工业废水的物理化学处理

第13章工业废水的物理化学处理13.1混凝处理环节：预处理、中间处理、最终处理、三级处理、污泥处理、除油、脱色。胶体：憎水性对混凝敏感，亲水性需特殊处理高分子絮凝剂：分子量大的水溶性差，分子量小的水溶性好，故分子量要适当。混凝的操作程序：里特迪克程序。１）提高碱度：加重碳酸盐（增加碱度但pH值不提高）――快速搅拌1~3min２）投加铝盐或铁盐――快速搅拌1~3min３）投加活化硅酸和聚合电解质之类的助凝剂――搅拌20~30min应用：1）造纸和纸板废水：加入少量的硫酸铝即可有效地混凝。如表13－12）滚珠轴承制造厂含乳化油废水：用CaCl2破除乳化，用硫酸铝去除油脂、悬浮物、Fe、PO4。13.2气浮13.2.1气浮的基本原理气浮＝固液分离＋液液分离――用于悬浮物、油类、脂肪、污泥浓缩原理：微气泡――粘附微粒――气浮体（密度小于水）――去除浮渣。探讨：1、水中颗粒与气泡粘附条件（１）界面张力、接触角和体系界面自由能任何不同介质的相表面上都因受力不均衡而存在界面张力气浮的情况涉及：气、水、固三种介质，每两个之间都存在界面张力σ。三相间的吸附界面构成的交界线称为润湿周边。通过润湿周边作水、粒界面张力作用线和水、气界面张力作用线，二作用线的交角称为润湿接触角θ。见图13－3和13－4。θ90，疏水性,易于气浮θ90,亲水性悬浮物与气泡的附着条件：按照物理化学的热力学理论,任何体系均存在力图使界面能减少为最小的趋势。界面能W=σSS：界面面积；σ：界面张力附着前W1=σ水气+σ水粒（假设S为1）附着后W2=σ气粒界面能的减少△Ｗ=W1－W2＝σ水气+σ水粒－σ气粒图13－4，σ水粒=σ气粒+σ水气COS(180-θ)所以:△Ｗ=σ水气(1-COSθ)按照热力学理论,悬浮物与气泡附着的条件：△Ｗ0△Ｗ越大，推动力越大，越易气浮。（2）气－粒气浮体的亲水吸附和疏水吸附由于水中颗粒表面性质的不同，所构成的气一粒结合体的粘附情况也不同。亲水吸附：亲水性颗粒润湿接触角（θ）小，气粒两相接触面积小，气浮体结合不牢，易脱落。疏水吸附：疏水性颗粒的接触角（θ）大，气浮体结合牢固。根据△Ｗ=σ水气(1-COSθ)，得：1)θ0,COSθ1,△Ｗ=0气浮θ90,COSθ1,△Ｗσ水气颗粒附着不牢θ90,△Ｗσ水气气浮――疏水吸附θ180△Ｗ=2σ水气最易被气浮2)同时,COSθ＝（σ气粒－σ水粒）/σ水气（由图13-4）σ水气增加，θ增大,有利于气浮如石油废水,表面活性物质含量少,σ水气大,乳化油粒疏水性强，直接气浮效果好。而煤气洗涤水中的乳化焦油，由于水中表面活性物质含量多，σ水气小，直接气浮效果差。对于亲水性颗粒的气浮，表面需改性为疏水性→投加浮选剂浮选剂：松香油、煤油、脂肪酸，起连接颗粒和气泡之间作用。2、泡沫的稳定性气浮中要求气泡具有一定的分散度和稳定性。气泡粒径在100左右为好。洁净水中：气泡常达不到气浮要求的细小分散度洁净水表面张力大，气泡有自动降低自由能的倾向，即气泡合并。稳定性不好。缺乏表面活性物质的保护，气泡易破灭，不稳定。即使悬浮物已附着在气泡上也易重新脱落会水中↓加入起泡剂（一种表面活性物质），保护气泡的稳定性。见图13－5对于有机污染物含量不多的废水在进行气浮时，气泡的稳定性可能成为重要的影响因素。适当的表面活性剂是必要的。但表面活性物质过多太多→σ水气降低，同时→此时，尽管气泡稳定，污染粒子严重乳化但颗粒－气泡附着不好如何控制最佳的投加量？影响三个因素：稳定性、表面张力、乳化效果3、界面电现象和混凝剂胶稳疏水性颗粒易气浮，但多数情况下并不好，主要是由于乳化现象。以油粒为例：▲表面活性物质存在：非极性端吸附在油粒，极性端则伸向水中→乳化油（图13－6）→电离后带电→双电层现象→稳定体系▲废水中含有亲水性固体粉末（固体乳化剂），如粉砂、粘土等（θ90）：一小部分与油接触，大部分为水润湿，见图13－7。→乳化油稳定体系带电的稳定体系是不利于气浮的，应→脱稳、破乳→投加混凝剂→压缩双电层混凝剂包括：硫酸铝、聚合氯化铝、三氯化铁等13.2.2电解气浮法1、电解气浮装置直流电的电解作用下，正极产生氢气，负极产生氧气，微气泡。气泡小于溶气法和散气法。具有多种作用：除BOD、氧化、脱色等，去除污染物范围广，污泥量少，占地少。但电耗大。有竖流式和平流式装置。2、平流式电解气浮装置的工艺计算1、电解气浮法在工业废水处理中的应用特点：范围广、泥渣量少、工艺简单、设备小，但电耗大。应用：去除细分散悬浮固体和乳化油。13.2.3散气气浮法分类：扩散板曝气气浮法＋叶轮气浮法１．扩散板曝气气浮法见图13－11压缩空气通过扩散装置以微小气泡形式进入水中。简单易行，但容易堵塞，气泡较大，气浮效果不高。２．叶轮气浮（1）叶轮气浮设备构造见图13－12。叶轮在电机的驱动下高速旋转，在盖板下形成负压吸入空气，废水由盖板上的小孔进入，在叶轮的搅动下，空气被粉碎成细小的气泡，并与水充分混合成水气混合体经整流板稳流后，在池体内平稳地垂直上升，进行气浮。形成的泡沫不断地被缓慢转动的刮板刮出槽外。特点：处理水量小，而污染物质浓度高的废水。除油效果一般可达80％左右。（2）叶轮气浮池的计算13.2.4溶气气浮法根据气泡析出时所处的压力不同，分为：溶气真空气浮和加压溶气气浮1．溶气真空气浮如图13－14在负压（真空）状态下运行的，至于空气的溶解，可在常压下进行，也可在加压下进行。特点：在负压下进行。压力低，动力设备和电能消耗少，但因在负压条件下，使构造复杂，维护运行困难，故使用少。2．加压溶气气浮特点：水中空气的溶解度大，能提供足够的微气泡气泡粒径小（20～100um）、均匀，设备流程简单（1）加压溶气法工艺流程1）全溶气流程将全部废水用水泵加压，在泵前或泵后注入空气。在溶气罐内，空气溶解于废水中，然后通过减压阀将废水送人气浮池。废水中形成许多小气泡粘附废水中的乳化油或悬浮物而逸出水面，在水面上形成浮渣。用刮板将浮渣连排入浮渣槽,经浮渣管排出池外,处理后的废水通过溢流堰和出水管排出。优点：①溶气量大――增加了油粒或悬浮颗粒与气泡的接触机会；②气浮池小，从而减少了基建投资。缺点：但由于全部废水经过压力泵，而且所需的压力泵和溶气罐均较其他两种流程大，因此投资和运转动力消耗较大。2）部分溶气流程取部分废水加压和溶气，其余废水直接进入气浮池并在气浮池中与溶气废水混合。特点为：①较全流程溶气气浮法所需的压力泵小，故动力消耗低；②压力泵所造成的乳化油量较全流程溶气气浮法低：③气浮池的大小与全流程溶气气浮法相同，但较部分回流溶气气浮法小。3）回流加压溶气流程取一部分除油后出水回流进行加压和溶气，减压后直接进入气浮池，与来自絮凝池的含油废水混合和气浮。回流比＝25％～50％。特点：①加压的水量少，省电，溶气罐小；②气浮过程中不促进乳化；③矾花形成好，后絮凝也少；④气浮池的容积较前两种流程大。但若溶解空气多，需加大溶气罐压力适用：SS高的原水，但气浮池容积大。（2）加压溶气气浮法的特点1）空气在水中溶解度大，微气泡多，确保效果2）减压释放后的气泡小、均匀、上升速度慢，对池扰动小，特别适用于絮凝体松散、细小的固体分离。3）简单、方便（3）加压溶气气浮系统的设计1）溶气方式的选择A．水泵吸水管吸气溶气方式如图13－18。I．利用水泵吸水管内的负压作用，在吸水管上开一小孔，空气陛气量调节和计量设备被吸入，并在水泵叶轮高速搅动形成气水混合体后送入溶气罐。II．在水泵压水管上接一支管，支管上安装一射流器，无马行空中的压力水通过射流器时把空气吸入并送入吸气管，再经水泵送入溶气罐。特点：设备简单，不需空压机，运行尚稳定可靠。注：吸气量不能过大。B．水泵压水管射流溶气方式如图13－19。在压水管上安装射流器抽吸空气。缺点：射流器本身能量损失大，约30%。如图13－20。内循环射流加压溶气：＝空气内循环＋水流内循环工作原理：自学。例题13－1C．水泵－空压机溶气方式如图13－22。水、气单独进水，或者将压缩空气管接在水泵压水管上一起进溶气罐。水：自上而下气：自下而上，或自上而下――同流进入溶气罐。特点：能耗少，噪声、油污染、操作复杂，水气压力难平衡。2）空气饱和设备的选择作用：产生溶气水组成：加压水泵、溶气罐、空气供给设备、液位自动控制设备A、加压泵加压泵的选择应满足溶气水的压力，同时还要考虑管路损失。压力与空气量有关，设计空气量可取处理水量的1%~5%(体积比)，或气泡浮出固物量的0.5%~1%(重量比)。同时应按25%的过量考虑。压力过高：单位体积溶解的空气量增加，经减压后析出的空气量多，会促进微气泡的并聚，对气浮分离不利。压力过低：增加溶气水量，增加气浮池的容积。空气在水中的溶解度遵循亨利定律：V＝KTP（L-气/m3-水,或g-气/m3-水）P：空气所受的绝对压力,以mmHg计。KT：溶解常数，与温度有关B、溶气罐如图13－24。作用：加速空气溶解，使水和空气充分接触填充式溶气罐效率高，应用广泛，分为：阶梯环、拉西环、波纹片卷。表面负荷：300~2500m3/(m2.d)3）溶气水的减压释放设备作用：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。分类：减压阀＋释放器A．减压阀缺点：最佳开启度难予调节控制，多个阀门相互间的开启度不一致，流量各异。且释放出的气泡大小不一。管道较长，气泡合并现象严重。阀芯与阀杆螺栓易松动，造成流量改变，运行不稳定。B．专用释放器国内：TS型＋TJ型＋TV型特点：（1）在0.15Mpa以上时，即能释放溶气量的99%左右，释气完成。（２）能在0.2Mpa以上的低压下工作。（３）释放出的气泡微细，平均直径为20~40um，气泡密集，附着性能好。工作原理：如图13－26。TS型溶气释放器――当压力溶气水通过孔盒时，溶气水反复经过收缩、扩散、撞击、返流、挤压、辐射、旋涡等流态，在0.1秒内，使压力损失95%左右，溶解的空气迅速释放出来。TJ型溶气释放器――为了扩大单个释放器出流量及作用范围，以及克服TS型易被水中杂质堵塞而设计的。可以通过从上接口抽真空，提起器内舌簧，以清除杂质。TV型溶气释放器――克服布水不均匀及需要用水射器才能使舌簧提出等缺点设计的。4）气浮池如图13－27，28分类：平流＋竖流废水从池下部进入气浮接触区，保证气泡与废水有一定的接触时间，废水经隔板进入气浮分离区进行分离后，从池底集水管排出。浮在水面上的浮渣用刮渣设备刮入集渣槽后排出。优点：池浅、价低、简单方便缺点：分离区容积利用率不高。其它组合形式，如图13－30,315）平流式矩形气浮池的设计A．水深＝2.0~2.5m，长宽比＝1:1~1:1.5，表面负荷率＝5~10m3/(m2.h)，停留时间＝10~20min。B．接触区上升流速：下端＝20mm/s，上端＝5~10mm/s，停留时间2min隔板作用：使已粘附气泡的颗粒向池表面产生上升运动C．分离区水流向下流速＝1~3mm/s作用：使粘附于气泡的悬浮颗粒与水分离并浮至水面D．集水管――分离区底部的树枝状或环状集水管E．浮渣――用刮渣机刮除，刮渣方向与水流相反，F．气固比分离乳化油：a用体积比计算分离固态悬浮物：a用质量比计算计算：根据A和S，可求得回流比R值。一般a=0.005~0.006采用质量比时，A＝Cs(fP-1)R/1000S=QSaCs：一定温度下，一个大气压时的空气溶解度，mg/L。P：溶气绝对压力，绝对压力f：溶气效率，与溶气罐结构、压力和时间有关，0.5～0.8R：加压溶气水量，m3/dSa：废水中的悬浮颗粒浓度，kg/m3Q：进行气浮处理的废水量，m3/da的选择影响气浮效果（出水水质,浮渣浓度）,应作试验确定。G．S=S1+S2+S313.2.5气浮法在废水处理中的应用1.炼油厂含油废水处理含油废水（石油化工、机械加工、食品工业废水等）：悬浮油（10,隔油池）乳化油（10,一般0.1-2气浮）溶解性加聚氯化铝，进行气浮。2．造纸厂白水处理处理废水中纤维物质，去