化工环境工程概论_第三章_1

化工环境工程概论化工环境工程概论化工环境工程概论化工废水处理方法概述2物理处理法3化工废水的来源及特点1第三章化工废水处理化工环境工程概论物化处理法5生化处理法6化学处理法4第三章化工废水处理化工环境工程概论3.1化工废水的来源及特点1废水的来源及特征2水体污染物化工环境工程概论3.1.1废水的来源及特征3.1.1.1化工废水的主要来源化工生产的原料和产品在生产、包装、运输、堆放的过程中因一部分物料流失又经雨水或用水冲刷而形成的废水。化学反应不完全而产生的废料。化学反应中副反应生成的废水。冷却水。一些特定生产过程排放的废水。地面和设备冲洗水和雨水，因常夹带某些污染物，最终也形成废水。化工环境工程概论3.1.1.2化工废水分类化学工业废水按成分可分为三大类：第一类为含有机物的废水，主要来自基本有机原料、合成材料（含合成塑料、合成橡胶、合成纤维）、农药、染料等行业排出的废水；第二类为含无机物的废水，如无机盐、氮肥、磷肥、硫酸、硝酸及纯碱等行业排出的废水；第三类为既含有有机物又含有无机物的废水，如氯碱、感光材料、涂料等行业。如果按废水中所含主要污染物分则有含氰废水、含酚废水、含硫废水、含氟废水、含铬废水、含有机磷化合物废水、含有机物废水等。3.1.1废水的来源及特征化工环境工程概论3.1.1.3化工废水的特点化学工业在经济建设中处于十分重要的地位。然而，它又是造成环境污染的主要工业系统之一。化工废水污染有如下特点：废水排放量大污染物种类多污染物毒性大，不易生物降解3.1.1废水的来源及特征化工环境工程概论废水中有害污染物较多化工废水的水量和水质视其原料路线、生产工艺方法及生产规模不同而有很大差异污染范围广3.1.1废水的来源及特征化工环境工程概论3.1.2水体污染物废水中的污染物种类大致可分为：固体污染物、需氧污染物、营养性污染物、酸碱污染物、有毒污染物、油类污染物、生物污染物、感官性污染物、热污染等。化工环境工程概论3.1.2.1固体污染物固体污染物常用悬浮物和浊度两个指标来表示。悬浮物是一项重要的水质指标，它的存在不但使水质浑浊，而且使管道及设备堵塞、磨损，干扰废水处理及回收设备的工作。浊度是对水的光传导性能的一种测量，其值可表征废水中胶体和悬浮物的含量。固体污染物在水中以三种状态存在：溶解态（直径小于1nm）、胶体态（直径介于1～100nm）和悬浮态（直径大于100nm）3.1.2水体污染物化工环境工程概论3.1.2.2耗氧有机物绝大多数的耗氧污染物（需氧污染物）是有机物，无机物主要为还原态的物质，因而在一般情况下，耗氧污染物即指需氧有机物或耗氧有机物。耗氧有机物种类繁多，组成复杂，难以分别对其进行定量、定性分析。一般情况下，不对它们进行单项定量测定，而是利用其共性，间接地反映其总量或分类含量。在工程实际中，采用以下几个综合水质污染指标来描述：3.1.2水体污染物化工环境工程概论化学需氧量（COD）化学需氧量是指在酸性条件下，用强氧化剂将有机物氧化成CO2、H2O所消耗的氧量生化需氧量（BOD）生化需氧量是指在有氧条件下，由于微生物的活动，降解有机物所需的氧量总需氧量（TOD）有机物主要元素是C、H、O、N、S等。在高温下燃烧后，将分别产生CO2、H2O、NO2和SO2，所消耗的氧量称为总需氧量TOD。总有机碳（TOC）总有机碳是近年来发展起来的一种水质快速测定方法，通过测定废水中的总有机碳量可以表示有机物的含量。3.1.2水体污染物化工环境工程概论3.1.2.3富营养化污染废水中所含N和P是植物和微生物的主要营养物质。当废水排入受纳水体，使水中N和P的浓度分别超过0.2mg/L和0.02mg/L时，就会引起受纳水体的富营养化，提高各种水生生物（主要是藻类）的活性，刺激它们的异常繁殖，并大量消耗水中的溶解氧，从而导致鱼类等窒息和死亡。除此之外，水中大量的NO-3、NO-2若经食物链进入人体，将危害人体健康或有致癌作用。3.1.2水体污染物化工环境工程概论3.1.2.4无机无毒物质（酸、碱、盐污染物）无机无毒物质主要指排入水体中的酸、碱及一般的无机盐类。酸性废水主要来源于矿山排水、工业废水及酸雨。碱性废水主要来自碱法造纸、化学纤维制造、制碱、制革等工业的废水。酸碱废水的水质标准中以pH来反映其含量水平。酸性废水和碱性废水可相互中和产生各种盐类；酸性、碱性废水亦可与地表物质相互作用，生成无机盐类。所以，酸性或碱性污水造成的水体污染必然伴随着无机盐的污染。3.1.2水体污染物化工环境工程概论3.1.2.5有毒污染物废水中能对生物引起毒性反应的化学物质，称有毒污染物。废水中的毒物可分为三大类：无机有毒物质、有机有毒物质和放射性物质。无机有毒物质有机有毒物质放射性物质3.1.2水体污染物化工环境工程概论3.1.2.6油类污染物油类污染物包括“石油类”和“动植物油”两项。沿海及河口石油的开发、油轮运输、炼油工业废水的排放、内河水运以及生活废水的大量排放等，都会导致水体受到油污染。油类污染物能在水面上形成油膜，影响氧气进入水体，破坏了水体的复氧条件。它还能附着于土壤颗粒表面和动植物体表，影响养分的吸收和废物的排出。同时，油污染还破坏了海滩休养地、风景区的景观等。3.1.2水体污染物化工环境工程概论3.1.2.7生物污染物质生物污染物质主要指废水中的致病性微生物，它包括致病细菌、病虫卵和病毒。未污染的天然水中的细菌含量很低，水中的生物污染物主要来自生活污水、医院污水和屠宰肉类加工、制革等工业废水。主要通过动物和人排泄的粪便中含有的细菌、病菌及寄生虫类等污染水体，引起各种疾病传播。生物污染物污染的特点是数量大、分布广、存活时间长，繁殖速度快，必须予以高度重视。3.1.2水体污染物化工环境工程概论3.1.2.8感官性状污染物废水中能引起异色、浑浊、泡沫、恶臭等现象的物质，虽然没有严重的危害，但也引起人们感官上的极度不快，被称为感官性污染物。对于供游览和文体活动的水体而言，感官性污染物的危害则较大。各类水质标准中，对色度、臭味、浊度、漂浮物等指标都作了相应的规定。3.1.2水体污染物化工环境工程概论3.1.2.9热污染废水温度过高而引起的危害，称为热污染。热电厂等的冷却水是热污染的主要来源。这种废水直接排入天然水体，可引起水温升高，造成如下危害:可使水中的溶解氧减少，相应的亏氧量随之减少，故大气中的氧向水中传递的速率减慢；另一方面，会导致生物耗氧速度的加快，促使水体中的溶解氧进一步耗尽，使水质迅速恶化，造成鱼类和其他水生生物死亡。3.1.2水体污染物化工环境工程概论可加快藻类繁殖，从而加快水体的富营养化进程。导致水体中的化学反应加快，使水体中的物化性质如离子浓度、电导率、腐蚀性发生变化，可能导致对管道和容器的腐蚀。可加速细菌生长繁殖，增加后续水处理的费用。如取该水体作为给水源，则需要增加混凝剂和氯的投加量，且使水中的有机氯含量增加。3.1.2水体污染物化工环境工程概论3.2化工废水处理方法概述1按作用原理划分2按处理程度划分化工环境工程概论3.2.1按作用原理划分物理处理法化学处理法物理化学法生物化学处理法化工环境工程概论3.2.2按处理程度划分3.2.2.1一级处理一级处理是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、减轻废水的腐化程度和后续处理工艺负荷的处理方法。筛滤法沉淀法上浮法预曝气法化工环境工程概论3.2.2.2二级处理二级处理是污水通过一级处理后，再加处理，用以除去污水中大量有机污染物，使污水进一步净化的工艺过程污水在经过筛滤、沉淀或上浮等一级处理之后，可以有效地去除部分悬浮物，也可以去除25%～40%的BOD，但一般不能去除污水中呈溶解状态的和呈胶体状态的有机物、氧化物和硫化物等有毒物质，不能达到污水排放标准。因此需要进行二级处理。3.2.2按处理程度划分化工环境工程概论二级处理的主要方法如下：活性污泥法废水生物化学处理的主要处理方法。以污水中有机污染物作为底物，在有氧的条件下，对各种微生物群体进行混合连续培养，形成活性污泥。利用这种活性污泥在废水中的凝聚、吸附、氧化、分解和沉淀等作用，去除废水中有机污染物。生物膜法生物膜法是使废水通过生长在固定支承物表面的生物膜，利用生物氧化作用和各相之间的物质交换，降解废水中有机污染物的方法。3.2.2按处理程度划分化工环境工程概论3.2.2.3三级处理污水三级处理又称污水深度处理或高级处理。为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。完善的三级处理由除磷、除氮、除有机物（主要是难以生物降解的有机物）、除病毒和病原菌、除悬浮物和除矿物质等过程单元组成。3.2.2按处理程度划分化工环境工程概论3.3物理处理法1重力分离2离心分离3过滤法化工环境工程概论3.3.1重力分离3.3.1.1沉淀法的分类从化工废水中除去悬浮固体的方法，一般常采用沉淀法。这是对废水预先进行净化处理的方法之一。沉淀法又分为自然沉淀和混凝沉淀两种。自然沉淀自然沉淀是依靠废水中固体颗粒的自身重量进行沉降。该法仅对较大颗粒才能有较好的去除效果。混凝沉淀混凝沉淀的基本原理是在废水中投入电解质作为混凝剂，使废水中的微小颗粒与混凝剂黏结成较大的胶团，加速在水中的沉降，此法实质为化学处理方法。化工环境工程概论3.3.1.2影响沉淀的因素影响废水或称污水悬浮颗粒沉降效率的主要因素有三个方面，即：①污水的流速；②悬浮颗粒的沉降速度；③沉淀池的尺寸。3.3.1重力分离化工环境工程概论3.3.1.3沉降设备生产上用来对污水进行沉淀处理的设备称为沉淀池，根据池内水流的方向不同，沉淀池的形式大致可以分为五种：即平流式沉淀池、竖流式沉淀池、辐射式沉淀池、斜管式沉淀池、斜板式沉淀池。沉淀池的操作区域可以分为水流部分和沉淀部分。3.3.1重力分离化工环境工程概论3.3.1重力分离平流式沉淀池的优点是构造简单，效果良好，工作性能稳定，但排泥较为困难。化工环境工程概论当废水含大量无机悬浮物且水量又大时，宜采用辐流式沉淀池。3.3.1重力分离化工环境工程概论当废水含大量有机悬浮物而水量又不大时，可以考虑采用竖流式沉淀池。3.3.1重力分离化工环境工程概论用沉淀法处理废水已有很长的历史，但此法设备庞大，生产能力不高。近年来，由于浅层沉淀理论的发展，开始从多层沉淀向斜板沉淀发展。3.3.1重力分离化工环境工程概论3.3.1.4沉砂池沉砂池也是一种沉淀池，用以分离废水中相对密度较大的无机悬浮物，使这些悬浮物在池内沉降，以免进入后面的沉淀池污泥中而给排除及污泥处理带来困难。但是，在沉砂池内不能让相对密度较小的有机悬浮物沉降下来。沉砂池有平流式及竖流式两种。国内广泛应用的是平流式，平流沉砂池的效率较高3.3.1重力分离化工环境工程概论3.3.1重力分离化工环境工程概论3.3.1.5隔油池石油开采与炼制：煤化工、石油化工及轻工业行业的生产过程排出大量含油废水。油品相对密度一般都小于1，只有重油相对密度大于1。常用的隔油池有平流式、竖流式及斜板式。国内多采用平流式隔油池，其构造与平流式沉淀池相似，在实际运行中主要其隔油作用，但也有一定的沉淀作用。3.3.1重力分离化工环境工程概论3.3.2离心分离3.3.2.1离心分离的原理含悬浮物的废水在高速旋转时，由于悬浮颗粒和废水的质量不同，所受到的离心力大小不同，质量大的被甩到外圈，质量小的则留在内圈，通过不同的出口将它们分别引导出来，利用此原理就可分离废水中悬浮颗粒，使废水得到净化。化工环境工程概论3.3.2.2离心分离方式离心分离设备按离心力产生的方式不同可分为水力悬流器和高速离心机两种类型。3.3.2离心分离化工环境工程概论3.3.3过滤法3.3.3.1格栅过滤格栅的去除效率，跟格栅的设计很有关系。格栅的设计内容包括尺寸计算、水力计算、栅渣量计算。化工环境工程概论格栅的间隙数量n可由下式确定格栅的建筑宽度B（m）可由下式决定3.3.3过滤法化工环境工程概论过栅的水头损失h2由下