（环境工程专业论文）餐饮业含油废水处理技术与设备.pdf

哈尔滨工业大学工学硕上学位论文 1 1 含油废水污染概况 第1 章绪论 含油废水是一种量大而面广的污染源。据有关数据显示，世界上每年至少有 5 0 0 1 0 0 0 万吨油类通过各种途径进入水体。因此，含油废水的治理对于保护水 资源，维持生态平衡，促进经济发展，都具有重要意义。油类在水中的形态可分为 以下五种：( 1 ) 浮油，这类油珠粒径较大，一般大于1 0 0 岫，易浮于水面，形成油 膜或油层；( 2 ) 分散油，油珠粒径一般为1 0 1 0 0 岫，以微小油珠悬于水中，不稳 定，静嚣一段时间后往往形成浮油；( 3 ) 乳化油，油珠粒径小于1 0 哪，一般为 0 1 2 m ，往往因水中含有表面活性剂使油成为稳定的乳化液：( 4 ) 溶解油，油珠比 乳化油还小，有的可小到几纳米，是溶于水的油微粒；( 5 ) 粘附油，油类相当牢固的粘 附在水中其它杂质上，随杂质或悬浮或沉积在水中【2 】。 1 2 餐饮含油废水来源及危害 随着城市及城市化的发展，宾馆、酒店、食堂的规模日益扩大，数量目益增多， 随之产生的餐饮废水量越来越大，据资料统计 3 】，我国的锯饮业每年以1 0 的速 度在递增，餐饮废水以成为我国主要水体污染源之一。餐饮废水排放量约占城市 生活污水排放量的3 ，但其b o d 5 、c o d 的含量却占总负荷的1 3 。可见餐饮废 水是高浓度污染源，是城市周围水体受污染的主要原因之一。 餐饮业含油污水的产生是由于在烹饪过程中使用大量的动物油和植物油，这 些油脂经加热烹炒、高温煎炸后部分迸入食物，而在刷洗餐具、油锅以及倒掉残 油和残羹冷炙的过程中，大量油脂与厨间生活污水混合进入下水道而形成的。动 植物油脂是多组分烃基脂肪酸类有机混合物，c o d 、b o d 5 值高，有一定的色度 和气味，易燃、易氧化分解，一般都比水轻，难溶于水。 污水中的动植物油，有一定的气昧和色泽，危害了水产资源和人类健康。国 内外对餐饮业含油废水污染都有相关的报导。餐饮废含油废水污染主要有以下几 个方面： ( 1 ) 含油废水排放到土壤中会形成油膜使土壤结块，土壤中呈现缺氧状态， 这是国内外普遍存在的餐饮废水污染的较为严重的问题。形成的油膜使空气难于 进入，阻碍微生物的增殖，破坏土层的团粒结构。油类粘附于植物根部会影响对 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 养分的吸收而导致减产或死亡。 ( 2 ) 增加城市污水处理厂的负荷。当含油污水进入城市污水处理厂时，由于 油脂较难降解，流入到生物处理构筑物混合污水的含油浓度，通常不能大于3 0 5 0 m l ，否则将影响到活性污泥和生物膜的正常代谢过程。 ( 3 ) 影响城市排水管网过水能力，加大管网清淤管理费用。餐饮业所排污水 中的油脂容易凝结在管道内壁，形成厚厚的油脂层( 特别是在冬季) ，使管道过水 能力减小，甚至堵塞。油脂堵塞的管道清通非常困难，甚至用高温碱水冲刷也无 济于事。 ( 4 ) 恶化水质、危害水产资源。清洁的水被含油废水污染后，c o d 、b o d ， 值升高，油膜阻止氧气溶入水中，使水质缺氧而恶臭，而水中的乳化油和溶解油， 由于需氧微生物的作用，在分解过程中分解消耗水中的氧( 生成c 。2 和h 2 0 ) ，水 体缺氧，二氧化碳浓度增高，p h 值降低到正常范围以下。造成水体富营养化， 大量鱼类和水生动植物的死亡。水体中含油量大于o 0 1 m g 时，就会使鱼肉带有 油味而影响食用。 ( 5 ) 危害人体健康。油类和它的分解产物中，存在着许多有毒物质( 如苯并芘、 苯并葸及其它多环芳烃) 。这些物质在水体中被水生生物摄取、吸收、富集，造 成水生生物畸变。如果通过食物链进人人体，使肠、胃、肝、肾等组织发生病变， 危害人体健康。 ( 6 ) 污染大气。在未建立城市污水处理厂的城市，含油污水一旦排入水怀， 动植物油便以油膜形式浮在水面，在各种自然因素影响下，其中部分组分和分 解产物就挥发进入大气，污染和毒化水体上空和周围的大气环境。由于扩散和风 力的作用，可以使污染范围扩大。 此外，由于渗水的作用，含油污水可能还会影响地下水的水质。 因此，餐饮业含油废水的治理达标排放具有重要的现实意义。 1 3 餐饮含油废水处理现状 1 3 1 餐饮废水成分分析 锓饮污水成分复杂州。表卜1 为餐饮废水中各种污染成分对c 0 d 贡献的量。 惜目谣l 业大芋上学坝士学位论文 表卜1 餐饮废水中各种营养成分对水体中c o d 贡献的量( g ) t 曲1 e1 1c o n t 曲u t i o nt oc o do f n u 仃i “o n 舶mr e s r a u m n tw a t e r 样品 称取质餐 产生c o d 精制油 1 0 0 2 3 0 2 6 0 人豆油 1 0 0 2 4 0 2 7 0 动物油脂 1 o o 2 5 0 2 8 0 生粉 1 o o 0 8 5 0 9 8 酱油 1 o o 0 4 5 0 6 5 黄酒 1 0 0 o 3 5 0 6 0 向糖 1 0 0 o 8 5 1 0 5 奶油 1 0 0 1 4 0 1 8 0 味精 1 o o o 4 0 0 7 0 洗沽精 1 0 00 4 0 0 5 5 从表卜1 可以看出，餐饮废水中的油和油脂类产生的c o d 要远远高于其它 成分产生的c 0 d 。因此去除餐饮废水中的动、植物油具有很重要的意义。在一 般设置隔油池的餐馆酒店中，都可以将凝固的动物油除去，而植物油由于在很低 的温度下都呈液状，如果水中含有大量的洗涤剂等便很难去除【5 】。因此对餐饮业 含油废水治理的主要目的就是去除污水中的动、植物油，使其含量达到最低。一 般情况下，餐饮业含油污水中油脂的存在形式分为上浮油、分散油、乳化油、溶 解油和油固体物等5 种 6 】： ( 1 ) 上浮油粒径大于3 0 u m 的油分，在餐饮业含油污水中占5 0 一6 0 。由 于颗粒较大，静置后能较快上浮，以连续相的油膜飘浮在水面上。 ( 2 ) 分散油粒径介于1 3 0 岫的油分，在餐饮业含油污水中占3 5 一4 5 。 微小油珠悬浮分散在水相中。分散油不稳定，会聚并成较大的油珠而上浮到水面， 也可能进一步变小，转化成乳化油。 ( 3 ) 乳化油粒径小于1 m 的油分，在餐饮业含油污水中占3 一5 。极细 微的油珠以油包水的细颗粒形式悬浮分散在水中。 ( 4 ) 溶解油以分子状态或化学方式分散于水体中，油分和水形成均相体系， 非常稳定，很难用一般方法去除。在餐饮业含油污水中占0 5 一1 5 。 ( 5 ) 油一固体物在水体中油珠粘附在固体悬浮物质的表面上形成的油一固体 物。在餐饮业含油污水中占2 一6 5 。 上述形式的油和油脂中，上浮油和分散油可以用物理方法和物化法就可以达 到很好的处理效果，乳化油和溶解油很难用常规方法去除。对于乳化油必须加入 破乳剂破坏其表面双电子层结构达到去除目的。 晴尔滨工业大学工学硕士学位论立 1 3 2 餐饮废水捧放特征 餐饮废水排放的水质和水量随时段变化而有较大幅度的变化 ”。表1 2 为餐 馆酒店中餐位数与污水排放量的关系。 表1 2 餐侥数与餐饮废水排放量的关系 1 捌e1 - 2r e l a t i o nb e t 、e e nw a s t e w a t 盯d i s c h 8 曙e 柚ds t so f r e s t a u r 日n t 餐位数( 座) 排水量( c d ) 8 0 0 4 0 0 5 0 0 3 0 0 4 0 0 2 0 0 3 0 0 1 0 0 2 0 0 1 0 0 8 0 4 0 6 0 3 0 4 0 2 0 3 0 1 5 2 5 5 1 0 上表表明餐饮行业排放的水量很小。据调查结果显示1 3 ，餐馆酒店在客流量 高峰期和低峰时段的污水浓度差别很大。餐馆酒店在高峰期污水排放的c 0 d 、 b o d s 是非高峰期时的5 1 0 倍，油脂类为4 “倍。 1 。3 3 含油废水治理现状 饮食业污水的处理方法与其它生活污水的处理方法基本相同，一般包括物理 法、化学法、物理化学法、生物法。但饮食业污水具有其自身显著的特点，所以 在处理方法上也要进行具体分析。饮食业污水中含有食物残渣、悬浮物、毛发、 油脂和其它固体物质。如果这些污水不加以处理，会使大量的油脂、有机物、悬 浮物进入地表水造成严重的污染。饮食污水中所含的油脂可以分成动物性油脂和 植物性油脂，动物性油脂含有胆固醇和较多的饱和脂肪酸，植物性油脂含有较多 的不饱和脂肪酸。 对于含油污水的处理方法和技术，国内外研究学者一直在不懈的进行深入研 究与探讨。其处理手段大体为以物理方法分离，以化学法去除以生物法降解。 含油废水处理方法主要以有以下几种。 1 3 3 1 机械物理除油机械物理除油是根据在重力场和离心力场中油水间有不同 的重力和离心力达到分离的目的。用于除油的设备有隔油池、除油罐、过滤罐、 粗粒化罐、油水分离器、气体浮选器等。 ( 1 1 重力及机械分离法主要用于处理水中的浮油和分散油。其原理是利用在 重力场中和离心场中，油和水密度不同且相互不溶的性质，所产乍的重力和离心 力不同进行分离。在重力场中，油滴比水轻，在水中产生向上的浮力，缓慢上浮、 力不同进行分离。在重力场中，油滴比水轻，在水中产生向上的浮力，缓慢上浮、 4 堕堡堡三些查兰三兰堡圭：笔鎏童 1 3 2 餐饮废水排放特征 餐饮废水排放的水质和水量随时段变化而有较大幅度的变化”。表1 2 为餐 馆酒店中餐位数与污水排放量的关系。 表1 2 餐位数与餐饮废水排放量的关系 1 曲l e1 2r e l “o nb e n v e e nw a s t e w a t e rd i s c h 8 唱e 肌ds e a 协o f r e s t a u m n t 餐位数( 座)排水量( t d ) 8 0 4 0 6 0 3 0 4 0 2 0 3 0 1 5 2 5 5 1 0 上表表明餐饮行业排放的水量很小。据调查结果显示 3 1 ，餐馆酒店在客流量 高峰期和低峰时段的污水浓度差别很大。餐馆酒店在高峰期污水排放的c o d 、 b o d 5 是非高峰期时的5 1 0 倍，油脂类为4 撕倍。 1 3 3 含油废水治理现状 饮食业污水的处理方法与其它生活污水的处理方法基本相同，一般包括物理 法、化学法、物理化学法、生物法。但饮食业污水具有其自身显著的特点，所以 在处理方法上也要进行具体分析。饮食业污水中含有食物残渣、悬浮物、毛发、 油脂和其它固体物质。如果这些污水不加以处理，会使大量的油脂、有机物、悬 浮物进入地表水造成严重的污染。饮食污水中所含的油脂可以分成动物性油脂和 植物性油脂，动物性油脂含有胆固醇和较多的饱和脂肪酸，植物性油脂含有较多 的不饱和脂肪酸。 对于含油污水的处理方法和技术，国内外研究学者一直在不懈的进行深入研 究与探讨。其处理手段大体为以物理方法分离，以化学法去除，以生物法降解。 含油废水处理方法主要以有以下几种。 1 3 3 1 机械物理除油机械物理除油是根据在重力场和离心力场中油水间有不同 的重力和离心力达到分离的目的。用于除油的设备有隔油池、除油罐、过滤罐、 粗粒化罐、油水分离器、气体浮选器等。 ( 1 ) 重力及机械分离法主要用于处理水中的浮油和分散油。其原理是利用在 重力场中和离心场中，油和水密度不同且相互不溶的性质，所产生的重力和离心 力不同进行分离。在重力场中，油滴比水轻，在水中产生向上的浮力，缓慢上浮、 淼麟一 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 分层，油滴上浮速度可用斯托克公式计算【7 ： u ：生：兰：! ：! 鱼塑二丝! f 。研n 胙面青一( c 刚印 式中，”一油珠上浮速度( c 州s ) ：口一污水中油粒上浮速度降低系数；占一重力加 速度( c i l l s 2 ) ；p 。d 一污水容重( 锄3 ) ；p 。f 厂油的容重( c m 3 ) ，动植物油约为 o 9 5 ；_ 一污水的绝对粘滞系数( c m s ) ；d 一油颗粒直径( c m ) ；曲一不均匀紊 流修正系数，约为1 3 5 1 5 0 。 在重力场中浮油或分散油在浮力作用下上浮分层，其上浮速度取决于油珠颗 粒大小、油与水的相对密度差、流动状态及流体黏度等。该过程是在隔油池或隔 油罐中进行。其特点是结构简单、管理及运行方便、除油效率稳定，但处理所需 时间长，池子占地面积大。 ( 2 1 离心分离法离心分离法是利用快速旋转产生的离心力，使相对密度大的 水抛向外圈，而相对密度较小的油珠留在内圈，并聚结成大的油珠而上浮分离。 该法设备紧凑，占地面积小，适用于小批量含油废水处理，且利用高速离心机( 转 速高于1 2 0 0 0 r m i n ) 可分离水中的乳化油。按离心力产生方式不同的油水分离器 有水力旋流器和离心机。前者是利用油和水密度的不同，在高速旋转下所产生的 重力加速度相差悬殊，增强了油水 课题的来源及意义 1 4 1 课题来源 本课题为国家环保总局2 0 0 5 年度制定的新污染控制标准餐饮行业污水排 放标准中技术导则推荐项目。 142课题研究目的及意义 餐饮业含油废水对城市排水管网、城市污水处理厂的运行管理都增加了相当 的困难，同时不达标排放对环境和人类身心健康都有一定的危害。 烈列蜘酾毽劐秘；利髫碰堡聚缝截留附羞鐾辞答屏是：当含油废水流经一些疏水 亲油物质时，油滴在其润湿、聚结、碰撞聚结、截留、附着等联合作用下聚结成 较大的油滴，而有利于油的去除【”】。该法关键是选择或制备适当的粗粒化材料。 该装置分为固定床式和流化床式两种类型。常用的粗粒化材料有亲油疏水性的球 粒状、纤维状布状或管、板状材料。分无机和有机两类，无机物有分子筛、沸石、 活性白土、石棉、玻璃纤维、活性炭、石英砂、无烟煤、蛇纹石、陶粒等；有机 净化法可以把510岫粒径以上的油珠完全分离，分离最佳效果可达12“m【l酗。 粗粒化法除油的效果因表面活性剂的存在而受到抑制，不适于乳化含油废水 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 石英砂、无烟煤及玻璃纤维、高分子聚合物等，一般用于二级处理或深度处理。 具有设备简单、投资小、操作方便等优点，但滤床需进行反冲沈，以保证正常运 行。按其过滤方式分为压力式和重力式过滤罐；按水流方向分为上向流、下向流 和双向流过滤器；按滤料层分为单层、双层、三层和多层过滤器，滤料粒径由上 面下递减。 ( 5 ) 膜分离法【1 7 。9 】膜分离技术是s s o 血r a j a n 所开拓并在近2 0 多年迅速发展 起来，其机理是用一张( 或一对) 多孔滤膜利用液液分散体系中两相与固体膜表 面亲和力不同而达到分离的目的。主要是指反渗透( r o ) 、超滤( u f ) 和渗析等。膜 分离法关键是膜和组件的选择，通常使用的膜材料有醋酸纤维素系、乙烯系聚合 物和共聚物、缩和中性膜材料( 如聚砜、聚苯乙撑氧) 、脂肪族和芳香族聚酯酰胺、 聚亚酰胺等。此法的优点是不需加其它试剂，无二次污染，不产生含油污泥，浓 缩液可烧却处理，设备费用低，且选择合适的工作膜处理后的出水一般均可达到 直接排放标准，或直接作为工业用水使用。但需对废水进行严格的预处理，同时 膜的清洗也较麻烦。 在含油废水处理中研究较多的是超滤法。超滤是应用于除油的一门新技术， 与传统方法相比，其优点是物质在分离过程中无相变，耗能少、设备简单、操作 容易、分离效果好，不会产生大量的油污泥( 经过浓缩的母液可以定期除去浮油， 在处理水体中的乳化油方面有其独到之处。缺点是膜易污染，难清洗及通量小。 超滤工艺应用于乳化废液处理，已经取得了一定的进展。 膜分相技术是另一种新型的膜分离技术。它处理的对策是液一液分散系，其 分离基础是两液相接口张力的差异，而所有的含油污水都可看作油一水分散体系 唧】，、由于分相膜的固相表面与液相的物化作用不同，其中一相优先吸附在膜表面 上，形成纯的液相层，在膜两侧压差的作用下，此相优先通过多孔薄膜，从而达 到两相分离的目的。国内的高梯度电磁过滤产品，以及全自动控制的高梯度电磁 过滤处理系统，已应用到机械工业生产 x 哈尔瘊工业人学工学坎士学位虻义 中，然后通过溶气释放器的卸压喷射完成气体的释放产生众多的微气泡。浮选主 要用于去除水中的乳化油。浮选过程可用下列一级动力学公式表示： l n ( c ，c 0 ) = 一新 式中，c o 为油的初始浓度；c 为时间t 使的含油浓度；k 为浮选速率常数。 通常键入混凝剂可使浮选法的除油效率提高一倍。表1 3 对比了含浓度 6 0 m l 的废水在未加混凝剂和加混凝剂浮选处理结果。 表1 3 浮选法除油效果 t i b l e1 - 3r e f n o v a le 仃b c to f o i lb yn o a t a t i o n 除油率 浮选方式 浮油 乳化油 加混凝剂 7 5 9 55 0 9 0 米加混凝剂 7 0 9 5l o - 4 0 该法主要用来处理分散油、乳化油和细小的悬浮固体物。浮选法对于去除废 水中的乳化油有特殊功效。影响浮油效率的主要因素有污水流速、进气速度及单 位液体所使用的气体体积、气泡大小及分散程度、水温、p h 值、化学物质等。 在浮选工艺中最常使用的是空气，也可使用其它多种气体。如在石油生产设备常 用产生气，有时也可使用惰性气体，同时还可用真空浮选法或沸腾法、化学反应 法和发酵法等产生气泡。废水中加入无机或有机高分子絮凝剂对油的分离效果会 更高。常用的混凝剂类型油带正电性的阳离子型混凝剂，如聚合氯化铝、聚合硫 酸铁等无机混凝剂，与带负电荷的乳化油进行电中和，降低其电势。同时通过吸 附架桥作用，使小油滴聚集粒径变大上浮，最后达到油水分离、固液分离的效果。 水面。 ( 2 ) 吸附剂吸附法该法适于深度处理废水中的微量油，一般费用较高，但可 大大提高水体的品质。其原理是利用吸附剂的多孔性和大的比表面积将废水中的 溶解油和其它溶解性有机物吸附在表面，从而达到油水分离。文献报导吸附剂可 分为3 类：炭质吸附剂、无机吸附剂和有机吸附剂【2 2 埘】。对吸附剂材料的要求 是：吸油量大、吸水量小，吸油速度快，重复使用次数多，压缩回弹性能好等。 ( 3 ) 磁吸附分离法 2 5 该法是借助于磁性物质作为载体，利用油珠的磁化效 应，将磁性颗粒与含油废水相混合，使油分在磁性颗粒上吸附，然后再通过磁性 分离装置，将磁性物质及其吸附的油留在磁场，从而达到与水分离的目的。常用 的磁性粉末为磁铁矿及铁氧体两大类，如n i c u z n 铁载体、c u 一孙- m g 铁在铁、 h 缸z n 铁氧体及f e 3 0 4 等。金森克采用现场生成f e 3 0 4 粉末的方法，控制一定的 p h 值、时间等条件，可将含油量从3 7 0 0 m l 降至5 m l 【5 0 1 。目前磁分离技术 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 处理含油污水技术不是很成熟，还有待于进一步完善和推广【6 3 1 。 ( 4 ) 电化学法除油 2 。28 】电化学法处理废水具有氧化还原、凝聚、气浮、杀菌 消毒和吸附等多种功能，并具有设备体积小，占地面积少，操作简单灵活，可以 去除多种污染物。电凝聚含油废水处理有三方面作用机理：电解凝聚、电解气浮、 电解氧化还原。 废水是含有多种成分的电解质溶液，具有一定的导电性，在外加电流的情况 下，废水的化学成分、不溶性杂质的性质和状念发生变化。当阳极为可溶性金属 ( 如铁或铝) 时，产生金属电极溶解，由此产生的铁或铝的阳离子，与水中的羟基 ( 一o h ) 结合，生成它们的氢氧化物，从而对废水产生强烈的混凝作用”同时，电解 产生气泡牢靠地粘附于混凝产生的絮凝体之上，使其上浮而被去除；此外在电解 过程中产生的氯、氧等氧化性物质，也会使废水中的污染物被氧化除去【6 2 】。电解 法的耐冲击性强，电解法除油效率高，出水可达到中水回用f 2 9 1 电解法也被用来 处理餐饮含油废水。近来有关电解处理餐饮含油废水相关研究很多，主要有直流 电解法f 9 】、脉冲电解法【3 0 1 以及微电解法1 3 1 】。 1 3 3 3 化学破乳处理乳化油时必须先破乳。化学破乳法技术成熟，工艺简单， 是进行含油废水处理的传统方法，包括盐析法、酸化法、凝聚法【3 3 q7 1 。乳化液 可分为o ，w 型和w o 型两种，使乳状液变型或采用加速液珠聚结速度的方法， 导致乳状液破坏，即为破乳。其中凝聚法使近年来除油应用较多的一种方法。向 乳化废水中投加凝聚剂，水解后生成胶体，吸附油珠，并通过絮凝产生矾花等物 理化学作用或通过药剂中和表面电荷使其凝聚，或由于加入的高分子物质的架桥 作用达到絮凝，然后通过沉降或气浮的方法降油去除。该法适应性强，可去除乳 化油和溶解油，以及部分难以升华降解的复杂高分子有机物。絮凝剂可分为无机 和有机两种。常用的无机混凝剂有：铝盐系列，如硫酸铝( a t s ) 、a l ( o h ) 3 ( a t h ) 、 a l c l 3 、聚合氯化铝( p a c ) 等；铁盐系列，如硫酸亚铁、硫酸铁、三氯化铁、聚合 氯化铁( p a f c s ) 等。另外还有阴离子型无机絮凝剂，如聚合硅酸或活化硅酸( a s ) 等。有机絮凝剂有聚丙烯酰胺( p a m ) 、丙烯酰胺、二炳烯二甲基胺等。还有报导 合成或选用了多种高分子絮凝剂，如h c ( 国产强阳离子型) 、p h m y ( 无机低分子 和有机高分子组成的复合絮凝剂) 等【3 8 枷】。对破乳剂破乳效果影响的主要有p h 值，在p h 值6 9 间的效果很好 4 1 。 1 3 3 4 化学氧化法除油化学氧化法是转化废水中的污染物的有效方法，能将废 水中呈溶解状态的无机物和有机物转化为微毒、无毒物质或转化成容易与水分离 的形态。包括空气氧化、湿式氧化、臭氧氧化、氯氧化法、h 2 0 2 氧化、f e m o n 试剂氧化法、i ：m n 0 4 氧化以及光化学催化氧化法等 4 2 州】。主要用来降解烃类石 油，将有机物转化为结构简单的无机物 x 哈尔滨工业大学工学硕十学位论文 1 3 3 4 生物化学法除油生物化学法【4 8 】较物理或化学方法成本低，投资少，效 率高，无二次污染。生化法除油是利用微生物使部分有机物( 包括油类) 作为营养 物质所吸收并很成微生物体内的有机成分或增值成新的微生物，其余部分被生物 氧化分解成简单的无机或有机物质，如c 0 2 、h 2 0 、n 2 、c h 4 等，从而使废水得 到净化。从微生物对氧的需求上可分为好氧和厌氧生物法，从过程形式上可分为 活性污泥法、生物膜法和氧化塘法。 出于餐饮废水中可降解有机物含量较高，水中的b o d 5 与c o d 有很好的相关 性，可生化性很强，所以采用生物法处理餐饮废水也是一种很好的处理手段，鉴于 餐饮废水排放的特性，s b r 工艺是比较常用的处理方法 4 “，此外应用的工艺还 有膜生物反应器( m s r ) f 4 7 、间歇循环延时曝气活性污泥法( i c e a s 工艺) 、u a s b 法、生物转筒反应器( b d r ) 以及三相生物流化床等，生物处理方法具有出水稳 定，出水效果好和对水质的波动性有很大的适应性等优点。 综上所述，含油废水处理方法较多，各有优越缺点。由于含油废水成分比较 复杂，油分含量及在水中存在形式的不同，因此单一方法处理往往效果不佳，在 实际应用中通常是两种方法或以上联合使用。 1 4 课题的来源及意义 1 4 1 课题来源 本课题为国家环保总局2 0 0 5 年度制定的新污染控制标准餐饮行业污水排 放标准中技术导则推荐项目。 1 4 2 课题研究目的及意义 餐饮业含油废水对城市排水管网、城市污水处理厂的运行管理都增加了相当 的困难，同时不达标排放对环境和人类身心健康都有一定的危害。针对我国餐饮 业污水排放水量、水质波动较大的特点以及厨房空间小，要求处理餐饮废水的设 备安装空间小。因此，研究餐饮业含油污水除油技术，研制开发出适合于“就地” 处理的餐饮业含油污水除油装置具有一定的现实意义。 1 5 课题研究内容 随着人们生活水平的提高，第三产业的大力发展，餐饮服务行业也越来越多。 哈泉建甲血羊霉千毒磊掣士矗搓髯 薹萎蒌薹堇零奏霎蓍鬟霎羹莓= 霆主姜羹霎一鬟翼羹辇囊襄i i j j ， i 重i 薹薹羹薹囊萋；5 5 3 11 譬差囊霎羹蕈囊薹璧蒂囊翼冀嘉羹= 囊薹：萼囊。霎霎 蓁鏊謦引基辨峤麓薹雾j 誊弱蠢饕冀美蒜浠i 基蓥琴孺盔i 莹稻墼篓霸蓟j 蠹堡 囊受羹誊嗷鲤婚；墅蓉屏途鬈$ 雀罂举沓草由于莱系j j 谛i 时爵璧苦= 封掣氍e 。 瓮戮鼎型t 劣； 拦毫臻健擅型森鹱器掣绍尘搿墓需；臻强一瞎鱼逸埔崩：茄签赫崔筘益壤黼 臻i 涞逼瑶黑丽隔涮；漕处翟厦丽妤醒烈坝糟登蜇魄秆二驰塑冀孤洲鲫剿葶 ! 幽w 群翌i 甚：奥氰剥彰衣亭p i 薹翁柴话籀臻嘻漤哆疆带金! 渴国谚爨博麒 l 一墓薹l 簖嚣；珊衫菲断础蚪副$ j 黼螋謦李告紧翁豢焉始始僧蛋袋。鸶咒j 越黼 型削剧则w 瑜蜀童嘻噬淤降j q 港南薹篓蠢i 零萋冀鋈同周灌嘴! 嘲黜蝴囊萎蓁 囊囊羹篓蓁羹蒸j 姜蠹璧羹耄羹垂| 霉；耄囊霎蠢美萋蛋婆 x 坠堡堡三兰奎兰三主罂圭兰篓兰兰 结果标明排放污水中动植物油只有两家达标，达标率仅为2 8 ；l a s 达标率为 5 7 1 ；s s 达标率为1 0 7 ；c o d 和b o d 5 达标率分别为3 6 和5 4 。图2 1 至图2 5 为原水口和排出口c o d 、b o d 5 、s s 、l a s 和动植物油的值。 取样纽次 图2 3 原水口与排出口s s 值 f i g 2 - 3v a l u eo fs s 肋mi n l e t 衄do u t l e t 础k 山u 取样组次 图2 - 4 原水口与排出口动植物油值 f i g 2 - 4v a l u eo f o i l 行o mi n l e ta f l do u t l e t 取样组次 图2 5 原水口与排出口l a s 值 f i 吕2 - 5v a l u eo f l a sf 幻mi n l e t 趾do u t l 或 1 2 ， 0 0 0 o o o 咖 蝴 咖 伽 枷 患胃s o = 享： 西 加 ” m ， 莹雾霉靶需 踮 柏 加 0 m一 哈尔滨工业大学工学硕上学位论文 通过以上处理含油废水方法的比较以及结合本课题的研究目的，我们确定使 用气浮一浅层的物化除油三相分离法。图2 6 为处理餐饮含油废水的工艺流程 鉴于餐馆酒店废水排放量小，厨房空间紧张等问题。投药装置我们选用自动 无动力投药。在自吸污水泵抽取污水的同时，通过负压抽吸作用进行投药。药荆 和污水经过白吸污水泵的高速旋转得到充分混合，使絮凝作用得到良好的混合； 气浮装置采用装置简单易操作的射流气浮装置；三相分离装鼍是整个流程的核心 部分，在这里进行气、油、水的三相分离。本设备采用的是多级环翼式处理结构 的三相分离系统。 2 3 射流气浮 排油 餐饮废水 出水 图2 6 餐饮业废水处理工艺流程 f i g 2 - 6t r e 咖e n tp m c 馏so f 托s t a u 砌tw a s t e w a t e r 2 3 1 气浮去除机理 ( 1 ) 水中污染物的性质当固、液、气三相物质接触时，在不同的相接口上 存在着相互作用力。如下图所示。固一气、固一液、气一液三相接口间的表面张 力、死、之间存在着以下关系： 乙一瓦= 气c o s 口 哈尔溟工业大学工学硕士学位论文 因此，可知有下列结论：( 1 ) 气泡的半径越小，泡内附加压强越大，空气对 气泡膜的碰撞也越剧烈。( 2 ) 在只不变的情况下，如能降低表面张力系数，则气 泡的尺寸可进一步减小，投加表面活性剂，可以降低水的表面张力系数，从而缩 小气泡尺寸。如果水中增加溶解性无机盐，则使表面张力系数提高，气泡容易破 碎。 ( 3 ) 气泡与污染物质的粘附对于水中的大的憎水性颗粒物质，可直接与 气泡相互接触粘附，而对于胶体性物质，必须在投药脱稳凝聚后彳能与气泡粘附。 当气泡与颗粒末粘附前，他们各自在与水接触面上的表面能可用e ，、历它 的表面能用历表示，相应的表面张力系数分别为a 1 、a 2 、0 【3 。则有： e l = 口l j e 2 = q 2 s e 3 = a s 式中e 一表面能( j ) 积一表面张力系数( j m 2 ) 。孓表面积( m 2 ) 当微气泡与颗粒接触时，表面的水分子不断被拉走，直到为微气泡所粘附， 它们的粘附面积为s 。此时，它们的表面能为 e = s ( 口l + 口2 + 口，) = 融l ( 1 一c o s 臼) 式中秒一润湿接触角( o ) 因此可知，日值越大，即颗粒物质的憎水性越强，越易为气泡粘附。 气泡与颗粒粘附主要由以下两个原因造成的：( 1 ) 气泡与颗粒的碰撞粘附作 用，由于气泡和颗粒均有一定的憎水性能，在一定的水力条件下，具有足够动能 的气泡与颗粒相互碰撞，由于颗粒柔软易变形，他们间的碰撞为软碰撞。( 2 ) 颗 粒的包卷、网捕和架桥作用。动能较大的气泡撞进颗粒结构的凹槽内，从而为颗 粒所包卷。当两颗粒相互凝结增大时，将游离的气泡网捕。当已粘附气泡的絮粒 之间互相碰撞时，通过絮粒、气泡或者两者的吸附架桥而结大。 2 3 2 射流气浮装置 射流气浮属于 x 哈尔溟工业大学工学硕士学位论文 因此，可知有下列结论：( 1 ) 气泡的半径越小，泡内附加压强越大，空气对 气泡膜的碰撞也越剧烈。( 2 ) 在只不变的情况下，如能降低表面张力系数，则气 泡的尺寸可进一步减小，投加表面活性剂，可以降低水的表面张力系数，从而缩 小气泡尺寸。如果水中增加溶解性无机盐，则使表面张力系数提高，气泡容易破 碎。 ( 3 ) 气泡与污染物质的粘附对于水中的大的憎水性颗粒物质，可直接与 气泡相互接触粘附，而对于胶体性物质，必须在投药脱稳凝聚后彳能与气泡粘附。 当气泡与颗粒末粘附前，他们各自在与水接触面上的表面能可用e ，、历它 的表面能用历表示，相应的表面张力系数分别为a 1 、a 2 、0 【3 。则有： e l = 口l j e 2 = q 2 s e 3 = a s 式中e 一表面能( j ) 积一表面张力系数( j m 2 ) 。孓表面积( m 2 ) 当微气泡与颗粒接触时，表面的水分子不断被拉走，直到为微气泡所粘附， 它们的粘附面积为s 。此时，它们的表面能为 e = s ( 口l + 口2 + 口，) = 融l ( 1 一c o s 臼) 式中秒一润湿接触角( o ) 因此可知，日值越大，即颗粒物质的憎水性越强，越易为气泡粘附。 气泡与颗粒粘附主要由以下两个原因造成的：( 1 ) 气泡与颗粒的碰撞粘附作 用，由于气泡和颗粒均有一定的憎水性能，在一定的水力条件下，具有足够动能 的气泡与颗粒相互碰撞，由于颗粒柔软易变形，他们间的碰撞为软碰撞。( 2 ) 颗 粒的包卷、网捕和架桥作用。动能较大的气泡撞进颗粒结构的凹槽内，从而为颗 粒所包卷。当两颗粒相互凝结增大时，将游离的气泡网捕。当已粘附气泡的絮粒 之间互相碰撞时，通过絮粒、气泡或者两者的吸附架桥而结大。 2 3 2 射流气浮装置 射流气浮属于一种负压气浮装置。负压系统设计简单，配套性好，不需要压 力容器、空压机和循环泵等设备，不需要配套的土建设施，因此大大减少了投资。 射流气浮作为气浮的一种具有设备简单、高效等优点，但是由于出水口较小，如 果原水中的杂质较多就容易产生堵塞等问题，而且不易清理。对于含杂质和悬浮 物较多的原水，可采取自来水射流产生气浮的方法【4 9 1 ，或加大流速等手段都可 哈尔滨工业大学工学硕上学位论文 以解决喷嘴受堵的现象。 ( 1 ) 赜嘴的设计原理喷嘴是流体射流的发生组件5 0 1 5 l 】它的功能不但把静压能 转换为动压能，而且保证射流具有良好的流动特性与动力性能图2 4 为射流器结 构示意图。 卒 图2 9 射流器结构示意圈 f i g _ 2 - 9s t m c t u r eo f l cf l l d d i cd e v i c e 本课题研究采用的是普遍应用的收敛型喷嘴。为了设计喷嘴内壁面形状和尺 寸，必须求出内部流动微分方程的数值解，以便求出喷嘴的几何参数因此应先分 析收敛型喷嘴的内部流动总的看来，喷嘴内部流动由两部分组成：一是流动速度 大而横向速度梯度和紊流度都较小核心区，通常近似地看作势流核心区；另一部 分则是流速小而横向速度大的边界层由于描述这两部分流动的微分方程不同，必 须列出方程组，并求出它们的数值解 (2)喷嘴理论分析喷嘴内核心区流动可按轴对称平面势流处理根据流函数中 ( x ，f ) 定义可写出核心区流体的轴向速度魄及径向速度蜥如下：a 口a 2 茜坼一云 根据预先给出的喷嘴内壁几何条件，可用有限差分方程求解式( 1 ) 采用下列 诸方程分析喷嘴内部的边界层，即连续方程、动量方程和输运方程： 一日塑+ 堡二型! 立一口塑+ r 。：o ( 2 ) d x2 vc 缸d 打 堡导罢+ 1 塑一半三竽i 警+ 警一孚= 。 。c s ， r出ly 2 尺v l 出 r2 玎塑+ 塑业+ 目塑一：o ( 4 ) 哈尔滨工业人学工学硕士学位论文 小忘嘉蒹一o 魄m ： 扛2 5 d 3 0 d ，f = o 0 6 l 2 8 = 0 1 4 5 6 ； d = 2 l m m ：仅= 1 3 5 。：l = 1 4 9 m m 则取西= 5 h h n ，= 1 5 m m 矗= 1 3 5 。 2 4 三相分离器论述 本设备采用的是一种竖向喷射多级环流翼片装置的三相分离器。油水分离器 为一密闭的容器，在其内中部设有多级环流翼片，下设气水释放器。本装置的三 相分离器原理包括重力除油原理、浅池原理、聚结原理以及絮凝动力学原理。 2 4 1 基本原理 ( 1 ) 重力分离原理本设备的重力分离占主要作用。油珠在水中的分离包含两 个重要组成部分：上浮过程和展开成膜过程【5 3 】。油脂上浮速度可采用s t o k e s 公 式计算。油粒上浮速度除主要与油珠直径有关外，还与污水的水温及水流条件有 关。油珠粒径越大，油珠上浮速度也越大，油水就越易分离。在重力除油舱，上浮 油几乎可以完全被去除。由s t o k e s 定律可知，油在水中的上升速度与油粒直径的 平方、水与油的密度差成正比，而与水的绝对粘度成反比。即油粒直径越大、水 与油的密度差越大，油在水中的上升速度越快；水的绝对粘度越小，油的上浮速度 也越快。因此，增大油粒直径、增大水与油的密度差、降低水的绝对粘度，是提高 油在水中上升速度的3 个有效途径。现行的使用物理或物化方法除油处理设各中， 重力除油原理是必不可少的 ( 2 ) 聚结除油原理对于分散油、乳化油和油一固体物，因其在水中存在状态 稳定，需采用聚结技术( 又称粗粒化装置) 加以去除。粗粒化装置是利用一种亲油、 耐油、疏水性质的介质，当含油污水流经粗粒化介质时，悬浮在水中的微小油滴 就会在粗粒化介质表面附着，随着水中油滴不断在介质表面附着，附着的油滴相 互碰撞，凝聚成为大颗粒油珠，进而形成油膜，当油膜所受浮力和冲刷力大于附 着力时，这些油膜便被分离而上浮除去。 在三相分离设备中采用的是多级环流翼片装置。翼片有两种规格，一种是 完全平面的，组装后的翼片间是一个个整体浅层平面。另一种是带导流片的翼片， 组装后的翼片间隙是由一个个平行的长方形孔组成的，形成理想的蜂窝效果和粗 粒化效果。在多级环流过程中，油水渣的混合体在间距很小的翼片缝隙内流动， 由于翼片间距很小，加上导流板的作用，形成翼片问的静态平流效果，实现油水 哈尔滨工业人学工学硕士学位论文 小忘嘉蒹一o 魄m ： 扛2 5 d 3 0 d ，f = o 0 6 l 2 8 = 0 1 4 5 6 ； d = 2 l m m ：仅= 1 3 5 。：l = 1 4 9 m m 则取西= 5 h h n ，= 1 5 m m 矗= 1 3 5 。 2 4 三相分离器论述 本设备采用的是一种竖向喷射多级环流翼片装置的三相分离器。油水分离器 为一密闭的容器，在其内中部设有多级环流翼片，下设气水释放器。本装置的三 相分离器原理包括重力除油原理、浅池原理、聚结原理以及絮凝动力学原理。 2 4 1 基本原理 ( 1 ) 重力分离原理本设备的重力分离占主要作用。油珠在水中的分离包含两 个重要组成部分：上浮过程和展开成膜过程【5 3 】。油脂上浮速度可采用s t o k e s 公 式计算。油粒上浮速度除主要与油珠直径有关外，还与污水的水温及水流条件有 关。油珠粒径越大，油珠上浮速度也越大，油水就越易分离。在重力除油舱，上浮 油几乎可以完全被去除。由s t o k e s 定律可知，油在水中的上升速度与油粒直径的 平方、水与油的密度差成正比，而与水的绝对粘度成反比。即油粒 x 哈尔滨工业_ | = 学工学硕士学位论文 式中 g 一水流速度梯度f s o ) d 一颗粒直径( c 曲 h 一颗粒的个数f 个c m 。3 ) 口一有效碰撞系数 从上式可看出：凝聚速度与水流速度梯度、颗粒的粒径、颗粒的浓度有关。 紊流条件下的同向凝聚的速度方程十分复杂，具有实际意义的是著名的 c 洳p 公式，其具体表达如下： g = 6 瓦 式中p 一单位体积流体所耗功率( w m 3 ) g 一速度梯度( s 。1 ) 一水的动力粘度( pa s ) ( 7 ) 微涡旋理在各向同性紊流中，存在各种尺度不等的涡旋。外部施加的能 量( 如搅拌) 造成大涡旋的形成。一些大涡旋将能量输送给小涡旋，小涡旋又将一 部分能量输送给更小的涡旋。随着小涡旋的产生和逐渐增多，小的粘性影响开始 增强，从而产生能量损耗。在这些不同尺度的涡旋中，大尺度涡旋主要起到两个 作用：一是使流体各部分相互掺混，使颗粒均匀扩散于流体中；二是将外界的能 量输出给小涡旋。大涡旋往往使作整体移动而不会相互碰撞，尺度过小的涡旋其 强度不足以推动颗粒碰撞，只有尺度与颗粒尺寸相近的涡旋才会引起颗粒问的相 互碰撞。众多的小涡旋造成颗粒碰撞 5 5 矧。 2 4 2 反应器参数确定 本三相分离器的设计主要分为主体区、沉降降区与反应区两部分的设计。 ( 1 ) 反应区初始值：o = 2 o m 3 m ；悬浮物去除率7 0 ，水力停留时间为2 0 m i n ： v l 1 2 5 1 5 0m 3 “m 2 _ h ) = 0 0 3 4 o 0 4 2 c 州s ；分离器与斜面的夹角应该在4 5 6 0 。 之间取毡= 4 5 。获得比较好的效果应该是增加a b 在水平方向上的投影( 交迭量) 增加，此交迭量是分离效果好坏的关键，一般不小于1 0 0 2 0 0 r m ，取1 5 0 1 1 1 m 。图 2 1 1 为三相分离装置的主体区示意图。 坠查堡三些查兰三耋墼圭兰堡丝圣 h 一吝 沉降区 l j 废 应区 y 1 i 污泥室 幽2 1 1 三相分离器装置示意幽 f i g 2 1 1 碱i n i c so f m ef 沁i l i t y ( 2 ) 沉淀区沉淀区的设计可参照普通二次沉淀池的设计。主要考虑沉淀面积 和水深，沉淀池的面积根据处理水量和沉淀区的表面负荷确定。 根据浅池沉降原理及工程实践，一般沉降区的体积是总体积的1 5 。2 0 。 设计处理污水量为2 o m 3 m ，悬浮物的去除率为7 0 水力停留时间为2 0 i n i n ，沉淀 区的表面负荷u s 1 0 1 2 5 m 3 ( m 2 h ) ； 餐饮废水中带有油滴气泡直径一般为o 0 5 一o 1 c m ，气泡上浮速度： “：生：兰：! ：! 生! ! 二塑! 。) ( 5 ) u ，= 2 一i 硎，s jl 3j l 即妒 式中 口j 一气泡上浮速度( c 州s ) ； p 一污水中油粒上浮速度降低系数； g 一重力加速度( c 州s 2 ) ； j 口册d - 一污水容重( 锄3 ) ； p 。扩一油的容重( c m 3 ) ，动植物油约为o 9 5 ； 一污水的绝对粘滞系数( 锄s ) ； 萨一油颗粒直径( c m ) ； 毋一不均匀紊流修正系数，约为1 3 5 一1 5 0 。 计算得到带有油脂气泡的垂直上升速度v l = o 0 0 5 0 1 6 0 c 州s ；沉淀区高度 h = v t ，带入上述数值得：h = 0 1 6c 州s 2 0 m i n = 1 9 2 c m 。一般说来，沉降区 的体积为三相分离器总体积的1 5 一2 0 。i 司此，h l = 1 9 2 o 1 5 = 2 8 8 c m ，h 2 = 1 9 2 啪一2 8 8 c m = 1 6 2 c m ，其中h 4 = o 3 m 。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 2 4 3 油水分离器的表达及数学模型 开发的三相分离装置采用多级环翼式组件。从液流的流动情况看，在三维方 向上不断改变流向、流动截面，速度剖面亦在不断变化，因此，在流动分离过程 中，油滴的粒径分布亦在不断变化。 将是十分困难的。为建立数学模型， ( 1 ) 将液流在组件内流动 方向和截面都不断变化的流 动，等价地用液流通过多层板 的流动来表示，对每一个流层 来说，其流动截面为矩形，截 面高度相当于波纹板波高h ， 流程长度相当于组件总长l ， 要将这些情况用数学表达式确切反映出来 作如下一些简化假定： l z d z 图2 1 2 等价的平行板层间流动 如图2 7 所示。且假定，液体 f i g 2 1 2 l a m n a r f l o w o f e q u i p o h e n t r a l l e l b 0 8 r d 在层间流动的速度分布是均匀的。 ( 2 ) 将液流在组件内由于分散油滴浮升、聚结而使其粒径分布不断变化的复 杂分离过程，等价地用进口处平均粒径的油滴在层流流动下的浮升分离来表述。 关于平均粒径，团粒径、粒径分布和平均粒径依测定和计算方法不同而有不同的 定义，这里采用自由浮升