废水及废水处理技术 49页

'主讲：戴亚文废水及废水处理技术 第一节概念废水是指居民活动过程中排出的水及径流雨水的总称。它包括生活污水、工业废水和初雨径流入排水管渠等其它无用水，一般指没有利用或没利用价值的水。其中污染最严重的是工业废水，工业废水按工业企业的产品和加工对象可分为造纸废水、纺织废水、化工废水、制革废水、农药废水、冶金废水、炼油废水等。按废水中所含污染物的主要成分可分为酸性废水、碱性废水、含酚废水、含铬废水、含有机磷废水和放射性废水等。 废水处理方法分类：（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，气浮。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、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。 2．过滤过程：过滤、反洗交替进行（1）过滤：废水经过滤层变为清水，截留杂质。周期8~12h。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（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。 常用吸附剂废水处理中常用的吸附剂有活性炭，磺化煤、沸石、活性白土、硅藻土、焦炭等。工程中使用较多的是活性炭，活性炭的比表面积可达500～1700m2/g。 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。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=100μm 气浮2、气浮条件去除比重近于1，直径≤60μm悬浮物(大于60μm的可下沉)①气粒吸附－属物理吸附。吸附放热，低温吸附效果较好极性相同，吸附效果较好(气泡是疏水性物质，即非极性)物理性质相同，吸附效果较好。②吸附对象－吸附疏水性物质疏水性物质－难为水润湿的物质，可以直接吸附。亲水性物质－容易被水润湿的物质，需要转为疏水性物质。 气浮常用的浮选剂1)浮选剂－Al2(SO4)3，FeCl3，Fe2(SO4)3，聚合氯化铝，可吸附水中固体使其凝聚，压缩双电层，ξ↓，相互聚合，生成一些大的絮凝体。 三化学处理法及化学物理处理法化学法：处理废水中的溶解态或胶态的污染物质。（中和法、化学沉淀法、氧化还原法）化学法比物理法净化程度高、用药剂，费用较高。化学物理法：分离废水中溶解的有害物质。（离子交换、膜分离） 一．中和法利用药剂调整废水酸、碱性。1．酸性废水中和处理（1）投药中和法碱性药剂：石灰、石灰石，废碱，电石渣。常用石灰制成乳液投加，与废水混合中和，劳动强度大，污泥多，脱水困难。 （2）过滤中和法：让酸性废水通过碱性药剂的滤层。滤料（碱性药剂）：石灰石、大理石、白云石，酸性水通过滤层中和。硫酸废水：采用白云石作滤料，形成CaSO4结垢，关键防止结垢。①升流式膨胀中和滤池：废水由下向上，产生CO2易排出。膨胀，略流态化，不易结垢②滚筒式膨胀中和滤池：滤料在滚筒中与废水中和。滤料碰撞，不易结垢。2．碱性废水中和处理用废酸，酸性废水或烟道气进行中和处理，工艺简单。 二．化学沉淀法水中投加化学药剂，使之与溶解态杂质生成难溶于水的固体物质，沉淀清除。废水：有许多重金属离子（汞、镉、铅、锌）。一般加苛性碱NaOH或石灰（CaO）。调节PH值，形成OH化物沉淀。或加入硫化纳（NaS），硫化氢（H2S），形成S化物沉淀。 1、混凝沉淀1）混凝沉淀是通过向废水中投加混凝剂，破坏胶体的稳定性，使细小悬浮颗粒和胶体微粒聚集成较粗大的颗粒而沉降与水分离，使废水得到净化。混凝的主要对象是废水中的细小悬浮颗粒和胶体微粒，这些颗粒用自然沉降法很难从水中分离出去。2）用途：混凝沉淀法是废水处理中常采用的方法。（1）可以用来降低废水的浊度和色度，去除多种高分子有机物、某些重金属和放射性物质。（2）混凝沉淀法还能改善污泥的脱水性能。 混凝的种类3.混凝的种类化学混凝－利用正电荷的电解质，压缩污水中负电粒子的双电层，当大量正电荷进入胶粒的双电层内，使双电层变薄，电位减小，胶粒不带电，可以相互聚和下沉。生物混凝利用微生物的吸附絮凝作用，吸附胶体颗粒一同下沉，活性污泥回流污泥达到吸附絮凝作用。回流污泥目的：a.接种，使生物种类多样b.预絮凝和生物混凝作用 通过混凝可去除污水的浊度、色度、各种高分子化合物，重金属离子等，常与其它方法一同使用。混凝法只能去除胶体和悬浮物，不能去除溶解性物质，影响混凝的因素很多，混凝剂的种类，浓度等需要用试验确定。混凝的应用：1预处理(SS可从2万降至5000)2深度处理(已推广，由张杰院士提出，COD去除率为50~60%) 废水混凝剂LL混合L反应L沉降L（澄清）出水污泥混凝的工艺过程混合目的是使混凝剂尽快与水混合，需要短时间高强度搅拌反应阶段的目的是使药剂与水中的细小颗粒或胶体物质作用生成尽可能大的絮体，为沉降分离创造条件，需要低强度长时间搅拌。澄清的目的是使所生成的絮体与水分离，完成净化过程 水处理对混凝剂的要求：混凝效果好，用量少，效率高；生成的絮体密实，沉淀快，容易与水分离。价廉易得，使用方便；对人类健康无害；目前常用的混凝剂按化学组成可分为无机盐类和有机高分子类。 1）.混凝剂类别主要混凝剂无机类低分子无机盐类硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁、铝酸钠、氯化铁、氯化铝、碳酸镁、膨润土碱类碳酸钠、氢氧化钠、氧化钙、金属电解产物氢氧化铝、氢氧化铁高分子阳离子型聚合氯化铝、聚合硫酸铝阴离子型活性硅酸有机类表面活性剂阴离子型月桂酸钠、硬脂酸钠、油酸钠、松香酸钠、烷基三甲基氯化铵阳离子型十二烷胺醋酸、十八烷胺醋酸、松香胺醋酸、烷基三甲基氯化铵低聚合度高分子阴离子型藻朊酸钠、羧甲基纤维素钠盐阳离子型水溶性苯胺树脂盐酸盐、聚乙烯亚铵非离子型淀粉、水溶性尿醛树脂两性型动物胶、蛋白质高聚合度高分子阴离子型聚丙酸钠、水解聚丙烯酰胺阳离子型聚乙烯吡啶盐、乙烯吡啶聚合物非离子型聚丙烯酰胺、氯化聚乙烯 影响混凝的因素1）废水水质的影响（1）浊度浊度过高或过低都不利于混凝，浊度不同，所需的混凝剂用量也不同。（2）pH值在混凝过程中，都有一个相对最佳pH值存在，使混凝反应速度最快，絮体溶解度最小。不同混凝剂最佳pH值要通过试验确定。（3）水温水温会影响无机盐类的水解，水温低，水解反应慢。另外水温低，水的粘度增大，布朗运动减弱，混凝效果下降。（4）共存杂质有些杂质的存在能促进混凝过程。如：除硫磷以外的其他各种无机金属盐，均能压缩胶体粒子的扩散层厚度；而有些物质则不利于混凝的进行。如磷酸根、亚硫酸根、表面活性剂等会阻碍高分子絮凝作用。 混凝池 混凝方法的优缺点优点：设备简单，维护操作易于掌握，处理效果好，间歇或连续运行均可以。缺点：由于不断向废水中投药，经常性运行费用较高，沉渣量大，且脱水较困难。 三．氧化还原法1．氧化法利用氧化剂氧化分解污染物，净化废水。几乎可以处理各种工业废水，特别适用于处理废水中难以生物降介有机物。（1）空气氧化：利用空气中的O2来氧化废水中有机物质和还原性物质。空气为氧化剂。地下水除铁：将Fe2+氧化成Fe3+，再在水中碱度的作用下形成Fe(OH)3↓。炼油厂硫废水：向废水注空气和蒸气。硫化物氧化成硫酸盐↓。 （2）臭氧氧化O3是一种很强氧化剂。氧化能力在天然元素中仅次于氟（F）。作用：消毒杀菌；去除酚、氰；铁、锰等金属离子；除臭和消除异味以及降低COD，BOD。不会产生二次污染[因剩余的O3很容易分解为O2，还能增加水中的溶解度]，但制取（用干燥空气，氧气无声放电）耗电量大，电能利用率和臭氧利用率较低。 （3）氯化处理Cl2：可作为消毒剂：杀灭水中的细菌和有害微生物，也是氧化剂：氧化废水中某些有机物和还原性的有毒物质[氰化物，硫化物，酚类]。Cl2的作用：吸附电子形成酸根，负离子失去电子后，有助于形成稳定的分子N2、CO2、H2O、CNO-1、OH-1常用的氯化处理药剂：液氯、漂白粉、次氯酸钠、二氧化氯等。 2．还原法应用较多的是处理废水中Cr+6和Hg2＋等重金属离子。还原剂：Fe、Zn、硫酸亚铁、亚硫酸氢钠等。（1）处理含铬废水：用亚硫酸氢钠，硫酸亚铁+石灰法，铁屑法等，将Cr+6还原成Cr+3，再形成Cr（OH）3↓。（2）处理含汞废水：用比汞活泼的金属及硼氢化钠等来还原Hg2+让废水通过金属屑滤床，置换反应：Fe＋Hg2＋＝Fe2＋＋Hg↓非金属还原剂，硼氢化纳（NaBH4）与汞反应形成汞和偏硼酸，释放H2：Hg2＋＋BH4－＋2OH－＝Hg↓＋BO2－＋3H2↑。 四．离子交换法固体离子交换剂中的某些离子与水中同性离子进行置换反应（可逆）,除去水中有害离子的方法。1．交换剂无机：天然或合成沸石[铝代硅酸盐]，磺化煤。（能力低、机械强度弱）。 有机：树脂。树脂：阳离子、阴离子交换树脂。（分别为酸性和碱性）。离子交换剂上的可交换离子，先和交换势大的离子交换。常温，低浓度时：离子价数越高，同价离子原子序数越高，其交换势就越大。如：Fe3＋＞Cr3＋＞Ca2＋＞Mg2＋＞K＋＞Na＋＞H＋高温、高浓度时：次序可以改变，处于顺序后的离子可以取代位于顺序前的离子，这就是再生的依据：（交换和再生交替进行） 六．膜分离法利用特殊的薄膜对液体中的成分进行选择性分离的技术。1．扩散渗析：利用一种渗透膜（阴、阳离子交换膜只允许阴离子或阳离子透过）将浓度不同的溶液隔开，溶质即从浓度高的一侧透过膜而扩散到浓度低的一侧，浓度达到平衡时，停止。在浓度差作用下，离子透过膜，分离离子态溶质，用于回收酸碱。如：机件酸洗后废硫酸的回收,原液：阴离子SO42-渗过膜+H+，形成H2SO4。水：阴离子OH－渗过膜+H+，形成H2O。回收H2SO4，但不能将它们浓缩。不耗电，运行费用省，但投资大。 2．电渗析在直流电场力作用下，利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子的选择透过性（阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子透过）而使溶液中的电解质与水分离以达到脱盐目的一种物理化学过程。3．反渗透和超滤均是在压力差作用下，使水分子透过膜。渗透：将纯水和某种溶液用半透膜隔开，H2O自动向溶液渗透，h纯↓、h溶↑，平衡时，有渗透压π＝H＝h溶－h纯（两侧液面差） （1）反渗透：使溶液侧p>π，H2O由溶液向淡水侧透过，溶质被截留。分离小分子溶质，用于制取淡水和去除与回收重金属离子、去除盐、有机物、放射性元素等。（2）超滤：与反渗透相似，用超滤膜，滤孔较大。采用较小的压力（几百kPa），即有较大通水量。可分离大分子（大于500）溶质及粘土，纤维质，油漆，微生物[因为膜对溶质的拒斥性，取决于它们分子的大小，形状与性质。大分子更不易透过]。 第四节生物处理法作用：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）人工生物处理（活性污泥法、生物膜法） 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。 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。 2．生物膜法（固定生长法）定义：生物膜法是使微生物群体附着于其它物体表面上呈膜状，并让它与废水接触而使之净化。类型：ⅰ）润壁型生物膜法：废水和空气沿固定或转动的生物膜流过，如生物滤池和生物转盘。ⅱ）浸没型生物膜法：接触滤料上的生物膜完全浸没在水中，采用鼓风曝气。ⅲ）流动床型生物膜法：附有生物膜的活性炭、砂粒等接触介质悬浮在水中。 二．厌氧生物处理好氧处理：效率高，应用广，城市污水的主要处理方法。但能耗高，污泥余量多。不易处理高浓度有机废水和污泥。厌氧处理：节约能源，甚至可以实现能源化的废水处理方法。 1．原理无氧条件下，通过厌氧菌和兼性菌的代谢作用，对有机物进行生化降解（厌氧消化）。三个阶段：①水解②酸化③气化 2．工艺条件无氧，PH＝6.8~7.8，温度（中温菌30~35℃，高温菌50~55℃），一定的N，P营养。3．工艺设备用于处理屠宰场，酒精工业，动物油脂，制糖，制药业的废水。（1）升流式厌氧污泥床（有图）废水→高浓度污泥层→产生生物搅拌作用形成悬浮污泥层→三相分离器→澄清出水，气体导出，污泥回流。因为，有厌氧污泥，负荷高。有机负荷率＝10~25kg(COD)／m3.d。图8-37厌氧接触法工艺流程 第五节.工业污水处理系统典型流程为三级水处理系统：一级处理：处理较大悬浮物，用格栅、沉砂池、沉淀池。其出水在条件许可时，可用于农田灌溉或可排入于水体中。二级处理：处理胶态和溶解态的有机物，用生物曝气池和二次沉淀池。出水可用于灌溉等。三级处理：残留污染物或营养物质（N.P）及其它溶解物质，其目的不是有了排放，而是为了直接回用。（如：去除细小的悬浮物，难生物降解的有机物，微生物，盐份等，其出水可用做工业用水）。采用的方法：混凝、过滤、吸附、膜分离、消毒等方法。 谢谢！'