Chapter4-水體污染防治與化工廢水處理

化工環(huán)境保護(hù)概論Chapter4水體污染防治與化工廢水處理主編：楊永杰課件制作：涂鄭禹、柳琦化學(xué)工業(yè)出版社目錄環(huán)境污染及生態(tài)平衡大氣污染防治及化工廢氣治理水體污染防治與化工廢水處理固體廢物與化工廢渣處置環(huán)境保護(hù)措施與化工可持續(xù)開(kāi)展目錄噪聲控制及其他化工污染防治總論§4水體污染防治與化工廢水處理認(rèn)識(shí)水體污染一、水體污染物的來(lái)源定義：水污染是指水資源在使用過(guò)程中由于喪失了使用價(jià)值而被廢棄排放，并以各種形式使受納水體受到影響的現(xiàn)象。

主要指城市居民聚集地區(qū)所產(chǎn)生的生活污水

電器制造廢水輕工廢水電鍍工業(yè)廢水冶金工業(yè)廢水采礦廢水含熱廢水生活污染源01農(nóng)業(yè)污染源02工業(yè)污染源農(nóng)業(yè)污染源包括農(nóng)業(yè)牲畜糞便、污水、污物、農(nóng)藥、化肥、用于灌溉的城市污水、工業(yè)污水等。

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把向水體排放或釋放污染物的來(lái)源和場(chǎng)所稱為水體的污染源，根據(jù)來(lái)源不同分類，可以分為三類：

二、水體污染物的分類及其危害無(wú)機(jī)無(wú)毒污染物

有機(jī)無(wú)毒污染物

無(wú)機(jī)有毒污染物

有機(jī)有毒污染物

懸浮狀污染物酸、堿、無(wú)機(jī)鹽類污染物氮、磷等植物營(yíng)養(yǎng)物

主要指碳水化合物、蛋白質(zhì)、油脂、氨基酸等非重金屬的無(wú)機(jī)毒性物質(zhì)：氰化物(CN－)、砷(As)重金屬毒性物質(zhì)有機(jī)氯化合物：多氯聯(lián)苯(PCB)和有機(jī)氯農(nóng)藥多環(huán)有機(jī)化合物：酚類，芳香烴類物質(zhì)水體中的污染物大致分類如下：

三、水體污染的水質(zhì)指標(biāo)水體污染主要表現(xiàn)為水質(zhì)在物理、化學(xué)、生物學(xué)等方面的變化特征。所謂水質(zhì)指標(biāo)就是指水中雜質(zhì)具體衡量的尺度。水質(zhì)指標(biāo)的類型及含義如下：

色度水的感官性狀指標(biāo)之一。當(dāng)水中存在著某種物質(zhì)時(shí)，可使水著色，表現(xiàn)出一定的顏色，即色度。規(guī)定1mg/L以氯鉑酸離子形式存在的鉑所產(chǎn)生的顏色，稱為1度。色度儀

濁度表示水因含懸浮物而呈渾濁狀態(tài)，即對(duì)光線透過(guò)時(shí)所發(fā)生阻礙的程度。水的濁度大小不僅與顆粒的數(shù)量和性狀有關(guān)，而且同光散射性有關(guān)，我國(guó)采用1L蒸餾水中含lmg二氧化硅為一個(gè)濁度單位，即1度。濁度儀

硬度水的硬度是由水中的鈣鹽和鎂鹽形成的。硬度分為暫時(shí)硬度(碳酸鹽)和永久硬度(非碳酸鹽)，兩者之和稱為總硬度。水中的硬度以“度”表示，lL水中的鈣和鎂鹽的含量相當(dāng)于lmg/L的CaO時(shí)，叫做l度。

溶解氧溶解在水中的分子態(tài)氧，叫溶解氧。20℃時(shí)，0．1MPa下，飽和溶解氧含量為9×10-6。它來(lái)自大氣和水中化學(xué)、生物化學(xué)反應(yīng)生成的分子態(tài)氧。溶解氧測(cè)定儀

化學(xué)需氧量是在一定的條件下，采用一定的強(qiáng)氧化劑處理水樣時(shí)，所消耗的氧化劑量。它是表示水中還原性物質(zhì)多少的一個(gè)指標(biāo)，以mg/L表示。目前應(yīng)用最普遍的是酸性高錳酸鉀氧化法與重鉻酸鉀氧化法，但兩種氧化劑都不能氧化穩(wěn)定的苯等有機(jī)化合物。它是水質(zhì)污染程度的重要指標(biāo)，COD的的數(shù)值越大表明水體的污染情況越嚴(yán)重。

化學(xué)需氧量測(cè)定儀

生化需氧量在好氧條件下，微生物分解水中有機(jī)物質(zhì)的生物化學(xué)過(guò)程中所需要的氧量。目前，國(guó)內(nèi)外普遍采用在20℃下，五晝夜的生化耗氧量作為指標(biāo)，即用BOD5表示。單位以mg/L表示。生化需氧量測(cè)定儀

總有機(jī)碳水體中所含有機(jī)物的全部有機(jī)碳的數(shù)量。其測(cè)定方法是將所有有機(jī)物全部氧化成CO2和H2O，然后測(cè)定所生成的CO2量?？傆袡C(jī)碳測(cè)定儀

總需氧量氧化水體中總的碳、氫、氮和硫等元素所需之氧量。測(cè)定全部氧化所生成的CO2、H2O、NO和SO2等的總需氧量。

殘?jiān)蛻腋∥镌谝欢囟认?，將水樣蒸干后所留物質(zhì)稱為殘?jiān)?。它包括過(guò)濾性殘?jiān)?水中溶解物)和非過(guò)濾性物質(zhì)(沉降物和懸浮物)兩大類。懸浮物就是非過(guò)濾性殘?jiān)?/p>

電導(dǎo)率是截面lcm2，高度為1cm的水柱所具有的電導(dǎo)。它隨水中溶解鹽的增加而增大。電導(dǎo)率的單位為s／cm。電導(dǎo)率儀

PH指水溶液中，氫離子(H＋)濃度的負(fù)對(duì)數(shù)，即：pH＝－1g[H＋]，為了便于書(shū)寫(xiě)，如pH＝7，實(shí)際上是，n(H+)=0.000000l=10—7mol/L，pH的范圍從0到14。pH等于7時(shí)表示中性，小于7時(shí)表示酸性,大于7時(shí)，則為堿性。PH計(jì)四、化工廢水的來(lái)源與特點(diǎn)化工廢水分類主要來(lái)自根本有機(jī)原料、合成材料〔如合成塑料、合成橡膠、合成纖維〕、農(nóng)藥、染料等行業(yè)排出的廢水如氯堿、感光材料、涂料等行業(yè)

如無(wú)機(jī)鹽、氮肥、磷肥、硫酸、硝酸及純堿等行業(yè)排出的廢水

含有機(jī)物的廢水含有機(jī)、無(wú)機(jī)物的廢水含無(wú)機(jī)物的廢水化工廢水的主要來(lái)源

化工生產(chǎn)的原料和產(chǎn)品在生產(chǎn)、包裝、運(yùn)輸、堆放的過(guò)程中因一部分物料流失又經(jīng)雨水或用水沖刷而形成的廢水

化學(xué)反應(yīng)不完全而產(chǎn)生的廢料。如殘余濃度低且成分不純的物料常常以廢水的形式排放出來(lái)化學(xué)反應(yīng)中副反應(yīng)過(guò)程生成的廢水

冷卻水，若采用冷卻水與反應(yīng)物料直接接觸的直接冷卻方式，則不可避免地排出含有物料的廢水

地面和設(shè)備沖洗水和雨水，因常夾帶某些污染物最終形成廢水

化工廢水的特點(diǎn)廢水排放量大污染物種類多污染物毒性大、不易生物降解廢水中含有有害污染物較多化工廢水的水量和水質(zhì)視其原料路線、生產(chǎn)工藝方法及生產(chǎn)規(guī)模不同而有很大差異污染范圍廣

物理法化學(xué)法生物處理法物理化學(xué)法一、物理法定義：通過(guò)物理作用和機(jī)械力別離或回收廢水中不溶解懸浮污染物質(zhì)(包括油膜和油珠)，并在處理過(guò)程中不改變其化學(xué)性質(zhì)的方法稱為物理處理法。1.均衡與調(diào)節(jié)設(shè)備-----調(diào)節(jié)池長(zhǎng)方形調(diào)節(jié)池：特點(diǎn)-----在池內(nèi)設(shè)有假設(shè)干折流隔墻，使廢水在池內(nèi)來(lái)回折流。折流式調(diào)節(jié)池：優(yōu)點(diǎn)-----調(diào)節(jié)池容積大小可視廢水的濃度、流量變化、要求的調(diào)節(jié)程度及廢水處理設(shè)備的處理能力來(lái)確定，做到既經(jīng)濟(jì)又滿足廢水處理系統(tǒng)的要求。2.沉淀定義：沉淀是利用廢水中懸浮物密度比水大，可借助重力作用下沉的原理而到達(dá)液固別離目的的一種處理方法。分類：沉淀根據(jù)廢水中懸浮物的沉淀現(xiàn)象可分四種類型：自由沉淀、絮凝沉淀、擁擠沉淀和壓縮沉淀。設(shè)備-----沉淀池普通沉淀池斜板斜管沉淀池

平流式豎流式輻射式

優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單、沉淀效果好、性能穩(wěn)定。缺點(diǎn)是排泥困難、占地面積大。3.篩除與過(guò)濾定義：利用過(guò)濾介質(zhì)截留廢水中的懸浮物，也叫篩濾截留法。篩濾截留法的實(shí)質(zhì)----讓廢水通過(guò)一層帶孔眼的過(guò)濾裝置或介質(zhì)，尺寸大于孔眼尺寸的懸浮顆粒那么被截留。過(guò)濾介質(zhì)----鋼條、篩網(wǎng)、濾布、石英砂、無(wú)煙煤、合成纖維、微孔管等。常用的過(guò)濾設(shè)備----格柵、柵網(wǎng)、微濾機(jī)、砂濾器、真空濾機(jī)、壓濾機(jī)等(后兩種濾機(jī)多用于污泥脫水)。4.隔油定義：隔油主要用于對(duì)廢水中可浮油的處理，它是利用水中油品與水密度的差異與水別離并加以去除的過(guò)程。設(shè)備----隔油池平流式隔油池斜流式隔油池優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，運(yùn)行管理方便，除油效果穩(wěn)定。缺點(diǎn)：是體積大、占地面積大、處理能力低、排泥難，出水中仍含有乳化油和吸附在懸浮物上的油分，一般很難達(dá)到排放要求。

特點(diǎn)：該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小，易管理，能除去水中粒徑為15μm以上的油粒。5.離心分離定義----廢水中的懸浮物借助離心設(shè)備的高速旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下與水別離的過(guò)程叫離心別離。原理----含懸浮物的廢水在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于懸浮顆粒和廢水的質(zhì)量不同，所受到的離心力大小不同，質(zhì)量大的被甩到外圈，質(zhì)量小的那么留在內(nèi)圈，通過(guò)不同的出口將它們分別引導(dǎo)出來(lái)，從而使懸浮物與水別離。設(shè)備水力旋流器高速離心機(jī)

重力式壓力式

優(yōu)點(diǎn)----體積小，單位容積的處理能力高，構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便，易于安裝維護(hù)。缺點(diǎn)----水泵和設(shè)備易磨損，所以設(shè)備費(fèi)用高，耗電較多。一般只用在小批量的、有特殊要求的廢水處理。二、化學(xué)法定義：化學(xué)法(或化學(xué)處理法)是利用化學(xué)作用處理廢水中的溶解物質(zhì)或膠體物質(zhì)，可用來(lái)去除廢水中的金屬離子、細(xì)小的膠體有機(jī)物、無(wú)機(jī)物、植物營(yíng)養(yǎng)素(氮、磷)、乳化油、色度、臭味、酸、堿等，對(duì)于廢水的深度處理也有著重要作用。氧化還原法1234中和法混凝法電化學(xué)法1.中和法中和就是酸堿相互作用生成鹽和水，也即pH調(diào)整或稱為酸堿度調(diào)整。

酸、堿廢水的中和方法有：酸、堿廢水互相中和:以廢治廢、既簡(jiǎn)便又經(jīng)濟(jì)；投藥中和:可以處理任何濃度、任何性質(zhì)的酸堿廢水;過(guò)濾中和：可以進(jìn)行廢水的pH調(diào)整。

定義：混凝法是廢水處理中一種經(jīng)常采用的方法，它處理的對(duì)象是廢水中利用自然沉淀法難以沉淀除去的細(xì)小懸浮物及膠體微粒，可以用來(lái)降低廢水的濁度和色度，去除多種高分子有機(jī)物、某些重金屬和放射性物質(zhì)；此外，混凝法還能改善污泥的脫水性能。----優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，操作易于掌握，處理效果好，間歇或連續(xù)運(yùn)行均可以；----缺點(diǎn)：運(yùn)行費(fèi)用高，沉渣量大，且脫水較困難；2.混凝法混凝原理雙電層作用原理------這一原理主要考慮低分子電解質(zhì)對(duì)膠體微粒產(chǎn)生中和作用，以引起膠體微粒凝聚?；瘜W(xué)架橋作用原理------當(dāng)廢水中參加少量的高分子聚合物時(shí)，聚合物即被迅速吸附結(jié)合在膠體微粒外表上。開(kāi)始時(shí)，高聚物分子鏈節(jié)的一端吸附在一個(gè)微粒外表上，該分子未被吸附的一端就伸展到溶液中去，這些伸展的分子鏈節(jié)又會(huì)被其它的微粒所吸附，于是形成一個(gè)高分子鏈狀物同時(shí)吸附在兩個(gè)以上的膠體微粒外表的情況。各微粒依靠高分子的連接作用構(gòu)成某種聚集體，結(jié)合為絮狀物這種作用稱為吸附架橋作用。由高分子架橋形成的聚集體中，各微粒并未到達(dá)直接接觸，而且也未到達(dá)電中和脫穩(wěn)狀態(tài)，因此，吸附架橋?qū)嵸|(zhì)上仍是一種聚合物過(guò)量狀態(tài)?；炷^(guò)程及投藥方法沉淀混合反應(yīng)投藥干法是把經(jīng)過(guò)破碎、易于溶解的藥劑直接投入廢水中。濕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投加。將藥劑迅速、均勻地投加到廢水中，以壓縮廢水中的膠體顆粒的雙電層，降低或消除膠粒的穩(wěn)定性，使廢水中膠體能互相聚集成較大的微粒促使失去穩(wěn)定的膠體粒子碰撞結(jié)合，成為可見(jiàn)的礬花絨?；炷恋硖幚砹鞒?.氧化還原法定義：通過(guò)藥劑與污染物的氧化復(fù)原反響，將廢水中有害的污染物轉(zhuǎn)化為無(wú)毒或低毒物質(zhì)的方法。廢水處理中最常采用的氧化劑是空氣、臭氧、二氧化氯〔ClO2〕、氯氣〔Cl2〕、高錳酸鉀〔KMnO4〕等。藥劑復(fù)原法在廢水處理中應(yīng)用較少，只限于某些廢水〔如含鉻廢水〕的處理，常用的復(fù)原劑有硫酸亞鐵〔FeSO4〕、亞硫酸鹽、氯化亞鐵〔FeCl2〕、鐵屑、鋅粉、硼氫化鈉等。三、物理化學(xué)法1.吸附法吸附過(guò)程原理：吸附是利用多孔固體吸附劑的外表活性，吸附廢水中的一種或多種污染物，到達(dá)廢水凈化的目的。根據(jù)固體外表吸附力的不同，吸附可分為以下三種類型：1物理吸附：吸附劑和吸附質(zhì)之間通過(guò)分子間力產(chǎn)生的吸附為物理吸附。它是可逆的。2化學(xué)吸附：吸附劑和吸附質(zhì)之間發(fā)生由化學(xué)鍵力引起的吸附為化學(xué)吸附。它是不可逆的。3離子交換吸附：是通常所指的離子交換。2.萃取法定義：利用與水不相溶解或極少溶解的特定溶劑同廢水充分混合接觸，使溶于廢水中的某些污染物質(zhì)重新進(jìn)行分配而轉(zhuǎn)入溶劑，然后將溶劑與除去污染物質(zhì)后的廢水別離，從而到達(dá)廢水凈化和回收有用物質(zhì)的目的。采用的溶劑稱為萃取劑，被萃取的物質(zhì)稱為溶質(zhì)，萃取后的萃取劑稱萃取液〔萃取相〕，殘液稱為萃余液〔萃余相〕。特點(diǎn)：萃取法具有處理水量大，設(shè)備簡(jiǎn)單，便于自動(dòng)控制，操作平安、快速、本錢(qián)低等優(yōu)點(diǎn)，因而該法具有廣闊的應(yīng)用前景。目前僅用于為數(shù)不多的幾種有機(jī)廢水和個(gè)別重金屬?gòu)U水的處理。萃取工藝設(shè)備萃取工藝包括混合、別離和回收三個(gè)主要工序。根據(jù)萃取劑與廢水的接觸方式不同，萃取操作有間歇式----工藝及計(jì)算與間歇吸附相同。連續(xù)式----設(shè)備常用的有填料塔、篩板塔、脈沖塔、轉(zhuǎn)盤(pán)塔和離心萃取機(jī)。①往復(fù)葉片式脈沖篩板塔②離心萃取機(jī)3.浮選法定義：利用高度分散的微小氣泡作為載體去粘附廢水中的污染物，使其密度小于水而上浮到水面，實(shí)現(xiàn)固液或液液別離的過(guò)程。根本原理：浮選法的根據(jù)是外表張力的作用原理。當(dāng)液體和空氣相接觸時(shí)，在接觸面上的液體分子與液體內(nèi)部液體分子的引力，使之趨向于被拉向液體的內(nèi)部，引起液體外表收縮至最小，使得液珠總是呈圓球形存在。4.其他方法超過(guò)濾法是利用半透膜對(duì)溶質(zhì)分子大小的選擇透過(guò)性而進(jìn)行的膜別離過(guò)程。超過(guò)濾法所需的壓力較低，一般為0.1～0.5MPa，而反滲透的操作壓力那么為2～10MPa。因化工廢水中含有各種各樣的溶質(zhì)物質(zhì)，所以只采用單一的超濾方法，不可能去除不同分子量的各類溶質(zhì)，一般多是與反滲透法聯(lián)合使用，或者與其他處理法聯(lián)合使用，多用于物料濃縮。四、生物處理法定義：廢水的生物處理法就是利用微生物新陳代謝功能，使廢水中呈溶解和膠體狀態(tài)的有機(jī)污染物被降解并轉(zhuǎn)化為無(wú)害的物質(zhì)，使廢水得以凈化。分類：生物處理法的工藝根據(jù)參與的微生物種類和供氧情況，分為好氧生物處理和厭氧生物處理。1、好氧生物處理活性污泥法

活性污泥是活性污泥中曝氣池的凈化主體，生物相較為齊全，具有很強(qiáng)的吸附和氧化分解有機(jī)物的能力。生物膜法是靠生物濾池實(shí)現(xiàn)的。普通生物濾池的工作原理是：廢水通過(guò)布水器均勻地分布在濾池外表，濾池中裝滿濾料，廢水沿濾料向下流動(dòng)，到池底進(jìn)入集水溝、排水渠并流出池外。在濾料外表覆蓋著一層粘膜，在粘膜上長(zhǎng)著各種各樣的微生物，這層膜被稱為生物膜。生物濾池的工作實(shí)質(zhì)，主要靠濾料外表的生物膜對(duì)廢水中有機(jī)物的吸附氧化作用。2、厭氧生物處理水解酸化階段

產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段

產(chǎn)甲烷階段

基本原理是指在無(wú)分子