工业废水处理课件 191页

第3篇工业废水处理第10章工业废水处理概论主要内容：（1）废水的分类（2）处理方法及确定n第一节概述一、工业废水的分类工业废水包括生产污水、冷却水和生活污水3种。分类方法：(1)按行业的产品加工对象分类冶金废水等。(2)按工业废水中所含主要污染物的性质分类无机废水有机废水(3)按废水中所含污染物的主要成分分类酸性废水等。n另外还可以根据工业废水处理的难易程度和废水的危害性进行分类(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n二、工业废水对环境的污染成分复杂，污染严重(1)含无毒物质的有机废水和无机废水的污染(2)含有毒物质的有机废水和无机废水的污染(3)含有大量不溶性悬浮物废水的污染(4)含油废水产生的污染(5)含高浊度和高色度废水产生的污染(6)酸性和碱性废水产生的污染(7)含有多种污染物质废水产生的污染(8)含有氮、磷等工业废水产生的污染n第二节工业废水污染源调查一、控制工业废水污染源的基本途径1.减少废水排出量(1)废水进行分流(2)节约用水(3)改革生产工艺(4)避免间断排出工业废水n2.降低废水污染物的浓度(1)改革生产工艺，尽量采用不产生污染物的工艺(2)改进装置的结构和性能(3)废水进行分流(4)废水进行均和(5)回收有用物质(6)排出系统的控制n二、污染源调查1.现场调查(1)查明工厂在正常和高负荷操作条件下的水平衡状况；(2)记下所有用水工序，并编制每个工序的水平衡明细表；(3)从各排水工序和总排水口取水样进行水质分析；(4)确定排放标准。2.资料分析(1)能否通过改进工艺或设备减少废水量和降低浓度；(2)有无回收有用物质的可能性；(3)有无可能将需处理废水和不需处理就可排放或利用的废水进行分流。n第三节废水的排放标准一、国家标准《污水综合排放标准》(GB8978-1996)该标准将排放的污染物按其性质及控制方式分为两类。第一类污染物：是指总汞、烷基汞、总镉、总铬、六价铬等毒性大、影响长远的有毒物质。一律在车间或车间处理设施排放口采样第二类污染物：指pH值、色度、悬浮物、BOD5、COD、石油类等。n二、部级标准《污水排入城市下水道水质标准》(CJ18--86)下水道接纳的水也有要求。三、国家标准《农田灌溉水质标准》(GB5084--92)另外，我国有关部门规定，各地方可根据当地情况制定地方标准，但原则上应严格执行国家、部和行业标准。n第四节工业废水处理方法概述一、废水处理方法1.物理处理法分为调节、离心分离、沉淀、除油、过滤等。2.化学处理法分为中和、化学沉淀、氧化还原等。3.物理化学处理法分为混凝、气浮、吸附、离子交换、膜分离等方法。4.生物处理法分为好氧生物处理法、厌氧生物处理法。n二、废水处理方法的选择1.污染物在废水中存在状态悬浮、胶体和溶解3种形态2.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。如无资料可参考时，可通过试验确定。(1)有机废水1)含悬浮物时，若BOD5、COD、SS能同时去除，采用物理法。2)含悬浮物时，若BOD5、COD不能与SS同时去除，采用生物处理方法。3)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。n(2)无机废水1)含悬浮物时，沉淀处理能达标时，采用自然沉淀法处理。2)沉淀处理不能达标时，进行混凝沉淀。3)当悬浮物去除后，废水中仍含有有害物质时，可考虑采用调节pH值、化学沉淀、氧化还原等化学方法。4)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。(3)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。n第11章工业废水的物理处理本章主要内容：1.调节池2.离心分离3.除油方法及装置4.过滤第一节调节池本节主要内容：1.调节池的形式2.调节池的搅拌方式n调节池作用：均和水质，调节水量调节池种类：水量调节池，水质调节池一、水量调节池1.形式n2.计算（1）废水总量式中WT——废水总量，m3；qi——在t时段内废水的平均流量，m3／h；ti——时段，h。T——水量变化周期。(2)在周期T内废水平均流量式中Q——周期T内废水平均流量，m3/hn（3）容积计算有图解法和经验法两种。图解法：经验法：根据经验确定，实质是确定贮水时间n二、水质调节池1.普通水质调节池（1）形式与水量调节相同（2）容积计算V=QT式中T——水质变化周期或高峰段时间；Q——周期T内废水平均流量，m3/h。经验公式：V=QT/1.4n2.穿孔导流槽调节池（1）形式及工作原理同时进入调节池的废水，由于流程长短不同，使前后进入调节池的废水相混合，以此来均和水质。n同心圆型调节池n（2）容积计算t—水质调节时间—各时段的流量—容积加大系数，一般取0.7。穿孔导流槽调节池也能调节流量，但构造上应做一些改变。n三、分流贮水池（1）形式（2）作用贮存调节偶然泄漏或周期性冲击负荷。n四、混合搅拌方式1．水泵强制循环搅拌简单易行，但动力消耗较多n2.空气搅拌搅拌效果好，还可起预曝气的作用，但运行费用也较高。3.机械搅拌搅拌效果好，但设备常年浸于水中，易受腐蚀，运行费用也较高。本节小节：1.掌握水量调节池的设计计算方法2.掌握穿孔导流槽调节池的基本原理及容积计算3.掌握调节池混合搅拌方式作业题:1.调节池混合搅拌方式有哪些?各有什么特点?2.穿孔导流槽调节池容积如何计算?n第二节离心分离本节主要内容：1.离心分离原理2.离心分离设备及应用n一、基本原理1.工作原理废水作高速旋转时，由于悬浮固体和水的质量不同，所受的离心力也不相同，质量大的悬浮固体被抛向外侧，质量小的水被推向内层，这样悬浮固体和水从各自出口排除，从而使废水得到处理。2.净离心力净离心力=离心力-水对颗粒的向心推力即Fc=mω2r-m0ω2r=(m-m0)ω2rm、m0—颗粒和同体积水的质量，kg;ω—角速度，rad/s；r—旋转半径为，m。n3.分离因素α分离因素=净离心力/颗粒在水中的净重力Fg—颗粒在水中的净重力，Fg=(m-m0)g。n—转速，r/min。分离因素α是衡量离心设备分离性能的基本参数α越大，离心分离的效果越好。n4.分离速度—分别为颗粒和水的密度，kg/m3；—水的动力粘度，0.1Pa·s;d—颗粒直径，m。时，颗粒被抛向周边；时，颗粒被推向中心。n二、离心分离设备按产生离心力的方式不同，离心分离设备可分为离心机和水力旋流器两类。（一）离心机依靠一个可随传动轴旋转的转鼓，在外界传动设备的驱动下高速旋转，转鼓带动需进行分离的废水一起旋转，利用废水中不同密度的悬浮颗粒所受离心力不同进行分离的一种分离设备。n按分离因素大小离心机可分为：（1）高速离心机(a>3000)多用于乳化油和蛋白质等密度较小的微细悬浮物的分离。（2）中速离心机(a=1000～3000)（3）低速离心机(a<1000)。中、低速离心机通称为常速离心机。常速离心机多用于与水有较大密度差的悬浮物的分离。按转鼓的几何形状不同，可分为转筒式、管式、盘式和板式离心机；按操作过程可分为间歇式和连续式离心机按转鼓的安装角度可分为立式和卧式离心机。nn1.压力式水力旋流器（1）构造形式（二）水力旋流器水力旋流器有压力式和重力式两种。n（2）工作原理产生两次涡流：一次涡流向下：颗粒向下；二次涡流向上：溢流水向上。另外,在二次涡流中间有一个空气涡流柱(3)优缺点优点:体积小，单位容积处理能力高，易于安装，便于维护缺点：器壁易受磨损，电能消耗较大n（4）应用轧钢废水的氧化铁皮高浊度河水中的砂子（5）设计计算一般首先确定分离器的尺寸，然后计算处理水量和极限截留颗粒直径，最后确定分离器台数。n2.重力式旋流分离器重力式旋流分离器又称水力旋流沉淀池。废水也以切线方向进入器内，借进出水的水头差在器内呈旋转流动。特点：设备的容积大电能消耗低n本节小节1.掌握离心分离的工作原理2.掌握分离因素的意义3.掌握离心分离的种类及功能作业:1.离心分离机与水力旋流器有什么不同?2.水力旋流器在水处理中有哪些应用?n第三节除油本节的重点内容:1.含油废水的来源及其危害2.油类在水中的存在形式3.浮油的处理装置4.污油脱水方法n一、含油废水的来源及污染特征1.来源石油、石油化工、钢铁、焦化、煤气发生站、机械加工等工业企业。2.油类在水中的存在形式(1)浮油油珠粒径一般大于100微米。易浮于水面，形成油膜或油层。(2)分散油油珠粒径一般为10～100微米。悬浮于水中，不稳定，静置一定时间后往往形成浮油。(3)乳化油油珠粒径小于10微米。非常稳定(4)溶解油油珠粒径比乳化油还小，有的可小到几纳米。溶于水中n3.危害（1）形成油膜后会阻碍大气复氧。（2）水体中的油消耗水中溶解氧。（3）在土壤形成油膜，隔绝空气，阻碍土壤微生物的增殖，破坏土层团粒结构。（4）含油废水对排水设备和城市污水处理厂都会造成影响。n4.处理方法（1）重力分离法浮油重油（2）气浮法乳化油（3）电解法乳化油（4）混凝沉淀法乳化油二、浮油除油装置(一)、隔油池目前常用的有平流隔油池和斜板隔油池。n1.平流隔油池（1）构造形式n（2）去除对象去除直径为100~150微米的浮油（3）特点构造简单，运行管理方便，但池子体积大，占地多（4）隔油池设计计算1）按油粒上浮速度计算表面积A—隔油池表面积，m2；Q—废水设计流量，m3/h；α—修正系数，与池容积利用率和水流系动状况有关。（查表）u—油珠的设计上浮速度，m/h；n上浮速度u的确定：通过试验确定根据修订的斯托克斯求定：u——静止水中，直径为d的油珠的上浮速度，cm／s；——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/s2；——废水油珠非圆形的修正系数，一般取1.0。β——考虑废水悬浮物引起的颗粒碰撞的阻力系数，一般可取0.95，也可按下式计算:nS为废水中悬浮物浓度。B：隔油池的过水断面面积：Ac—隔油池的过水断面面积，m2；v—废水在隔油池中的水平流速，m/h，一般取2～5mm/s。隔油池每个格间的有效水深和池宽比(h/b)，宜取为0.3～0.4。有效水深一般为1.5～2.0m.C:隔油池的长度L：每个格间的长宽比(L/b)，不宜小于4.0。n2)按废水的停留时间计算法除油池的总容积为：W=Qtt—废水在隔油池内的设计停留时间，h，一般采用1.5～2.0h。隔油池的过水断面面积：v—废水在隔油池中的水平流速，mm/s。隔油池的有效长度L为：L=3.6vt隔油池建筑高度H为：H=h+hˊhˊ—池水面以上的池壁超高,m;一般不小于0.4m;h—有效水深,m。n(2)斜板隔油池去除粒径不小于80微米的油珠n（3）小型隔油池用于处理小水量的含油废水，有多种池型。用于公共食堂、汽车库及其他含有少量油脂的废水处理n用于处理含汽油、柴油、煤油等废水。nn（二）除油灌可以去除浮油和分散油，是油田废水处理的主要除油装置。n还可以加斜板。n三、污油的脱水对从隔油池收集到的污油进一步进行油水分离。1.带式除油机工作原理：利用除油带的亲油疏水性质，使油粘附在除油带上。带式除油机有立式、卧式和倾斜式三种。nn2．脱水罐脱水罐有卧式和立式两种，常用立式罐。工作原理：罐底设蒸汽盘管加热废水进行脱水。热温度以70～80℃为宜。含油率为40％～50％的污油，经数日脱水后，污油含油率可达90％以上。本节小结:1.掌握油类在水中的存在形式2.浮油的处理装置3.平流式隔油池的设计计算方法作业题:1.如何进行平流式隔油池的设计计算2.含油废水有哪些危害?n第四节过滤本节主要内容:1.颗粒材料过滤在废水中的应用2.多孔材料过滤在废水中的应用过滤是利用过滤材料分离废水中杂质的一种技术。根据过滤材料不同，过滤可分为:颗粒材料过滤和多孔材料过滤两大类。一、颗粒材料过滤去除对象：在废水处理中，颗粒材料过滤主要用于经混凝或生物处理后低浓度悬浮物的去除。n1.废水滤料的特点：（1)滤料粒径应大些。采用石英砂为滤料时，砂粒直径可取为0.5～2.0mm。(2)滤料耐腐蚀性应强些。(3)滤料的机械强度好，成本低。2.常用滤料石英砂、无烟煤、陶粒、大理石、白云石、石榴石、磁铁矿石、纤维球、聚氯乙烯或聚丙烯球等。n3.常用滤池（1）上向流滤池上向流滤池的特点：1)滤池的截污能力强，水头损失小。2)配水均匀、易于观察出水水质。3)污物被截留在滤池下部，滤料不易冲洗干净。n（2）多层滤料滤池多层滤料滤池，常用的有双层滤料滤池和三层滤料滤池n（3）压力滤池滤罐中的水是有压力的。n（4）新型滤料滤池采用塑料或纤维球等轻质材料作为滤料的滤池特点：具有滤速高、水头损失小、过滤周期长、冲洗水耗量低1)塑料、石英砂双层滤料滤池采用圆柱形塑料滤料替代无烟煤优点：空隙率大悬浮物截留量大；反冲洗效果好，节省冲洗水量；塑料的磨损率也小。2)纤维球滤料滤池采用耐酸、耐碱、耐磨的合成纤维球作滤料可以采用气+水搅拌，冲洗水量只占1％～2％。n（5）聚结过滤池聚结过滤法又称为粗粒化法，用于含油废水处理。工作原理：含油废水通过装有粗粒化滤料的滤池，使废水中的微小油珠聚结成大颗粒，然后进行油水分离。滤料的特性：亲油疏水粗粒化滤料：无烟煤、石英砂、陶粒、蛇纹石及聚丙烯塑料等。二、多孔材料过滤去除对象：纤维类杂物n1.筛网及捞毛机(1)筛网通常用金属丝或化学纤维编制而成。筛孔尺寸可根据需要，一般为0.15～1.0mm。其形式有转鼓式、转盘式、振动式、回转帘带式和固定式倾斜筛多种。nnnn（2）捞毛机n2.微滤机用于处理二级出水对活性污泥法出水，能够使BOD5和SS从20mg/L分别降到6~8mg/L和3.5~5mg/L。n本节小节:1.掌握废水滤料的特点2.掌握废水处理中常用过滤器的形式3.熟悉多孔材料过滤设备作业题:1.废水滤料的有什么特点?常用滤料有哪些?2.简述聚结过滤法处理含油废水的原理.n第12章工业废水的化学处理本章的主要内容：1.中和2.化学沉淀3.氧化还原4.电解5.高级氧化第一节中和本节主要内容：1.酸碱废水的来源及其危害及处理方法2.酸碱废水互相中和法3.药剂中和法4.过滤中和法n一、概述1．酸碱废水的来源及其危害来源：化工厂、化纤厂、电镀厂、煤加工厂及金属酸冼车间等都排出酸性废水。印染厂、金属加工厂、炼油厂、造纸厂等排出碱性废水。危害：腐蚀性毁坏农作物危害渔业生产2.处理措施浓度在3％～5％以上，应考虑回用和综合利用的可能性浓度小于3％时，考虑中和处理n3.中和法定义中和法：用化学法去除废水中的酸或碱，使其pH值达到中性左右的处理方法中和法的应用：(1)废水排入水体之前(2)废水排入城市排水管道之前(3)化学处理或生物处理前4．中和剂酸性废水中和处理采用的中和剂：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剂：盐酸和硫酸n5．中和方法分类酸性废水的中和方法：（1）酸性废水与碱性废水互相中和（2）药剂中和（3）过滤中和选择中和方法时应考虑下列因素：(1)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。(2)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。(3)本地区中和药剂和滤料(如石灰石、白云石等)的供应情况。(4)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。n二、酸碱废水互相中和法1．酸性或碱性废水需要量按当量定律来计算：Q1C1=Q2C2式中Q1——酸性废水流量，L／h；C1——酸性废水酸的当量浓度，克当量／L；Q2——碱性废水流量，L／h；C2——碱性废水碱的当量浓度，克当量／L。n2．中和设备(1)集水井(或管道、混合槽)水质水量变化较小或后续处理对pH要求较宽(2)连续流中和池水质水量变化不大或后续处理对pH值要求高时(3)间歇式中和池水质水量变化较大，且水量较小时，或连续流无法保证出水pH要求，或出水中还含有其他杂质或重金属离子时n三、药剂中和法1.酸性废水的药剂中和处理（1）中和反应H++OH-=H2O选择药剂时应注意：1）处理硫酸废水时，石灰石、白云石的粒径应小于0.5mm.防止形成CaSO4覆盖层。2)中和弱酸废水时，不能采用碳酸盐做中和剂。因为：CO2+H2O+MCO3=M(HCO3)2n(2)中和剂用量1)理论药量计算根据化学反应方程式，可计算参与反应物质的理论耗量：H2SO4十Ca(OH)2→CaSO4十2H209874按上式，当中和1kgl00%H2S04时，应消耗Ca(OH)2为：1×74／98＝0.76kg。n2)实际投药量计算式中Q——废水流量，m3/h；C——废水中酸(碱)浓度，kg／m3或g／L；a——药剂单位理论耗量，kg／kg；α——药剂纯度或浓度，％;K——反应不均匀系数。n(3)药剂中和处理的工艺流程分为：间歇处理和连续处理n(4)设备和装置包括石灰乳制备、混合反应、沉淀及沉渣脱水等。1)石灰投药方式与装置方式：干投湿投（5%~15%），一般采用湿投。石灰一般在消解槽中配成40~50%的乳浊液。2)混合反应装置一般采用反应池。石灰的混合时间为1~2min;其他为5~20min。当废水量较小、浓度不高、沉渣量少时，可将中和剂投于集水井。n3)沉淀池可选择竖流式和平流式。4)沉渣脱水装置用真空过滤或压滤机脱水，也可干化。2.碱性废水的药剂中和常用中和剂：工业硫酸、工业盐酸、烟道废气（CO2占24%）n四、过滤中和法酸性废水通过固体碱性滤料时与滤料进行中和的方法。中和滤池的形式：普通中和滤池升流式膨胀中和滤池滚筒中和滤池石灰石、白云石或大理石，粒径为30~50mm。滤层高为l~1.5m。常用碱性滤料：n1.普通中和滤池（1）基本形式过滤床是固定的。有平流式、竖流式两种。竖流式又分升流式与降流式两种。目前多采用竖流式中和池。滤速一般为1~1.5m/h，不大于5m/h，接触时间不少于10min。n（2）适用范围1）极限浓度硫酸废水：石灰石滤料，浓度小于2g/L白云石滤料，浓度小于5g/L硝酸、盐酸废水：浓度小于20g/L（防止滤料消耗过快）2）铁盐、泥沙及惰性物质的含量也不能含量过高.防止堵塞。n2）优点：滤料膨胀，互相磨擦，反应产生的惰性物质自滤料颗粒表面脱落随水流出，加快了反应速度。(2)升流式膨胀中和过滤1）原理与形式n3）类型有恒速式和变速式两种变速式速度由大变小，出水效果好n(3)滚筒式过滤中和在滚筒内装石灰石滤料，滚筒以一定的速度转动，使污水与滤料充分混合。优点:进水硫酸浓度可超过极限数倍，滤料不必破碎到很小粒径.缺点:构造复杂，动力费用高，运行设备噪音较大。n本节小节：1.掌握中和法的分类.3.掌握药剂中和法的药量计算.4.过滤中和法的原理及类型作业题:1.变速过滤和等速过滤有什么不同?2.简述简普通中和滤池的适用范围.n第三节化学沉淀法与应用本节主要内容:1.氢氧化物沉淀法原理与应用2.硫化物沉淀法原理与应用3.钡酸盐沉淀法原理与应用一、化学沉淀法原理与分类1.原理在溶液中有：MmNn=mMn++nNm-当[Mn+]m[Nm-]n＞LMmNn时,有溶质析出沉淀；为了除去废水中的金属离子Mn+,向废水中投加含Nm-离子的化合物,以使[Mn+]m[Nm-]n＞LMmNn，生成MmNn沉淀，降低Mn+离子在废水中的浓度。n二、氢氧化物沉淀法1.原理M（OH）n=Mn++nOH-[Mn+]=L/[OH-]n向水中投加氢氧化物，增加OH-的浓度，降低Mn+浓度。2.化学沉淀法分类（1）氢氧化物沉淀法（2）硫化物沉淀法（3）钡盐沉淀法npH值是氢氧化物沉淀法的重要操作条件。Zn、Pb、Cr、Sn、A1等的氢氧化物是两性物质。如Zn的最佳pH值为9~10。nn2.氢氧化物沉淀法的应用(1)矿山废水(含铜、铁)(2)铅锌冶炼废水(含铅、锌、镉、镍、氰)n三、硫化物沉淀法1.原理MS=M2++S2–向水中投加硫化物，增加S2–的浓度，降低Mn+浓度。以硫化氢为沉淀剂时：pH值越高，金属离子浓度越低。n（2）硫化物沉淀法处理含汞废水（共沉法）在pH＝9~10的条件下进行，通常向废水中投加石灰乳和过量的硫化钠，硫化钠与废水中的汞离子反应，生成难溶的硫化汞沉淀。Hg+十S2–=HgS↓Hg+十S2–=Hg2S=HgS↓十Hg↓*由于硫化物沉淀物的颗粒较细，沉淀困难，且费用较高，因此，硫化物沉淀法应用并不广泛，有时用作氢氧化物物沉淀法的补充方法。2.硫化物沉淀法的应用（1）常用沉淀剂:硫化氢、硫化钠、硫化钾n生成的硫化汞以很细微的颗粒悬浮于水中；为了使其迅速沉淀与废水分离，并除去废水中过量的硫离子，可再向废水投加硫酸亚铁，这样即可生成FeS除去多余的S2–，同时还会生成Fe(OH)2沉淀，它可以与HgS、FeS共沉，加快沉淀速度。由于硫化汞的溶度积低于硫化铁的溶度积，所以首先生成硫化汞，再生成硫化铁，最后才是Fe(OH)2。n处理后废水废水中仍残留有过量的钡，可用石膏与之反应而除去。CaSO4十Ba2+=BaSO4十Ca2+四、钡盐沉淀法钡盐沉淀法主要用于处理含六价铬废水。多采用碳酸钡、氯化钡等钡盐作为沉淀剂。以使用碳酸钡为沉淀剂处理含铬酸废水为例，有如下反应：H2CrO4十BaCO3=BaCrO4↓十CO2十H2O上述反应适宜的pH为4.5~5.0。n本节小节:1.掌握氢氧化物法的基本原理及应用.2.掌握硫化物法的基本原理及应用.作业题:1.举例说明什么是共沉法?2.处理含锌废水应注意什么问题?n第四节药剂氧化还原一、氧化还原法:利用氧化还原反应，使废水中的有害物质受到氧化或还原，而变化成无害或为害较小的新物质，这种方法称为氧化还原法。n二、氧化法及其应用1.常用氧化剂常用氧化剂有：氯气、漂白粉、次氯酸钠、C1O2、O2、臭氧O3及过氧化氢等。2.氯氧化法的应用碱性氯化法处理含氰废水。n（1）局部氧化法（一级处理）将CN―氧化为氰酸盐；CN-十OCl-十H2O→CNCl十2OH-pH值无要求CNCl十2OH-→CNO-十C1-十H2OpH＝10~11（2）完全氧化法（二级处理）将CNO-继续氧化成CO2和N22CNO-十3OC1-→CO2十N2十3C1-十CO3-pH＝8.0~8.5n(3)工艺流程nn二、药剂还原法（自学）1.还原法除Cr6+基本原理Cr6+Cr3+Cr（OH）3Cr6+的存在形式：碱性条件：CrO42-酸性条件：Cr2O72-操作条件：还原：pH小于3沉淀：pH=7—92.常用还原剂亚硫酸盐、硫酸亚铁、水合肼（N2H4）n第四节臭氧氧化一、臭氧的物理化学性质臭氧在室温下为无色气体，具有一种特殊的臭味。在标准状态下，容重为2.144g/L。(1)氧化能力臭氧是一种强氧化剂，其氧化能力仅次于氟，比氧、氯及高锰酸盐等常用的氧化剂都高。(2)在水中的溶解度臭氧化空气中，臭氧只占0.6％～1.2％(体积比)当水温为25℃时，臭氧的溶解度只有3～7mg/L。n(3)臭氧的分解臭氧在空气中会自行分解为氧气，其反应为：O3O2+144.45kJ由于分解时放出大量热量，当浓度在25％以上时，很易爆炸，但一般臭氧化空气中臭氧的浓度不超过10％，因此不会发生爆炸。浓度为1％以下的臭氧，在常温常压下，其半衰期为16h左右，所以臭氧不易贮存，需边生产边用。臭氧在纯水中的分解速度比在空气中快的多。水中臭氧浓度为3mg/L，在常温常压下，其半衰期仅5～30min。n(4)臭氧的毒性和腐蚀性臭氧是有毒气体。空气中臭氧浓度为：0.1mg/L时，眼、鼻、喉会感到刺激；1～10mg／L时，会感到头痛，出现呼吸器官局部麻痹等症；15～20mg／L时，可能致死。臭氧浓度的允许值定为0.1mg／L.臭氧具有强的氧化能力，除金和铂外，臭氧化空气几乎对所有金属都有腐蚀作用。n二、臭氧的制备目前臭氧的制备方法有：无声放电法、放射法、紫外线辐射法、等离子射流法和电解法等。无声放电法又有气相中放电和液相中放电两种。在水处理中多采用气相中无声放电法。n三、臭氧氧化的接触反应装置（1）气泡式nnnn（2）水膜式n（3）水滴式n四、尾气处理排出的尾气会含有一定浓度的臭氧和反应产物气体。需要处理。尾气处理方法有燃烧法、还原法和活性炭吸附法等。五、臭氧氧化法的应用臭氧可用于氧化氰化物和和多种有机物；还可用于还可用于除臭、脱色、杀菌、除铁等。*臭氧氧化氰化物时，如向废水中投加活性炭或微量铜离子，都能促进氰的分解。n第五节电解本节重点:1.分解电压产生的原因2.电解槽的结构形式和极板电路3.电解法的应用一、概述电解法：电解质溶液在电流作用下，进行电化学反应，把电能转化为化学能的过程称为电解。利用电解的原理来处理废水中有毒有害物质的方法，称为电解法。n1.法拉第电解定律G——电解过程析出的物质总量，g；E——物质的化学当量；I——电流，A；t——通电时间，s；F——法拉第常数，F=96500n2.分解电压（1)定义：能使分解正常进行时所需的最小外加电压叫分解电压（2）产生分解电压的原因1）电解槽的反电动势；2）电极的极化：A.浓差差极化产生浓差原电池搅拌可以减小浓差原电池B.化学极化两电极析出产物构成原电池3）内电阻另外，电极性质、废水性质、电流密度、温度等对分解电压也有影响。n二、电解槽的结构形式和极板电路多为矩形（1）按水流方式分1）回流式：2）翻腾式：回流式水的流程长，容积利用率高；极板为悬挂固定方式，减少漏电。n（2）极板间距的确定极板间距越大，分解电压越大，电耗越大极板间距越小，安装不方便，材料用量大（3）电源采用直流电源。(4)极板电路形式1）单极板电路：极板腐蚀不均，容易造成短路2）双极板电路。极板即使相接触也不致电路短路。这种方式便于缩小极板间距，从而节省费和运行费，故常被采用。n三、电解法处理含铬废水1.原理采用钢板作电极，在酸性条件下通过直流电，阳极：铁阳极溶解出亚铁离子，将六价铬还原为三价铬，亚铁氧化为三价铁:n阴极：析出氢气，废水中的六价铬可直接还原为三价铬。随着电解的进行，pH逐渐上升，最后有如下反应：Cr3+十3(OH)—→Cr(OH)3Fe3+十3(OH)—→Fe(OH)3n两反应相加：8OH-十3Fe-8e→Fe2O3·FeO十4H2O2.阳极钝化在电解反应的同时，在阳极上还有如下之反应：4OH–—4e→2H2O十O23Fe十2O2→FeO十Fe2O3由于电极表面生成了Fe2O3·FeO钝化膜，阻碍Fe2+进入废水中，而使反应缓慢，这种现象叫阳极钝化。消除阳极钝化的方法：（1）定时用钢刷清理阳极的钝化膜n（2）定期交换阴阳极（3）投加食盐电解质氯离子能起活化剂的作用。氯离子能够取代膜中的氧离子，结果生成可溶性铁的氯化物而导致钝化膜的溶解。同时，可增加废水的导电能力，减少电能的消耗。n3.工艺流程有连续式和间歇式两种。常用是连续式。n四、脉冲电解法处理含银废水（自学）脉冲电解法：采用时而接通，时而关断的脉冲直流电源的电解法。特点：（1）减少浓差极化，降低槽电压，提高了电流效率，缩短了电解时间，节电关断的时间间隔内，由于浓度差，使电解槽内废水中的金属离子向阴极扩散，可减少浓差极化（2）电源关断时，因废水中的杂质和氢从阴极向废水中扩散，不容易在阴极沉积，所以可提高回收银的纯度。n本节作业:1.简述电解法处理含氰废水的基本原理2.什么叫阳极顿化?如何消除?n第六节其他氧化还原法（自学）本节主要内容:1.空气氧化法2.光氧化法3.金属还原法处理含汞废水一、空气氧化法空气氧化法是以空气中的氧做氧化剂来氧化分解废水中有毒有害物质的一种方法。目前在石油化工行业的废水处理中，常采用空气氧化法处理低含硫废水。本节介绍空气氧化法在含硫废水处理中的应用。1．空气氧化法处理含硫废水处理的氧化反应过程n1．空气氧化法处理含硫废水处理的氧化反应过程第三个反应进行的比较缓慢，如果向废水中投加少量的氯化铜或氯化钴作催化剂，会提高转化率。n2.脱硫工艺n二、光氧化法光氧化法是利用光和氧化剂产生很强的氧化作用来氧化分解废水中有机物或无机物的方法。光源多为紫外光（UV）1．光氧化法原理n氧化剂有臭氧、氯、次氯酸盐、过氧化氢及空气加催化剂等，其中常用的为氯气。氧化能力比单投氯气提高10倍。2、流程n三、金属还原法处理含汞废水1.基本原理注意的问题：pH值不能太低，否则：铁屑耗量增加。2.设备n第13章工业废水的物理化学处理本节主要内容:1.混凝2.气浮3.吸附第一节混凝（自学）一、概述去除对象：水中细小的悬浮物和胶体污染物质。混凝在废水处理中的应用：去除废水中的悬浮物和胶体物质除油和脱色去除多种高分子物质、有机物去除重金属毒物和放射性物质除磷废水混凝法的特点：成分复杂多变，参数及工艺条件由试验确定n二、影响混凝的因素1.混凝的影响因素(1)废水性质的影响1)胶体杂质浓度胶体杂质浓度过高或过低都不利于混凝2)pH值采用某种混凝剂对任一废水的混凝，都有一个相对最佳pH值存在3)水温水温高时，粘度降低，布朗运动加快，混凝效果提高。但温度过高，超过90℃时，易使高分子絮凝剂老化4)共存杂质的种类和浓度(A)有利于絮凝的物质：除硫、磷化合物以外的其他各种无机金属盐n(B)不利于混凝的物质：磷酸离子、亚硫酸离子、高级有机酸离子等阻碍高分子絮凝作用。另外，氯、螯合物、水溶性高分子物质和表面活性物质都不利于混凝。(2)混凝剂的影响1)无机金属盐混凝剂无机金属盐水解产物的分子形态、荷电性质和荷电量等对混凝效果均有影响。2)高分子絮凝剂分子结构形式和分子量均直接影响混凝效果。一般线状结构较支链结构的絮凝剂好分子量越大，混凝效果越好，但水溶性较差，因此，分子量应适当。n2．混凝的操作程序n三、混凝剂的选择无机混凝剂特点：机械强度差，絮体细小，沉速小高分子絮凝剂：有阴离子型、阳离子型和非离子型特点：絮体粒径大，沉速大四、混凝设备有两种（1）单一的混凝设备，如混合池，管道反应器（2）澄清池，搅拌、絮凝和沉淀在一个池子中完成n第五节气浮法与应用本节主要内容：1.气浮法的基本原理2.气浮法的分类及特点3.气浮池的设计与应用一、气浮法的原理气浮法是固液分离或液液分离的一种技术。它是通过某种方法产生大量的微气泡．使其与废水中密度接近于水的固体或液体污染物微粒粘附，形成密度小于水的气浮体，在浮力的作用卞，上浮至水面形成浮渣，进行固液或液液分离。1.水中颗粒与气泡粘附条件(1)界面张力、湿润接触角和体系界面自由能n1）界面张力在水、气、粒三相混合系中，不同介质的相表面上都因受力不均衡而存在界面张力()。气泡与颗粒一旦接触，由于界面张力会产生表面吸附作用。三相间的吸附界面构成的交界线称为润湿周边，如图13-3所示。为了便于讨论．现将水、气、粒三相分别以1，2，3表示。2）湿润接触角在气、液、固三相接触时，固、液面张力线和气、液界面张力线之间的夹角称为湿润接触角以θ表示。nθ＜90º为亲水性颗粒，不易与气泡粘附；θ＞90º为疏水性颗粒，易于与气泡粘附。3）界面自由能—界面张力S—界面面积n（2）气粒粘附前后界面能的变化吸附前：吸附后：吸附前后能量变化：越大，固体颗粒越容易与气泡粘附，气浮效果越好。n（2）亲水吸附和疏水吸附吸附时受力情况分析：达到平衡时：移项得：代入得：—水、气界面张力；越大，越大，θ越大，越大。n接触角与表面张力的关系：增加水的表面张力（、），θ增加，增加，易于气浮。n2）表面活性剂过多，下降，变小，此时虽然气泡分散度好，但气泡与颗粒不容易粘附，气浮效果下降。2.投加化学药剂对气浮效果的促进作用(1)表面活性剂对气浮效果的影响1）适当的表面活性剂能够保证泡沫的稳定性和气泡一定分散度，有利于气浮。表面活性剂的投加应当是适中。n(2)界面电现象与混凝剂脱稳污染粒子吸附两亲物质或亲水固体粉末而使颗粒表面带电的现象叫界面电现象。n界面电现象使颗粒表面存在双电层，污染粒子形成一个稳定的体系。投加混凝剂能够压缩双电层，降低ζ电位，使污染粒子失去稳定性。(3)投加浮选剂改变颗粒表面性质浮选剂大多数是由极性—非极性分子所组成，投加浮选剂能够使亲水性物质转化为疏水性物质，进而与气泡粘附，采用气浮的方法去除。n2.气浮法的分类电解气浮法、散气气浮法和溶气浮法。二、气浮法的适用范围及其分类1.气浮法的适用范围气浮法主要用于从废水中去除比重小于1的悬浮物、油类和脂肪，并用于污泥的浓缩。*分离以分子或离子状态存在的物质，如金属离子、表面活性物质等；n电解气浮装置可分为竖流式和平流式两种。三、电解气浮法利用电解时正负两极产生的氢和氧的微气泡进行气浮。电解法产生的气泡尺寸远小于溶气法和散气法。n四、散气气浮法1.扩散板散气气浮法该法是通过微孔陶瓷、微孔塑料等板管将压缩空气形成气泡分散于水中实现气浮。此方法简单易行，但所得气泡偏大，气泡直径可达1~10mm，气浮效果不佳。n2.叶轮气浮法叶轮气浮宜用于悬浮物浓度高的废水，设备不易堵塞。除油效果可达80％n溶气量小，不适于处理含悬浮物浓度高的废水；气浮在负压下运行，气浮池的结构复杂，维护运行困难。故此法应用较少。五、溶气气浮法1.溶气真空气浮法（1）工作原理：在常压或加压条件下溶气，在真空条件下气浮。（2）优点：能耗小。（3）缺点:n2.加压溶气气浮法(1)工作原理在加压条件下溶气，在常压条件下气浮。(2)特点：形成气泡小、粒径均匀；溶气量大；设备和流程简单。应用广泛。(3)基本流程1）全溶气流程被处理的废水，全部进行加压溶气，然后再经释放器进入气浮池气浮。n气泡量较少。如欲增大溶气量，则应加大溶气罐的压力。2）部分溶气流程将被处理的废水的一部分进行加压溶气，其余废水直接进人浮选池。n3）回流加压溶气流程适于废水含悬浮物浓度高的情况。气浮池容积比前两个流程大。将一部分处理后出水回流，进行加压溶气，废水直接入气浮池。n（3）溶气方式1)水泵吸水管吸气溶气方式适用于吸气较少的情况。吸气量过大，水泵易振动，水泵压力下降，还会产生水泵气蚀。n2）水泵压水管射流溶气方式利用在水泵压水管上安装的射流器抽吸空气。此法设备及操作均较为简单，但射流器能量损失较大，一般约在30％左右。n改进型：内循环式射流加压溶气n3）水泵一空压机溶气方式此法能耗较小，但操作较复杂，有噪声。n3）溶气释放器将压力溶气水减压后迅速将溶于水中的空气以极为细小的气泡形式释放出来。（4）设备的作用与选择1）溶气罐让水和空气充分接触，加速空气溶解。加压水停留时间2~3分钟。溶气释放器有减压阀和专用释放器两种形式。n4）气浮池气浮池有平流式和竖流式两种。最常用的是平流式的。nnn（5）气浮池的设计1）气浮池有效水深2.0~2.5m；长宽比1：1~1：1.5；设计停留时间10~20min；分离入水流下降流速l~3mm/s。表面负荷率5~10m3/m2·h)。2）接触区下端水流上升流速，一般取20mm/s左右，上端水流的上升流速为5~10nun／s，水力停留时间不小于2min。3）分离区水流向下流速，一般取1~3mm/s(包括溶气回流量)。nA—减压至一个大气压时释放的空气总量，kg/d;γ—空气容重，g/L;Cs—在一定温度下，一个大气压时的空气溶解度，mg/L;P—溶气压力，绝对压力；f—加压溶气系统的容器效率；R—压力水回流量或加压溶气水量。4)气固比nS=QSa式中S—悬浮物干重，kg/d;Q—进行气浮处理的废水量，m3/d;Sa—废水中悬浮颗粒浓度，kg/m3。将A和S代入得：当气固比a已知，可求的得R。n在石油化工废水处理中，多采用混凝一气浮法，这样可提高处理效果。六、气浮法的应用1.气浮法在石油化工废水中的应用气浮法在石油化工废水处理中应用较多。在浮选处理之前，一般有调节池和隔油池。在浮选处理之后，一般后续有生化处理。n2.造纸厂白水处理采用混凝—气浮的方法.3.印染废水处理作为生物处理的预处理。作业题：1.画出压加气浮三种工艺流程图；2.溶气方式有哪些？3.气浮方法有哪些？4.表面活性剂对气浮效果的影响？n第六节吸附法与应用本节主要内容：1.吸附类型及特点2.影响吸附的因素3.吸附等温线与吸附等温式4.吸附工艺5.吸附塔的设计6.吸附法的应用n一、概述1.吸附法利用多孔性的固体物质，使废水中的一种或多种物质被吸附在固体表面而被去除的方法叫吸附法。吸附法常用于去除因酚、石油等引起的异味；去除由各种染料、有机物、铁、锰形成的色度；去除难降解的有机物；去除重金属。2.吸附、吸附剂、吸附质在相界面上物质的富集现象称为吸附。废水处理主要是利用固体对废水中溶质的吸附作用。吸附剂：具有吸附能力的多孔性的固体物质叫吸附剂。吸附质：被吸附剂吸附的物质叫吸附质。n二、吸附类型1.物理吸附吸附力是分子间引力(即范德华力)；在低温下就能吸附；可以是单分子层吸附，也可以是多分子层吸附；吸附是可逆的；无选择性。2.化学吸附吸附力是化学键力；一般在较高温度下才能吸附；是单分子层吸附；吸附不是可逆的；有选择性。n三、吸附剂及活性炭1.常用吸附剂天然吸附剂有粘土、硅藻土、无烟煤、天然沸石等。人工吸附剂有活性炭、分子筛、活性氧化铝、磺化煤、活性氧化镁、树脂吸附剂等。2.活性炭(1)活性炭制造含碳物质（经高温碳化）→炭渣（活化）→活性炭活化方法：A.药剂法：ZnCl2、H3PO4、H2SO4B.气体法：水蒸气、空气、CO2活性炭是一种多孔性、疏水性吸附剂，对水中有机物有较强的吸附作用。活性炭可制成粉末状和颗粒状。n(2)活性炭的细孔构造活性炭的细孔分为大孔、中孔（过渡孔）、小孔。大孔有效半径大于100nm小于5%，主要为吸附质提供扩散的通道；中孔（过渡孔）有效半径在2~100nm占5%以下除为吸附质提供扩散的通道外，也能吸附较大的吸附质；小孔有效半径小于2nm占95%以上吸附吸附质。吸附量主要由小孔决定。n3.活性炭的再生方法(1)加热再生法(2)化学再生法通过化学反应再生。具体有湿式氧化法、臭氧氧化法、电解氧化法。(3)溶剂再生法用苯、丙酮及甲醇等有机溶剂再生。(4)生物再生法利用微生物的作用将活性炭吸附的有机物氧化分解。n四、吸附平衡、吸附容量与吸附等温线1.吸附平衡吸附速度=解吸速度吸附平衡时废水中吸附质的浓度称为平衡浓度。2.吸附容量吸附容量是单位重量的吸附剂所能吸附的吸附质的重量。q——吸附容量，g/g；V——废水容积，L；C。——原废水的吸附质浓度，g/L；C——吸附平衡时，废水中剩余的吸附质浓度，g/L;W——活性炭投加量，g。n在温度一定时，吸附容量随吸附质平衡浓度的提高而增加，吸附容量随平衡浓度而变化的曲线称为吸附等温线。3.吸附等温线与吸附等温式（1）吸附等温线n（2）吸附等温式表示吸附等温线的方程式称为吸附等温式。常用的吸附等温式有弗兰德里希(Frendlich)等温式、朗谬尔(Langmuir)等温式。1)弗兰德里希等温式是一个经验公式，在水处理中的通常浓度下普遍采用。q——活性炭的吸附容量，g／g；C——废水中吸附质平衡浓度，g／L；K、——表现吸附特性的参数。上式可改写成对数式:lgq＝1gk十1/n1gCn将C和与之对应的q点划在双对数坐标纸上，便可得一条近似直线，直线的截距为K，斜率为。1/n越小，吸附性能越好。一般认为＝0.1~0.5时，容易吸附。1/n＞2时,则难吸附。当1/n较大时，宜用连续式吸附操作；当1/n较小时，多采用间歇式操作。2)朗谬尔等温式朗谬尔等温式适用于单分子层吸附。a——与最大吸附量有关的常数；b——与吸附能有关的常数;C——废水中吸附质平衡浓度，g／L。n3）BET公式适用于多分子层吸附。4.吸附过程与吸附速度（1）吸附速度是指单位重量的吸附剂在单位时间内所吸附的吸附质重量。吸附速度越快，废水和吸附剂的接触时间越短。（2）吸附过程吸附分为三个阶段。1）颗粒外部扩散阶段液膜扩散速度2）颗粒内部扩散阶段颗粒内部扩散速度3)吸附反应阶段吸附反应*吸附速度主要由扩散速度和颗粒内部扩散速度决定。n五、影响吸附的因素1.吸附剂的性质（1）吸附剂的比表面积吸附剂的比表面积越大，吸附能力就越强。（2）吸附剂的物理化学性质极性分子吸附剂——极性分子吸附质，非极性分子吸附剂——非极性分子吸附质。吸附剂颗粒的大小、孔的分布、构造也有影响n2.吸附质的性质（1）吸附质溶解度吸附质溶解度越小，越易被吸附。（2）吸附质分子量一般分子量增大会增大吸附能力。但分子量过大，又会影响扩散度。（3）吸附质的物理化学性质极——极，非——非。（4）吸附质浓度当浓度低时，吸附质的浓度增高会使吸附量增大。n3.废水的pH值吸附质在废水中存在的形态(分子、离子或络合物)与pH值有关因而会影响到吸附效果。活性炭的吸附率一般在酸性溶液中比在碱性溶液中大。4.接触时间要使吸附剂与溶液有充分接触时间。5.水温的影响物理吸附水温升高吸附量下降，反之吸附量增加。6.共存物质物理吸附，共存物质越多，吸附效果越差。n六、吸附操作方式（一）方式分为：静态→废水不动动态→废水流动包括：固定床、移动床、流化床1.固定床分为降流式和升流式两种。（1）降流式是废水自上向下流过吸附剂层，由吸附塔底部出水。这种方式处理效果稳定。但经过吸附层的水头损失较大。需要定期反冲洗。n（2）升流式固定床的操作是废水自下向上流经吸附层。水头损失增加较慢，运行周期长。提高升流流速可达到自清的目的。但容易导致吸附剂(活性炭)随出水流失。固定床分为单床和多床，多床又有串联和并联两种。n2.移动床水由下部升流通过炭层，炭由上向下移动。处理水由塔顶排出。活性炭由塔顶加入，接近吸附饱和的活性炭从塔底定期徘出塔外。与固定床相比，移动床能充分利用吸附剂的吸附容量，水头损失也较小。不用反冲洗。但运行时要求保持塔内吸附剂上下层不相混，操作管理要求严格。n3.流化床水由下部升流通过炭层，炭由上向下移动。活性炭在塔内处于膨胀状态或流化状态。能够处理浓度高的废水，无需进行反冲洗。要求连续排炭和投炭。宜保持炭层成层状向下移动。移动床和流化床操作要求严格，在废水处理中较少使用。（二）穿透曲线与吸附容量的利用（1）穿透曲线a点为穿透点，b点为吸附终点。单柱工作出水浓度应小于Ca。n多柱串联工作，第一个柱的出水浓度应小于Cb。最后一个柱的出水浓度应小于Ca。n(2)吸附容量的利用吸附容量的利用途径：1)采用多柱串联工艺2)采用升流式移动床工艺n六、吸附塔的设计1.设计要点(略)2.通水倍数法设计吸附塔的计算步骤(1)吸附塔总面积Q——流量；v——空塔速度。(2)如吸附塔个数为N，每塔面积n——密度。(4)炭层高h＝vTT——接触时间。(5)每塔填充活性炭容积V及重量GV＝f×h(6)每天再生的活性炭重量n——通水倍数。n七、吸附法在废水处理中的应用1.处理对象重金属离子、难降解的有机物、以及色度和异味。n2.吸附法的拓展(1)与臭氧氧化法联合使用如用臭氧先将印染废水中的大分子染料分解，进行脱色，然后将残留的溶解有机物用活性炭吸附去除。(2)生物活性炭法向曝气池投加粉状活性炭，利用炭粒作为微生物生长的载体或作为流化床的介质，也可在生化处理后，再进行吸附处理。n作业题：1.简述化学吸附和物理吸附有什么不同？2.影响吸附的因素有哪些？3.简述吸附的过程4.如何确定吸附等温式中参数？5.如何提高吸附容量？