工业废水处理2-物理处理(4) 59页

第二章工业废水的物理处理（4）第七节离心分离n离心分离物体作高速旋转时，会产生离心力场。利用离心力分离废水中与水密度不同的悬浮物的处理方法，就是离心分离法。含悬浮物（或油）的废水作高速旋转时，密度大于水的悬浮固体被抛向外围，而密度小于水的悬浮物（如乳化油）则被推向内层，将水和悬浮物从不同的出口分别引出，即可使二者得以分离。n离心分离1.原理颗粒受到的净离心力Fc=（m-mo）ω2r颗粒在水中的净重力Fg=（m-mo）gα——分离因素接下页n式中：ρ、ρo——分别为颗粒和水的密度，kg/m3μ——水的动力粘度，0.1pa·s当离心ρ>ρo，Uc>0，颗粒抛向周边——离心沉降。ρ<ρo，Uc<0，颗粒被推向中心——离心上浮。当d越小，（ρ—ρo）越小，μ越大，则Uc越小，颗粒越难分离。离心分离1.原理Uc——粒径为d(m)的颗粒的分离速度(m/s)n斯托克斯(stokes)定律Fc=(m-mo)ω2rn离心机：高速离心机（α>3000）中速离心机（α=1000～3000）常速离心机低速离心机（α<1000）（1）常速离心机：(ρ—ρo)较大时采用，用于污泥脱水，纤维回收。（2）高速离心机：(ρ—ρo)较小时采用，用于乳化油、蛋白质回收。压力式水力旋流器水力旋流器重力式水力旋流器离心分离2.离心原理设备：离心机、水力旋流器n压力式水力旋流器（1）构造与原理n压力式水力旋流器（1）构造与原理n1)确定分离器的尺寸——按经验确定园筒直径——D园筒高度——Ho=1.7D锥体高度——Hk=(D-d3)/2tgθ；锥体角度：θ=10～15°中心溢流管直径——do=(0.25～0.3)D进水管直径——d1=(0.25～0.4)D出水管直径——d2=(0.25～0.5)D；出口流速6～10m/s。锥底直径——d3=(0.5～0.8)do2)处理水量Q（L/min）Q=KDdo(△p/10)1/2式中：K——流量系数，K=5.5d1/D△P——进出口压差，Kpa压力式水力旋流器（2）压力式水力旋流器的设计：n4)被分离颗粒的极限直径dc(cm)式中：d1——进水管直径,cmφ——环流速度的变化系数，约为0.1D/d1μ——水的动力粘度，Pa·sQ——处理水量，cm3/sh——中心流束高度，cm，约为锥体高度的2/3，即h=（D—d3）/3tgθ；dc是判断水力旋流器分离效果的重要指标，极限直径dc越小，分离效果越好。压力式水力旋流器n压力式水力旋流器优点：水力旋流器具有体积小、结构简单、处理能力大，便于安装检修等优点，适用于各类小量工业废水和高浊度河水中氧化铁皮、泥沙能密度较大的无机杂质的分离。缺点：设备容易磨损，动力消耗较大。n重力式水力旋流器（1）构造与原理n1.设计：（1）表面积（m2）式中：q——表面水力负荷：取25～30m3/m2·h（2）有效水深Ho1)按停留时间t=15～20min计算：Ho=Qt/A2)按结构尺寸确定：Ho=(0.7～1.2)DD——池直径，D较大，采用较大系数，反之亦然。（3）缓冲层高度h1=0.8～1.2m（保护高度）。（4）进水管向下倾斜1～5°，管咀（zui）处流速V=0.9～1.1m/s。（5）所需水头h（水头差）。重力式旋流分离器——水力旋流沉淀池n式中：α——系数，试验确定，一般为4.5；V——管咀处流速（进口处流速）0.9～1.1m/s；ξ——局部阻力系数；V1——进水管内流速0.8～1.0m/s；L——进水管长度，m；I——进水管单位长度的沿程损失。（6）应用——旋流沉淀池适于小流量工业废水中比重较大的无机杂质的分离，它广泛用于回收轧钢废水中氧化铁皮和可浮油，回收率可达90～95%，出水可循环使用。重力式旋流分离器——水力旋流沉淀池n重力式水力旋流器优点：运行费用低、管理方便。设备磨损小，动力消耗省。缺点：沉淀池地下部分深度较大、施工难度大。n第七节隔油、吸油和破乳第二章工业废水的物理处理（4）n含油废水的来源石油开采及加工工业固体燃料热加工纺织工业中的洗毛废水轻工业中的制革废水铁路及交通运输工业屠宰及食品加工机械工业中车削工艺中的乳化液石油开采石油炼制石油化工带水原油的分离水钻井提钻时的设备冲洗水井场及油罐区的地面降水生产的油水分离过程,油品、设备的洗涤、冲洗过程焦化含油废水焦炉气的冷凝水洗煤气水各种储罐的排水n油的状态呈悬浮状态的可浮油呈乳化状态的乳化油呈溶解状态的溶解油油滴的粒径较大，可以依靠油水密度差而从水中分离出来，对于石油炼厂废水而言，这种状态的油一般占废水中含油量的60%~80%左右。粒径：60μm以上平流分离100～150μm；斜板60μm以上非常细小的油滴，由于其表面有一层由乳化剂形成的稳定薄膜，阻碍油滴合并，故不能用静沉法从废水中分离出来；若能消除乳化剂的作用，乳化油剂可转化为可浮油，称为破乳。乳化油经过破乳之后，就能用沉淀法分离。细分散油粒：10～60μm乳化油：粒径<10μm油品在水中的溶解度非常低，只有几个毫克每升。溶解油：5～15mg/Ln油污染对环境的危害含油废水侵入土壤孔隙间形成油膜，产生堵塞作用，致使空气、水分及肥料均不能渗入土中，破坏土层结构，不利于农作物的生长,甚至导致农作物枯死。含油废水排入水体后将在水面上产生油膜，阻碍大气中的氧向水体转移，使水生生物处于严重缺氧状态而死亡。在滩涂上还会影响养殖和利用。含油废水排入城市沟道，对沟道、附属设备及城市污水处理厂都会造成不良影响。土壤沟道水体n废水从池子的一端流入池子，以较低的水平流速流经池子，流动过程中，密度小于水的油粒上升到水面，密度大于水的颗粒杂质沉于池底，水从池子的另一端流出。隔油池的出水端设置集油管。平流式隔油池n特点：构造简单，便于运行管理，油水分离效果稳定。平流式隔油池可去除的最小油滴直径为100-150μm，相应的上升速度不高于0.9mm/s。平流式隔油池的设计与平流式沉淀池基本相似，按表面负荷设计时，一般采用1.2m3/（m2·h)；按停留时间设计时，一般采用2h。n平流式隔油池的计算Q——设计流量，m3/s；α——与池容积利用率和水流紊动状况有关的修正参数；u0——油粒上浮速度，可取0.3~0.5mm/s；u0也可直接应用修正的斯托克斯（Stokes）公式计算。1.隔油池的表面积n平流式隔油池的计算μ0也可直接应用修正的斯托克斯（Stokes）公式计算。ρ0——水的密度，kg/m3；ρ1——油粒的密度，kg/m3；μ——水的绝对粘度，Pa.s；d——油粒的直径；Β——水中悬浮物的影响，使油粒上浮速度降低的系数。2.油粒上浮速度n平流式隔油池的计算2.过流断面面积3.隔油池的有效长度n斜板式隔油池斜板式隔油池可去除的最小油滴直径为60μm，相应的上升速度约为0.2mm/s。铁路运输、化工等行业使用的小型隔油池，其撇油装置是依靠水与油的密度差形成液位差而达到自动撇油的目的。小型隔油池n二、斜板隔油池为提高单位池容积的处理能力，采用斜板式隔油池。（利用水油比重不同产生的压差自动排油）nn浮油的收集和排除（1）油层厚度不应大于0.25m。（2）刮油机作用：刮池面浮油和池底的油泥（3）浮油收集在水面处应设集油管，收集和排除浮油。集油管为直径为200-300mm的钢管。n隔油池的安全问题（1）池表面应加盖为了保证隔油池的正常工作，池表面应加盖，以防火、防雨、保温及防止油气散发，污染大气。（2）冬季加温在寒冷地区或季节，为了增大油的流动性，隔油池内应采取加温措施，在池内每隔一定距离，加设蒸汽管，提高废水温度。n吸附法利用比表面积较大的亲油疏水多孔吸油材料，从水面吸附浮油，然后设法从吸附剂中回收浮油，吸附剂可以反复利用。根据吸附剂的性质可以分为炭质吸附剂、无机吸附剂和有机吸附剂三种。（1）炭质吸附剂：活性炭——去除二甲苯、苯、甲苯。可与溴作用制成溴化活性炭，再与二乙烯三胺作用，使其表面接有胺或季胺盐集团。其他：煤粉、矿渣、泥炭等吸油n吸附法（2）无机吸附剂：分为天然吸附剂与人工吸附剂，价格便宜，再生容易。天然的无机吸附剂有沸石、珍珠粉、二氧化硅、硅藻土、白土、膨润土等。人工合成的无机吸附剂有铝、钙、镁、锌的化合物以及一些磁性物质。（3）有机吸附剂：分为天然或天然改性、及人工合成吸附剂，吸油能力较好。吉贝纤维、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯吸油满足条件：吸油量大、吸水量小，吸油速度快，重复使用次数多，压缩回弹性好。n当油和水相混，又有乳化剂存在时，乳化剂会在油滴与水滴表面上形成一层稳定的薄膜，这时油和水就不会分层，而呈一种不透明的乳状液。当分散相是油滴时，称水包油乳状液；当分散相是水滴时，则称为油包水乳状液。乳化油及破乳方法n乳化油的主要来源含油（可浮油）废水在沟道与含乳化剂的废水相混合，受水流搅动而形成以洗涤剂清洗受油污染的机械零件、油槽车等而产生乳化油废水根据生产工艺的需要而人为制成n破乳的基本原理：破坏液滴界面上的稳定薄膜，使油、水得以分离。投加换型乳化剂：投入适量“换型剂”后，在水包油（或油包水）乳状液转型为油包水（或水包油）乳状液过程中，存在着一个转化点，这时的乳状液非常不稳定，油水可能形成分层。投加某种本身不能成为乳化剂的表面活性剂：如异戊醇，从两相界面上挤掉乳化剂而使其失去乳化作用。破乳方法简介n搅拌、振荡、转动：通过剧烈的搅拌、振荡或转动，使乳化的液滴猛烈相碰撞而合并。过滤：如以粉末为乳化剂的乳状液，可以用过滤法拦截被固体粉末包围的油滴。改变温度：改变乳化液的温度来破坏乳化液的稳定。某些乳化液必须投加化学药剂破乳，如钙、镁、铁、铝的盐类或无机酸、碱、混凝剂等。破乳方法简介n气浮法第八节气浮法n基本概念：向水中通入空气，利用空气产生的微小气泡作为载体粘附于废水中的悬浮污染物，使其浮力大于重力和阻力，从而使污染物上浮至水面，形成泡沫，然后用刮渣设备自水面刮除泡沫，实现固液或液液分离的过程称为气浮。悬浮颗粒与气泡粘附的原理：水中悬浮固体颗粒能否与气泡粘附主要取决于颗粒表面的性质。颗粒表面易被水湿润，该颗粒属亲水性；如不易被水湿润，属疏水性。亲水性与疏水性可用气、液、固三相接触时形成的接触角大小来解释。在气、液、固三相接触时，固、液界面张力线和气液张力线之间的夹角称为湿润接触角以θ表示。nn气泡与悬浮颗粒的粘附形式气粒吸附气泡顶托气泡裹夹n浮上法处理工艺必须满足下述基本条件：必须向水中提供足够量的细微气泡；必须使污水中的污染物质能形成悬浮状态；必须使气泡与悬浮的物质产生粘附作用。n化学药剂的投加对气浮效果的影响一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：混凝剂浮选剂助凝剂抑制剂调节剂各种无机或有机高分子混凝剂，它不仅可以改变污水中的悬浮颗粒的亲水性能，而且还能使污水中的细小颗粒絮凝成较大的絮状体以吸附、截留气泡，加速颗粒上浮。n浮选剂大多数由极性-非极性分子组成。当浮选剂的极性基被吸附在亲水性悬浮颗粒的表面后，非极性基则朝向水中，这样就可以使亲水性物质转化为疏水性物质，从而能使其与微细气泡相粘附。浮选剂的种类有松香油、石油、表面活性剂、硬脂酸盐等。化学药剂的投加对气浮效果的影响一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：混凝剂浮选剂助凝剂抑制剂调节剂n化学药剂的投加对气浮效果的影响一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：混凝剂浮选剂助凝剂抑制剂调节剂作用是提高悬浮颗粒表面的水密性，以提高颗粒的可浮性，如聚丙烯酰胺。n化学药剂的投加对气浮效果的影响一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：混凝剂浮选剂助凝剂抑制剂调节剂作用是暂时或永久性地抑制某些物质的浮上性能，而又不妨碍需要去除的悬浮颗粒的上浮，如石灰、硫化钠等。n化学药剂的投加对气浮效果的影响一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：混凝剂浮选剂助凝剂抑制剂调节剂主要是调节污水的pH值，改进和提高气泡在水中的分散度以及提高悬浮颗粒与气泡的粘附能力，如各种酸、碱等。n★气浮法的应用（1）分离水中的细小悬浮物、藻类及微絮体；（2）回收有用物质：如纸浆、细小纤维等；（3）代替二沉池，分离和浓缩活性污泥；（4）分离回收含油废水中的悬浮油及乳化油，如食油工业废水中所含的油脂；（靠自然沉降或自然上浮难以去除的）（5）分离表面活性物质和金属离子（加浮选剂）。n按生产细微气泡的方法分微气泡曝气浮上法剪切气泡浮上法加压溶气浮上法真空浮上法电解浮上法分散空气浮上法溶解空气浮上法浮上法的类型n电解废水可同时产生三种作用：电解氧化还原；电解混凝；电气浮。电解浮上法n电解浮上法是将正负极相间的多组电极浸泡在废水中，当通以直流电时，废水电解，正负两级间产生的氢和氧的细小气泡粘附于悬浮物上，将其带至水面而达到分离的目的。电解浮上法产生的气泡小于其他方法产生的气泡，故特别适用于脆弱絮状悬浮物。电解浮上法的表面负荷通常低于4m3/(m2·h)。电解浮上法主要用于工业废水处理方面，处理水量约在10~20m3/h。由于电耗高、操作运行管理复杂及电极结垢等问题，较难适用于大型生产。电解浮上法n电解浮上法n微气泡曝气浮上法剪切气泡浮上法压缩空气引入到靠近池底处的微孔板，并被微孔板的微孔分散成细小气泡将空气引入到一个高速旋转混合器或叶轮机的附近，通过高速旋转混合器的高速剪切，将引入的空气切割成细小气泡分散空气浮上法用于矿物浮选，也用于含油脂、羊毛等污水的初级处理及含有大量表面活性剂的污水处理分散空气浮上法n微气泡曝气浮上法剪切气泡浮上法n从溶解空气和析出条件来看加压溶气浮上法：空气在加压条件下溶解，常压下使过饱和空气以微小气泡形式释放出来需要溶气罐、空压机或射流器、水泵等设备真空浮上法：空气在常压下溶解，真空条件下释放优点：无压力设备缺点：溶解度低，气泡释放有限，需要密闭设备维持真空，运行维护困难溶解空气浮上法n真空浮上法n加压溶气气浮工艺由空气饱和设备、空气释放设备和气浮池等组成。其基本工艺流程有全溶气流程、部分溶气流程和回流加压溶气流程。全溶气气浮工艺流程加压溶气气浮nnnn