废水处理方法简介(ppt 60页).ppt

西安交通大学热能工程系 报告人 王树众Date 2005 11 第八章废水处理 第一节概念水处理 给水处理 为供生活或工业使用而对水进行的处理 废水处理 对使用过而废弃的水进行的处理 水处理内容 1 对水中的杂质及污泥的处置 2 满足用水要求 在水中添加新的成分改变水的性质 加氟防龋 qu 齿病 防蚀剂 阻垢剂 3 改变水的物理性质 冷却 加温 加压 水处理方法分类 1 根据水的化学性质是否改变 分离处理 使污染物从水中分离 转化处理 生化处理或化学处理 改变污染物的化学性质 使其分离或转化为无害 稀释处理 稀释混合 降低污染物的浓度 无分离和化学性质改变 2 根据处理过程中发生的变化 物理处理 物理作用分离水中悬浮物 格栅 筛网 过滤 沉淀 浮上 化学处理 化学反应处理水中溶解物和胶体 中和 化学沉淀 氧化还原 化学物理方法 吸附 离子交换 膜技术 生物处理 微生物作用 去除水中胶体和溶解的有机物 活性污泥法 生物膜法 氧化塘 第二节物理处理法一 格栅和筛网 分离水中悬浮物 简单 易 效果良好 1 格栅 废水第一道设施 一组平行的金属栅条组成的框架 斜置在水通道上 废水通道上 或原水进口 取水口进口 截留粗大悬浮场 20mm 通常是废水处理流程的第一道设施 污物人工清除 劳动条件恶劣 强度大 污物机械清除 链条拉动齿耙转动 2 筛网金属条或化学纤维纺织成网 筛孔0 15 1 0mm 截留细碎悬浮物 1mm 适用于纤维类和动植物残体碎屑 结构要求 即要易截留 又要便于卸料及清理筛面 类型 水力回转筛 废水 回转筛 固定筛 滤水槽 出水 固定式斜筛 废水 斜筛 滤水筛 出水 造纸白水 图8 3水力回转筛结构示意图 二 过滤1 概述定义 用具有孔隙的粒状滤料层 石英砂 截留水中的不溶污染杂质 沉淀池后 目的 去除经生物絮凝和化学絮凝后不能沉降的颗粒和胶体物质 增加对SS 浊度 P BOD 重金属 石棉 细菌 病毒以及其它一些污染物质的去除效果 去除悬浮物等干扰物质 减少消毒费用 克服生物和化学处理过程中水质的变化 保证连续操作 使出水水质稳定 提高处理厂的全面可靠性 保护后续装置 机理 1 筛滤作用 使得滤料上粗下细 截留较大的固体污染物在顶层 形成污染物的薄膜 起主要的过滤作用 属于阻力截留或筛滤作用 2 沉降作用 细小滤料 有大量沉降面积 1m3料有400m2 杂质在此面上沉淀 3 吸附凝聚 滤料面积大 可以物理吸附 分子力 电场力 滤料空隙小 增加胶体颗粒碰撞机会 促使凝聚 影响因素 1 原水水质 小而密实的絮体易被截留 大而疏松的絮体难于被截留 2 滤层构造 废水杂质多 应采用双层或混合滤料层 3 工艺参数 滤速下降 水质上升 2 过滤过程 过滤 反洗交替进行 有图 1 过滤 废水经过滤层变为清水 截留杂质 周期8 12h 使用 P 滤层质量 水量G 水质变差 当出水不合格时 就要停止过滤 进行反洗 过滤和反洗交替进行 2 反洗 清水反洗 冲去污物 周期20 30min 从停止过滤到冲洗完毕 冲洗水约占滤池生产水量的1 3 3 底部有配水系统 过滤和反洗均经过 使滤水出水均匀和反洗水均匀通过滤层 3 滤层 如石英砂 满足 机械强度 化学稳定性 耐蚀 无害 一定的颗粒级配 不同直径的颗粒所占的重量比例 越不均匀 含污能力越小 反洗时 易冲去细体 和孔隙率 孔隙所占体积除以总体积 孔隙率越高 粒径越粗 比表面积越小 1 粒径与级配粒径 把滤料颗粒包围在内的一个假想球体直径 级配 滤料中各种粒径颗粒所占的重量比例 用不均匀系数K表示 d80 d10反映滤料的粗细颗粒的尺寸 K80 粒径不均匀 粗细颗粒尺寸相差愈大 过滤时滤料层含污能力小 间隙易被堵死 反洗时 易冲走细料 为了满足粗粒的膨胀要求 细料易被走 一般控制 2 空隙率和比表面积滤料比表面积 单位质量 或体积 滤料所具有的表面积 比表面积 粒径粗 3 滤层及承托层单层滤料 石英 砂滤层 径 0 5 1 2mm 厚700mm 双层滤料 上层 无烟煤层 0 8 1 8mm 厚450mm 下层 砂滤层0 5 1 2mm 厚200 450mm 混合滤料 双层滤料下加一层钛矿石 0 25 0 5mm 厚75mm 承托层 垫层 最下层 粒径较大的碎石 滤料粒径 2 22mm 从上至下 由小到大 其垫层分四层铺设 作用 过滤时防止滤料进入配水系统 反洗不发生位移 均匀布水 三 沉淀和浮上沉淀 悬浮物依靠重力作用在水中沉降分离 水浮上 悬浮物依靠浮力作用在水中上浮分离 水沉淀 1 方法及类型用于去除粒径20 100 m以上的可沉固体颗粒 对于纳米级 nm 10 9m 的胶体和细微悬浮物 由于热运动 水合作用 静电力的存在 会长期处于悬浮状态 必须投加混凝剂 聚成絮凝物 才能沉降或上浮 一般用于给水处理 明矾 铝盐 水解形成含铝阳离子 与负电荷胶粒形成絮状体 下沉可捕捉其它悬浮物 类型 自由沉淀 颗粒在重力作用下沉降 离散状态 形状 尺寸不变 速度不受干扰 砂石 絮凝沉淀 沉降中碰撞而聚成较大絮体 尺寸 质量不断增加 下沉速度上升 如经絮凝的泥土 拥挤沉淀 颗粒彼此干扰 在清水与混水间有明显交界面 如高浊度水 活性污泥等 压缩沉淀 沉淀池底部 颗粒浓度高 互相接触支撑 在上层颗粒重量下 下层中的水不断被挤出 群体被压缩 2 沉淀池根据水缓慢流动方向 分为 有图 平流式沉淀池 各种类型厂 效果好 面积大 简单 排泥难 废水水平流过沉淀池 悬浮物沉入池底 刮泥板把污泥刮入泥斗 用排泥管排出 参数与沉淀物性质有关 一般Ws 5mm s 水平流速 沉降时间1 5 2h 池长 27 36m 长宽比 4 竖流式沉淀池 中 小型厂 占地小 排泥方便 池深大 施工困难 受限制 水由中心管下口流入池中 缓慢上升 沉降速度 上升速度 则颗粒沉降 辐流式大型水处理厂 水由中心筒壁开孔和穿孔挡板沿径向向四周呈辐射状流向周边 流速不断减小 过水断面 颗粒沉降下来 斜管 板 沉淀池 浅层沉降 水深H 由斜板分成n个H n的沉降单元 则沉降深度从H减小到H n 某颗粒原来从a沉降到b 加斜板后 在c点即完成沉降 沉降距离也变为L n 所以 当池长L L n 就可处理与原池相同的水量 且保证水质 斜板作用 增大沉淀面积 缩短沉淀时间 提高淀池处理能力 且小单元水力半径小 Re小 层流流动稳定 有利于沉降 图8 7斜板斜管沉淀池1 配水槽 2 穿孔墙 3 斜板或斜管 4 淹没孔口 5 集水槽 6 集泥斗 7 穿孔排泥管 8 阻流板 2 浮上主要依靠浮力 使悬浮物上浮而分离 杂质的亲水性和密度有很大影响 据此以及由此产生的不同处理机理 又可分为 1 自然浮上法 依靠水的浮力 使悬浮物自然上浮而分离 使 1000 m3的强疏水性 不与水溶合 物质 主用于的可浮油的分离 称隔油 平流式隔油池 与平流式沉淀池相仿 废水水平流过隔油池 油上浮 固体杂质下沉 用链带式刮板上刮油 下刮泥 斜板式隔油池 45 倾角波纹板 水从上到下通过斜板 板间距30 40mm 同样处理能力 容积为平流式1 2 1 4 图8 9倾斜板式隔油池 图8 8平流式隔油池1 配水槽 2 进水孔 3 进水间 4 排渣间 5 排渣管 6 刮油刮泥机 7 集油管 2 气泡浮升法 又称气浮 原理 使水中产生细微气泡 使乳化油或弱亲水性物质粘附在气泡上一起浮升到水面加以清除 目的 清除靠沉淀和浮上难以去除的悬浮物 如 湖水 含藻类多 低温 低浊度 废水 乳化油 d 0 5 20 m 细煤粉 d 0 5 1mm 纸浆 纤维 产生气泡方法 散气法 多孔的扩散板曝气和叶轮搅拌产生气泡 直径较大 d泡 1000 m 溶气法 加压溶气 加压将气压入含水的溶气灌 气在压力下溶解饱和 然后减压送入气浮池中 细微气泡释放 d泡 100 m 射流溶气 用拉伐尔喷管 喉口处 W上升 P下降 形成真空区 空气吸入 充分混合 高速水流剪切空气成很多小气泡 有图 d泡 去除颗粒越细 净化效率 加压溶气气浮法用较多 有全部进水加压 部分进水加压 采用原水 部分回水加压 处理后水 应用普遍 净化水抽出10 30 作为溶气用水 能耗低 不堵塞 气浮池也有平流式 竖流式 第三节生物处理法 作用 去除废水中溶介的和胶体的可生化降解的有机物 利用微生物 细菌 分解有机物的功能 人工繁殖微生物 有机物为微生物的营养基质 通过新陈代谢 将一部分转化为微生物的细胞 另一部分转化为较稳定的化学物质 无机物 简单有机物 分类 好氧生物处理法 依靠好氧菌和兼性菌的生化作用完成处理过程 厌氧生物处理法 依靠厌氧菌和兼性菌的生化作用完成处理过程 一 好氧生物处理 好氧生物处理 依靠好氧菌和兼性厌氧菌的生化作用来完成处理过程的方法 该法需要有氧的供应 好氧生物处理 天然生物处理 生物塘 土地处理 不讲 人工生物处理 活性污泥法 生物膜法 讲 1 活性污泥法 1 活性污泥 在含有机污染物的废水中不断通入空气 促使微生物繁殖 一定时间后 就会出现絮花状的泥粒 即活性污泥 它是有机物 微生物及其代谢产物所组成的聚集体 具有很强的分解有机物的能力 性能指标 对活性污泥的要求 易吸附有机物 污泥颗粒松散 表面积大 良好的凝聚沉降性能 便于泥水分离 污泥浓度 MLSS MLVSS MLSS 单位体积混合液所含悬浮固体的质量 MixedLiquidSuspendedSolid g L MLVSS 单位体积混合液所含挥发性悬浮固体的质量 MLSS MixedliquidVolatileSuspendedSolid 应具有一定的MLSS 2 3g L MLSS 微生物 所以 反映生化处理能力 MLVSS可以避免活性污泥中惰性物质影响 反映了污泥的活性 一定的废水处理系统 MLVSS MLSS有一定的比值 生活污水为0 7 污泥沉降比 SV Subside Sludge Value Volume SV 混合液沉淀30min后 沉淀污泥与混合液的体积比 反映曝气池正常运行时的污泥数量 控制运行操作 SV 15 30 污泥体积指数 SVI SludgeValueIndex SVI SI 混合液沉淀30min后 1g干污泥所具有的体积 mL g 反映Sludge疏散程度和凝聚 沉降性能 SVI低 沉降好 因密度大 但缺乏活性和吸附能力 致密 表面积小 反之 沉降差 不易分离 SI 50 150 环境因素的影响 溶解氧是一个十分重要的因素 是活性污泥法高效运作的重要条件 只有O2存在 微生物才能进行同化合成或异化分解 一般要求 O2 2mg L 微生物代谢需要一定的营养质 BOD5表示碳源 因为生化过程中 有机物 BOD 还要N P BOD5 N P 100 5 1 PH 6 5 9 0 水温 20 30 要控制有毒物质在容许浓度下 重金属离子和一些非金属化生物等 2 处理方法 处理方法 向富含有机污染质和细菌的废水中通空气 促使微生物繁殖 形成活性污泥 依靠其凝聚 吸附 氧化分解等作用 去除有机物 可见 活性污泥法并非单单依靠好氧分解来净化污水 活性污泥的作用 或净化过程 吸附作用 表面积大 微生物分泌糖类粘液 强吸附有机物 同时吸收和氧化有机物 分介代谢作用 对吸收和吸附的有机质进行分介代谢 转变为无机物和新细胞 无机质沉淀 废水净化 普通活性污泥法 推流式曝气池曝气池 通气 内 有充足氧气 微生物不断繁殖 并吸附分解有机物 活性污泥不断增加 二次沉淀池污泥沉降分离 一部分回曝气池再繁殖 剩余污泥排去 排入环境前应处理 多点进水活性污泥法沿曝气池多点进水 使有机物均分布 使氧气供应 与废水需O2匹配 均匀 否则池首BOD高 缺O2 而池尾富O2 吸附再生法指活性污泥的吸附及再生作用从一个曝气池内分开 废水进吸附池 二沉池净化 回流污泥在再生池内再生后送入吸附池 提高吸附效率 延时曝气法长时间曝气 负荷低 停留时间长 1 3day 处理效果稳定 出水水质好 完全混合法入流废水及回流污泥沿池长均匀分布 进入后立即与池内混合液完全混合 废水中微生物接触的是浓度与出水浓度一样的废水 出水水质较差 但可承受一定冲击负荷 2 生物膜法 固定生长法 定义 生物膜法是使微生物群体附着于其它物体表面上呈膜状 并让它与废水接触而使之净化 类型 润壁型生物膜法 废水和空气沿固定或转动的生物膜流过 如生物滤池和生物转盘 浸没型生物膜法 接触滤料上的生物膜完全浸没在水中 采用鼓风曝气 流动床型生物膜法 附有生物膜的活性炭 砂粒等接触介质悬浮在水中 润壁型生物膜法 1 原理生物膜挂在接触介质上 滤料 使废水通过介质 充分供O2时 微生物增殖并吸附有机物进行降介代谢过程 形成介质表面的微生物膜 生物膜表层是一层很薄的水层 其中有机物已被膜氧化 浓度低 而流动废水浓度高 有机物扩散到附着水层被膜氧化降解 同时氧气也向膜扩散 而产生的代谢物向外扩散 形成气体或可沉淀物去除 若生物膜较厚 有机物浓度大 生物膜底层会缺O2 厌O2生物发展 形成厌O2层 生物膜动态平衡 挂膜 生长 增厚 脱落 图8 27生物膜中的物质传递 2 方法 生物滤池滤池内堆放滤料 碎石 滤料表面吸附有生物膜 废水通过得以净化 普通池 滤料d 25 40mm 厚1 3 1 8m 碎石等 处理量 水力负荷率 每天 单位面积滤池处理废水量 1 3m3 m2 d 有机负荷率 每天 供给单位体积滤料的BOD量 100 250g BOD5 m3 d BOD去除率高 但总处理量少 占地面积和滤料量多 图8 29普通生物滤池构造示意图 高负荷地 滤料d 40 100mm 厚2 4m 处理量大 水力负荷率 10 30m3 m2 d 有机负荷率 800 1200g BOD5 m3 d 则废水在池内停留时间短 不会硝化 占地小 塔式池 滤料d 40 100mm 厚8 20m 塑料滤料 负荷更高 水力 80 200m3 m2 d 有机负荷率 2000 3000g BOD5 m3 d 废水停留时间更短 故BOD5去除率较低 60 85 但滤层高 对有机负荷率和毒物的冲击负荷适应性强 生物转盘 有图 盘片上有生物膜 一半浸没废水中 一半在空气中 整体由几十片组成 盘片浸入废水 膜吸附 并部分分解有机物 盘片转出废水 直接从空气中获O2 吸收分介 异化分解 有机物 并且生物膜生长增厚 生物膜不断脱落 在二沉池中除去 生物接触氧化池生物滤池 活性污泥法 滤料层挂生物膜 吸附有机物 脱落的生物膜即为活性污泥 在流动中O2分介有机物 图8 32生物转盘构造 二 厌氧生物处理 好氧处理 效率高 应用广 城市污水的主要处理方法 但能耗高 污泥余量多 不易处理高浓度有机废水和污泥 厌氧处理 节约能源 甚至可以实现能源化的废水处理方法 1 原理 无氧条件下 通过厌氧菌和兼性菌的代谢作用 对有机物进行生化降解 厌氧消化 三个阶段 水解 水解使不溶性有机物 大分子经发酵细菌水解后 转化为氨基酸 葡萄糖等水溶性的小分子有机物 不溶大分子 蛋白质 脂肪 糖类 水溶小分子 氨基酸 葡萄糖 甘油 酸化 产氢产乙酸阶段 细菌将水解产物转化为有机酸 水溶小分子 H2 CO2 A 甲酸 醇 胺 乙酸CH3COOH B 丙 丁 乳 酸 乙醇 气化 甲烷菌将A类酸转变为气体甲烷 2 工艺条件无氧 PH 6 8 7 8 温度 中温菌30 35 高温菌50 55 一定的N P营养 3 工艺设备用于处理屠宰场 酒精工业 动物油脂 制糖 制药业的废水 1 升流式厌氧污泥床 有图 废水 高浓度污泥层 产生生物搅拌作用形成悬浮污泥层 三相分离器 澄清出水 气体导出 污泥回流 因为 有厌氧污泥 负荷高 有机负荷率 10 25kg COD m3 d 图8 37厌氧接触法工艺流程 2 厌氧生物滤池类似好氧生物滤池 d 30 50mm滤料层 碎石 焦炭等 挂满厌氧生物膜 废水下进上出 污泥龄较长 不易冲击 100天 处理稳定 有机负荷2 16kg COD m3 d 但滤料易堵 3 厌氧流化床床内加载体 砂子等 挂膜 废水下进使之流化 粒子细 面积大 3300m2 m3 挂膜生物量大 传质性能好 有机负荷4 25kg COD m3 d 与完全混合污泥法一样 只显余用厌氧活性污泥 三 自然条件下的生物处理 利用天然的水体和土壤中的微生物净化废水 1 生物稳定塘 氧化塘 利用微生物和藻类的新陈代谢作用 异养微生物 将有机物氧化分解产生能量和新细胞以及无机物 CO2 H2O 藻类 光合作用固定CO2 释放O2 供细菌氧化有机物 生成CO2和H2O 循环 2 土地处理系统利用土壤中的微生物和植物的净化能力处理某些工业废水 十分复杂 过滤 吸附 化学反应 生化反应 对有机物的分介稳定 四化学处理法及物理化学处理法 化学法 处理废水中的溶解态或胶态的污染物质 中和法 化学沉淀法 氧化还原法 化学法比物理法净化程度高 用药剂 费用较高 化学物理法 分离废水中溶解的有害物质 吸附 离子交换 膜分离 一 中和法 利用药剂调整废水酸 碱性 1 酸性废水中和处理 1 投药中和法碱性药剂 石灰 石灰石 废碱 电石渣 常用石灰制成乳液投加 与废水混合中和 劳动强度大 污泥多 脱水困难 2 过滤中和法 让酸性废水通过碱性药剂的滤层 滤料 碱性药剂 石灰石 大理石 白云石 酸性水通过滤层中和 硫酸废水 采用白云石作滤料 形成CaSO4结垢 关键防止结垢 升流式膨胀中和滤池 废水由下向上 产生CO2易排出 膨胀 略流态化 不易结垢 滚筒式膨胀中和滤池 滤料在滚筒中与废水中和 滤料碰撞 不易结垢 2 碱性废水中和处理用废酸 酸性废水或烟道气进行中和处理 工艺简单 二 化学沉淀法 水中投加化学药剂 使之与溶解态杂质生成难溶于水的固体物质 沉淀清除 废水 有许多重金属离子 汞 镉 铅 锌 一般加苛性碱NaOH或石灰 CaO 调节PH值 形成OH化物沉淀 或加入硫化纳 NaS 硫化氢 H2S 形成S化物沉淀 给水 多有Ca2 Mg2 离子 加CaO Ca OH 2 使之生成CaCO3和Mg OH 2中 三 氧化还原法 1 氧化法利用氧化剂氧化分解污染物 净化废水 几乎可以处理各种工业废水 特别适用于处理废水中难以生物降介有机物 1 空气氧化 利用空气中的O2来氧化废水中有机物质和还原性物质 空气为氧化剂 地下水除铁 将Fe2 氧化成Fe3 再在水中碱度的作用下形成Fe OH 3 炼油厂硫废水 向废水注空气和蒸气 硫化物氧化成硫酸盐 2 臭氧氧化O3是一种很强氧化剂 氧化能力在天然元素中仅次于氟 F 作用 消毒杀菌 去除酚 氰 铁 锰等金属离子 除臭和消除异味以及降低COD BOD 不会产生二次污染 因剩余的O3很容易分解为O2 还能增加水中的溶解度 但制取 用干燥空气 氧气无声放电 耗电量大 电能利用率和臭氧利用率较低 3 氯化处理Cl2 可作为消毒剂 杀灭水中的细菌和有害微生物 也是氧化剂 氧化废水中某些有机物和还原性的有毒物质 氰化物 硫化物 酚类 如 氰化物 CN 1 PH 8 5 氯的氧化反应 Cl2的作用 吸附电子形成酸根 负离子失去电子后 有助于形成稳定的分子N2 CO2 H2O CNO 1 OH 1常用的氯化处理药剂 液氯 漂白粉 次氯酸钠 二氧化氯等 2 还原法应用较多的是处理废水中Cr 6和Hg2 等重金属离子 还原剂 Fe Zn 硫酸亚铁 亚硫酸氢钠等 1 处理含铬废水 用亚硫酸氢钠 硫酸亚铁 石灰法 铁屑法等 将Cr 6还原成Cr 3 再形成Cr OH 3 2 处理含汞废水 用比汞活泼的金属及硼氢化钠等来还原Hg2 让废水通过金属屑滤床 置换反应 Fe Hg2 Fe2 Hg 非金属还原剂 硼氢化纳 NaBH4 与汞反应形成汞和偏硼酸 释放H2 Hg2 BH4 2OH Hg BO2 3H2 四 吸附法 一种物质附着在另一种物质表面吸附剂 活性炭 磺化煤 焦炭 煤渣 树脂 多孔固体 要求机械性能高 比表面积和孔隙率大 吸附速度快 选择性强 吸附能力 主要与吸附剂的总表面积有关 表面积 吸附量 活性炭 800 2000m2 g 再生 吸附饱和后需再生 有热力 化学等再生方法 因为 吸附法对进水预处理要求高 吸附剂昂贵 所以 用于给废水的深度处理 去除微量难生物降介的杀虫剂 洗涤剂及某些金属离子设备 固定床 移动床 流化床 连续床 五 离子交换法 固体离子交换剂中的某些离子与水中同性离子进行置换反应 可逆 除去水中有害离子的方法 1 交换剂无机 天然或合成沸石 铝代硅酸盐 磺化煤 能力低 机械强度弱 有机 树脂 树脂 阳离子 阴离子交换树脂 分别为酸性和碱性 离子交换剂上的可交换离子 先和交换势大的离子交换 常温 低浓度时 离子价数越高 同价离子原子序数越高 其交换势就越大 如 Fe3 Cr3 Ca2 Mg2 K Na H 高温 高浓度时 次序可以改变 处于顺序后的离子可以取代位于顺序前的离子 这就是再生的依据 交换和再生交替进行 2 水处理设备 常用于给水的处理软化 去除水中Ca2 Mg2 离子 硬度 采用阳离子交换树脂RNa Na离子交换树脂 RH 用Na H 置换水中Ca2 Mg2 置换后 Na H 进入水中 Ca2 Mg2 进入树脂 R2Ca R2Mg 树脂失效后 指失去交换水中硬度离子的能力 可用NaCl 食盐 或HCl 盐酸 进行再生 提高浓度 反方向使向软化的方向进行 除盐 去