水污染防治篇.ppt

模块一水污染防治篇课题一水污染防治概述教学目标要求1 理解水污染产生的原因2 了解水资源基本概况3 理解地面水质标准4 知道废水治理的一般原则和处理方法 作业 1 解释 水体 水体污染 水体自净2 诠释水质指标符号的含义 DO COD CODcr BOD5 SS 3 填空 水体污染物根据其特性一般分为 三大类 废水处理方法可以选择 等 地面水体按使用功能分为五大类 其中 类水源主要适用于 类水源主要适用于 4 简答题 废水治理的一般原则主要有哪些 水资源与水体污染 地下水 其中 海水占97 3 淡水占2 7 这些淡水中约有75 以冰冠和冰川的形式存在于地球的两极 可以直接被人类利用的淡水仅为0 3 水资源 包括一切可用于生产和生活的地表水与 水体与水质水体 是地表水与地下水的总称 它包括水中的溶解物 悬浮物 底泥和水生生物 水质 是指水相的各种性质 如 水温 pH值 DO COD BOD SS等 水体污染 由于某些物质介入水体 改变了水体的某些物理 化学 生物以及放射性等方面的特性 从而影响水的有效利用 危害人类健康 造成水质恶化 破坏生态环境的现象 水体污染物与水质指标1 水体污染物的分类及主要来源 水体污染物主要分为 化学性污染物 物理性污染物 生物性污染物三大类 它们的主要来源见教材P10 11表1 1所示 2 水质指标 水质指标分类 物理学指标 温度 色度 浊度 电导率 悬浮物等 化学指标 pH值 硬度 重金属 氰化物 多环芳烃有机磷 溶解氧 化学需氧量 生化需要量等 生物学指标 细菌总数 大肠杆菌数 大肠菌群等 2 主要水质指标简介 悬浮物 SS 表明水中不溶物含量多少的指标 生化需氧量 BOD5 五天生化需氧量 反映水中有机物含量多少或表示水中受有机物污染的程度 化学需氧量 COD 反映水中有机物和其它还原性物质的总量 常用氧化剂为KMnO4 K2CrO7 CODCr 表示以K2Cr2O7作氧化剂的化学需氧量 重金属 显著重金属 汞 镉 铅 砷 硒等 一般重金属 锌 铜 钴 镍 锡等 大肠菌群 反映水体被病原体污染的程度 其它指标 pH值 有毒物质 营养物质 细菌 病毒等 地面和海洋水水质指标地面水环境质量标准 地面水体分类 按使用功能分为五大类 类 主要适用于源头水 国家自然保护区 类 主要适用于集中式生活饮用水水源地一级保护区 珍贵鱼类保护区等 类 主要适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区 一般鱼类保护区及游泳区等 类 主要适用于一般工业用水及人体非直接接触的娱乐用水 类 主要适用于农业应水和一般景观用水 我国地面水环境质量标准 基本要求及项技术指标见教材P14 15表1 2所示 海洋水质标准 按功能可以分为三类 见教材P16 17表1 3所示 污水综合排放标准 标准按地面水域使用功能和污水排放去向 对向地面水域和城市下水道排放的污水 规定分别执行一 二 三级标准 即 对特殊保护区域 类水域 不得新建排污口 对重点保护区域 类水域 执行一级排放标准 对一般保护水域 类水域 执行二级排放标准 对排入城镇下水道 并进入污水处理厂 执行三级排放标准 该标准将排放的污染物按其性质分为两大类 第一类污染物 是指在环境或动植物体内蓄积 对人体产生长远影响者 如 汞 镉 铬 砷 铅 苯并芘等 第二类污染物 是指产生的长远影响远小于第一类污染物质的 如 酸度 色度 BOD COD 石油类 动植物油 硫化物 氟化物 铜 锌 锰等 水体自净进入水体的污染物 其浓度随时间和空间的推移 通过物理的 化学的 生物的作用而逐渐降低甚至消除的自然净化过程 水体自净的方式 物理净化 化学与物理化学净化 生物净化废水治理原则及处理方法的选择1 废水治理一般原则合理规划与布局 控制污染源头改进生产工艺 进行绿色化的清洁生产 降低污染物排放量优化治理技术 节省投资成本废物综合利用 提高经济效益 2 废水处理方法的选择 物理处理法利用物理作用 分离或回收废水中的不溶性固体物质 主要方法有筛滤 沉降 气浮 过滤 离心分离等 化学处理法利用化学反应和传质过程 分离或回收溶解态和胶体态的污染物 主要方法有中和 混凝 氧化还原 电解 吸附 离子交换 电渗析等 生物处理法利用微生物作用 降解胶体和有机污染物 主要方法有活性污泥法 生物滤池 厌氧生物处理法 土地处理系统等 在实际应用中 通常选择几种不同的处理方法组成一个废水处理系统进行有效净化 才能达标排放 课题二废水的预处理 教学目标要求 1 了解格栅 筛网的结构及功能2 知道调节池的作用及原理 作业 1 在废水的预处理中 格栅与筛网的主要功能是 以减轻后续处理的负荷 2 调节池的作用有 三个 3 计算题 见教材P28第3题 格栅与筛网1 格栅 由金属栅条组成的框架 拦截粗大的颗粒物和悬浮物 细格栅 栅条间距为3mm 10mm中格栅 栅条10mm 40mm粗格栅 栅条40mm以上2 筛网 由金属丝或化学纤维编制而成 用以去除或回收悬浮状的细小纤维 格栅 调节池1 调节池的作用 调节水质和水量 中和酸碱性废水 平衡水温 2 调节池的种类 折流式调节池见教材P27图2 6 所示斜槽式调节池见教材P27图2 5所示 3 调节池的设计计算要求设计指定调节时间内的废水平均浓度所需调节池的体积 理论上 调节时间越长 调节效果越好 实际应用中应根据具体情况选择合适的调节时间 例题 见教材P28解答 求T小时内废水的平均流量q q1 q2 q3 q4 q5 q6 6 求T小时后废水的平均浓度C c q t qT 求调节池的容积V qT q T小时内废水平均流量C T小时内废水平均浓度c 废水在各时间段的平均浓度q 废水在各时间段的平均流量t 各时间段 总和等于TT 调节时间V 调节池容积 容积利用系数 教学目标要求1 知道沉淀 气浮 隔油原理2 初步掌握平流沉淀池的设计计算 课题三废水的物理处理 作业 1 解释 自由沉降凝絮沉降疏水性物质2 填空 平流沉淀池构造分为 四个部分 3 填空 普通快滤池一般由 六个部分组成 4 画简图说明竖流沉淀池的构造及工作原理 5 简述斜板沉淀池的构造及工作原理 6 画出加压溶气气浮的工艺流程简图 7 计算题 平流沉淀池的设计计算 见教材P51第4题和第12题 沉降原理沉淀池中 由于颗粒自身重量和颗粒间的相互作用发生沉降 使废水在某深度以上变得澄清 沉降类型自由沉降 在悬浮物浓度不高的情况下 悬浮固体依靠自身重量单独下沉 没有相互聚合 颗粒的物理性质保持不变 絮凝沉降 在悬浮物浓度不太高的情况下 颗粒之间相互凝聚成絮体逐渐下沉 颗粒的物理性质发生改变 集团沉降 悬浮物浓度较高 颗粒相互影响 相互干扰 相互挤压成网状的绒体 以整体覆盖层向下沉降 颗粒层与水形成一个界面 即沉淀过程就是界面的下降过程 压缩沉降 悬浮物浓度很高 颗粒相互接触碰撞与支承 污泥被压缩 水分被挤出 颗粒变大变重而沉降 在实际沉降过程中 很多悬浮物都依次进行着这四种沉降类型 见教材P31图3 1和3 2所示 可以通过以下图示说明活性污泥沉淀的过程 上层清水 自由沉淀带 絮凝沉淀带 集团沉淀带 压缩沉淀带 2 悬浮颗粒的沉降速度 u 这是一个重要参数 为设计沉淀池提供帮助 理论计算公式 对于自由沉降 水流为层流状态时由斯托克斯推导建立 见教材P31公式 3 1 实际应用时困难较大 实际沉降速度 u 要通过沉降实验确定 沉降实验和沉降曲线 寻找沉降时间 t 和沉降速度 u 实验装置 沉降柱 数个 作n次平行实验 见教图3 2 实验装置 沉降柱 数个 作n次平行实验 见教材图3 2 污泥出口 取样口 水深 H 实验步骤a 测定废水的原始浓度C b 沉降开始后 经过t1 t2 t3 ti时间 分别测定每个沉降柱中废水的浓度C1 C2 C3 Ci 求n次测定的平均值Ci平均 C 经过t时间沉降后 水样残留浓度为Ci 求对应的Ei 沉降效率Ei 指经过t时间沉降后悬浮颗粒的去除率 沉降效率Ei C Ci平均 C 100 d 绘制沉降曲线 以沉降时间 t 为横坐标 以沉降效率Ei为纵坐标所作的图 见教材P33图3 3左图 e 由沉降曲线查得达到沉降效率Ei 所需的沉降时间 t 计算出悬浮物的沉降速度 u u H t不同的沉降效率Ei 悬浮颗粒的沉降速度 u 是不一样的 见教材P51作业12题 如果以沉降效率Ei为纵坐标 以沉降速度 u 为横坐标可以绘制出另一种沉降曲线 见教材P33图3 3右图 3 理想沉淀池为了寻找颗粒在沉淀池运动的普遍规律及沉降效果 以此取得设计沉淀池的各种关系式 提出了理想沉淀池的概念 理想沉淀池满足的条件废水水平方向等速流动 v 悬浮颗粒等速 u 下沉 u水平 v水流 颗粒沉降后不再上浮 颗粒沉降速度u的确定见教材P33图3 4t L v H u即 颗粒沉降速度u H t沉淀池的有效水深H ut 重要公式 L H u v 沉淀池的表面负荷 q 通过沉淀池单位池平面的废水流量 q Q A池容积 V V Qt HBL则 Q V t HBL t池面积 A A BL则 q HBL t BL H t uH ut这就是沉淀池的沉淀区有效水深 q u设计时沉淀池的表面负荷q数值上等于悬浮颗粒的沉降速度u 故 u q Q A 重要公式 在实际沉淀池的设计时比理想沉淀池要复杂得多 所以对q u要进行校正后才能使用 一般地 q设计 q实验通常取即可 t设计 1 5 2 0 t实验废水在沉淀池内的停留时间为1 3小时 平流式沉淀池1 平流式沉淀池的构造进水区 均匀进水 降低水流速度 沉淀区 有效高度3 4米 长宽比大于4 1污泥区 出水区 2 简单设计及计算 沉淀区的计算 关键是确定长 宽和有效水深通常根据实验数据求得表面负荷 q 由公式q Q A 计算出沉淀区的池平面积A Q q Q u 有时也可以采用经验值进行计算 根据沉降实验进行设计计算 重点掌握 沉淀区的总面积 A A Q u q u 根据长宽比确定长和宽 一般地长 宽 4 1假定取6 1 设宽为xm 则长为6xm 即 A x 6x m2 可以求出u或q 一般废水流量Q是知道的 u q Q A 沉淀池有效水深 H H Qt A ut 根据经验值进行设计计算 了解 污泥区计算 了解 V m3 Q 24 C0 Ci 100 T r 100 P0 V 污泥区总容积C0 废水悬浮固体原始浓度Ci 出水悬浮固体浓度P0 污水含水率r 污泥容积密度T 两次排泥的间隔时间 沉淀池总高度HH h1 h2 h3 h4h1 超高一般取0 3m h2 沉淀区有效水深 m h3 缓冲趁层高度 一般取无刮泥机0 5m 有刮泥机0 3m h4 污泥区高度 m h4 V A 例题解答 见教材P38例3 1已知 沉降效率E 80 废水流量Q 10000m3 d 沉降速度u 2m h 沉降时间t 2h 污泥区高度h4 1 5m 采用无刮泥机的平流沉淀池处理 试设计 该平流沉淀池的有效尺寸 解 校正实验值u实际 u实验 1 1 25 1 1 75 一般取u实际 u实验1 1 5则 u实际 q实际 2 1 1 5 1 3 m h 根据废水流量计算沉淀区有效面积A q u Q A A Q u 10000 24 1 3 321 m2 沉淀区长宽比取6 1 设宽为xm 长为6xm6x X 321则 宽X 7 3m 池长为6 7 3 43 8 m 沉淀区有效水深h2 u实际t 1 3 2 2 6 m 沉淀池总高度H 0 3 2 6 0 5 1 5 4 9 m 竖流沉淀池1 竖流沉淀池的构造进水区 由中心管从上向下流入经过反射板向四周分布 沉淀区 上半部圆柱状池子部分污泥区 下半部截头圆锥状池子部分出水区 圆柱状池子的上口部 由出水管流出 进水 排泥管 出水 沉淀区 污泥区 竖流沉淀池的构造 2 竖流沉淀池的工作原理 废水在沉淀区以v的速度向上流动 悬浮颗粒以u的速度向下沉降 当u v时 颗粒以u v的速度发生自由沉降 当u v时 悬浮颗粒之间相互碰撞 凝聚 发生絮凝沉降 当u v时 细小颗粒随水上升而排出 说明废水的流速至少要等于颗粒的沉降速度 悬浮颗粒才能沉降除去 3 简单设计计算 设计参数 了解 见教材P39 40 设计计算最基本的参数要求v上升 u最小例3 2已知 沉淀区有效水深H 3 8m 沉淀池直径D 10m 中心管直径d 0 8m 废水流量Q 180m3 h 求 废水的上升速度v上升 沉淀时间t 解 沉淀池有效过水面积A 3 14 D2 d2 4 3 14 102 0 82 78 m2 废水的上升速度v上升 u最小 q Q A 180 78 2 3 m h 沉淀时间t V容积 Q A H 180 78 3 8 180 1 65 h 辐射式沉淀池是一种直径在20 100米之间的圆形池子 辐射式沉淀池的原理及构造 了解 辐射式沉淀池的设计计算例3 3教材P44已知Q 1300m3 h 直径D 30m 有效水深h 3m 求 表面负荷q 沉淀时间t 解 沉淀池的表面积A 3 14D2 4 3 14 302 4 706 5 m2 表面负荷q Q A 1300 706 5 18 3 m h 沉淀时间t V Q hA Q 3 706 5 1300 1 63 h 斜板 管 沉淀池 浅层沉淀池 斜板 管 沉淀池的沉淀原理在沉淀池有效容积一定的情况下 通过在池中安放平行斜板或斜管以增加颗粒污染物的沉降面积和降低沉降高度 缩短沉降时间 从而大大提高了沉降效率 斜板沉淀池的结构及特点斜板 管 的材料一般用塑料和玻璃钢 设计成平行薄板或蜂窝状管形 沉淀池工作时 废水从斜板下面通过薄板间通道向侧上方流动 悬浮物沉积在斜板上 自动滑落进入污泥斗 这就是最常用的水流与泥流逆向进行的异向流方式 它的显著特点是 增加沉降面积 降低沉降高度 沉池体积大大缩小 节省占地面积 隔油池除去废水中的油粒和较大固体颗粒 隔油池一般有平流式和斜板式两种 通常情况下是在现有平流式沉淀池出水堰之前加一块隔油板 成为两用池子 据了解斜板隔油池已经工厂化生产 只需提供废水性质和流量参数 即可按要求进行生产 气浮1 气浮原理 在废水中通人或产生大量的细微气泡粘附疏水性悬浮颗粒及乳化油 利用浮力原理达到分离的目的 亲水物质 容易被水润湿 不容易被气泡粘附的物质 不宜用气浮法去除 疏水物质 不容易被水润湿 容易被气泡粘附的物质 适宜用气浮法去除 物质被水润湿的程度 一般用物质颗粒与水的接触角度 以对着水的角为准 来表示 当 900 颗粒为疏水物质 能被气泡粘附 当 900 颗粒为亲水物质 不容易被气泡粘附 见下图所示 气泡 900 900 疏水物质 在废水中通过加入浮选剂后可以用气浮法去除亲水性物质 浮选剂 分子组成中同时含有亲水基团和疏水基团的物质 疏水基团亲水基团 亲水物质 在废水中加入浮选剂后 浮选剂的疏水基团选择性地吸附废水中的亲水颗粒 从而亲水物质的表面转化为疏水物质被气泡粘附而上浮 常用的浮选剂有 松节油 煤油 脂肪酸 硬脂酸盐等 颗粒 颗粒 亲水性颗粒 疏水性大颗粒 可以整个被气泡所粘附 高效气浮设备 2 气浮法分类 叶轮冲气气浮和加压溶气气浮 气泡均由空气产生 加压溶气气浮 3 5个大气压 整个气浮过程需要多个设备才能完成 效率高达90 以上 可以有效收集含油泡沫 得到有用的油品 在加压时 气体溶解度增加 在水中达到过饱和状态 再突然减压 气体以微小气泡析出粘附污染物而上浮 其工艺流程见下图 刮渣器 吸水池 加压泵 溶气罐 空气 减压阀 气浮池 出水 废水 叶轮充气气浮整个气浮过程在一个池子里进行 它的原理是 依靠叶轮高速旋转产生的负压吸入空气 空气与废水充分搅拌 混合 形成微小气泡进行气浮 叶轮的形状见左图 快滤池一种过滤设备 快滤池的构造及工艺过程一般快滤池的构造分为六个件 滤料在快滤池中起关键作用 常用的滤料有 石英砂 金刚砂 无烟煤 铁矿石 有机塑料球粒等 有效粒径为0 5mm 0 7mm及2mm左右 敷设厚度为500mm 700mm 承托层支撑滤料 防止下漏 承托层的上部为细粒砾石 下部为粗粒砾石 下部集水装置收集过滤水 使反冲洗水均匀分布在滤层内 有利于反冲洗过程的进行 流量调节阀保持进水和出水流量平衡 设置于滤过水出水处 反冲洗装置去除滤层截留物 减小过滤的阻力 水从底部进入 向上冲洗 表面冲洗装置防止或去除表面形成泥球 因为滤料与废水中的粘性物质结成小球 逐渐长大 反复过滤和冲洗时 移往滤层深处 容易引起水质恶化 用压力水冲洗 可以提高反冲洗效果 防止泥球生长 普通快滤池的基本构造 滤料层 500 700mm厚度 双层滤料的敷设 上粗下细 承托层敷设上细下粗的砾石 下部集水装置 出水 加压反冲洗装置 表面冲洗装置 快滤池的设计 滤料层一般有单层滤料池和双层滤料池两种 有的还设计成多层的 使用双层滤料池时 底层用小粒径 0 5mm 1 2mm 的石英砂 上层用大粒径 0 8mm 1 8mm 的陶瓷粒或无烟煤粒 过滤速度及滤池总面积的计算 过滤速度一般可以借助经验值进行参考 单层滤料池8m 14m h双层滤料池12m 18m h多层滤料池30m 40m h 滤池总面积S m2 S Q vQ 设计流量v 设计滤速 滤池尺寸及个数S 30m2长 宽 1 1设计成正方形S 30m2长 宽 1 25 1 1 5 1设计成长方形作业 见教材P51第14题 课题四废水的化学及物理化学处理教学目标要求 熟悉中和法 氧化还原法 电解法 膜分离法的原理及特点 理解混凝剂和助凝剂的作用剂混凝原理 会用膜分离法处理化工废水 知道离子交换法和吸附法的工作原理及运行方式 作业 一 填空 酸碱性废水的中和处理原则是 氯氧化法处理电镀废水中的致毒物质 CN 时 Cl2将其氧化为 从而降低或失去毒性 离子交换剂的特点主要有 三个方面 离子交换法运转方式的全过程包括 反渗透过程的实现必须具备的两个条件是 和 二 解释 半透膜渗透渗析三 简答题 化学混凝法的基本原理是什么 四 工艺流程简图 画出化学混凝法的工艺流程简图 画图说明如何应用电渗析法回收烧碱厂废水中的食盐 中和法对化工废水的处理 当酸碱浓度大于3 时 应回收处理 综合利用 只有酸碱浓度小于3 时 才用中和法处理后进行排放 酸碱性废水中和法处理的原则是 以废治废 药剂中和 例如 酸碱性废水相互中和 以废碱渣中和酸性废水 以烟道气处理碱性废水等 酸性废水的中和投药中和常用石灰渣 石灰石 电石渣 苛性钠 碳酸钠等 这种方法产生的沉渣多 以石灰渣为例反应原理为 H2SO4CaSO4HNO3 Ca OH 2Ca NO3 2 H2OHClCaCl2 石灰渣 过滤中和将碱性固体颗粒滤料敷设在滤床上与酸性废水充分接触达到中和的目的 中和滤池见教材P54图4 2所示 注意 用碳酸钙作滤料中和硫酸时 应控制废水的PH 4 因为酸度过高 生成的硫酸钙太多 会堵塞滤料 普通中和滤池见P54图4 2 升流膨胀式中和滤池见P55图4 3 2 碱性废水的中和常使用工业废酸 烟道气 主要含烟尘 SO2 NO2 H2S等 处理 一般在喷淋塔装置中进行 使废水处理与消烟除尘 气体净化相结合 混凝法应用于工业废水的处理 能去除难以用沉降法处理的细小颗粒 乳化油 胶体等 归纳起来 有以下三个方面的作用 第一 去除有机物 重金属离子 放射性元素 第二 降低废水的色度和浊度 第三 去除富营养化物质 1 混凝原理废水中加入混凝剂后 由于发生了电性中和作用和吸附架桥作用 使污染物微粒相互凝聚变大 变重而沉降 电性中和作用 许多胶体杂质都带负电荷 在水中相互排斥不能凝聚长期保持稳定状态 加入混凝剂后 混凝剂发生水解产生的胶体微粒带有正电荷 当带相反电荷的胶粒相互吸引 彼此中和了对方的电荷 并吸附污染物颗粒变大变重而沉降 吸附架桥作用混凝剂经过水解反应和缩聚反应生成线型结构的高分子聚合物 其两端分别吸附不同的胶体微粒 长线型的两端胶体微粒之间进行吸附而架桥 形成絮体 产生絮凝而沉降 混凝剂和助凝剂 混凝剂应用广泛的主要有两大类 无机盐类 铁盐和铝盐 FeCl3 AlCl3 Fe2 SO4 3 Al2 SO4 3等高分子混凝剂 无机高分子和有机高分子 聚合氯化铝 聚合氯化铝 聚丙烯酰胺等 助凝剂为了提高混凝效果 需要加入的辅助药剂 如 调节酸碱度 加入氧化剂或还原剂改变污染物的价态等 影响混凝效果的主要因素 了解 水温 PH值 污染物的特点 水力条件 4 化学混凝的工艺流程及设备 化学混凝的工艺流程 混合池 加入混凝剂和助凝剂 时间2分钟 快速搅拌 充分混合 反应池 反应过程需要30分钟 沉淀池 沉淀过程需要1 2小时 出水 化学混凝的设备 混凝剂的配制与投加设备 湿法投加 控制浓度 需要的设备主要有溶解池 溶液池 计量器等 混合设备 混凝剂与污水迅速混合均匀 有利于混凝反应的发生 主要采取水泵混合 隔板混合 机械混合 反应设备 增加混凝剂与污染物相互碰撞和吸附凝聚机会 有利于生成更大的矾花絮体 常用的有隔板反应池 机械搅拌反应池 进水 氧化还原法通过氧化还原反应降解水中有毒有害的物质 1 氧化法 利用强氧化剂氧化难降解的有机污染物 常用的有氯氧化法及臭氧氧化法 氯氧化法以Cl2 Cl2 液 NaClO Ca ClO 2等作氧化剂的方法 同时还有消毒 杀菌 脱色 除臭的功效 如 电镀废水中的剧毒物质CN 降解过程为CN OH Cl2CNO Cl H2O 调整PH值10以上 反应10至15分钟 CNO 的毒性大大降低 只有CN 的千分之一左右 CNO Cl2 OH CO2 N2 Cl 2H2O 只需要调整PH值在8 5 继续加Cl2即可 向废水中加Cl2由加氯机来完成 以减少环境污染 臭氧氧化法同时达到除臭 脱色 杀菌 消毒 降低COD BOD5 增加溶解氧等 常用于自来水厂消毒 废水三级处理以及与其它方法联合使用 臭氧的制备 反应原理 3O2 2O3 放电 1 2万伏 反应设备 臭氧发生器 见教材P64图4 13所示 简易图见黑板 从臭氧发生器中出来的混合气体叫臭氧化空气 其中O3的浓度只有1 3 2 还原法使用还原剂还原废水中的高价污染物 主要用于处理含Cr Hg 的废水 硫酸亚铁 石灰法除铬反应原理 硫酸亚铁用于还原Cr 为Cr Cr 硫酸亚铁 皓矾 1 16石灰用于沉淀Cr 石灰的投加量直接控制PH值 7 5 8 5即可 还原除汞Hg 的还原 利用活泼金属还原Hg 活泼金属破碎为2 4mm的碎屑 在滤柱中进行反应 Hg的回收 隔绝空气加热 产生汞蒸气 冷却后进行回收 电解法利用电解原理 通电后 有害物质在两级发生氧化还原反应而消除毒性 1 电解还原法处理含铬Cr 废水电解池以铁为电极 反应过程中生成的Fe OH 3有凝聚作用 还可以去除废水中的其它悬浮污染物等 2 电沉积法去除与回收废水中的重金属离子如用电解法回收铜和银 3 电解槽 铁 铁 离子交换法利用离子交换剂组成中可供交换的成分去交换废水中的阴阳离子 去除有害物质 只能用于低浓度废水的处理 1 离子交换剂的种类与组成无机离子交换剂 天然矿石 合成沸石等 有机离子交换剂 阳离子交换树脂 RH阴离子交换树脂 ROH其中 R 为树脂中的惰性母体 H OH 为树脂中的活性基团 即可供交换的成分 2 离子交换剂的特点等当量交换交换容量可以进行计算交换具有可逆性饱和后的交换剂可以再生处理交换离子具有选择性 3 离子交换剂的运转方式离子交换法的全过程包括以下四道工序 交换通过离子交换树脂的活性成分交换去除废水中的离子污染物 反洗松动树脂颗粒层 有利于下一步与再生液充分接触 再生用食盐水或稀盐酸浸泡树脂 恢复树脂的活性 淋洗 清洗 用清水去除多余的再生废液 直到出水水质合乎要求 4 影响离子交换能力的因素 了解 吸附法利用多孔物质吸附水中的胶体及可溶性污染物的处理方法 1 吸附原理吸附剂 表面积大 吸附能力强的多孔性固体物质 如 活性炭 黄化媒等 吸附质 能被吸附剂吸附于表面的物质 废水中的污染物 吸附 在固液两相的界面上物质浓度发生累积的现象 解吸 吸附质由于分子热运动 自动离开吸附剂表面的过程 物理吸附 吸附质与吸附剂之间通过分之间引力 范德华力 而产生吸附 没有化学反应发生 化学吸附 吸附质与吸附剂之间产生化学作用而产生的吸附 吸附平衡 在一定条件下 当吸附与解吸速度相等时 吸附质在吸附剂表面和废水中的浓度不再改变时的状态 即 V吸附 V解吸达到吸附平衡 2 吸附剂的种类及特点常用的吸附剂主要有 活性炭 木炭 焦炭 木屑 磺化媒 硅藻土 粘土 炉渣等 吸附剂的特点 疏松多孔 比表面积巨大 吸附能力很强 比表面积 表面积 mm 质量 g 3 吸附运转方式 吸附的工艺过程吸附分离再生 运转方式间歇吸附法采用两个固定床并联 使用一个时 另一个备用 废水处理量较小 见教材P71图4 19连续吸附法采用移动床 吸附剂在移动床内不断移动 流进流出 不断再生补 废水处理量大 但装置较为复杂 见教材p71图4 20所示 4 影响吸附的因素 了解 温度吸附质浓度吸附接触时间废水PH值 膜分离法利用膜状物质的选择透过性 分离或浓缩物质的一种方法 半透膜 对液体中某些成分进行选择性透过的膜状物质 如 动物膀胱 机体内的细胞膜 毛细血管壁等天然的半透膜以及人工制造的硫酸纸 玻璃纸 醋酸纤维素膜 阴阳离子交换膜等 渗透 指溶剂透过膜的过程 渗析 指溶质透过膜的过程 1 电渗析 利用离子选择性半透膜分离或浓缩废水中的酸碱盐的处理方法 阳离子交换膜 只允许阳离子透过的膜 简称阳膜 阴离子交换膜 只允许阴离子透过的膜 简称阴膜 电渗析工作原理电渗析是一种膜分离技术 它是在外加直流电场作用下 利用离子交换膜 从一部分水中迁移到另一部分水中物理化学过程 使水达到脱盐的目的 利用离子交换膜和特制的搁板 电极 压紧装置等部件装配起来的设备称为电渗析器 电渗析过程可以在电渗析池中进行 见下图 电渗析原理见教材P73图4 23所示 阳极 阴极 阴膜 阳膜 阴膜 阳膜 阴膜 阳膜 极室 极室 淡水 浓水 淡水 浓水 淡水 极水 极水 电渗析池的核心技术是离子交换膜的应用 应根据具体情况分别采用抗氧化 耐强酸 耐强碱腐蚀材料的离子交换膜 电渗析法的应用电渗析法处理含镍废水工艺流程简图 见教材P74图4 24 可将含镍的废水浓缩100 300倍 浓水可以直接返回镀槽使用 淡水可以进入清水槽 练习 画图说明如何利用电渗析法回收碱法造纸废液中的NaOH 2 反渗透在外加压力下 利用溶剂分子透过半透膜进行浓缩或分离的方法 反渗透技术简介反渗透技术是当今最先进和最节能有效的膜分离技术 其原理是在高于溶液渗透压的作用下 依据其他物质不能透过半透膜而将这些物质和水分离开来 由于反渗透膜的膜孔径非常小 仅为10A左右 因此能够有效地去除水中的溶解盐类 胶体 微生物 有机物等 去除率高达97 98 系统具有水质好 耗能低 无污染 工艺简单 操作简便等优点 渗透 溶剂分子透过膜的过程 渗透压 当浓度不同的两种溶液用半透膜隔开时 渗透开始进行 致使稀溶液一方液面下降 浓溶液一方液面上升 在一定条件下达到渗透平衡时 产生于两液面之间的高度差的静压力 反渗透 在废水一侧水面上施加一个大于渗透压的压力P 废水中的水分子透过半透膜流向清水一方 使溶液浓缩达到分离的目的 反渗透的条件 有高选择性和高透水性的半透膜以及外加操作压力大于渗透压 反渗透的应用 半透膜的选择 应用最广泛的是醋酸纤维素膜操作压力的选择 比渗透压大3到10倍的工作压力 应用范围 海水淡化 锅炉用水 纯净水制备 电镀废水处理 造纸废水处理 石油化工废水处理等 半透膜 半透膜 半透膜 清水 废水 清水 废水 清水 废水 V向右 V向左 V向右 V向左渗透平衡 V向右 V向左 渗透压 半透膜 清水 废水 V向左 V向右 P外 P外 P渗 P外 P渗 反渗透 渗透与反渗透示意图 实验证明 P渗 CRT 3 超滤 原理与反渗透相似 最大的区别在于半透膜的孔径所需的操作压力不同 反渗透法特点 膜孔径较小一些 为0 3 0 6nm 只允许溶剂分子通过 所需操作压力较大 一般为2 10MPa 超滤法特点 膜孔径较大一些 一般为2 10nm 只能阻滞大分子溶质 所需操作压力较小 一般为0 1 0 5MPa 超滤技术适用于分离大分子和胶体 如 细菌 蛋白质 颜料 病毒 油类等 课题五废水的好氧生物处理教学目标要求 1 了解微生物的新陈代谢特点2 掌握好氧生物处理几种常用方法的原理和特点3 知道活性污泥法的工艺流程和氧化沟技术特征4 知道生物膜的净化机理 作业 一 解释 活性污泥生物膜污泥指数二 填空 1 微生物生长繁殖必需的营养主要有 等 2 间歇式活性污泥法的工艺流程中五个基本操作工序分别是 3 活性污泥法中曝气的目的主要是 三 简要回答 1 简述氧化沟系统的工艺原理及技术特点 2 简述生物滤池的构造和工作原理 3 生物接触氧化法有哪些特点 四 画出普通活性污泥法的基本工艺流程图 概述1 有机物好氧分解 有机物 O2 微生物 合成原生质 微生物的增长 形成新的活性污泥或生物膜增长 CO2 H2O SO42 PO43 新陈代谢产物 同化作用 异化作用 能量 微生物在新陈代谢过程中 当养分充足时主要依靠同化作用合成原始值 突出新陈作用 当养分不足或耗尽时 依靠内源呼吸 消耗自身细胞产生异化作用 提供能量 完成新谢过程 生物化学处理法包括 好氧生物处理和厌氧生物处理 有机物好氧生物处理主要方法有以下两大类 活性污泥法 普通活性污泥法 氧化沟技术 间歇式活性污泥法等 生物膜法 生物滤池 生物接触氧化法等 主要特点是 反应速度快 反应时间短 反应过程较卫生等 2 好氧分解对废水水质的要求溶解氧 能保证好氧和兼性生物正常呼吸的溶解氧量是0 3mg L 2mg L pH值 对好氧处理 PH 6 9 温度 保持在200C 400C 微生物生长必需的营养物质 碳氮 硫磷 无机盐及维生素等 对毒性物质的要求 不能超过容许浓度 否则 会破坏微生物的生存条件 进水有机物浓度 要求BOD5在100mg L 600mg L 浓度过高 容易造成缺氧现象 废水的可生化性 BOD5 COD 0 5 采用生物处理法效果明显 活性污泥法1 活性污泥法的原理活性污泥 一种含有大量微生物群体的黄色或褐色絮状泥粒 它的表面积大 吸附 氧化 分解有机物的能力很强 被称为活性污泥 活性污泥法的原理 活性污泥中的微生物以废水中的有机物等为养料 进行新陈代谢和繁殖 在一定条件下不断吸附 分解 氧化污染物 使废水得到净化 2 活性污泥法的基本流程 进水 初沉池 曝气池 二沉池 空气 出水 回流污泥 剩余污泥 污泥 脱水得到干污泥 滗水器 3 曝气设备曝气的目的 提供足够的氧气 充分搅拌溶液使污泥呈悬浮状态 有利于生物吸附 分解和氧化过程 曝气的方式 鼓风曝气利用鼓风机供给压缩空气 机械曝气利用叶轮高速转动 产生负压 溶入空气 4 活性污泥影运行参数 污泥沉降比 SV30 一般控制在15 30 比较合适 曝气池中混合液沉淀30min后 沉淀污泥与混合液的体积百分比 SV30 V泥 V混合液 100 污泥体积 混合液体积 污泥浓度 MLSS 单位体积混合液所含的固体质量 mg L MLSS m泥 V混 污泥指数 SVI 曝气池中混合液沉淀30min后 1克干污泥湿时的体积 或1克干污泥所占的湿体积 一般控制在50ml 150ml g SVI V泥 m泥 分子 分母同时除以V混 V泥 V混 m泥 V混 SV30 MLSSSVI是一个重要参数 过低 证明污泥颗粒细小 紧密 松散度不够 性能差 过高 说明污泥膨胀 难于凝聚 性能也差 例题 见教材P82已知条件 SV30 30 MLSS 2500mg L 2 5g L 0 0025g ml解 根据污泥指数 SVI SV30 MLSS依题意有 SVI 30 0 0025 120 ml g 5 活性污泥法的特点及改革方向特点 属于二级生物处理方法 应用范围广 处理能力强 出水水质好 投资大 能耗大 管理复杂 污泥容易膨胀 上浮等 改革方向 简化流程 压缩基建费用 节约能源 降低运行费用 增加功能 改善出水水质 简化管理 保证运行稳定 简化污泥的后处理 活性污泥法新技术 氧化沟活性污泥法高浓度活性污泥法 氧化沟活性污泥法 循环曝气活性污泥法 曝气池由封闭的多沟串联渠道组成 对废水的污泥进行循环曝气 应用于生活污水的工业废水的处理 循环曝气池 又叫氧化沟 废水与活性污泥在呈封闭状态的环形沟渠中不断循环流动 进行曝气 有利于微生物的吸附 氧化 分解 达到净化废水的目的 1 氧化沟的发展及工艺原理 氧化沟技术的发展简述欧美国家应用较早 中国近年来迅速推广和发展了氧化沟技术 其规模也在不断的扩大 氧化沟技术特征采用的技术参数有机物容积负荷 0 2 0 4KgBOD5 m3 d 有机物污泥负荷 0 03 0 15KgBOD5 KgMLSS d 水力停留时间 10 24h污泥龄 10 30d活性污泥浓度 2000 6000mg L出水水质 BOD510 15mg LSS10 20mg LNH3 N1 3mg L 氧化沟系统的处理流程 进水 隔栅 沉砂池 固体废物污泥 氧化沟 二沉池 出水 回流污泥 剩余污泥 剩余污泥 污泥脱水 干化污泥 氧化沟技术处理城市废水工艺流程 防止无机沉渣在氧化沟中沉积 不需进行污泥消化处理 氧化沟中水流特点 循环流动 水流状态介于推流式和完全混合式之间 废水在氧化沟中循环流动的次数为30 280次不等 设氧化沟总长度L 90 600m 废水流速v 0 3 0 5m s 则 水流完成一个循环所需时间t L v 5 20min t L v 90 0 3 300s 5mint L v 600 0 5 1200s 20min氧化沟中设计水力停留时间T为10 24h 则 废水在整个水力停留时间内要完成的循环次数为30 280次停留时间为10小时时 循环的次数为10 60 20 30 次 24 60 5 280 次 氧化沟系统见教材P85图5 6所示 60年代由荷兰DHV公司研制成功的 在世界各地广泛应用于大 中 小型污水处理厂 卡罗塞氧化沟系统的构造及处理效果 氧化沟系统见教材P85图5 6所示 进水 二沉池 出水 回流污泥 剩余污泥 转刷曝气 好氧区 厌氧去区 氧化沟系统的特点 由多沟串联的封闭沟渠组成废水和活性污泥完全混合 推流前进 循环流动氧化沟的一端垂直安装表面曝气供氧 形成了富氧区和缺氧区 创造了良好的生物脱氮 脱磷环境BOD5去除率为95 99 脱氮效率为90 除磷效率为50 投加铁盐时 除磷效率可以达到95 2 氧化沟技术特征 工艺流程简单 运行管理方便 处理效果稳定 出水水质好 基建投资省 运行费用较低 污泥少 性质稳定 容易处理 水量 水力冲击负荷承受能力强 占地面积小 主要缺点是 运行费用相对较高 间歇式活性污泥法 SBR 又称序批式活性污泥法 间歇式活性污泥法 SBR 的特点SBR法的反应机理与普通活性污泥法完全相同 但处理的过程不是连续的 而是间歇式的 周期性的 它的主要特点有 污泥浓度高 运行稳定 适合高浓度有机废水的处理 系统不设初沉池和二沉池 节省投资 处理效果好 BOD5去除率达95 污泥少 好氧 缺氧 厌氧交替出现 具有脱氮 除磷的功能 溶解氧在0 2mg L之间 污泥不回流 机械设备少 运行管理简单 一般由两池组成 交替运行 可完成连续进水的处理 间歇式活性污泥法 SBR 的工艺流程曝气池污水处理过程包括五个工序 进水 曝气反应 沉淀 出水 待机闲置污水流入工序1 2小时污水流入方式有三种 单纯注水 污水注满后 才进行曝气 曝气注水 边注水 边曝气 可以恢复污泥的活性 缓慢搅拌注水 使废水处于缺氧 厌氧状态 有利于污水脱氮和聚磷菌释放磷 原废水 初沉池 曝气池 间歇曝气 二沉池 处理水 曝气反应工序 3 4小时污水注满后 开始曝气 BOD5的去除率高 95 以上 沉淀工序 1 1 5小时泥水分离过程 排放工序 0 5 1小时排放清水 留下活性污泥 作为下一个操作周期的菌种 待机闲置工序曝气池处于闲置状态 等待下一个周期开始 由此可知 SBR法的功能主要有 第一 BOD5去除率高 第二 有效的脱氮 除磷 3 间歇式活性污泥法的影响因素进水时缓慢搅拌的影响 系统处于缺氧 厌氧的状态 有利于反硝化菌和聚磷菌的脱氮 除磷作用 消化 硝化菌在氧气充足时 将含氮有机物中的氮降解为NO3 和NO2 等的过程 反消化 反硝化菌在缺氧环境下 将NO3 NO2 转变为N2的过程 释 放 磷 聚磷菌在缺氧 厌氧的环境下 易进行生物降解基质释放磷于废水中的过程 摄 取 磷 磷菌在氧气充足的环境下 即进行曝气的过程中对废水中的磷聚集 摄取并进行氧化 分解的过程 NOX N4 间歇式活性污泥法的设计 NOx N对脱氮除磷的影响如果反硝化过程不彻底 活性污泥中NOx N浓度较大 会使聚磷菌释放磷的速度减慢 最终导致好氧状态下聚磷菌摄磷能力下降 影响除磷效果 所以应该尽量降低曝气池内进水前留于池底的NOx N浓度 工艺上可采取曝气 去除BOD5 硝化 摄磷 停止曝气缺氧 投加少量碳源 进行反消化脱氮 再曝气 去除剩余有机物 的运行方式 提高脱氮效率 减少下一周期进水工序厌氧状态时的NOx N浓度 运行时间和DO的影响进水工序的厌氧状态 DO应控制在0 3 0 5mg L 以满足聚磷菌释放磷要求 水力停留时间在1小时以上好氧曝气工序 DO应控制在2 5mg L以上 曝气时间4小时左右 以满足BOD5降解 硝化 聚磷菌摄磷等所需的高氧环境沉淀排放工序 DO应控制在0 7mg L以下 保持缺氧状态 时间2小时左右为宜 有利于反硝化菌脱氮 4 间歇式活性污泥法的设计 了解 SBR曝气池有效容积的计算V容积 nQC N m3 n 一日之内的周期数 一个周期一般为6 8小时 可参照表5 2选定 Q 周期内进水量 m3 周期 C 平均进水水质 KgBOD5 m3 N BOD5容积负荷 KgBOD5 m3 d 在0 1 1 3范围内 一般取0 5设计 空气量与剩余污泥量与普通活性污泥法相似 污泥指数SVI一般为80 100ml g 污泥浓度MLSS一般为3000mg L 生物膜法是好氧生物处理方法之一 其特点是微生物附着生长在一定的介质表面 形成生物膜 用以分解废水中的有机物 其主要方法有 生物滤池法 生物转盘 生物接触氧化 生物流化床等技术 生物膜 废水通过滤料时 滤料截留有机物和悬浮颗粒及胶体等污染物微生物以此为养料 迅速生长繁殖 形成的一种膜状污泥 叫生物膜 1 生物膜的净化机理 净化机理废水通过滤池时 依靠滤料表面的生物膜 对废水中的有机物等进行吸附 氧化 分解 维持微生物正常的新陈代谢活动 使废水得到净化 生物膜的厚度一般为2mm左右 如果太厚 氧气供给不足 产生厌氧分解 生成的H2S NH3等 会影响出水水质 生物膜的培养和驯化生物膜的培养 采用生活污水 活性污泥 活进行生物接种 再与工业废水混合后送入生物滤池培养生物膜 生物膜的驯化 根据需要使微生物产生遗传变易 以适应处理某些特殊污染物的要求 当出水的水质达到预期要求时 才可以投入正常的运行 2 基本流程 进水 初沉池 馈水池 生物滤池 进水井 二沉池 出水 污泥回流 生物滤池所需O2来自于大气 不需要曝气装置 部分生物膜脱落进入二沉池 3 生物膜法的特点微生物附着滤料生长 污泥不膨胀 剩余污泥量少 出水水质好 4 生物滤池有普通生物滤池和塔式生物滤池两种 普通生物滤池工作原理 废水通过布水器均匀分布在滤池表面 沿着滤料空隙从上而下流动 拦截 吸附悬浮物质和胶体等 生物膜对废水中的污染物进行分解 氧化 使废水得到净化 旋转布水装置 滤层及滤料 进水 出水 上面露天 自然通风 四周池壁开设通风小孔 自然通风 生物滤池的构造 滤料其特点有 表面积大 孔隙率高 不被微生物分解 化学性质稳定 机械强度高 滤料的种类主要有 碎石 钢渣 炉渣 玻璃钢蜂窝状及块状等 池壁围护滤料 防止废水飞溅 一般用砖 石 混凝土砌成 布水设备常用旋转式布水器 其作用是 使废水均匀分布于滤床 不受风力的影响 不易产生堵塞现象 便于清洗 排水系统 渗水装置 用于排出处理水和支撑滤床 塔式生物滤池相当于多个普通生物滤池串联使用 提高了滤池的处理效果和处理能力 见教材P94图5 13所示它的主要缺点是 可能产生堵塞现象 解决办法是人工疏通和加大冲刷作用 隔栅 布水器 进水 出水 通风孔 滤料 5 生物接触氧化法是生物膜法和活性污泥法结合的产物 是曝气池和生物滤池的重大改进 兼有生物膜法和活性污泥法的优点 其特点是 微生物是固着生长的 污泥不膨胀 增加了人工曝气装置 提供充足的O2 提高了污泥浓度 有利于微生物的好氧分解 基本流程 5 生物接触氧化法是生物膜法和活性污泥法结合的产物 是曝气池和生物滤池的重大改进 兼有生物膜法和活性污泥法的优点 初沉池 生物接触氧化池 二沉池 在滤床上部安装多孔布水器 下部设有多孔曝气管 由鼓风机供给空气 出水 进水 生物接触氧化池的构造 滤床滤床内填充有比表面积大 孔隙率高的滤料 常用的滤料是聚氯乙烯塑料 聚丙烯塑料 环氧玻璃钢等制成的蜂窝状和波纹板状的填料 布气设备保证在运行过程中均匀布气 在滤池下部安装布气管 布水设备布水管大多采用孔管 采取旋转布水 而且加大水量 可以减少滤床的堵塞现象 生物接触氧化法的特点 微生物浓度高比活性污泥法高5倍左右 微生物种类多多种类的微生物形成了稳定的生态系统 生物活性高废水 空气 生物膜充分接触 有利于生物膜更新 脱离 新生的生物膜有更强的氧化分解能力 污泥布膨胀微生物是固着生长的 O2利用率高空气在滤料中曲折通过 停留时间长 有利于O2向液相转移 耐冲击负荷能力强废水中负荷即使有所增加 也能够较快的得到混合 稀释 不会给滤池造成影响 课题六废水的厌氧生物处理教学目标要求 1 掌握废水厌氧分解机理和处理过程2 了解传统厌氧处理方法3 知道UASB反应器的工作原理4 了解污泥的处理及利用方法 作业 1 厌氧生物处理的厌氧消化过程划分为三个阶段 即 2 有机污泥的利用方法主要有 等 3 常用消化设备 如传统消化池主要用于对 的处理 4 画图说明UASB反应器的工作原理 5 简述厌氧生物处理的影响因素主要有哪些 厌氧生物处理处理机理及常用设备1 厌氧生物处理机理处理机理及消化过程 包括三个阶段 水解酸化阶段 在细胞内外酶的作用下 将复杂大分子有机物水解 分解生成小分子有机酸 醇 醛等 溶液的酸度增加 产氢和产乙酸阶段 产H2 产CH3COOH细菌将有机酸 醇 醛等转变为H2和CH3COOH 产甲烷阶段 一组甲烷菌将H2和CO2转变为CH4 一组甲烷菌将乙酸 乙酸盐脱羧后产生CH4 溶液的酸度降低 2 常用消化设备 传统消化池一个密闭的圆柱形池子 用于污泥的消化处理 无搅拌装置 污泥有分层现象 上层浮渣中产酸菌较多 下面泥层中甲烷菌较多 整个消化过程速度低 所需时间长 池子底部主要用于贮存和浓缩熟污泥 熟污泥 活性层 起分解作用 污泥水 浮渣 沼气 排泥 单级浮动盖消化池在它的顶部设计有浮动盖 可以随液面的高度而升降 为了保证厌氧条件和微生物的活性 消化池设计有加热设备 加热的方法有池内直接加热 如通入蒸汽 和池外预热两种 消化池上顶部为浮渣层 消化