环境工程导论 第8章 废水处理-王树众

西安交通大学热能工程系报告人：王树众Date:2005.11.第一节概念水处理：给水处理：为供生活或工业使用而对水进行的处理。废水处理：对使用过而废弃的水进行的处理。水处理内容：（1）对水中的杂质及污泥的处置。（2）满足用水要求，在水中添加新的成分改变水的性质：加氟防龋（qu）齿病，防蚀剂，阻垢剂。（3）改变水的物理性质：冷却，加温，加压。水处理方法分类：（1）根据水的化学性质是否改变:①分离处理：使污染物从水中分离。②转化处理：生化处理或化学处理，改变污染物的化学性质，使其分离或转化为无害。③稀释处理：稀释混合，降低污染物的浓度，无分离和化学性质改变。（2）根据处理过程中发生的变化。①物理处理：物理作用分离水中悬浮物－格栅，筛网，过滤，沉淀，浮上。②化学处理：化学反应处理水中溶解物和胶体－中和、化学沉淀、氧化还原。[化学物理方法]吸附、离子交换、膜技术③生物处理：微生物作用，去除水中胶体和溶解的有机物－活性污泥法、生物膜法、氧化塘。第二节物理处理法一．格栅和筛网[分离水中悬浮物，简单，易，效果良好]1．格栅（废水第一道设施）一组平行的金属栅条组成的框架，斜置在水通道上（废水通道上，或原水进口，取水口进口）。截留粗大悬浮场（＞20mm）。通常是废水处理流程的第一道设施。污物人工清除：劳动条件恶劣，强度大。污物机械清除：链条拉动齿耙转动。2．筛网金属条或化学纤维纺织成网，筛孔0.15~1.0mm。截留细碎悬浮物（＞1mm）。适用于纤维类和动植物残体碎屑。结构要求：即要易截留，又要便于卸料及清理筛面。类型：水力回转筛：废水→回转筛→固定筛→滤水槽→出水。固定式斜筛：废水→斜筛→滤水筛→出水。（造纸白水）图8-3水力回转筛结构示意图二．过滤1．概述定义：用具有孔隙的粒状滤料层（石英砂）截留水中的不溶污染杂质。（沉淀池后）目的：去除经生物絮凝和化学絮凝后不能沉降的颗粒和胶体物质；增加对SS、浊度、P、BOD、重金属、石棉、细菌、病毒以及其它一些污染物质的去除效果；去除悬浮物等干扰物质，减少消毒费用；克服生物和化学处理过程中水质的变化，保证连续操作，使出水水质稳定，提高处理厂的全面可靠性；保护后续装置。机理：（1）筛滤作用：使得滤料上粗下细，截留较大的固体污染物在顶层，形成污染物的薄膜，起主要的过滤作用，属于阻力截留或筛滤作用。（2）沉降作用：细小滤料，有大量沉降面积（1m3料有400m2），杂质在此面上沉淀。（3）吸附凝聚：滤料面积大，可以物理吸附（分子力、电场力）。滤料空隙小，增加胶体颗粒碰撞机会，促使凝聚。影响因素：（1）原水水质：小而密实的絮体易被截留，大而疏松的絮体难于被截留。（2）滤层构造：废水杂质多，应采用双层或混合滤料层。（3）工艺参数：滤速下降→水质上升。2．过滤过程：过滤、反洗交替进行（有图）（1）过滤：废水经过滤层变为清水，截留杂质。周期8~12h。使用τ↑，ΔP↑，滤层质量↓，水量G↓，水质变差。当出水不合格时，就要停止过滤，进行反洗。[过滤和反洗交替进行]（2）反洗：清水反洗，冲去污物。周期20~30min[从停止过滤到冲洗完毕，冲洗水约占滤池生产水量的1％~3％]。（3）底部有配水系统：过滤和反洗均经过，使滤水出水均匀和反洗水均匀通过滤层。3．滤层（如石英砂）满足：①机械强度。②化学稳定性，耐蚀，无害。③一定的颗粒级配[不同直径的颗粒所占的重量比例。越不均匀，含污能力越小；反洗时，易冲去细体]和孔隙率[孔隙所占体积除以总体积。孔隙率越高→粒径越粗→比表面积越小]（1）粒径与级配粒径：把滤料颗粒包围在内的一个假想球体直径。级配：滤料中各种粒径颗粒所占的重量比例。用不均匀系数K表示。（d80，d10反映滤料的粗细颗粒的尺寸）K80↑，粒径不均匀，粗细颗粒尺寸相差愈大，过滤时滤料层含污能力小[间隙易被堵死]；反洗时，易冲走细料[为了满足粗粒的膨胀要求，细料易被走]。一般控制。808010800dKd通过滤料重量％时的筛孔直径（较粗）通过滤料重量1％时的筛孔直径（较细）801.620K（2）空隙率和比表面积滤料比表面积：单位质量（或体积）滤料所具有的表面积。比表面积↓，粒径粗（3）滤层及承托层单层滤料：（石英）砂滤层。径：0.5~1.2mm。厚700mm。空隙所占体积空隙率＝总体积双层滤料：上层－无烟煤层，0.8~1.8mm，厚450mm；下层－砂滤层0.5~1.2mm，厚200~450mm。混合滤料：双层滤料下加一层钛矿石，0.25~0.5mm，厚75mm。承托层[垫层]：最下层，粒径较大的碎石（＞滤料粒径)。2~22mm。从上至下，由小到大，其垫层分四层铺设。作用：过滤时防止滤料进入配水系统，反洗不发生位移，均匀布水。三．沉淀和浮上沉淀――悬浮物依靠重力作用在水中沉降分离。ρρ水浮上――悬浮物依靠浮力作用在水中上浮分离。ρρ水沉淀（1）方法及类型用于去除粒径20~100μm以上的可沉固体颗粒。对于纳米级（nm[10-9m]）的胶体和细微悬浮物，由于热运动、水合作用、静电力的存在，会长期处于悬浮状态，必须投加混凝剂，聚成絮凝物，才能沉降或上浮。一般用于给水处理。[明矾（铝盐）→水解形成含铝阳离子→与负电荷胶粒形成絮状体→下沉可捕捉其它悬浮物]类型：①自由沉淀：颗粒在重力作用下沉降。离散状态，形状、尺寸不变，速度不受干扰（砂石）②絮凝沉淀：沉降中碰撞而聚成较大絮体。尺寸、质量不断增加，下沉速度上升（如经絮凝的泥土）③拥挤沉淀：颗粒彼此干扰，在清水与混水间有明显交界面。（如高浊度水、活性污泥等）④压缩沉淀：沉淀池底部，颗粒浓度高，互相接触支撑。在上层颗粒重量下，下层中的水不断被挤出，群体被压缩。（2）沉淀池根据水缓慢流动方向，分为（有图）:①平流式沉淀池（各种类型厂，效果好，面积大，简单，排泥难）废水水平流过沉淀池，悬浮物沉入池底，刮泥板把污泥刮入泥斗，用排泥管排出。参数与沉淀物性质有关。[一般Ws5mm/s[水平流速]，沉降时间1.5~2h（池长＞27~36m）,长宽比＞4]②竖流式沉淀池（中、小型厂，占地小，排泥方便，池深大，施工困难，受限制）水由中心管下口流入池中，缓慢上升。沉降速度＞上升速度，则颗粒沉降。③辐流式大型水处理厂，水由中心筒壁开孔和穿孔挡板沿径向向四周呈辐射状流向周边。流速不断减小（过水断面↑），颗粒沉降下来。④斜管（板）沉淀池。浅层沉降，水深H，由斜板分成n个H/n的沉降单元，则沉降深度从H减小到H/n。某颗粒原来从a沉降到b，加斜板后，在c点即完成沉降[沉降距离也变为L/n]。所以，当池长L↓→L/n，就可处理与原池相同的水量，且保证水质。斜板作用：ⅰ）增大沉淀面积。ⅱ）缩短沉淀时间，提高淀池处理能力。ⅲ）且小单元水力半径小，Re小，层流流动稳定，有利于沉降。图8-7斜板斜管沉淀池1-配水槽；2-穿孔墙；3-斜板或斜管；4-淹没孔口；5-集水槽；6-集泥斗；7-穿孔排泥管；8-阻流板2．浮上主要依靠浮力，使悬浮物上浮而分离。杂质的亲水性和密度有很大影响，据此以及由此产生的不同处理机理，又可分为：（1）自然浮上法：依靠水的浮力，使悬浮物自然上浮而分离。使ρ1000㎏/m3的强疏水性[不与水溶合]物质。主用于的可浮油的分离，称隔油。平流式隔油池：与平流式沉淀池相仿。废水水平流过隔油池，油上浮，固体杂质下沉，用链带式刮板上刮油，下刮泥。斜板式隔油池：45°倾角波纹板，水从上到下通过斜板，板间距30~40mm。同样处理能力，容积为平流式1/2~1/4。50~60dm图8-9倾斜板式隔油池图8-8平流式隔油池1-配水槽；2-进水孔；3-进水间；4-排渣间；5-排渣管；6-刮油刮泥机；7-集油管（2）气泡浮升法（又称气浮）原理：使水中产生细微气泡，使乳化油或弱亲水性物质粘附在气泡上一起浮升到水面加以清除。目的：清除靠沉淀和浮上难以去除的悬浮物。如：湖水：含藻类多，低温、低浊度。废水：乳化油（d=0.5～20μm），细煤粉（d=0.5～1mm），纸浆，纤维。产生气泡方法：①散气法：多孔的扩散板曝气和叶轮搅拌产生气泡。直径较大：d泡=1000μm。②溶气法：ⅰ）加压溶气：加压将气压入含水的溶气灌，气在压力下溶解饱和，然后减压送入气浮池中，细微气泡释放，d泡=100μmⅱ）射流溶气：用拉伐尔喷管。喉口处，W上升，P下降，形成真空区，空气吸入，充分混合。高速水流剪切空气成很多小气泡。（有图）d泡↓,去除颗粒越细，净化效率↑加压溶气气浮法用较多，有全部进水加压，部分进水加压（采用原水）部分回水加压（处理后水）应用普遍:净化水抽出10％~30％作为溶气用水，能耗低，不堵塞。气浮池也有平流式，竖流式。第三节生物处理法作用：去除废水中溶介的和胶体的可生化降解的有机物。–利用微生物（细菌）分解有机物的功能，人工繁殖微生物。–有机物为微生物的营养基质，通过新陈代谢，将一部分转化为微生物的细胞，另一部分转化为较稳定的化学物质（无机物，简单有机物）。分类：好氧生物处理法：依靠好氧菌和兼性菌的生化作用完成处理过程。厌氧生物处理法：依靠厌氧菌和兼性菌的生化作用完成处理过程。一．好氧生物处理好氧生物处理：依靠好氧菌和兼性厌氧菌的生化作用来完成处理过程的方法，该法需要有氧的供应。好氧生物处理：天然生物处理（生物塘、土地处理）[不讲];人工生物处理（活性污泥法、生物膜法）[讲]。1．活性污泥法（1）活性污泥：在含有机污染物的废水中不断通入空气，促使微生物繁殖，一定时间后，就会出现絮花状的泥粒，即活性污泥.它是有机物、微生物及其代谢产物所组成的聚集体。具有很强的分解有机物的能力。性能指标：对活性污泥的要求：易吸附有机物（污泥颗粒松散，表面积大）、良好的凝聚沉降性能，便于泥水分离。①污泥浓度（MLSS，MLVSS）MLSS：单位体积混合液所含悬浮固体的质量（MixedLiquidSuspendedSolid）（g/L）MLVSS：单位体积混合液所含挥发性悬浮固体的质量（MLSS.MixedliquidVolatileSuspendedSolid）应具有一定的MLSS＝2~3g/L，MLSS↑→微生物↑，所以，反映生化处理能力。MLVSS可以避免活性污泥中惰性物质影响[反映了污泥的活性]，一定的废水处理系统，MLVSS／MLSS有一定的比值，生活污水为0.7。②污泥沉降比[SV－Subside(Sludge)Value(Volume)]–SV：混合液沉淀30min后，沉淀污泥与混合液的体积比。反映曝气池正常运行时的污泥数量，控制运行操作。SV＝15~30%。③污泥体积指数[SVI－SludgeValueIndex]SVI[SI]:混合液沉淀30min后，1g干污泥所具有的体积（mL/g）。反映Sludge疏散程度和凝聚、沉降性能。SVI低：沉降好[因密度大]，但缺乏活性和吸附能力[致密，表面积小]。反之，沉降差，不易分离。SI＝50~150。环境因素的影响：①溶解氧是一个十分重要的因素，是活性污泥法高效运作的重要条件，只有O2存在，微生物才能进行同化合成或异化分解。一般要求[O2]＞2mg/L。②微生物代谢需要一定的营养质。BOD5表示碳源[因为生化过程中，有机物↑→BOD↑]，还要N、P。BOD5:N:P＝100:5:1。③PH＝6.5~9.0；水温＝20~30℃；要控制有毒物质在容许浓度下[重金属离子和一些非金属化生物等]。（2）处理方法：处理方法：向富含有机污染质和细菌的废水中通空气，促使微生物繁殖。形成活性污泥。依靠其凝聚、吸附、氧化分解等作用，去除有机物。可见，活性污泥法并非单单依靠好氧分解来净化污水。活性污泥的作用：[或净化过程]ⅰ）吸附作用：表面积大；微生物分泌糖类粘液，强吸附有机物，同时吸收和氧化有机物。ⅱ）分介代谢作用：对吸收和吸附的有机质进行分介代谢，转变为无机物和新细胞。无机质沉淀，废水净化。①普通活性污泥法：推流式曝气池曝气池[通气]内：有充足氧气，微生物不断繁殖，并吸附分解有机物，活性污泥不断增加。二次沉淀池污泥沉降分离，一部分回曝气池再繁殖。剩余污泥排去（排入环境前应处理）。②多点进