环境管理_工业水处理常用方法

1 定义 生物化学需 耗 氧量 biochemicaloxygendemand简称BOD 表示在一定条件下 20 C 单位体积污水中所含的有机污染物被好氧微生物分解所需的氧量 单位为mg 氧 L 污水 有BOD5和BOD20之分 BOD5最常用 特点 准确反映污染的程度 但测定所需时间长 不利于指导实际生产和自动控制 以氢氧化铁为例 氢氧化铁是由三氯化铁水解形成 故水中的主要电解质为H 和Cl FeCl3 3H2O Fe OH 3 3HCl 一 胶体的结构 2 混凝机理 脱稳 胶粒因 电位降低或消除 从而失去稳定性的过程 凝聚 脱稳胶粒相互聚合为较大颗粒的过程称为凝聚 絮凝 未经脱稳的胶体也可形成大的颗粒 这种现象称为絮凝 混凝的机理 压缩双电层 吸附电中和 吸附架桥 沉淀物网捕四种机理 溶液中离子浓度与扩散层厚度的关系 溶液中离子浓度低 溶液中离子浓度高 B A 溶液中离子浓度低时 扩散层厚度为OA 溶液中离子浓度高时 扩散层厚度减小为OB 1 压缩双电层机理 1 压缩双电层机理 双电层的厚度与溶液中的反离子的浓度有关 当向溶液中投加电解质 使溶液中离子浓度增高时 则扩散层的厚度将减小 该过程的实质是加入的反离子与扩散层原有反离子之间的静电斥力把原有部分反离子挤压到吸附层中 从而使扩散层厚度减小 1 压缩双电层机理 由于扩散层的减小 电动电位相应降低 因此胶粒间的相互排斥力也减少 另一方面 由于扩散层减薄 它们相撞时的距离也减少 因此相互间的吸引力相应变大 从而其排斥力与吸引力的合力由排斥力为主变成以引力为主 胶粒得以迅速凝聚 2 吸附电中和机理 胶粒表面对异号离子 异号胶粒 链状离子或分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用 由于这种吸附作用中和了电位离子所带电荷 降低了 电位 使胶体的脱稳和凝聚易于发生 3 吸附架桥 桥连 机理 吸附架桥作用主要是指链状高分子聚合物在静电引力 范德华力和氢键力等作用下 与胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥连的过程 本机理能解释当废水浊度很低时有些混凝剂效果不好的现象 因为废水中胶粒少 当聚合物伸展部分一端吸附一个胶粒后 另一端因粘连不着第二个胶粒 只能与原先的胶粒粘连 就不能起架桥作用 从而达不到混凝的效果 高分子聚合物对胶体或微粒的吸附架桥作用示意图 吸附 絮凝 絮凝剂 颗粒 吸附颗粒 吸附颗粒 絮凝体 4 沉淀物网捕机理 当铁 铝盐等高价金属盐类作混凝剂 而且其投加量和介质足以使它们迅速生成难溶金属氢氧化物 如Al OH 3 Fe OH 3 时 水中的胶粒和细微悬浮物可被这些沉淀物在形成时作为晶核或吸附质所网捕 以上介绍的混凝的四种机理 在水处理中往往可能是同时或交叉发挥作用的 只是在一定情况下以某种机理为主而已 一 混凝剂 一 过滤概述 过滤 水体流过有一定厚度 一般为700mm左右 且多孔的粒状物质的过滤床 杂质被截留在这些介质的孔隙里和介质上 从而使水得到进一步净化 定义 过滤能去除的杂质 理解 水中的悬浮物和胶体物质细菌 藻类 病毒油类铁和锰的氧化物放射性颗粒预处理中加入的化学药品重金属 过滤过程分为过滤 filtration 和反洗 backwash 两个过程 过滤过程是废水由上到下通过一定厚度的由一定粒度的粒状介质组成的床层 由于粒状介质之间存在大小不同的孔隙 废水中的悬浮物被这些孔隙截留而除去 过滤水 三 过滤的基本过程 引起吸附的原因 范德华力化学键力静电引力 根据吸附剂与吸附质之间作用力的不同 吸附可分为物理吸附 physicaladsorption 化学吸附 chemicaladsorption 和离子交换吸附 ionexchangeadsorption 吸附的分类 电渗析过程示意图 浓水 阳膜 只允许阳离子通过 阴膜 只允许阴离子通过 电极 浓水室 淡水室 离子交换膜是一种由高分子材料制成的具有离子交换基团的薄膜 其所以具有选择透过性主要是由于膜上孔隙和膜上离子基团的作用 膜上孔隙的作用是 在膜的高分子键之间有一足够大的孔隙 以容纳离子的进出和通过 是离子通过膜的大门和通道 膜上离子基团的作用是 在膜的高分子链上 连接着一些可以发生解离作用的活性基团 在水溶液中 膜上的活性基t团会发生解离作用 解离所产生的离子 或称反离子 进入溶液 于是 在膜上就留下了带有一定电荷的固定基团 存在于膜微孔中的带一定电荷的固定基团 好比在一条狭长的通道中设立的一个个关卡或 警卫 以鉴别和选择通过的离子 离子交换膜为什么具有选择透过性呢 大题 注意 离子交换膜的作用并不是起离子交换的作用 而是起离子选择透过性作用 GB1631 79 离子交换树脂产品分类 命名及型号 制定 001 7 凝胶型强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂 交联度为7 离子交换树脂的命名和型号 好氧呼吸是营养物质进入好氧微生物细胞后 通过一系列氧化还原反应获得能量的过程 有分子氧参与的生物氧化 反应的最终受氢体是分子氧 底物中的氢被脱氢酶活化 并从底物中脱出交给辅酶 递氢体 同时放出电子 氧化酶利用底物放出的电子激活游离氧 活化氧和从底物中脱出的氢结合成水 好氧呼吸过程实质上是脱氢和氧活化相结合的过程 在这个过程中 同时放出能量 依好氧微生物的类型不同 被其氧化的底物不同 氧化产物也不同 好氧呼吸有异养型微生物呼吸和自养型微生物呼吸两种 1 好氧呼吸 理解 厌氧呼吸是在无分子氧 O2 的情况下进行的生物氧化 厌氧微生物只有脱氢酶系统 没有氧化酶系统 在呼吸过程中 底物中的氢被脱氢酶活化 从底物中脱下来的氢经辅酶传递给除氧以外的有机物或无机物 使其还原 厌氧呼吸的受氢体不是分子氧 在厌氧呼吸过程中 底物氧化不彻底 最终产物不是二氧化碳和水 而是一些较原来底物简单的化合物 这种化合物还含有相当的能量 故释放能量较少 如有机污泥的厌氧消化过程中产生的甲烷 是含有相当能量的可燃气体 厌氧呼吸按反应过程中的最终受氢体的不同 可分为发酵和无氧呼吸 2 厌氧呼吸 一 微生物的生长规律 微生物的生长规律一般是以生长曲线来反映 按微生物生长速率 其生长可分为四个生长期 第二节微生物的生长规律和生长环境 二 生物膜的构造和物质迁移 不画图 内容答全 生物膜由里至外主要是由厌氧层 好氧层 附着水层 流动水层构成 空气中的氧溶解于流动水层从那里通过附着水层传递给生物膜 供微生物用于呼吸 污水中的有机污染物则由流动水层传递给附着水层然后进入生物膜 并通过细菌的代谢活动而被降解 微生物的代谢产物如H2O等则通过附着水层进入流动水层随其排出 而CO2及厌氧层分解产物如H2S NH3以及CH4则从水层逸出进入空气 什么是活性污泥 定义 由细菌 菌胶团 原生动物 后生动物等微生物群体及吸附的污水中有机和无机物质组成的 有一定活力的 具有良好的净化污水功能的絮绒状污泥 3 污泥沉降比 settlingvolume sludgesedimentationratio SV 污泥沉降比是指曝气池混合液在l00mL量筒中 静置沉降30min后 沉降污泥所占的体积与混合液总体积之比的百分数 所以也常称为30min沉降比 正常的活性污泥在沉降30min后 可以接近它的最大密度 故污泥沉降比可以反映曝气池正常运行时的污泥量 可用于控制剩余污泥的排放 四 活性污泥的评价指标 4 污泥体积指数 sludgevolumeindex SVI 污泥体积指数也称污泥容积指数 是指曝气池出口处混合液 经30min静置沉降后 沉降污泥体积中1g干污泥所占的容积的毫升数 单位为mL g 但一般不标出 它与污泥沉降比有如下关系 SVI SV 10 X式中 X的单位为g L 四 活性污泥的评价指标 测定污泥体积指数的意义 理解 污泥指数反映出活性污泥的疏散程度和凝聚 沉降的性能 如污泥指数过低 说明泥粒细小紧密 无机物多 缺乏活性和吸附的能力 指数过高 说明污泥将要膨胀 或已经膨胀 污泥不易沉淀 这时 污泥中的微生物往往主要是丝状细菌 对于一般城市污水 在正常情况下 污泥指数以在50 150之间为宜 污泥浓度可以反映污泥数量 污泥指数则能较全面地反映污泥凝聚和沉降的性能 四 活性污泥的评价指标 判断 理解 四阶段 水解阶段 酸化阶段 产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段 厌氧消化原理 自己总结大题 10 4 6废水的营养比 理解 记清比值 厌氧微生物的生长繁殖需按一定的比例摄取碳 氮 磷以及其他微量元素 工程上主要控制进料的碳 氮 磷比例 因为其他营养元素不足的情况较少见 厌氧法中碳 氮 磷控制为200 300 5 1为宜 好氧法为100 5 1在碳 氮 磷比例中 碳氮比例对厌氧消化的影响更为重要 研究表明 合适的C N为10 18 1 气浮 定义 答全 气浮是利用废水中的颗粒的疏水性 通过在气浮池中向废水中通入一定尺寸的气泡 使废水中的污染物吸附在气泡上 随气泡的上浮 污染物也随之浮到水面上而形成由气泡 水和污染物形成的三相泡沫层 收集泡沫层即可把污染物与水分离 悬浮物与气泡附着涉及到气 液 固 液 三相介质的问题 当气泡和颗粒共存于水中 即液 气 颗粒三相介质共存的情况下 每两相之间的界面上都存在着各自的界面张力和界面能 界面能和表面能一样 可用下式表示 E S式中 界面张力 N cm2 S 界面面积 cm2 界面能和界面张力一样也有降低到最小的趋势 当废水中有气泡存在时 悬浮颗粒就力图粘附在气泡上而降低其界面能 11 1悬浮物与气泡附着机理 大题 当废水中有气泡存在时 并非所有的颗粒都能粘附上去 它们能否与气泡粘附取决于水对该颗粒的表面性质 即颗粒的润湿性 一般规律 疏水性颗粒易与气泡粘附 而亲水性颗粒难以与气泡粘附 容易被水润湿的物质称为亲水性物质 难于被水润湿的物质称为疏水性物质 颗粒的润湿程度常用气 液 固三相间互相接触时所形成的接触角的大小来解释 在静止状态下 当气 液 固三相接触时 在气 液界面张力线和固 液界面张力线之间的夹角 对着液相的 称为平衡接触角 用 表示 图示 接触角示意图 平衡时有 LS LGcos GS 1 从图中物质与水接触面积的大小清楚地看出 不论物质的润湿性如何 在三相接触点上 三个界面的张力总是处于平衡状态 即 当气泡与颗粒共存于水中时 在气泡与颗粒附着前 单位界面面积上的界面能之和为 E1 LS LG 附着后 单位附着面积上的界面能E2 GS 其界面能降低的数值为 E E1 E2 LS LG GS 2 能量 E为挤开气泡与颗粒间的水膜所做的功 E越大 气泡与颗粒粘附得越牢固 将式 1 代入式 2 整理得 E LG 1 cos 3 平衡时有 LS LGcos GS 1 E LG 1 cos 3 由式 3 可见 E越大 越有利于颗粒与气泡粘附 讨论 当颗粒完全被水润湿时 0 cos 1 E 0 颗粒不能与气泡相粘附 因此也就不能用气浮法分离 当颗粒完全不被水润湿时 180 cos 1 E 2 LG 颗粒与气泡粘附紧密 最易于用气浮法去除 当 90 时 cos 为负值 在此范围内 颗粒表面疏水性占优势 粘附容易且稳定 容易气浮分离 对于亲水性表面可加入表面活性物质 使其变为疏水性表面 达到与气泡粘附的目的 对 LG值很小的体系 E很小 不利于气泡与颗粒的粘附 E LG 1 cos 3 12 1 2污泥的性质 1 污泥含水率 计算 公式写全 指代写全 污泥中所含水分的重量与污泥总重量之比的百分数称为污泥含水率 P1 V1 W1 C1 污泥含水率为p2时的污泥体积 重量与固体物浓度 P2 V2 W2 C2 污泥含水率变为p2时的污泥体积 重量与团体物浓度 第二节除油 一 自然除油1 基本原理物理法除油 根据油水密度不同 达到油水分离 该种方法 忽略了进出配水口水流的不均匀性忽略油珠颗粒上浮中的絮凝等因素的影响 认为油珠颗粒是在理想状态下进行重力分离a 假定过水断面上各点的水流速度相等 且油珠颗粒上浮时的水平分速度等于水流速度 b 油珠颗粒以等速上浮 c 油珠颗粒上浮到水面即被去除 含油污水在重力分离池中的分离效率 除油效率 为 式中 E 油珠颗粒的分离效率 u 油珠颗粒上浮速度 Q A 表面负荷率 Q 处理流量 A 除油设备水平工作面积 表面负荷率Q A是一个重要参数 当Q一定时 加大表面积A 可以减小油珠颗粒最小上浮速度u0 意味着更小直径的油珠颗粒被分离出来 从而提高除油效率或增加设备的处理能力 Stokes公式 式中 u 颗粒的浮升速度 m s w o 分别表示颗粒及水的密度 kg m3 g 重力加速度 m s2 污水的粘度 Pa s d 颗粒的粒径 m 浮升速度u用Stokes公式计算 Stokes公式说明的问题 1 水与颗粒的密度差 w o 愈大 它的浮升速度愈大 成正比关系 当 w o时 u 0 颗粒上浮 当 w o时 u 0 颗粒下沉 当 w o时 u 0 颗粒既不下沉也不上浮 Stokes公式说明的问题 2 水的粘度 愈小 上浮速度愈快 成反比关系 因粘度与水温成反比 故提高水温有利于上浮 3 颗粒直径d愈大 浮升速度愈快 成平方关系 因此随粒度的下降 颗粒的浮升速度会迅速降低 二 斜板 管 除油 2 选择 公式必须记住 整体理解 斜板 管 除油是目前最常用的高效除油方法之一 是一种物理法除油 1 基本原理浅池理论原理设斜管除油池池长为L 池中水平流速为 颗粒上浮为u0 在理想状态下 L H u0 可见L与 值不变时 池身越浅 可被去除的悬浮物颗粒越小 若用水平隔板 将H分成3层 每层层深为H 3 在u0与 不变的条件下 只需L 3 就可以将u0的颗粒去除 也即总容积可减少到原来的1 3 如果池长不变 由于池深为H 3 则水平流速可增加的3 仍能将沉速为u0的颗粒除去 也即处理能力提高3倍 将沉淀池分成n层就可以把处理能力提高n倍 为便于浮升到斜板 管 上部油珠的流动和和沉下泥渣排除 把浅的分离池倾斜一定角度 一般为45 60 除油效率 假设除油设备高度为H 油珠颗粒分离时间为t 则表面负荷率表示为Q A H t 则分离效率为公式表明 重力分离除油设备的除油效率是分离高度的函数 H减小 E增大 H越小 油珠颗粒上浮至表面的时间越短 加设斜板 增加分离设备的工作表面积 缩小分离高度 提高油珠颗粒的去除效率 三 粗粒化 聚结 除油 非重点 粗粒化 含油污水流经装有填充物 粗粒化材料 的装置后 使油珠由小变大的过程 这样 更容易用重力分离法将油除去 粗粒化处理的对象 水中的分散油 1 理论依据对于温度一定的特定污水 油珠上浮速度与油珠粒径平方成正比 若在污水沉降前设法使油珠粒径增大 可加大油珠上浮速度 便可提高除油效率 粗粒化法 聚结 可达到增大油珠粒径的目的 2 粗粒化的机理 填空 选择 有两种观点 润湿聚