環(huán)境管理_工業(yè)廢水處理方法簡(jiǎn)介

1 工業(yè)廢水處理 哈爾濱工業(yè)大學(xué)韓洪軍教授 2 1 光氧化法 化學(xué)和應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)原理利用光能量激活半導(dǎo)體材料中的電子 空穴對(duì) 產(chǎn)生吸附電子的能量 廢水中懸浮微粒沉淀到半導(dǎo)體的表面 應(yīng)用光能量的產(chǎn)生可以分為太陽(yáng)能光和紫外線光 將半導(dǎo)體材料涂層在多孔材料 硅膠 纖維 玻璃粒 采用光源作為動(dòng)力 使廢水中的雜質(zhì)沉積在半導(dǎo)體的表面 廢水處理方法分類 化學(xué)處理 物理處理 生物處理 3 2 電氧化法反應(yīng)機(jī)理利用電能和電場(chǎng)能使廢水中的懸浮物遷移沉淀 產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng) 電氧化還原 電遷移 使污水中的污染物質(zhì)的性質(zhì)發(fā)生改變 應(yīng)用電解 利用可溶性陽(yáng)極和不溶性陽(yáng)極作為電極 產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng) 由于鐵的價(jià)格不斷攀高 此法逐漸廢棄 微電解 利用微小的電流和自發(fā)產(chǎn)生的電流 進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng) 磁反應(yīng) 電流產(chǎn)生磁場(chǎng) 污水中的雜質(zhì)在磁場(chǎng)作用下遷移 如果雜質(zhì)過多 遷移速度下降 效果降低 目前此法多用于飲料行業(yè)如啤酒等 能吸附雜質(zhì) 細(xì)菌使啤酒口感變得純正 廢水處理方法分類 4 廢水處理方法分類 3 化學(xué)氧化 應(yīng)用于工程較少 反應(yīng)原理利用化學(xué)藥劑的氧化能力 氧化廢水中的雜質(zhì) 應(yīng)用化學(xué)氧化 將物質(zhì)的氧化還原電位改變 物質(zhì)的性質(zhì)發(fā)生改變化學(xué)絮凝 帶電物質(zhì)吸附雜質(zhì)一同沉淀 5 廢水處理方法分類 4 物理沉淀反應(yīng)機(jī)理利用大顆粒的粒子 在下沉過程中吸附污水中的雜質(zhì)沉淀應(yīng)用物理吸附 懸浮物質(zhì) 膠體物質(zhì)在分子間力作用下吸附下沉混凝沉淀 混凝劑經(jīng)水解形成高聚物 大顆粒高聚物對(duì)雜質(zhì)膠體有強(qiáng)烈的吸附能力 可吸附一定距離內(nèi)的膠體共同下沉 增濃沉淀 向污水中投入一些大顆粒雜質(zhì) 使?jié)舛仍龃?可沉淀的大顆粒吸附小顆粒迅速下沉 6 廢水處理方法分類 0926 5 生物厭氧處理 工大 任南琪 韓洪軍 清華 重慶大學(xué) 反應(yīng)機(jī)理在無氧的條件下 利用厭氧微生物降解廢水中的有機(jī)物 應(yīng)用普通厭氧 在封閉的設(shè)備內(nèi)靜止發(fā)酵流化厭氧 廢水和厭氧載體在設(shè)備內(nèi)呈流化狀態(tài)過濾厭氧 厭氧微生物在設(shè)備內(nèi)形成過濾層 廢水流過過濾層降解水中的有機(jī)物 7 廢水處理方法分類 6 生物好氧處理反應(yīng)機(jī)理在有氧的條件下 利用好氧微生物降解廢水中的有機(jī)物應(yīng)用傳統(tǒng)好氧處理 污水和污泥混合一起流動(dòng) 進(jìn)行曝氣充氧過濾好氧處理 污泥層和污泥載體靜止不動(dòng) 污水流過污泥層生物膜好氧處理 好氧微生物附著在載體上壓力好氧處理 在高壓下氧的轉(zhuǎn)移效率增加 氧的溶解度增加 微生物的數(shù)量增加間歇好氧處理 利用廢水的流量隨時(shí)間變化的特點(diǎn) 采取間歇進(jìn)水 間歇曝氣的方式 SBR 8 本書第一篇和第二篇講的是污水常規(guī)處理法 污水常規(guī)處理適用于生活污水 還有相當(dāng)一部分工業(yè)廢水不能用生物降解法去除 不適宜采用前述的方法 而需要采用特殊處理法 一 污水處理的基本方法污水處理實(shí)際上是采用各種技術(shù)和手段將污水中污染物質(zhì)分離出來 或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化成無害物質(zhì) 污水得到凈化 哈爾濱污水總流量 110萬噸污水 天 文昌污水廠處理水量只有32 5萬噸污水 天 其中經(jīng)二級(jí)處理的只有16 25萬噸污水 天 緒論 9 一 按處理程度分 傳統(tǒng)分類法 一級(jí)處理 去除污水中的懸浮固體 BOD去除率30 左右 SS去除90 不能直接排放 一級(jí)處理包括1 格柵 由一組平行的金屬柵條制成 用來截阻大塊的懸浮狀態(tài)物質(zhì) 2 沉淀 水中的可沉物質(zhì)在重力作用下沉淀 3 浮選 把空氣通入污水中 以微小氣泡析出 小氣泡粘附水中的固體顆粒隨氣泡一同浮至水面 形成泡沫去除 4 油去除 利用油的比重小于1的性質(zhì) 使含油污水停留一定時(shí)間 油珠上浮去除 5 均衡 工業(yè)污水排放量與水質(zhì)隨時(shí)間不同 需進(jìn)行儲(chǔ)存調(diào)節(jié) 使其均衡 6 中和 利用酸和堿作用生成鹽和水 一 污水處理的基本方法 10 二級(jí)處理 大幅度去除污水中的膠體和溶解狀態(tài)的有機(jī)物 BOD 去除率達(dá)95 99 處理后水中BOD為10 20mg L 二級(jí)處理包括1 活性污泥法 由大量的微生物群體構(gòu)成具有活性 容易沉淀的膠體污泥為主體 2 生物膜法 在污水流經(jīng)的固體表面生長(zhǎng)一層生物膜 生物膜上的微生物氧化污水中的BOD 3 氧化塘 污水在池塘內(nèi)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 現(xiàn)在不提倡 4 污水灌溉 通過土壤表層土的截留 土壤中微生物的分解氧化 物理吸收使污水凈化 沈 撫污水灌溉區(qū) 澆灌水稻 5 厭氧處理 在無氧的條件下 靠兼性菌及專性厭氧菌降低有機(jī)物 一 污水處理的基本方法 11 三級(jí)處理 進(jìn)一步去除二級(jí)處理不能去除的有機(jī)物 氮 磷 處理后BOD在5 10mg L 可以回用 三級(jí)處理包括1 微濾 使污水通過多孔介質(zhì) 截留水中的懸浮物 2 混凝 向水中投加混凝劑 降低污水濁度 色度 高分子有機(jī)物 重金屬 3 氧化還原 利用氧化還原反應(yīng)使污水中有害的物質(zhì)轉(zhuǎn)變成無害物質(zhì) 4 吸附 利用固體物質(zhì)表面的吸附能力 吸附水中一些有害的物質(zhì) 5 萃取 利用傳質(zhì)原理 當(dāng)溶劑與污水接觸時(shí) 溶質(zhì)在污水中重新分配 轉(zhuǎn)移到溶劑中 6 滲析 通過一種半透膜 將溶質(zhì)從濃度高的一側(cè)通過膜擴(kuò)散到濃度低的一側(cè) 7 反滲透 在膜的兩側(cè)施加壓力 使壓力高一側(cè)的溶液透過流到壓力低的一側(cè) 一 污水處理的基本方法 12 二 按作用原理分1 物理處理法 利用物理作用去除污水中固體和膠體的污染物 篩濾 沉淀 浮選 過濾 反滲透2 化學(xué)處理法 利用化學(xué)反應(yīng)的作用去除污水中有害物質(zhì) 中和 混凝 氧化還原 萃取 吸附3 生物處理法 利用微生物的代謝作用使污水中有機(jī)物分解 活性污泥 生物膜 氧化塘 污水灌溉 厭氧處理 一 污水處理的基本方法 13 二 工業(yè)污水的水質(zhì)特征 工業(yè)污水水質(zhì)復(fù)雜 不能用單一流程處理1 主要有害物質(zhì) 14 1 工業(yè)污水單獨(dú)處理后排放 1 COD BOD很高 2 具有一定量的H2S NH4有毒物質(zhì) 3 含有強(qiáng)酸 強(qiáng)堿 4 可回收一些產(chǎn)品2 工業(yè)污水排入城市污水處理廠一同處理 1 與城市污水性質(zhì)大致相同 2 無有毒有害類物質(zhì)3 工業(yè)污水預(yù)處理后進(jìn)入城市污水處理廠 1 可回收產(chǎn)品 2 含少量可去除的有毒有害物質(zhì) 三 工業(yè)污水處理途徑 15 四 工業(yè)污水處理原則 1 革新工藝 減少排污量2 考慮回收利用3 從全局出發(fā) 對(duì)污水妥善處理4 采取先進(jìn)技術(shù) 經(jīng)濟(jì)合理 16 五 城市污水與工業(yè)污水處理區(qū)別 1 城市污水中主要為BOD COD 可采用生物處理方法沉淀 生物處理 泥水分離 排放2 工業(yè)污水需不同污水采取不同方法 17 第一節(jié)均和調(diào)節(jié) 工業(yè)企業(yè)的污水量一日內(nèi)多變 24小時(shí)的流量不同 污水處理流程要求水量水質(zhì)不變 需均和調(diào)節(jié) 一 目的1 水質(zhì)均和 水量負(fù)荷不變 水質(zhì)變化 以水質(zhì)變化為曲線 求體積 需要攪拌設(shè)施 2 水量調(diào)節(jié) 水質(zhì)負(fù)荷不變 水量變化 以水量變化為曲線 設(shè)計(jì)池體積 不需要攪拌 3 水質(zhì)水量均和調(diào)節(jié) 水質(zhì)水量都變化 需綜合考慮 18 二 調(diào)節(jié)池形式 1 水泵強(qiáng)制循環(huán)不需要安裝特殊設(shè)備 簡(jiǎn)單易行 混合完全 但動(dòng)力費(fèi)用高 運(yùn)行費(fèi)用高 可以用提升泵作為回流泵 2 空氣攪拌混合完全 有預(yù)曝氣作用 但有害物質(zhì)和有害氣體隨曝氣進(jìn)入大氣 可利用曝氣池的鼓風(fēng)機(jī)引入空氣管 3 機(jī)械攪拌混合較好 運(yùn)行費(fèi)用低 但易腐蝕需維護(hù) 需增加攪拌設(shè)備 水量多 需要設(shè)備數(shù)量也多 適合于小水量情況 4 穿孔倒流槽水質(zhì)調(diào)節(jié) 現(xiàn)已不用 只能調(diào)節(jié)水質(zhì) 不能調(diào)節(jié)水量 19 20 1 排放的水質(zhì)水量具有周期性變化t n時(shí) 1 池容積qi 均和周期逐時(shí)變化流量 2 出水濃度c 對(duì)應(yīng)q的污染 三 容積計(jì)算 21 三 容積計(jì)算 2 污水流量變化不是周期性 采用試算法 誤差大 1 池容積q 平均污水量T 水量變化時(shí)間總和 2 出水濃度3 利用沉淀池進(jìn)行調(diào)節(jié)在沉淀池內(nèi)進(jìn)行水質(zhì)水量調(diào)節(jié) 22 第二節(jié)離心分離 一 理論基礎(chǔ) 物體高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生離心力場(chǎng) 在離心力場(chǎng)內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)將受到比本身重力大得多的離心力 這離心力的大小取決于物質(zhì)的質(zhì)量 高速旋轉(zhuǎn)的物體能產(chǎn)生離心力 含懸浮物的廢水在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)由于懸浮物和廢水的質(zhì)量不同 因此受到的離心力大小也不同 質(zhì)量大的被甩向外圍 質(zhì)量小的則留在內(nèi)圈 廢水和水中的懸浮物被分離 23 離心力計(jì)算 1 計(jì)算離心場(chǎng)中 顆粒受到離心力F的大小 kgm m0 分別為顆粒和污水的質(zhì)量 v 旋轉(zhuǎn)圓周或速度 r 旋轉(zhuǎn)半徑 n 轉(zhuǎn)速 24 離心力計(jì)算 顆粒在水中受到的重力g 重力加速度 離心力與重力之比的值取 分離因素 表示在離心力場(chǎng)中 顆粒所受到的離心力大于重力的倍數(shù) 分析 1 當(dāng)r 1 0m時(shí) n 500轉(zhuǎn) 分 280當(dāng)r 1 0m時(shí) n 1800轉(zhuǎn) 分 3600 2 在離心力場(chǎng)中 離心力對(duì)固體顆粒的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過重力 可強(qiáng)化顆粒的分離速度 3 分離因素 凈化效果 可除的顆粒直徑d 25 2 舉例 離心分離不適用于某些水質(zhì) 當(dāng)水中雜質(zhì)與水的比重相差不大時(shí) m m0會(huì)很小 使得F值也會(huì)很小 懸浮顆粒在靜水中的沉速懸浮顆粒在靜水中的離心分離速度 去除顆粒的直徑一定時(shí) 離心場(chǎng)v u 沉淀速度大得多 離心分離沉淀效果不僅與 有關(guān) 還與m m0有關(guān) 所以不用于給水處理和生活污水的處理 因?yàn)閙 m0太小 26 二 離心分離設(shè)備 根據(jù)離心力產(chǎn)生的方式可分為 1 用水流本身旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力的旋流分離機(jī) 壓力式旋流分離機(jī) 重力式旋流分離機(jī)2 由設(shè)備本身旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)污水旋轉(zhuǎn)的離心分離機(jī) 離心機(jī) 工程中不常用 水量大 設(shè)備大 27 1 壓力式旋流分離機(jī)用于分離比重較大的懸浮物 設(shè)備由鋼板制成 上部為直徑D的圓筒 下部為錐形體 污水沿著設(shè)備切線方向進(jìn)入 在離心力作用下 水中懸浮物被甩向四周 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徑增大 在四周處最大 顆粒在離心力作用下 甩向四周 此區(qū)為加速區(qū) 2段 水流的水平速度沿半徑增大后減小 在1 2R處 V最大 分離出的顆粒沿四周下滑 此區(qū)為分離區(qū) 3段 此段的水平速度為零 顆粒在重力作用下沉淀濃縮 此區(qū)為沉淀區(qū) 優(yōu)點(diǎn) 體積小 單位容積處理能力高 用料少易安裝 缺點(diǎn) 四壁易磨損 需動(dòng)力 二 離心分離設(shè)備 28 2 重力式旋流分離機(jī)常用的水力旋流沉淀池 污水沿切線方向流入 借進(jìn)出水頭差在池內(nèi)旋轉(zhuǎn)流動(dòng) 3 離心機(jī) 在第六章內(nèi)講 二 離心分離設(shè)備 29 第三節(jié)除油 1 含油污水的產(chǎn)生來源為石油開采煉制 石油化工 鋼鐵 焦化 煤氣發(fā)生站 機(jī)械加工等工業(yè)企業(yè) 由于機(jī)械剪切 水力沖刷 表面雜質(zhì) 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 污水在靜置或流動(dòng)時(shí) 借助油珠與水比重差上浮至水面分離 含量70 85 直徑 60 100 微米 易浮于水面 形成油膜或油層 乳化油 呈乳化狀態(tài)浮于水中 不能上浮 含量15 20 直徑5 18 油珠成為穩(wěn)定的乳化液 溶解油 溶解于污水中 一般污水中5 15mg L 30 第三節(jié)除油 2 污染程度 形成一層分子膜 污染水質(zhì) 水中溶解氧O2含量下降 生成CO2 形成H2CO3 PH 濁度 微生物降解油時(shí)產(chǎn)生 不能灌溉 農(nóng)業(yè)灌溉要求含油量 50ppm 不能生物處理 生物處理要求含油量30 50ppm 31 二 除油池計(jì)算 1 除油池構(gòu)造 1 平流式除油池污水從池一端流入 從另一端流出 比重小于1的浮油上浮 水面設(shè)集油管 可去除油珠不低于100 150 32 2 斜板式除油池根據(jù)淺池理論 池內(nèi)設(shè)斜板 間距20 50mm 水流向下流動(dòng) 油珠向上浮動(dòng) 異向分離 泥渣滑向池底 可去除60 油珠 停留時(shí)間短 33 2 除油池的計(jì)算理論基礎(chǔ) 最小油珠上浮速度用斯篤克士公式 u 靜止水中 直徑d油珠的上浮速度 分別為水 油珠的密度 d 上浮最小油珠 粘滯系數(shù)g 重力加速度 二 除油池計(jì)算 34 1 按油珠上浮速度計(jì)算 較準(zhǔn)確 除油池面積A 表面積 Q 流量 u 上浮速度 修正系數(shù)過流斷面U 水平流速池長(zhǎng) 否則會(huì)出現(xiàn)斷流 異重流的現(xiàn)象 H 池水深 35 2 按污水停留時(shí)間計(jì)算 計(jì)算方便 除油池容積t 停留時(shí)間 1 5 2 0小時(shí) 過水?dāng)嗝娉馗駭?shù)b 格寬 h 水深長(zhǎng)度L 3 6 v t 36 自然上浮只能去除可浮油 而仍有許多乳化油也要去除 需用其它方法 1 乳化油的產(chǎn)生油水強(qiáng)烈攪拌產(chǎn)生機(jī)械剪切力 油珠變小 粘附一些親水物質(zhì) 形成雙電層穩(wěn)定態(tài) 2 乳化油性質(zhì) 微小性 乳化油粒徑微小 具有布朗運(yùn)動(dòng) 靜電斥力 微粒表面水化作用 親水性 乳化油屬于疏水物質(zhì) 但表面粘附親水物質(zhì)而呈現(xiàn)親水性 穩(wěn)定存在于污水中 帶電性 乳化油直徑1 10微米 電位40 100毫伏 帶負(fù)電 可以長(zhǎng)期保持穩(wěn)定 在靜電斥力作用下不會(huì)聚合 穩(wěn)定存在污水中 37 電位的測(cè)定 電位可以用電泳方法測(cè)定 計(jì)算公式 u 油珠上浮速度D 介電常數(shù)E 電位梯度 粘度 38 3 乳化油去除方法 1 氣浮法氣浮法在氣浮的章節(jié)中講2 粗?；ǜ骄鄯?使污水流經(jīng)濾床 乳化油被粘附在濾料表面 并逐漸形成大油珠上浮 粗粒化法材料 以石英砂為例 石英砂在銳角處 分子間力較強(qiáng) 先吸附小油珠 小油珠持續(xù)吸附 逐漸形成一層油膜 布滿石英砂表面 形成大油珠上浮 39 油珠附聚力計(jì)算 根據(jù)動(dòng)力學(xué)公式 油珠附聚力F大小計(jì)算如下 設(shè)污水為1 油珠為2 石英砂為3 當(dāng)油珠包圍石英砂時(shí) r3 r2 23 0 13 21水和砂的表面張力被水和油的表面張力代替了 分析 1 油珠直徑越大r2 油水表面張力越大 附聚力越大F 越容易附聚 2 提高水中含鹽量 壓縮電位 使表面力增大 有利附聚 3 由于油珠普遍帶負(fù)電 油珠進(jìn)一步穩(wěn)定 不利附聚 4 表面活性物增多 油珠由疏水轉(zhuǎn)變親水 不利附聚 40 第四節(jié)過濾 過濾是使污水通過濾料組成的多孔介質(zhì) 以截留水中的懸浮物質(zhì) 達(dá)到處理的目的 41 一 濾網(wǎng) 濾網(wǎng) 污水中含有的細(xì)小懸浮物 不能用格柵去除 也難用沉淀方法去除 可采用小孔眼的濾網(wǎng)截留 回收 篩網(wǎng)通常用金屬絲或化學(xué)纖維編制而成 其形式有轉(zhuǎn)鼓式 轉(zhuǎn)盤式 振動(dòng)式 轉(zhuǎn)簾帶式和固定式傾斜篩多種 篩孔尺寸