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!!工业废水处理(PPT-206)综述

发布时间:

工 业 废 水 处 理
INDUSTRIAL WASTEWATER TREATMENT
桂林工学院资环系 环境工程教研室

2018/12/6

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主要内容
一、工业废水处理概论 二、工业废水的物理处理 (pHYSICAL TREATMENT) 三、工业废水的化学处理 (CHEMICAL TREATMENT) 四、工业废水的物理化学处理 (pHYSICO-CHEMICAL TREATMENT) 五、工业废水的生物处理 (BIOLOGICAL TREATMENT)
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第一部分、工业废水处理概论
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一、工业废水(Industrial Wastewater)的含义和分类 ? 定义:指工业企业各行业生产 过程中产生和排放的废水。 ? 包括:生产污水(包括生活污水) 和生产废水两大类。
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生产污水(Production Sewage):指在 生产过程中所形成的,被有机或无机性生产 废料所污染的废水(包括温度过高而造成热 污染的工业废水)。
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生产废水(Production Wastewater) :指 在生产过程中形成的,但未直接参与生产工 艺,只起辅助作用,未被污染物污染或污染 很轻的水。(如冷却水)

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二、工业废水的分类、种类、 指标
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(一)分类 1,按行业的产品加工对象:冶金、造纸、纺织、 印染等。 2,按工业废水中主要污染物分: 无机废水(电镀、矿物加工) 有机废水(食品加工) 3,按废水中污染物的主要成分: 酸性、碱性、含酚等
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另外还可以根据处理难易 程度和危害性分:
(1)易处理危害性小的废水 ? (2)易生物降解无明显毒性的废 水 ? (3)难生物降解又有毒性的废水。
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(二)工业废水造成环境污染的种类: ? 含无毒物质的有机废水和无机废水的污染; ? 含有毒物质的有机废水和无机废水的污染; ? 含有大量不溶性悬浮物废水的污染; ? 含油废水产生的污染; ? 含高浊度和高色度废水产生的污染; ? 酸性和碱性废水产生的污染; ? 含有多种污染物质废水产生的污染; ? 含有氮、磷等工业废水产生的污染。
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(三).造成水体污染的水质指标
物理因素:总固体含量(Total Solids)[悬浮性固体 (Suspended Solid)+可溶性固体(Soluble Solid)] ; 温度(temperature);色度(color)。 ? 化学因素:化学需氧量(Chemical Oxygen Demand— —COD);总需氧量(Total Oxygen Demand—— TOD);总有机碳(Total Organic Carbon——TOC); 生化需氧量(Bio-chemical Oxygen Demand—— BOD);ph(Hydrogen-ion Concentration)值;氮的 化合物(Nitrogen Compound);磷的化合物 (Phosphate Compound);硫化合物(Sulfur Compound);其他有毒有害的无机化合物;气体。 ? 生理或生物因素:臭气(Odor);微生物 (Microorganism)。
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二 工业废水污染现状

1.工业废水污染 早期的“八大公害”:马斯河谷事件, 多诺拉事件,洛杉矶光化学烟雾事件, 伦敦烟雾事件,四日市哮喘事件,米糠 油事件,水俣病事件,骨痛病事件。

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米糠油事件:1968年日本北九洲市、爱知县一 带生产米糠油采用多氯联苯作脱臭工艺中的热 载体,由于生产管理不善,混入米糠油,食用 后中毒,患病者约13000人,其中16人死亡。 水俣病事件:1953~1956年日本熊本县水俣市 含甲基汞的工业废水污染水体,使水俣湾海域 的鱼虾和贝类等水生物体内富集了汞和甲基汞, 人食用后,造成*万人的中枢神经疾病,其中 甲基汞中毒患者283人中有60余人死亡。 骨痛病事件:1955~1972年,日本富山县神通 川流域锌、铅冶炼厂等排放的含镉废水污染了 神通川水体,两岸居民用河水灌溉农田,使稻 米和饮用水含镉而中毒,患者约130人,其中 81人死亡。
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水环境日益污染严重——工业生产的高投入、 低产出、高消耗和低效率 我国淮河流域污染:每年有15 X108m3工业 废水排入淮河流域(包括造纸、化肥、皮革、 酿造等小企业排放的工业废水,年排放COD负 荷达150 X104吨,致使流域内80%的干支河流 变黑发臭,47.6%的河段不符合渔业用水标准。 目前全国532条主要河流有82%受到不同程度 的污染,这些主要是由工业废水造成的;流经 全国42个大城市的44条河流,有93%受到污染。
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全国COD排放总量(万吨)

年份

总量

工业废水

生活污水

1995 2233.2

1622.9(72.7%)610.3(27.3%)

1997 1757
1998 1499 1999 1389 2000 1445

1073 (61.1%)684 (38.9%)
806 692 (53.8%) 693 (46.2%) (49.8%) 697 (50.2%)

704.5 (48.8%) 740.5(51.2%)

工业废水COD排放比例虽然下降,总量仍然很大
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我国在60年代开始污染治理,到90年代已经修 建了3万多套工业废水处理设施。但未能充分发 挥效益。原因: (1)技术:由于设计和技术原因,导致处理效 率低下,也缺少工业废水处理设计规范、严格的 设计审核制度和资格审查制度,运行和维修存在 困难。 (2)管理:主管部门对工业废水处理设施缺乏 了解:企业废水处理设施未纳入企业管理计划; 基层环保人员业务能力和管理水*上层次低。

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(3)设备方面:环保设备厂技术 弱,材料质量不过关,售后服务 差,一旦设备损坏就放置。 ? (4)污泥处理和处置:工业处理 设施中有10%的污泥,易造成二 次污染。
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三、国内外水污染控制对策
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1,我国的对策 方针:“防治结合、以防为主、综合治理” 对策:执行“三同时”和环境影响评价制度; 制订规划,调整布局,环境补偿,技 术改造; 实施排污总量控制制度和征收排污费; 鼓励对“三废”进行综合利用,使其 资源化
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2,国外水污染控制对策
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(1)采用无害化生产工艺,不排或少排废水; (2)推广水的重复利用技术; (3)研究开发水处理新工艺、设备、材料; (4)重视污泥的处理、处置与利用; (5)重视水资源评价; (6)水污染防治由点源走向区域; (7)水污染监测精确化、快速、连续、自动。
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四.控制工业废水污染源的基本途径:
1,减少废水排出量: ? 废水进行分流; ? 节约用水; ? 改革生产工艺; ? 避免间断排出工业废水。 2,降低废水污染物的浓度: ? 改革生产工艺,尽量采用不产生污染物的工艺; ? 改进装置的结构和性能; ? 废水进行分流; ? 废水进行均和; ? 回收有用物质; 2018/12/6 17 ? 排出系统的控制。(废水浓度超过规定,停止)

五.废水的排放标准
(1)国家标准:《污水综合排放标准》GB8978-1996 (Integrated Wastewater Discharge Standard) 适用范围:适用于现有单位水污染物的排放管理, 以及建设项目的环境影响评价、建设项目环境保护设施 设计、竣工验收及其投产后的排放管理。 按照国家综合排放标准与国家行业排放标准不交叉 执行的原则,除以下的工业水外,其他水污染物排放均 执行本标准。新增国家行业水污染物排放标准的行业, 按其适用范围执行相应的国家水污染物行业标准,不再 执行本标准。
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除以下专项标准外:
造纸工业《造纸工业水污染物排放标准》GB3544-92 ? 船舶执行《船舶污染物排放标准》GB3552-83 ? 船舶工业《船舶工业污染物排放标准》GB4286-84 ? 海洋石油开发《海洋石油开发工业含油污水排放标准》 GB4914-85 ? 肉类加工工业《肉类加工工业水污染物排放标准》 GB13457-92 ? 合成氨工业《合成氨工业水污染物排放标准》GB13458-92 ? 钢铁工业《钢铁工业水污染物排放标准》GB13456-92 ? 航天*潦褂谩逗教焱*了廴疚锱欧疟曜肌 GB14374-93 ? 磷肥工业《磷肥工业水污染物排放标准》GB15580-95 ? 烧碱、聚氯乙烯工业《烧碱、聚氯乙烯工业水污染物排放标 准》GB15581-95
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污染物其性质与控制方式分为: 第一类污染物:指总汞、烷基汞、总镉、总铬、六 价铬、总砷、总铅、总镍、苯并(?)芘、总铍、总银、 总? 放射性和?放射性等毒性大、影响长远的有毒物质。 第二类污染物:指pH值、色度、悬浮物、BOD5、 COD、石油类等。

(2)部级标准《污水排入城市下水道水质标准》(CJ1886)。 标准规定如下: A、严禁排入腐蚀下水道设施的污水; B、严禁向城市下水道倾倒垃圾、积雪、粪便、 工业废渣和排放易于凝集堵塞下水道的物质;
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C、严禁向城市下水道排放剧毒物质(氰化物)、 易燃、易爆物质(汽油、醚类等)和有害气体; D、医疗卫生、生物制品、科学研究、肉类加工等 含有病原体的污水,必须经过严格消毒处理,除遵守本 标准外,还必须按有关专业标准执行; E、放射性污水向城市下水道排放,除遵守本标准 外,还必须按《放射防护规定(内部执行)》(GBJ874)执行; F、水质超过本标准的污水,不得用稀释法降低其 浓度,排入城市下水道。

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(3)国家标准《农田灌溉水质标准》(GB5084-92)

适用范围:适用于全国以地面水、地下水和处理后 的城市污水及与城市污水水质相*的工业废水作为水源 的农田灌溉用水,不适用于医药、生物制品、化学试剂、 农药、石油炼制、焦化和有机化工等处理后的废水进行 灌溉。 废水排入渔业水体时应符合《渔业水质标准》 (试行1979-03发布); 废水排入海洋时应符合《海水水质标准》 (GB3097-83)。

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六 、工业废水处理方法概述
1.废水处理方法

(1)工业废水的物理处理 (Physical Treatment) 定义:应用物理作用没有改变废水成分的处 理方法称为物理处理法; 废水经过物理处理过程后并没有改变污染物 的化学本性,而仅使污染物和水分离。 操作单元(Operating Units):调节 (Adjust)、离心分离(Centrifugal Separation)、除油(Oil Elimination)、过滤 2018/12/6 23 (Filtration)等。

(2)工业废水的化学处理(Chemical Treatment)

定义:应用化学原理和化学作用将废水中的 污染物成分转化为无害物质,使废水得到净化的 方法称为化学处理。 污染物在经过化学处理过程后改变了化学本 性,处理过程中总是伴随着化学变化; 操作单元(Operating Units) :中和 ( Neutralization)、化学沉淀( Chemical Precipitation)、药剂氧化还原(Chemical Oxidation Reduction)、臭氧氧化(Ozone Oxidation )、电解(Electrolysis)、光氧化法 (Photo- Oxidation)等。
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(3)工业废水的物理化学处理

(Physic-chemical Treatment) 定义:废水中的污染物在处理过程中是通过 相转移的变化而达到去除的目的的处理方法称为 物理化学处理。 污染物在物化过程中可以不参与化学变化或 化学反应,直接从一相转移到另一相,也可以经 过化学反应后再转移。 操作单元(Operating Units) :混凝 (Coagulation)、气浮(Floatation)、吸附 (Adsorption)、离子交换(Ion Exchange)、电渗 析(Electro-dialysis)、扩散渗析(Diffusion Dialysis)、反渗透(Reverse Osmosis)、超滤 (Ultra Filtrate)等。 2018/12/6 25

(4)工业废水的生物处理(Biological Treatment)

定义:是利用微生物的代谢作用氧化、分解、 吸附废水中可溶性的有机物及部分不溶性有机物, 并使其转化为无害的稳定物质从而使水得到净化 的方法称为生物处理。 生物处理过程的实质是一种由微生物参与进行 的有机物分解过程,分解有机物的微生物主要是 细菌,其它微生物如藻类和原生动物也参与该过 程,但作用较小。 操作单元(Operating Units) :好氧生物处理 (Aerobic Biological Treatment)、厌氧生物处 理(Anaerobic Biological Treatment).
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表2 各种污染物处理技术的基本方法
项目 悬浮物 方法 物理法 筛滤法、自然沉 降、自然上浮、 粒状介质过滤、 超滤、微滤、混 凝气浮、混凝沉 降 溶解的无机物 溶解的有机物 电渗析、反渗 萃取、活性炭 透、*⑤ 吸附 取、离子交换、 吸附 微生物 超过滤

化学法

酸碱中和、氧 湿式氧化、曝 化还原 气、氧化、焚 烧 甲烷消化法、活 生物硝化、生 性污泥法、生物 物反硝化 膜法、氧化塘法、 污水灌溉 甲烷发酵法、 活性污泥法、 生物膜法、氧 化塘法、污水

加氧、 加氯

生化法

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2.现代污水处理程度划分: (1)一级处理,主要去除污水中呈悬浮状态的固体污染 物质,物理处理法大部分只能完成一级处理的要求。经 过一级处理后的污水,BOD一般可去除30%左右,达不 到排放标准。一级处理属于二级处理的预处理。 (2)二级处理,主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有 机污染物质(BOD、COD),去除率可达90%以上, 使有机污染物达到排放标准。 (3)三级处理,是在一级、二级处理后,进一步处理难 降解的有机物、磷和氮等能够导致水体富营养化的可溶 性无机物等。主要方法有生物脱氮除磷法,混凝沉淀法, 砂滤法,活性炭吸附法,离子交换法和电渗析法等。

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3,清洁生产与污染预防

①污染控制的两种模式: ——终端治理(End-of-pipe Control) ——污染预防(Pollution Prevention) 与清洁生产(Cleaner Production)

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? 终端治理
——不小的效果,仍将是一个重要方面 ——资源和能源未充分利用 ——只能减少排放、不能阻止产生 ——污染物转移而不是消除 ——耗能耗资、多无附加经济效益

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? 污染预防与清洁生产
“废物最小化”、“无废工艺”、“零排放” “绿色化学”、“环境无害化学”、“环境友好 设计”等 Green Chemistry, Environmental Benign Chemistry, Environmental Friendly Technology, Designing Chemistry for the Environment, Benign by Design----Alternative Synthetic Design for Pollution Control 90‘初联合国环境署在全球推动清洁生产概念
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②清洁生产
?什么叫清洁生产? 《中国21世纪议程--中国21世纪人口、环境 与发展白皮书》中指出:“所谓清洁生产, 是指既可满足人们的需要又可合理使用自 然资源和能源并保护环境的实用生产方法 和措施,其实质是一种物料和能耗最少的 人类生产活动的规划和管理,将废物减量 化、资源化和无害化,或消灭于生产过程 之中。同时对人体和环境无害的绿色产品 的生产亦将随着可持续发展进程的深入而 日益成为今后产品生产的主导方向。”
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联合国环境规划暑的完善后定义 为:
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指将整体预防的环境战略持续应用于生产过程、产 品和服务中,以增加生态效率和减少人类及环境的 风险。 因此,清洁生产的含义为: 对生产过程:要求节约原材料和能耗,淘汰有毒原 材料,减降所有废弃物的数量和毒性; 对产品:要求减少从原材料提炼到产品最终处置的 全生命周期的不利影响: 对服务:要求将环境因素纳入设计和所提供的服务 中。
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例1,工艺改革:熄焦水改气
水熄焦:▲浪费热源(1000℃ ——> 100 ℃) ▲焦炭质量降低(强度) ▲产生大量废水(含酚、氰、氨) 干熄焦:冷氮气“气浴” ▲升温后的氮气经热交换器产生 蒸气进入热力管网(成了清洁 能源) ▲节水,消灭废水,减少粉尘

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例2, “以废治废”:钢厂焦化废水与烟道气
含氨的焦化废水自上而下从雾化器顶部喷 下,含SO2的高温烟道气则从雾化器底部送 入, 两者化合生成硫酸铵(化肥) 热量被利用,水被雾化蒸发

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例3,用复合改性矿物纤维替代部分植物纤 维(40:60)造纸,不改变造纸设备,减 轻黑液污染。(云南非金属矿产应用所)
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表3 我国2000~2020年工业废水防治战略目标的预测和建议 规划年 COD生 COD削减量 104t/a 产量 104t/a /占百分数 (%) COD排放量 104t/a /占百分数 (%) 工业废 水排放 量 108m3/a 排放的工 业废水 COD*均 浓度mg/L

2000 1759.0 622.0/35.4

1137.0/64.6 382.0

预 2010 2331.0 1289.0/55.3 1042.0/44.7 5000.0 测 2020 2993.0 2162.0/72.2 831.0/27.8 2000 791.5/45.0 967.5/55.0 598.0 336.2 386.7 425.4 288.0 253.2 195.3
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建 议 2010
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1352.0/58.0 979.0/42.0 2162.0/72.2 861.0/27.8

2020

4.废水处理方法的选择 (1)污染物在废水中存在状态 悬浮物——粒径1~100μm——沉淀、过滤等; 胶体和溶解物——胶体粒径1nm~100μm,溶解物粒 径小于1nm——利用特殊的物质使之凝聚或通过化学反 应使其粒径增大到悬浮物的程度,或利用微生物或特殊 的膜等将其分解或分离。 (2)废水处理工艺流程设计 预处理(一级处理)+二级处理+三级处理的组合。

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预处理的目的:
将废水中对微生物有抑制、有毒害作用的有机物尽可能 地削减、去除或转化为对微生物无害或有利的有机物, 以保证生化池中微生物能正常工作。 ? 在预处理过程中削减COD负荷,以减轻生化池的运行负 担。
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生化处理后的深度处理一般是针对生化出水中的污染物 达不到国家规定的排放标准而设计的,以确保处理出水 达标排放。

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(3)废水处理方法的确定 可参考已有的相同工厂的工艺流程确定。若无资 料可参考时,可通过试验确定。 ¤ 有机废水 Ⅰ.含悬浮物时,用滤纸过滤,测定滤液的BOD5、COD。 若滤液中的 BOD5、COD 均在要求值以下,则可采用物理 处理方法,在悬浮物的去除同时,也能将BOD5、COD 一 道去除。 Ⅱ.若滤液中的 BOD5、COD 高于要求值,则需考虑采用 生物处理方法。进行生物处理试验时,确定能否将BOD5、 COD 同时去除。 Ⅲ.若经生物处理后COD不能降低到排放标准时,就要考 虑采用深度处理。

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¤ 无机废水 Ⅰ.含悬浮物时,需进行沉淀试验,若在常规的静置时间 内达到排放标准时,则可采用自然沉淀法。 Ⅱ.若在规定的静置时间内答不到要求值时,则需进行混 凝沉淀试验。 Ⅲ.当悬浮物去除后,废水中仍含有有毒物质时,可考虑 采用调节pH值、化学沉淀、氧化还原等化学方法。 Ⅳ.对上述方法仍不能去除的溶解性物质,为了进一步去 除,可考虑采用吸附、离子交换等深度处理方法。

¤ 含油废水 首先做静置上浮试验分离浮油,再进行分离乳化油 的试验。
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第二部分、工业废水的物理处理
一、调节池(调节水量和水质的构筑物) 1.调节池的类型 (1)均量池——均化水量;实际是一座变水位的 贮水池,来水为重力流,出水用泵抽。池中最高 水位不高于进水管的设计水位,水深一般为2米 左右,最低水位为死水位。 主要设计因素:生产周期(自测或厂方提供); 确定泵的设计流量; 不拘形式。
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(2)均质池——均化水质;均化池中水流每一 质点的流程则由短到长,都不相同,再结合 进出水槽的配合布置,使前后时程的水得以 相互混合,取得随机均质的效果。

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(3)均化池——既均量,有均质;在池中设置搅拌装 置,出水泵的流量用仪表控制。如采用表面* 或鼓风*保墒剐∥锊恢鲁恋砗统鱿盅嵫 情况外,还可以有预*淖饔茫芨慕醭列Ч 减轻*馗汉伞 (4)间歇式均化池——当废水水量规模较小时,可设 间歇式贮水池,即间歇贮水、间歇运行的均化池, 池可分为两或三格,交替使用。池中设搅拌装置。 这种池型效果最好。 (5)事故池——为防止水质出现恶性事故,或发生破 坏污水处理厂运行的事故时,设置所谓事故池,贮 留事故排水,这是一种变相的均化池。事故池的进 水阀门一般是自动控制,否则无法及时发现事故。 这种*绞北Vば箍毡赣谩
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2.调节池的计算 (1)均量池

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均量池贮水量通常只占总水量的10%—20%左右。
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(2)均质池
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C??
t ?1

t ?1 t

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qi 2

t

q

t ?1

Ci qi W

W — 均质池容积, m 3 qi — 均质周期内的逐时流量 ,m3 / h C — 出水浓度, mg / L Ci — 相应于时流量为qi的污染物浓度, mg / L

? — 实际容积附加系数,? ? 0.(经验值) 7

均质池的均匀混合形式:水泵强制循环;空气搅拌 或机械搅拌;穿孔导流槽引水;均质沉淀调节池;折流 式调节池。 2018/12/6 45

二、离心分离 1.离心分离原理 定义:利用高速旋转的物体产生的离心力场以分离废 水中的悬浮固体的处理方法。 原理:是利用快速旋转所产生的离心力使含有悬浮固 体(或乳状油)的废水进行高速旋转,由于悬浮固体和 废水的质量不同,因而所受到的离心力也将不同,质量 大的悬浮固体,被甩到废水的外侧,质量轻的作向心运 动,集中于离心设备最里面。 当离心分离设备中分离颗粒密度大于介质密度时, 分离颗粒被沉除在离心设备的最外侧 ;而当颗粒密度 小于介质密度时,分离颗粒被“浮上”在离心设备最里 面,因此离心设备包括离心沉降和离心浮上两种。
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设m和m0分别为废水和固体颗粒的质量,旋转半径为r, 角速度为w, 则 悬浮固体的离心力为:Fc=(m-m0)w2r 悬浮固体的重力为:Fg=(m-m0)g 悬浮固体的离心力与重力之比为: a=Fc/Fg=w2r/g 将w=2?n/60代入 则a=Fc/Fg?r n2/900 a称为分离因素,其影响因素有: (1)n ↗,a ↗,分离效果好; (2)r ↗ , a ↗, 分离效果好; (3)密度差(颗粒与水)越大,分离效果越好; (4)颗粒直径与分离效率有关。 2018/12/6 47

2.离心分离设备 (1)离心机 是依靠一个可以随转动的圆筒(又称转鼓), 在外借传动设备驱动下产生高速旋转,其中液体也 随同旋转,由于其中不同密度的组分产生不同的离 心力,从而达到分离的目的。 离心机设备紧凑、效率高,但设备复杂,只适 用于处理小批量的废水、污泥脱水、很难用一般过 滤法处理的废水和分离回收废水中的有用物质,如 从洗羊毛废水中回收羊毛脂。 离心机脱水的一般效果见表4。

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表4

离心机脱水的一般效果
原污泥干固 分离液悬 体浓度% 物浓度% 泥饼干固 体浓度% 固体回 预处理 收率%

污泥种类
初次沉淀污泥 初次沉淀与活性污泥混合 初次沉淀与活性污泥混合 初次沉淀与腐殖污泥混合

3.83 3.61 4.6 9.57

0.49 0.06 0.25 0.05

35.0 20.0 41.3 22.9

88.0 98.2 95.5 99.2

不需要

化学调节 热处理 化学调节

初次沉淀与腐殖污泥混合
初次沉淀经消化 初次沉淀与活性污泥经消化 初次沉淀与腐殖污泥经消化 初次沉淀与腐殖污泥经消化 活性污泥
2018/12/6 活性污泥

4.8
8.8 3.5 2.79 8.5 2.19

0.08
1.44 0.30 0.44 1.15 0.55

58.2
30.0 20.0 22.0 37.9 19.6

98.4
88.0 93.0 86.0 89.0 74.2

热处理
不需要 化学调节 化学调节 化学调节 化学调节
49 热处理

8.2

0.84

38.8

92.0

(2)水力旋流器 水力旋流器有压力式和重力式两种。 压力式水力旋流器是含悬浮物的废水在水泵或其他 外加压力的作用下,以切线方向进入旋流器后发生高速 旋转,在离心力作用下,固体颗粒物被抛向器壁,并随 旋流下降到锥形底部出口。澄清后的废水或含有较细微 粒的废水,则形成螺旋上升的内层旋流,由上端中央溢 流管排出。 重力式水力旋流器是水流在分离器内的旋转靠进出 口的水位差压力。废水从切线方向进入器内,造成旋流, 在离心力和重力作用下,悬浮颗粒甩向器壁并向器底水 池集中,随时水得到净化。 主要应用于废水的澄清和浓缩处理,以及高浊度河 水的预处理,以代替庞大的预沉池。
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3 离心分离设备的应用(北京制呢厂洗毛废水处理流程)

回槽水 回槽水 回槽水 ? ? ? (二道提油) 洗毛水?除渣器? 分离机? 分离机? 分离机? 羊毛脂 ? ? (一道提油) 沉淀箱 ?溢流回水槽 ? 沉砂

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除油

1.除油 (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。
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(2)废水中的油类的分类 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; 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; 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; 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。
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(3)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*流隔油池、*板式隔油池和斜板隔油池。各自 的特性见表5。

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:废水或一部分沉淀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 2018/12/6 54 室。

表5 *流式、*板式和倾斜板式隔油池的特性比较
项目
除油效率% 占地面积(处理量相 同时) 可能除去的最小油滴 粒径μm

*流式 60—70 1 100—150

*板式 70—80 ? 60 0.2

倾斜板式 70—80 1/3—1/4 60 0.2

最小油滴的浮上速 0.9 度mm/s 分离油的去除方式 刮板及集油管集油 泥渣除去方式 *行板的清洗 防火防臭措施 附属设备 基建费
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利用压差自动流入管内 集油管集油

刮泥机将泥渣集中到 用移动式的吸泥软管或 重力排泥 泥渣斗 刮泥设备排除 没有 定期清洗 定期清洗

浮油与大气相通,有 表面为清水,不易着火, 有着火危险, 着火危险,臭气散发 臭气也不多 臭气比较少 刮油刮泥机 低 卷扬机、清洗设备及装 没有 *行板用的单轨吊车 高 较低
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(4)隔油池的计算 按油粒上浮速度计算法:
A ??
Q u

A — 隔油池表面积,m 2 Q — 废水设计流量,m 3 / h

? — 对隔油池表面积的修正系数,该值与 池容积利用率和水流紊动状况有关, 见表6 u — 油珠的设计上浮速度,m / h

表6

α值与速度比(v/u)的关系

v/u 20 15 10 6 3 α 1.74 1.64 1.44 1.37 1.28 注:V为水流流速;设计上浮速度U可由废水静浮试验确定 或按经验公式计算。
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斯笃克斯公式:
u ? 18 ?? ( ?W ? ? O )d 2 u — 静止水中,直径为d的油珠的上浮速度,cm / s
?g

?W , ? O — 分别为水与油珠的密度,g / cm3
d — 可上浮最小油珠的粒径,cm

? — 水的绝对粘滞性系数,Pa.s
g — 重力加速度,cm / s 2

? — 废水油珠非圆形的修正系数,一般取1.0 ? — —考虑废水悬浮物引起的颗粒碰撞的阻力系数, ??
4?10 4 ? 0.8 S 2 ,?值可取0.95 4?10 4 ? S 2

S — 废水中悬浮物浓度,mg / L
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隔油池的过水断面面积:
Ac ?
Q v

Ac — 过水端面面积,m 2 v — 废水在隔油池中的水*流速,m / h, 一般取v ? 15u, 但不宜大于 15mm / s(一般为2 ~ 5mm / s)

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:
v L ? ?( u )h

隔油池每个格间的长宽比L/b,不宜小于4.0。
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按废水的停留时间计算法:
隔油池的总容积W:W ? Qt Q — 隔油池设计流量,m 3 / h t — 废水在隔油池内的设计停留时间,h,一般取1.5 ~ 2.0h 隔油池的过水面积Ac:Ac ? 隔油池格间数n : n ?
Ac b. h Q 3. 6 v

v — 废水在隔油池中的水*流速, mm / s b — 隔油池每个格间的宽度 ,m h — 隔油池工作水深, m 按规定,隔油池的格间数不得小于2。 隔油池的有效长度L:L ? 3.6vt 隔油池建筑高度H:H ? h ? h? h? — 池水面以上的池壁m超高,一般不小于0.4m
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(4)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

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四、过滤

1过滤的作用 (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。Ⅳ.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。 2018/12/6 61

2废水过滤机理 Ⅰ.隔滤: 机械隔滤, 偶然接触; Ⅱ.沉淀: Ⅲ.碰撞: Ⅳ.截获: Ⅴ.粘附: Ⅵ.化学吸附:键吸附,化学的相互作用; Ⅶ.物理吸附:静电作用,动电作用,范德华力作用; Ⅷ.絮凝: Ⅸ.生物繁殖:

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3 滤料与承托层 ①滤料 Ⅰ. 要求:具有吸附 SS 的表面积和一定的级配;机械强度; 化学稳定性。 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、纤维球滤料。 Ⅲ.粒径与级配: Ⅳ.滤料层规格 Ⅴ.滤料的选择: ②承托层 作用:阻挡滤料进入配水系统;均匀配水(反冲洗时); 主要配合大阻力配水系统而使用。要求承托层是一种反 滤料层结构。
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4滤池分类 Ⅰ.按水流方向分为降流式滤池、升流式滤池、升流和降 流结合滤池、水*流式滤池。 Ⅱ.按滤料分单层滤料滤池、双层滤料滤池、混合滤料滤 池。 Ⅲ.按滤料冲洗状态分固定床式和移动床滤池。 Ⅳ.按驱动力分为重力式滤池和压力式滤池。 Ⅴ.按滤料的不同分为颗粒材料过滤和多孔材料过滤。

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五、吹脱技术
1、原理 废水中有大量的无用的溶解气体 (CO2,H2S,HCN,CS2)等,既有损于身体健康, 也对管道设备有腐蚀作用,因此必须去除。 定义:指当废水中有毒、有害气体在水中的浓 度大于与空气相*衡时所具有的浓度时,采取向 水中通入空气,使废水中的有毒、有害气体从液 相向气相转移,以达到去除目的。

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2、影响吹脱的因素

(1)温度 温度高,蒸发快,有利于吹脱。 (2)气液比 气量要适宜,气液比要接*液泛极限, 设计时取80%。 (3)pH值 不同pH值,挥发物质存在状态不一样, 如游离H2S在硫化物中的含量百分比见下表:
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表 1 H2S和pH的关系

pH

5

6

7

8

9

10

100 游离 H2S(%) 游离 HCN(%)

95

64

15

2

0

99.7

99.3

93.3

58.1

12.2

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(4)油类物质 油类物质的存在不利于吹脱,气泡会粘 附在上,应预先除去。

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3、吹脱出气体的回收处理
? ?

?
? ?

(1)用碱性溶液吸收 NaOH: HCN;H2S等 (2)用活性碳吸附 (3)采用燃烧法 H2S燃烧制取硫酸。

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4、吹脱技术的装置
? ?

?
? ?

(1)吹脱池 直接* (2)塔式填料装置 吹脱塔 吹脱效率高,也便于回收挥发性的气体 物质。

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六、高梯度磁分离技术
? ?

?

1、原理 借助于磁场作用分离不同性质的物质。 作用在磁性颗粒上的磁力,不仅正比于 磁场强度,也正比磁场梯度,而高磁场强度 和高磁场梯度两者的组合能产生最大的作用 磁力,这个磁力必须大于各种斥力之和(重 力、阻力、摩擦力、分子间力等)
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2、磁性分离设备及其发展
(1)永磁性分离器 磁场是由永磁铁产生的。 (2)电磁式分离器 可以产生强磁场和高梯度。 (3)超导式磁分离器 超导体可以达到极高的电流密度,从而形成高 梯度,轻便、省电、省料、不必冷却、运行费用 低操作简便。
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第三部分、工业废水的化学处理
一 中 和 1.酸碱废水的概述 (1)来源 酸性废水:化工厂、化纤厂、电镀厂、煤加工厂 几金属酸洗车间等; 碱性废水:印染厂、金属加工厂、炼油厂、造纸 厂等。 (2)处置 当酸或碱废水的浓度很高时,如在3%—5%以上 时,应考虑回用和综合利用的可能性;当浓度不高, 如小于3%时,才考虑中和处理。
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2. 在工业废水处理中,中和法应用以下情况
(1)在废水排入水体之前,因为水生生物对pH值的变化 极其敏感,当大量废水排入后使水体的pH值变得偏酸 或偏碱时,会产生不良影响; (2)在废水排入城市排水管道之前,由于酸、碱对排水 管道产生腐蚀作用,一般城市排水管道对排入工业废水 的pH值都有明确的规定; (3)在废水需要进行化学或生物处理之前,对于化学处 理(如混凝、除磷等),要求废水pH值升高或降低到 某一需要的最佳值。对于生物处理,废水的pH值通常 应维持在6.5—8.5范围内,以保证处理构筑物内的微生 物维持最佳活性。
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3.中和药剂 (1)酸性废水中和处理采用的中和药剂:石灰、 石灰石、白云石、苏打、苛性钠等;碱性废水中 和处理采用的中和药剂:盐酸和硫酸。 (2)碱性中和剂的单位消耗量,参见表7或 P476——表12-3; 酸性中和剂的单位消耗量,参见表8或 P478——表12-4。

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表 7 碱性中和剂的单位消耗量
酸类名称
CaO 硫酸/H2SO4 盐酸/HCl 硝酸/HNO3 0.77 0.571 0.755 1.01 0.445 0.59

中和1g酸所需碱性物质的量/g
Ca(OH)2 CaCO3 MgCO3 1.02 1.37 0.795 0.83 0.86 1.15 0.668 0.695 CaCO3- MgCO3 0.94 1.29 0.732

醋酸/HCH3COOH 0.466 0.616

表 8 酸性中和剂的单位消耗量
中和1g碱所需酸性物质的量/g 碱类名称

H2SO4
100% 98% 1.24 0.90 1.34 2.93 1.22 0.88 2.88

HCl
100% 0.91 0.65 0.99 2.12 98% 2.53 1.80 2.74 5.90

HNO3
100% 1.37 1.13 1.70 3.71 98% 2.42 1.74 2.62 5.70
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NaOH KOH NH3
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Ca(OH)2 0.32

4.中和方法 (1)酸性废水的中和方法有酸性废水与碱性废水相互中 和、药剂中和和过滤中和3种方法;碱性废水的中和方 法有碱性废水与酸性废水相互中和、投酸中和和烟道气 中和3种方法。 (2)中和方法的选择应考虑: ?含酸或含碱废水所含酸类或碱类的性质、浓度、水量及 其变化规律; ?首先应寻找能就地取材的酸性或碱性废料,并尽可能加 以利用; ?本地区中和药剂和滤料(如石灰石、白云石等)的供应 情况; ?接纳废水水体性质、城市下水道能容纳废水的条件,后 续处理(如生物处理)对pH值的要求等。 2018/12/6 77

5.酸、碱性废水中和法 是将酸性废水和碱性废水共同引入中和池中,并在 池内进行混合搅拌。中和结果,应该使废水呈中性或弱 碱性。 根据质量守恒原理计算酸、碱废水的混合比例或流 量,并且使实际需要量略大于计算量。 当酸、碱废水的流量和浓度经常变化,而且波动很 大时,应该设调节池加以调节,中和反应则在中和池 进行,其容积应按1.5—2.0h的废水量考虑。

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6.药剂中和法 石灰作中和剂能够处理任何浓度的酸性废水;氢氧 化钙对废水杂质具有混凝作用,适用于含杂质多的酸性 废水。 最常采用的是石灰乳法。石灰不仅能够中和酸,同 时还可以与废水中的金属盐类(如铁盐、铅盐、锌盐、 铜盐等)生成沉淀。 计算中和药剂的投量时,应增加与重金属化合产生 沉淀的含量。

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7.过滤中和法

仅适用于含硫酸浓度不大于2—3g/L和生成易溶盐
的各种酸性废水的中和处理。滤料常采用石灰石、白云 石、大理石等。 过滤中和时,废水中不宜有浓度过高的重金属离子 或惰性物质,要求重金属离子含量小于50mg/L,以免 在滤料表面生成覆盖物,使滤料失效。 含HF的废水中和过滤时,因CaF2溶解度很小,要 求HF浓度小于300mg/L。如浓度超过限值,宜采用石 灰乳进行中和。 过滤中和法的优点是操作管理简单,出水pH值较稳 定,不影响环境卫生,沉渣少,一般少于废水体积的 0.1%;缺点是进水酸的浓度受到限制。
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8.碱性废水的中和处理 (1)药剂中和,通常采用93%—96%的工业浓硫酸。若 处理水量较小时,可用盐酸中和。在投加酸之前,一般 先将酸稀释成10%左右,然后按设计要求的投量经计量 泵计量后加入。酸稀释时应考虑腐蚀。 (2)烟道气中和。烟道气中含有CO2和SO2,溶于水中 形成H2CO3、H2SO3,可中和碱性废水。用烟道气中和 的方法有两种,一是将碱性废水作为湿式除尘器的喷淋 水,另一种是使烟道气通过碱性废水。 优点:处理效果良好;以废治废;经济 缺点:会使处理后的废水中悬浮物含量增加,硫化物和 色度增加。

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9.中和设备和装置 (1)酸碱废水相互中和的设施 ?当水质水量变化较小,或废水缓冲能力较大时,可不单 独设中和池,而在集水井或管道内进行连续流式混合; ?当水质水量变化不大,废水也有一定缓冲能力时,应单 设连续流式中和池; ?当水质水量变化较大,且水量较小时,应采用间歇流式 中和池。每池的有效容积可按废水排放周期中的废水量 计算。一般至少设两座,以便交替使用。 (2)药剂中和处理设备设施 ? 中和剂制备设施,投药有干投、湿投两种方法。

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(3)过滤中和法的设备设施 ? 普通中和滤池:由于滤速低(小于1.4MM/S),滤料粒 径大(3—8CM),当进水硫酸浓度较大时,极易在滤 料表面结垢而且不宜冲掉,阻碍中和反应。目前已很少 采用。 ? 升流式膨胀中和滤池:高流速(8.3—19.4MM/S),小 粒径(0.5—3MM),水流由下向上流动,加上产生的 CO2气体的作用,使滤料相互碰撞摩擦,表面不断更新, 处理效果良好。分为: 恒速滤; 变速滤; 滚筒过滤。
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二、 化学沉淀 1. 概述 向废水中投加某种化学物质,使它和水中某些溶解 物质产生反应,生成难溶于水的盐类沉淀下来,从而降 低水中这些溶解物质的含量。这种方法称为水处理中的 化学沉淀法。 化学沉淀法经常用于处理含汞、铅、铜、锌、六价 铬、硫、氰、氟、砷等有毒化合物的废水。 根据使用的沉淀剂的不同,通常使用的化学沉淀法 主要有氢氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、碳酸盐沉淀法 和钡盐沉淀法等。

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2 原理

从普通化学得知,水中的难溶盐类服从溶度积原 则,即在一定温度下,在含有难溶盐MmNn(固体)的 饱和溶液中,各种离子浓度的乘积为一常数,称为溶度 积常数,记为LMmNn:

上式对各种难溶盐都应成立。而当[Mn+]m[Nm-]n> LMmNn时,溶液呈过饱和,超过饱和那部分溶质将析出 沉淀,直到符合 LMmNn=[Mn+]m[Nm-]n时为止;如果 [Mn+]m[Nm-]n<LMmNn,溶液不饱和,难溶盐将还可以继 续溶解,也直到符合LMmNn=[Mn+]m[Nm-]n时为止。
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3 氢氧化物沉淀法 采用氢氧化物作沉淀剂使工业废水中的许多重金属 离子生成氢氧化物沉淀而得以去除,这种方法一般称作 氢氧化物沉淀法。 氢氧化物沉淀与 pH 值有很大的关系,金属氢氧化物 的生成条件和存在状态与溶液的pH值有直接关系。 此外,有些金属如 Zn、Pb、Cr、Al等的氢氧化物为 两性化合物,如 pH值过高,它们会重新溶解。如:

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(4)硫化物沉淀法 工业废水中的许多重金属离子可以形成硫化物沉淀 而得以去除。由于大多数金属硫化物的溶解度一般比其 氢氧化物的要小得多,采用硫化物可使重金属得到较完 全的去除。 硫化物沉淀法常用的沉淀剂有硫化氢、硫化钠、硫化 钾等。 重金属离子的浓度和 pH 有关,随着 pH 值增加而降低。 虽然硫化物法比氢氧化物法可更完全地去除重金属离子, 但是由于它的处理费用较高,硫化物沉淀困难,常常需 要投加凝聚剂以加强去除效果,因此,采用得并不广泛, 有时仅作为氢氧化物沉淀法的补充方法使用。此外,在 使用过程中还应注意避免造成硫化物的二次污染问题。
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(5)碳酸盐沉淀法 金属离子的碳酸盐的溶度积很小,对于高浓度的重金 属废水,可以用投加碳酸钠的方法加以回收。如: ①含锌废水: 某些化工厂排出的废水中含锌离子,若不 进行处理将污染环境。用碳酸钠与之反应,生成碳酸锌 沉淀。沉渣用清水漂洗后,再经真空抽滤筒抽干,可以 回收或回用生产。其化学反应如下:

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②含铜废水:某些含铜工业废水也可以采用碳酸盐沉淀法 回收,对于其沉淀下来的铜,一般还应进一步回收利用。

③含铅废水: 对于某些含铅工业废水利用碳酸盐沉淀法 处理,对于其沉淀下来的废渣,应该送固体废物处理中 心或在本单位进行无害化处理,以保证不对环境造成二 次污染。 反应式为: Pb2++CO32- → PbCO3↓

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(6)钡盐沉淀法 主要用于处理含六价铬的废水。 沉淀剂:碳酸钡、氯化钡、硝酸钡、氢氧化钡等。 以碳酸钡为例: BaCO3+CrO42- ? BaCrO4↓+ CO32-

为了提高除铬效果,应投加过量的碳酸钡,反应时 间应保持25—30min。投加过量的碳酸钡会使出水中含 有一定数量的残钡。在回用前可用石膏法去除: CaSO4+Ba2+ ? BaSO4↓+Ca2+

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(7)铁氧体沉淀法 废水+硫酸亚铁+碱 → 铁氧体晶粒 ? 空气

思考题:针对废水中的重金属设计相应的处理流程。

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三、药剂氧化还原
1 概述 定义: 氧化还原法:利用溶解于废水中的有 毒物质,在氧化还原反应中能被氧化或还原 的性质,把它转化为无毒无害的新物质的方 法。 目的:剧毒或有毒 → 无毒、低毒 常用的氧化剂:空气中的氧、纯氧、臭氧、 氯气、漂白粉、次氯酸钠、三氯化铁等; 常用的还原剂:硫酸亚铁、亚硫酸盐、氯化 亚铁、铁屑、锌粉、二氧化硫、硼氢化钠等。
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2 药剂氧化法

定义:向废水中投加氧化剂,氧化废水中的有 毒有害物质,使其转变为无毒无害的或毒性小的 新物质的方法。 作用:主要去除废水中的氰化物、硫化物、酸、 醇、油类污染物及脱色、脱嗅、杀菌等。 例: 含氰废水时,氰化钠、氰化钾易析出CN— (剧毒) 加入氧化剂后转化为络合物,不易析出CN—, 表现为较低的毒性。 2018/12/6 93

3 药剂还原法
定义:向废水中投加还原剂,氧化废水中的有毒有 害物质,使其转变为无毒无害的或毒性小的新物质 的方法。 作用:主要处理含铬、含汞废水。 例一:硫酸亚铁石灰法除铬 废水中的六价铬主要以两种形式存在: 铬酸根CrO42-和重铬酸根CrO72在水中:2 CrO42- +2H+ ? CrO72-+H2O pH≤4时,主要以CrO72-存在 投加硫酸亚铁时:Cr6+?Cr3+(还原)Fe2+ ?Fe3+(氧化) 在投加石灰,使pH为7.5-9.0 可以生成Cr(OH)3?+Fe(OH)3 ?
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三、臭氧氧化

1、臭氧性质 氧化能力:强氧化剂,仅次于氟,比氧、氯都高。 溶解度:与压力成正比(符合亨利定律)。 分解: 在空气中会自行分解。 毒性和腐蚀性:除金和铂外所有金属都有腐蚀性。 但不含碳的铬铁合金不受腐蚀,用来制造设备。 2、臭氧的制备 无声放电;放射法;紫外线辐射法;等离子射流法。

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3、臭氧接触反应设备
一般根据臭氧化空气与水的接触方式分为: 气泡式(应用较多):水膜式;水滴式

4尾气处理
活性碳法:2C+O3?CO2+CO 药剂法: 亚铁盐等使其还原;氢氧化钠使其分解 燃烧法:在3000℃以上立即分解。

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5、臭氧废水处理系统的设计 (1)发生器 臭氧需要量:Qo3=1.06 Q C (g/h) Q:处理废水量,m3/h C:臭氧投量。通过试验确定 (2)臭氧接触反应器 容积计算:V=QT/60 (3)气源冷却和除尘设备 选择合适的冷凝器。 (4)干燥器
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6、具体应用 印染废水处理:主要脱色。 含氰废水处理; 含酚废水处理。 7、优缺点: 优点(1)对除臭、脱色、杀菌去除有机物和无 机物有显著效果。 (2)不产生二次污染。 (3)制备臭氧的电和空气不需储存和运输 (4)不产生污泥。 缺点;造价高,处理成本高。
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四、二氧化氯氧化法
1、性质:黄色略带辛辣的气体。在水溶液中 无害,具有强大的脱色和漂白功能。 2、作用:主要杀菌,常用于医院废水处理, (最早用液氯,现用二氧化氯替代) 3、制造:用氯或盐酸与次氯酸钠反应制造; 二氧化氯协同发生器。

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五、光氧化法
是工业废水处理的新技术,可以解决有毒害 但无法生物降解的物质。 1、类型: (1)光激化氧化法 以臭氧、过氧化氢、氧和空气作为氧化剂, 将氧化作用和光化学辐射相结合,产生氧化 能力很强的自由基。 (2)光催化氧化法 在水溶液中加入一定量的半导体催化剂, 在紫外线辐射下产生强氧化能力的自由基。
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2、光化学反应器的设计 目前成品市场较少 (1)紫外光源的选择 选取对水处理最有效的波段范围。 (2)水的紫外光吸收系数和穿透深度 吸收系数:只有水吸收光时,才能进行光化学反应。 穿透深度:紫外光在水中透射时,受水质和水深因 素的影响。 3、光强和剂量 光强:功率的大小。 剂量:作用在单位面积上的能量。
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六、电解法
1、定义 利用电解的原理,使污染物质在电解过程中 沉积于电极表面或沉淀下来或生成气体来处 理废水的方法叫电解法。 2、电解槽的结构形式 (1)回流式(P507) 优点:水流沿极板折流前进,流程长,有利 于离子扩散,电解槽容积利用率高。 缺点:施工和检修困难。
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(2)翻腾式 极板悬挂,水流顺着板面前进,减少漏电。 3、电解处理法的作用 (1)氧化作用 电解产生O2,可以对氧化有机物和无机物。 (2)还原作用 电解产生H2,可以还原某些物质,如脱色。 (3)混凝作用 失去电子的金属离子易水解生成羟基络合物。 (4)浮选作用 产生气体,以微气泡形式逸出,使杂质上浮。
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第四部分、 工业废水的物理化学处理
一、 混凝
1 概述 混凝可去除的颗粒大小为胶体及部分细小的悬浮物。 混凝目的:投加混凝剂使胶体脱稳,相互凝聚生长成大矾花。 主要去除对象:粘土(50nm-4 ?m) 细菌(0.2?m-80?m) 病毒(10nm-300nm) 蛋白质(1nm-50nm) 混凝过程涉及到三个方面的问题: 水中胶体的性质 混凝剂在水中的水解 胶体与混凝剂的相互作用 1637年,我国开始使用明矾净水,1884年,西方才开始使用
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2、胶体的性质 (1)稳定性 动力学稳定性:布朗运动强,对抗重力影响的能力强 聚集稳定性:胶体带电相斥 其中聚集稳定性对胶体稳定性的影响起到关键的作用。 (2)胶体的双电层结构 胶核表面有负电荷,可吸附水中的正离子,与之 *衡。在靠*胶核表面的一层内,因吸力较大正电离子 紧密地吸附在胶核表面上,故称为吸附层。厚度较薄较 固定,不随外界的条件(水温)变化而变化。 在吸附层之外,还有一层正电离子,在此范围内 静电吸力因屏蔽作用而减弱,且受水分子热运动的干扰, 鼓层内的正电离子与胶核的结合力较为松弛,离子扩散 游动在吸附层之外,称为扩散层。 2018/12/6 105

3 混凝的机理 混凝:包括凝聚(Coagulation)、絮凝(Flocculation ) 几种作用机理: (1)、压缩双电层:
压缩双电层――?电位?――稳定性?――凝聚 (2)、电性中和,又称吸附-电性中和 这种现象在水处理中出现的较多。指胶核表面 直接吸附带异号电荷的聚合离子、高分子物质、胶 粒等,来降低?电位。 (3)、网捕或卷扫 金属氢氧化物在形成过程中对胶粒的网捕
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根据以上机理,可以解释在不同 pH 条件下,铝盐可能产 生的混凝机理。 pH<3 简单的水合铝离子起压缩双电层作用 pH=4-5 多核羟基络合物起吸附电性中和 pH=6.5-7.5 氢氧化铝起吸附架桥

另外还有其他混凝机理解释: 如混凝形态学等

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4 混凝过程 由铝盐的混凝过程总结出以下特点: 凝聚(coagulation) 带电荷的水解离子或高价离子压缩双电层或吸附电中和 ――?电位?――脱稳――凝聚,生长成约d=10? 特点:剧烈搅拌,瞬间完成 ??在混合设备中完成 絮凝(flocculation) 高聚合物的吸附架桥 脱稳胶粒――生长成大矾花d=0.6-1.2mm 特点:需要一定时间,搅拌从强?弱 ??在絮凝中设备完成
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5 混凝的操作程序 (1)、提高碱度:投加重碳酸盐具有增加碱度和 不提高pH值的优点; (2)、投加铝盐或高铁盐,AL3+或Fe3+包围胶体 粒子,使微小絮凝体带有正电荷; (3)、投加活化硅酸和聚合电解质之类的助凝剂, 以便增大絮凝体并控制ξ电位。 在投加碱和混凝剂后建议快速搅拌1-3分钟, 随后投加助凝剂搅拌20-30分钟,以促进絮凝, 也可以投加阳离子聚和物实现脱稳。

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6 混凝影响因素
主要因素:废水的胶体杂质浓度、pH值、水温及共存杂 质等。 (1)、水温 低温,混凝效果差,原因是因为:无机盐水解吸热; 温度降低,粘度升高――布朗运动减弱;胶体颗粒水化 作用增强,妨碍凝聚 对策:提高投药量、添加高分子助凝剂 (2)、pH及碱度 视混凝剂品种而异。 无机盐水解,造成pH下降,影响水解产物形态。 根据水质、去除对象,最佳pH范围也不同。 需碱度来调整pH,碱度不够时需要投加石灰。
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(3)、水中浊度物质的组成与特性 从对混凝效果的影响看,浊度物质有三种性质指标: A、电动电位 夏秋时,浊度物质的电动电位比冬季要低。 故在冬季时要多投加混凝剂或加助凝剂。 B、粒径及其分布 粒径较大且分布较为均匀,不利于颗粒的凝聚和沉 降接触,反之有利于混凝。 C、吸附容量 代表一定重量的颗粒表面所吸附的阳离子总量。吸 附量大,表明胶粒扩散层中离子数量多。为取得较好的 混凝效果,需要更多的絮凝剂,才能提供较多的高价阳 离子,使粒子充分脱稳。
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7 混凝剂和助凝剂 (1)、混凝剂:不少于200-300种。 无机: 铝系:适宜pH:5.5~8 ;硫酸铝,明矾,聚合氯化铝 (PAC),聚合硫酸铝(PAS) 铁系 :适宜pH:5~11,但腐蚀性强 ;三氯化铁,硫酸亚 铁,硫酸铁(国内生产少),聚合硫酸铁,聚合氯化铁 有机 : 人工合成:阳离子型:含氨基、亚氨基的聚合物,国外开 始增多,国内尚少;阴离子型:水解聚丙烯酰胺 (HPAM);非离子型:聚丙烯酰胺(PAM),聚氧化 乙烯(PEO);两性型:使用极少。 天然:淀粉、动物胶、树胶、甲壳素等;微生物絮凝剂
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发展方向: 复合型无机或有机高分子絮凝剂: 如铁铝复合、聚合铝硅/铁硅、无机-有机复合 高分子絮凝剂: 阳离子有机化合物 天然改性高分子絮凝剂:无毒易降解,如甲壳素等 多功能絮凝剂:絮凝、缓蚀阻垢、杀菌灭藻 微生物絮凝剂

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(2)、助凝剂 可以参加混凝,也可不参加混凝。 a.酸碱类:调整水的pH,如石灰、硫酸等 b .加大矾花的粒度和结实性:如活化硅酸( SiO2 nH2O)、骨胶、高分子絮凝剂 c .氧化剂类:破坏干扰混凝的物质,如有机物。 如投加Cl2、O3等

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8、混凝动力学 颗粒间的碰撞是混凝的首要条件――混凝动力学 (1)异向絮凝 由布朗运动造成的碰撞,主要发生在凝聚阶段。 颗粒的碰撞速率 Np=8/(3??) KTn2 n:颗粒数量浓度 ?:运动粘度 凝聚速度决定于颗粒碰撞速率。 Np 只与颗粒数量有关, 而与颗粒粒径无关。 当颗粒的粒径大于1?m,布朗运动消失。

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(2)、同向絮凝 由水力或机械搅拌产生。在整个混凝过程中占有重 要地位,其理论仍在发展之中。最初的理论基于层 流的假定。 碰撞速率N0=4/3 n2 d2 G d:颗粒粒径 G=?U/?Z(速度梯度)(相邻两流层的速度增量)

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(3)、混凝控制指标 用G可以来判断混合和絮凝的程度: 混合(凝聚)过程:*均G=700-1000s-1,但剧烈搅 拌是为尽快分散药剂 时间通常在10~30s,一般<2min 絮凝过程 :不仅与G有关,还与时间有关。 *均G=20-70s-1, GT=1~104-105 实际设计,采用V和T,反过来校核GT或者*均G

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9 混凝设备
(1)、混凝剂的配制与投配 一般采用液体投加的方式。 a.投配流程: 药剂-溶解池-溶液池-计量设备-投加设备-混合设备- b.剂量与投加方式 计量:流量计(转子、电磁)、苗嘴、计量泵 投加方式:泵前投加;高位溶液池重力投加;水射器投加; 泵投加 c.投加量的自动控制 自动控制方法:数学模型法:需要大量的生产数据、涉及仪表 多 现场模拟试验法:根据试验结果反馈到投药, 仍有一定滞后。 动电流检测器(SCD): 絮凝监测器:利用光电原理检测水中絮凝颗粒 2018/12/6 118 变化

(2)、 混合设备 水泵混合:投药投加在水泵吸水口或管上。 管式混合:管式静态混合器、扩散混合器,混合时间 2 -3 秒 机械混合:搅拌 (3)、絮凝设备 隔板絮凝池 ;折板絮凝池 ;机械絮凝池 ;悬流、迷 宫式等不同形式的组合。

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10 工业废水处理中混凝的应用 给水中,以地表水为水源时应用较多,主要去除浊度和 细菌。经混凝沉淀后浊度一般小于10度。 ?印染废水处理:适用于含颜料、分散染料、水溶性分子 量较大的等染料废水处理。可以单独用无机混凝剂,也 可和有机高分子絮凝剂联用。 例:某针织厂废水TOC为50-60mg/L,pH值为7.5。 采用PAC混凝剂,投加量为140mg/L时,TOC去除率 为68%。 例:云南省某针织厂染色废水,含直接染料、活性染 料 ?PAC 0.05-0.1% 原水??混凝??沉淀??消毒??
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?含油废水处理:乳化油颗粒小、表面带电荷,加混凝剂, 压缩双电层。通常采用混凝气浮工艺。 例:兰州炼油厂废水加PAC采用二级气浮 原水含油50-100mg/L 投加PAC50mg/L一级气浮出水,油20-30mg/L PAC30mg/L二级气浮出水,油15-20mg/L ?肉类加工厂废水处理: 例:某肉类加工厂屠宰废水COD为670mg/L,用聚合硫 酸铁处理后,COD去除率在77%以上。 混凝优点:上马快、投资省、效果好,但运转费高,沉 渣多
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二 .气浮
1 基本原理 (1) 概念 是将水、污染物质和气泡这样一个多相体系中含有的 疏水性污染粒子,或者附有表面活性物的亲水性污染粒 子,有选择地从废水中吸附到气泡上,以泡沫形式从水 中分离去除的一种操作过程。 是一种固-液和液-液分离的方法。 具体过程:通入空气→产生微细气泡→SS附着在气泡上→ 上浮 应用:自然沉淀或上浮难于去除的悬浮物,以及比重接* 1的固体颗粒
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(2) 气浮分类 A、电解气浮法:有竖流式和*流式装置。 B、散气气浮法: 扩散板*。貉顾蹩掌ü┥⒆爸靡晕⑿∑ 泡形式进入水中。简单易行,但容易堵塞,气浮效果不 高。 叶轮气浮法:适用于处理水量不大 , 污染物浓度高 的废水. C、溶气气浮法: 根据气泡析出时所处的压力不同,分为:溶气真空 气浮和加压溶气气浮 D、生化气气浮法: 生物产气,化学产气等
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2、气浮的理论基础 (1)水中颗粒与气泡粘附的条件 A、水、气、固三相混合体系中,因不同介质表面因受 力不均衡而存在界面张力,气泡与颗粒或絮体一旦接触, 由于界面张力存在会产生表面吸附作用。 B、润湿周边:三项间的吸附界面构成的交界线。与润 湿接触角有关系。(见下页图) C、亲水吸附与疏水吸附 亲水性颗粒润湿接触角小,气粒两相接触面小,浮选 体结合不牢,易脱落,此为亲水吸附。 疏水性颗粒的接触角大,浮选体结合牢固,为疏水吸附。

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固体

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(2)泡沫的稳定性 不稳定的后果:气泡浮到水面后,水分很快蒸发, 泡沫计易破灭,会使已经浮到水面的污染物又脱落 回到水中。 方法:投加起泡剂(表面活性物质)达到易起气 泡的稳定的目的。 (3)改变疏水性能 向水中投加浮选剂,可以使颗粒由亲水性物质变 为疏水性。 ( 4 )结合方式(气浮中气泡对絮体和颗粒单体的 结合方式) 分为:气泡顶托;气泡裹携;气泡吸附
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3、气浮工艺的形式
(1)布气气浮 利用机械剪切力,将混合于水的空气粉碎成小气 泡。 按粉碎气泡方式的不同,分为: 水泵吸水管吸气气浮; 射流气浮; 扩散板*。唬ㄑ顾蹩掌 叶轮气浮。
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(2)溶气气浮 原理:使空气在一定的压力作用下,溶解于水并到 达过饱和状态,再减至常压释放,空气便以微小气 泡的形式逸出。 A、容气真空气浮 常压空气溶于水,负压析出。 特点:整个气浮池在负压下操作,空气溶解容易, 动力设备和电能消耗少。 缺点:所有设备均要密封在气浮池内,构造复杂, 生产中使用不多。

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B、 加压溶气气浮

其气浮工艺有三种形式: ▲全溶气法:图 13 - 15 ,电耗高,但气浮池溶剂小。 ▲部分溶气法:图 13 - 16 ,省电,溶气罐小。但若 溶解空气多,需加大压力 ▲回流加压溶气法:图13 - 17 ,适用于 SS 高的原水, 但气浮池容积大。 组成: 空气饱和设备、空气释放器、气浮池

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加压溶气气浮法的特点:

?

?

▲加压条件下,空气的溶解度大,能提供足够的微气泡, 确保气浮效果。 ▲减压释放,产生气泡不仅微细(20-100?),粒径均 匀,密集度大,而且上浮稳定,对液体扰动小。 特别适合于疏松絮凝体,细小颗粒的固液分离。 ▲工艺设备和流程较为简单,便于管理维护。 ▲对回流加压,处理效果显著、稳定,节约能耗。

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B、加压溶气气浮系统的设计 a、溶气方式: 水泵吸水管吸入,图13-18,简单,但空气量不能太大 水泵压水管射流,图13-19,射流器能量损失大 b、空气饱和设备(包括加压水泵、溶气罐) 溶气罐:加速空气的溶解,但实际空气很难达到饱和。一般水 中的空气含量约为饱和含量的50-80%。应尽量提高溶气效 率。 c、释放设备:将空气以极细小(20-100?)的气泡释放。 减压阀; 专用释放器 。 d、气浮分离装置: *流式,竖流式

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4 气浮法在废水处理中的应用 含油废水(石油化工、机械加工、食品工业废水等): 悬浮油( >10?, 隔油池);乳化油( <10?, 一般 0.1-2? 气 浮) 溶解性 。 造纸厂白水回收纤维; 染色废水等 毛纺工业洗毛废水――羊毛脂及洗涤剂 浓缩污泥(效果比沉淀法高)

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三、 吸 附
水处理的吸附法是指利用具有吸附能力的多孔性物质去除水体 中微量溶解性杂质的一种处理工艺。

1.吸附本质
(1)概念 吸附定义: 吸附是一种或几种物质(称 为吸附质)在另一种物质(称为吸附剂)表面上自动发 生变化(累积或浓集)的过程。 是一种相界面上的反应。可以发生在气-液界面、 气-固、液-固。 在水处理中,主要讨论的是液-固界面。 固相物质:吸附剂,一般为多孔性物质 液相中被吸附物质:吸附质 吸附法定义: 吸附法是指水中的一种或多种物质被吸 附在固体表面(吸附剂)而被去除的方法。
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(2)原理:

吸附剂表面上的分子受力不均衡 ? 存 在剩余力场(即具有表面能)。 根据热力学第二定律,这种能力有自动 变小的趋势。当溶液中的吸附质 ? 达到 吸附剂表面时,致使界面上的分子受力变 得均衡一些,从而降低了这种表面能。这 就是吸附过程自动发生的一种推动力。 因此吸附的本质是物质从液相(或气相) 到固相表面的一种传质现象。
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2.类型: 根据吸附剂表面吸附力的不同,吸附可分为以 下三种类型: 1)物理吸附: 分子间的作用力所引起的。 · 吸附热较小,可在低温下进行。 · 过程是可逆的,易解吸 · 相对没有选择性。分子量越大,吸附量越大。 · 可形成单分子吸附层或多分子吸附层

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2)化学吸附: 由化学键力引起的――产生化学反应。 如石灰吸附CO2 → CaCO3 · 吸附热大,一般在较高温下进行。 · 具有选择性,单分子层吸附 · 化学键力大时,吸附不可逆。 3)离子交换吸附: 静电引力 吸附质的离子→吸附剂表面的带电点上,同时吸附剂也 放出一个等当量离子。 · 离子电荷越多,吸附越强。 · 离子水化半径越小,越易被吸附。 实际过程中物理和化学吸附是主要的,比较如下: 2018/12/6 136

吸附性能 作用力 选择性

物理吸附 分子引力(范德华力) 没有选择性

化学吸附 剩余化学键力 有选择性

吸附层
吸附热 吸附速度 温度 可逆性
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单分子或多分子吸附层
较小,?41.9kj/mol 快,几乎不要活化能 放热过程,低温有利于 吸附 可逆,较易解析

只能形成单分子吸附层
较大,相当于化学反应 热,83.7-418.7kj/mol 较慢,需要活化能 温度升高,吸附速度增 加 化学键大时,吸附不可 逆
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3.吸附剂 具有一定吸附能力的多孔物质都可以作吸附剂。 有活性炭、活化煤、焦炭、煤渣。 活性碳是水处理中应用最为广泛的吸附剂。 (1)活性碳的制造 原料:木材、煤,经高温炭化和活化而成。 炭化:温度300-400℃,将原料热解为碳渣。 活化:把碳渣造成发达的多孔结构 主要有两种活化方法:气体法:通入水蒸气 药剂法:用氯化锌、 硫 酸等作为活化剂。
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制造过程示意图:

炭化 →破碎、造粒 原料 活化→洗涤→

捏合成型→炭化
粉状碳成品 →干燥→筛分

粒状碳成品

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(2)活性炭的构造 吸附作用主要发生在细孔表面。 比表面积:每克吸附剂具有的总表面积。可达5001700m2/g 吸附量除与比表面积有关外,还于细孔的形状 和分布有关。 细孔的构造有;圆桶形,圆锥形,瓶形,*板 形,毛细管形等。直径为1-10000 nm。

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根据杜必宁的分类,细孔分为: A、 小孔(微孔)。半径在2nm以下,其表面积占 比表面积的95%以上,对吸附量的影响最大。 B 、中孔(过渡孔)。半径为 2-100nm , 表面积占比 表面积的 5% 以下。它为吸附质提供扩散通道,影 响大分子物质的吸附。 C 、大孔。半径为 100-10000nm ,表面积只有 0.52m2/g,占比表面积不足1%,主要为吸附质提供扩 散通道。

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一般来说,吸附量主要受小孔支配,但对 于分子量(或分子直径)较大的吸附质,小孔几 乎不起作用。

所以,在实际应用中,应根据吸附质的直 径大小和活性炭的孔径分布来选择合适的活性炭。

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(3)活性炭的表面化学性质
吸附不仅与构造和细孔分布有关,还与其表面 化学性质有关。 活性炭是非极性的,但在制造过程中,易于氢、 氧结合而具有微弱的极性。 正因如此,它不仅可以去除水中的非极性物质, 还可去除极性物质甚至微量的金属离子及化合物。

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(4)活性炭的特点
A、具有良好的吸附性能和化学稳定性 B、可耐酸碱 C、能经受水浸、高温、高压作用 D、不易破碎,气流阻力小 E、粉状活性炭制造容易、成本低,但不易再生; 粒状活性炭成本较高,但操作管理和再生容易。

?
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4.吸附等温线
1)吸附*衡 当吸附速度和解吸速度相等时,溶液中的吸附质浓度不在改 变时 → 吸附*衡 吸附剂吸附能力的大小用吸附量q(g/g)表示。达到吸附* 衡时, q = V(C0-C)/W (g/g) V:废水容积、 W:活性炭投量 C:吸附*衡时,溶液中溶质浓度 增加W → C和q 发生变化
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2)吸附等温线与等温式 吸附等温线:在某一温度条件下,吸附量随吸附质*衡 浓度的变化的曲线。如有I型吸附和II型吸附 I型 II型 q q

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Ⅲ型的吸附等温线 q

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A、弗兰德利希(Freundlich)吸附等温式(经验公式) q = KC1/n lg q = lg K + 1/n lg C (k、n为经验常数) 1/n越小,吸附性能越好。一般认为 1/n = 0.1 – 0.5 时容易吸附; 1/n大于2时难于吸附。 B、朗谬尔(Langmuir)吸附等温式 q = abC/(1+aC) 通过动力学观点,推导出的单分子吸附公式。 C、BET式:表示吸附剂上有多层被吸附的吸附模式, 各层的吸附符合朗谬尔吸附单分子吸附公式。 吸附量是选择吸附剂和设计吸附设备的重要数据。吸 附量的大小决定吸附剂再生周期的长短。因此,需 要研究吸附剂的吸附等温线。
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5、吸附速度 定义:单位重量的吸附剂在单位时间内所吸附的物质的 量。 吸附速度决定了废水和吸附剂的接触时间。 吸附速度快? 接触时间短? 吸附设备的容积小 影响吸附速度的因素有: 1)吸附质在吸附剂表面液相界膜内的迁移速度。(膜 扩散) 2)吸附质在吸附剂颗粒空隙内的扩散速度。(内部扩散) 3)吸附质在吸附剂内表面吸附位置上的吸附反应速度。 吸附速度主要受液膜扩散速度和内部扩散速度控制。 在开始阶段往往由液膜扩散速度起作用,而在终了 阶段则由颗粒的内部扩散起决定作用。
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6.影响吸附的因素 主要有内因和外因两个方面: 1)内因因素有: A 、吸附剂的性质:种类;比表面积;表面 能;表面化学特性;孔隙尺寸等 B、吸附质的性质:溶解度;极性;分子量; 溶质浓度;空间结构等 2)外因因素有; A、环境条件: pH值;温度;共存物质;压 力;协同作用 B、运行条件:运行方法;接触时间;水力条 件等。
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7.吸附操作方式 静态 :搅拌? *衡? 沉淀(过滤等) 动态:应用多, 1)、吸附设备: 固定床:根据水流分 降流式 升流式 单床式 根据水量、处理要求分为 多床串联式 多床并联式

移动床:可充分利用吸附容量,水头损失小。 要求水中悬浮物小于30mg/l 流化床:吸附剂在塔内处于膨胀状态或硫化状态。 适合处理悬浮物较高的废水。 2018/12/6 151

2)、穿透曲线和吸附容量的利用: 当缺乏设计资料时,应先做吸附剂的选择试验。通过 吸附等温线试验得到的静态吸附量可粗略地估计处理每 立方米废水所需吸附剂的数量。 由于在动态吸附装置中废水处于流动状态,因此还应 通过动态吸附试验确定设计参数。 自学15分钟: 穿透曲线? 穿透点? 吸附终点? 为什么穿透点和吸附终点还有一段距离? 如何充分利用吸附容量?
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8.吸附剂的再生 再生:指在吸附剂本身结构不发生或极少发生 变化的情况下,用某种方法将被吸附的物质,从吸 附剂的细孔中除去,以达到能够重复使用的目的。 活性炭的再生: 1)加热再生法:分为高温再生和低温再生;一般采 用高温再生。 脱水(活性炭与液体分离)-干燥( 100 - 150 度)-炭化( 300 - 700度)-活化(用蒸汽) -冷却 2)药剂再生法:酸碱、有机溶剂 3)化学氧化法:湿式氧化、臭氧 4)生物再生法:利用微生物作用
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9.吸附法在废水处理中的应用 1)活性炭对有机物的吸附 用于去除用生物或物理、化学法不能去除的微量呈 溶解状态的有机物。废水中的有机物能否易被活性炭吸 附,其主要影响因素有: 分子结构;界面张力(界面活性);溶解度;离子 性和极性;分子大小;pH值;浓度;温度;共存物质 等。 2)活性炭对无机物的吸附 用于去除某些金属及其化合物有很强的吸附能力。 如对锑、铋、锡、汞、钴、铅、镍等都有良好的吸附能 力。
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3)活性炭的种类 A、按形状分类:粉状炭,粒状炭(包括无定形炭、柱状 炭、球形炭等); B、按制造方法分类:药剂活性炭(大部分为ZNCL2活化 的粉状炭),气体活性炭(水蒸气活化的粉状炭和粒状 炭)

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4)废水吸附法处理实例 处理程度高、应用范围广、适应性强、可以再生重 复使用。 如:染料化工废水处理; 铁路货车洗刷废水处理; 火药(TNT)化工废水处理; 含汞废水。

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第五部分、工业废水的生物处理 一、 工业废水的生物处理概述 1.废水生物处理的定义 是通过微生物的新陈代谢作用,将废水中有 机物的一部分转化为微生物的细胞物质,另一部 分转化为比较稳定的化学物质(无机物或简单有 机物)的方法。 2.生物处理的三大要素 作用者:微生物——细菌; 作用对象:有机物、无机物等; 条件:最基本的条件是供氧情况,即氧的传递 速率。 2018/12/6 158

3. 好氧生物处理 好氧生物处理时,一部分被微生物吸收的有机物 氧化分解成简单无机物,同时释放出能量,作为微生物 自身生命活动的能源。另一部分有机物则作为其生长繁 殖所需要的构造物质,合成新的原生质。 这种氧化分解和同化合成过程可以用下列生化反应 表示。 1)有机物的氧化分解(有氧呼吸):
4 2 2 ? 2 yH 2O ? 能量 Cx H y Oz ? ( x ? 1 y? 1 z)O2 ? ?? xCO 1 酶

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2)原生质的同化合成(以氨为氮源):
n n(C x H y Oz ) ? NH 3 ? (nx ? n ? z ? 5 ) O 2 4 2

??? ?? C5 H 7 NO2 ? (nx ? 5)CO2 ? 1 (ny ? 4) H 2O 2
3)原生质的氧化分解(内源呼吸):

酶?能量

C5 H 7 NO2 ? 5O2 ? ??5CO2 ? 2H 2O ? NH3 ? 能量



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好氧生物处理方法: 普通活性污泥法; 延时活性污泥法; 氧化沟: SBR反应器: 接触氧化池: 生物滤池: 生物转盘: 好氧塘:

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4.厌氧生物处理 厌氧污泥实际上是以厌氧细菌为主而构成的 微生物生态系统。 这些厌氧细菌主要有两种:一种是只要有氧 存在就不能繁殖的细菌,称为绝对厌氧菌;另一 种是不论有氧存在与否都能增长的细菌,称为兼 性厌氧菌。

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1)有机物(CnHaObNc)厌氧消化过程:
sd C n H a Ob N c ? (2n ? c ? b ? 920 ? ed ) H 2O ? 4 ed 8 ? ? ed sd sd sd CH 4 ? (n ? c ? sd ? ) CO ? C H O N ? ( c ? ) NH ? ( c ? ) HCO 2 4 3 5 8 20 5 7 2 20 20

d ? 4n ? a ? 2b ? 3c s — 代表转化成细胞的部分 有机物; e — 代表转化成沼气的部分 有机物。

厌氧生物处理是一个复杂的微生物化学过程,依靠 三大主要类群的细菌,即水解产酸细菌、产氢产乙酸细 菌和产甲烷细菌的联合作用完成。

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2)厌氧消化过程的基本生物过程 ①两阶段理论:见图1 l第一阶段:发酵阶段,又称产酸阶段或酸性发酵阶段; 水解和酸化,产物主要是脂肪酸、醇类、CO2和H2等; 主要参与微生物统称为发酵细菌或产酸细菌; l第二阶段:产甲烷阶段,又称碱性发酵阶段; 产甲烷菌利用前一阶段的产物,并将其转化为 CH4和CO2; 主要参与微生物统称为产甲烷菌; ②三阶段理论:见图2 —第一阶段: 水解、发酵阶段; l 第二阶段: 产氢产乙酸阶段; 第三阶段: 产甲烷阶段; 2018/12/6 164

不溶性有机物 水解胞外酶 可溶性有机物 胞内酶产酸菌

酸 性 发 酵 阶 段

细菌细 胞

脂肪酸、醇类、 H2、CO2

其它产物

内源呼 吸产物 细菌细胞

胞内酶产甲烷菌

CO2、CH4

碱 性 发 酵 阶 段

图 1 厌氧反应的两阶段理论图示

有机物

I

发酵性细菌

脂肪酸、醇类

II
乙酸

产氢产乙酸菌

IV
同型产乙酸菌

H2+CO2

III CH4

产甲烷菌

说明:1)I、II、III 为三阶段理论,I、II、III、 IV 为四类群理论; 2)所产生的细胞物质未表示在图中 图 2 厌氧反应的三阶段理论和四类群理论

与好氧生物处理相比,厌氧生物处理具有以下特征: A、应用范围广。好氧适用低浓度废水,厌氧可直接处理 高浓度废水处理。 B、能量需求低,还可以产生能量。 C、污泥产量极低。 D、对水温的适应范围较为宽广。 E、能够被降解的有机物多。 但F、厌氧处理启动时间较长。 G、处理出水水质较差。 H、对pH值较为敏感。 I、处理过程机理较为复杂。它是多种不同性质的微生物 协同工作的过程,远比好氧复杂。
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厌氧生物处理方法: 普通厌氧消化池: 厌氧接触工艺: 上流式厌氧污泥床反应器: 厌氧生物滤池: 厌氧流化床: 厌氧生物转盘:

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5.好氧生物处理与厌氧生物处理的区别 A.起作用的微生物群不同 B.产物不同 C.反应速率不同 D.对环境条件要求不同

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6.工业废水可生化性的评价方法 1)按微生物对有机物的降解能力和有机物对微生物的毒 害或抑制作用,有机物分为: A. 易降解有机物,且无毒害或抑制作用; B. 可降解有机物,但有毒害或抑制作用; C. 难降解有机物,且无毒害或抑制作用; D. 难降解有机物,但有毒害或抑制作用。

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2)评价废水中有机物的生物降解性和毒害或抑制性的方法 A. 水质标准法:COD、BOD5、SS等; B. 微生物耗氧速度法:底物耗氧速度与内源呼吸耗氧 速度的比值来评价有机物的可生化性; C. 脱氢酶活性法:脱氢酶类能使被氧化有机物的氢原 子活化并传递给特定的受氢体,单位时间内脱氢酶活化 氢的能力表现为它的活性; D.有机化合物分子结构评价法:

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﹡一般地,可用BOD5/COD值作为有机物生
物降解性的评价指标: BOD5/COD>0.45时为易生物降解; BOD5/COD>0.30 时为可生物降解; BOD5/COD<0.30 时为较难生物降解; BOD5/COD<0.20时为不宜生物降解。

?

BOD5/ThOD(理论需氧量) >0.30 时为可生物降解 <0.10时为不宜生物降解。
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二、SBR反应器(Sequencing Batch Reactor) 1.概述 1914年英国学者——活性污泥法——效率较高— —但当时自动化监控水*较低,控制阀门复杂——间歇 式改为连续式——工业发展,计算机和自动控制技术发 展——间歇式应用广泛。 SBR工艺在设计和运行中,根据不同的水质条件、 使用场合和出水要求,有更进一步的发展。

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1)ICEAS(Intermittent Cyclic Extended Aeration System)——间歇式循环延时*钚晕勰喾ā 2)CAST(Cyclic Activated Sludge Technology) ——间歇进水周期循环式活性污泥法 3)IDEA(Intermittently Decanted Extended Aeration) ——连续进水分离式周期循环延时*ひ铡 4)CASS(Cyclic Activated Sludge System) ——连续进水周期循环*钚晕勰喾ā

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2.SBR工艺原理 1)SBR的基本原理 SBR的工作过程通常包括五个阶段,依次为:进水 阶段——加入基质;反应阶段——基质降解;沉淀阶 段——泥水分离;排放阶段——排上清液;闲置阶段— —活性恢复。从第一次进水开始到第二次进水开始称为 一个工作周期。 典型的运行模式见图2-1。
V0 ?
qS 0tF X ( k 0 ? k1tRSe) m Lm ? ?S?0 eX ?

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2)SBR的基质降解规律 SBR 从进水开始基质浓度逐渐增加,进水结 束时达到最大,随着反应的进行,基质浓度逐渐 减少。 推流式活性污泥法:适用于处理易降解的工 业废水和生活污水;完全混合活性污泥法:对废 水流量和水质变化抵抗能力强,适于难降解有机 废水的处理,不适于易降解有机废水的处理,因 为在完全混合条件下,丝状菌易于生长繁殖而导 致活性污泥膨胀;生物选择器——完全混合式活 性污泥法:对易于生物降解的有机废水,在完全 混合*厍吧枭镅≡衿骺梢种扑孔淳ぃ 生物选择器可分为好氧、缺氧和厌氧三种。177 2018/12/6

3)SBR的污泥特性 SBR的生物种群演变: SBR防止污泥膨胀: 4)SBR的体积优势 在基质去除率超过一定值时,SBR 的体积总比完全混合反应器节省。同时 SBR系统不需要二沉池,其体积优势更加 明显。

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3.SBR工艺的操作过程 SBR污水生物处理工艺的整个处理过程实际上是在一 个反应器内进行的。它包括进水期、反应期、沉淀期、 排水期和闲置期等五个操作过程。 1)进水期: 根据开始*氖奔溆氤渌淌毙虻牟煌煞 为三种不同的*绞剑阂皇欠窍蘖科*槐叱渌 一边*欢窍蘖科*渌瓯虾笤倏计* 三是半限量*诔渌锥蔚暮笃诳计* 2)反应期: 3)沉淀期: 4)排水排泥期: 5)闲置期:
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4.SBR工艺的运行方式 根据所处理污水的性质及水量大小的不同,选择不同的运 行方式。 (1)BOD去除为目的的运行方式。见图3-6。 (2)以脱氮除磷为目的的运行方式。见图3-7。

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5.SBR工艺的主要性能特点 1 )工艺简单,调节池容积小或可不设调节池,不设二次 沉淀池,无污泥回流; 2)投资省,占地少,运行费用低; 3 )反应过程基质浓度梯度大,反应推动力大,处理效果 高; 4)耐有机负荷和有毒物负荷冲击能力强,运行方式灵活, 静止沉淀,出水水质好; 5)厌氧(缺氧)和好氧过程交替发生,泥龄短且活性 高,同时脱氮除磷。

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6.SBR的主要技术特征 1)运行上的间歇性: 2)运行上的时序性: 3)运行过程的非稳定性: 4)溶解氧周期性变化:

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7. 技术参数的确定 1)运行周期(T)的确定: SBR的运行周期由充水时间、反应时间、沉淀时间、 排水排泥时间和闲置时间来确定的。SBR的运行周期一 般为10—16h。 2)反应器容积的设计: 对于限量*绞剑

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对于非限量*绞剑

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3)污水贮存池最小容积的设计:

4)SBR反应器进水流量的设计:

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5)排水系统的设计: 排水装置分为三种: 一是潜水泵单点或多点排水——电耗大且容易吸出沉 淀污泥; 二是池端(侧)多点固定阀门排水,由上自下开启阀 门——操作不方便,排水容易带泥; 三是浮子式软管排水——易在排水初期带泥。 理想的排水装置应满足以下几个条件: 一是单位时间内出水量大,流速小,不会使沉淀污 泥重新翻起; 二是集水口随水位下降,排水期间始终保持反应当 中的静止沉淀状态; 三是排水设备坚固耐用且排水量可无级调控,自动 化程度高。
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8.SBR设计和应用中应注意的问题 1)水量*衡: 2)控制方式的选择: 3)*绞降难≡瘢 4)排水方式的选择: 5)其他问题:浮渣和沉渣的排除方法;排水比的确定; 雨季对池内水位的影响及控制;排泥时机及泥龄控制; 反应池的长宽比;SBR间断进水、间断排水与前处理及 后处理构筑物的高程及水量匹配问题;SBR处理工业废 水时,*奔渥詈猛ü笛槿范ǎ砸恍┠讯冉洗蟮 工业废水,SBR最好与厌氧或物化工艺结合使用。

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9.SBR工艺的运行控制要点 1)充水时间的控制: 2)*绞降难≡瘢 3)污泥沉降性能的控制: 4)运行周期的合理确定: 10.SBR工艺的设备和装置 1)鼓风设备:SBR工艺多采用鼓风*低场 2)*爸:SBR工艺常用的*璞甘俏⒖灼*鳌 3)滗水器:滗水器是一种能随水位变化而可调节的出水堰。 4)水下*:主要作用是搅拌和推流. 5)溶解氧(DO)自动连续快速在线分析仪 6)COD(TOD)自动连续快速在线分析仪 7)自动控制系统
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11.SBR在工业废水中的应用 1)水解酸化+SBR工艺处理屠宰废水 2)射流*鳶BR工艺处理屠宰废水 3)混凝沉淀+SBR+气浮工艺处理制革废水 4)SBR工艺处理白酒生产废水

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二、UASB反应器(upflow anaerobic sludge blanket) 1.概述 上流式厌氧污泥床反应器,简称 UASB 反应器,是 由荷兰的 G.Lettinga 等人在 20 世纪 70 年代初研制开发的。 污泥床反应器内没有载体,是一种悬浮生长型的消化器。 由反应区、沉淀区和气室三部分组成。在反应器的底部 是浓度较高的污泥层,称污泥床,在污泥床上部是浓度 较低的悬浮污泥层,通常把污泥层和悬浮层统称为反应 区,在反应区上部设有气、液、固三相分离器。

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2.UASB反应器的基本构造和工作原理 1)特征与基本构造 (1)特征 在反应器上部设置气、固、液三相分离器,下部为污 泥悬浮层区和污泥区,废水从反应器底部流入,向上流 至反应器顶部流出。 主要有两种类型:一类是周边出水、顶部出沼气的 构造型式(如型式 a );另一种类型是周边沼气、顶部 出水的构造型式(如b、c、d三种型式)。如图10-1。

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(2)UASB反应器的基本构造主要包括以下几个部分: ①进水配水水系统 均匀布水,且有水力搅拌作用。 ②反应区 包括污泥床区和污泥悬浮层区。有机物在这里降 解,同时产生沼气。 ③三相分离器 由沉淀区、回流缝和气封组成。(进行气、固、 液三相分离) ④气室 也称集气罩,收集沼气。 ⑤出水系统 均匀收集出水。 ⑥ 排泥系统和浮渣清除系统
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2)UASB的特点
①床内生物量多 20-30g/l ②容积负荷率高 一般可以达到10kgCOD/m3.d ③设备不需充填填料,不需设置搅拌装 置(为什么?),便于管理。

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3) 颗粒污泥形成的机理 几种假设:晶核假说,类似于结晶; 电中和作用; 胞外多聚物架桥作用。

主要掌握: UASB 反应器的最大特点:就是在反应器 内实现污泥颗粒化,从而具有良好的沉降性能。

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3.UASB反应器的工艺设计要求 1)UASB反应器的结构要求 上流式厌氧污泥床的池形有圆形、方形、矩形。 小型装置常为圆柱形,底部呈锥形或圆弧形,大型 装置为便于设置气、液、固三相分离器,则一般为 矩形,高度一般为3~8m,其中污泥床1~2m,污泥 悬浮层2~4m,多用钢结构或钢筋混凝土结构,三 相分离器可由多个单元组合而成。

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2)进水系统的设计要求 A、进水装置的设计使分配到各点的流量相同,确保单位 面积的进水量基本相同,防止发生短路等现象; B、很容易观察进水管的堵塞,当堵塞发现后,必须很容 易被清除; C、应尽可能的满足污泥床水力搅拌的需要,保证进水有 机物与污泥迅速混合,防止局部产生酸化现象。

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3)三相分离器的设计要求 三相分离器应满足以下条件: (1)沉淀区斜壁角 度约50°,使沉淀在斜底上的污泥不积聚,尽快滑回反 应区内;(2)沉淀区的表面负荷应在0.7m3/m2.h以下, 混合液进入沉淀区前,通过入流孔道(缝隙)的流速不 大于2m/h;(3)应防止气泡进入沉淀区影响沉淀;(4) 应防止气室产生大量泡沫;并控制好气室的高度,防止 浮渣堵塞出气管,保证气室出气管畅通无阻。

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沉淀室的设计:

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气流分离器的设计:

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4.上流式厌氧污泥床反应器的特点: (1)反应器内污泥浓度高,一般*均污泥浓度为 30~40g/L,其中底部污泥床污泥浓度 60~80g/L,污泥悬 浮层污泥浓度5~7g/L; (2)有机负荷高,水力停留时间短,中温消化,COD 容 积负荷一般为10~20kg(COD)/m3.d; ( 3 )反应器内设三相分离器,被沉淀区分离的污泥能自 动的流到反应区,一般无污泥回流设备; ( 4 )无混合搅拌设备。投产运行正常后,利用本身产生 的沼气和进水来搅动; (5)污泥床内不填载体,节省造价及避免堵塞问题。

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5.UASB反应器的启动和操作: 1)UASB反应器的初次启动: A、种泥 B、启动过程的操作模式 C、废水特征 D、环境因素 2).UASB反应器出水循环的应用要点: 3).当负荷上升到2kgCOD/(m3.d)后促进颗粒化形成的 启动操作要点: 4)UASB反应器的二次启动过程可能出现的问题:

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