（含CO2、SO2） （2）中和反应 （3）中和各种碱所需酸的理论比耗量（g/g）.,中和,2、碱性废水的药剂中和处理 （1）中和剂：H2SO4、HCl、HNO3、工业废酸、烟道气（含CO2、SO2） （2）中和反应 （3）中和各种碱所需酸的理论比耗量（g/g）.,碱性废水的药剂中和处理,隔板混合反应,过滤中和处理,1、普通中和滤池 不适于中、高浓度的酸性废水，对H2SO4废水，用石灰石作中和剂时，其SO4浓度应2g/L，如用白云石（CaCP3MgCO3）则其H2SO4浓度只能为5g/L；对HNO3、HCl废水，极限浓度20g/L。当H2SO4浓度为25g/L时，可用白云石作滤料，但反应速度慢。 （1）普通中和滤池的形式,（2）中和滤池的计算 1) 平流式中和滤池 滤池长度L=Ut 式中：U滤速：0.010.03m/s t废水同滤料接触时间，S 式中：K滤料系数，试验求得。 d滤料的平均粒径，cm； U滤速，m/s C酸的浓度，geq/L,过滤中和处理,滤池横断面积f（m2） 滤池的水头损失h=iL（m） 式中：i滤池的坡降 式中：U.d同上 Po滤料的孔隙率：0.350.45 S系数，与滤料d有关：,过滤中和处理,2) 竖流式中和滤池 滤床最小厚度H（cm）中和H2SO4时使用下式 式中：d滤料粒径，mm K滤料特征系数，试验得出 n经验系数，试验得出，一般1.47 C酸的浓度，geq/L U滤速：48m/h 滤料的消耗及滤池的工作周期T 滤料的消耗量 G=KQCa（kg/d） 式中：K系数，1.5 a药剂比耗量 Q、C同上 滤池的理论工作周期 式中：P滤料装载量，Kg G滤料消耗量，Kg/d.,过滤中和处理,2、升流式膨胀中和滤池 （1）恒滤速升流膨胀中和滤池,过滤中和处理,2、升流式膨胀中和滤池 （1）恒滤速升流膨胀中和滤池 承托层厚度0.150.2m，2040mm 滤料粒径0.53mm，滤层高度11.2m（新滤料） 最终换料时的滤层高度2m；U=6080m/h 膨胀率50%，上部清水区高度为0.5m 废水H2SO4浓度2200mg/L时，中和后PH=4.25，脱气后 PH=66.5 出水PH4.2需换料。 缺点： 下部滤料膨胀不起来，上部带出小颗粒滤料。,过滤中和处理,（2）变速膨胀中和滤池 U下=130m/h150m/h U上=4060m/,过滤中和处理,（3）过滤中和法的优缺点 优点：出水PH值较稳定，操作简单，沉渣量少。 缺点：废水中H2SO4浓度不能太高，定期倒床，劳动强度大。,过滤中和处理,过滤中和处理,（4）过滤中和滚筒,（4）过滤中和滚筒,过滤中和处理,（4）过滤中和滚筒 点击看示意图,滤料粒径大（几mm+几mm），滤料体积为筒体体积的1/2。滚筒线速度0.30.5m/s。进水H2SO4浓度可达78g/L 缺点: 动力费高，设备构造复杂，噪声大。,1、酸性或碱性废水需要量 Q1C1=Q2C2等当量反应 2、中和设备 （1）在集水井（或管道、混合槽）内连续混合； （2）连续流中和池：V池（Q1+Q2）t； t中和时间，12h （3）间歇中和池： V池一个周期内排放的废水量。,酸性废水与碱性废水中和处理,化学沉淀,1.概述 1） 难溶盐的溶度积常数,化学沉淀,1.概述 2） 沉淀剂,2.氢氧化物沉淀法 1）原理,化学沉淀,化学沉淀,见图167,2、应用 石灰乳作为沉淀剂去除矿山废水的Cu和Fe金属离子。见图16-8 用石灰乳和漂白粉去除铅锌冶炼厂废水中金属离子。见图16-9,化学沉淀,铅锌冶炼厂废水,含Hg废水,3. 硫化物沉淀法,化学沉淀,化学沉淀,化学沉淀, 应用：用Na2S处理含Hg废水：,4. 钡盐沉淀法主要用于处理六价铬CrO42-的废水, 一种沉淀转化成另一种沉淀的过程叫沉淀的转化 应投加过量的BaCO3，t=2030min，但导致出水含有一定量的残钡，应用石膏法加以去除：,化学沉淀,思考题,1、何谓离心分离的分离因素？衡量水力旋流器分离效果的重要指 标是什么？它的物理意义是什么？ 2、工业废水中的金属可采用哪几种化学沉淀法来处理？用氢氧化 物处理工业废水中的重金属时，最重要的影响因素是什么？ 3、化学沉淀法与化学混凝法在原理上有何不同？使用的药剂有何 不同？ 4、用石灰石对硫酸废水进行过滤中和时应注意什么问题？目前最 常用的石灰石过滤中和是哪几种形式？它有何优缺点？ 5、用硫化钠处理含汞废水，为什么还要投加硫酸亚铁？ 6、臭氧氧化处理印染废水使其脱色的原理是什么？ 7、阐述电解法处理含铬废水的基本原理。铁阳极为什么会产生钝 化膜？如何消除钝化膜？ 8、电解可以产生哪些反应过程？对水处理能起什么作用？,习题,1、碱性氯化法处理含氰废水（完全氧化法）的反应原理？ 2、分别举出含氰