第2章-废水的物理处理3(除油、过滤、分离)

主讲教师包海峰：1-4周，主讲绪论和废水物理处理。欧阳文璟：5-8周，主讲化学、物理化学处理。贾丹：9-16周，主讲废水的生物处理。考核方式考试。期末采用闭卷笔试(笔试成绩占80%，平时成绩占20%)。无故旷课3次者平时成绩为0，累计出勤率少于2/3不准参加考试。《水污染控制工程》主要学习内容污水处理技术的基本术语、理论及理念；污水处理技术的基本计算方法；污水处理主要构筑物的构造及工作原理；污水处理技术的应用范围和运行特点。第二章废水的物理处理废水的物理处理法的去除对象是漂浮物、悬浮物质。采用的处理方法与设备主要有：1.筛滤截留法：筛网、格栅、滤池与微滤机等；2.重力分离法：沉淀池、隔油池与气浮池等；3.离心分离法：离心机与旋流分离器等。第一节筛滤第二节水质水量调节第三节沉淀与上浮（气浮）第四节除油第五节过滤第六节离心分离与磁分离第四节隔油池1.含油废水的来源含油废水主要来源于石油、石油化工、钢铁、焦化、煤气发生站、机械加工等工业企业。肉类加工、牛奶加工、洗衣房、汽车修理车间等废水中都含有很高的油、油脂。在一般的生活污水中，油脂占总有机质的10%，每人每天产生的油脂可按0.015kg估算。第四节隔油池2.废水中的油类的分类⑴浮油：油珠粒径较大，一般大于100μm，易浮于水面，形成油膜或油层；⑵分散油：油珠粒径一般为10—100μm，以微小油珠悬浮于水中，不稳定，静置一定时间后往往形成浮油；⑶乳化油：油珠粒径小于10μm；一般为0.1—2μm，往往因水中含有表面活性剂使油珠成为稳定的乳化液；⑷溶解油：油珠粒径比乳化油还小，有的可小到几nm，是溶于水的油微粒。油类在水中的存在形式可分为浮油、分散油、乳化油和溶解油4类。第四节隔油池油类在废水中主要以四种状态存在：1）浮油：易浮于水面，含油废水的主要油组分。2）分散油：悬浮于水中，静置一定时间后成浮油3）乳化油：长期静置也难以从水中分离出来，必须先经过破乳处理转化为浮油，然后再加以分离。4）溶解油：以分子状态溶解于水中，通常利用化学或生化方法将其分解去除。1）浮油和重油：采用重力分离法去除；2）乳化油：采用气浮法、电解法、混凝沉淀法去除。3）溶解油：以分子状态溶解于水中，通常利用化学或生化方法将其分解去除。除油方法除油装置隔油池：是利用油类自然上浮法分离、去除含油废水中可浮油。常用的有平流隔油池和斜板隔油池。除油罐：可去除浮油和分散油。含油废水通过进水管配水室的配水支管和配水头流入除油罐内，在罐内废水自上而下缓慢流动，靠油水的密度差进行油水分离，分离出的废油浮至水面，然后流入集油槽，经过出油管流出。废水则经集水头、集水干管、中心柱管和出水总管流出罐外。气浮除油：废水或一部分气浮池出水用压缩空气加压到0.34—4.8MPa，使溶气达到饱和。当此被压缩过的气液混合物被置于正常大气压下的气浮设备中时，微小的气泡即从溶液中释放出来。油珠即可在这些小气泡作用下上浮，结果使这些物质附着在或包裹在絮状物中。气—固混合物上升到池表面，即被撇出。澄清的液体从气浮池的底部流出，其中一部分要循环流回至加压室。隔油池的构造与沉淀池类似，目前常用的有平流隔油池和斜板隔油池。石油开采与炼制、煤化工、石油化工及轻工等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,只有重焦油相对密度大于1。如果油珠粒径较大，呈悬浮状态，则可利用重力进行分离，这类设备通称为隔油池。（一）平流隔油池1．基本构造—类似于平流沉淀池普通平流隔油池与沉淀池相似，废水从池的一端进入，从另一端流出，由于池内水平流速很小，进水中的轻油滴在浮力作用下上浮，并且聚积在池的表面，通过设在池面的集油管和刮油机收集浮油，浮油一般可以回用。相对密度大于1的油粒随悬浮物下沉。（一）平流隔油池1．基本构造—类似于平流沉淀池构造简单，便于运行管理，除油效果稳定。可去除的最小油珠粒径为100～150um。可将废水中含油层从400～1000mg/L降至150mg/L以下，去除效率达70％以上。池体较大，占地面积大。隔油池的进水端一般采用穿孔墙进水，在出水端采用溢流堰。2．平流隔油池的设计1）设计参数①停留时间一般为1.5-2.0h；②水平流速很低，一般为2-5mm/s，最大不超过15mm/s；③有效水深为1.5-2.0m，池宽/池深=0.3-0.4，池长/池深≥4，超高≥0.4m；④池上应加盖板，以防止石油气味的散发，同时还起着防雨、防火和保温作用；⑤平流隔油池一般不少于两个。2）平流隔油池设计计算A、按油粒上浮速度计算法：hmuhmQmAAuQ/311,/32油珠的设计上浮速度，—表动状况有关池容积利用率和水流紊系数，该值与对隔油池表面积的修正—废水设计流量，—隔油池表面积，—α值与速度比（v/u）的关系v/u20151063α1.741.641.441.371.28修正的斯托克斯公式：LmgSscmgsPacmdcmgscmduduSSOWOWg/95.00.1/./,/)(24241048.010423218废水中悬浮物浓度，—值可取，，的颗粒碰撞的阻力系数—考虑废水悬浮物引起—系数，一般取废水油珠非圆形的修正—重力加速度，—水的绝对粘滞性系数，—，可上浮最小油珠的粒径—，分别为水与油珠的密度—的油珠的上浮速度，静止水中，直径为—式中水的密度和粘度可分别由图中或表中查得）（一般为但不宜大于一般取流速，废水在隔油池中的水平—过水端面面积，—smmsmmuvhmvmAAcvQc/5~2/15,15,/2隔油池的过水断面面积：隔油池每个格间的有效水深和池宽比（h/b），宜取0.3~0.4。有效水深一般为1.5~2.0M。隔油池的长度L为：hLuv)(隔油池每个格间的长宽比L/b，不宜小于4.0。B、按废水的停留时间计算法：2）平流隔油池设计计算mmhhhHHvtLLmhmbnnsmmvAAhhthmQQtWWhbAvQccc4.06.32,,:/,0.2~5.1/.6.33超高，一般不小于池水面以上的池壁—：隔油池建筑高度：隔油池的有效长度。数不得小于按规定，隔油池的格间隔油池工作水深—隔油池每个格间的宽度—隔油池格间数流速废水在隔油池中的水平—：隔油池的过水面积，一般取停留时间，废水在隔油池内的设计—隔油池设计流量，—：隔油池的总容积（二）斜板隔油池1．基本构造（二）斜板隔油池斜板隔油池的占地面积只有平流式的1/4-1/3，除油效率为70-80%（平流式为60-70%）。另外，对于难以处理的含油废水，采用气浮除油也是一个很好的方法。2．斜板隔油池的设计参数1）池内斜板大多数采用聚酯玻璃钢波纹板；2）斜板倾角取45o，斜板间距为30-50mm；3）停留时间≤30min；4）表面水力负荷为0.6-0.8m3/m2h为了防止油类物质附着在斜板上，应选用不亲油材料做斜扳，但实际上比较困难，所以，在斜板隔油池的运行中也常有挂油现象，应定期用蒸汽及水冲洗，防止斜板间堵塞。废水含油量大时，可采用较大的板间距(或管径)，含油量小时，间距可以减小。（二）斜板隔油池注意事项平流式和斜板式隔油池的特性比较项目平流式斜板式除油效率%60—7070—80占地面积（处理量相同时）11/3—1/4可能除去的最小油滴粒径μm100—15060最小油滴的浮上速度mm/s0.90.2分离油的去除方式刮板及集油管集油集油管集油泥渣除去方式刮泥机将泥渣集中到泥渣斗重力排泥平行板的清洗没有定期清洗防火防臭措施浮油与大气相通，有着火危险，臭气散发有着火危险，臭气比较少附属设备刮油刮泥机没有基建费低较低污油的脱水浮油的含油率一般为40%—50%。主要的油水分离方式有带式除油机、脱水罐等。带式除油机有立式、卧式和倾斜式三种，污油含油率可达60—80%。脱水罐有卧式、立式两种，污油含油率可达90%以上。1、油类在水中的存在形式可分为、、和4类。2、平流隔油池设计计算方法有两处：一是，二是。习题：你知道吗第五节过滤过滤的作用一、过滤理论（1）进一步去除废水二级处理后的生物絮体和胶体物质，显著降低出水的悬浮物含量和浊度，能使出水晶莹透明，为出水的安全回用提供保证。（2）进一步降低出水的BOD、COD值，对重金属、细菌、病毒有很高的去除率。（3）去除化学絮凝过程产生的铁盐、铝盐、石灰等沉积物。去除化学法除磷时水中不溶性磷。（4）在活性炭吸附或离子交换之前，作为预处理设施，可提高后续处理装置的安全性和处理效率。（5）在深度处理厂中，过滤能克服生物和化学处理的不规则性，从而提高回用的连续性和可靠性。（6）通过进一步去除废水中污染物质，可以减少后续的消毒费用。第五节过滤（一）过滤机理--悬浮颗粒被截留的机理两阶段理论：由迁移与吸附组成。迁移：沉淀、扩散、惯性、阻截和水动力，见图9-2。吸附：范德华引力、静电力、以及某些化学键和某些特殊的化学吸附力作用、絮凝颗粒间的架桥作用。1—沉淀2—扩散3—惯性5—水动力流线滤料悬浮颗粒4—阻截悬浮颗粒的迁移过程一、过滤理论第五节过滤一、过滤理论（一）过滤机理1．迁移机理：悬浮颗粒脱离流线而与滤料接触的过程就是迁移过程。2．附着机理：附着在滤料表面上不再脱离，就是附着过程。3．脱落机理：当固体颗粒与滤料颗粒表面的结合力较弱时，会从滤料颗粒表面脱落。废水自上而下流过粒状滤料层，粒径大的悬浮颗粒首先被截留在表层滤料的空隙中。此层滤料间空隙变小，能截留更小的悬浮颗粒，并形成滤膜，起过滤作用。悬浮颗粒越大，表层滤料和滤速越小，越易形成筛滤膜，滤膜的截留能力越高。一、过滤理论（一）过滤机理阻力截留一、过滤理论（一）过滤机理废水自上而下流过粒状滤料层，悬浮颗粒因重力作用沉降在滤料表面。重力沉降能力滤料越小，沉降面积越大，沉降性能越好。滤速越小，水流越平稳，沉降性能越好。重力沉降一、过滤理论（一）过滤机理滤料的巨大表面积对悬浮物有明显的吸附作用；砂粒表面带负电荷，吸附带电胶体后，在滤料表层形成正电荷，可吸附粘土、有机物等负电体。接触絮凝一、过滤理论（一）过滤机理粒径较大的悬浮颗粒，以阻力截留为主；——表面过滤粒径较细微的悬浮颗粒，以发生在滤料深层的重力沉降和接触絮凝为主；——深层过滤吸附与剥离Ives-Mints争论Ives：①附着于滤料之上的悬浮颗粒在过滤过程中绝对不剥离；②在过滤后期悬浮颗粒穿透滤层进入滤池出水是吸附效率降低的缘故。Mints：①吸附和剥离是过滤过程中同时存在的两个相反的现象，且剥离量与含污量成正比；②剥离是悬浮颗粒穿透滤层进入滤池出水的原因。争论至目前的结果是Mints理论已取得了优势。一、过滤理论（一）过滤机理（二）过滤水力学1．滤层的发展与利用滤层含污能力：单位体积滤层中的平均含污量称为“滤层含污能力”，单位是g/cm3或kg/m3。采用单层水冲洗的石英砂滤料滤池是典型的水力分级滤料滤池。多层滤料滤池接近理想滤料滤池，最常见为双层和三层滤层。均质滤料过滤目前在实际生产中已经实现，如V型滤池。要实现均质滤料过滤，反冲洗时滤料层不能膨胀。石英沙石英沙无烟煤石榴石无烟煤均质滤料（a）（b）（c）图9-5几种滤料组成示意滤料Ⅰ.要求：具有吸附SS的表面积和一定的级配；机械强度高；化学稳定性；最好能就地取材，货源充足，价格低廉。Ⅱ.种类：石英砂、无烟煤、大理石、石榴石、白云石、聚苯乙烯发泡塑料、纤维球（束）滤料。1、滤料粒径级配滤料粒径级配（即不同粒径颗粒所占的重量比例）用不均匀系数表示。有效粒径（d10）：是指滤料经筛分后，小于总重量10%的滤料颗粒粒径，反映滤料中细颗粒尺寸。不均匀系数（K80）:是指滤料经筛分后，小于总重量80%的滤料颗粒粒径与有效粒径之比。计算公式为：K80=d80/d10式中：d80是指小于总重量80%的滤料颗粒粒径，反映滤料中粗颗粒尺寸。2．滤料筛分为满足过滤对滤料粒径级配的要求，应对采购的原始滤料进行筛选。方法：大粒径（d1.54）颗粒约筛除13.0%，小粒径（d0.44）颗粒约筛除19.0%。3.滤料孔隙率滤料孔隙率：是指滤料层中孔隙所占