给水处理田一梅副教授.ppt

1,第13章工业废水的物理化学处理,混凝(Coagulation)气浮(DissolvedAirFlotation)吸附(Adsorption)离子交换(IonExchange)电渗析(Electrodialysis)反渗透（ReverseOsmosis）膜过滤（MembraneFiltration）,2,13.1混凝,混凝的概念：通过投加混凝剂使水中难以沉淀的胶体物质以及细小的悬浮物聚集成较大的颗粒，使之能与水分离的过程。还可用于除油脱色,3,混凝主要用于胶体分散系（1100m）的废水处理，在混凝剂的作用下，使废水中的胶体状污染物脱稳、凝聚，形成絮凝体（矾花），然后通过沉淀、气浮、过滤等手段将污染物去除。,4,13.2气浮,气浮法的基本原理：向水中通入空气，产生微细的气泡，使水中的细小悬浮物黏附在高度分散在水中的微小空气泡上，形成气浮体，当气浮体的浮力大于重力和阻力时，上浮到水面，形成浮渣，达到去除水中悬浮物，改善水质的目的。用于去除比重1的悬浮物、油类、脂肪等，用于污泥浓缩。,5,气浮过程的必要条件：大量高度分散的微小气泡；待去除的污染物呈悬浮颗粒状态；悬浮颗粒表面呈疏水性质。,影响气浮效果的主要因素：界面电现象表面活性物质分散稳定性混凝脱稳效果气泡分散度泡沫稳定性,7,气泡直径越小，数量越多，气浮的效果越好；水中的无机盐类会加速气泡的破裂和合并，降低气浮效果；投加混凝剂会促进悬浮物凝聚，使其黏附在气泡而上浮；加入浮选剂使亲水性颗粒表面转化为疏水性物质而黏附在气泡上，随气泡上浮。,气浮的影响因素及提高气浮效果的措施,8,气浮法的分类：电解气浮法散气气浮法（扩散板，叶轮）溶气气浮法（真空溶气，加压溶气）,9,运行时借助电解作用，在两个电极区不断产生氢、氧和氯气等微气泡，废水中的悬浮颗粒黏附于气泡上一起上浮到水面而被去除。优点：气泡小；除用于固液分离外，还可降低BOD、氧化、脱色、杀菌等；对废水负荷变化适应性强，生成污泥量少，占地少，不产生噪音；工艺简单，设备小。缺点：电耗大（采用脉冲电解气浮可减少电耗）用于：去除细分散悬浮固体和乳化油。,（一）电解气浮法,10,目前应用的：1）扩散板曝气气浮法；2）叶轮气浮法原理：空气通过微细孔扩散装置或微孔管或叶轮后，以微小气泡的形式分布在污水中进行气浮处理的过程。优点：简单易行。缺点：气泡较大，气浮效果不好，空气扩散的微孔易于堵塞（扩）。,（二）散气气浮法,11,包括加压溶气气浮和溶气真空气浮加压溶气气浮：是空气在加压条件下溶于水中，而在常压下析出。（国内外较常用）溶气真空气浮：是空气在常压或加压条件下溶于水中，在负压条件下析出。,（三）溶气气浮法,12,溶气真空气浮：是空气在常压或加压条件下溶于水中，在负压条件下析出。特点：在负压状态下运行优点：空气溶解所需压力较压力溶气低，动力设备及电耗少；缺点：在负压条件下运行，所有设备部件均密封在气浮池内，使气浮池构造复杂，维护、维修困难；适用于：污染浓度不高的废水（生产中用的不多）,（1）溶气真空气浮,13,加压溶气气浮：空气在加压条件下溶于水中，而在常压下析出。特点：气浮在常压状态下运行组成：空气饱和设备，空气释放设备，气浮池等；类型：全溶气气浮、部分溶气气浮、回流加压溶气气浮；,（2）加压溶气气浮,14,回流加压溶气气浮,部分溶气气浮,全溶气气浮,15,（i）全溶气气浮,缺点：电耗高；优点：因不另加溶气水，气浮池容积小；,16,（ii）部分溶气气浮,优点：较全溶气气浮省电；因部分废水经溶气罐，溶气罐的容积较小；缺点：部分废水加压溶气所能提供的溶气量较少；若要提供同样的溶气量，需提高溶气罐的压力；,17,（iii）回流加压溶气气浮,适用于：含悬浮物浓度高的废水的固液分离；缺点：气浮池的容积较前两者大；,18,加压溶气气浮法的特点：,水中空气溶解度大，可提供足够的微气泡，可满足不同要求的固液分离，确保去除效果；经减压释放后产生的气泡粒径小(20100m)、粒径均匀、微气泡在气浮池中上升速度很慢、对池扰动较小、特别适用于絮凝体松散、细小的固体分离；设备和流程都比较简单，维护管理方便。,19,水泵吸水管吸气溶气方式水泵压水管射流溶气方式水泵-空气压缩机组合溶气方式,溶气方式,了解,20,分离去除废水中的悬浮油和乳化油；分离去除废水中的有机物、重金属和表面活性物质分离回收废水中的有用物质（纸浆，贵金属）分离浓缩活性污泥（代替二沉池、浓缩池）,气浮法的适用范围,21,气浮池表面负荷高（可达12m3/m2.h），水力停留时间短，池深浅，体积小；浮渣含水率低（96%），渣量少，排渣方便与混凝沉淀法比，混凝剂用量少；气浮过程中增加了水中的溶解氧，浮渣含氧，不易腐化，有利于后续处理；效率高；,气浮法的优点,22,电耗高，每m3废水比沉淀法多耗电0.020.04KWh，运营费用偏高；废水悬浮物浓度高时，减压释放器容易堵塞；设备多，管理复杂。,气浮法的缺点,23,吸附：溶液中的物质由一相向某种适宜的另一相界面上自发积累/富集的过程。吸附可发生在各种不同的相界面上，但在废水处理中，主要指固体物质表面对污染物的吸附作用。固体表面都有吸附作用，吸附法是利用多孔性的固体物质，对废水中一种或多种溶质的吸附作用分离去除废水中的有害污染物质。,13.3吸附,24,吸附剂：具有吸附能力的固体物质；吸附质：废水中被吸附去除的物质；为了使单位重量的吸附剂能够吸附更多的吸附质，吸附剂多为具有巨大表面积的多孔颗粒状固体（活性炭）,25,13.4离子交换,离子交换法在水的软化和除盐中早已获得广泛的应用（给水处理），目前已应用在回收和处理工业废水中的有毒物质方面。离子交换法：使离子交换剂与废水接触，离子交换剂上活性基团与废水中的有害离子进行交换，从而达到污水净化的目的。,26,13.5电渗析,（一）膜分离法的原理及分类膜：能够把流体相分隔为互不相通的两部分，这两部分之间能存在“传质”的薄的物质。膜的特征：无论厚度多少都必须有两个界面，两个界面分别与两侧流体相接触；具有选择透过性，可允许一侧流体中一种或几种物质通过，而不允许其他物质通过。可以是固体或液体。膜分离：利用膜的选择透过性能将离子或分子或某些微粒从水中分离出来的过程。,27,膜分离法的分类：根据溶质或溶剂透过膜的推动力和膜种类不同，分为：以电动势为推动力的膜分离法：电渗析以浓度差为推动力的膜分离法：扩散渗析以压力为推动力的膜分离法：反渗透，超滤，微滤,28,29,（二）电渗析,原理：在外加直流电场作用下，利用离子交换膜的透过性（即阳膜只允许阳离子透过，阴膜只允许阴离子透过），使水中的阴、阳离子作定向迁移，从而达到水中的离子与水分离的一种物理化学过程。,30,31,离子交换膜：是电渗析的关键部件，其性能影响电渗析器的离子迁移效率、能耗、抗污染能力和使用期限等电渗析离子交换膜的分类：按膜结构分为：异相膜、均相膜和半均相膜按膜上活性基团不同分为：阳膜、阴膜和特种膜按膜材料不同分为：有机膜和无机膜,离子交换膜和电渗析装置,32,电渗析装置：电渗析器的构造包括压板、电极托板、电极、极框、阴膜、浓水隔板、淡水隔板等部件。电渗析器的辅助设备还包括水泵、整流器等。,33,电渗析器运行的工艺参数,电流效率电渗析析器运行时实际除盐量与理论除盐量之比称为电渗析器的电流效率。电流密度与极化现象电渗析器工作时，单位膜面积上通过的电流称为电流密度。运行时，当电流密度达到一定值时，界面层离子的迁移速度远低于膜内离子迁移速度，迫使膜界面处水分子发生电离，依靠氢离子和氢氧根离子来传递电流，这种膜界面现象称为浓差极化，此时的电流密度称为极限电流密度。,处理废水的电渗析器的特点,电渗析在海水或苦咸水淡化和某些工业用水的精制等应用中都已有大型装置投入生产性运行，而在废水处理中的应用还相对较少。在给水处理和废水处理中，应用电渗析器的不同：在给水处理中，只回收淡水和关注淡水水质，水的回收率一般为50%70%。而在废水处理中，有时淡水和浓水均可回收利用，水的回收率高，有时浓水的利用价值高于淡水。在给水处理中，只含有阳膜和阴膜，并以膜对的形式存在。而在废水处理中，膜的种类较多，有阳膜、阳膜、中性膜和复合膜等，根据处理对象组成和处理目的的不同而有不同的膜组合形式。在给水处理中，关注电渗析电极反应多半是为了防止电极反应的负面影响。而在废水处理中，有时是利用电极反应来达到处理废水和回收有用物质的目的。,35,电渗析在废水处理中的应用,电镀废水中含有铜、锌、镍等重金属和氰化物。应用电渗析处理电镀废水取得了较好的效果，既回收了重金属，又使水的重复利用率有较大的提高。,36,13.6扩散渗析,扩散渗析的原理：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。推动力：膜两侧溶液的浓度差。扩散渗析的应用与发展：高分子物质的分离、提纯：惰性膜；分离电解质：离子交换膜（选择透过性）；离子交换扩散渗析器除没有电极外，其它构造与电渗析器基本相同,37,13.7反渗透,用膜法分离溶液时，使溶剂通过膜的方法称为渗透水通过膜由稀溶液进入浓溶液的过程称为自然渗透在浓溶液一侧施加压力，使浓溶液中的水通过膜进入稀溶液的过程称为反渗透。,38,反渗透膜的传质机理：溶解扩散理论优先吸附毛细孔流理论氢键理论,39,13.8超滤,超滤：又称超过滤，用于截留水中胶体大小的颗粒，而水和低分子量溶质则允许透过膜。超滤的机