水污染控制工程2.ppt

污水厂运行管理知识基础培训 湖北科亮生物工程有限公司董俊2012年9月 一水污染概况 1 2水污染类型 水体主要污染源 向自然水体排放的各类废水 向自然水体直接倾倒的固体污染物 以及垃圾堆放场所的渗出液和淋洗雨水 大气污染地区的酸雨及其他淋洗降水 大气中有害的沉降物及水溶性气体 淋洗植被后溶入了化肥和农药的 降水 径流 航道中船舶的漏油 废水及固体废弃物 1 2水污染类型 一 需氧型污染二 毒物型污染三 营养型污染四 感官型污染五 其它 浮油 酸碱 病原体 热水等 1 3废水中的污染物与污染指标 一 固体污染物1 固体物质在水中的分散状态分为 溶解态 直径小于1nm 胶体态 直径介于1 1000nm 悬浮态 直径大于1000nm 1 3废水中的污染物与污染指标 一 固体污染物2 描述固体物质的水质指标 1 按能否透过孔径3 10 m滤膜或滤纸分为溶解固体 DS 能透过悬浮固体或悬浮物 SS 不能透过总固体 TS 两者总合 2 按悬浮物的比重分为沉降性悬浮物 比重大于 漂浮性悬浮物 比重小于 3 沉降性悬浮物又按在标准沉降管中 2小时 能否沉降分离分为可沉物 其颗粒大体在10 m左右 难沉物 1 3废水中的污染物与污染指标 二 需氧污染物能通过生物化学 个别情况下还有化学 的作用而消耗水中溶解氧的化学物质 统称为需氧污染物 主要指有机物 有机物按是否需氧分为 可生化有机物非生化有机物可生化有机物按被微生物分解利用的难易程度不同分为 难降解有机物易降解有机物 1 3废水中的污染物与污染指标 二 需氧污染物描述需氧物的水质指标 生化需氧量 BOD 用生化过程中消耗的溶解氧量来间接表示需氧物的多少 称为生化需氧量 化学需氧量 COD 用化学氧化剂K2CrO7或KMnO4氧化分解有机物时 用与消耗的氧化剂当量相等的氧量来间接表示需氧物的多少 称为化学需氧量 总需氧量 TOD 在900 的高温下 以铂为催化剂 使水样汽化燃烧 然后测定气体载体中氧的减少量 作为有机物完全氧化所需的氧量 称为总需氧量 总有机碳 TOC 如在相同条件下 测定气体中的CO2增量 从而确定水样中碳元素的含量 用以判定有机物含量 称为总有机碳 1 3废水中的污染物与污染指标 二 需氧污染物描述需氧物的水质指标 生化需氧量 BOD 用生化过程中消耗的溶解氧量来间接表示需氧物的多少 称为生化需氧量 化学需氧量 COD 用化学氧化剂K2CrO7或KMnO4氧化分解有机物时 用与消耗的氧化剂当量相等的氧量来间接表示需氧物的多少 称为化学需氧量 总需氧量 TOD 在900 的高温下 以铂为催化剂 使水样汽化燃烧 然后测定气体载体中氧的减少量 作为有机物完全氧化所需的氧量 称为总需氧量 总有机碳 TOC 如在相同条件下 测定气体中的CO2增量 从而确定水样中碳元素的含量 用以判定有机物含量 称为总有机碳 1 3废水中的污染物与污染指标 三 毒性污染物1 无机化学毒物 1 金属毒物 主要为重金属 比重大于4 5 汞 铬 镉 铅 锌 镍 铜 钴 锰 钛 钒 钼 锑 铋等 2 非金属毒物 砷 晰 氰 氟 硫 S2 亚硝酸根离子 NO2 等 2 有机化学毒物 挥发酚 苯并 蓖 DDT 六六六等 3 放射性物质 X射线 射线 射线 射线及质子束等 1 3废水中的污染物与污染指标 四 营养性污染物氮和磷是植物和微生物的主要营养物质 氮和磷的浓度0 2和0 02mg L时 会引起水体的富营养性变化 促使藻类大量繁殖 在水面上聚集成大片的水华 湖泊 或赤潮 海洋 当藻类在冬季大量死亡时 水中的BOD值猛增 导致腐败 恶化环境卫生 危害水产业 此外 BOD 温度 维生素类物质也能触发和促进富营养性污染 1 3废水中的污染物与污染指标 五 生物污染物水质标准中的卫生学指标有细菌总数和总大肠菌群两项 后者反映水体中受到动物粪便污染的状况 除致病体外 废水中若生长铁菌 硫菌 藻类 水草 或贝壳类动物时 会堵塞管道和用水设备等 有时还腐蚀金属和损害木质 也属于生物污染 生物污染物中 病毒的个体甚小 约20 300nm 其它生物污染物 如细菌的个体为0 7 10 m 藻类和寄生虫卵等 的个体均甚大 它们在水中呈悬浮状态 1 3废水中的污染物与污染指标 六 感官污染物色度 臭味 浊度 漂浮物 七 酸碱污染物pH值 八 油类污染物石油类 动植物油 两者还构成COD值 九 热污染温度 1 4废水水质控制标准 控制废水水质有三个基本目的 1 满足废水再用 循环再用或接续再用 对水质的要求 2 满足有价物质回收工艺对水质的要求 3 满足废水排放对水质的要求 1 4废水水质控制标准 污水综合排放标准 GB8978 88 就污染物危害性质而言可分为两大类 第一类污染物能在环境或动植物体内积蓄 对人类的健康产生长远的不良影响 含此类污染物的废水一律在车间或车间处理设施排放口处取样分析 并要求其含量必须符合表2 2的规定 第二类污染物的影响小于第一类污染物 规定的取样地点为排污单位的排放口 其最高允许排放浓度要按地面水使用功能的要求和污水排放去向 分别执行表2 3中的一 二 三级标准 1 4废水水质控制标准 浓度标准 它不论受纳水体的大小和状况 不论污染源的大小 都采取统一标准 因此即使满足排放 如果排放总量大大超过受纳水体的环境容量 也会对水体造成不可逆的严重后果 此外 浓度标准也无法防止某些工厂用清水稀释来降低排放浓度以满足排放标准的现象 总量控制标准 根据一定范围内的水体环境容量和自净能力 计算出允许排入该水域的污染物总量 然后再根据一定的原则 将这些允许的总量合理地分配给区内的各污染源 1 5废水水质控制方法 一 水污染控制工程的内容1 水体污染和自净规律2 城市污水处理3 工业废水治理4 水系污染防治工程5 饮用水源的污染控制与污染水源的深度净化二 废水水质控制方法1 分类 分离法 转化法和稀释法2 废水处理系统一级 二级 三级处理 1 5废水水质控制方法 废水处理系统 第二讲污水的物理处理 第2章预处理 2 1水质和水量调节2 2格栅和筛网 2 1水质和水量调节 均和水质的基本方法有两种 1 利用压缩空气 叶轮搅拌和水泵循环而进行的强制混合和均化 2 利用差流方式使不同时间不同浓度的废水混合而进行的自身水力混合 一般而言 前者的设备较简单 但运行费较高 后者需要修建复杂的池型 但基本上没有运行费用 2 1水质和水量调节 2 1水质和水量调节 2 2格栅和筛网 2 2格栅和筛网 第3章沉淀与上浮 3 1沉淀的基础理论3 2沉淀池3 3浮上法 3 1沉淀的基础理论 一 概述二 沉淀类型三 自由沉淀及其理论基础四 沉淀池的工作原理五 沉降实验和沉降曲线 3 1沉淀的基础理论 3 1沉淀的基础理论 一 平流式沉淀池二 竖流式沉淀池三 辐流式沉淀池四 斜板斜管沉淀池 3 2沉淀池 3 3沉淀池 普通沉淀池的分类 四 斜板和斜管沉淀池 2 斜板 斜管沉淀池的构造 3 4浮上法 一 浮上法的类型二 加压溶气浮上法的基本原理 3 5浮上法 实现气浮分离必须具备以下三个基本条件 必须在水中产生足够数量的细微气泡 必须使待分离的污染物形成不溶性的固态或液态悬浮体 必须使气泡能够与悬浮粒子相粘附 浮上法应用的领域 石油化工及机械制造业中的含油 包括乳化油 污水的油水分离污水中有用物质的回收 如造纸厂废水中得纸浆纤维及填料的回收 取代二次沉淀池 特别适用于易于产生活性污泥膨胀的情况 剩余活性污泥的浓缩 一 浮上法的类型 一 电解浮上法 二 分散空气浮上法 三 溶解空气浮上法1 真空浮上法2 加压溶气浮上法 一 浮上法的类型 一 电解浮上法 该法产生的气泡小于其他方法产生的气泡 故特别适用于脆弱絮状悬浮物 可以处理多种含有机物 重金属废水 如制革废水 毛皮废水 肉类加工厂废水和电镀厂废水等 一 浮上法的类型 二 分散空气浮上法 分散空气浮上法用于矿物浮选 也用于含油脂 羊毛等污水的初级处理及含有大量表面活性剂的污水 一 浮上法的类型 三 溶解空气浮上法 1 真空浮上法 真空浮上法的缺点是其空气的溶解在常压下进行 气泡释放量很有限 一 浮上法的类型 三 溶解空气浮上法 加压溶气法的主要设备为水泵 溶气罐 浮上池 空气注入溶气罐的方式有空气压缩机和射流器 2 加压溶气浮上法 一 浮上法的类型 三 溶解空气浮上法 加压溶气法的三种基本流程 全溶气流程部分溶气流程回流溶气流程 2 加压溶气浮上法 二 加压溶气浮上法的基本原理 一 空气的溶解 释放及气泡性质1 空气的溶解2 溶解空气的释放3 细微气泡的性质 二 悬浮粒子与气泡的粘附 二 加压溶气浮上法的基本原理 二 悬浮粒子与气泡的粘附1 气泡与悬浮颗粒粘附的条件 液体表面分子所受的分子引力与液体内部分子所受的分子引力不同 表面分子所受的作用力是不平衡的 这不平衡的力有把表面分子拉向液体内部 缩小液体表面的趋势 这种力称为流体的表面张力 要使表面分子不被拉向液体内部 就需要克服液体内部分子的吸引力而作功 因而液体表层分子具有更多的能量 这种能量称表面能 同样 在液 气 固三相介质的表面也存在界面张力和界面能 界面能与界面张力的关系如下 界面张力系数 S 界面面积 二 加压溶气浮上法的基本原理 气泡未与悬浮颗粒粘附之前 三相体系中单位面积上的界面能E1为 当气泡与悬浮颗粒粘附后 单位面积上的界面能为 粘附后 界面能的缩小值为 当三相界面张力平衡时 存在如下关系 1 2 将 2 代入 1 整理得 接触角 二 悬浮粒子与气泡的粘附1 气泡与悬浮颗粒粘附的条件 二 加压溶气浮上法的基本原理 二 悬浮粒子与气泡的粘附2 化学药剂的投加对气浮效果的影响浮选剂 它们大多是链状有机表面活性剂 分子的一端含有极性基 如 OH COOH SO3H NH3 N等 显示出亲水性 称为亲水基 另一端为非极性基 如 R 等 显示出疏水性 称为疏水基 捕收剂 松香油 煤油 黄药 黑药 氧化石螃 十八胺等 稳泡剂 十二烷基磺酸钠 十二统基苯磁醋钠 月桂醋二乙醇酰胺 月桂醇硫酸酯钠等 第三篇化学法 第4章化学混凝法 4 1胶体结构及其脱稳机理4 2混凝剂及其作用机理4 3混凝条件及混凝试验4 4混凝设备 第4章化学混凝法 10 1010 910 710 4粒度 m 真溶液胶体溶液悬浮液 混凝法 沉淀法 混凝澄清法 是指在混凝剂的作用下 使废水中的胶体和细微悬浮物凝聚为絮凝体 然后予以分离除去的水处理法 4 1胶体结构及其脱稳机理 一 胶体的特性二 胶体的结构三 胶体的脱稳和凝聚机理 4 1胶体结构及其脱稳机理 1 光学性质2 力学性质3 表面性质4 动电现象 一 胶体的特性 二 胶体的结构及其 电位 q 胶体粒子的电动电荷密度 即胶粒表面与溶液主体间的电荷差 扩散层厚度 cm 水的介电常数 其值随水温升高而减小 4 1胶体结构及其脱稳机理 三 胶体的脱稳和凝聚机理 胶体能保持稳定的原因 1 同性胶体微粒之间的静电斥力 2 扩散层中反粒子的的水化作用胶体因 电位降低或消除 从而失去稳定性的过程称为脱稳 脱稳的胶粒相互聚集为微絮粒的过程称为凝聚 未经脱稳的胶体通过高分子架桥作用形成大的颗粒 称为絮凝 混凝机理包括 压缩双电层吸附电中和吸附架桥沉淀物网捕 4 1胶体结构及其脱稳机理 三 胶体的脱稳和凝聚机理1 压缩双电层机理 4 1胶体结构及其脱稳机理 三 胶体的脱稳和凝聚机理 1 压缩双电层机理 4 1胶体结构及其脱稳机理 三 胶体的脱稳和凝聚机理 2 吸附电中和 3 吸附架桥 4 1胶体结构及其脱稳机理 4 2混凝剂及其作用机理 一 常用混凝剂及其性能二 混凝剂的作用机理三 助凝剂 一 常用混凝剂及其性能 一 常用混凝剂及其性能 有机高分子絮凝剂 1 人工合成的有机高分子絮凝剂阴离子型含有 COOM M为H 或金属离子 或 SO3H的聚合物 如部分水解聚丙烯酰胺 HPAM 和聚苯乙烯磺酸钠 PSS 等 阳离子型含有 NH3 NH2 和 N R4的聚合物 如聚二甲基氨甲菠丙烯酰胺 APAM 和聚乙烯吡啶盐等非离子型所含基因不发生离解的聚合物 如聚丙烯酰胺 PAM 甲叉基聚丙烯酰胺 MPAM 和聚氧化乙烯 PEO 等 其中以PAM应用最为普遍 2 天然高分子絮凝剂常用的有淀粉 半乳甘露糖 纤维素衍生物 多糖和动物骨胶五大类 其它如海藻酸钠 丹宁等 二 混凝剂的作用机理 1 铝盐和铁盐混凝剂的作用机理 1 铝盐的水解过程在pH 4时 Al3 以Al H2O 63 的形式存在当pH升高 发生配位水分子离解 生成各种羟基合铝离子 最终生成氢氧化铝沉淀物 实际上 在pH 4时 随着溶液中的OH 浓度的提高 水解产物之间还发生羟基架桥聚合反应 生成不同聚合度的高电荷络离子 与此同时 生成的多核聚合物还会继续水解 所以水解与缩聚两种反应交错进行 最终结果产生聚合度极大的中性氢氧化铝 当其数量超过其溶解度时 即析出氢氧化铝沉淀物 A1 OH H2O 5 2 A12 OH 2 H2O 8 4 A1n OH 2n 2 H2O 2n 4 n 2 二 混凝剂的作用机理 1 铝盐和铁盐混凝剂的作用机理 2 铝盐和铁盐在混凝中的作用由于上述聚合和水解反应交错进行 因而其产物必然是多种形态的聚合铝络离子在一定条件下的混合平衡 略去配位H2O分子以后的具体形态可能有 A16 OH 15 3 A17 OH 17 4 A18 OH 20 4 及 A113 OH 34 5 等 一般地 低pH值下的主要形态是低聚合度的高电荷络离子 压缩双电层和电荷中和作用 高pH值下的主要形态是高聚合度的低电荷络离子 吸附桥联作用 pH值在7 8时 聚合度极大的中性 A1 OH 3 H2O 3 n占绝对优势 沉淀的网捕作用 当pH 8 5时 则重新溶解为 A1 OH 4 A16 OH 20 2 等负离子 吸附桥联作用 由上述情况可见 从投加混凝剂开始到反应结束 必然是从简单到复杂的各种产物相继出现并交叉发挥作用的过程 二 混凝剂的作用机理 2 有机高分子絮凝剂离子型的絮凝效果更有效 原因是 1 如为离子型 而且其电号与微粒电性相反 就能起降低 电位和吸附桥联的双重作用 2 离子型絮凝剂所带的同电号基团间的静电斥力能使线性分于由卷曲形变为伸展形 捕捉范围增大 活性基团也得到充分暴露 从而使絮凝剂分子与微粒之间发生吸附桥联的机率增大 4 3混凝条件及混凝试验 一 混凝工艺条件水温水温一般以20 30 为宜 水温过低 混凝剂水解缓慢 生成的絮体细碎松散 不易沉降 2 pH值和碱度每种混凝剂都有其适宜的pH值 这是因为pH值的高低不但直接影响着污染物存在的形态和表面性质 而且影响着混凝剂的水解平衡及产物的存在形态和存在时间 高分子絮凝剂除离解时产生H 和OH 者外 一般受pH值的影响很小 3 混凝剂的种类和加量种类的选择主要取决于胶体和细微悬浮物的种类 性质和浓度 4 搅拌强度和搅拌时间混凝澄清的工艺过程可分为混合 反应和絮体分离三个阶段 混合和反应阶段都需要搅拌 此时 水中微粒通过速度梯度实现碰撞 4 3混凝条件及混凝试验 混凝试验混凝剂种类pH值最佳剂量 在混合阶段 为了达到混凝剂与原水的快速均匀混合 搅拌强度要大 但时间要短 通常认为G应在500 1000s 1 搅拌时间t应在10 30s 在反应阶段 既要为微细颗粒的接触碰撞提供必要的紊流条件和絮体成长所需的足够时间 又要防止已经生成的絮凝体被击碎 因此搅拌强度要小 而反应时间要长 相应的G和t值分别为20 70s 1和15 30min 4 4混凝设备 1 水泵混合将混凝剂溶液在输水泵的吸入管加入 利用叶轮旋转产生的涡流达到混合 这种方式简便易行 能耗低 且混合均匀 但水泵离反应器不能太远 否则容易在输水管内形成细碎絮凝体 一 混合器 2 管道混合将混凝剂溶液加入压力管 利用管内紊流使药剂扩散于水中 管内水速宜采用1 5 2 0m s 投药后的管内水头损失不小于0 3 0 4m 管道混合无活动部件 结构简单 安装使用方便 一 混合器 3 机械搅拌混合槽由搅拌桨快速旋转造成的紊流完成混合 槽体有效容积按水力停留时间为10 30s计算 桨叶外缘线速度取1 5 3 0m s 二 反应设备 1 机械搅拌反应池 池体分2 4格 每格长宽比为1 0 1 2 叶轮半径中点线速由第一格的0 5 0 6m s依次递减到最后一格的0 1 0 2m s 有效池容按水力停留时间为15 30min计算 采用水力搅拌时 单位体积水流所需功率P kgf m s 为 Q 设计流量 m3 s 水的密度 kg m3h 水流过反应池的水头损失 m V 反应池有效容积 m3 二 反应设备 1 机械搅拌反应池 池体分2 4格 每格长宽比为1 0 1 2 叶轮半径中点线速由第一格的0 5 0 6m s依次递减到最后一格的0 1 0 2m s 有效池容按水力停留时间为15 30min计算 采用水力搅拌时 单位体积水流所需功率P kgf m s 为 Q 设计流量 m3 s 水的密度 kg m3h 水流过反应池的水头损失 m V 反应池有效容积 m3 三 澄清池 第5章中和法 5 1概述5 2基本原理5 3酸性废水的中和处理5 4碱性废水的中和处理 5 1概述 中和法是利用碱性药剂或酸性药剂将废水从酸性或碱性调整到中性附近的一类处理方法 在工业废水处理中 中和处理既可以作为主要的处理单元 也可以作为预处理 酸性废水的成分包括 无机酸 硫酸 硝酸 盐酸 氢氟酸 磷酸等有机酸 醋酸 甲酸 柠檬酸等金属盐 碱性废水的成分 苛性钠 碳酸钠 硫化钠及胺类等 5 1概述 不同酸 碱 含量工业废水的处理方法 1 废酸液和废碱液酸含量大于5 10 的高浓度含酸废水 常称为废酸液 碱含量大于3 5 的高浓度含碱废水 常称为废碱液 对于这类废酸液 废碱液 一般应因地制宜地加以回收和利用 例如 用蒸发浓缩法回收苛性钠 用扩散渗析法回收钢铁酸洗废液中的硫酸等 2 酸性废水和碱性废水对于酸含量小于5 10 或碱含量小于3 5 的低浓度酸性废水或碱性废水 由于其中酸 碱含量低 回收价值不大 常采用中和法处理 使其达到排放要求 此外 还有一种与中和处理法相类似的处理操作 就是为了某种需要 将废水的pH值调整到某一特定值 范围 这种处理操作叫pH调节 若将pH值由中性或酸性调至碱性 称为碱化 若将pH值由中性或碱性调至酸性 称为酸化 5 3酸性废水的中和处理 一 药剂中和法二 过滤中和法三 利用碱性废水和废渣的中和法四 利用天然水体及土境中碱度的中和法 第6章化学消毒法 6 1概述6 2氯消毒法6 3其它化学消毒法 6 1概述 通过消毒剂或其它消毒手段 杀灭水中致病微生物的处理过程 称为消毒 水中的致病微生物包括病毒 细菌 真菌 原生动物 肠道寄生虫及其卵等 应该注意到 消毒和灭菌是两种不同的处理工艺 前者仅要求杀灭致病微生物 而后者则要求杀灭全部微生物 消毒方法包括物理法和化学法两大类 物理法有加热 光照及超声波等手段 但在废水处理中很少应用 属于化学消毒法的消毒剂有多种氧化剂 氯 臭氧 溴 碘 高锰酸钾等 某些重金属离子 银 铜等 及阳离子型表面活性剂等 其中以氯消毒和臭氧消毒法应用最多 6 2氯消毒法 不同pH和水温时水中HClO与ClO 的相对含量 N 经时间t后存活的微生物量 t 消毒时间 氯胺的作用Cl2 H2O HOCl HCl NH3 HOCl NH2Cl H2O NH2Cl HOCl NHCl2 H2O NHCl2 HOCl NCl3 H2O 一 氯的消毒作用 6 2氯消毒法 二 投氯量及投氯点 6 2氯消毒法 二 投氯量及投氯点对给水处理来说 若氨氮含量较低 小于0 3mg L 通常投氯量超过折点B 维持一定游离余氯量 此即 折点氯化法 若胺氮含量较高 大于0 5mg L 投氯量控制在峰点A以前即可 这时的化合余氯量以足够消毒 不同废水的水质和消毒要求差别很大 应通过实验确定投氯量 一般城市污水沉淀后出水的投氯量约为6 24mg L 二级生化处理出水约为3 9mg L 二级生化加过滤处理之出水 约为1 5mg L 氯与废水应充分混合 接触时间约为1h 氯胺消毒为2h 废水经加氯消毒后 1h后的余氯量应不小于0 5mg L 6 2氯消毒法 1 出氯孔 2 玻璃钟罩 3 吸氯管 4 水射器 5 6 浮球 7 补充进水管 8 溢流管 9 浅盘 10 旋流分离器 加氯装置 6 2氯消毒法 应用 加氯量为50mg L 余氯2mg L 消毒作用稳定 同时可去除氨氮50 悬浮物87 溶解氧由2mg L增加至7mg L 6 3其它化学消毒法 一 臭氧消毒二 重金属消毒法三 二氧化氯消毒法四 其它卤素消毒法 6 3其它化学消毒法 一 臭氧消毒 1 臭氧消毒的特点臭氧是仅仅次于氟的强氧化剂 它有很强的消毒能力 除能杀死细菌外 对耐药性较强的病毒 芽孢也有很强的杀灭能力 臭氧消毒基本上不受pH值和温度的影响 臭氧易于分解 不产生永久性残留 能同时除色 除臭 除味 降解各种有机毒物 不致产生而次污染 2 臭氧消毒的投加量臭氧消毒时 投加量一般为1 4mg L 如同时氧化分解废水中其它污染物 应增大投加量 医院污水消毒处理时 投量可高达20 50mg L 3 决定臭氧消毒效果的主要因素剩余臭氧量和接触时间为决定臭氧消毒效果的主要因素 如维持臭氧浓度0 4mg L 接触时间15min 可达到良好的消毒效果 包括病毒的杀灭 4 臭氧消毒存在的主要问题基建投资大 制备臭氧的电消耗高 臭氧在水中不稳定易分解 没有持久的杀菌作用 6 3其它化学消毒法 二 重金属消毒法银离子能凝固微生物的蛋白质 破坏细胞结构 在很低的浓度 15 g L 下 就具有显著的消毒作用 但所需接触时间很长 由于成本很高 仅在废水中含有银离子的情况下 与其它废水混合而起消毒作用 亦用于小水量的消毒 铜离子特别适于杀灭藻类 作用迅速 效果良好 但其杀菌作用很弱 硫酸铜常用于湖泊 水库或循环水的灭藻 三 二氧化氯消毒法二氧化氯作为消毒剂 不与废水中的氨氮 含氮有机物反应 也不会产生有机氯化物 因此 特别适合于对含有酚和有臭味的废水进行消毒处理 在给水处理中 当单纯用于消毒时 其投加量约0 1 1 5mg L 同时兼做除臭时 投加量约0 6 1 5mg L 投药量必须保证管网末端有0 05mg L的余量 6 3其它化学消毒法 四 其它卤素消毒法除氯以外 卤素中的溴和碘 卤素互化物 氯化溴 氯化碘 溴化碘 卤素混合物等均有消毒作用 卤素与氨生成卤胺 溴胺的消毒作用接近于游离氯和游离溴 因此不需采用折点消毒法 如对于Pollio 病毒 在氨氮浓度10ppm pH值7 5 温度25 的条件下 采用BrCl消毒 仅需5min就能将其全部杀死 而用同浓度的Cl2时 60min尚难达到相同效果 碘化消毒还有其独特优点 就是碘元素可从某些片剂中释放出来 缓慢而持久地发挥消毒作用 溴和碘作用强且消失快 排放水体的安全度高 消毒后不必进行脱除处理 溴 碘消毒的主要问题是成本高 氯 溴 碘的成本比约为1 3 40 因而在实用上尚受限制 利用KI或Br的协同效应 可强化氯的消毒效果 降低投氯量 例如 某城市污水深度处理出水 投加氯4mg L和碘化钾0 04mg L 或溴化钾0 1mg L 可达到与常规加氯10mg L相同的消毒效果 这不仅减轻了大量投氯对管道 设备的腐蚀 而且节约药剂费45 左右 第7章氧化还原法 7 1基本原理7 2药剂氧化法一 空气 及纯氢 氧化法二 臭氧氧化法三 高锰酸盐氧化法四 光辐射或放射性辐射强化氧化过程7 3药剂还原法一 还原法去除六价铬二 还原法除汞 7 1基本原理 通过药剂与污染物的氧化还原反应 把废水中有毒害的污染物转化为无毒或微毒物质的处理方法称为氧化还原法 与生物氧化法相比 化学氧化还原法需较高的运行费用 因此目前仅用于饮用水处理 特种工业水处理 有毒工业废水处理和以回用为目的的废水深度处理等场合 选择化学氧化还原法应遵循以下原则 1 处理效果好 反应产物无毒无害 不需进行二次处理 2 处理费用合理 所需药剂与材料易得 3 操作特性好 在常温和较宽的pH范围内具有较快的反应速度 4 与前后处理工序的目标一致 搭配方便 7 1基本原理 有机物氧化为简单无机物是逐步完成的 这个过程称为有机物的降解 甲烷的降解大致经历下列步骤 各类有机物的可氧化性是不同的 易于氧化的有机物 酚类 醛类 芳胺类和硫醇 硫醚等 较难氧化的有机物 醇类 酸类 酯类 烷基取代的芳烃化合物 硝基取代的芳烃化合物 不饱和烃类 碳水化合物等 难以氧化的有机物 饱和烃类 卤代烃类 合成高分子聚合物等 废水处理中最常采用的氧化剂是空气 臭氧 氯气 次氯酸钠及漂白粉 常用的还原剂有硫酸亚铁 亚硫酸氢钠 硼氢化钠及铁屑等 在电解氧化还原法中 电解槽的阳极可作为氧化剂 阴极可作为还原剂 7 1基本原理 一 反应程度的控制对于水溶液中的氧化还原反应 可以方便地用各电对的电极电势来衡量其氧化性 或还原性 的强弱 估计反应进行的程度 氧化剂和还原剂的电极电势差越大 反应进行得越完全 利用奈斯特公式可估算处理程度 即求出氧化还原反应达平衡时各有关物质的残余浓度 例如 铜屑置换法处理含汞废水有如下反应 Cu Hg2 Cu2 Hg当反应在室温 25 达平衡时 相应原电池两电极的电极电势相等 由标准电极电势表查得 E0Cu2 Cu 0 34V E0Hg2 Hg 0 86V 于是可求得 Cu2 Hg2 1017 5 可见 此反应可进行得十分完全 平衡时溶液中残Hg2 极微 7 1基本原理 二 影响处理能力的动力学因素由于多数氧化还原反应速度很慢 因此 在用氧化还原法处理废水时 影响水溶液中氧化还原反应速度的动力因素对实际处理能力有更为重要的意义 这些因素包括 1 反应剂和还原剂的本性 影响很大 其影响程度通常要由实验观察或经验来决定 2 反应物的浓度 一般讲 浓度升高 速度加快 其间定量关系与反应机理有关 可根据实验观察来确定 3 温度 一般讲 温度升高 速度加快 其间定量关系可由阿仑尼乌斯公式表示 4 催化剂及某些不纯物的存在 近年来异相催化剂 如活性炭 粘土 金属氧化物等 在水处理中的应用受到重视 5 溶液的pH值 影响很大 其影响途径有三 H 或OH 直接参与氧化还原反应 OH 或H 为催化剂 溶液的pH值决定溶液中许多物质的存在状态及相对数量 7 2药剂氧化法 一 空气 及纯氧 氧化法湿式氧化法是利用高温 200 300 高压 3 15MPa 强化空气氧化过程 处理含大量有机物的污泥和高浓度有机废水的一种方法 与一般方法相比 湿式氧化法具有适用范围广 处理里效率高 二次污染低 氧化速度快 装置小 可回收能量等优点 目前 湿式氧化法在国外已广泛用于各类高浓度废水及污泥处理 尤其是毒性大 难以用生化方法处理的农药废水 染料废水 制药废水 煤气洗涤废水 造纸废水 合成纤维废水及其他有机合成工业废水的处理 二 臭氧氧化法 臭氧的制备方法由于臭氧是不稳定的 因此通常多在现场制备 制备臭氧的方法有电解法 化学法 高能射线辐射法和无声放电法等 目前工业上几乎都用干燥空气或氧气经无声放电来制取臭氧 在电子的轰击下 发生如下反应 O2 e O O e O2 O O3 O O O O3 O3 e O2 O e O3 O 2O2在上列反应中 既有O3的生成 又有O3的分解 因而无声放电法得到的是臭氧仅为l 3 重量 的混合气体 通常叫做臭氧化气 二 臭氧氧化法 影响臭氧产率的因素影响臭氧产率的因素很多 包括 温度 原料气中水分与O2含量 气体流速 施加的电压 电流频率及臭氧发生器的构造型式等 1 温度升温虽有利于O2分子键的断裂 但亦促使O3的热分解 故要冷却发生部件 并采用较高的气流速度 以减少臭氧在发生器内的热分解 2 原料气中水分气体中的水分阻碍臭氧的产生 促进其分解 因此原料气必须充分干燥 3 原料气中O2含量O2含量高 产生的臭氧浓度大 因此 最好采用纯氧或富氧空气作原料 4 电流频率电流频率增高 所制取臭氧浓度与产率均能提高 二 臭氧氧化法 臭氧发生器 工业生产中常用的臭氧发生器 按电极的构造不同 可以分为两大类 1 管式臭氧发生器 2 板式臭氧发生器 二 臭氧氧化法 混合反应器影响臭氧氧化法处理效果的主要因素除污染物的性质 浓度 臭氧投加量 溶液pH值 温度 反应时间外 气态药剂O3的投加方式亦很重要 O3的投加通常在混合反应器中进行 设计混合反应器时要考虑臭氧分子在水中的扩散速度和与污染物的反应速度 1 当扩散速度较大 而反应速度为整个臭氧化过程的速度控制步骤时 混合接触器的结构型式应有利于反应的充分进行 属于这一类的污染物有烷基苯磺酸钠 焦油 COD BOD 污泥 氨氮等 反应器可采用微孔扩散板式鼓泡塔 2 当反应速度较大 扩散速度为整个臭氧化过程的速度控制步骤时 结构型式应有利于臭氧的加速扩散 属于这一类的污染物有铁 锰 氰 酚 亲水性染料 细菌等 可采用喷射器做为反应器 混合反应器的形式 二 臭氧氧化法 臭氧氧化法在水处理中的应用由于臭氧具有很强的氧化性 可分解一般氧化剂难于破坏的有机物 而且反应完全 速度快 出水无嗅无味 不产生污泥 原料 空气 来源广 因此臭氧氧化法在水处理中是很有前途的 目前 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 难氧化的有机废水的处理和消毒杀菌 例1对印染废水的处理 采用生化法脱色效率较低 仅为40 50 而采用臭氧氧化法 有时还与混凝 活性炭吸附结合 脱色率可达90 99 一般O3投量为40 60mg L 接触反应时间为10 30min 例2某炼油厂废水 经脱硫 浮选和曝气处理后 采用O3进行深度处理 O3投量为50mg L 接触反应时间10min 处理效果显著 见下表 三 高锰酸盐氧化法 高锰醒盐氧化法的优点是出水没有异味 氧化药剂 干态或湿态 易于投配和监测 并易于利用原有水处理设备 如凝聚沉淀设备 过滤设备 反应所生成的二氧化锰将利于凝聚沉淀的进行 特别是对于低浊度废水的处理 最常用的高锰酸盐是KMnO4 在废水处理中 高锰酸盐氧化法正研究应用于去除酚 H2S CN 等 而在给水处理中 可用于消灭藻类 除臭 除味 除铁 除锰 等 高锰醒盐氧化法的缺点是成本高和尚缺乏废水处理的运行经验 将此法与其它处理方法 如空气曝气 活性炭吸附等 配合使用 可使处理效率提高 成本下降 四 光辐射或放射性辐射强化氧化过程 紫外线 放射线 X射线等 等可强化废水的氧化过程 使氧化效率提高 射线辐照下氧化反应的产物及效率取决于被处理物质的种类和辐照条件 射线种类 辐照强度等 射线强化处理过程 目前多处于试验研究阶段 兹举例如下 1 用紫外线强化氯的氧化过程在投氯的有机废水中 用紫外光进行照射 可使氯的氧化作用大大增强 一般认为是由于初生态氧原子的强氧化作用 可用于去除能产生色 嗅 味的有机物 2 紫外线强化空气 O2 的氧化过程这一过程的原理是紫外线能使有机物产生易与氧结合的自由基 因而促使其氧化破坏 为了产生足够的自由基 可将废水在空气中雾化 形成气溶胶 然后用紫外线 250 270nm 照射 接触辐照的时间为9 12s 试验给果表明 在一定的光强下 挥发酚的氧化降解率为100 表面活性物质的为67 油类的为30 54 光氧化法具有反应迅速 处理效率高 投药少 因而泥渣少 水中盐分少 操作简便等优点 对于低浓度有机废水的处理是有效的 为了使此法能应用到实际中去 必须研制功率更大更经济的紫外光源 7 3药剂还原法一 还原法去除六价铬 废水中剧毒的六价铬 Cr2O72 或CrO42 可用还原剂还原成毒性极微的三价铬 常用的还原剂有亚硫酸氢钠 二氧化琉 硫酸亚铁 还原反应在酸性溶液中进行 pH 4为宜 还原产物Cr3 可通过加碱至pH 7 5 9使之生成氢氧化铬沉淀 而从溶液中分离除去 采用药剂还原法去除六价铬时 还原剂和碱性药剂的选择要因地制宜 全面考虑 采用亚硫酸氢钠 具有设备简单 沉渣量少且易于回收利用等优点 因而应用较广 亦有采用来源广 价格低的硫酸亚铁和石灰的 如厂区有二氧化硫及硫化氢废气时 也可采用尾气还原法 如厂区同时有含铬废水和含氰废水时 可互相进行氧化还原反应 以废治废 其反应为 近年来试验研究了用活性炭吸附处理含铬 废水的方法 当pH值很低时 本质上仍是一种还原法 二 还原法除汞 常用的还原剂为比汞活泼的金属 铁屑 锌粉 铝粉 钢屑等 硼氢化钠 醛类 联胺等 废水中的有机汞通常先用氧化剂 如氯 将其破坏 使之转化为无机汞后 再用金属置换 1 金属还原除汞 将含汞废水通过金属屑滤床 或与金属粉混合反应 置换出金属汞 置换反应速度与接触面积 温度 pH值等因素有关 1 接触面积通常将金属破碎成2 4mm的碎屑 并用汽油或酸去掉表面的油污或锈蚀层 2 反应温度反应温度提高 能加速反应的进行 但温度太高 会有汞蒸气逸出 故反应一般在20 80 范围内进行 3 pH值采用铁屑过滤时 在6 9较好 耗铁量最省 采用锌粒还原时 pH值最好在9 11之间 用铜屑还原时 pH值在l 10之间均可 二 还原法除汞 金属还原除汞 实例据某厂试验 用工业铁粉去除酸性废水中的汞 在50 60 混合反应1 1 5h 经过滤分离 废水中所含汞量可去除90 以上 某水银电解法氯碱车间的含汞淡盐水 用钢屑填充的过滤床处理 温度在20 80 pH值在6 9 接触时间2min 汞去除率达90 铜屑过滤法常用于处理酸浓度较大的含汞废水 如某化工厂废水中酸浓度达30 含汞量为600 700mg L 采用铜屑过滤法除汞 接触时间不少于40min 含汞量可降至10mg L以下 2 硼氢化钠还原除汞 硼氢化钠在碱性条件下 pH 9 11 可将汞离子还原成汞 其反应为 第12章吸附 12 1吸附的基本理论12 2吸附剂及其再生12 3吸附工艺与设计12 4吸附法的应用 12 1吸附的基本理论 一 吸附机理及分类1 交换吸附2 物理吸附3 化学吸附 二 吸附平衡与吸附等温式平衡吸附量 达到平衡时 单位吸附剂所吸附的物质的数量 mg g qe V c0 ce wV 溶液体积 L c0 ce 分别为溶质的初始和平衡浓度 mg L W 吸附剂量 g 12 1吸附的基本理论 三 影响吸附的因素 一 吸附剂结构1 比表面积2 孔结构3 表面化学性质表面氧化物成为选择性的吸附中心 使吸附剂具有类似化学吸附的能力 有助于对极性分子的吸附 二 吸附质的性质活性炭的吸附容量随着有机物在水中溶解度的减少而增加 活性炭对有机酸的吸附量按甲酸 乙酸 丙酸 丁酸的次序而增加 三 操作条件温度 pH 12 2吸附剂及其再生 一 吸附剂1 活性炭加热脱水 120 130 炭化 170 600 活化 700 900 活化包括药剂活化和气体活化法等 活性炭的比表面积可达800 2000m2 g 有很高的吸附能力 2 腐殖酸系吸附质用作吸附剂的腐殖酸类物质主要有 天然的富含腐殖酸的风化煤 泥煤 褐煤等 用适当的粘合剂制备成的腐殖酸系树脂 腐殖酸是一组芳香结构的 性质与酸性物质相似的复杂混合物 活性基团有 酚羟基 羧基 醇羟基 甲氧基 羰基 醌基 氨基 磺酸基等 这些活性基团有阳离子吸附性能 包括离子交换 鳌合 表面吸附 凝聚等作用 腐殖酸类物质能吸附工业废水中的许多金属离子 如汞 铬 锌 镉 铅 铜等 12 2吸附剂及其再生 二 吸附剂再生1 加热再生法在高温条件下 提高了吸附质分子的能量 使其易于从活性炭的活性点脱离 而吸附的有机物则在高温下氧化和分解 成为气态逸出或断裂成低分子 2 化学再生法通过化学反应 使吸附质转化为易溶于水的物质而解析下来 常用的有机溶剂有苯 丙酮 甲醇 乙醇 异丙醇 卤代烷等 无机酸碱也是很好的再生剂 例如 吸附了苯酚的活性炭 可用氢氧化钠溶液浸泡 使形成酚钠盐而解析 12 3吸附工艺与设计 一般的固定床吸附柱中 吸附柱的总厚度为3 5m 分成几个柱串联工作 每个柱厚度1 2m 过滤速度在4 15m h之间 接触时间一般不大于30 60min 为防止吸附剂层的堵塞 含悬浮物的废水一般先应经过砂滤 再进行吸附处理 12 3吸附工艺与设计 12 4吸附法的应用 在废水处理中 吸附法处理的主要对象是废水中用生化法难于降解的有机物或用一般氧化法难于氧化的溶解性有机物 包括木质素 氯和硝基取代的芳烃化合物 杂环化合物 洗涤剂 合成染料 除莠剂 DDT等 活性炭处理废水 不但能吸附难分解的有机物 降低COD 还能使废水脱色 脱臭 把废水处理到可重复利用的程度 所以吸附法在废水的深度处理中得到了广泛的应用 实例膨润土吸附性能的研究取50ml水样投加一定量的膨润土进行静态吸附 在pH6 7时 测定吸附达到平衡时所需时间 1 乳化剂OP原溶液CODcr值为618 2mg L 取50ml水样投加精确测量的0 125g膨润土 分别设定不同的吸附时间 测定吸附后溶液的CODcr值 第13章离子交换 离子交换法是一种借助于离子交换剂上的离子和水中的离子进行交换反应而除去水中有害离子的方法 工业用水处理 制取软水和纯水工业废水处理 回收贵重金属离子采用离子交换法 具有去除率高 可浓缩回收有用物质 设备简单 操作控制容易等优点 缺点是对预处理要求较高 应用范围受离子交换剂的限制等 13 1水的软化和除盐 一 水中主要的溶解杂质1 总含盐量水中所含各种溶解性矿物盐类的总量称为总含盐量 也称总矿化度 总含盐量 阳离子 阴离子2 硬度水中硬度是由于能与肥皂作用生成沉淀或与水中某些阴离子化合生成水垢的两价金属离子的存在而产生的 重要的致硬金属离子是钙离子和镁离子 3 碱度天然水中所有能与强酸发生中和作用的物质所接受的 物质的两 的总和称为水的碱度 引起碱度的重要的物质有 CO32 碳酸盐硬度 HCO32 重碳酸盐硬度 OH 氢氧化物硬度 许多工业用水对水的硬度 碱度和含盐量有一定要求 降低水中Ca2 Mg2 离子含量叫软化 降低水中含盐量的处理叫除盐 13 1水的软化和除盐 二 软化的基本方法加热软化法药剂软化法离子交换法三 除盐的基本方法蒸馏法 电渗析法 反渗透法 离子交换法等 13 2离子交换法 离子交换的实质是不溶性离子化合物 离子交换剂 上的可交换离子与溶液中的其他同性离子的交换反应 是一种特殊的吸附过程 是一种可逆的化学吸附 一 离子交换剂1 离子交换树脂的组成和结构 根据组成母体的单体材料不同 树脂分为苯乙烯系 丙烯酸系 酚醛系等 制备离子交换树脂的方法有两种 1 先聚合单体有机物 然后再聚合物上接入活性基团 该法制备离子交换树脂可以灵活选择活性基团 不受单体性质限制 且易于控制交联度 磺酸型阳离子交换树脂 将白球氯甲基化和胺化 得到阴离子交换树脂 将白球用硫酸磺化 得到阴离子交换树脂 13 2离子交换法 13 2离子交换法 2 直接聚合有机电解质该法制备的树脂质量均匀 如甲基丙烯酸和二乙烯苯共聚而成羧酸型弱酸性阳树脂 13 2离子交换法 根据交换树脂活性基团的酸碱性及其强弱 分为 13 2离子交换法 13 2离子交换法 2 离子交换树脂的性能A 物理性能 1 密度湿真密度 湿树脂重 湿树脂颗粒体积 g mL 湿真密度是树脂在水中充分溶解后的质量与真体积 不包括颗粒孔隙体积 之比 其值一般为10 4 1 3g mL 一般阳树脂 阴树脂 强型的 弱型的 对交换器反洗强度的确定 混合床树脂的选择等具有重要意义 湿视密度 湿树脂重 湿树脂堆积体积 g mL 湿视密度是树脂在水中溶解后的质量与堆积体积之比 此值一般为0 60 0 85g mL 在设计交换器时 用它来计算树脂的用量 2 含水率含水率 溶胀水重 干树脂重 溶胀水重 含水率是指在水中充分溶胀的湿树脂所含溶胀水重占湿树脂重的百分数 树脂的含水率取决于树脂的交联度 交换基团的类型和数量等 其值一般在50 左右 13 2离子交换法 3 溶胀性溶胀率 溶胀前后体积差 溶胀前体积树脂的交联度越小 活性基团数量越多 越易离解 可交换离子水合半径