环保技术与设备第四章2010-11-18

第四章化学法污水处理设备第一节混凝设备处理对象：胶体态及难沉物混凝过程具有两个作用：第一个作用：使水中原有的离散微粒首先具有粘附在固体颗粒上的性质--凝聚（coagulation）第二个作用：使这些具有粘附性的离散微粒能够粘结成絮体--絮凝（flocculation）混凝（coagulation-flocculation）混凝剂的投配方法有干法和湿法。干投法是将经过破碎易于溶解的混凝剂直接投放到被处理的水中。干投法占地面积小，对药剂的粒度要求严格，投配量较难控制，对机械设备要求高，劳动条件较差。一、混凝剂的投配方法及设备(1)混凝剂的调配方法与设备混凝剂在溶解池中进行溶解:搅拌加速药剂溶解机械搅拌压缩空气搅拌水泵搅拌湿投法是将药剂配制成一定浓度的溶液，在按处理水量大小定量投加。药剂溶解完全后，将浓药液送入溶液池，用清水稀释到一定的浓度备用。溶液池的容积可按下式计算：cnAqcnAqW4171000100010024VV1溶解池的容积：12)3.0~2.0(WW式中:W1——溶液池容积，m3；qv——处理地水量，m3/h;A——混凝剂地最大投加量，mg/L;c——溶液浓度，％；n——每天配置次数，一般为2~6次。(2)混凝剂溶液的投加设备1）投加方式与设备高位溶液池重力投加装置—依靠药液的高位水头直接将混凝剂溶液投入管道内。虹吸定量投加装置水射器投加装置—利用射流原理，将压力水喷入混合室形成真空，吸入配好的药液。（1）泵前投加：不必另设计量设备，适合混凝剂自动控制系统，有利于药剂与水混合。安全可靠，一般适用取水泵房距水厂较近者。（2）高位溶液池重力投加：适用取水泵房距水厂较远者，安全可靠，但溶液池位置较高。（3）水射器投加：设备简单，使用方便，溶液池高度限制小，但效率低，易磨损。2）计量设备计量设备孔口计量装置转子流量计二、混合与搅拌设备(1)水泵混合将药剂加于水泵的吸水管处，利用水泵叶轮的高速转动达到快速而剧烈混合的目的。完成凝聚过程的重要设备，保证在较短的时间内将药剂扩散到整个水体，并使水体产生强烈紊动。(2)隔板混合(3)机械混合混合完成后，水中已经产生细小絮体，但还未达到自然沉降的粒度，反应设备的任务就是使小絮体逐渐絮凝成大絮体而便于沉淀。反应设备应有一定的停留时间和适当的搅拌强度，以让小絮体能相互碰撞。但搅拌强度太大，则会使生成的絮体破碎，且絮体越大，越易破碎。因此在反应设备中，沿着水流方向搅拌强度应越来越小。三、反应设备(1)隔板反应池的设计利用水流断面上流速分布不均所造成的速度梯度，促进颗粒相互碰撞进行絮凝。为避免结成的絮凝体被打碎，隔板中的流速应逐渐减小。隔板絮凝池的设计参数：①流速：起端0.5-0.6m/s，末端0.2-0.3m/s段数：4~6段；②转弯处过水断面积为廊道过水断面积的1.2~1.5倍；③絮凝时间：20~30min；④隔板间距：大于0.5m，池底应有0.02~0.03坡度直径不小于150mm的排泥管；反应池容积的计算：60QtV反应池尺寸计算：LBHV反应池廊道宽度计算：iiHvQb廊道平均水力半径计算：iiibHHbR2gvhiti22水流转弯处局部水头损失计算：廊道内沿程水头损失计算：lvRnHf2342(2)机械搅拌反应池的设计设计参数①絮凝时间10-15分。②池内一般设3~4挡搅拌机。③搅拌机转速按叶轮半径中心点线速度计算确定，速度第一挡0.5m/s逐渐减小至末挡的0.2m/s。④桨板总面积宜为水流截面积的10~20％，不宜超过75％，桨板长度不大于叶轮半径的75％，宽度宜取10~30cm。设计计算（1）功率计算水流对桨板的阻力就是桨板施于水的推力，在dA微面积上水流阻力阻力dFi所耗功率，即桨板施于水的功率：dAvCdFDi22ldrvCdAvCvdFdPDDii3322ldrrCdPDi332第块桨板克服水的阻力所耗功率：设每根旋转轴在不同旋转半径上装相同数量的桨板，则每根旋转轴全部桨板所耗功率：每根旋转轴所需电动机功率：)12(824433321rrlCdrrlCPDrrDi)12(84431rrlCPnD211000PN四、澄清池1.基本原理澄清池是能够同时实现混凝剂与原水的混合、反应和絮体沉降三种功能的设备。即为了强化混凝过程，在池中让已经生成的絮凝体悬浮在水中成为悬浮泥渣层(接触凝聚区)，当投加混凝剂的水通过它时，废水中新生成的微絮粒被迅速吸附在悬浮泥渣上，从而能够达到良好的去除效果。所以澄清池的关键部分是接触凝聚区。保持泥渣处于悬浮、浓度均匀稳定的工作条件已成为所有澄清池共同特点。2.澄清池类型根据泥渣与废水接触方式的不同，澄清池可分为两大类：一类是悬浮泥渣型，它的泥渣悬浮状态通过上升水流的能量在池内形成的，当水流从下往上通过泥渣层时，截留水中夹带的小絮体，主要形式有悬浮澄清池、脉冲澄清池等；另一类是泥渣循环型，即让泥渣在竖直方向上不断循环，通过该循环运动捕集水中的微小絮粒,并在分离区加以分离，主要形式有机械加速澄清池和水力循环加速澄清池。在废水处理中，应用最广泛的机械加速澄清池。工作过程废水从进水管进入环形配水三角槽,混凝剂通过投药管加在配水三角槽中，再一起流入混合室，进行水与药剂和回流污泥的混合。由于涡轮的提升作用，混合后的泥不被提升到反应室，继续进行混凝反应,并溢流到导流室。导流室中有导流板，使废水平稳地沿伞形罩进入分离室，分离室中排气管，将废水中带入的空气排出，减少对泥水分离的干扰，泥渣便靠重力自然下沉，清液由集水槽和出水管流出池外。第二节电解槽电解是利用直流电进行溶液氧化还原反应的过程。废水中的污染物在阳极被氧化，在阴极被还原，或者与电极反应产物作用，转化为无害成分被分离除去。利用电解可以处理：(1)各种离子状态的污染物；(2)各种无机和有机的耗氧物质，如硫化物、酚和有色物质等；(3)致病微生物。一、电解槽的类型一般工业废水连续处理的电解槽多为矩形。按槽内的水流方式可分为回流式与翻腾式两种。(a)(b)(a)回流式（平面图）；（b）翻腾式（纵剖面图）图16-2电解槽+-++-+-+++-+-+-+-+-+-++-整流器整流器电极电极图16-3电解槽的极板电路（a）单极性电解槽；（b）双极性电解槽电解法能够一次去除多种污染物，装置紧凑，占地面积小，节省一次投资，易于实现自动化。药剂用量少，废液量少。通过调节电流和电压，可以适应较大幅度的水量与水质变化冲击。电解槽工艺参数的确定（1）电解槽有效容积VQ——废水设计流量，m3/h；T——操作时间，min。（2）阳极面积A由选定的极水比和已求出的电解槽有效容积V推得，也可由选定的电流密度和总电流推得。360mQTV（3）电流I电流I应根据废水情况和要求的处理程度由试验确定。对含Cr6+废水，也可用下式计算：（4）电压V等于极间电压和导线上的电压降之和ASKQcI/21USUU（6）电能消耗N(kw·h/m3)式中η--整流器效率，无实测数值，用0.8；Q--废水设计流量，m3/hQ1000IUN设计时还应考虑的问题①电解槽长宽比取5-6:1，深宽比取1-1.5:1。进出水端要有配水和稳流措施，以均匀布水并维持良好流态。②冰冻地区的电解槽应设在室内，其他地区可设在棚内。③空气搅拌可减少浓差极化，防止槽内积泥，但增加Fe2+的氧化，降低电解效率。因此空气量要适当。④阳极在氧化剂和电流的作用下，会形成一层钝化膜，使电阻和电耗增加。可以通过投加适量NaCl，增加水流速度等方法防止钝化。⑤耗铁量主要与电解时间、pH值、盐浓度、阳极电位有关。第三节氯氧化设备氯气是普遍使用的氧化剂，用于给水消毒和废水氧化。化学式分子量氯当量molCl2/mol含氯量W％有效氯W％液氯Cl271100100漂白粉CaCl(OCl)12715656次氯酸钠NaOCl74.5147.795.4次氯酸钙Ca(OCl)2143249.699.2一氯胺NH2Cl51.5169138亚氯酸钠NaClO290.52(酸性)39.2156.8氧化二氯Cl2O87281.7163.4二氯胺NHCl286282.5165液氯在钢瓶中贮存和运输加氯间应靠近加氯地点，间距不宜大于30m。加氯间属于危险品建筑，应与其他工作间隔开。房屋建筑应坚固、防火、保温、通风，同时加氯间应有必要的检修工具，并设置防爆灯具和防毒面具。加氯间一、臭氧的性质臭氧O3是氧的同素异构体，是一种具有鱼腥味的淡紫色气体。沸点-112.5℃；密度2.144kg／m3，此外，臭氧还具有以下一些重要性质。（1）不稳定性：在常温下容易分解成为氧气并放出热量。（2）溶解性：在水中溶解度比纯氧高10倍，比空气高25倍。（3）毒性：高浓度臭氧是有毒气体，有强烈的刺激作用。（4）氧化性：一种强氧化剂，氧化还原电位与pH值有关。（5）腐蚀性臭氧具有强腐蚀性。第四节臭氧氧化设备臭氧之所以表现出强氧化性，是因为臭氧分子中的氧原子具有强烈的亲电子或亲质子性，臭氧分解能产生新生态氧原子，以及在水中形成具有强氧化作用的羟基自由基·OH。它们的高度活性在水处理中被用于杀菌消毒、破坏有机物结构等，其副产物无毒，基本无二次污染，有着许多其他氧化剂无法比拟的优点，不仅可以消毒杀菌，还可以氧化分解水中污染物。二、臭氧在水处理中的应用水经臭氧处理，可达到降低COD、杀菌、增加溶解氧、脱色除臭、降低浊度几个目的。将混凝或活性污泥法与臭氧化联合，可以有效地去除色度和难阵解的有机物，紫外线照射可以激活O3分子和污染物分子，加快反应速度，增强氧化能力，降低具氧消耗量。三、臭氧氧化的优缺点优点：氧化能力强，对除臭、脱色、杀菌、去除有机物和无机物都有显著效果；处理后污水中的臭氧容易分解，不产生二次污染；制备臭氧用的空气不必贮存和运输，操作管理较方便；处理过程中不产生污泥。缺点：造价高，处理成本高。四、臭氧的制备当通入高压交流电后，在放电间隙形成均匀的蓝紫色电晕放电，空气或氧气通过放电间隙时候，氧分子受高能电子激发获得能量，并发生弹性碰撞聚合形成臭氧分子五、臭氧接触反应设备根据臭氧化空气与水的接触方式，其反应设备分为：同向流多孔扩散式反应器气泡式异向流表面曝气式反应器塔板式反应器水膜式臭氧接触反应器水滴式臭氧接触反应器六、臭氧氧化设备的设计计算（1）臭氧发生器臭氧需要量：臭氧化干燥空气量：臭氧发生器的气压：33OOCQQ干QCQO06.1332181.9hhhH（2）臭氧接触反应器（塔体尺寸）臭氧接触反应器的容积塔体截面面积塔直径径高比AHQtS60SD4ATHAH35.1~25.160QtV臭氧处理闭路系统水的臭氧处理在接触反应器内进行。选择何种反应器取决于反应类型。当过程受传质速度控制时，应选择传质效率高的螺旋反应器、喷射器等；当过程受反应速度控制时，应选用鼓泡塔，以保持较大的液相容积和反应时间。