水处理工程2.tmp.ppt

水处理工程万沙 第二章水处理的基本方法 第一节废水的收集预处理第二节物理处理法第三节化学处理法第四节物理化学法第五节生物处理法第六节污泥处理与处置第七节废水的除磷脱氮 第一节废水的收集预处理 一 废水的收集1 污水管道设计 废水的收集应遵循清污分流的原则 特别对于工厂废水的收集 应根据所排放废水的清浊程度以及废水处理的工艺要求 进行分流收集 以便分质处理 某些轻污染废水 如循环冷却水 可不经处理直接排放或回用 第一节废水的收集预处理 对于一般中小型工厂的废水处理 一般由厂方自行将废水接人污水处理系统的集水调节池 对于大型工厂或生活小区 应对污水收集管道的敷设进行设计计算 第一节废水的收集预处理 2 污水流量确定 居住区生活污水排放量 若有实际生活用水量统计数字 可按实际生活用水量计算 当难于确定设计人口时 也可按面积的污水量模数计算 第一节废水的收集预处理 工业企业中的生活污水和沐浴污水量的标准及厂内公用建筑物生活污水量的标准参见现行给排水设计规范 工业废水量按单位产品的废水量计算 或按工艺流程及设备排水量计算 或实测水量数据计算 第一节废水的收集预处理 3 污水流量变化系数 居住区生活污水量总变化系数见下表 生活污水量总变化系数Ks值平均日流量41025702007501600 L S 2 32 11 891 691 511 301 20工业废水量的变化系数根据生产工艺及生产性质确定 第一节废水的收集预处理 4 污水量计算 生活污水和工业废水量计算公式 第一节废水的收集预处理 第一节废水的收集预处理 二 水量及水质调节废水的水量和水质并不总是恒定均匀的 往往随时间的推移而变化 生活污水随生活作息规律而变化 工业废水的水量水质随生产过程而变化 水量水质的变化使处理设备不能在最佳工艺条件下运行 严重时使设备无法正常工作 为此要设调节池 进行水量水质的调节 第一节废水的收集预处理 1 水量调节 废水处理中单纯的水量调节有两种形式 第一种为线内调节 进水一般采用重力 出水用泵提升 调节池的容积可用图解法进行计算 实际上由于废水流量变化的规律性差 所以调节池容积的设计一般凭经验确定 第一节废水的收集预处理 第二种为线外调节 调节池设在旁路上 当废水流量过高时 多余的废水打入调节池 当废水流量低于设计流量时 再从调节池回流集水井 并送去预处理 线外调节与线内调节相比 其调节池不受进水管高度的限制 但被调节水量需要两次提升 动力消耗大 第一节废水的收集预处理 第一节废水的收集预处理 2 水质调节 水质调节的目的是对不同时间或不同来源的废水进行混合 使流出水质比较均匀 水质调节池也称均和池或均质池 第一节废水的收集预处理 1 普通水质调节池 对调节池可写出物料平衡方程C1QT C0V C2QT C2V式中Q 取样间隔时间内的平均流量 C1 取样间隔时间内进人调节池污染物的浓度 T 取样时间间隔 C0 取样间隔开始时调节池污染物的浓度 V 调节池的容积 C2 取样终了时调节池内污染物的浓度 第一节废水的收集预处理 2 外加动力搅拌水质调节池 利用外加动力 如叶轮搅拌 空气搅拌 水泵循环等 而进行的强制调节 其特点是设备较简单 效果好 但运行费较高 第一节废水的收集预处理 1 水泵强制循环搅拌如图2 3所示 调节池的底部设有穿孔管 穿孔管与水泵排水管相连 用水力进行搅拌 其优点是简单易行 缺点是动力消耗大 2 空气搅拌如图2 4所示 在池底设穿孔管 与鼓风机空气管相连 利用压缩空气进行搅拌 第一节废水的收集预处理 第一节废水的收集预处理 3 机械搅拌如图2 5所示 在池内安装机械搅拌设备 机械搅拌有多种型式 如桨式 推流式 涡流式等 此种搅拌方式搅拌效果好 但设备常年浸泡于水中 易腐蚀 运行费用较高 第一节废水的收集预处理 3 差流式调节池 利用差流方式使不同时间和不同浓度的废水进行自身的水力混合 这类调节池基本没有运行费 但池型结构较复杂 第一节废水的收集预处理 1 折流式调节池一种横向折流式调节池 一种为上下折流式调节池 第一节废水的收集预处理 2 穿孔导流槽式调节池图2 7为另一种构造较简单的差流式调节池 对角线上的出水槽所接纳的废水来自不同的时间 其浓度各不相同 这样就达到了水质调节的目的 为了防止池内废水的短流 可在池内设一纵向挡板 以增强调节效果 第一节废水的收集预处理 穿孔导流槽式调节池 第一节废水的收集预处理 3 分流贮水池对于某些工业 如有泄漏可能或有周期性冲负荷发生时 宜设置分流贮水池 当废水浓度超过某一设定值时 可将废水放进贮水池 进行水质的调节 第一节废水的收集预处理 三 废水的提升 1 集水池 当废水的水量及水质较均匀稳定 或废水水量很大 如城市污水处理 时 可不设调节池 而废水提升泵前设一集水池 第一节废水的收集预处理 集水池的设计遵循以下原则 最小池容 集水池的最小容积 不应小于最大一台污水泵5min的出水量 集水池宜设置冲洗或清泥设施 集水池的布置 应考虑水泵吸水管的水力条件 减少滞留或涡流 第一节废水的收集预处理 2 废水的提升 废水的提升根据所选用废水提升泵的不同而有不同的方式 选泵原则 水质 水流量 扬程 第一节废水的收集预处理 常用泵的安装 1 采用潜污泵提升对于中小水量 中低扬程废水的提升 最常用的是采用WQ型液下潜污泵进行废水的提升 根据安装方式的不同可分为干式安装与湿式安装 如图2 9 a 图2 9 b 所示 采用湿式安装的优点是可不设污水泵房 泵的效率比较高 节省投资及运行费用 第一节废水的收集预处理 第一节废水的收集预处理 2 自吸泵提升 对于某些小水量 腐蚀性强的废水 如采用潜水式排污泵易腐蚀 可采用自吸式离心泵进行废水的提升 目前常用的自吸式离心泵有PW型污水泵1型离心泵 对于腐蚀性不是很强的工业或生活污水也可采用离心式清水泵 第一节废水的收集预处理 3 水泵全扬程计算 水泵扬程如图所示 第一节废水的收集预处理 水泵全扬程H计算公式为 H h1 h2 h3 h4式中H 水泵的全扬程 m h1 吸水管水头损失 m h2 吸水管水头损失 m h3 集水池最低工作水位与所提升最高水位的差 m h4 自由水头 m 按0 5 1 0m计算 第一节废水的收集预处理 4 其他 1 水泵进出水管 水泵进出水管一般规定见表 第一节废水的收集预处理 2 污水泵的启动方式 自灌式 污水泵为常年运行 多采用自灌式 启动及时可靠 管理方便 非自灌式 采用半自动控制 其中引水装置为半自动控制或手动控制 第二节物理处理法 一 筛滤法 废水中含有的微粒物质和胶状物质 可以采用机械过滤的方法加以去除 有时过滤方法作为废水处理的预处理方法 用以防止水中的微粒物质及胶状物质破坏水泵 堵塞管道及阀门等 另外过滤法也常用在废水的最终处理 使滤出液可以进行循环使用 第二节物理处理法 1 格栅过滤 格栅一般斜置在进水泵站集水井的进口处 它本身的水流阻力井不大 只有几厘米 阻力主要产生于筛除的污物堵塞栅条 一般当格栅的水头损失达到10 15cm时就该清洗 第二节物理处理法 1 人工格栅 第二节物理处理法 2 机械格栅 链条式格栅除污机 第二节物理处理法 循环齿耙式格栅除污机 第二节物理处理法 2 筛网过滤 筛网能去除水中不同类型和大小的悬浮物 如纤维 纸浆 藻类等 相当于一个初沉池的作用 筛网过滤装置很多 有振动筛网 水力筛网 转鼓式筛网 转盘式筛网 微滤机等 第二节物理处理法 振动式筛网示意图 第二节物理处理法 水力筛网示意图 第二节物理处理法 3 颗粒介质过滤 颗粒状介质过滤适用于去除废水中的微粒物质和胶状物质 常用做离子交换和活性炭处理前的预处理 也能用做废水的三级处理 第二节物理处理法 颗粒介质过滤器可以是圆形池或方形池 过滤器无盖的称为敞开式过滤器 一般废水自上流人 清水由下流出 有盖而且密闭的 称为压力过滤器 废水用泵加压送入 以增加压力 第二节物理处理法 第二节物理处理法 第二节物理处理法 4 微滤机过滤 微滤机是一种机械过滤装置 其构造包括水平转鼓和金属滤网 微滤机的工作原理是废水通过金属网细孔进行过滤 废水从转鼓的空心轴管 通过金属网孔过滤后流人水池 截留在网上的悬浮物 随着转鼓转动到上面时 被冲洗水冲下 收集在转鼓内 随同冲洗水一起 从空心轴出口排出 微滤机的过滤及冲洗过程均为自动进行 第二节物理处理法 微滤机 第二节物理处理法 二 重力法 废水中含有的较多无机砂粒或固体颗粒 必须采用沉淀法除掉 以防 止水泵或其他机械设备 管道受到磨损 并防止淤塞 沉淀池中沉降下来的固体 可用机械进行清除 第二节物理处理法 1 沉砂池 沉砂池也是一种沉淀池 用以分离废水中相对密度较大的无机悬浮物 如砂 煤粒 矿渣等 使这些悬浮物在池内沉降 以免进人后面的沉淀池污泥中而给排除及处理污泥带来困难 沉砂池有平流式及竖流式两种 第二节物理处理法 国内广泛应用的是平流式 平流沉砂池的效率较高 其构造如图 第二节物理处理法 2 沉淀池 1 沉淀法的分类 从废水中除去悬浮固体的方法 一般常采用沉淀法 此法是利用固体与水两者相对密度差异的原理 使固体和液体分离 沉淀法又分为自然沉淀和混凝沉淀两种 第二节物理处理法 1 自然沉淀 自然沉淀是依靠废水中固体颗粒的自身重力进行沉降 此种仅对较大颗粒 可以达到去除的目的 是属物理方法 沉砂池即属于这一类 第二节物理处理法 2 混凝沉淀 混凝沉淀是在废水中投加混凝剂 使废水中的微小颗粒与混凝剂能结成较大的胶团 加速在水中的沉降 混凝法的实质为化学处理方法 沉淀的作用是泥水分离 第二节物理处理法 2 影响沉淀的因素 影响沉淀效率的主要因素有三个 1 废水的流速 2 悬浮颗粒的沉降速度 3 沉淀池的尺寸 第二节物理处理法 对于某一沉淀池 其尺寸H B L固定 污水的流速愈大 则废水实际在沉淀池停留时间愈短 反之流速愈小 停留时间愈长 为了保证污水中悬浮颗粒的沉降时间T 则污水停留时间至少等于颗粒的沉降时间 第二节物理处理法 第二节物理处理法 3 沉淀池的结构型式 根据池内水流的方向不同 沉淀池形式大致可以分为五种 即平流式沉淀池 竖流式沉淀池 辐流式沉淀池及斜管式沉淀池 斜板式沉淀池等 沉淀池的操作区域可以分为水流部分和沉淀部分 第二节物理处理法 水流部分 废水在这部分内流动 悬浮固体颗粒也在这部分区域内进行沉降 为了使水流均匀地通过各个水断面 一般均在污水的入口处设置挡板 并且要使进水的入口置于池内的水面以下 另外在沉淀池的出水口前 设置浮渣挡板 用以防止浮渣以及油污等流出沉淀池 第二节物理处理法 沉淀部分 沉降到池底的污泥需定期排放 采用机械排泥的沉降池底是平底 也可以采用泥浆泵或利用水的压力将污泥排出 此时池底应为锥形 另外还可以将两种排泥方式同时采用 第二节物理处理法 1 平流式沉淀池 第二节物理处理法 2 辐流式沉淀池 第二节物理处理法 3 竖流式沉淀池 第二节物理处理法 4 斜管 斜板 沉淀池 第二节物理处理法 3 隔油池 废水中的油类一般以三种状态存在 1 悬浮状态 这部分油在废水中分散颗粒较大 易于上浮分离 占总含油量的80 90 2 乳化状态 油珠颗粒较小 直径一般在0 05 25 m之间 不易上浮去除 约占总含油量的10 一15 需破乳后进行分离 第二节物理处理法 3 溶解状态 这部分油仅占总含油量的0 2 5 只要去除前两部分油 则废水中的绝大多数油类物质被去除 一般能够达到排放要求 对于悬浮状态的油类 一般用隔油池分离 对于乳化油则采用浮选法分离 第二节物理处理法 第二节物理处理法 第二节物理处理法 三 离心法 1 离心分离的原理 含悬浮物的废水在高速旋转时 由于悬浮颖粒和废水的质量不同 所受到的离心力大小不同 质量大的被甩到外圈 质量小的则留在内圈 通过不同的出口将它们分别引导出来 利用此原理就可分离废水中悬浮颗粒 使废水得以净化 第二节物理处理法 废水进行离心分离时 加大废水的旋转速度 能提高离心分离效率 又离心力与旋转半径成反比 所以离心分离设备的直径不宜过大 一般小于500mm 第二节物理处理法 2 离心分离方式 离心分离设备按离心力产生的方式不同可分为水力旋流器和高速离心机两种类型 水力旋流器 或称旋液分离器 有压力式和重力式两种 第二节物理处理法 水力旋流器 第二节物理处理法 高速离心机依靠转鼓高速旋转 使液体产生离心力 高速离心机处理废水 也称为机械旋转的离心分离方法 离心机的种类很多 按分离系数a的大小进行分类 离心机可以分为如下几种 常速离心机 a120000 第三节化学处理法 化学法是利用化学作用来处理废水中的溶解物质或胶体物质 用于去除废水中的金属离子 细小的胶体有机物 无机物 植物营养紊 氮 磷 乳化油 色度 臭味 酸 碱等 对于废水的深度处理有着重要作用 化学法包括中和法 混凝法 氧化还原法 电化学法等方法 第三节化学处理法 一 中和法 对于工业企业排出的低浓度的含酸 含碱废水 在无回收利用价值时 往往采用中和的方法进行处理 中和法也常用于废水的预处理 调整废水的pH值 第三节化学处理法 1 酸性或碱性废水的中和 1 酸性废水的中和处理方法 1 使酸性废水通过石灰石滤床 2 与石灰乳混合 3 向酸性废水中投加烧碱或纯碱溶液 4 与碱性废水混合 5 向酸性废水中投加碱性废渣 如电石渣 碳酸钙 碱渣等 第三节化学处理法 2 碱性废水处理方法 1 向碱性废水中鼓人烟道废气 2 向碱性废水注人压缩的二氧化碳气体 3 向碱性废水投人酸或酸性废水等 4 在碱性废水巾产生一氧化碳 第三节化学处理法 2 酸性废水中和处理的方式和设备 1 酸性废水与碱性废水混合 若有酸性与碱性两种废水同时均匀的排出时 并两者各自所含的酸 碱量又能够相互平衡 那么 两者可以直接在管道内混合 不需设中和池 但是 对于排水情况经常波动变化时 则必须设置中和池 在中和池内进行中和反应 第三节化学处理法 2 投药中和 投药中和就是将碱性中和药剂如石灰 石灰石 电石渣 苏打等 投入到酸性废水中 经过充分中和反应 使废水得以治理 投药中和又分为干投法和湿投法两种 第三节化学处理法 1 干投法 干投法是将固体的中和药剂按理论投加量的1 4一1 5倍 均匀连续地投人到酸性废水中 干投法可采用利用电磁振荡原理的石灰振荡设备投加 以保证投加量的均匀 第三节化学处理法 2 湿投法 当石灰成块状时 则不宜采用于投法 可采用湿投法 即先在石灰消化槽里将石灰加水消化 制成40 50 浓度的乳液 投入乳液槽 再加水搅拌调配成5 10 浓度的石灰水 然后用泵送到投配槽 经投加器投人渠道 与酸性废水共同流人中和反应池 发生中和反应后进行澄清 使水与沉淀物进行分离 第三节化学处理法 第三节化学处理法 3 过滤中和 过滤中和就是利用石灰石 大理石 白云石等作滤料 使酸性废水通过滤料得到中和 采用过滤中和时 要求对废水中的悬浮物 油脂等进行预处理 以便于中和的进行 并防止滤料的堵塞 第三节化学处理法 第三节化学处理法 3 碱性废水中和处理的方式和设备 1 利用废酸性物质中和法 废酸性物质包括含酸废水 烟道气等 烟道气中CO2含量可高达24 此外有时还含有高浓度的SO2和H2S等酸性气体 故可用来中和碱性废水 第三节化学处理法 2 药剂中和法 常用的药剂是硫酸 盐酸及压缩二氧化碳 硫酸的价格比较低 应用最广 盐酸的优点是反应物溶解度高 沉渣量少 但价格较高 第三节化学处理法 二 混凝沉淀法 1 混凝原理 混凝法的基本原理是在废水中投人混凝剂 在废水里形成胶团 与废水中的胶体物质发生电中和 形成絮粒沉降 混凝沉淀不但可以去除废水中的粒径为10 3 10 6mm的细小悬浮颗粒 而且还能够去除色度 油分 微生物 氮和磷等富营养物质 重金属以及有机物等 第三节化学处理法 2 影晌混凝效果的因索 在废水的混凝沉淀处理过程中 影响混凝效果的因素比较多 其中重要的有以下几方面 1 水样的影响 对不同水样 由于废水中的成分不同 同一种混凝剂的处理效果可能会相差很大 第三节化学处理法 2 药剂投加量的影响 药剂投加量有其最佳值 混凝剂投加量不足 则水中杂质未能充分脱稳去除 加入太多则会再稳定 第三节化学处理法 3 水温的影响 1 影响药剂在水中起化学反应的速度 对金属盐类混凝剂影响很大 因其水解是吸热反应 2 影响矾花的形成和质量 水温较低时 絮凝体形成缓慢 结构松散 颗粒细小 3 水温低时水的粘度较大 布朗运动强度减弱 不利于脱稳胶粒相互凝聚 水流剪力也增大 影响絮凝体的成长 第三节化学处理法 4 碱度的影响 主要指金属盐类 因其混凝过程中水解产生大量H 造成PH值下降 以至降到最优混凝条件以下 保持一定碱度则使反应过程中pH值基本保持恒定 第三节化学处理法 5 废水pH值的影响 对金属盐类 pH值影响其在水中水解产物的种类与数量 一般在PH值为5 5 8 0时有较高脱除率 对人工合成高分子混凝剂 则影响其活性基团的性质 第三节化学处理法 6 水力条件的影响 混凝的过程是混凝剂与胶粒发生反应并逐步凝聚在一起的过程 水流紊动过于缓慢 则混凝剂与胶粒反应速度太小 紊动过于激烈则使结成的絮体重新破裂 第三节化学处理法 一般混凝过程分为混合与反应两个阶段 混合阶段持续大约10 30s 一般不超过2min 主要是使药剂迅速而均匀地扩散到水中 反应阶段通常为10 30min 主要是使水中微粒凝聚成矾花并增大而沉淀 或上浮 的过程 第三节化学处理法 3 混凝剂和助凝剂 混凝剂的品种目前不下二三百种 按其化学成分可分为无机及有机两大类 无机盐主要是铝和铁的盐类及其水解聚合物 有机类品种很多 主要是高分子化合物 可分为天然的及人工合成的两部分 第三节化学处理法 无机混凝剂主要是利用其强水解基团水解形成的微絮体使脱粒脱稳 从19世纪末美国最先将硫酸铝用于给水处理并取得专利后 无机混凝剂以其价格低廉 原料易得等优点得以大量运用 第三节化学处理法 有机混凝剂分为天然有机混凝剂与人工合成有机高分子混凝剂 天然有机混凝剂是人类使用较早的混凝剂 不过其用量远少于人工合成高分子混凝剂 其原因在于天然高分子混凝剂电荷密度较小 相对分子质量较低 且易发生生物降解而失去絮凝活性 人工合成有机高分子絮凝剂的运用是近三十年来的事 但在废水处理中的应用却越来越广泛 第三节化学处理法 为了提高混凝沉淀的效果 通常在使用混凝剂时还需加人一些助凝剂 助凝剂有如下三类 pH值调节剂 它是用来调整废水的PH值 以达到混凝剂使用的最佳pH值 常用的有石灰等 第三节化学处理法 活化剂 用来改善絮凝体的结构 增加混凝剂的活性 如活性炭 各种勃土及活化硅酸等 活化硅酸是由硅酸钠与硫酸中和并熟化 使硅酸钠转化成硅酸单体 聚合成高分子物质 其优点 絮凝体形成快 而且粒大 密实 在低温下也能很好凝聚 而且最佳pH值的范围很广 若将其与硫酸亚铁或硫酸铝合用 凝聚效果更好 第三节化学处理法 氧化剂 如氯等 用来破坏其他对混凝剂有干扰的有机物质 第三节化学处理法 4 混凝处理流程及设备 混凝处理流程包括投药 混合 反应及沉淀分离几个部分 其示意如图 第三节化学处理法 1 投药 投药方法分干法和湿法两种 投药设备包括投加和计量两部分 常采用的投加设备有 耐酸水泵 真空泵及空气压缩机等 常用的计量设备有 浮杯式计量器 孔板及转子流量计等 第三节化学处理法 2 混合 药剂投人废水中后发生水解反应并产生异电荷胶体 与水中胶体和悬浮物接触 形成细小的矾花 这一过程就是混合 大约在10 30s内完成 一般不超过2min 对混合的要求是快速而均匀 混合的动力有水力和机械搅拌两类 因此混合设备也分为两类 采用机械搅拌的有机械搅拌混合槽 水泵混合槽等 利用水力混合的有管道式 穿孔板式 涡流式混合槽等 第三节化学处理法 3 反应 混合完成后 水中已产生细小絮体 但还未达到能自然沉降的粒度 反应设备的任务就是使小絮体逐渐絮凝成大絮体 反应设备应有一定的停留时间和适当的搅拌强度 以让小絮体能相互碰撞 并防止产生大的絮体沉淀 反应池的型式有隔板折流反应池 涡流式反应池 机械搅拌反应池等 第三节化学处理法 折板反应池与机械搅拌反应池结构 第三节化学处理法 4 澄清池 澄清池是能够同时实现混凝剂与原水的混合 反应 澄清合成一体的设备 具有效率高而尺寸小的优点 澄清池的关键部分是接触凝聚区 保持泥渣处于悬浮 浓度均匀稳定的工作条件已成为所有澄清池共同特点 第三节化学处理法 机械加速澄清池 第三节化学处理法 三 氧化还原法 废水经过化学氧化还原处理 可使废水中所含的有机 无机有毒物质转变成无毒或毒性不大的物质 从而达到废水处理的目的 第三节化学处理法 1 氧化法 1 氧化剂的种类 投加化学氧化剂可以处理废水中的CN 1 S2 Fe2 Mn2 等离子 废水处理中常用的氧化剂包括下列几类 1 在接受电子后还原成负离子的中性分子 如CI2 O2 O3等 第三节化学处理法 2 带正电荷的离子 接受电子后还原成负离子 如漂白粉的次氯酸根中的CL 变为CL 3 带正电荷的离子 接受电子后还原成带较低正电荷的离子 如MnO4中的Mn7 变为Mn2 Fe3 变为Fe2 等 第三节化学处理法 2 常用的氧化法 1 空气氧化法 空气氧化法是利用空气中的氧气氧化废水中的有机物和还原性物质的一种处理方法 空气因其氧化能力比较弱 主要用于含还原性较强物质的废水处理 如炼油厂的含硫废水 第三节化学处理法 某炼油厂的废水氧化装置 第三节化学处理法 空气氧化脱硫在密闭的塔器 空塔 板式塔 填料塔 中进行 图4 9为某炼油厂的废水氧化装置 含硫废水经隔油沉渣后与压缩空气及水蒸气混合 升温至80一90 进人氧化塔 塔径一般不大于2 5rn 分四段 每段高3m 每段进口处设喷嘴 雾化进料 塔内气水体积比不小于15 增大气水比则气液的接触面积加大 有利于空气中的氧向水中扩散 加快氧化速度 废水在塔内平均停留时间为1 5一2 5h 第三节化学处理法 2 氯氧化法 氯气是普遍使用的氧化剂 既用于给水消毒 又用于废水氧化 主要是起到消毒杀菌的作用 通常的含氯药剂有液氛 漂白粉 次氯酸钠 二氧化氧等 氯氧化法目前主要是用在对含酚 含氰 含硫化物的废水治理方面 第三节化学处理法 3 臭氧氧化法 臭氧 O3 是氧的同素异构体 在常温常压下是一种具有鱼腥味的淡紫色气体 沸点 112 5 密度2 144kg m3 比氧重1 5倍 此外 臭氧还具有以下一些重要性质 不稳定性 臭氧不稳定 在常温下容易自行分解成为氧气并释放出热量 第三节化学处理法 溶解性 臭氧在水中的溶解度要比纯氧高10倍 比空气高25倍 在空气中臭氧的浓度对臭氧的溶解度有很大影响 同时溶解度还受到气体压力的影响 第三节化学处理法 毒性 当臭氧在空气中的浓度达到0 1 10 6时 即可以使人的眼 鼻和喉感到刺激 当臭氧浓度达到1 10 10 6时可引起头痛 恶心等症状 我国 工业企业设计卫生标准TJ36 1997 规定车间空气中臭氧的最高容许浓度为0 3mg m3 第三节化学处理法 臭氧在废水处理中的应用 用臭氧处理废水的过程为 臭氧先溶于水中 然后再与废水中所含有的污染物进行氧化反应 臭氧在水中的溶解度并不大 它与污染物的反应速率也受到限制 所以反应速率一般不是很快 第三节化学处理法 用臭氧处理废水 氧化产物的毒性降低 另外 臭氧在水中分解后得到氧 可使水中的溶解氧增加 而不会造成二次污染 臭氧主要用于废水的三级处理 其作用是 降低废水中的COD和BOD 杀菌消毒 增加水中的溶解氧 脱色和脱臭味 降低浊度 第三节化学处理法 4 湿式氧化法 湿式氧化法是在较高温度和压力下 用空气中的氧来氧化废水中溶解和悬浮的有机物和还原性无机物的一种方法 因氧化过程在液相中进行 故称为湿式氧化 第三节化学处理法 湿式氧化处理系统 第三节化学处理法 2 电解法 1 原理 电解是利用直流电进行氧化还原反应的过程 电解时 把电能转变为化学能的装置为电解槽 在电解槽中 与电源正极相连接的极称为阳极 与电源负极相连接的极称为阴极 第三节化学处理法 当接通直流电源后 电解槽的阴极和阳极之间发生了电位差 驱使正离子移向阴极 在阴极取得电子 进行还原反应 负离子移向阳极 在阳极放出电子 进行氧化反应 从而使得废水中的污染物在阳极被氧化 在阴极被还原 第三节化学处理法 回流式电解槽 第三节化学处理法 翻腾式电解槽 第三节化学处理法 2 电解氧化还原 电解氧化是指废水中污染物在电解槽的阳极失去电子被氧化外 水中的Cl OH 等也可在阳极放电而生成CL2 氧而间接地氧化破坏污染物 第三节化学处理法 为了强化阳极的氧化作用 减少电解槽的内阻 往往在废水电解槽中加一些氯化钠 进行所谓的电氯化 NaCL投加后在阳极可生成氯和次氯酸根 对水中的无机和有机物也有较强的氧化作用 电解含氰废水 第三节化学处理法 极板电路也有两种 单极板电路和双极板电路 第三节化学处理法 3 电解凝聚和电解气浮 电解凝聚浮上法的基本原理是将需处理的废水作为电解质溶液 在直流电源的作用下发生电化学反应 在电解过程中 一般可产生三种效应 即电解氧化反应 电解絮凝和电解气浮 电解气浮主要是电解装置的阴极反应 有时也部分地出现于阳极反应 一般采用铁 铝作为阳极 第三节化学处理法 3 高级氧化技术 高级氧化是指利用羟基自由基OH 有效破坏水相中污染物的化学反应 羟基自由基的产生方法一般采用加入氧化剂 催化剂或借助紫外光 超声波等 第三节化学处理法 高级氧化技术特点 羟基自由基具有极强的氧化性 氧化能力仅次于氟 对多种污染物能有效去除 属于游离基反应 所以反应速率快 可操作性强 设备相对比较简单 对污染物的破坏程序能达到完全或接近完全 第三节化学处理法 四 吸附法 1 吸附法基本原理 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 当用活性炭等对这类废水进行处理时 它不但能够吸附这些难于分解的有机物 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 第三节化学处理法 1 吸附的原理 吸附法处理废水时 吸附过程发生在液 固两相界面上 由于吸附剂的表面力作用而产生吸附 吸附剂和被吸附物质之间的吸附形式 物理吸附 化学吸附和交换吸附 在废水处理中 主要是物理吸附 有时是几种吸附形式的综合作用 第三节化学处理法 物理吸附是由于固体的表面粒子 分子 原子 存在着剩余的吸引力所引起的 在固体内部 粒子间存在着吸引力 化学吸附是由于溶质与吸附剂发生化学反应 形成牢固的吸附化学健和表面配合物 吸附质分子不能在表面自由移动 第三节化学处理法 在实际吸附过程中 物理吸附和化学吸附在一定条件下也是可以相互转化的 同一物质 可能在较低的温度下进行物理吸附 而在较高的温度下进行的往往是化学吸附 有时可能会同时发生两种吸附 第三节化学处理法 2 吸附平衡 在吸附过程中 固 液两相经过充分的接触后 一方面吸附剂不断地吸附吸附质 另一方面吸附质由于热运动又不断地脱离吸附剂表面而解吸 最终将达到吸附与解吸的动态平衡 第三节化学处理法 3 吸附剂及其再生 一切固体物质都有吸附能力 但是只有多孔性物质或磨得极细的物质由于具有很大的表面积 才能作为吸附剂 第三节化学处理法 吸附剂的选择还必须满足以下要求 吸附能力强 吸附选择性好 吸附平衡浓度低 容易再生和再利用 机械强度好 化学性质稳定 来源容易 价格便宜 第三节化学处理法 吸附剂在达到饱和后 必须进行脱附再生 才能重复使用 脱附是吸附的逆过程 即在吸附剂结构不发生变化或变化极小的情况下 用某种方法将吸附质从吸附剂孔隙中除去 恢复吸附剂的吸附功能 通过再生使用 可以大大降低废水的处理成本 可以减少废渣的排放量 同时可以回收有用的吸附质 第三节化学处理法 目前吸附剂的再生方法主要有加热再生 药剂再生 化学氧化再生 湿式氧化再生 生物再生等 在选择再生方法时 主要考虑三方面的因素 吸附质的物理性质 吸附机理 吸附质的回收使用价值 第三节化学处理法 2 吸附工艺及设备 在设计吸附工艺和装置时 应首先确定采用何种吸附剂 选择何种吸附和再生操作方法以及废水的预处理和后处理措施 一般需通过静态和动态试验来确定处理效果 吸附容量 设计参数和技术经济指标 吸附操作分间歇和连续两种 第三节化学处理法 间歇吸附工艺是将吸附剂 多用粉状炭 投人废水中 不断搅拌 经一定时间达到吸附平衡后 用沉淀或过滤的方法进行固液分离 连续式吸附工艺是废水不断地流进吸附床 与吸附剂接触 当污染物浓度降至处理要求时 排出吸附柱 按照吸附剂的充填方式 又分为固定床 移动床和流化床三种 连续式吸附工艺设备 第四节物理化学法 废水经过物理方法处理后 仍会含有某些细小的悬浮物以及溶解态有机物 为了进一步去除残存在水中的污染物 可以采用物理化学方法进行处理 常用的物理化学方法有离子交换法 膜分离 吹脱法和气提法等 第四节物理化学法 一 离子交换法 离子交换法是一种借助于离子交换剂上离子和水中离子进行交换反应而除去废水有害离子态物质的方法 在水的软化 纯水制备 贵重金属离子的回收及放射性废水 有机废水的处理中有着广泛的应用 第四节物理化学法 一 离子交换剂 1 分类 组成及结构 第四节物理化学法 2 物理化学性质 因功能 用途的不同以及原材料性能的不同 树脂的物理化学性质也不同 常用凝胶树脂的主要物理性能如下 1 外观及粒度 凝胶型阳树脂为半透明的棕色或淡黄色小球 阴树脂的颜色略深 第四节物理化学法 2 树脂密度 1 湿真密度 指树脂在水中充分溶解后的质量与真体积的比 通常阳树脂的湿真密度比阴树脂大 强型的比弱型的大 2 湿视密度 指树脂在水中溶解后的质量与堆体积的比 通常阳树脂的密度大于阴树脂 树脂在使用过程中 因基团脱落 骨架链的断裂等原因 其密度略有减小 第四节物理化学法 3 含水量 水中充分溶胀的湿树脂所含水的质量占湿树脂的百分数 含水量主要取决于交联度 活性基团的类型和数量等 一般在50 左右 第四节物理化学法 4 溶胀性 指树脂浸入水中 由子活性基团的水合作用使交联网孔增大 体积膨胀的现象 溶胀程度常用溶胀率 溶胀前后的体积差 溶胀前的体积 表示 第四节物理化学法 5 机械强度 指树脂保持完整颖粒性的能力 树脂在使用过程中由于受到冲击 碰撞 摩擦以及胀缩作用 会发生破碎 因此 树脂应具有足够的机械强度 以保证每年树脂的损耗量不大于3 一7 第四节物理化学法 6 耐热性 各种树脂均有一定的工作温度 操作温度过高 易使活性基团分解 从而影响交换容量和使用寿命 当温度低于0 时 树脂内水分冻结 使颗粒破裂 通常情况下树脂的使用和贮藏温度控制在5 40 第四节物理化学法 7 孔结构 大孔树脂的交换容量 交换速度等性能与孔结构有关 第四节物理化学法 3 主要的化学性能 1 离子交换反应的可逆性 2 酸碱性 3 选择性 4 交换容量 第四节物理化学法 二 离子交换的基本理论 1 离子的交换平衡 离子的交换过程可用下式表示 交RA BRB A再 第四节物理化学法 2 离子交换速度 1 离子交换过程可以分为四个连续的步骤 离子从溶液的主体向颗粒表面扩散 穿过颗粒表面的液膜 液膜扩散 穿过液膜的离子继续在颗粒内的交换网孔中扩散 直至达到某一活性基团所处的位置 目的离子和活性基团中的可交换离子发生交换反应 被交换下来的离子沿着与目的离子运动相反的方向扩散 最后被主体水流带走 第四节物理化学法 2 影响离子交换扩散速度的因素有以下几种 树脂的交联度越大 网孔越小 扩散速度越慢 树脂颗粒越小 由于内扩散距离缩短和液膜扩散的表面积增大 使扩散速度越快 溶液离子浓度越大 扩散速度越快 第四节物理化学法 提高水温能使离子的动能增加 水的粘度减小 液膜变薄 有利于离子的扩散 交换过程中的搅拌或提高流速 可使液膜变薄 加快液膜的扩散 但不影响内孔的扩散 被交换离子的电荷数和水合离子的半径越大 内孔扩散速度越慢 第四节物理化学法 3 为了提高离子交换的速度 可采取以下的措施 1 提高离子穿过膜层的速度 2 加快离子在树脂空隙内扩散速度的措施 第四节物理化学法 三 离子的交换过程 离子的交换过程包括交换和再生两个步骤 若这两个步骤在同一设备中交替进行 则为间歇过程 间歇操作过程操作简单 效果可靠 但当处理量大时 需多套装置并联运行 如果交换和再生分别在两个设备中连续进行 树脂不断在交换和再生设备中循环 则构成连续过程 第四节物理化学法 固定床离子交换器间歇操作过程 第四节物理化学法 四 树脂的再生 树脂的再生 一方面可恢复树脂的交换能力 另一方面可回收有用物质 1 再生方式 1 顺流再生 在交换柱中 再生液与被处理溶液的流向相同 即由交换柱的顶部进液 底部排液 2 逆流再生 在交换柱中 再生液与被处理液的流向相反 即从底部进液 顶部排液 3 分流再生 再生液从交换柱的顶部 底部同时进人 从交换柱的中部排出 第四节物理化学法 4 串联再生 当两个或几个交换柱串联使用时 被处理液由顶部流至底部 再由底部串联接入下一个交换柱的顶部 如此串联至最后 从最后一交换杜的底部排出 相反 再生液则由最后一个柱的顶部进入 由底部接入下一个交换柱的顶部 如此 直至从第一个交换柱的顶部排出 第四节物理化学法 5 体外再生 在阴阳离子混合交换柱中 树脂饱和后 两种树脂全部或仅阴树脂移出交换柱进行再生 再生后的树脂移回至混合交换柱中 第四节物理化学法 2 再生剂用量 再生剂的用量与树脂再生效果 运行费用 再生方式 树脂类型及再生剂的种类均有关 通常情况下 再生剂的用量越多 再生效率越高 但当再生剂用量增加到一定量后 再生效率随再生剂用量增长不大 第四节物理化学法 4 再生液温度 在树脂允许的温度范围内 再生液的温度越高 再生效果就越好 但为了节省运行费用 一般在常温下进行再生 有时为了除去树脂中一些有害物质或再生困难的离子 再生液可加热到35 400C 第四节物理化学法 5 再生液的流速 再生液的流速关系到再生液和树脂的接触时间 从而影响再生效果 在离子交换柱中 再生液的流速一般控制在4一8m s左右 第四节物理化学法 6 树脂再生后的清洗 树脂再生后 树脂上会残留一些再生剂 要用产品水或去离子水进行正洗或反洗 清洗用水量由计算决定 一般小型软化或纯水系统中 清洗水用量约占产品水量的10 20 第四节物理化学法 五 离子交换系统与设备 完整的离子交换系统包括预处理单元 离子交换单元 再生单元和电控仪表系统等 第四节物理化学法 1 离子交换单元的分类 第四节物理化学法 2 离子交换固定床体系 离子交换固定床体系是指树脂的交换和再生在同一设备内 不同的时间内完成 其运行方式为间歇运行 根据水流方向和使用要求的不同 固定床可分为以下几种形式 1 单床和多床形式在交换柱内只填装一种树脂 只用一个交换柱称为单床 如多个交换柱串联或并联使用 则称为多床 第四节物理化学法 2 复床形式 有的交换柱填充阳树脂 有的交换柱填充阴树脂 阴阳树脂的交换柱串联在一起使用的称为复床 3 双层床形式 在逆流再生固定床内 依据一定的配比填装强 弱两种树脂 密度小 粒度细的弱型树脂在上层 密度大 颗粒粗的强型树脂在下层 以这种型式组成的固定床称为双床 第四节物理化学法 离子交换固定床体系 第四节物理化学法 3 连续式离子交换系统 固定床离子交换器内树脂不能边饱和边再生 树脂和容器的利用效率均很低 生产不连续 再生和冲洗时必须停止交换 为了克服上述缺点 发展了连续式离子交换设备 主要型式有移动床和流动床 第四节物理化学法 三塔式移动床离子交换系统 第四节物理化学法 移动床的优点是树脂用量较少 在相同产水量时 约为固定床的1 3 1 2 能连续产水 水质较好 但对进水变化的适应性较差 设备小 投资少 其缺点是树脂的损耗率大 自动化程度要求较高 移动床离子交换废水处理设备 第四节物理化学法 六 设计计算 离子交换系统的设计计算包括 离子交换树脂的选择 工艺系统的确定 离子交换器尺寸的计算 再生计算 阻力的核算等 第四节物理化学法 1 直径的计算 直径可由交换离子的物料衡算式计算 也可以根据要求的制水量和选定的水流空塔流速计算塔径 2 高度的确定 高度包括树脂层高度 底部排水区高度和上部水垫层高度三部分组成 3 水力校核 根据计算得到的塔径和塔高选择合适尺寸的离子交换器 进行水力校核 第四节物理化学法 二 膜分离技术 1 电渗析 1 电渗析原理 电渗析是在渗析法的基础上发展起来的一项废水处理新工艺 它是在直流电场的作用下 利用阴 阳离子交换膜对溶液中阴 阳离子的选择透过性 即阳膜只允许阳离子通过 阴膜只允许阴离子通过 而使溶液中的溶质与水分离的一种物理化学过程 第四节物理化学法 电渗析的工作原理见图 第四节物理化学法 2 电渗析过程主要分成三个步骤 离解 废水中的电解质在直流电场的作用下产生阴离子和阳离子 离子的迁移 产生的阴 阳离子分别向电场的正 负电极移动 在移动过程中与离子交换膜相遇 电极反应 电极与膜之间的隔离室称为极室 极室中的离子与电极反应 阳极发生氧化反应 阴极发生还原反应 第四节物理化学法 3 电渗析在废水处理中的应用 电渗析法最先用于海水淡化制取饮用水和工业用水 海水浓水制取食盐 以及其他单元技术组合制取高纯水 利用电渗析法去除水中的盐分使水淡化 具有投资少 建设时间短 方便易行等优点 电耗量为1 15kW h m3淡水 第四节物理化学法 2 反渗透 反渗透是利用半渗透膜进行分子过滤 来处理废水的一种新的方法 所以又称为膜分离技术 第四节物理化学法 1 反渗透原理 用一张半渗透膜将淡水和废水隔开 该膜只让水分子通过 而不让溶质通过 由于淡水中水分子的化学位比溶液中水分子的化学位高 所以淡水中的水分子自发地透过膜进人废水中 这种现象称为渗透 第四节物理化学法 在渗透过程中 淡水一侧液面不断下降 而废水一侧的液面不断上升 当两液面不再发生变化时 渗透便达到了平衡状态 此时两液面的压差称为该种废水的渗透压 如在废水一侧加上一定的压力P后 就会造成废水中的水分子被压力压过半渗透膜而进人清水一侧 结果使得废水中的溶质及悬浮物被分离 而使废水得到净化 由于这种过程与渗透过程相反 所以称为反渗透 第四节物理化学法 反渗透原理示意图 第四节物理化学法 2 反渗透工艺在废水处理中的应用 反渗透最早用于海水淡化 随着反渗透膜材料的发展 高效膜组件的出现 反渗透的应用领域不断扩大 在海水和苦咸水的脱盐 锅炉给水和纯水制备 废水处理与再生 有用物质的分离和浓缩等方面 反渗透都发挥重要的作用 第四节物理化学法 3 超滤 超过滤法简称超滤法 与反渗透一样也依靠推动力和半透膜实现分离 两种方法不同的是 超滤法所需的压力较低 一般约在0 1 0 5MPa压力下进行 而反渗透的操作压力为2 10MPa 第四节物理化学法 超滤法和反渗透法中都使用半渗透膜 超滤法中使用最多的半渗透膜 称超滤膜 也是醋酸纤维素制成的膜 但其性能不同 膜上的微孔直径较大 约为0 002 10微米 而反渗透法中使用的半渗透膜 称反渗透膜 的孔径较小 只有0 0003 0 06微米 所以超滤法适用于分离相对分子质量大于500 直径为0 005 10微米的大分子和胶体 这类液体在中等浓度时 渗透压很小 而反渗透一般用来分离相对分子质量低于500 直径为0 0004 0 06微米的糖 盐等渗透压较高的体系 第四节物理化学法 三 萃取法 1 原理萃取采用与水不互溶但能很好溶解污染物的萃取剂 使其与废水充分混合接触 利用污染物在水和溶剂中的溶解度或分配比的不同 达到分离 提取污染物和净化废水的目的 第四节物理化学法 2 萃取法适用于以下情况的废水处理 1 具有共沸点的恒沸混合液 而不能用蒸馏 蒸发的方法分离的废水 2 对热敏感的物质 在蒸发和蒸馏的高温条件下 易发生化学变化或易燃易爆的物质 3 沸点非常接近的 难以用蒸馏方法分离污染物质的废水 4 对挥发度差的物质 5 某些用化学方法处理复杂 且成本较高的废水 第四节物理化学法 3 提高萃取速度的措施 l 增大两相接触面积 2 增大传质系数 3 增大传质动力 第四节物理化学法 4 萃取剂的选择 要使萃取获得满意的效果 必须选择恰当的溶剂 这关系到萃取剂本身的用量 两液相的分离效果 萃取设备的大小等技术经济指标 第四节物理化学法 萃取剂选择的依据如下 萃取能力大 要有较大的分配系数 萃取剂的物理化学性质与废水有较大的区别 主要是从密度 沸点 表面张力 粘度等方面考虑 来源广 价格便宜 溶质要易于再生和回收 将萃取相分离 可同时回收溶质和溶剂 具有重大的意义 第四节物理化学法 温度对萃取过程有重要的影响 在多数情况下 温度增高 溶质在废水中及萃取剂中的溶解度要增大 且后者往往大于前者 这样对萃取是有利的 温度升高 液体的粘度也要降低 对萃取剂与水的分离有利 但另一方面 温度升高 萃取剂本身在水中的溶解度也增大 即增加了萃取剂的损失 对萃取不利 第四节物理化学法 5 萃取工艺及设备 萃取工艺按两相接触方式可分为两大类