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第三章化工废水处理化工废水的来源及特点物理处理方法;化学处理方法;物理化学处理方法;生物处理方法第一节化工废水的来源及特点一、废水的来源及特征1、化工废水的来源a.雨水冲刷原料和产品——废水b.化学反应不完全——废水c.化学反应副反应——废水d.冷却水——废水e.特定生产过程排放——废水f.水冲洗地面设备——废水2、化工废水的特点a.废水排放量大——占工业废水30%左右,居各工业行业之首b.污染物种类多c.污染物毒性大、不易生物降解d.污染物量大——占总排放量:氰化物50%、汞2/3、六价铬12%e.原料、工艺、生产规模不同——废水量、水质各异f.污染范围广二、废水处理方法简介1.一般处理原则减少污染、综合利用和回收处理方法随水质、水量和排放要求不同而异2.废水处理方法分类:物理处理法,化学处理法,物理化学法,生物处理法(1)物理处理法:通过物理作用,以分离、回收废水中不溶解的呈悬浮状态污染物质(包括油膜和油珠)。方法:重力分离法-----沉砂池、沉淀池、除油池、气浮池等;离心分离法-----离心分离机和水旋分离器等;筛滤截流法------隔栅、筛网、砂滤池和微孔滤池等。(2)化学处理法:通过化学反应去除废水中呈溶解、胶体状态的污染物质或将其转化为无害物质。方法:混凝、中和、氧化还原等;设备:池、罐、塔等。(3)物理化学法:利用物理化学作用去除废水细小悬浮物以及溶解的有机污染物质。方法:吸附法、离子交换法、膜分离法、萃取法、气提法、吹脱法等。(4)生物处理法:通过微生物的代谢作用,使废水中呈溶液、胶体以及微细悬浮状态的有机性污染物质转化为稳定、无害的物质的废水处理方法。方法:好氧生物处理法、厌氧生物处理法。3.废(污)水三级处理(1)一级处理去除废水中的漂浮物和部分悬浮状态的污染物质,调节废水pH值、减轻废水的腐化程度和后续处理工艺负荷。常用方法:筛滤法、沉淀法、上浮法、预曝气法等。(2)二级处理用以除去污水中大量有机污染物。常用方法:活性污泥法、生物膜法、化学混凝和化学沉淀法等。(3)三级处理又称污水深度处理或高级处理进一步去除二级处理未能去除的污染物质,其中包括微生物未能降解的有机物或磷、氮等可溶性无机物。常用方法:活性炭吸附、化学氧化、离子交换或膜分离技术等。第二节物理处理法成本低、管理方便、效果稳定主要用于去除废水中的漂浮物、悬浮固体、砂和油类等物质。包括:重力分离,离心分离,过滤一、重力分离原理:利用固体(油滴)与水相对密度差异,使其分离除去。1.沉淀法分类:(1)自然沉淀:依靠废水中固体颗粒的自身重力进行沉降。(2)混凝沉淀:在废水中投人电解质作为混凝剂,使废水中的微小颗粒与混凝剂能结成较大的胶团,加速在水中的沉降。2.影响沉淀的因素1)污水的流速u,m/s2)悬浮颗粒的沉降速度uS3)沉淀池的尺寸球型颗粒水中运动类型:一般Re<1,ds,ρs愈大--us愈大--沉降效率愈高。最小us用表示us’,沉淀需时间:ts=H/us’在保持池底沉淀物不受水流冲击和扰动---减小H---提高沉降效率。废水流量:Q(m3/s)=uBH废水在池中停留时间:t=L/u,保证水中悬浮颗粒沉降:t=ts(颗粒沉降时间),L/u=H/us’u=(L·us’)/HQ=uBH=【(L·us’)/H】·BH=BLus’池底面积:A=BL,Q=Aus’,令q0=Q/A----过流率,m3/m2s;Q=Aq0∴q0,max=us’,q0愈小,沉降效果愈好;反之,沉降效果差。实际上,水流速不均,水流湍动----沉降效果降低。3.沉降设备形式:平流式沉淀池、辐射式沉淀池、竖流式沉淀池、斜板(管)式沉淀池、沉砂池等。ssudRe(1)平流式沉淀池:构造简单,效果良好,工作性能稳定,但排泥较困难。(2)辐射式沉淀池:处理大水量,含较多无机悬浮物(3)竖流式沉淀池:水量不大,含有机悬浮多。(4)斜板(管)式沉淀池:斜板与水平方向倾斜角600,板间距3.2cm,处理水量增加2.3倍。(5)沉砂池:分离废水中ρ较大的无机悬浮物,如砂、煤粒、矿渣等。不让ρ较小的有机悬浮物沉降。水速:0.15—0.3m/s4.隔油池油品中(除重油、煤焦油外):一般ρ油<ρ水。油类在水中的三种状态:(1)悬浮状态占80-90%,颗粒大,易上浮-----隔油池分离;(2)乳化状态占10-15%,颗粒小(0.05-25μm),不易上浮-----浮选法分离;(3)溶解状态占0.2-0.5%,生物化学法除去。隔油池形式:平流式、竖流式、斜板式等。#平流式和竖流式隔油池:类似于前述平流式和竖流式沉淀池。#斜板式隔油池:平行板或波纹板,板间距20—50mm,倾角≮450,需停留时间仅为平流池1/2—1/4。斜板隔油池(ParallelplateIntercepter)(壳牌石油公司):二、离心分离1.离心分离原理水中颗粒物高速旋转:离心力Fc=m·ac=mvs2/rvs----颗粒的圆周切速度,m/s;vs=2πrn/60n----转速,r/min;分离系数如:r=0.5m,n=300r/min,则α=502.离心分离方式水力旋流器:压力式----水泵加压重力式----高水位压力机械旋转离心机:常速离心机α<3000高速离心机2000<α<12000超高速离心机α>12000三、过滤法过滤水中微粒及胶状物-----防止其破坏水泵,堵塞管道及阀门等。形式:格筛过滤、筛网过滤、颗粒介质过滤、微滤机等。1.格筛过滤设置在水泵站集水井入口处。2.筛网过滤:除去水中悬浮物,如纤维、纸浆、藻类等。形式:振动筛网、水力筛网、转鼓式筛网、转盘式筛网、微滤机等。3.颗粒介质过滤除去水中微粒物和胶状物;常用作离子交换、活性炭吸附前的预处理,也用作废水三级处理。滤料:石英砂(废水pH=2.1—6.5),无烟煤(废水pH值无要求)其他:石榴石粒、磁铁矿粒、白云石粒、花岗岩石粒、聚苯乙烯发泡塑料球等。4.微滤机过滤法金属网过滤设备结构紧凑、处理水量大、操作方便、占地小,但滤网编制困难。小结物理处理法成本低、管理方便、效果稳定主要用于去除废水中的漂浮物、悬浮固体、砂和油类等。包括:重力分离离心分离过滤第三节化学处理法利用化学作用来处理废水中的溶解物质或胶体物质。包括:废水中的金属离子、细小的胶体有机物、无机物、植物营养素(氮、磷)、乳化油、色度、臭味、酸、碱等。分类:中和法、混凝法、氧化还原、电化学等方法。一、中和法处理低浓度的含酸、含碱废水(无回收及综合利用价值时);用于废水的预处理,调整废水的pH值。生化处理pH=6.5—8.5外排水pH=6.0—9.01.酸性废水中和处理(1)酸性废水中和处理方法1)酸性水通过石灰石滤床;2)酸性水与石灰乳混合;3)向酸性废水中投加烧碱或纯碱溶液;4)酸性水与碱性废水混合5)向酸性废水中投加碱性废渣,如电石渣、碳酸钙、碱渣等。(1)酸性废水中和处理工艺1)酸性废水与碱性废水混合a.同时排出,酸、碱量平衡-----管道混合;b.中和池混合。2)投药中和投药:石灰、石灰石、电石渣、苏打等。方法:干投法、湿投法。A.干投法:(1.4—1.5)×理论投加量B.湿投法3)过滤中和法碱性滤料:石灰石(CaCO3)、大理石(CaCO3)、白云石(MgCO3·CaCO3)等。2HCl+CaCO3=CaCl2+H2O+CO22HNO3+CaCO3=Ca(NO3)2+H2O+CO2含硫酸废水用白云石-----生成硫酸镁溶于水。设备:普通中和滤池、升流式膨胀中和滤池。2.碱性废水中和处理方法(1)向碱性废水中鼓入烟道气*利用烟道气中CO2(24%),此外,SO2、H2S等酸性气体中和碱性废水。*优点:是以废治废,投资省,运行费用低;*缺点:出水中的硫化物、耗氧量和色度增加,需进一步处理。(2)药剂中和法常用药剂:硫酸、盐酸、压缩CO2。硫酸:价格低,应用广;盐酸:反应物溶解度高,沉渣量少,但价格较高;压缩CO2:成本较高,使用较少,多采用烟道气。二、混凝沉淀法将化学药剂(混凝剂)投入废水中,与废水混合、反应、凝聚、絮凝和沉淀等过程,达到去浊、脱色、降COD、除重金属离子等作用。1.混凝原理未加混凝剂之前,水中的胶体和细小悬浮颗粒(10-6--10-3mm)稳定存在,原因:*质量很轻,受水的分子热运动的碰撞---无规则的布朗运动;*颗粒都带有同性电荷---静电斥力---阻止其聚合成较大的颗粒;*带电荷的胶粒和反离子都能与周围的水分子发生水化作用,形成一层水化壳---阻碍各胶体的聚合。废水中投入混凝剂---破坏颗粒的稳定状态(称脱稳)---相互聚集为较大颗粒。混凝机理:压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥、沉淀物网捕。1)压缩双电层机理胶体粒子的双电层结构,反离子的浓度在胶粒表面最大,并沿着胶粒表面向外的距离呈递减分布,最终与溶液中离子浓度相等。向溶液中投加电解质(混凝剂)-----溶液中离子浓度增高----加入的反离子与扩散层原有反离子之间的静电斥力-----原有部分反离子挤压到吸附层中:*ξ电位相应降低,胶粒间的相互排斥力也减少;*扩散层厚度减小,相撞的距离也减少;从而其排斥势能消失-----胶粒得以迅速凝聚(2)吸附电中和机理胶粒表面对异号离子、异号胶粒、链状离子或分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用----中和电位离子所带电荷----减少静电斥力----胶体脱稳和凝聚易于发生。(3)吸附架桥机理链状高分子聚合物(线形结构)在静电引力、范德华力和氢键力等作用下,通过活性部位与胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥联----使颗粒逐渐变大,形成粗大絮凝体。(4)沉淀物网捕机理用硫酸铝、石灰或氯化铁等高价金属盐类作混凝剂时,当投加量大得足以迅速沉淀金属氢氧化物[如Al(OH)3,Fe(OH)3]或金属碳酸盐(如CaCO3)时,水中的胶粒和细微悬浮物可被这些沉淀物在形成时作为晶核或吸附质所网捕。*在水处理中往往可能是四种机理同时或交叉发挥作用的,只是在一定情况下以某种机理为主而已。*低分子电解质的混凝剂,以双电层作用产生凝集为主,称为凝聚剂;*高分子聚合剂则以架桥联结产生絮凝为主,称为絮凝剂;*兼有上述两种功能的药剂,称为混凝剂。2.影响混凝效果的因素(1)水样的影响对不同水样,适用不同混凝剂。(2)药剂投加量投加量有其最佳值。*普通铁盐、铝盐:10—30mg/L*聚合盐:3—15mg/L*有机高分子:1---5mg/L(3)水温1)影响金属盐类水解(吸热)反应速度;2)水温较低时,絮凝体形成缓慢,结构松散,颗粒细小;3)水温低时,水的粘度大,布朗运动减弱,不利于脱稳胶粒相互凝聚,水流剪力也增大,影响絮凝体的成长。对高分子混凝剂影响较小。>90℃,絮凝剂老化或分解成不溶物质,效果变差。(4)pH值影响金属盐类水解产物的种类与数量。Al2(SO4)3:pH值6.5---8;FeCl3:pH值6.0---8.4;FeSO4:pH值8---11;聚合铁盐:pH值4---11;(5)水力条件混凝过程:混合-----反应-----沉淀水力条件:先快速搅拌混合(10—30s,≯2min)后慢速搅拌反应、沉淀(10--30min)防止生成絮体被打碎3.混凝剂和助凝剂混凝剂的品种目前二、三百种按其化学成分可分为:无机混凝剂、有机混凝剂助凝剂-------提高混凝沉淀效果。助凝剂类型:(1)pH调节剂------调整废水pH值;石灰、硫酸、盐酸、氢氧化钠、CO2、CaCO3、Na2CO3等。(2)活化剂------改善絮凝体结构活性炭、各种黏土、活化硅酸等(3)氧化剂-----破坏干扰混凝剂的有机物(这些有机物易起泡,使絮凝体不易下沉)。次氯酸钠、臭氧等。4.混凝处理流程及设备(1)投药干投:占地少,但配量难控制;湿投:先配溶液,加入水中(2)混合:急速搅拌----形成细小矾花,10—30s,≯2min动力源:机械搅拌;水力混合(管道式、穿孔板式、涡流式)。(3)反应------慢速搅拌-----絮体长大,10---30min(4)澄清池同时实现混合、反应、澄清合成一体的设备。混凝沉淀法优点,除污效果好、效率比较高
本文标题:第三章化工废水处理
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