第1講化工廢水的物化處理方法(上)

2023/2/21主講：董慶華高級工程師電話Q：2822480267

郵箱：yctudqh@化工廢水處理方法第一講2023/2/22化工廢水的物化處理方法廢水處理的目的

利用物理的、化學(xué)的和生物學(xué)的一種或多種方法的聯(lián)合，來去除廢水中的各種有害物質(zhì)，使水質(zhì)達到自然界自凈能力的承受水平，恢復(fù)其作為自然資源的屬性，防止環(huán)境污染，使水能夠重新利用，實現(xiàn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。2023/2/23化工企業(yè)廢水預(yù)處理的目的使企業(yè)所排廢水能夠滿足園區(qū)污水處理廠的進水水質(zhì)要求，保證園區(qū)污水處理廠的正常運行，實現(xiàn)園區(qū)污水處理廠的達標排放。

一是將廢水中對微生物有抑制有毒害、有抑制作用的物質(zhì)盡可能地消減和去除或轉(zhuǎn)化為對微生物無害或有利的物質(zhì)，以保證園區(qū)污水處理廠生化池中的微生物能正常運行；二是削減COD負荷，以減輕園區(qū)污水處理廠生化處理的運行負擔(dān)。2023/2/24企業(yè)廢水處理廠的地位企業(yè)的國防部企業(yè)老板的氧氣企業(yè)員工的廚房2023/2/25一、重力分離法重力分離法是利用水和被分離物質(zhì)的密度差（即重力場中的重度差），使廢水中的懸浮顆粒物與水分離，去除懸浮顆粒物而使廢水凈化的方法。當(dāng)懸浮顆粒物的密度大于水的密度時，在重力作用下，懸浮顆粒物沉降（沉淀）形成沉淀物，一般稱為污泥；當(dāng)懸浮顆粒物的密度小于水的密度時，懸浮顆粒物上浮到水面形成浮渣（或浮油）。2023/2/262023/2/27重力分離沉降上浮沉淀池氣浮池隔油池平流沉淀池輻流沉淀池豎流沉淀池布氣氣浮電解氣浮溶氣氣浮射流氣浮曝氣氣浮葉輪氣浮加壓溶氣氣浮溶氣真空氣浮普通沉淀池斜板(管)沉淀池2023/2/28（一）沉淀池

沉淀池由進水區(qū)、沉淀區(qū)、出水區(qū)和污泥區(qū)四部分組成。

沉淀池設(shè)計、施工的難點：①進水，讓水均勻進入沉淀區(qū)，這是保證沉淀效果的首要條件；②排水，讓水均勻排出，不使沉淀池形成偏流，這是保證沉淀效果最大化的必要條件；③排泥，流暢排泥，不堵塞管道，不翻泥。1、平流沉淀池2023/2/29自來水廠平流沉淀池2023/2/210構(gòu)造：池體平面為矩形，進、出口分設(shè)在池長的兩端。池的長寬比不小于4，長深比采用8～12，有效水深一般不超過3m。優(yōu)點：處理水量大小不限，沉淀效果好；對水量和溫度變化的適應(yīng)能力強；平面布置緊湊，施工方便，造價低。缺點：進、出口配水不易均勻；多斗排泥時，每個斗均需設(shè)置排泥管（閥），手動操作，工作繁雜，采用機械刮泥時容易銹蝕。適用范圍：適用于地下水位高、地質(zhì)條件較差的地區(qū)，大、中、小型污水處理工程均可采用。2023/2/2111、進水區(qū)

進水區(qū)的作用是使水流均勻分布在整個斷面上，盡可能減少擾動。入口流速小于25mm/s。為了保證不沖刷已有的底部沉積物，水的流入點應(yīng)高出污泥層面0.5m以上。水流入沉淀池后應(yīng)盡快消能，防止在池內(nèi)形成短流或股流。設(shè)置整流裝置。2023/2/212

沉淀池進口整流多采用穿孔槽外加擋板（或穿孔墻）的方法，沉淀池進水口布置形式如圖示：

2023/2/2132．沉淀區(qū)

要降低沉淀池中水流的紊流性指標Re數(shù)（Re=vR/μ）和提高水流的Fr數(shù)（Fr＝v2/Rg），必須設(shè)法減少水力半徑R，采用導(dǎo)流墻，對平流式沉淀池進行縱向分格等，均可減小水力半徑，改善水流條件。2023/2/214沉淀區(qū)的高度（有效水深H）與其前后有關(guān)處理構(gòu)筑物的高程布置有關(guān)，一般約3～4m。沉淀區(qū)的長、寬、深之間相互關(guān)聯(lián)，應(yīng)綜合考慮，還應(yīng)核算表面負荷。

一般，L/B≥4，L/H≥10，每格寬度3～8m，不宜大于15m。2023/2/2153．出水區(qū)

沉淀后出水應(yīng)盡量在出水區(qū)均勻流出。沉淀池常見出水口布置形式。

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出流堰是沉淀效果好壞的重要條件，它不僅控制池內(nèi)水面的高程，而且對池內(nèi)水流的均勻分布影響極大。

應(yīng)防止池內(nèi)水流產(chǎn)生偏流現(xiàn)象。盡可能減少單位堰長的過流量，因此堰的施工必須精心，盡量做的水平。2023/2/2174．污泥區(qū)（積泥區(qū)和排泥區(qū)）

及時排出沉于池底的污泥是使沉淀池工作正常，保證出水水質(zhì)的一項重要措施。沉淀池排泥方式有斗形底排泥、穿孔管排泥及機械排泥。目前基本都采用機械排泥，不需留存泥區(qū)，池底水平，略帶坡度以便放空。2023/2/218排泥方式：

（1）刮泥：設(shè)置刮泥機（車），池底設(shè)計坡度0.01-0.02。（2）污泥泵排泥；（3）靜水壓力排泥（靜水壓力1.5-2.0m水頭，排泥管徑不小于200mm）。（4）如設(shè)有多個泥斗時，則無需刮泥裝置，每個泥斗設(shè)獨立的排泥管及排泥閥。2023/2/2192023/2/2205、緩沖區(qū)污泥區(qū)和清水區(qū)之間應(yīng)有一個緩沖區(qū)，其深度可取0.3-0.5m，以減輕水流對存泥的攪動，也為存泥留有余地。2023/2/221影響平流式沉淀池沉淀效果的因素

1.沉淀池實際水流狀況對沉淀效果的影響

(1)進水的慣性作用；

(2)出水堰產(chǎn)生的水流抽吸；

(3)較冷或較重的進水產(chǎn)生的異重流；

(4)風(fēng)浪引起的短流；

(5)池內(nèi)存在的導(dǎo)流壁和刮泥設(shè)施等。

2.凝聚作用的影響。由于實際沉淀池的沉淀時間和水深所產(chǎn)生的絮凝過程均影響了沉淀效果，實際沉淀池也就偏離了理想沉淀池的假定條件。2、輻流式沉淀池2023/2/222建湖城東污水處理廠輻流沉淀池2023/2/223構(gòu)造：輻流式沉淀池，池體平面圓形為多，也有方形的。直徑（或邊長）6～60m，最大可達100m，池周水深1.5～3.0m，池底坡度不宜小于0.05。優(yōu)點：采用機械排泥，運行較好，設(shè)備較簡單，排泥設(shè)備已有定型產(chǎn)品，沉淀性效果好，日處理量大，對水體攪動小，有利于懸浮物的去除。缺點：池水水流速度不穩(wěn)定，受進水影響較大；底部刮泥、排泥設(shè)備復(fù)雜，對施工單位的要求高，占地面積較其他沉淀池大。適用范圍：適用于地下水位較高的地區(qū)，適用于大、中型污水處理廠。

廢水自池中心進水管進入池，沿半徑方向向池周緩緩流動。懸浮物在流動中沉降，并沿池底坡度進入污泥斗，澄清水從池周溢流出水渠。輻流式沉淀池多采用回轉(zhuǎn)式刮泥機收集污泥，刮泥機刮板將沉至池底的污泥刮至池中心的污泥斗，再借重力或污泥泵排走。2023/2/224進水出水排泥2023/2/225中心進水周邊進水進水方式2023/2/226

排泥方式：輻流式沉淀池大多數(shù)采用機械刮泥，將污泥收集到中心泥斗，通過靜壓力或污泥泵排出，刮泥機一般每小時轉(zhuǎn)2-4周。3、斜板（管）沉淀池2023/2/227斜管沉淀池2023/2/228斜板沉淀池斜板（管）沉淀池是一種在沉淀池沉淀區(qū)內(nèi)裝有許多間距較小的平行的傾斜薄板（管）的沉淀池，是根據(jù)淺池理論發(fā)展而來的。1904年Hazen提出淺池理論，1945年Camp認為池淺為好，1955年多層沉淀池產(chǎn)生，1959年日本開始應(yīng)用，1972年中國漢陽正式應(yīng)用。優(yōu)點：水力條件好，處理效率高，停留時間短，占地面積小，處理能力比一般沉淀池高出7～10倍。缺點：易產(chǎn)生泛泥現(xiàn)象，耐沖擊負荷能力較差，容易積累淤泥，需用高壓水周期沖洗，斜板或斜管上部會大量滋長藻類。2023/2/2292023/2/230進水區(qū)分離區(qū)出水區(qū)污泥區(qū)緩沖區(qū)清水區(qū)2023/2/231結(jié)構(gòu)特點：

（1）斜板（管）傾角多采用60o，斜板（管）長一般在1.0-1.2m左右，板間距一般不小于50mm。斜管管徑25-35mm。（2）斜板材料：大多采用聚氯乙烯平板或波紋板；斜管多為塑料片、波形石棉板、波形玻璃鋼板粘合而成的蜂窩狀管，斷面有正六邊形、圓形、橢圓形等，常制成組裝件，便于安裝。2023/2/232

（3）斜板沉淀池的結(jié)構(gòu)形式：包括：異向流、同向流及橫向流。（側(cè)向流）（逆向流）2023/2/233

（4）進水方式：大多采用異向流。（5）斜板（管）上部清水區(qū)為0.7-1.0m，斜板（管）下部為配水區(qū)大于1.5m（目的：布水均勻），布水區(qū)下部為污泥區(qū)。（6）出水方式：采用穿孔集水管集水。（7）排泥方式：采用多斗排泥。4、混凝沉淀池2023/2/234廢水混凝劑混合反應(yīng)沉降（澄清）出水污泥混合目的是使混凝劑盡快與水混合，需要短時間高強度攪拌。反應(yīng)階段的目的是使藥劑與水中的細小顆?；蚰z體物質(zhì)作用生成盡可能大的絮體，為沉降分離創(chuàng)造條件，需要低強度長時間攪拌。許多因素影響反應(yīng)過程。澄清的目的是使所生成的絮體與水分離，完成凈化過程常用混凝劑2023/2/2351）聚合氯化鋁(poly-aluminumchloride,PAC)一種高分子混凝劑，其化學(xué)式可寫為[Al2(OH)nCl6-n]m，式中n可取1到5中間的任何整數(shù)，m為10的整數(shù)。這個化學(xué)式實際是指m個Al2(OH)nCl6-n單體的聚合物。聚合氯化鋁中OH與Al的比值對混凝效果有很大關(guān)系，一般可用堿化度B表示：B=[0H]×100％/3[Al]，例如n＝4時，堿化度B=[4/（3×2）]×100％=66.7％。一般要求B為40％－60％。2023/2/236聚合氯化鋁優(yōu)點：應(yīng)用范圍廣，對各種廢水都可以獲得較好的混凝效果。易快速形成大的礬花，沉降性能好，投藥量一般比硫酸鋁低，過量投加時也不會象硫酸鋁那樣造成水渾濁。適宜的pH值范圍較寬(在5－9間)，且處理后水的pH值和堿度下降較小。水溫低時，仍可保持穩(wěn)定的混凝效果。其堿化度比其它鋁鹽、鐵鹽為高，因此藥液對設(shè)備的侵蝕作用小。2023/2/2372）聚合硫酸鐵(poly-ferricsulfate,PFS)化學(xué)式為[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m優(yōu)點：投加劑量小，絮體生成快，對水質(zhì)的適應(yīng)范圍廣以及水解時消耗水中堿度少。它與聚合鋁鹽都是具有一定堿化度的無機高分子聚合物，且作用機理也頗為相似。2023/2/238鋁鹽和鐵鹽作為混凝劑的作用：Al3+或Fe3+和低聚合度高電荷的多核羥基配合物的脫穩(wěn)凝聚作用、高聚合度羥基配合物的橋連絮凝作用以及氫氧化物溶膠形式存在時的網(wǎng)捕絮凝作用。一般情況下，在pH偏低、膠體及懸浮微粒濃度高、投藥量尚不足的反應(yīng)初期，以脫穩(wěn)凝聚作用為主；在pH較高、污染物濃度較低、投藥量充分時，以網(wǎng)捕絮凝作用為主；而在pH和投藥量適中時，橋連絮凝則成為主要的作用形式。2023/2/2393）聚丙烯酰胺(polyacrylamides,PAM)分子式產(chǎn)量占高分子混凝劑總產(chǎn)量的80％按性狀，聚丙烯酰胺產(chǎn)品有膠狀(含量5％－10％)、片狀(含量20％－30％)和粉狀(含量90％－95％)三種。其聚合度可達2×104－9×104。相應(yīng)的相對分子質(zhì)量高達1.5×106－6.0×106。聚丙烯酰胺也常作為助凝劑與其他混凝劑一起使用，可產(chǎn)生較好的混凝效果。聚丙烯酰胺的投加次序與廢水水質(zhì)有關(guān)。2023/2/240當(dāng)廢水濁度低時，宜先投加其他混凝劑，再投加聚丙烯酰胺，使膠體顆粒先脫穩(wěn)到一定程度，為聚丙烯酰胺的絮凝作用創(chuàng)造有利條件；當(dāng)廢水濁度高時，應(yīng)先投加聚丙烯酰胺，再投加其它混凝劑，以讓聚丙烯酰胺先在高濁度水中充分發(fā)揮作用，吸附部分膠粒，使?jié)岫认陆?，其余膠粒由其它混凝劑脫穩(wěn)，再由聚丙烯酰胺吸附，這樣可以降低其它絮凝劑的用量。2023/2/241（1）投藥方法及設(shè)備投藥方法有干投法和濕投法。干投法是把經(jīng)過破碎易于溶解的藥劑直接投入廢水中。干投法占地面積小，但對藥劑的粒度要求較嚴，投加量較難控制，對機械設(shè)備的要求較高，同時勞動條件也較差。目前應(yīng)用的較少。濕投法是將混凝劑和助凝劑配成一定濃度的溶液，然后按處理水量大小定量添加?；炷齽┑臐穹ㄍ都影ㄋ巹┑呐渲啤⑺巹┑挠嬃亢退巹┑耐都尤齻€過程。2023/2/2422023/2/243（2）

混合設(shè)備廢水與混凝劑和助凝劑進行充分混合，是進行反應(yīng)和混凝沉淀的前提。對混合要求是速度快，一般有兩種混合型式：

a.借水泵的吸水管或壓水管混合（泵前加藥）；b.混合槽混合?；旌喜刍旌铣Ｓ玫挠袡C械混合槽，分流隔板式混合槽，多孔隔板式混合槽。2023/2/244電機功率0.75kW/m3，流速1.5m/s，混合時間＜2min2023/2/245（3）反應(yīng)設(shè)備水與藥劑混合后進入反應(yīng)池進行反應(yīng)。反應(yīng)池內(nèi)水流特點是流速由大到小。在較大的反應(yīng)流速時，使水中的膠體顆粒發(fā)生碰撞吸附，在較小的反應(yīng)流速時，使碰撞吸附后的顆粒結(jié)成更大的礬花。反應(yīng)設(shè)備主要的設(shè)計參數(shù)為攪拌強度和攪拌時間。2023/2/2462023/2/2472023/2/2482023/2/249影響混凝的因素A.廢水水質(zhì)的影響（1）濁度濁度過高或過低都不利于混凝，濁度不同，所需的混凝劑用量也不同。（2）pH值在混凝過程中，都有一個相對最佳pH值存在，使混凝反應(yīng)速度最快，絮體溶解度最小。不同混凝劑最佳pH值要通過試驗確定。2023/2/250（3）水溫水溫會影響無機鹽類的水解，水溫低，水解反應(yīng)慢。另外水溫低，水的粘度增大，布朗運動減弱，混凝效果下降。（4）共存雜質(zhì)有些雜質(zhì)的存在能促進混凝過程。而有些物質(zhì)則不利于混凝的進行。2023/2/251B.混凝劑（1）混凝劑種類混凝劑的選擇主要取決于膠體和細微懸浮物的性質(zhì)、濃度。如水中污染物主要呈膠體狀態(tài)，且電位較高，則應(yīng)先投加無機混凝劑使其脫穩(wěn)凝聚，如絮體細小，還需投加高分子混凝劑或配合使用活性硅酸等助凝劑。很多情況下，將無機混凝劑與高分子混凝劑并用，可明顯提高混凝效果，擴大應(yīng)用范圍。2023/2/252（2）混凝劑投加量投加量除與水中微粒種類、性質(zhì)、濃度有關(guān)外，還與混凝劑品種、投加方式及介質(zhì)條件有關(guān)。對任何廢水的混凝處理，都存在最佳混凝劑和最佳投藥量的問題，應(yīng)通過試驗確定。（3）混凝劑投加順序當(dāng)使用多種混凝劑時，其最佳投加順序可通過試驗來確定。一般而言，當(dāng)無機混凝劑與有機混凝劑并用時，先投加無機混凝劑，再投加有機混凝劑。但當(dāng)處理的膠粒在50m以上時，常先投加有機混凝劑吸附架橋，再加無機混凝劑壓縮擴散層而使膠體脫穩(wěn)。2023/2/253C.水力條件的影響水力條件對混凝效果有重要影響。兩個主要的控制指標是攪拌強度和攪拌時間?；旌想A段：要求混凝劑與廢水迅速均勻混合，為此要求速度梯度G在500–1000s－1，攪拌時間t應(yīng)在10–30s。反應(yīng)階段：既要創(chuàng)造足夠的碰撞機會和良好的吸附條件讓絮體有足夠的成長機會，又要防止生成的小絮體被打碎，因此攪拌強度要逐漸減小，而反應(yīng)時間要長，相應(yīng)速度梯度G和攪拌時間t值分別應(yīng)在20－70s－1和15－30min。

（二）溶氣氣浮裝置由壓力溶氣系統(tǒng)、溶氣釋放系統(tǒng)、氣浮池三部分構(gòu)成。

溶氣氣浮裝置設(shè)計、施工難點：①溶氣，采用何種結(jié)構(gòu)溶氣罐、回流比，配置體積加壓泵、空氣供給設(shè)備，確保溶氣效果好，不堵塞；②溶氣釋放，選擇何種型號、規(guī)格、材質(zhì)、數(shù)量的釋放器，使溶入水中的空氣以微氣泡形式釋放出來，且均勻分布；③刮渣，選用何種型號、規(guī)格、材質(zhì)的刮渣機，能及時、有效清除上浮渣，確保出水效果。2023/2/2542023/2/2551、加壓溶氣氣浮氣浮法是利用高度分散的微小氣泡作為載體去粘附廢水中的懸浮物，使其隨氣泡浮升到水面而加以分離去除的一種水處理方法。氣浮分離的對象是乳化油以及疏水性細微固體懸浮物，如細沙、纖維、藻類以及乳化油滴等?？諝饧訅喝苋胨羞_到飽和，溶氣水流減壓進入氣浮池時即釋出微氣泡，稱加壓溶氣法。2023/2/2562023/2/257實現(xiàn)氣浮分離的三個條件：1、必須使待分離的污染物形成不溶性的固體或液體懸浮體；2、必須使氣泡能夠與懸浮粒子相粘附；3、必須在水中產(chǎn)生足夠數(shù)量的細微氣泡。2023/2/258溶氣氣浮工作原理由空氣壓縮機送到空氣罐中的空氣通過射流裝置被帶入溶氣罐，在0.35Mpa壓力下被強制溶解在水中，形成溶