污水控制工程 污水处理设备 山东阳光天润化工设备有限公司.doc

山东阳光天润化工设备有限公司 山东阳光天润化工设备有限公司售后人员培训水污染控制工程（Water pollution control）公司名称：山东阳光天润化工设备有限公司网站：服务电话35111392010年12月6日水污染控制工程（Water pollution control）1.定义： 应用工程学的方法对水质进行控制以达到消除污染和恢复水的原有状态2.研究对象：点源污染、面源污染、水环境修复3.控制方法：物理、化学、物理化学和生物化学4.成果体现：工程（工艺）、装备（设备）第一节 水污染控制基本知识一、废水定义:丧失了使用价值分类：依来源（1）生活污水（2）工业废水a）生产污水：生产过程中被成品半成品玷污，温度大于60摄氏度b）生产废水：未被玷污（3）被污染的雨水：主要指初期雨水 一般说来，废水处理对象主要分为城市污水处理和工业废水处理两大类：城市污水： 生活污水与生产污水（或经工矿企业局部处理后）的混合污水工业废水污染源水污染物与水质指标点源（Point Source pollution） 生活污水 工业废水非点源（Non-point source pollution） 雨水（地面径流） 污染的类型水污染物与水质指标需氧型污染 毒物型污染 富营养型污染 感官型污染和热污染 固体污染物酸碱污染物油类污染物生物污染物 需氧型污染 定义（通过生物化学作用和化学作用消耗水中氧，常指有机物无机物主要有Fe2+CN-S2-，）途径（废水排放引起的点源污染）后果（直接和间接）防止措施 （生物处理）毒物型污染富营养型污染 原因（氮、磷）途径（点源、面源）后果（间接）防止措施 （生物处理）感官型污染 原因（色、味、悬浮物）途径（点源污染，废水排放）后果（直接和间接）防止措施 （物理、化学、生物化学）水质指标水污染物与水质指标典型的城市污水处理流程工业废水处理 在治理工业废水的长期过程中，把主体污染物与所要采取的治理方法结合起来分类，更为方便实用，因此，可将工业废水分为四大类型。（1）含悬浮物(包括含油)工业废水（2）含无机溶解物工业废水（3）含有机物工业废水（4） 冷却用水（1）含悬浮物(包括含油)工业废水这类废水主要是湿法除尘水、煤气洗涤水、选煤洗涤水、轧钢废水等。处理时多采用自然沉淀、混凝沉淀、压气浮选、过滤等方法净化废水。（2）含无机溶解物工业废水它包括电镀废水、酸洗含酸废液、有色冶金废水、矿山酸性废水等。以含重金属离子、酸、碱为主的废水，毒害大，处理方法复杂，可先考虑将其变害为利，从中回收有用物质。这类废水一般采用物理化学法处理。（3）含有机物工业废水它包括焦化废水、印染废水、造纸黑液、石油化工废水等。这类废水耗氧且有毒，应采用物化与生化相结合的方法净化。（4）冷却用水工业冷却水占工业总用水量的三分之二以上。直接排放或以低循环率循环利用，都会造成对受纳水体的热污染，也会产生危害。各工业企业都应提高工业冷却水的循环率，提高浓缩倍数，在技术允许的条件下把排污水量减少到最低程度。（二）水质指标 水质是水体质量或废水质量的简称。水体和废水的水质分别表征其各自的物理、化学和生物特征及其组分构成。1.PH即水样中氢离子浓度的负对数，它是衡量水的酸性或碱性特征的指标。2.色度指水样所呈现的颜色深浅程度。工程上常用稀释倍数法测定废水的色度，即将水样用水进行稀释，直至接近无色，所稀释的倍数即为水样的色度值。3.悬浮物SS 指截留于标准滤膜（0.4um）上的固体物质。其测定方法是将水样用滤膜过滤后，在105下烘1小时，干燥后称重并经统计计算而得。4.生化需氧量BOD 指20、一定的时间（通常是5d）内，有足够溶解氧及适量微生物条件下，由微生物分解水样中的有机物质的生物化学过程引起，单位体积水样所消耗溶解氧的量。BOD值可间接表示水样中有机物特别是可生化有机物的含量水平，是反映水体有机污染程度的重要综合指标之一。5.化学需氧量COD 在规定的条件下，使水样中能被氧化的物质氧化所需耗用氧化剂的量，以每升水消耗氧的毫克数表示。以BOD/COD的比值可作为废水是否能够采用生化法进行处理的一个衡量指标，成为可生化性指标。该指标越大，越容易被生化处理。一般认为废水的BOD/COD值大于0.3时，才适宜采用生化法处理。6.毒物毒性污染物的水质标准均以单位体积水样中所含该毒物的量（mg/L）表示。7.总氮TN 总氮包括有机氮、氨氮、亚硝酸氮、硝酸氮等全部氮的含量（mg/L）。其中，有机氮主要包括蛋白质、氨基酸、尿素等氨基氮的有机物。氨氮是指含NH3、NH4+中的氮统称为氨氮。将NO2-中的氮称为亚硝酸氮， NO3-中的氮称为硝酸盐氮。8.总磷 指水样经消解后将各种形态的磷均转变成正磷酸盐后测定的结果，以每升水样含磷的毫克数（mg/L）计量。9.总大肠菌数指单位体积水样中所含大肠菌的量。第三节 废水的预处理一、水质、水量的均化 单纯的水量调节分线内调节和线外调节两种形式。 所谓线内调节是在处理系统的首段设置水量调节池，借助调节池的有效容积实现水量调节。 所谓线外调节是将调节池设在处理系统的旁路上，利用水泵将高峰时多余的废水打入调节池，而当实际流量低于设计流量时，再从调节池汇流到集水井，然后送往后续处理工序。二、水质均和1.强制性均和强制性均和是利用叶轮搅拌、压缩空气搅拌或水泵循环等外加动力对废水水质进行强制性均和的过程。2.差流式均和差流式均和是使不同时间、不同流量的废水在自流的作用下进行掺混均匀的过程。第三节、混凝澄清法一、概述混凝澄清法就是向废水中投加化学药剂，破坏细小悬浮物和胶体颗粒在水中形成的稳定体系，使其聚集成较大的颗粒而沉降，然后再通过重力沉降过程予以分离的水处理方法。混凝过程可分为凝聚和絮凝两种过程。凝聚是指通过向水中投加无机电解质使胶体微粒脱稳并聚集的过程。絮凝是指通过高分子絮凝剂的架桥作用，使细微悬浮物颗粒形成松散、多空、具有三维空间结构的絮状体的过程。二、胶体结构与混凝机理1.胶体结构胶体颗粒是由胶核、吸附层和扩散层共同组成的运动单体粒子2.混凝机理胶体脱稳凝聚的混凝机理分压缩双电层、电性中和、吸附架桥、沉淀物网捕。1）压缩双电层所谓压缩双电层就是指向胶体分散系中投加可产生高价反离子的电解质，通过增大溶液中反离子浓度，降低扩散层厚度，使胶体粒子的电位降低的过程。2）电性中和胶粒表面对电性相异的胶粒、离子或链状分子带异号电荷的部位的吸附，会中和电位离子所带电荷，导致静电斥力减少，电动电位降低，从而使胶体的脱稳和凝聚易于发生。3）吸附架桥吸附架桥也称作吸附桥联，是指在悬浮液中加入链状高分子化合物，由于其架桥作用而使悬浮液中的胶体粒子脱稳的现象。4）沉淀物网捕沉淀物网捕又称作网罗卷带。向废水中投加含金属离子的化学絮凝剂（如硫酸铝、石灰、氯化铁等高价金属盐类），当药剂投加量和溶液介质的条件足以使金属离子迅速生成金属氢氧化物沉淀或金属碳酸盐沉淀时，所生成的难溶分子就会以胶粒或细微悬浮物作为晶核形成沉淀物，或是对其产生吸附作用，从而实现对水中胶粒和细微悬浮物的网捕。3.混凝剂、助凝剂及其作用机理1）混凝剂的种类混凝剂分无机型和有机型两大类。无机混凝剂主要依靠电中和、压缩双电层机理使胶体凝聚，故被称为凝聚剂；而有机混凝剂主要依靠架桥作用使颗粒沉降，故被称作絮凝剂。2）混凝剂的作用机理凝聚剂主要为无机电解质，它在水中发生电离水解生成带电离子，其电性与水中颗粒所荷电性相反，水解离子的价态越高，凝聚作用越强。目前常用的凝聚剂为铝盐和铁盐。凝聚剂分阴离子型和阳离子型两类。由于大部分物质的胶体颗粒带负电，故工业上常用的凝聚剂多为阳离子型。阴离子型凝聚剂较少，最常见的是六偏磷酸钠，因价格昂贵一般不用于生产。絮凝剂通常为线型高分子有机聚合物。其种类按来源可分为天然高分子絮凝剂和人工合成的高分子絮凝剂；按反应类型可分为缩合型和聚合型；按所带电性可分为阴离子型、阳离子型、非离子型和两性型等。聚丙烯酰胺（PAM）是应用最广泛、效能较高的非离子型有机高分子絮凝剂。3）助凝剂在废水的混凝处理中，有时仅用混凝剂难于达到预期的目的，往往需添加一些助凝剂，主要作用是创造适宜工艺条件，以提高混凝操作的效果，主要可分为三类：PH值调整剂絮体结构改良剂其作用是提高絮团的强度，增大絮团重量促进沉降。氧化剂作用是排除废水有机物对混凝过程的干扰。第四节、气浮一、概念气浮法是将人工产生的微小气泡通入水中，使气泡与水中的悬浮颗粒相粘附，形成固气或液气聚合体，粘附颗粒后的气泡相对密度仍小于1，因此可携带颗粒上浮形成浮渣并与水分离，从而达到改善水质、回收水中有价物质的目的。实现气浮分离必须具备以下三个基本条件：一是必须在水中产生足够数量的细微气泡；二是必须使待分离的污染物形成不溶性的固态或液态悬浮体；三是必须使气泡能够与悬浮粒子粘附。 二、气浮类型废水处理中的气浮法，按水中气泡产生的方法可分为：布气法电解法溶气法生物及化学气浮法该法利用水微生物的作用或在水中投加化学药剂反应后放出气体溶气法（重点）定义：溶气法是使空气在一定压力的作用下溶解于水中，并达到过饱和状态，然后再突然使废水减到常压，这时溶解于水中的空气便以微小气泡的形式从水中逸出，以进行浮选过程的方法。 分类：根据气泡在水中析出时的所处压力的不同，溶气浮选又可分为:加压溶气浮选和溶气真空浮选真空气浮运行和维修复杂，使用很少。加压溶气浮选法的流程流程根据废水中所含悬浮物的种类、性质、处理水净化程度和加压方式的不同，基本流程有以下三种： 1）全流程溶气浮选法2）部分溶气气浮选法3）部分回流溶气浮选法全流程加压气浮：（a）溶气量大，增加了油粒或悬浮颗粒与气泡的接触机会； （b）在处理水量相同的条件下，它较部分回流溶气气浮法所需的浮选池小，从而减少了基建投资。 （c）但由于全部废水经压力泵，所以增加了含油废水的乳化程度，而且压力泵和溶气罐均较其它两种流程大，因此投资和运转动力消耗较大。部分废水加压和溶气流程： （a）较全流程溶气浮选法所需的压力泵小，故动力消耗低； （b）压力泵所造成的乳化油量较全部溶气法低； （c）气浮池的大小与全部溶气法相同，但较部分回流溶气法小。 部分回流溶气浮选法流程： （a）加压的水量少，动力消耗省； （b）浮选过程中不促进乳化； （c）矾花形成好，后絮凝也少； （d）不易堵塞；（e）缺点是浮选池的容积较前两种流程大。溶气罐：溶气罐的作用是在一定压力下，保证空气能充分的溶解在废水中，并使水、气良好混合，混合时间一般为1-3分钟，混合时间与进气方式有关，即泵前进气混合时间可短些，泵后进气混合时间要长些。溶气罐形式（a）纵隔板式；(b)花板式；(c)横隔板式；(d)填充式；(e)涡轮式减压阀：溶解空气的释放减压阀的作用：是保持溶气罐出口处的压力恒定，从而可以控制出罐后气泡的粒径和数量。利用现成的截止阀，缺点：多个阀门开启度不一致。也可用低压溶气释放器来代替减压阀，溶气释放器的叫法很不一致，有的称气泡发生器、减压装置、消能器，还有俗称气浮喷头。 溶气水流经释放器时，由于形成强烈的搅动和涡流，便产生微细气泡。常规压力溶气气浮的溶气利用率通常不超过20，其原因在于释放的空气大部分以大直径的无效气泡逸散。在这种情况下，即便将溶气压力提得很高，也不会明显提高气浮效果。相反，如能用性能优良的释放器获得性质良好的细微气泡，就完全能够在较低的溶气压力下使溶气利用率大幅度提高， 其性能优劣差别极大，是气浮工艺中的关键设备。注意：溶气水经减压释放后，一般不宜直接进入上浮池，为使溶气水中的微细气泡及时、均匀地弥散在悬浮颗粒中，可采用固定混合设备或简单的一段管道，让减压后溶气水与原水或投加混凝药剂后的废水，混合后在进入浮上池，以保证气浮效果。气浮池（flotation cell)气浮池是气浮过程的主要设备，它的作用是当废水从减压阀流入水池后，由于压力减至常压，使溶解于废水中的空气以微小气泡形式逸出。气泡在上升过程中吸附乳化油和细小悬浮颗粒，上浮至水面形成浮渣，由刮渣机除去。气浮池，气浮池是实现固液(或液液)分离的装置，有平流式、竖流式、斜板式，单位面积负荷常采用117234m3/(m2天)。气浮的调整污染物的颗粒是否与气泡粘附及粘附的牢固程度，与污染物的疏水性强弱有关。 有时污染物的疏水性较弱，用气浮法处理时效率很低。为了增加废水中悬浮颗粒的疏水性，以提高浮选效果，需向废水中投加化学药剂，这些化学药剂称为浮选剂。 浮选剂（flotation reagent)根据其作用的不同可分为以下几种：浮选剂的分类：捕收剂(collector)：能够提高颗粒可浮性的药剂称为捕收剂。起泡剂(frother)：它的作用是降低液体表面自由能，产生大量微细且均匀的气泡，防止气泡相互兼并，形成相当稳定的泡沫层。因此起泡剂是作用在气液界面上，用以分散空气，形成稳定的气泡。调整剂：调整剂包括抑制剂、活化剂和介质调整剂三大类。 （1）抑制剂(depressor)：能降低物质可浮性的药剂称为抑制剂。 （2）活化剂(activator)：能够消除抑制作用的药剂称为活化剂。 （3）介质调整剂(regulator)：介质调整剂的主要作用是调整废水的pH值。 三、气浮法的应用及特点(a)分离废水中的细小悬浮物、藻类及微絮体； (b)回收工业废水中的有用物质，如造纸厂废水中的纸浆纤维及填料等； (c)代替二次沉淀池，分离和浓缩剩余活性污泥，特别适用于那些易于产生污泥膨胀的生化处理工艺中； (d)分离回收含油废水中的悬浮油和乳化油； (e)分离回收以分子或离子状态存在的污染物，如表面活性物质和金属离子。特点：(a)由于气浮池的表面负荷有可能高达l2m3/m2h，水在池中停留时间只需102Omin，而且池深只需2m左右，故占地较少，节省基建投资； (b)气浮池具有预曝气作用，出水和浮渣都含有一定量的氧，有利于后续处理或再用，泥渣也不易腐化； (c)对那些很难用沉降法去除的低浊度含藻水，气浮法处理效率高，甚至还可去除原水中的浮游生物，出水水质好；d)浮渣含水率低，一般在96%以下，比沉淀池污泥体积少210倍，这对污泥的后续处理有利，而且表面刮渣也比池底排泥方便； (e)可以回收利用有用物质； (f)气浮法所需药剂量比沉淀法节省。 (g)气浮法电耗较大，处理每吨废水比沉淀法多耗电约0.020.04kWh；目前使用的溶气水减压释放器易堵塞；浮渣怕较大的风雨袭击。 第五节、膜分离技术一、概念膜分离技术是利用某种特殊的半透膜对液体中的不同成分进行选择性分离、浓缩或提纯的技术方法。在膜分离中，溶质透过膜的过程成为渗析，溶剂透过膜的过程成为渗透。1.膜分离过程的推动力有两类：借助外界能量，物质发生由低位向高位的流动；以化学位差为推动力，物质发生由高位向低位的流动。2、膜分离技术的特点（a）膜分离过程不发生相变，因此能量转化的效率高。例如在现在的各种海水淡化方法中反渗透法能耗最低；（b）膜分离过程在常温下进行，因而特别适于对热敏性物料，如果汁、酶、药物等的分离、分级和浓缩；（c）装置简单，操作简单，控制、维修容易，且分离效率高。与其它水处理方法相比，具有占地面积小、适用范围广、处理效率高等特点；（d）由于目前膜的成本较高，所以膜分离法投资较高，有些膜对酸或碱的耐受能力较差。所以目前膜分离法在水处理中一般用于回收废水中的有用成分或水的回用处理。 3膜分离法的分类 膜分离法的种类很多，现已应用的膜过程有反渗透、超滤、微滤、扩散渗析、电渗析、气体分离渗透蒸发、控制释放、液膜、膜蒸馏等。目前，在废水处理中常用的有扩散渗析（dialysis）、电渗析(electro dialysis)、反渗透(reverse osmosis)、超滤(ultrafiltration)、微滤（microfiltration）等四种膜分离技术。 废水处理中几种常用膜分离法的特点如下表所示。 二、扩散渗析（diffusion dialysis） 1、渗析：把水溶液中溶质透过半透膜而溶剂被截留的现象称为渗析。 渗透：溶剂透过膜的过程称为渗透2、扩散渗析的原理1、膜：离子交换膜的选择透过性 半透膜：起渗析作用的薄膜，对溶质具有选择性。 半透膜的发展： 动物的膀胱膜、肠膜、羊皮纸； 离子交换膜：阳离子交换膜、阴离子交换膜 2、推动力浓度差3应用生物医学上 应用最为广泛，主要的用途是血液渗析法（又称为人工肾），此外还有人工肺。工业方面从钢铁工业酸洗废液中回收硫酸及在其它废酸液中回收硝酸等；从化工厂人造丝浆压液中回收NaOH三、电渗析（electrodialysis，简称ED ） 1电渗析的基本原理 电渗析是在直流电场的作用下，以电位差为推动力，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。从而实现溶液的浓缩、淡化、精制和提纯的一种膜过程。 电渗析过程原理图（重要）电渗析的操作过程浓差极化（重要）2离子交换膜分类结构：a 异相膜：离子交换剂的细粉末和粘合剂混合形成的膜，其化学结构是不连续的，膨胀收缩不同；b均相膜活性基团： a阳离子交换膜、 b阴离子交换膜c复合膜材料a有机离子交换膜各种高分子材料合成的膜b、由无机材料制成离子交换膜具有与离子交换树脂相同的组成，含有活性基团和能使离子透过的细孔。常用的离子交换膜按其选择透过性可分为阳膜、阴膜、复合膜等数种。阳膜(cation exchange membrane)含有阳离子交换基团，在水中交换基团发生离解，使膜上带有负电，能排斥水中的阴离子，吸引水中的阳离子并使其通过。阴膜(anion exchange membrane)含有阴离子交换基团，在水中离解出阴离子，使膜上带正电，吸引阴离子并使其通过。复合膜复合膜由一面阳膜和一面阴膜其间夹一层极薄的网布做成，具有方向性的电阻。当阳膜面朝向阴极，阴膜面朝向阳极时，正、负离子都不能透过膜，显示出很高的电阻。当膜的朝向与上述相反时，膜电阻降低，膜两侧相应的离子进入膜中。四、反渗透（RO） Reverse Osmosis 1、概述 反渗透是一项高新膜分离技术，其孔径很小，大都1010 10（10A），它能去除滤液中的离子范围和分子量很小的有机物，如细菌、病毒、热源等。它已广泛用于海水或苦咸水淡化、电子、医药用纯水、饮用蒸馏水、太空水的生产，还应用于生物、医学工程。 特点 常温条件下，可以对溶质和水进行分离或浓缩，因而能耗低； 杂质去除范围广，可去除无机盐和各类有机物杂质； 较高的水回用率； 分离装置简单，容易操作和维修。应用范围 太空水、纯净水、蒸馏水等制备； 酒类制造及降度用水； 医药、电子等行业用水的前期制备； 化工工艺的浓缩、分离、提纯及配水制备； 锅炉补给水除盐软水； 海水、苦咸水淡化； 造纸、电镀、印染等行业用水及废水处理。2、反渗透的原理 一种只能透过溶剂而不能透过溶质的膜称为半透膜。 纯溶剂将自然穿过半透膜而自发地向溶液(或从低浓度溶液向高浓度溶液)一侧流动，这种现象叫做渗透。此H称为该溶液的渗透压 。3反渗透膜及其透过机理（1）对反渗透膜的性能要求选择性好，单位膜面积上透水量大，脱盐率高；机械强度好，能抗压、抗拉、耐磨；热和化学的稳定性好，能耐酸、碱腐蚀和微生物侵蚀，耐水解、辐射和氧化；结构均匀一致，尽可能地薄，寿命长，成本低。（2）反渗透膜的分类按成膜材料可分为有机膜和无机高聚物膜；按膜的形状可分为平板状、管状、中空纤维状膜；按膜结构可分为多孔性和致密性膜，或对称牲(均匀性)和不对称性(各向异性)结构膜；按应用对象可分为海水淡化用的海水膜、咸水淡化用的咸水膜及用于废水处理、分离提纯等的膜。五、超过滤（Ultrafiltration)1 、超过滤的原理2 、超过滤与反渗透的异同3、超滤膜及膜组件4、 超滤的基本工艺流程5、超滤效率的影响因素6、 超滤的特点及应用领域1、超滤的原理 超滤又称为超过滤，通过膜表面的微孔结构对物质进行选择性分离。当液体混合物在一定压力下流经膜表面时，小分子溶质透过膜（称为超滤液），而大分子物质则被截留，使原液中大分子浓度逐渐提高（称为浓缩液），从而实现大、小分子的分离、浓缩、净化的目的。 在废水处理中主要用于分子量大于500，直径为0.00510m，中、低浓度的高分子溶解态及胶体态污染物的分离与回收的场合。 而超滤所分离的溶质分子量较大，因而能在较低的操作压力下操作，其操作压力范围一般在0.10.5 MPa 超滤的原理 超滤截留大分子物质的机理是：膜表面的孔径机械筛分作用；膜孔阻塞、阻滞作用；膜表面及膜孔对杂质的吸附作用。2、超过滤与反渗透的异同超过滤简称超滤，它同反渗透一样，都是利用膜来分离废水中溶解的物质。 两种方法的共同点在于：两种过程的动力同是溶液的压力，在溶液的压力下，溶剂的分子通过薄膜，而溶解的物质被阻滞在膜表面上。两者区别在于：（1）膜不同：超过滤所用的膜(超滤膜)较疏松，透水量大，除盐率低，一般用超过滤分离高分子和低分子有机物以及无机离子等，能够分离的溶质分子至少要比溶剂的分子大10倍，在这种系统中渗透压已经不起作用了。反渗透所用的膜 (反渗透膜)致密，透水量低，除盐率高，具有选择透过能力，用以分离分子大小大致相同的溶剂和溶质，（2）机理不同：超过滤的去除机理主要是筛滤作用。在反渗透膜上分离过程伴随有半透膜、溶解物质和溶剂之间复杂的物理化学作用。（3）工作压力不同：超过滤的工作压力低(0.070.7MPa)。反渗透所需的工作压力高(大于2.8MPa)。超滤装置与反渗透装置类似，目前我国试验研究及生产中普遍用管式装置。3超滤膜及膜组件 超滤膜一般用于制备反渗透膜的材料也可用于制备超滤膜，只是制膜液的组分配比和成膜工艺不同。超滤膜有多种，最常用的是：醋酸纤维素膜、聚砜膜。 超滤膜组件：有板式、管式、卷式和中空纤维式四种。4、 超滤的特点及应用领域特 点 分离过程在常温和较