工业废水处理的工艺系统

第21章工业废水处理的工艺系统重点：各种基本的污水处理方法难点：针对各种工业废水的情况，准确确定合适的处理方法。21.1概述21.2常用工业废水处理工艺系统21.1概述21.1.1工业废水的分类1.按工业废水中所含主要污染物的化学性质分类为含无机污染物为主的无机废水和含有机污染物为主的有机废水。例如，电镀废水和矿物加工过程的废水是无机废水．食品或石油加工过程的废水是有机废水。2.按工业企业的产品和加工对象可分为造纸废水、纺织废水、制革废水、农药废水、冶金废水、炼油废水等。3.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。工业废水工业生产过程中产生的废水、污水和废液．其中含有随水流失的工业生产用料、中间产物以及生产过程中产生的污染物。此外也有从废水处理的难易度和废水的危害性出发，将废水中主要污染物归纳为三类：第一类为废热，主要来自冷却水，冷却水可以回用；第二类为常规污染物，即无明显毒性而又易于生物降解的物质，包括生物可降解的有机物，可作为生物营养素的化合物，以及悬浮固体等；第三类为有毒污染物，即含有毒性而又不易生物降解的物质，包括重金属、有毒化合物和不易被生物降解的有机化合物等。实际上，一种工业可以排出几种不同性质的废水，而一种废水又会有不同的污染物和不同的污染效应。例如染料工厂既排出酸性废水，又排出碱性废水。纺织印染废水，由于织物和染料的不同，其中的污染物和污染效应就会有很大差别。即便是一套生产装置排出的废水，也可能同时含有几种污染物。如炼油厂的蒸馏、裂化、焦化、叠合等装置的塔顶油品蒸气凝结水中，含有酚、油、硫化物。在不同的工业企业，虽然产品、原料和加工过程截然不同，也可能排出性质类似的废水。如炼油厂、化工厂和炼焦煤气厂等，可能均有含油、含酚废水排出。21.1.2工业废水对环境的污染1.无毒物质的有机废水和无机废水的污染2.有毒物质的有机废水和无机废水的污染。3.含大量不溶性悬浮物废水的污染。4.含有废水产生的污染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21.1.3控制工业污染源的基本途径1.工业污水单独处理后排放（1）COD、BOD很高，（2）具有一定量的H2S、NH4有毒物质（3）含有强酸、强碱（4）可回收一些产品2.工业污水排入城市污水处理厂一同处理（1）与城市污水性质大致相同（2）无有毒有害类物质3．工业污水预处理后进入城市污水处理厂（1）可回收产品（2）含少量可去除的有毒有害物质4．革新工艺、减少排污量5．考虑回收利用6．从全局出发，对污水妥善处理7．采取先进技术，经济合理21.1.4废水处理方法及选择均和调节一、目的1．水质均和－水量负荷不变，水质变化，以水质变化为曲线，求体积，需要搅拌设施。2．水量调节－水质负荷不变，水量变化，以水量变化为曲线，设计池体积，不需要搅拌。3．水质水量均和调节－水质水量都变化，需综合考虑。二、调节池形式1．水泵强制循环：不需要安装特殊设备，简单易行，混合完全，运行费用高。2．空气搅拌：混合完全，预曝气作用，有害物质和气体随曝气进入大气3．机械搅：混合较好，运行费用低，但易腐蚀需维护。4.穿孔倒流槽水质调节：只能调节水质，不能调节水量。三、容积计算t1iiqwt1iiim/wqcCTqwwqcqcC22iim1．排放的水质水量具有周期性变化t=n时（1）池容积qi－均和周期逐时变化流量。（2）出水浓度c－对应q的污染2．污水流量变化不是周期性，采用试算法。（1）池容积q－平均污水量T－水量变化时间总和（2）出水浓度3．利用沉淀池进行调节：在沉淀池内进行水质水量调节离心分离一、理论基础物体高速旋转时产生离心力场，在离心力场内各质点将受到比本身重力大得多的离心力，这离心力的大小取决于物质的质量。高速旋转的物体能产生离心力，含悬浮物的废水在高速旋转时由于悬浮物和废水的质量不同，因此受到的离心力大小也不同，质量大的被甩向外围，质量小的则留在内圈，废水和水中的悬浮物被分离。二、离心分离设备1.根据离心力产生的方式将离心设备分为：（1）用水流本身旋转产生离心力的旋流分离机：压力式旋流分离机、重力式旋流分离机（2）由设备本身旋转带动污水旋转的离心分离机：2．重力式旋流分离机：常用的水力旋流沉淀池，污水沿切线方向流入，借进出水头差在池内旋转流动。3．压力式旋流分离机用于分离比重较大的悬浮物，设备由钢板制成，上部为直径D的园筒，下部为锥形体，污水沿着设备切线方向进入，在离心力作用下，水中悬浮物被甩向四周，并在重力作用下，下沉至底部排走。分析：1段：水流的水平速度沿半径增大，在四周处最大，颗粒在离心力作用下，甩向四周，此区为加速区。2段：水平速度沿半径增大后减小，在1/2R处，V最大，分离出的颗粒沿四周下滑，此区为分离区。3段：水平速度为零，颗粒在重力作用下沉淀浓缩，此区为沉淀区。优点：体积小，单位容积处理能力高，用料少易安装。缺点：四壁易磨损，需动力。其中：m、m0－分别为颗粒和污水的质量。v－旋转圆周或速度。r－旋转半径。n－转速。三.离心力计算)gm(mF01分析：1）当r＝1.0m时，n＝500转／分，α＝280当r＝1.0m时，n＝1800转／分，α＝3600。2）在离心力场中，离心力对固体颗粒的作用远远超过重力，可强化颗粒的分离速度。3）分离因素α↑，净化效果η↑，可除的颗粒直径d↓。1．离心场中，颗粒受到离心力F的大小:/r)vm(mF202．颗粒在水中受到的重力：3．离心力与重力之比－分离因素，表示在离心力场中，颗粒所受到的离心力大于重力的倍数。/900rng/r)60n(2πr)gm(m/r)vm(mFFα220201过滤一、过滤：使污水通过滤料组成的多孔介质，以截留水中的悬浮物质，达到处理的目的。二、滤网1.滤网：污水中含有的细小悬浮物，不能用格栅去除，也难用沉淀方法去除，可采用小孔眼的滤网截留，回收。2.筛网通常用金属丝或化学纤维编制而成。3.其形式有转鼓式、转盘式、振动式、转帘带式和固定式倾斜筛多种。4.筛孔尺寸可根据需要，一般为0.15～1.0mm。5.旋转式滤网，污水从外侧流入内侧，悬浮物被截留，然后用刮刀刮下运走。6.优：效率高，可回收有用的物质。缺：易堵塞。三、滤池滤池－去除微量悬浮物，常用于污水深度处理。1．滤池过滤机理。1）机械筛滤作用－把滤料层作为筛子，某些粒径大于孔隙尺寸的杂质被截留，孔隙变小一些，于是后续的细小悬浮杂质也可被截留。2）沉淀作用－把滤料看作层层叠叠起来的多层沉淀池。利用巨大的沉淀面积截留水中微小粒子。3）絮凝作用－把滤料作为接触吸附介质，介质紧密排列，水在介质中流动时，杂质被吸附在介质表面并成长为大颗粒，巨大的表面积产生强烈的吸附能力。2．滤料：石英砂、无烟煤、陶粒、聚丙烯球、炉灰渣、烟道灰、焦炭、电化学滤料。3．截留杂质规律从接触絮凝作用考虑，杂质与滤料接触，被滤料表面分子间力吸附絮凝，同时水力冲刷可使絮凝杂质脱落向下层移动，被下层滤料截留。在过滤周期将终止时，表层滤料最细，吸附表面张力最大，截留的杂质最多，表层孔隙逐渐被杂质阻塞，尽管下层滤料还未发挥应有作用，但周期已终止，导致出现双层滤料，表层的滤料粒径大一些，截留的杂质多一些。4．构造－污水滤料和给水滤料有许多相同之处，与给水滤料的不同之处如下：（1）滤料粒径大，强度高，耐腐蚀，成本低。（2）抗冲击性负荷，出现双层滤料。（3）运行周期长。（4）运行方式分为正向流和反向流。四、电化学滤料滤池1.原理：两种不同的金属直接接触，浸没在有传导性的电解质溶液里，可形成原电池，通过选用活性金属组成原电池可在它作用空间产生一个电场。2.电化学滤料滤池是利用污水中含有电解质物质，当铁屑浸没在含有电解质的污水中，铁屑晶体结构上的铁一碳之间形成了许多微小的腐蚀电池，产生电化学反应，在它的作用空间产生一个电场，铁一碳表面有电流流动，形成一种内部内电解反应，在电场作用下，铁阳极失去电子生成Fe2+进入污水中，碳阴极得到电子使碳表面的H+生成H2逸出，电极反应如下：阳极：2Fe—2Fe2++4e阴极：4H++4e—2H2(酸性溶液)O2+2H2O+4e—4OH-（中性溶液或碱性溶液）3.腐蚀电化学反应，在它的表面有电流流动，由于腐蚀原电池的作用，在电位较低的铁阳极上，金属铁失去电子变成铁离子进入溶液，电子流向阴极，在碳阴极附近，流来的电子被溶液中能够吸收电子的物质所接受，生成以氢氧根形式出现的阴离子，中和金属离子，形成一种内部电解反应。电极反应阴极新生成的H2能与污水中的许多污染组份发生氧化还原作用，阳极生成的Fe2+是良好的絮凝剂，能够捕集、裹挟污水中的污染物共沉。4.应用——采用铁屑和活性炭组成电池，由于电极电位不同，形成一组短路的电池，铁阳极失去电子生成Fe2＋进入水中，电子流向阴极，在炭表面H＋得到电子还原成H2，水中Fe2＋与OH－结合形成Fe(OH)2絮凝体，电池不断反应，滤池强化工作作用。5.例如，将铁屑和碳粒浸没在ξ—电位为30mv的污水溶液中，铁屑和碳粒的电位差为1.2伏，粒料间的分离距离为0.1cm,可以得到5×10-3cm/s的分离速度，从理论上计算20s就完成沉积过程。6.特点：1）具有普通滤池的功能，2）具有原电池的电化学反应。3）起到电解反应的电氧化和电絮凝。可截留污水中微小的悬浮颗粒，滤布采用尼龙布和金属网，孔隙小于100μ，悬浮物去除率75－90％，滤后水中悬浮物小于5mg/L。五.微滤机化学沉淀法其中：m、n－分别表示离子Mn+、Nm-的系数。MmNnnNmMmn一.化学沉淀是向水中投加某种化学剂，使它与水中的溶解物质发生互换反应，生成难溶于水的沉淀物，降低污水中溶解物质的浓度。二.原理:根据化学沉淀的必要条件，一定温度下，难溶盐MmNn在饱和溶液下，沉淀和溶解反应如下三.根据质量作用原理，溶度积常数可表示为LMmNnnmmnMmNn][N][ML如果污水中含有大量的Mn+离子，要降低浓度，可向污水中投入化学物质，提高污水中Nm-浓度，使离子积大于溶度积L，结果Mm、Nn从污水中沉淀折出，降低Mm+浓度。1、同名离子效应－当沉淀溶解平衡后，如果向溶液中加入含有某一离子的试剂，则沉淀溶解度减少向沉淀方向移动2、盐效应－在有强电解质存在状况下，溶解度随强电解质浓度的增大而增加，反应向溶解方向转移。3、酸效应－溶液的PH值可影响沉淀物的溶解度，称为酸效应。4、络合效应－若溶液中存在可能与离子生成可溶性络合物的络合剂，则反应向相方向进行，沉淀溶解，甚至不发生沉淀。四.四种沉淀效应1．沉淀和溶解是暂时的，有条件的。2．只要条件改变，沉淀和溶解就能相互转移。3．如果离子积大于溶度积就会发生沉淀。4．反之离子积小于溶度积就会溶解。五.沉淀分析六.三种沉淀法1.硫化物沉淀法：电离常数][SL][M][S][MMS2MS22222SHHSHSHSH－1522821101.2][HS]][S[HK109.1S][H]][HS[HK金属的硫化物溶解度一般比氢氧化物的溶解度小得多，可以采用硫化物沉淀法。电离方程式：采用硫化物沉淀法常用的药剂为硫化氢，硫化钠，硫化钾等。硫化氢在水中分两步电离由上式可知，金属离子在水中溶解度与LMS和PH值有关222222221222总][HS][H101.1][S101.1KKS][H][S][HK]L/[S][M22S][H101.1]L[H]S]/[H[H101.1L][M22222222MS2232222MS2101.1]L[H0.1101.1][HL][M由上二式可得总电离常数代入得在1大气压，25℃条件下，硫化氢在水中的饱和浓度为0.1M，则2.氢氧化物沉淀法：（1）金属氢氧化物的溶解与污水的PH值关系很大。M(OH)n表示