高浓度有机废水处理 65页

高浓度有机废水处理n2【主要内容】前言高浓度有机废水介绍高浓度有机废水处理技术介绍工程应用1234n前言当前，水资源是世界各国普遍面临急需解决的问题之一。随着经济的发展，工业、生活用水量越来越大。据统计全球2006年全球工业用水量为2.07万亿立方米，同时全世界每年排向自然水体的工业和生活废水为4200亿立方米，造成35%以上的淡水资源受到污染，因而治理水体污染将尤为重要。n前言（续）在我国，大量工业废水不达标外排，绝大部分生活污水不经处理直接排放，广大农村地区不合理使用化肥、农药等农用化学物质，对地表水影响日趋严重。全国大部分城市和地区的淡水资源己受到水质恶化和水生态系统被破坏的威胁。北京北小河污水处理厂处理前后对河流生态影响全国80%左右的污水未经任何处理直接排入水域，造成全国1/3以上的河段受到污染，90%以上的城市水域污染严重，近50%的重点城镇水源地不符合饮用水标准。n前言（续）造成水资源受到严重污染的根本原因是大量生产/生活废水未经处理或虽经处理但未达标直接排入水体。这些未得充分利用的废水既污染环境，又浪费资源，迫切需要进行资源化利用。水中的各种污染物中，有机污染物，尤其是高浓度的有机污染物，不仅在水中存在时间长、迁移范围广，而且危害大、处理难度大，一直是环保领域的一个重要研究课题。海洋赤潮湖泊水华n高浓度有机废水介绍高浓度有机废水来源COD在2000mg/L以上的废水。这些废水中含有大量的碳水化合物—脂肪、蛋白质、纤维素等有机物,如果直接排放,会造成严重污染。垃圾渗滤液印染食品焦化制药化工皮革造纸高浓度有机废水n高浓度有机废水介绍废水生活废水工业废水有机废水无机废水垃圾渗滤液焦化印染制药化工……有机废水n高浓度有机废水介绍（续）高浓度有机废水按其性质可分为三大类易于生物降解的高浓度有机废水;有机物可以降解,但含有害物质的废水;难生物降解的和有害物质的高浓度有机废水。高浓度有机废水n高浓度有机废水介绍（续）高浓度有机废水水质特点有机物浓度高——COD一般在2000mg/L以上,有的甚至高达几万乃至几十万mg/L,相对而言,BOD较低,很多废水BOD与COD的比值小于0.3。成分复杂——含有毒性物质废水中有机物以芳香族化合物和杂环化合物居多,还多含有硫化物、氮化物、重金属和有毒有机物。色度高,有异味——有些废水散发出刺鼻恶臭,给周围环境造成不良影响。n高浓度有机废水介绍（续）高浓度有机废水水质特点具有强酸强碱性——工业产生的超高浓度有机废水中,酸、碱类众多,往往具有强酸或强碱性。所含的有机污染物结构复杂——如蔡环是由10个碳原子组成的离域共扼键，结构相当稳定，难以降解。这类废水中大多数的BOD5/COD极低，生化性差，且对微生物有毒性，难以用一般的生化方法处理。n高浓度有机废水介绍（续）高浓度有机废水危害需氧性危害。由于生物降解作用,高浓度有机污水会使受纳水体缺氧甚至厌氧,多数水生物将死亡,从而产生恶臭,恶化水质和环境。感观性污染。高浓度有机污水不但使水体失去使用价值,更严重影响到水体附近人民的正常生活。致毒性危害。高浓度有机污水中含有大量有毒有机物,会在水体、土壤等自然环境中不断累积、储存,最后进入人体,从而危害人体健康。n高浓度有机废水处理技术高浓度有机废水处理技术粗略分为3类高浓度有机废水处理技术物化处理技术化学处理技术生物处理技术各种处理技术组合处理。n高浓度有机废水处理技术（续）1物化处理技术物化处理技术萃取法——适于处理有回收价值的有机物；有机溶剂可能造成二次污染吸附法——有机废水中常用的吸附剂有活性炭和大孔树脂；再生困难、费用高浓缩法——适合于处理高浓度含盐有机废水。该法的缺点是能耗高超声波法——利用超声辐射产生的空化效应，将水中的难降解有机污染物分解为环境可以接受的小分子物质。是一种极具产业前景的清洁净化方法物化法常作为一种预处理的手段应用于有机废水处理，预处理的目的是通过回收废水中的有用成分，或对一些难生物降解物进行处理，从而达到去除有机物，提高生化性，降低生化处理负荷，提高处理效率。n高浓度有机废水处理技术（续）1.1萃取法在众多的预处理方法中，萃取法具有效率高、操作简单、投资较少等特点。特别是基于可逆络合反应的萃取分离方法，对极性有机稀溶液的分离具有高效性和高选择性，在难降解有机废水的处理方面具有广阔的应用前景。溶剂萃取法利用难溶或不溶于水的有机溶剂与废水接触,萃取废水中的非极性有机物,再对负载后的萃取剂进一步处理。近年来为了避免有机溶剂对环境的污染,又开发了超临界二氧化碳萃取。n高浓度有机废水处理技术（续）1.1萃取法该法简单易行,适于处理有回收价值的有机物,但只能用于非极性有机物,被萃取的有机物和萃取后的废水需要进一步处理,有机溶剂还可能造成二次污染。萃取只是一个污染物的物理转移过程,而非真正的降解。n高浓度有机废水处理技术（续）1.2吸附法吸附剂的种类很多，有活性炭、大孔树脂、活性白土、硅藻土等。在有机废水中常用的吸附剂有活性炭和大孔树脂。虽然活性炭具有较高的吸附性，但由于再生困难、费用高而在国内较少使用。例如将活性炭投加到难降解染料废水的试验容器中，当活性炭的投加浓度为200mg/L时，色度的去除率为77%;而投加质量浓度增加到400mg/L时，色度的去除率达到86%。n高浓度有机废水处理技术（续）1.3浓缩法浓缩法是利用某些污染物溶解度较小的特点，将大部分水蒸发使污染物浓缩并分离析出的方法。浓缩法操作简单，工艺成熟，并能实现有用物质的部分回收，适合于处理高浓度含盐有机废水。该法的缺点是能耗高，如有废热可用或降低能耗，则该法是可行的。n高浓度有机废水处理技术（续）1.4超声波降解采用超声波降解水体中有机污染物，尤其是难降解有机污染物，是20世纪90年代兴起的新型水污染控制技术。该技术利用超声辐射产生的空化效应，将水中的难降解有机污染物分解为环境可以接受的小分子物质，不仅操作简便、降解速度快，还可以单独或与其它水处理技术联合使用，是一种极具产业前景的清洁净化方法。n高浓度有机废水处理技术（续）1.4超声波降解它集高级氧化技术、焚烧、超临界水氧化等多种水处理技术的特点于一身,具有反应条件温和、速度快、适用范围广等特点,可以单独或与其它技术联合使用,具有很大的发展潜力超声波能在水中引起空化,产生约4000K和100MPa的瞬间局部高温高压环境(热点),同时以约110m/s的速度产生具有强烈冲击力的微射流和冲击波。水分子在热点达到超临界状态,并分解成羟基自由基、超氧基等,羟基自由基是目前所发现的最强的氧化剂。n高浓度有机废水处理技术（续）1.4超声波降解有机物在热点发生化学键断裂、水相燃烧、高温分解、超临界水氧化、自由基氧化等反应。这些效应加上声场中的质点振动、次级衍生波等为有机物提供了其他方法难以达到的多种降解途径。n高浓度有机废水处理技术（续）2化学处理技术化学处理技术是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。化学氧化强氧化剂氧化高温高压过氧化氢高锰酸钾次氯酸钠臭氧超临界水氧化湿空气氧化结果：废水中的有机物氧化成二氧化碳和水n高浓度有机废水处理技术（续）2化学处理技术特点化学氧化法反应速度快、控制简单,但成本较高通常难以将难降解的有机物一步氧化到无机物质目前对中间产物的控制的研究较少。该技术也常常作为生化处理的预处理方法使用。其主要的方法有焚烧法、Fenton氧化法、臭氧氧化法、电化学氧化法等。n高浓度有机废水处理技术（续）2.1焚烧法焚烧法利用燃料油、煤等助燃剂将有机废水单独或者和其他废物混合燃烧,焚烧炉可采用各种炉型。效率高,速度快,可以一步将有害废水中有机物彻底转化为二氧化碳和水。但设备投资大,处理成本高,除某些特殊废水(如医院废水)以外难以采用n高浓度有机废水处理技术（续）2.2Fenton氧化法Fenton试剂具有很强的氧化能力,因此Fenton氧化法在处理废水有机物过程中发挥了巨大的作用。但由于体系中含有大量的Fe2+离子,H2O2的利用率不高,使有机物降解不完全。后来,人们对传统的Fenton氧化法进行了改进。如光助反应就是在反应体系中辅以紫外线和可见光,在低浓度亚铁离子、理论双氧水加入量、紫外线和可见光的汞灯的照射下,反应0.5h,溶解性有机碳去除率高达90%。n高浓度有机废水处理技术（续）2.3臭氧氧化法臭氧在水处理方面具有氧化能力强,反应速度快,不产生污泥,无二次污染等特点,在去除合成洗涤剂以及降低水中的BOD/COD等方面都具有特殊的效果。臭氧对难降解有机物的氧化通常是使其环状分子的部分环或长链分子部分断裂,从而使大分子物质变成小分子物质,生成易于生化降解的物质,提高废水的可生化性。n高浓度有机废水处理技术（续）2.3臭氧氧化法臭氧氧化技术在难生物降解有机废水处理过程中常作为预处理。研究发现,臭氧氧化法对多数染料能取得很好的脱色效果,但对硫化、还原、涂料等不溶于水的染料脱色效果较差。n高浓度有机废水处理技术（续）2.4电化学氧化法电化学氧化又称电化学燃烧,它是在电极表面的电氧化作用下或由电场作用而产生的自由基作用下使有机物氧化。电化学氧化分为直接电化学氧化和间接电化学氧化。直接电化学氧化是使难降解有机物在电极表面发生氧化还原反应。目前,已证实对氯苯酚、五氯化酚均可在阳极上彻底分解。n高浓度有机废水处理技术（续）2.4电化学氧化法阴极还原过程已被用于一氯乙烷、三氯乙烷和芳香氯化物等的脱氯处理。间接电化学氧化就是利用电化学反应产生氧化剂或还原剂使污染物降解的一种方法。据报道,采用电解生成次氯酸盐氧化剂,可氧化去除氨氮及难降解的有机污染物。n高浓度有机废水处理技术（续）3生物处理技术n处理对象：1、有机物；2、氮；3、磷；4、重金属可生化判断：BOD/COD≤0.3难生化，0.3和0.5可生化，大于0.5易生化。高浓度有机废水处理技术（续）原理：废水中的有机物、氮、磷等物质对人类来说是污染物，但对微生物来说是营养物质，生物处理就是借助于微生物的新陈代谢活动，使有机污染物转化成为稳定的无害物质，氮、磷得到释放或富集，从而从废水中去除的过程。定义：利用微生物的代谢作用除去废水中有机污染物的一种方法叫做废水生物处理方法，分好氧生物处理法和厌氧生物处理法两种。特点：1、用生物方法去除水中有机物最经济；2、90%废水处理工艺属于生物处理工艺；3、水中氨氮用生物处理方法去除最有效；4、绝大多数工业废水也是以生物处理方法为主。n有机物的降解和微生物新细胞合成过程有机物（可生物降解）异养菌CO2,H2O,NH3能量呼吸（氧化）合成新细胞残存物质CO2,H2O,能，NH3OaOb内源呼吸n有机物的降解和微生物新细胞合成过程H2O,能，NO2-NH3自养菌新细胞合成OcOd合成自养菌新细胞能NO3-n高浓度有机废水处理技术（续）3.1活性污泥法在污水处理中,活性污泥法是应用最广的技术之一,它是自然界水体自净的人工模拟,是对水自净作用的强化,利用悬浮生长的微生物絮凝体(Floc)处理有机污水。效果：好，BOD达90%以上，稳定工艺：不很复杂占地：大脱氮除磷：无运行费用：高（主要曝气部分）管理：污泥膨胀等，较低n传统活性污泥工艺流程废水混合液反应器（需氧生物氧化）二次沉淀池（固液分离）处理后废水沉淀污泥回流污泥废弃污泥氧源分散空气或O2混合作用废弃污泥n3.1.1氧化沟(oxidationditch)(loop)1.特点：①氧化沟中形成富氧区和缺氧区，可以脱氮除磷；②池型较大，占地面积较大，多在室外；③BOD负荷低，处理效果好、产泥量少；④抗冲击负荷能力强；⑤常不设初沉池。活性污泥处理系统工艺n氧化沟(oxidationditch)(loop)n3.1.2序批式（间歇式）活性污泥法（SBR法）效果：一般工艺：简单，较老占地：少，土建费用低脱氮除磷：可运行费用：运行费用低管理：操作灵活，对管理员素质要求高nn3.1.3A-A-O生物脱氮除磷工艺：第一个A厌氧，第二个A缺氧，O好氧n3.1.4A－O生物脱氮工艺：反硝化成氮气排放，应用广泛。必须有混合液回流，实现反硝化。缺氧池反硝化，去氨氮，好氧池去BOD、硝化n3.1.5A－O生物除磷工艺：必须有回流污泥。厌氧池微生物释放磷，好氧池微生物吸收磷，磷沉淀污泥中。n高浓度有机废水处理技术（续）3.2好氧生物膜法好氧生物膜法是与活性污泥法并列的一种污水好氧生物处理法。这种方法的实质是使细菌、真菌、原生动物、后生动物等微生物附着在滤料或某些载体上生长繁育,并在其上形成膜状生物污泥———生物膜(Biofilm)。n高浓度有机废水处理技术（续）3.2.1生物膜法处理类型—生物滤池效果：较差，一般不能达到1级A工艺：同活性污泥占地：少，土建费用低脱氮除磷：有一定效果运行费用：低管理：易控制，味大，蚊蝇多n3.2.2生物膜法处理类型—生物转盘n生物膜法处理类型—生物转盘n3.2.3生物膜法处理类型—接触氧化n3.2.4MBR：（MembraneBiologicalReactor），膜生物反应器膜生物：以膜为主；废水生物处理技术与膜分离技术结合。生物膜：以生物为主。膜作为一种介质，生物附着在上面。膜生物：用于中水回用，处理效果好，高浓度有机废水，粪便，渗滤液。生物膜：处理低浓度废水的效果好，运行管理简单，运行费用低。效果：出水极好，可直接回用工艺：随膜技术发展而提高脱氮除磷：效果好运行费用：运行费用高n3.2.5BAF：(BiologicalAeratedFilter)，曝气生物滤池曝气生物滤池开发设计时作为三级处理，现二级，处理水质好。节省了后续沉淀池，容积负荷高、水力负荷，水力停留时间短，基建投资较少。曝气生物滤池在国内正处在推广应用之中；具有快速启动运行能力；展望：废水深度处理、微污染水源水预处理、难降解有机物处理中的应用以及与其它工艺组合。推广难度：技术保密n高浓度有机废水处理技术（续）废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过厌氧微生物(包括兼氧微生物）的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质的过程，也称为厌氧消化(anaerobicdigestion)。与好氧过程的根本区别：不以分子态氧作为受氢体，而以化合态氧、碳、硫、氮等作为受氢体。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。3.3厌氧生物处理法n厌氧生物处理原理含可溶性、不溶性碳水化合物、脂肪、蛋白质的废水水解阶段溶解性单体（糖、氨基酸）发酵阶段H2、CO2、有机酸乙酸、丙酸、丁酸、乳酸和乙醇产氢产乙酸阶段H2、CO2、乙酸产甲烷阶段CH4、CO2n厌氧生物处理的主要特征主要优点：能耗低，且还可回收生物能（沼气）；污泥产量低；可间歇运行；负荷高，占地省；厌氧微生物有可能对好氧微生物不能降解的某些有机物进行降解或部分降解；n厌氧生物处理的主要特征主要缺点：设备启动和处理时间长；对温度、pH等环境因素较敏感；出水水质较差，需进一步利用好氧法进行处理；气味较大；对氨氮的去除效果不好。n好氧生物降解与厌氧生物降解的比较好氧生物降解厌氧生物降解微生物种类:好氧微生物(较简)厌氧微生物(复杂)降解速率:快慢降解途径:碳降解、氨降解碳降解对氧的要求:适当的溶解氧无溶解氧温度要求:常温常温-中温-高温环境条件:适应范围宽适应范围较窄营养物质:100:5:1200:5:1最终产物:H2O、CO2CH4、H2O、CO2基建费用:较低较高运行费用:较高较低、回收能源n厌氧生物处理工艺早期处理工艺：处理城市污水的化粪池、双层沉淀池等；处理剩余污泥的各种厌氧消化池等。现代高速厌氧反应器：70年代后发展起来的用于处理高浓度有机废水的厌氧接触法、厌氧滤池、上流式厌氧污泥层（床）反应器、厌氧流化床、厌氧附着膜膨胀床、厌氧生物转盘、挡板式厌氧反应器。新型厌氧反应器：90年代以后，在UASB反应器基础上又发展起来了EGSB和IC反应器。EGSB反应器，处理低温低浓度的有机废水；IC反应器，处理高浓度有机废水，可达到更高的有机负荷。nUASB反应器的工作原理与构造(1)进水配水系统(2)反应区(3)三相分离器(4)出水系统沼气出水进水(5)集气罩悬浮污泥区颗粒污泥区n工程应用按处理的程度一级处理(primary)：也叫初级处理，该过程只能除去废水中的大颗粒的悬浮物及漂浮物，很难达到排放标准。二级处理(secondary)：一般可以除去细小的呈胶体态的悬浮物及溶解的有机物，一般能达到排放标准。三级处理(tertiary)，也称高级(advanced)处理：进一步除去废水中的胶体及溶解态的污染物，一般可达到回用的目的。n工程应用视污水水质条件而定：混凝沉淀/气浮——进水SS/胶体浓度高；混凝过滤/炭滤——进水SS/胶体浓度低；A/O工艺——进水难降解有机物浓度高，考虑水解酸化；AB工艺——进水有机物浓度高，分段处理以提高效率；A2/O工艺——协同考虑脱氮除磷工艺；化学氧化——除色度及分解有机物；n工程实例n高浓度有机废水处理前景(1)改造常规的污水处理工艺。强化混凝处理过程,研制经济实用的强化混凝设备,是适合我国国情，高浓度难降解有机污水处理技术的重要发展方向之一。(2)多种处理技术联合应用。如先用絮凝、微电解、电化学催化氧化等技术破坏水中难降解的有机物,提高有机污水的可生化性,再交叉耦合生化方法进行深度处理。(3)发展具有高效能、多功能、设备小型化以及更便于操作的组合处理装置。另外还须推行清洁生产,让污染在生产过程中得到减少或消除。(4)开发污水净化生物强化技术。即向系统中投加从自然界中筛选的优势种群或通过基因工程改良的能够快速“吃”污的高效降解菌,以强化高浓度有机污水的处理效果。高浓度有机污水的处理技术正向高效、节能、环保的方向发展。好氧处理技术与厌氧处理技术的联合工艺将具有广阔的前景。n复习项目名称水的类型：生活污水、工业废水主要控制项目：污染物（COD/重金属/NH4-N…….）水量：每天的处理水量场地要求：提供多大的建设场所，周围环境和地质条件排放标准（用户要求）建设形式:总包、施工、设计投资形式：BOT/BT/一般的甲方投资形式场地：地点、可用面积、注意事项n本章作业1.列出四种来源的高浓度有机废水种类。2.高浓度有机废水处理方法都有哪几种？n附表BOD测定一般采用标准法测定。水样(或稀释水样)在微生物作用下，在20℃、培养5天的条件下，所消耗的溶解氧量即为BOD5。测定方法标准GB7488-87。其检测范围为2-6000mg/L。化学耗氧量（chemicaloxygendemand简称COD）用化学氧化剂氧化分解废水中的有机物，用所消耗的氧化剂中的氧来表示有机物的多少，单位仍为mg/L。总需氧量（totaloxygendemand，TOD）在900℃下，以铂为催化剂，使水样汽化燃烧，然后测定气体载体中氧的减少量，作为有机物完全氧化所需的氧量，称为总需氧量；总有机碳（totalorganiccarbon，TOC）在同样条件下测定气体中二氧化碳的增量，从而确定出水样中碳元素的含量，称为总有机碳。n附表有机氮是反映水中蛋白质、氨基酸、尿素等含氮有机物总量的一个水质指标。NH3和NH4+称为氨态氮，NO2─称为亚硝酸氮，NO3─称为硝酸氮，这几种形态的含量均可作为水质指标，分别代表有机氮转化为无机物的各个不同阶段。总氮（TN）则是一个包括从有机氮到硝酸氮等全部含量的水质指标。生物污染物主要是指废水中的致病微生物(pathogens)和其他的有机体。制革厂废水中常含有炭疽菌,医院污水中含有病原菌和病毒等。生活废水中含有可能引起肠道系统疾病的细菌和寄生虫卵等。感官污染物(sceneryshock)废水中的异色、混浊、泡沫、不良气味等会引起人们感官上不快的污染物称为感官污染物。n附表酸碱污染物(acidandbase)主要是指进入水体的无机酸和碱，它们影响水体的pH值。废水中酸碱污染物的多少常用废水的pH值表示。浓度高时也用酸或碱的质量分数表示。油类污染物(oilandgrease)油类污染物一般是指比水轻能浮在水面上的液体物质，多指油类。废水中油类污染物的多少也用质量浓度表示，单位为mg/L。它不溶于水，进入水体后会在水面上形成薄膜，影响氧气的溶入，降低水中的溶解氧。热污染(temperature)由于废水的温度过高引起的危害称为热污染。热污染可以破坏废水的生物处理过程，影响水中生物的生存，加速水体富营养化的进程等。n谢谢！