工业废水处理.ppt

第21章工业废水处理的工艺系统,重点：各种基本的污水处理方法难点：针对各种工业废水的情况，准确确定合适的处理方法。,21.1概述,21.2常用工业废水处理工艺系统,21.1概述,21.1.1工业废水的分类,1.按工业废水中所含主要污染物的化学性质分类为含无机污染物为主的无机废水和含有机污染物为主的有机废水。例如，电镀废水和矿物加工过程的废水是无机废水食品或石油加工过程的废水是有机废水。2.按工业企业的产品和加工对象可分为造纸废水、纺织废水、制革废水、农药废水、冶金废水、炼油废水等。3.按废水中所含污染物的主要成分可分为：酸性废水、碱性废水、含酚废水、含铬废水、含有机磷废水和放射性废水等。,工业废水,工业生产过程中产生的废水、污水和废液其中含有随水流失的工业生产用料、中间产物以及生产过程中产生的污染物。,此外也有从废水处理的难易度和废水的危害性出发，将废水中主要污染物归纳为三类：第一类为废热，主要来自冷却水，冷却水可以回用；第二类为常规污染物，即无明显毒性而又易于生物降解的物质，包括生物可降解的有机物，可作为生物营养素的化合物，以及悬浮固体等；第三类为有毒污染物，即含有毒性而又不易生物降解的物质，包括重金属、有毒化合物和不易被生物降解的有机化合物等。实际上，一种工业可以排出几种不同性质的废水，而一种废水又会有不同的污染物和不同的污染效应。例如染料工厂既排出酸性废水，又排出碱性废水。纺织印染废水，由于织物和染料的不同，其中的污染物和污染效应就会有很大差别。即便是一套生产装置排出的废水，也可能同时含有几种污染物。如炼油厂的蒸馏、裂化、焦化、叠合等装置的塔顶油品蒸气凝结水中，含有酚、油、硫化物。在不同的工业企业，虽然产品、原料和加工过程截然不同，也可能排出性质类似的废水。如炼油厂、化工厂和炼焦煤气厂等，可能均有含油、含酚废水排出。,21.1.2工业废水对环境的污染,1.无毒物质的有机废水和无机废水的污染2.有毒物质的有机废水和无机废水的污染。3.含大量不溶性悬浮物废水的污染。4.含有废水产生的污染5.含高浊度和高色度废水产生的污染6.酸性和碱性废水产生的污染7.含有多种污染物质废水产生的污染8.含有氮、磷等工业废水产生的污染,21.1.3控制工业污染源的基本途径,1.工业污水单独处理后排放（1）COD、BOD很高，（2）具有一定量的H2S、NH4有毒物质（3）含有强酸、强碱（4）可回收一些产品2.工业污水排入城市污水处理厂一同处理（1）与城市污水性质大致相同（2）无有毒有害类物质3工业污水预处理后进入城市污水处理厂（1）可回收产品（2）含少量可去除的有毒有害物质4革新工艺、减少排污量5考虑回收利用6从全局出发，对污水妥善处理7采取先进技术，经济合理,21.1.4废水处理方法及选择,均和调节,一、目的1水质均和水量负荷不变，水质变化，以水质变化为曲线，求体积，需要搅拌设施。2水量调节水质负荷不变，水量变化，以水量变化为曲线，设计池体积，不需要搅拌。3水质水量均和调节水质水量都变化，需综合考虑。二、调节池形式1水泵强制循环：不需要安装特殊设备，简单易行，混合完全，运行费用高。2空气搅拌：混合完全，预曝气作用，有害物质和气体随曝气进入大气3机械搅：混合较好，运行费用低，但易腐蚀需维护。4.穿孔倒流槽水质调节：只能调节水质，不能调节水量。,三、容积计算,1排放的水质水量具有周期性变化t=n时（1）池容积,qi均和周期逐时变化流量。,（2）出水浓度,c对应q的污染,2污水流量变化不是周期性，采用试算法。（1）池容积,q平均污水量T水量变化时间总和,（2）出水浓度,3利用沉淀池进行调节：在沉淀池内进行水质水量调节,离心分离,一、理论基础物体高速旋转时产生离心力场，在离心力场内各质点将受到比本身重力大得多的离心力，这离心力的大小取决于物质的质量。高速旋转的物体能产生离心力，含悬浮物的废水在高速旋转时由于悬浮物和废水的质量不同，因此受到的离心力大小也不同，质量大的被甩向外围，质量小的则留在内圈，废水和水中的悬浮物被分离。二、离心分离设备1.根据离心力产生的方式将离心设备分为：（1）用水流本身旋转产生离心力的旋流分离机：压力式旋流分离机、重力式旋流分离机（2）由设备本身旋转带动污水旋转的离心分离机：2重力式旋流分离机：常用的水力旋流沉淀池，污水沿切线方向流入，借进出水头差在池内旋转流动。,3压力式旋流分离机用于分离比重较大的悬浮物，设备由钢板制成，上部为直径D的园筒，下部为锥形体，污水沿着设备切线方向进入，在离心力作用下，水中悬浮物被甩向四周，并在重力作用下，下沉至底部排走。分析：1段：水流的水平速度沿半径增大，在四周处最大，颗粒在离心力作用下，甩向四周，此区为加速区。2段：水平速度沿半径增大后减小，在1/2R处，V最大，分离出的颗粒沿四周下滑，此区为分离区。3段：水平速度为零，颗粒在重力作用下沉淀浓缩，此区为沉淀区。优点：体积小，单位容积处理能力高，用料少易安装。缺点：四壁易磨损，需动力。,其中：m、m0分别为颗粒和污水的质量。v旋转圆周或速度。r旋转半径。n转速。,三.离心力计算,分析：1）当r1.0m时，n500转分，280当r1.0m时，n1800转分，3600。2）在离心力场中，离心力对固体颗粒的作用远远超过重力，可强化颗粒的分离速度。3）分离因素，净化效果，可除的颗粒直径d。,1离心场中，颗粒受到离心力F的大小:,2颗粒在水中受到的重力：,3离心力与重力之比分离因素，表示在离心力场中，颗粒所受到的离心力大于重力的倍数。,过滤,一、过滤：使污水通过滤料组成的多孔介质，以截留水中的悬浮物质，达到处理的目的。二、滤网1.滤网：污水中含有的细小悬浮物，不能用格栅去除，也难用沉淀方法去除，可采用小孔眼的滤网截留，回收。2.筛网通常用金属丝或化学纤维编制而成。3.其形式有转鼓式、转盘式、振动式、转帘带式和固定式倾斜筛多种。4.筛孔尺寸可根据需要，一般为0.151.0mm。5.旋转式滤网，污水从外侧流入内侧，悬浮物被截留，然后用刮刀刮下运走。6.优：效率高，可回收有用的物质。缺：易堵塞。,三、滤池,滤池去除微量悬浮物，常用于污水深度处理。1滤池过滤机理。1）机械筛滤作用把滤料层作为筛子，某些粒径大于孔隙尺寸的杂质被截留，孔隙变小一些，于是后续的细小悬浮杂质也可被截留。2）沉淀作用把滤料看作层层叠叠起来的多层沉淀池。利用巨大的沉淀面积截留水中微小粒子。3）絮凝作用把滤料作为接触吸附介质，介质紧密排列，水在介质中流动时，杂质被吸附在介质表面并成长为大颗粒，巨大的表面积产生强烈的吸附能力。2滤料：石英砂、无烟煤、陶粒、聚丙烯球、炉灰渣、烟道灰、焦炭、电化学滤料。,3截留杂质规律从接触絮凝作用考虑，杂质与滤料接触，被滤料表面分子间力吸附絮凝，同时水力冲刷可使絮凝杂质脱落向下层移动，被下层滤料截留。在过滤周期将终止时，表层滤料最细，吸附表面张力最大，截留的杂质最多，表层孔隙逐渐被杂质阻塞，尽管下层滤料还未发挥应有作用，但周期已终止，导致出现双层滤料，表层的滤料粒径大一些，截留的杂质多一些。4构造污水滤料和给水滤料有许多相同之处，与给水滤料的不同之处如下：（1）滤料粒径大，强度高，耐腐蚀，成本低。（2）抗冲击性负荷，出现双层滤料。（3）运行周期长。（4）运行方式分为正向流和反向流。,四、电化学滤料滤池,1.原理：两种不同的金属直接接触，浸没在有传导性的电解质溶液里，可形成原电池，通过选用活性金属组成原电池可在它作用空间产生一个电场。2.电化学滤料滤池是利用污水中含有电解质物质，当铁屑浸没在含有电解质的污水中，铁屑晶体结构上的铁一碳之间形成了许多微小的腐蚀电池，产生电化学反应，在它的作用空间产生一个电场，铁一碳表面有电流流动，形成一种内部内电解反应，在电场作用下，铁阳极失去电子生成Fe2+进入污水中，碳阴极得到电子使碳表面的H+生成H2逸出，电极反应如下：,阳极：2Fe2Fe2+4e阴极：4H+4e2H2(酸性溶液)O2+2H2O+4e4OH-（中性溶液或碱性溶液）,3.腐蚀电化学反应，在它的表面有电流流动，由于腐蚀原电池的作用，在电位较低的铁阳极上，金属铁失去电子变成铁离子进入溶液，电子流向阴极，在碳阴极附近，流来的电子被溶液中能够吸收电子的物质所接受，生成以氢氧根形式出现的阴离子，中和金属离子，形成一种内部电解反应。电极反应阴极新生成的H2能与污水中的许多污染组份发生氧化还原作用，阳极生成的Fe2+是良好的絮凝剂，能够捕集、裹挟污水中的污染物共沉。4.应用采用铁屑和活性炭组成电池，由于电极电位不同，形成一组短路的电池，铁阳极失去电子生成Fe2进入水中，电子流向阴极，在炭表面H得到电子还原成H2，水中Fe2与OH结合形成Fe(OH)2絮凝体，电池不断反应，滤池强化工作作用。5.例如，将铁屑和碳粒浸没在电位为30mv的污水溶液中，铁屑和碳粒的电位差为1.2伏，粒料间的分离距离为0.1cm,可以得到510-3cm/s的分离速度，从理论上计算20s就完成沉积过程。6.特点：1）具有普通滤池的功能，2）具有原电池的电化学反应。3）起到电解反应的电氧化和电絮凝。,可截留污水中微小的悬浮颗粒，滤布采用尼龙布和金属网，孔隙小于100，悬浮物去除率7590，滤后水中悬浮物小于5mg/L。,五.微滤机,化学沉淀法,其中：m、n分别表示离子Mn+、Nm-的系数。,一.化学沉淀是向水中投加某种化学剂，使它与水中的溶解物质发生互换反应，生成难溶于水的沉淀物，降低污水中溶解物质的浓度。,二.原理:根据化学沉淀的必要条件，一定温度下，难溶盐MmNn在饱和溶液下，沉淀和溶解反应如下,三.根据质量作用原理，溶度积常数可表示为LMmNn,如果污水中含有大量的Mn+离子，要降低浓度，可向污水中投入化学物质，提高污水中Nm-浓度，使离子积大于溶度积L，结果Mm、Nn从污水中沉淀折出，降低Mm+浓度。,1、同名离子效应当沉淀溶解平衡后，如果向溶液中加入含有某一离子的试剂，则沉淀溶解度减少向沉淀方向移动2、盐效应在有强电解质存在状况下，溶解度随强电解质浓度的增大而增加，反应向溶解方向转移。3、酸效应溶液的PH值可影响沉淀物的溶解度，称为酸效应。4、络合效应若溶液中存在可能与离子生成可溶性络合物的络合剂，则反应向相方向进行，沉淀溶解，甚至不发生沉淀。,四.四种沉淀效应,1沉淀和溶解是暂时的，有条件的。2只要条件改变，沉淀和溶解就能相互转移。3如果离子积大于溶度积就会发生沉淀。4反之离子积小于溶度积就会溶解。,五.沉淀分析,六.三种沉淀法,1.硫化物沉淀法：,电离常数,金属的硫化物溶解度一般比氢氧化物的溶解度小得多，可以采用硫化物沉淀法。,电离方程式：,采用硫化物沉淀法常用的药剂为硫化氢，硫化钠，硫化钾等。,硫化氢在水中分两步电离,由上式可知，金属离子在水中溶解度与LMS和PH值有关,由上二式可得总电离常数,代入,得,在1大气压，25条件下，硫化氢在水中的饱和浓度为0.1M，则,2.氢氧化物沉淀法：,（1）金属氢氧化物的溶解与污水的PH值关系很大。M(OH)n表示金属的氢氧化物，Mm+表示金属离子。则电离方程式其溶度积为同时水发生电离水的离子积为,（2）则将上面四个式子进行处理得到,（3）将重金属离子的溶解度与PH值关系绘成曲线，从曲线中可以得到，重金属离子的浓度值。应用采用氢氧化法处理污水，PH值是一个重要因素，处理污水中的Fe2+离子时，PH值大于9则可完全沉淀，而处理污水中AL3离子时，PH值严格为5.5，否则AL(OH)沉淀物又会溶解。（4）如用氢氧化物沉淀法处理含镉废水，一般pH值应为9.512.5。当pH8时，残留浓度为1mgL；当pH值升至10或11时，残留浓度分别降至0.1和0.00075mgL；,3.钡盐沉淀法：在处理含铬污水时，可用钡盐为沉淀剂，以碳酸钡为例，它与污水中铬酸进行反应，生成难溶的铬酸钡。,碳酸钡是难溶的物质，但铬酸钡的溶度积更小一些，更难溶于水，象这样一种沉淀转化为另一种沉淀的过程为沉淀的转移。,污水处理中的混凝法,一.混凝的分类1、化学混凝利用正电荷的电解质，压缩污水中负电粒子的双电层，当大量正电荷进入胶粒的双电层内，使双电层变薄，电位减小，胶粒不带电，可以相互聚和下沉。2、物理混凝混凝经水解形成高聚物，大颗粒高聚物对杂质胶体有强烈的吸附能力，可吸附一定距离内的胶体共同下沉。自身混凝高聚物大颗粒可在其作用空间内吸附胶体一同下沉。有效作用空间：,有效作用空间的条件：(1)Rr(2)rR(3)A=r+R时吸附最佳。,增浓聚沉向污水中投入一些大颗粒杂质，使浓度增大，可沉淀的大颗粒吸附小颗粒迅速下沉。应用于竖流式沉淀池增加污泥层的浓度达到增浓聚沉、水力澄清池加入细泥沙增加泥沙浓度达到增浓聚沉。,3、生物混凝利用微生物的吸附絮凝作用，吸附胶体颗粒一同下沉，活性污泥回泥污泥达到吸附絮凝作用。二.混凝在污水处理中的作用：通过混凝可去除污水的浊度、色度、各种高分子化合物，重金属离子等，常与其它方法一同使用。混凝法只能去除胶体和悬浮物，不能去除溶解性物质，影响混凝的因素很多，混凝剂的种类，浓度等需要用试验确定。,气浮,一、气浮处理的理论基础：将空气通入水中，并以微小气泡折出，使水中固体杂质粘附气泡一同上浮至水面分离。1气浮流程：气污水气粒吸附泡沫分解2、气浮条件：去除此重近于1，直径60悬浮物气粒吸附：属物物理吸附。吸附放热，低温吸附效果较好；极性相同，吸附效果较好；物理性质相同，吸附效果较好。吸附对象：吸附疏水性物质疏水性物质难为水润湿的物质，可以直接吸附。亲水性物质容易被水润湿的物质，需要转为疏水性物质。表面活性剂：可以使疏水、亲水相互转移，表面活性剂由极性和非极性分子组成，分子一端呈亲水性，另一端呈疏水性，也叫二亲分子。a.表面活性剂对于亲水性物质有利，亲水性物质转为疏水性。b.表面活性剂对于疏水性物质不利，疏水性物质转为亲水性。,在液、气、粒三相表面上，产生的表面力不同，其粘附着力也不同。1表面能液体表面分子与内部分子受到的分子引力不同，表面分子所受到的力不平衡，该力把表面分子拉向液体内部，力图缩小表面积，减少表面能。2表面能的物理现象表面能力图使自由表面积最小，从而表面能最小。液体内部分子引力使液体呈球状，减少表面积，避免展开。3气泡的稳定性（1）加入表面活性剂使气泡壁变厚，防止破碎。（2）加入表面活性剂使液体表面蒸发量减少，浮渣稳定。（3）当气泡内压一定时，水的表面张力越大，气泡直径越大；当气量一定时，气泡直径，表面积，不易吸附。气泡大小应一致，否则小气泡内压大，大气泡内压小，小气泡易进入大气泡合并。（4）气泡越小越密集，效果越好。,二、水中气、粒的粘附着力计算,3表面能大小计算,吸附前后界面能减少值为,设液、气、固三相分别为1、2、3，表示表面能；则“液固，液气，气固”分别用13、12、23表示根据热力学已知：界面能表面能界面面积,其中：s界面面积（cm2），取单位面积为1进行计算颗粒和气泡粘附前其表面能之和,颗粒和气泡粘附后其表面能,最后总结得：,4.表面能分析：（1）W越大，吸附越容易进行。（2）当接触角0，cos1，1cos0，气固不易吸附。（3）当接触角180，cos1，1cos2，气固易吸附。（4）接触角可判断物质被水润湿的性质，90为亲水性物质，不容易吸附，90为疏水性物质，容易吸附。5.混凝剂与表面活性剂的影响（1）混凝剂AL2(SO4)3，FeCl3，FeSO4，可吸附水中固体使其凝聚，压缩双电层，相互聚合，生成一些大的絮凝体。（2）表面活性剂两亲分子，对亲水性物质有利，对疏水性物质不利。投量，气液界面张力12，泡沫稳定。投量，疏水杂质严重乳化，影响吸附。投量，12，使气固吸附牢固。,将产生气泡的方法分为布气气浮，溶气气浮，电气浮。1.布气气浮：利用机械剪切力，将水中的空气粉碎成细小的气泡。（1）水泵吸水管吸入气浮：设备简单，但会破坏水泵工作特性。吸入空气不能过多，不大于吸水量10。（2）射流气浮：采用吸水带气的射流器，向污水中吸入空气进行气浮。（3）扩散板气浮：压缩空气通过具有微细孔隙的扩散板，使空气以细小气泡形式逸出，进行气浮。（4）叶轮气浮：电动机带动叶轮高速旋转，空气进入水中被叶轮打碎成为细小气泡。2.电气浮：将含有电解质的污水作为电解介质通入直流电进行电解，可同时发生三种效应，电解氧化，电解混凝和电解气浮，当选用不溶性电极可充分发挥电解气浮效应。,三、气浮的方法与系统,3溶气气浮:空气在一定压力下，溶解于水中，并达到过饱和状态，然后突然减压，溶解于水中的空气以微小形状从水中折出，进行气浮。（1）加压溶气气体工作特征：污水由水泵加压，在压力管上进入压缩空气，水气混合体在溶气罐内停留一定时间进行溶气，然后经减压阀进入气浮池气浮。工艺流程：常用的加压溶气有：全加压溶气，部分加压溶气和部分回流加压溶气。（2）溶气真空气浮气浮池在负压下工作，空气在常压下和加压下溶于水中，溶于水中的空气在负压下过饱和，大量空气会折出形成气泡上浮。,吸附,在相界面上，物质的浓度自动发生累积或浓集的现象称为吸附。吸附就是利用多孔性的固体物质，使废水中的一种或多种物质被吸附在固体表面而去除的方法。,一、产生吸附的原因,1物理吸附吸附剂和吸附质之间通过分子间力产生的吸附称为物理吸附。物理吸附可形成单分子吸附层或多分子吸附层。被吸附的分子由于热运动还会离开吸附剂表面，这种现象称为解吸，它是吸附的逆过程。2化学吸附化学吸附是吸附剂和吸附质之间由于化学键力引起的化学作用，一种吸附剂只能对某几种吸附质发生化学吸附，因此化学吸附具有选择性，不可逆性。3离子吸附互相交换离子的吸附，依靠静电引力牢固吸附。,二、吸附等温线,1吸附平衡吸附过程是可逆的，当吸附速度和解吸速度相等时，则吸附质在溶液中的浓度和吸附剂表面上的浓度都不改变而达到平衡，此时吸附质在溶液中的浓度称为平衡浓度。吸附剂吸附能力的大小以吸附量q表示，指单位重量的吸附剂所吸附的吸附质的重量。q=V(CoC)/W式中：V废水容积；W吸附剂投量；Co原水吸附质浓度；C吸附平衡时水中剩余的吸附质浓度。,2吸附等温式,(1)朗谬尔公式：从动力学观点出发，通过一些假设条件而推导出来的单分子吸附公式。,式中：q是吸附量，C是吸附质平衡浓度，a、b是吸附常数。,(2)费兰德利希公式q=KC（1/n）式中：q是吸附量；C是吸附质平衡浓度；K、1/n是常数。将上式改写为对数式：,将上式改为倒数式，即：,三、吸附速度,吸附速度是指单位重量的吸附剂在单位时间内所吸附的物质量。吸附过程可分为3个阶段。第一阶段为外部扩散阶段。在吸附剂周围存在着一层固定的膜。吸附质首先通过这个水膜才能到达吸附剂的表面，所以吸附速度与液膜扩散速度有关。第二阶段称为颗粒内部扩散阶段。经水膜扩散到吸附剂表面的吸附质向细孔深处扩散。第三阶段称为吸附反应阶段。吸附质被吸在细孔的内表面上。,四、影响吸附的因素,1吸附剂的性质一般是极性分子吸附剂易吸附极性分子吸附质，非极性分子吸附剂易于吸附非极性吸附质。2吸附质的性质吸附质的溶解度，表面自由能，极性，吸附质分子的大小，吸附质的浓度有关3废水的pH值废水的pH值影响吸附剂及吸附质的性质。4共存物质物理吸附时吸附剂可吸附多种吸附质。一般共存多种吸附质时，吸附剂对某种吸附质的吸附能力比只含该种吸附质时的吸附能力差。5温度因为物理吸附过程是放热过程，温度升高吸附量减少，反之吸附量加。6接触时间在进行吸附时，应保证吸附质与吸附剂有一定的接触时间，使吸附接近平衡，充分利用吸附能力。,五、吸附状态,1静态吸附在废水不流动的条件下，进行的吸附操作称为静态吸附操作，静态吸附在废水处理中采用较少。2动态吸附动态吸附是在废水流动条件下进行的吸附操作。当废水连续通过填充吸附剂的吸附设备时，废水中的吸附质便被吸附剂吸附，从吸附设备流出的废水中吸附质的浓度可以降低，吸附剂使用一段时间后，出水中的吸附质的浓度逐渐增加，当增加到某一数值时，将吸附剂进行再生。,六、穿透曲线,向固定床连续地通人废水，发现有的填充层正在发生吸附作用，呈现明显的吸附带，在这段下部的填充层几乎没有发生吸咐作用，在其上部的填充层由于已达到饱和状态，不再起吸附作用。当有明显的吸附带时，吸附带随废水的不断流人而缓缓地向下移动。吸附带的移动速度比废水在填充层内流动的线速度要小的多。当吸附带下缘移到填充层下端时，从装置中流出的废水中便开始出现吸附质。以后继续通水，出水中吸附质的浓度将迅速增加，直到等于原水的浓度C0时为止。,七、吸附剂,废水处理中常用的吸附剂有活性炭，磺化煤、沸石、活性白土、硅藻土、焦炭等。工程使用较多的是活性炭，活性炭比表面积5002000m2g，具有很高的吸附能力。活性炭的吸附能力与孔隙的构造和分布情况有关。它的孔隙分为三类：小孔孔径在20以下。过渡孔孔径为201000。大孔孔径为lO00以上。活性炭的小孔比表面积占总比表面积的95以上，对吸附量影响最大；过渡孔不仅为吸附质提供扩散通道，而且当吸附质的分子直径较大时(如有机物质)，主要靠它们来完成吸附；大孔的比表面积所占比例很小，主要为吸附质扩散提供通道。3.用活性炭处理含铬电镀废水已获得较广泛的应用，用此法处理浓度为56mg/L的含铬废水，采用升流式双柱串联固定床，出水水质可达到排放标准。某炼油厂合油废水经隔油、气浮、生化、砂滤处理后，再用活性炭进行深度处理，出水水质达到地表水标准。,八、离子交换,1.离子交换剂可分为无机离子交换剂和有机离子交换剂两类。前者如天然沸石和人造沸石等；后者是一种高分子聚合物电解质，称为离子交换树脂，它是使用最广泛的离子交换剂.2.离子交换法处理含汞废水当汞在废水中呈Hg2+或HgCl+等阳离子形态存在时，含疏基(-SH)的树脂如聚硫代苯乙烯阳离子交换树脂，对它们分离具特效，其反应如下：2RSH+Hg2+(RS)2Hg+2H+RSH+HgCl+RSHgCl+H+RSH+CH3Hg+RSHgCH3+H+大孔疏基树脂进行交换，在pH2的条件下，处理含汞2050mg/L的氯碱废水，出水含汞在0.002mg/L以下，然后用盐酸-氯化钠溶液洗脱，洗脱液经紫外光照射迅速分解后，再用铜屑还原回收金属汞。,氧化还原,一.原理还原剂Fe=Fe2+氧化剂+2e-,1.能斯特方程式,氧化剂和还原剂的强弱可以用电极电位来衡量，电极电位越高，其氧化态的氧化能力越强，电极电位越低，其还原态的还原能力越强，因此，作为氧化剂可以氧化电极电位低的还原剂，而还原剂可以还原电极电位高的氧化剂。氧化还原的电极电位可以用能斯特方程式计算,其中：E电极电位E0标准电极电位a0氧化态的活性aR还原态的活性R气体常数T绝对温度N电子转移数F法拉第常熟,二、氧化还原反应的方向,1.氧化还原反应可用电极电位的高低判断，电极电位高的氧化态可以和电极电位低的还原态反应。2.由于氧化剂和还原剂的浓度，溶液的PH值，生成的沉淀物，生成的络合物等都影响电极电位值，也影响反应的方向。3.浓度对反应方向的影响：电极电位相差不大时，改变氧化剂和还原剂的浓度，可改变氧化还原反应方向。ao、aR变化，E变化4.溶液PH值的影响：氧化还原反应有H+或OH参加，因此PH值的变化可影响电极电位大小，影响反应方向。H+变化，ao、aR变化，E变化5.形成络合物的影响：在氧化还原反应时，加入一种可与氧化剂或还原剂形成稳定络合物的络合剂，也会改变电极电位，影响反应的方向。ao、aR变化，E变化6.生成沉淀物的影响：当加入一种与氧化剂或还原剂形成沉淀物的沉淀剂时，会改变电极电位，影响反应的方向。,二、空气氧化法处理含硫污水,含硫污水来自于炼油厂，化工厂，低浓度含硫污水可用空气氧化。空气氧化法空气中的氧为氧化剂来氧化水中的硫化氢。硫化氢最终氧化成无毒的硫酸根，反应温度80-90，接触时间1.5小时，第一步反应几乎进行完全，而第二步反应只能进行约10%。投入氯化铜催化剂，可使反应进行完全。综合这两者，氧化lkg硫()总共约需1.lkg氧，约相当于4m3空气,三、臭氧氧化法,臭氧是氧气的同位素，它由三个氧原子组成，在理想的反应条件下，臭氧可把水溶液中大多数单质和化合物氧化到它们的最高氧化态，对水中有机物有强烈的氧化降解作用，还有强烈的消毒杀菌作用。1、性质：是一种强氧化剂易溶于水分解氧化速度与PH值与水温有关臭氧的半衰期为20-30分钟空气中最高浓度0.1mg/L2、臭氧制造-化学法，电解法，紫外线无声放电法。3、作用与影响因素臭氧及其在水中分解的中间产物氢氧基有很强的氧化性，可分解一般氧化剂难于破坏的有机物，可除臭，脱色、杀菌、除铁、除锰、除有机物等反应完全，速度快；剩余臭氧迅速转化为氧，出水无嗅无味，不产生污泥；原料来源广，因此臭氧氧化法在水处理中是很有前途的。但由于制备臭氧的电能消耗较大，臭氧的投加与接触系统效率低，使其在废水处理中的应用受到限制，主要用于低浓度、难氧化有机废水的处理和消毒杀菌。影响因素有污水中杂质性质，浓度，PH值，温度，臭氧的浓度，用量，投入方式，停留时间。,四、还原法处理污水,1、金属还原法处理含汞污水,通常金属破碎成24mm的碎屑，并用汽油或酸去掉表面的油污或锈蚀层。反应温度提高，能加速反应的进行；但温度太高，有汞蒸气逸出，故反应一般在2080范围内进行。采用铁屑过滤时，pH值在69较好，耗铁量最省；pH值低于6时，则铁因溶解而耗量增大；pH值低于5时，有氢析出，吸附于铁屑表面，减小了金属的有效表面积，并且氢离子和汞离子竞争也变得严重，阻碍除汞反应的进行。,含汞污水与还原剂金属接触，污水中汞离子被还原成金属汞析出，金属被氧化成离子进入溶液。,2、电解法,在直流电流作用下，电极上发生氧化还原反应的过程叫做电解。直接或间接地利用电解槽中的电化学反应，可对废水进行氧化处理、还原处理、凝聚处理及浮上处理。利用插入溶液中的电极表面发生化学反应来处理污水，在电极表面产生电氧化还原反应，电气浮反应，电絮凝反应。电化学反应所用药剂就是电子，其氧化能力和还原能力随电极电位而变化，因此是一种适用范围很宽的氧化剂或还原剂。电解氧化法处理含酚废水常投加食盐，以强化氧化过程，并降低电耗。电化学氧化法还可用以去除废水中的COD、含硫化合物S2、有机硫化合物、有机磷化合物等污染物。废水电解时，由于水的电解及有机物的电解氧化，在电极上会有气体(如H2、O2、CO2、C12等)析出。惜助于电极上析出的微小气泡而浮上分离疏水性杂质微粒的处理技术，称为电解浮上法。电解凝聚(亦称电混凝)是以铝、铁等金属为阳极，在直流电的作用下，阳极被溶蚀，产生A13+、Fe2+等离于，再经一系列水解、聚合及亚铁的氧化过程，发展成为各种络合物以至氢氧化物，使废水中的胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀而分离。,膜分离法,膜分离法是利用特殊的薄膜对液体中的成分进行选择性分离的技术。膜分离法包括扩散渗析、电渗析、反渗透、超滤、液体膜渗析、隔膜电解等分离技术。,一、扩散渗析,扩散渗析是使高浓度溶液中的溶质透过薄膜向低浓度溶液中迁移的过程。扩散渗析的推动力是薄膜两侧的浓度差。最初扩散渗析使用的薄膜是惰性膜，大多用于高分子物质的提纯。使用离子交换膜的扩散渗析，利用膜的选择透过性，可以分离电解质。扩散渗析的渗析速度与膜两侧溶液的浓度差成正比。只有当原液的浓度大于10%时，扩散渗折的回收效果才显著，才有实用价值。,二、电渗析,电渗析脱盐原理是交替排列着许多阳膜和阴膜，分隔成小水室。当原水进入这些小室时，在直流电场的作用下，溶液中的离子就作定向迁移。阳膜只允许阳离子通过而把阴离子截留下来；阴膜只允许阴离子通过而把阳离子截留下来。结果这些小室的一部分变成含离子很少的淡水室，出水称为淡水。而与淡水室相邻的小室则变成聚集大量离子的浓水室，出水称为浓水。从而使离子得到了分离和浓缩，水便得到了净化。,三.电渗析法的应用,电渗析法在废水处理中的应用电渗析法最先用于海水淡化制取饮用水和工业用水，海水浓缩制取食盐，以及与其它单元技术组合制取高纯水，后来在废水处理方面也得到较广泛应用。目前，电渗析法在废水处理实践中应用最普遍的有：(1)处理碱法造纸废液，从浓液中回收碱，从淡液中回收木质索；(2)从含金属离子的废水中分离和浓缩金属离子，然后对浓缩液进一步处理或回收利用(3)从放射性废水中分离放射性元素；(4)从芒硝废液中制取硫酸和氢氧化钠；(5)从酸洗废液中制取硫酸及沉积重金属离子；(6)处理电镀废水和废液等，含Cu2+、Zn2+、Cr()、Ni2+等金属离子的废水都适宜用电渗析法处理，共中应用较广泛的是从镀镍废液中回收镍，许多工厂实践表明，用这种方法可以实现闭路循环。,四、渗透,如果将纯水和某种溶液用半透膜隔开，水分子就会自动地透过半透膜进到溶液一侧去，这种现象叫做渗透。在渗透进行过程中，纯水一侧的液面不断下降，溶液一侧的液面则不断上升。当液面不再变化时，渗透便达到了平衡状态。此时，两侧液面差称为该种溶液的渗透压。任何溶液都具有相应的渗透压，其值依一定溶液中溶质的分子数目而定，与溶质的本性无关，溶液的渗透压与溶质的浓度及溶液的绝对温度成正比，其数学表达式为：式中：渗透压力,Pa;R理想气体常数，Pa.L/molKC溶质的浓度，mol/L；T绝对温度，K；i范特霍夫系数，表示溶质的离解状态，其值大于等于1，当完全离解时，等于阴、阳离子的总数，对非电解质则为1,iRTC,五、反渗透,在渗透的基础上进行逆向处理。如果在溶液一例施加大于渗透压的压力，则溶液中的水就会透过半透膜，流向纯水一侧，溶质则被截留在溶液一侧，这种作用称为反渗透。反渗透装置主要有板框式、管式、螺旋卷式和中空纤维式四种。反渗透法在废水处理中的应用实例1、反渗透法处理酸性尾矿水废水2、反渗透法纸浆及造纸厂废水处理3、反渗透法丝绸染整厂废水处理,六、超滤,超滤是一种筛孔分离过程，主要用来截留分子量高于500的物质。在静压差的作用下，原料液中溶剂和小分子的溶质粒子从高压的料液侧透过膜到低压侧，通常称为滤出液或透过液；而大分子的溶质粒子组分被膜所阻截，使它们在滤剩液(或称浓缩液)中浓度增大。按照这种分离机理，超滤膜具有选择性的主要原因是形成了具有一定大小和形状的孔，而聚合物质的化学性质对膜的分离特性影响不大。因此，可以用细孔模型表示超滤的传递过程。但也有人认为，除了膜孔结构外，膜表面的化学性质也是影响超滤分离的重要因素，并认为反渗透理论可以作为研究超滤的基础。大多数超滤膜都是聚合物或共聚物的合成膜，主要有醋酸纤维超滤膜、聚讽类超滤膜和聚砚酰胺超滤膜。此外，聚丙烯脂也是一种很好的超滤膜材料。在废水处理中，超滤技术可以用来去除废水中的淀粉、蛋白质、树胶、油漆等有机物，以及粘土、微生物等物质。超滤技术还可用于纸浆和造纸废水、洗毛废水、还原染料废水、聚乙烯退浆废水、食品工业废水以及高层建筑物的生活污水处理，既可回收各种有用物质，也可以使处理后的水回用于生产或生活。,溶解态污染物的其它分离方法,1、吹脱法,吹脱法是将空气通入废水中，改变有毒有害气体溶解于水中所建立的气液平衡关系，使这些挥发物质由液相转为气相，然后予以收集或者扩散到大气中去。吹脱过程属于传质过程；其推动力为废水中挥发物质的浓度与大气中该物质的浓度差。吹脱法用于去除废水中的CO2、H2S、HCN、CS2等溶解性有毒有害气体。吹脱曝气既可以脱除原来存于废水中的溶解气体，也可以脱除化学转化而形成的溶解气体。例如，废水中的硫化钠和氰化钠是固态盐在水中的溶解物，在酸性条件下，由于它们离解生成的S2-和CN-离子能和H+离子反应生成H2S和HCN，经过曝气吹脱，就可以将它们以气体形式脱除。这种吹脱曝气称为转化吹脱法。脱设备类型很多，经常使用的为强化式吹脱池(鼓泡池)和塔式吹脱装置(吹脱塔),2、气提法,汽提法的基本原理是所使用的介质不是空气而是水蒸气。即使用水蒸气与废水直接接触，将废水中的挥发性有毒有害物质按一定比例扩散到气相中去，从而达到从废水中分离污染物的目的。汽提法最早用于从合酚废水中回收挥发性酚。废水预热至100后，由汽提塔的顶部淋下，与上升的蒸气流相遇，在填料层中或塔板上进行传质。净化后的废水由集水槽排走。蒸气和酚的混合气体从塔顶排出，由鼓风机送入再生段回收酚。含酚蒸气由再生段的底部送入，先与淋下的循环碱液逆流相遇，再与补充的新碱液(浓度10)相遇，经化学吸收而脱酚，净化后的蒸气进入汽提段循环使用。碱液与酚发生化学反应，生成酚钠盐。,3、萃取法,当某一种溶质溶解在两个互不相溶的溶剂中时，若溶质在两相中的分子状态相同，在一定的温度下，溶质在两相中平衡浓度的比值为常数，这种关系称为分配定律。则用一种与水不互溶，而对废水中某种污染物溶解度大的有机溶剂，从废水中分离去除该污染物的方法，称为萃取法。萃取是物质从一相转移到另一相的传质过程。两相之间物质的转移速率G(kg/h)可用下式表示：,式中:F两相的接触面积，m2；C传质推动力，即废水中污染物质的实际浓度与平衡浓度之差值，kg/m2；K传质系数，m/h；它与两相的性质、浓度、温度、pH等有关。提高传质速率的主要途径有以下几方面：(1)增大传质推动力；(2)增加两相接触面积；(3)增大传质系数。,G=KFC,返回,4、蒸发法,废水的蒸发处理指加热废水(有时还兼施减压)，使水分子逸出，从而达到制取纯水和浓缩废水中溶质的目的。蒸发法处理废水举例（1）采用蒸发法浓缩高浓度有机废水，然后综合利用浓缩液或将其焚化处理。（2）浓缩和回收废碱液纺织、造纸、化工等工业部门排出的高浓度碱液经蒸发浓缩后，可回用于生产。（3）浓缩和回收废酸液酸洗废液可采用浸没燃烧法进行浓缩和回收。,21.2常用工业废水处理工艺系统,21.2.1含油及石油化工废水,含油废水的来源及污染特征,1含油污水的产生来源为石油开采炼制、石油化工、钢铁、焦化、煤气发生站、机械加工等工业企业。由于机械剪切，水力冲刷，表面杂质，跑冒滴漏。2特征分类：污水中的油比重小于1，可以自然上浮水面可浮油：油珠较大，易浮于水面形成油膜或油层。分散油：悬浮于水中，但是在静止的时候，可以借助油珠与水比重差上浮至水面分离，直径10100（微米）。乳化油：呈乳化状态浮于水中，不能上浮，含量1520，直径518，油珠成为稳定的乳化液。溶解油：溶解于污水中，一般污水中515mg/L。,油的污染程度,1.形成一层分子膜，污染水质2.水中溶解氧O2含量下降3.生成CO2、形成H2CO3、PH、浊度4.不能灌溉，农业灌溉要求含油量50ppm5.不能生物处理，生物处理要求含油量3050ppm。,石油化工废水的特点,1.废水量大2.废水组分复杂3.有机物特别是烃类及其衍生物含量高4.含有多种重金属,传统含油废水的处理方法及计算,1除油池：只能去除可浮油平流式除油池污水从池一端流入，从另一端流出，比重小于1的浮油上浮，水面设集油管，可去除油珠不低于100150。斜板式除油池根据浅池理论，池内设斜板，间距2050mm，水流向下流动，油珠向上浮动，异向分离，泥渣滑向池底，可去除60油珠，停留时间短。,2.气浮法：能去除可浮油和部分乳化油将空气通入水中，并以微小气泡折出，使水中油珠杂质粘附气泡一同上浮至水面分离。,其中：u：静止水中，直径d油珠的上浮速度，：分别为水、油珠的密度，d：上浮最小油珠，：粘滞系数g：重力加速度。,3除油池的计算,理论基础：最小油珠上浮速度用斯笃克士公式：,其中：A是表面积、Q是流量、u是上浮速度、是修正系数,除油池面积,其中：U水平流速H池水深,L3.6Ut,过流断面及池长,除油池容积,t停留时间,池格数,b格宽、h水深,长度,污水中乳化油粗粒化附聚法,1乳化油的产生油水强烈搅拌产生机械剪切力，油珠变小，粘附一些亲水物质，形成双电层稳定态。2乳化油性质微小性，乳化油粒径微小，具有布朗运动，静电斥力，微粒表面水化作用。亲水性，乳化油属于疏水物质，但表面粘附亲水物质而呈现亲水性，稳定存在于污水中。带电性，乳化油直径110微米，电位40100毫伏，带负电，可以长期保持稳定，在静电斥力作用下不会聚合，稳定存在污水中。,3.电位可以用电泳方法测定，计算公式：,u油珠上浮速度D介电常数E电位梯度粘度,4粗粒化法附聚法定义：使污水流经滤床，乳化油被粘附在滤料表面，并逐渐形成大油珠上浮粗粒化法材料：以石英砂为例石英砂在锐角处，分子间力较强，先吸附小油珠，小油珠持续吸附，逐渐形成一层油膜，布满石英砂表面，形成大油珠上浮。根据动力学公式，油珠附聚力F大小计算如下：分析:设油珠为1，污水为2、石英砂为3(1)油珠直径越大r2，油水表面张力越大，附聚力越大F，越容易附聚。(2)提高水中含盐量，压缩电位，使表面力增大，有利附聚，(3)由于油珠普遍带负电，油珠进一步稳定，不利附聚。(4)表面活性物增多，油珠由疏水转变亲水，不利附聚,含油及石油化工废水处理工艺系统,21.2.2制浆造纸工业废水,制浆造纸废水来源与水量,1、备料过程中的废水2、蒸煮工段废液3、机械浆及化学机械浆废水4、洗浆、筛选废水5、废纸回用过程的废水6、漂白废水7、造纸废水,制浆造纸废水的主要污染指标,1.COD和BOD：半纤维素、糖类等易降解物质;木素及大分子碳水化合物等难降解物质。2.合成有机物清洗剂，杀虫剂，油脂及工业化学物质等，共同点是有潜在毒性。3.有机卤化物木素氯化分子量多高于1000，透过细胞进行生物积累的可能性小。,白水,造纸废水白水：即抄纸工段废水，它来源于造纸车间纸张抄造过程。白水主要含有：细小纤维、填料、涂料和溶解了的木材成分，以及添加的胶料、湿强剂、防腐剂等，以不溶性COD为主，可生化性较低，其加入的防腐剂有一定的毒性。白水水量与负荷：水量较大，所含的有机污染负荷远远低于蒸煮黑液和中段废水白水回用：提高白水回用率，减少多余白水排放，剩余白水经过过滤、气浮或沉淀等方法，回收纤维，出水再用于抄纸过程。,中段废水,是指经黑液提取后的蒸煮浆料在筛选、洗涤、漂白中排出的废水，颜色呈深黄色，占总量的8%9%，吨浆COD负荷310kg左右；中段水浓度高于生活污水，BOD和COD的比值在0.20到0.35之间，可生化性较差，有机物难以生物降解且处理难度大；中段水中的污染物主要是悬浮纤维及纤维原料中的溶解性有机物，有机物主要是木质素、纤维素、有机酸等，以可溶性COD为主。其中，对环境污染最严重的是漂白过程中产生的含氯废水。,制浆造纸废水的处理,21.2.3乳品工业废水处理,乳品废水的来源及水质水量特征,洗涤废水：含有较多污染物冷却水：一般不会被污染产品加工废水：含有较多污染物，间歇式排放。,乳品废水处理技术及系统,排放,21.2.4啤酒工业废水处理,啤酒工业废水的水质水量,啤酒废水处理技术及系统,21.2.5纺织印染废水处理,21.2.6有毒有害工业废水处理,含氰废水处理1.含氰废水的来源：氰化电镀2.碱性氯化法：碱性氯化法分一级处理和二级处理，其原理为：利用OCI-的氧化作用。一级处理：包括两个主要反应，CN-+OCI-+H2O=CNCI+2OH-CNCI+2OH-=CNO-+CI-+H2O二级处理NaCNO+3HOCI+H2O=2CO2+N2+3NaCI+HCI+H2OCNCI+2HOCI+H2O=2CO2+N2+5HCI,碱性氯化法间歇处理含氰废水工艺流程,碱性氯化法连续处理含氰废水工艺流程,电解氧化法处理含氰废水时，CN可在阳极直接被氧化，其电极反应分两步进行，第一步将CN氧化为CNO，第二步将CNO氧化为N2和CO2(HCO3-)。CN的阳极氧化需在碱性条件下进行，这是因为碱性条件下形成的HCN在阳极上放电十分困难，而碱性条件下形成的CN易于在阳极放电；同时阳极反应也需要有OH离子参加。但pH太高，将发生OH放电析出O2的副反应，与氰的氧化破坏无关，却使电流效率，降低。,3.电解氧化法：,含铬废水处理1.含铬废水的来源：镀铬、钝化、铝阳极氧化等镀件的清洗水。2.用离子交换法处理含铬废水，不论是单独使用还是在闭路循环系统中与其它单元操作组合使用，都具有普遍性。一般认为，该法用来回收铬是经济合理的，当废水含铬l00mg/L，回收铬的价值完全可以抵偿处理费。,3、亚硫酸钠法处理含铬污水含铬污水主要来自电镀厂，污水中含有的铬酸根和重铬酸根形式存在的高价铬，其比例大小与PH有关。在酸性条件下水中投加亚硫