环境管理_工业废水处理方法简介

1 工业废水处理 哈尔滨工业大学韩洪军教授 2 1 光氧化法 化学和应用化学反应原理利用光能量激活半导体材料中的电子 空穴对 产生吸附电子的能量 废水中悬浮微粒沉淀到半导体的表面 应用光能量的产生可以分为太阳能光和紫外线光 将半导体材料涂层在多孔材料 硅胶 纤维 玻璃粒 采用光源作为动力 使废水中的杂质沉积在半导体的表面 废水处理方法分类 化学处理 物理处理 生物处理 3 2 电氧化法反应机理利用电能和电场能使废水中的悬浮物迁移沉淀 产生电化学反应 电氧化还原 电迁移 使污水中的污染物质的性质发生改变 应用电解 利用可溶性阳极和不溶性阳极作为电极 产生电化学反应 由于铁的价格不断攀高 此法逐渐废弃 微电解 利用微小的电流和自发产生的电流 进行电化学反应 磁反应 电流产生磁场 污水中的杂质在磁场作用下迁移 如果杂质过多 迁移速度下降 效果降低 目前此法多用于饮料行业如啤酒等 能吸附杂质 细菌使啤酒口感变得纯正 废水处理方法分类 4 废水处理方法分类 3 化学氧化 应用于工程较少 反应原理利用化学药剂的氧化能力 氧化废水中的杂质 应用化学氧化 将物质的氧化还原电位改变 物质的性质发生改变化学絮凝 带电物质吸附杂质一同沉淀 5 废水处理方法分类 4 物理沉淀反应机理利用大颗粒的粒子 在下沉过程中吸附污水中的杂质沉淀应用物理吸附 悬浮物质 胶体物质在分子间力作用下吸附下沉混凝沉淀 混凝剂经水解形成高聚物 大颗粒高聚物对杂质胶体有强烈的吸附能力 可吸附一定距离内的胶体共同下沉 增浓沉淀 向污水中投入一些大颗粒杂质 使浓度增大 可沉淀的大颗粒吸附小颗粒迅速下沉 6 废水处理方法分类 0926 5 生物厌氧处理 工大 任南琪 韩洪军 清华 重庆大学 反应机理在无氧的条件下 利用厌氧微生物降解废水中的有机物 应用普通厌氧 在封闭的设备内静止发酵流化厌氧 废水和厌氧载体在设备内呈流化状态过滤厌氧 厌氧微生物在设备内形成过滤层 废水流过过滤层降解水中的有机物 7 废水处理方法分类 6 生物好氧处理反应机理在有氧的条件下 利用好氧微生物降解废水中的有机物应用传统好氧处理 污水和污泥混合一起流动 进行曝气充氧过滤好氧处理 污泥层和污泥载体静止不动 污水流过污泥层生物膜好氧处理 好氧微生物附着在载体上压力好氧处理 在高压下氧的转移效率增加 氧的溶解度增加 微生物的数量增加间歇好氧处理 利用废水的流量随时间变化的特点 采取间歇进水 间歇曝气的方式 SBR 8 本书第一篇和第二篇讲的是污水常规处理法 污水常规处理适用于生活污水 还有相当一部分工业废水不能用生物降解法去除 不适宜采用前述的方法 而需要采用特殊处理法 一 污水处理的基本方法污水处理实际上是采用各种技术和手段将污水中污染物质分离出来 或将其转化成无害物质 污水得到净化 哈尔滨污水总流量 110万吨污水 天 文昌污水厂处理水量只有32 5万吨污水 天 其中经二级处理的只有16 25万吨污水 天 绪论 9 一 按处理程度分 传统分类法 一级处理 去除污水中的悬浮固体 BOD去除率30 左右 SS去除90 不能直接排放 一级处理包括1 格栅 由一组平行的金属栅条制成 用来截阻大块的悬浮状态物质 2 沉淀 水中的可沉物质在重力作用下沉淀 3 浮选 把空气通入污水中 以微小气泡析出 小气泡粘附水中的固体颗粒随气泡一同浮至水面 形成泡沫去除 4 油去除 利用油的比重小于1的性质 使含油污水停留一定时间 油珠上浮去除 5 均衡 工业污水排放量与水质随时间不同 需进行储存调节 使其均衡 6 中和 利用酸和碱作用生成盐和水 一 污水处理的基本方法 10 二级处理 大幅度去除污水中的胶体和溶解状态的有机物 BOD 去除率达95 99 处理后水中BOD为10 20mg L 二级处理包括1 活性污泥法 由大量的微生物群体构成具有活性 容易沉淀的胶体污泥为主体 2 生物膜法 在污水流经的固体表面生长一层生物膜 生物膜上的微生物氧化污水中的BOD 3 氧化塘 污水在池塘内停留30 60天 靠水中溶解氧和微生物作用降解BOD 80年代提倡 现在不提倡 4 污水灌溉 通过土壤表层土的截留 土壤中微生物的分解氧化 物理吸收使污水净化 沈 抚污水灌溉区 浇灌水稻 5 厌氧处理 在无氧的条件下 靠兼性菌及专性厌氧菌降低有机物 一 污水处理的基本方法 11 三级处理 进一步去除二级处理不能去除的有机物 氮 磷 处理后BOD在5 10mg L 可以回用 三级处理包括1 微滤 使污水通过多孔介质 截留水中的悬浮物 2 混凝 向水中投加混凝剂 降低污水浊度 色度 高分子有机物 重金属 3 氧化还原 利用氧化还原反应使污水中有害的物质转变成无害物质 4 吸附 利用固体物质表面的吸附能力 吸附水中一些有害的物质 5 萃取 利用传质原理 当溶剂与污水接触时 溶质在污水中重新分配 转移到溶剂中 6 渗析 通过一种半透膜 将溶质从浓度高的一侧通过膜扩散到浓度低的一侧 7 反渗透 在膜的两侧施加压力 使压力高一侧的溶液透过流到压力低的一侧 一 污水处理的基本方法 12 二 按作用原理分1 物理处理法 利用物理作用去除污水中固体和胶体的污染物 筛滤 沉淀 浮选 过滤 反渗透2 化学处理法 利用化学反应的作用去除污水中有害物质 中和 混凝 氧化还原 萃取 吸附3 生物处理法 利用微生物的代谢作用使污水中有机物分解 活性污泥 生物膜 氧化塘 污水灌溉 厌氧处理 一 污水处理的基本方法 13 二 工业污水的水质特征 工业污水水质复杂 不能用单一流程处理1 主要有害物质 14 1 工业污水单独处理后排放 1 COD BOD很高 2 具有一定量的H2S NH4有毒物质 3 含有强酸 强碱 4 可回收一些产品2 工业污水排入城市污水处理厂一同处理 1 与城市污水性质大致相同 2 无有毒有害类物质3 工业污水预处理后进入城市污水处理厂 1 可回收产品 2 含少量可去除的有毒有害物质 三 工业污水处理途径 15 四 工业污水处理原则 1 革新工艺 减少排污量2 考虑回收利用3 从全局出发 对污水妥善处理4 采取先进技术 经济合理 16 五 城市污水与工业污水处理区别 1 城市污水中主要为BOD COD 可采用生物处理方法沉淀 生物处理 泥水分离 排放2 工业污水需不同污水采取不同方法 17 第一节均和调节 工业企业的污水量一日内多变 24小时的流量不同 污水处理流程要求水量水质不变 需均和调节 一 目的1 水质均和 水量负荷不变 水质变化 以水质变化为曲线 求体积 需要搅拌设施 2 水量调节 水质负荷不变 水量变化 以水量变化为曲线 设计池体积 不需要搅拌 3 水质水量均和调节 水质水量都变化 需综合考虑 18 二 调节池形式 1 水泵强制循环不需要安装特殊设备 简单易行 混合完全 但动力费用高 运行费用高 可以用提升泵作为回流泵 2 空气搅拌混合完全 有预曝气作用 但有害物质和有害气体随曝气进入大气 可利用曝气池的鼓风机引入空气管 3 机械搅拌混合较好 运行费用低 但易腐蚀需维护 需增加搅拌设备 水量多 需要设备数量也多 适合于小水量情况 4 穿孔倒流槽水质调节 现已不用 只能调节水质 不能调节水量 19 20 1 排放的水质水量具有周期性变化t n时 1 池容积qi 均和周期逐时变化流量 2 出水浓度c 对应q的污染 三 容积计算 21 三 容积计算 2 污水流量变化不是周期性 采用试算法 误差大 1 池容积q 平均污水量T 水量变化时间总和 2 出水浓度3 利用沉淀池进行调节在沉淀池内进行水质水量调节 22 第二节离心分离 一 理论基础 物体高速旋转时产生离心力场 在离心力场内各质点将受到比本身重力大得多的离心力 这离心力的大小取决于物质的质量 高速旋转的物体能产生离心力 含悬浮物的废水在高速旋转时由于悬浮物和废水的质量不同 因此受到的离心力大小也不同 质量大的被甩向外围 质量小的则留在内圈 废水和水中的悬浮物被分离 23 离心力计算 1 计算离心场中 颗粒受到离心力F的大小 kgm m0 分别为颗粒和污水的质量 v 旋转圆周或速度 r 旋转半径 n 转速 24 离心力计算 颗粒在水中受到的重力g 重力加速度 离心力与重力之比的值取 分离因素 表示在离心力场中 颗粒所受到的离心力大于重力的倍数 分析 1 当r 1 0m时 n 500转 分 280当r 1 0m时 n 1800转 分 3600 2 在离心力场中 离心力对固体颗粒的作用远远超过重力 可强化颗粒的分离速度 3 分离因素 净化效果 可除的颗粒直径d 25 2 举例 离心分离不适用于某些水质 当水中杂质与水的比重相差不大时 m m0会很小 使得F值也会很小 悬浮颗粒在静水中的沉速悬浮颗粒在静水中的离心分离速度 去除颗粒的直径一定时 离心场v u 沉淀速度大得多 离心分离沉淀效果不仅与 有关 还与m m0有关 所以不用于给水处理和生活污水的处理 因为m m0太小 26 二 离心分离设备 根据离心力产生的方式可分为 1 用水流本身旋转产生离心力的旋流分离机 压力式旋流分离机 重力式旋流分离机2 由设备本身旋转带动污水旋转的离心分离机 离心机 工程中不常用 水量大 设备大 27 1 压力式旋流分离机用于分离比重较大的悬浮物 设备由钢板制成 上部为直径D的圆筒 下部为锥形体 污水沿着设备切线方向进入 在离心力作用下 水中悬浮物被甩向四周 并在重力作用下 下沉至底部排走 分析 1段 水流的水平速度沿半径增大 在四周处最大 颗粒在离心力作用下 甩向四周 此区为加速区 2段 水流的水平速度沿半径增大后减小 在1 2R处 V最大 分离出的颗粒沿四周下滑 此区为分离区 3段 此段的水平速度为零 颗粒在重力作用下沉淀浓缩 此区为沉淀区 优点 体积小 单位容积处理能力高 用料少易安装 缺点 四壁易磨损 需动力 二 离心分离设备 28 2 重力式旋流分离机常用的水力旋流沉淀池 污水沿切线方向流入 借进出水头差在池内旋转流动 3 离心机 在第六章内讲 二 离心分离设备 29 第三节除油 1 含油污水的产生来源为石油开采炼制 石油化工 钢铁 焦化 煤气发生站 机械加工等工业企业 由于机械剪切 水力冲刷 表面杂质 跑冒滴漏 2 特征及污染程度 1 特征 污水中的油比重小于1 可以自然上浮水面可浮油 污水在静置或流动时 借助油珠与水比重差上浮至水面分离 含量70 85 直径 60 100 微米 易浮于水面 形成油膜或油层 乳化油 呈乳化状态浮于水中 不能上浮 含量15 20 直径5 18 油珠成为稳定的乳化液 溶解油 溶解于污水中 一般污水中5 15mg L 30 第三节除油 2 污染程度 形成一层分子膜 污染水质 水中溶解氧O2含量下降 生成CO2 形成H2CO3 PH 浊度 微生物降解油时产生 不能灌溉 农业灌溉要求含油量 50ppm 不能生物处理 生物处理要求含油量30 50ppm 31 二 除油池计算 1 除油池构造 1 平流式除油池污水从池一端流入 从另一端流出 比重小于1的浮油上浮 水面设集油管 可去除油珠不低于100 150 32 2 斜板式除油池根据浅池理论 池内设斜板 间距20 50mm 水流向下流动 油珠向上浮动 异向分离 泥渣滑向池底 可去除60 油珠 停留时间短 33 2 除油池的计算理论基础 最小油珠上浮速度用斯笃克士公式 u 静止水中 直径d油珠的上浮速度 分别为水 油珠的密度 d 上浮最小油珠 粘滞系数g 重力加速度 二 除油池计算 34 1 按油珠上浮速度计算 较准确 除油池面积A 表面积 Q 流量 u 上浮速度 修正系数过流断面U 水平流速池长 否则会出现断流 异重流的现象 H 池水深 35 2 按污水停留时间计算 计算方便 除油池容积t 停留时间 1 5 2 0小时 过水断面池格数b 格宽 h 水深长度L 3 6 v t 36 自然上浮只能去除可浮油 而仍有许多乳化油也要去除 需用其它方法 1 乳化油的产生油水强烈搅拌产生机械剪切力 油珠变小 粘附一些亲水物质 形成双电层稳定态 2 乳化油性质 微小性 乳化油粒径微小 具有布朗运动 静电斥力 微粒表面水化作用 亲水性 乳化油属于疏水物质 但表面粘附亲水物质而呈现亲水性 稳定存在于污水中 带电性 乳化油直径1 10微米 电位40 100毫伏 带负电 可以长期保持稳定 在静电斥力作用下不会聚合 稳定存在污水中 37 电位的测定 电位可以用电泳方法测定 计算公式 u 油珠上浮速度D 介电常数E 电位梯度 粘度 38 3 乳化油去除方法 1 气浮法气浮法在气浮的章节中讲2 粗粒化法附聚法 使污水流经滤床 乳化油被粘附在滤料表面 并逐渐形成大油珠上浮 粗粒化法材料 以石英砂为例 石英砂在锐角处 分子间力较强 先吸附小油珠 小油珠持续吸附 逐渐形成一层油膜 布满石英砂表面 形成大油珠上浮 39 油珠附聚力计算 根据动力学公式 油珠附聚力F大小计算如下 设污水为1 油珠为2 石英砂为3 当油珠包围石英砂时 r3 r2 23 0 13 21水和砂的表面张力被水和油的表面张力代替了 分析 1 油珠直径越大r2 油水表面张力越大 附聚力越大F 越容易附聚 2 提高水中含盐量 压缩电位 使表面力增大 有利附聚 3 由于油珠普遍带负电 油珠进一步稳定 不利附聚 4 表面活性物增多 油珠由疏水转变亲水 不利附聚 40 第四节过滤 过滤是使污水通过滤料组成的多孔介质 以截留水中的悬浮物质 达到处理的目的 41 一 滤网 滤网 污水中含有的细小悬浮物 不能用格栅去除 也难用沉淀方法去除 可采用小孔眼的滤网截留 回收 筛网通常用金属丝或化学纤维编制而成 其形式有转鼓式 转盘式 振动式 转帘带式和固定式倾斜筛多种 筛孔尺寸