工业废水处理 课件
第七章工业废水处理n工业废水处理概论工业废水工业企业各行业生产过程中排出的废水，统称为工业废水，其中包括生产污水、冷却水和生活污水称呼改变“生活污水”－－－－“工业废水” “污”字说明它的可用性,而“废”说明的是不可用的n工业废水的特点污染物的多样性；污染物的复杂性；污染物的行业性；一些种类的废水具有难除解性；污染的严重性；资源性。n工业废水的分类一般有三种分类方法按行业的产品加工对象分类；按主要污染物的性质分类；按主要污染物的成分分类。按难易处理和毒性分类易处理、危害性小的废水，如冷却水；易生物降解无明显毒性的废水；难生物降解又有毒性的废水。n工业废水对环境的污染污染的共性几乎所有物质排入水体后都有产生污染的可能性，所以在处理废水不要引入污染物。污染的个性不同物质的污染作用和环境容量不同。了解主要污染物的污染特性。n控制工业废水污染源的基本途径减少废水排出量废水进行分流；节约用水；改造生产工艺；减少废液排放。n降低污染物的浓度改造生产工艺，了解淘汰生产工艺；改造深漂洗装置；废水进行分流；废水进行均和；回用有用物质，如电镀的回收槽；排出系统的控制。n废水的排放标准（一）《地面水环境质量标准》GB3838—2002（二）国家标准GB8978—96《污水综合排放标准》1．第一类污染物的最高允许排放标准烷基汞、Hg、Cr、Cd、As、Pb、Ni等2．第二类污染物的最高允许排放标准按污水排放去向，分别执行一、二、三级标准3．部分行业的排放标准和排水定额标准（负荷排放标准、水的重复利用率）4．污水分析采样方法（三）部级标准CJ18—86《污水排入城市下水道水质标准》对有城市下水道且有集中二级处理厂者，一般执行部标（四）国标：《农田灌溉水质标准》GB5084—92（五）《污水水质标准》GB3097—87n工业废水污染源调查污染源调查现场调查废水量调查平均流量和最大流量，单位：m3/h；污染物调查记录不同工序排水水量和主要污染物种类，相同工序不同工艺的排水量和主要污染物种类，并水平衡明细表。n工艺调查了解生产工艺对水质的要求,提出节水降污方案;取样分析从各工序取样时要注意更换周期，从总排水口取样时要注意浓度的平均。主要污染物相同的工序，只对最大浓度和最小浓度的工序进行分析。只分析难处理水质的工序。有机物主要分析COD和BOD值。根据处理工艺的特殊性进行分析。n确定排放标准了解排水去向资料分析有机废水要分析其可生化性。无机废水要分析是否有络合物存在。废水回用；无处理排放；废水分流。n工业废水处理方法概述物理法调节、离心分离、沉淀、除油、过滤。化学法中和、化学沉淀、氧化还原。物理化学法混凝、气浮、吸附、离子交换、膜分离。生物法好氧生物法和厌氧生物法。n10.4 工业废水处理方法概述废水处理方法的选择污染物在废水中存在状态悬浮物粒径为1~100mm；胶 体粒径为1nm~1mm；溶解物粒径为<1nm。n10.4 工业废水处理方法概述处理方法选择的原则达标是前提；在达标的前提下，充分考虑成本；应综合分析处理成本；要应用成熟的工艺；要充分考虑工艺的可操作性。n§7.1工业废水的物理处理§7.1.1调节池§7.1.2离心分离§7.1.3除油n水量调节水质调节水量水质调节§7.1.1调节池n一、水量调节池作用缓冲废水的峰值流量，以降低设备的处理量。n池体设计（1）结构设计结 构 一般为钢筋混凝土，小池也可为砖混结构；水位控制 最高水位不超过进水口高度，最低水位为死水位。有效水深 一般为2~3m，要考虑到地质状况。输水方式 进水为重力流，出水为泵提升。n（2）有效容积累积流量qi–––在t时段内废水的平均流量，m3/h；ti–––时段，h。流量曲线n平均流量工业废水通常以平均流量为设计的依据。Q–––为周期T内的平均 流量，m3/h。n图解法绘出工作周期T内的累计流量曲线；用直线连接曲线的起点O和终点A，直线OA为提升泵的出水累计水量；平行OA作流量累计曲线的两条外切线，两切线的竖直长度即为有效容积。n估算法按设计的停留时间t乘以平均流量。流量或浓度变化大的，t一般取5~7小时，变化小一般取2~4小时。停留时间是一个经验数据，要注意积累。多路废水汇流的，t一般取5~7小时。n二、 水质调节池作 用减少浓度对处理系统的冲击。普通水质调节池特 点结构简单，可同时调节水量，但水质不均匀。应 用主要应用于处理量较小的工程中。n对角线出水调节池n物料平衡方程C1QT+C0V=C2QT+C2VQ–––取样间隔时间内的平均流量；C1–––取样间隔时间内进入调节池污物的浓度；T–––取样间隔时间；C0–––取样间隔开始时调节池内污物的浓度；V–––调节池的容积；C2–––取样间隔时间终了时间内出水污物的浓度。各时段内出水浓度的推求假定在一个取样间隔时间内出水浓度不变，则由上式可得每一个取样间隔后的出水浓度为n穿孔导流槽式水质调节池特 点出水水质均匀，但无法调节水量。有效容积qi–––流量和浓度较高的设计周期T内的累 积流量；h–––放大系数，一般取0.7。n１－进水 ２－集水 ３－出水４－纵向隔墙 ５－横向隔墙 ６－配水槽穿孔导流槽调节池n调节池n三、分流贮水池特 点结构简单，可同时调节水量，但水质不均匀。应 用在工业废水中应用较多，如废液贮池，采用分路分流。四、调节池的搅拌泵循环搅拌布水结构为穿孔管，简单易行，搅拌效果一般，动力消耗大。n空气搅拌布气结构为穿孔管，流量为2~3m3/[h·m(管长)]或5~6m3/[m2(池面积)]。 搅拌效果好，兼有预曝气的作用，运行费用高。机械搅拌搅拌效果好，运行费用高，易受腐蚀。n11.2 离心分离离心分离原理使水旋转，水中的悬浮颗粒和水都会受离心力的作用，悬浮颗粒密度(r)大于水的(r0)向远离轴心方向移动，r’
3000的称为高速离心机；把1000≤a≤3000的称为中速离心机；把1000＜a的称为低速(常速)离心机。按结构分类可分为碟式离心机、管式离心机和螺旋式离心机。n应 用目前应用在污水处理厂应用较多，应用于污泥脱水，多采用卧式常速离心机，泥饼的可降低到80%。也有用于废水中的纤维回收，回收率达60~70%左右。含油废水的油水分离可采用中速离心机。高速离心机多用于乳化油和蛋白质的分离，分离油用立式，转速在5000r/min以上。n水力旋流器压力式水力旋流器结构参数圆简直径D一般≤500mm圆简高度H0H0=1.7D锥体高度HkHk=3H0n锥体角度q=10~15°中心溢流管直径d0=(0.25~0.3)D进水管直径d0=(0.2~0.4)D出水管直径d0=(0.25~0.5)D锥底直径d3=(0.5~0.8)Dn进水口高宽比1.5~2.5进水口向下倾斜角度3~5°进水口流速6~10m/s溢流管的下端与进水轴线的距离0.5H0n处理水量Q–––处理水量，L/min；K–––流量系数，；DP–––进出口压差，一般取0.1~0.2MPa。n被分离颗粒的极限直径颗径与分离效果的关系 可通过试验测得二者的关系S形图。极限直径 分离效率为50%颗粒的直径称为极限直径dc。是判断分离效果的重要指标之一。n离心分离n计算公式dc–––极限直径，cm；f–––环流速度的变化系数，与分离器构造有 关，f≈0.1D/d；h–––中心流速高度，cm。n特 点表面负荷很大，可过1000m3/(s·m2)。易安装维护。器壁易受磨损，应用铸钢或铬锰合金钢等耐摩材料。应 用广泛应用于轧钢废水处理以及高浊度河流的预处理。n油的状态呈悬浮状态的可浮油呈乳化状态的乳化油呈溶解状态的溶解油油滴的粒径较大，可以依靠油水密度差而从水中分离出来，对于石油炼厂废水而言，这种状态的油一般占废水中含油量的60%-80%。粒径：60μm以上平流分离100～150μm；斜板60μm以上非常细小的油滴，由于其表面有一层由乳化剂形成的稳定薄膜，阻碍油滴合并，故不能用静沉法从废水中分离出来；若能消除乳化剂的作用，乳化油剂可转化为可浮油，称为破乳。乳化油经过破乳之后，就能用沉淀法分离。细分散油粒：10～60μm乳化油：粒径<10μm油品在水中的溶解度非常低，只有几个毫克每升。溶解油：5～15mg/L§7.1.3除油n油污染对环境的危害含油废水侵入土壤孔隙间形成油膜，产生堵塞作用，致使空气、水分及肥料均不能渗入土中，破坏土层结构，不利于农作物的生长,甚至导致农作物枯死。含油废水排入水体后将在水面上产生油膜，阻碍大气中的氧向水体转移，使水生生物处于严重缺氧状态而死亡。在滩涂上还会影响养殖和利用。含油废水排入城市沟道，对沟道、附属设备及城市污水处理厂都会造成不良影响。土壤沟道水体n废水从池子的一端流入，以较低的水平流速流经池子，流动过程中，密度小于水的油粒上升到水面，密度大于水的颗粒杂质沉于池底，水从池子的另一端流出。隔油池的出水端设置集油管。大型隔油池应设置刮油刮泥机，以及时排油及排除底泥。隔油池的池底构造与沉淀池相同。表面一般设置盖板，冬季保持浮渣的温度，从而保持它的流动性，同时可以防火与防雨。特点：构造简单，便于运行管理，油水分离效果稳定。平流式隔油池可去除的最小油滴直径为100-150μm，相应的上升速度不高于0.9mm/s。其设计与平流式沉淀池基本相似，按表面负荷设计时，一般采用1.2m3/（m2·h)；按停留时间设计时，一般采用2h。平流式隔油池n斜板式隔油池斜板式隔油池可去除的最小油滴直径为80μm，相应的上升速度约为0.2mm/s。铁路运输、化工等行业使用的小型隔油池，其撇油装置是依靠水与油的密度差形成液位差而达到自动撇油的目的。小型隔油池n斜板隔油池与小型自动撇油隔油池n斜管隔油池示意图n当油和水相混，又有乳化剂存在时，乳化剂会在油滴与水滴表面上形成一层稳定的薄膜，这时油和水就不会分层，而呈一种不透明的乳状液。当分散相是油滴时，称水包油乳状液；当分散相是水滴时，则称为油包水乳状液。乳化油及破乳方法n基本原理：破坏液滴界面上的稳定薄膜，使油、水得以分离。投加换型乳化剂：投入适量“换型剂”后，在水包油（或油包水）乳状液转型为油包水（或水包油）乳状液过程中，存在着一个转化点，这时的乳状液非常不稳定，油水可能形成分层。投加盐类、酸类：可使乳化剂失去乳化作用。投加某种本身不能成为乳化剂的表面活性剂：如异戊醇，从两相界面上挤掉乳化剂而使其失去乳化作用。搅拌、振荡、转动：通过剧烈的搅拌、振荡或转动，使乳化的液滴猛烈相碰撞而合并。过滤：如以粉末为乳化剂的乳状液，可以用过滤法拦截被固体粉末包围的油滴。改变温度：改变乳化液的温度来破坏乳化液的稳定。某些乳化液必须投加化学药剂破乳，如钙、镁、铁、铝的盐类或无机酸、碱、混凝剂等。破乳方法简介n§7.2工业废水的化学处理§7.2.1中和法§7.2.2氧化还原法§7.2.3化学沉淀法§7.2.4电解法n一、投加法常用药剂是石灰、电石渣、石灰石等，有时也采用苛性钠和碳酸钠。中和药剂的投加量，可按化学反应式进行估算。石灰常使用熟石灰，配制成石灰乳液，浓度在10％左右，反应在池中进行。石灰量多时，可用生石灰。为了防止产生沉淀，石灰乳槽均装有搅拌设备。§7.2.1中和法nn二、过滤法石灰石或白云石作中和剂时常呈粗粒状，可作滤料，故用过滤法。n普通中和滤池为固定床形式。按水流方向分平流式和竖流式两种。目前较常用的为竖流式，它又可分为升流式和降流式两种。普通中和滤池滤料粒径一般为30～50mm，不能混有粉料杂质。当废水中含有可能堵塞滤料的杂质时，应进行预处理。n升流式中和滤池滤料粒径小，滤速高，中和效果好。在升流式中和滤池中,废水自下向上运动，由于流速高，滤料呈悬浮状态，滤层膨胀，类似于流化床，滤料间不断发生碰撞摩擦，使沉淀难以在滤料表面形成，因而进水含酸浓度可以适当提高，生成的CO2气体也容易排出，不会使滤床堵塞；此外，由于滤料粒径小，比表面大，相应接触面积也大，使中和效果得到改善。升流式中和滤池要求布水均匀，因此池子直径不能太大，并常采用大阻力配水系统和比较均匀的集水系统。n滚筒式中和滤池滚筒用钢板制成，内衬防腐层。筒为卧式，长度为直径的6～7倍。装料体积占筒体体积的一半，筒内壁设有挡板，带动滤料一起翻滚，使沉淀物外壳难以形成，并加快反应速度。为避免滤料流失，在滚简出水处设有穿孔板。滚筒式中和滤池能处理的废水含硫酸浓度可大大提高，而且滤料也不必破碎到很小的粒。但它构造复杂，动力费用高，设备噪声大，负荷率低（约为36m3/m2h）n§7.2.2氧化还原法化学氧化还原是转化废水中污染物的有效方法。废水中呈溶解状态的无机物和有机物，通过化学反应被氧化或还原为微毒、无毒的物质，或者转化成容易与水分离的形态，从而达到处理的目的。与生物氧化法相比，化学氧化还原法需较高的运行费用。因此，目前化学氧化还原法仅用于饮用水处理、特种工业用水处理、有毒工业废水处理和以回用为目的的废水深度处理等有限场合。n化学氧化法采用的氧化剂包括下列几类。①接受电子后还原成负离子的中性分子，如Cl2、O2、O3。②带正电荷的离子，接受电子后还原成负离子，如漂白粉的次氯酸根中的Cl+变为Cl-。③带正电荷的离子，接受电子后还原成带较低正电荷的离子，如MnO4+中的Mn7+变为Mn2+，Fe3+变为Fe2+等。n一、空气氧化把空气鼓入废水中，利用空气中的氧气氧化废水中的污染物。空气氧化法具有以下特点：①电对O2/O2-的半反应式中有H+或OH-离子参加，因而氧化还原电位与pH值有关。②在常温常压和中性pH值条件下，分子氧O2为弱氧化剂，反应性很低，故常用来处理易氧化的污染物。③提高温度和氧分压，可以增大电极电位；添加催化剂，可以降低反应活化能，都利于氧化反应的进行。n1、地下水除铁、锰在缺氧的地下水中常出现二价铁和锰。通过曝气，可以将它们分别氧化为Fe(OH)3和MnO2沉淀物。除铁的反应式为：考虑水中的碱度作用，总反应式可写为：按此式计算，氧化lmg/LFe2+，仅需O.143mg／LO2。实验表明，上述反应的动力学方程为：n研究指出，MnO2对Mn2+的氧化具有催化作用。大致历程为氧化：吸附：氧化:曝气过滤(或称曝气接触氧化)除锰工艺。先将含锰地下水强烈曝气充氧，尽量地散去CO2，提高pH值，再流入天然锰砂或石英砂充填的过滤器，利用接触氧化原理将水中Mn2+氧化成MnO2，产物逐渐附着在滤料表面形成一层能起催化作用的活性滤膜，加速除锰过程。n2、工业废水脱硫各种硫的标准电极电位如下：酸性溶液碱性溶液在酸性溶液中，各电对具有较弱的氧化能力；而在碱性溶液中，各电对具有较强的还原能力。所以利用分子氧氧化硫化物,以碱性条件较好。向废水中注入空气和蒸汽(加热)，硫化物按下式转化为无毒的硫代硫酸盐或硫酸盐。n空气氧化法处理含硫废水工艺流程含硫废水经隔油沉渣后与压缩空气及水蒸气混合，升温至80～90℃，进入氧化塔，塔径一般不大于2.5m，分四段，每段高3m。每段进口处设喷嘴，雾化进料，塔内气水体积比不小于15。废水在塔内平均停留时间l.5～2.5h。n二、湿式氧化湿式氧化是在较高的温度和压力下，用空气中的氧来氧化废水中溶解和悬浮的有机物和还原性无机物的一种方法。因氧化过程在液相中进行，故称湿式氧化。与一般方法相比，湿式氧化法适用范围广、处理效率高、二次污染低、氧化速度快、装置小、可回收能量和有用物料。目前该法广泛用于各类高浓度废水及污泥处理，尤其是毒性大，难以用生化方法处理的农药废水、染料废水、制药废水、煤气洗涤废水、造纸废水、合成纤维废水及其他有机合成工业废水的处理。n湿式氧化工艺流程n三、臭氧氧化臭氧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。n臭氧处理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。n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。臭氧的消毒能力比氯更强。对脊髓灰质炎病毒，用氯消毒，保持O.5～1mg/L余氯量，需1.5～2h，而达到同样效果，用臭氧消毒，保持O.045～O.45mgO3，只需2min。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降解的有机物，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。目前臭氧氧化法存在的缺点是电耗大，成本高。n四、废水的氯氧化(1)含氰废水处理氧化反应分为两个阶段进行。第一阶段，，在pH=10～11时，此反应只需5分钟。第二阶段将CNO-氧化为NH3(酸性条件)或N2(pH8～8.5)，反应可在1小时之内完成。(2)含酚废水的处理实际投氯量必须过量数倍，一般要超出10倍左右。（3)废水脱色氯有较好的脱色效果，可用于印染废水，TNT废水脱色。脱色效果与pH值以及投氯方式有关。n氯氧化系统n五、其他氧化剂氧化1.高锰酸盐氧化高锰酸盐是一种强氧化剂，能与水中的Fe3+、Mn2+、S2-、CN-、酚等有机物很好地反应，选择适当投量，它能杀死很多藻类和微生物。2．过氧化氢氧化过氧化氢与催化剂Fe2+构成的氧化体系通常称为Fenton试剂。在Fe2+催化下，H2O2能产生两种活泼的氢氧自由基，从而引发和传播自由基链反应，加快有机物和还原性物质的氧化。3.光化学氧化法n废水中的某些金属离子在高价态时毒性很大，可用化学还原法将其还原为低价态后分离除去。常用的还原剂有下列几类。①某些电极电位较低的金属，如铁屑、锌粉等。反应后：②某些带负电的离子，如NaBH4中的B5+，反应后③某些带正电的离子，如FeSO4或FeCl2中的Fe2+，反应后化学还原法n一、还原除铬还原除铬通常包括二步。首先，废水中的Cr2O72-在酸性条件下(pH＜4为宜)与还原剂反应生成Cr2(SO4)3，再加碱(石灰)生成Cr(OH)3沉淀，在pH＝8－9时，Cr(OH)3的溶解度最小。亚硫酸—石灰法的反应式如下：n铁屑过滤除铬工业上也采用铁屑(或锌屑)过滤除铬。含铬的酸性废水(控制进水pH4－5)进入充填铁屑的滤柱，铁放出电子，产生Fe2+，将Cr6+还原为Cr3+，随着反应的不断进行，水中消耗了大量的H+，使OH-离子浓度增高，当其达到一定浓度时，与Cr3+反应生成Cr(OH)3，少量Fe3+生成Fe(OH)3，后者具有凝聚作用。将Cr(OH)3吸附凝聚在一起，并截留在铁屑孔隙中。通常滤柱内装铁屑高1.5m，采用滤速3m/h。n二、还原法除汞处理方法是将Hg2+还原为Hg，加以分离和回收。采用的还原剂为比汞活泼的金属(铁屑、锌粒、铅粉、钢屑等)、硼氢化钠和醛类等。废水中的有机汞先氧化为无机汞，再行还原。采用金属还原除汞，通常在滤柱内进行。反应速度与接触面积、温度、pH值、金属纯净度等因素有关。通常将金属破碎成2～4mm的碎屑，并去掉表面污物。控制反应温度20～80℃。温度太高，虽反应速度快，但会有汞蒸气逸出。n用易溶的化学药剂(可称沉淀剂)使溶液中某种离子以它的一种难溶的盐和氢氧化物形式从溶液中析出，在化学上称沉淀法，在化工和环境工程上称化学沉淀法。废水处理中，常用化学沉淀法去除废水中的有害离子，阳离子如Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cr6+，阴离子如SO42-、PO43-。难溶盐和难溶氢氧化物在溶液中的离子的浓度之积(称溶度积Ks)是常数，当能结合成难溶盐的两种离子的浓度之积超过这盐的溶度积时，该盐将析出，而这两种离子的浓度将下降，需要去除的离子就与水分离。§7.2.3化学沉淀法n§7.2.4电解法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。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，可以适应较大幅度的水量与水质变化冲击。n一、电解消耗电量的计算遵从法拉第定律：(1)电极上析出物质的量正比于通过电解质的电量；(2)理论上，1法拉第电量可析出1摩尔的任何物质。即式中D是通过电解池的电量，它等于电流强度I(A)与时间t(h)的乘积，单位为F，1F=96500库仑＝26.8安培小时。W和M分别为析出物重量(g)和摩尔量，n为反应中析出物的电子转移数，即为析出的摩尔数。n二、电解氧化还原电解氧化是指废水污染物在电解槽的阳极失去电子，发生氧化分解，或者发生二次反应，即电极反应产物与溶液中某些成分相互作用，而转变为无害成分。前者是直接氧化，后者则为间接氧化。电解氧化可处理阴离子污染物。电解还原主要用于处理阳离子污染物。目前在生产应用中，都是以铁板为电极，由于铁板溶解，金属离子在阴极还原沉积而回收除去。n１、电解除氰在阳极上发生直接氧化反应：间接氧化：Cl-在阳极放电产生Cl2，Cl2水解成HOCl，OCl-氧化CN-为CNO-，最终为N2和CO2。若溶液碱性不强，将会生成中间态CNCl。在阴极上发生析出H2和部分金属离子的还原反应：n2、电解除铬Cr6+(以Cr2O72-或CrO4-形式存在)在电解槽中还原有两种方式在阳极:在阴极少量Cr6+直接还原：上述两组反应都要求酸性条件。电解过程中H+大量消耗，OH-逐渐增多，电解液逐渐变为碱性(pH7.5～9)，并生成稳定的氢氧化物沉淀：n三、电解凝聚与电解浮上采用铁、铝阳极电解时，在外电流和溶液作用下，阳极溶解出Fe3+、Fe2+或A13+。它们分别与溶液中的OH-结合成不溶于水的氢氧化物。这些微粒对水中胶体粒子的凝聚和吸附活性很强。利用这种凝聚作用处理废水中胶体的过程叫电解凝聚。当电解槽的电压超过水的分解电压时，在阳极和阴极将产生O2和H2，这些微气泡表面积很大，在其上升过程中易黏附携带废水中的胶体微粒、浮化油等共同浮上。这种过程叫电解浮上。在采用可溶性阳极的电解槽中。凝聚和浮上作用是同时存在的。n四、电解槽的设计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。n电解槽工艺参数的确定（1）电解槽有效容积V式中Q——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。（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n§7.3工业废水的物理化学处理§7.3.1气浮法§7.3.2吸附法n将空气以微小气泡形式通入水中，使微小气泡与在水中悬浮的颗粒粘附，形成水-气-颗粒三相混合体系，颗粒粘附上气泡后，密度小于水即上浮水面，从水中分离，形成浮渣层。气浮法处理工艺必须满足下述基本条件：必须向水中提供足够量的细微气泡；必须使污水中的污染物质能形成悬浮状态；必须使气泡与悬浮的物质产生粘附作用。§7.3.1气浮法n污水处理技术中，气浮法固-液或液-液分离技术应用的几方面：石油、化工及机械制造业中的含油污水的油水分离;工业废水处理;污水中有用物质的回收;取代二次沉淀池，特别是用于易产生活性污泥膨胀的情况;剩余活性污泥的浓缩。n按生产细微气泡的方法分微气泡曝气气浮法剪切气泡气浮法加压溶气气浮法真空气浮法电解气浮法分散空气气浮法溶解空气气浮法气浮法的类型n将正负极相间的多组电极浸泡在废水中，当通以直流电时，废水电解，正负两极间产生的氢和氧的细小气泡粘附于悬浮物上，将其带至水面而达到分离的目的。该法产生的气泡小于其他方法产生的气泡，特别适用于脆弱絮状悬浮物。其表面负荷通常低于4m3/(m2·h)。主要用于工业废水处理方面，处理水量约在10~20m3/h。由于电耗高、操作运行管理复杂及电极结垢等问题，较难适用于大型生产。电解气浮法n电解气浮法n微气泡曝气浮上法剪切气泡浮上法压缩空气引入到靠近池底处的微孔板，并被微孔板的微孔分散成细小气泡将空气引入到一个高速旋转混合器或叶轮机的附近，通过高速旋转混合器的高速剪切，将引入的空气切割成细小气泡分散空气浮上法用于矿物浮选，也用于含油脂、羊毛等污水的初级处理及含有大量表面活性剂的污水处理分散空气浮上法n微气泡曝气浮上法剪切气泡浮上法n从溶解空气和析出条件来看加压溶气浮上法：空气在加压条件下溶解，常压下使过饱和空气以微小气泡形式释放出来需要溶气罐、空压机或射流器、水泵等设备真空浮上法：空气在常压下溶解，真空条件下释放优点：无压力设备缺点：溶解度低，气泡释放有限，需要密闭设备维持真空，运行维护困难溶解空气浮上法n真空浮上法n加压溶气的两种方式存在问题：填料长膜；压缩气含油；调节不便；时而需放气。存在问题：设备较复杂；造价偏高。n压力溶气浮上法系统的组成压力溶气系统气浮池空气释放系统压力溶气罐溶气释放装置加压水泵附属设备溶气水管路空气供给设备n压力溶气系统压力溶气罐附属设备加压水泵空气供给设备加压水泵的作用是提升污水，将水、气以一定压力送至压力溶气罐，其压力的选择应考虑溶气罐压力和管路系统的水力损失两部分。n压力溶气系统压力溶气罐附属设备加压水泵空气供给设备压力溶气罐的作用是使水与空气充分接触，促进空气的溶解。溶气罐的形式有多种，如下图所示，其中以罐内填充填料的溶气罐效率最高。n压力溶气系统压力溶气罐附属设备加压水泵影响填料溶气罐效率的主要因素为：填料特性填料层高度罐内液位高布水方式温度填料溶气罐的主要工艺参数为：过流密度：2500-5000m3/(m2·d)填料层高度：0.8-1.3m液位的控制高：0.6-1.0m（从罐底计）溶气罐承压能力：>0.6MPa空气供给设备n压力溶气系统加压水泵压力溶气罐空气供给设备附属设备水泵压水管装射流器挟气式溶气方式有三种水泵吸气式在经济和安全方面都不理想，已很少使用空压机供气是较早使用的一种供气方式，使用较广泛，其优点是能耗相对较低压力管装射流器进行溶气的优点是不需另设空压机，没有空压机带来的油污染和噪声水泵吸气式空压机供气式n空气释放系统是由溶气释放装置和溶气水管路组成。溶气释放装置的功能是将压力容器水减压，使溶气水中的气体以微气泡的形式释放出来，并能迅速、均匀地与水中的颗粒物质粘附。常用的溶气释放装置有减压阀、溶气释放喷嘴、释放器等。空气释放系统n气浮池的功能是提供一定的容积和池表面积，使微气泡与水中悬浮颗粒充分混合、接触、粘附，并使带气颗粒与水分离。目前最常用，其反应池与气浮池合建。废水进入反应池完全混合后，经挡板底部进入气浮接触室以延长絮体与气泡的接触时间，然后由接触室上部进入分离室进行固液分离。池面浮渣由刮渣机刮入集渣槽，清水由底部集水槽排出。平流式气浮池的优点是池深浅、造价低、构造简单、运行方便。缺点是分离部分的容积利用率不高等。气浮池的有效水深通常为2.0~2.5m,一般以单格宽度不超过10m、长度不超过15m为宜。废水在反应池中的停留时间与混凝剂种类、投加量、反应形式等因素有关，一般为5~15min。为避免打碎絮体，废水经挡板底部进入气浮接触室时的流速应小于0.1m/s。废水在接触室中的上升流速一般为10~20mm/s，停留时间应大于60s。竖流式气浮池的基本工艺参数与平流式气浮池相同。其优点是接触室在池中央，水流向四周扩散，水力条件较好。缺点是与反应池较难衔接，容积利用率较低。有经验表明，当处理水量大于150~200m3/h、废水中的可沉物质较多时，宜采用竖流式气浮池。气浮池竖流式气浮池平流式气浮池n2.无试验资料时，可根据气固比（A/S）进行估算式中：A/S——气固比,g(释放的气体)/g(悬浮固体)，0.005~0.060，一般为0.005~0.006，当悬浮固体浓度较高时取上限，如剩余污泥气浮浓缩时，气固比采用0.03~0.04；1.3——1mL空气的质量，mg；ca——某一温度下的空气溶解度；f——压力为p时，水中的空气溶解系数，0.5~0.8（通常0.5）；p0——表压，kPa；qvR——加压水回流量，m3/h；qv——设计水量，m3/h；ρsi——入流废水的悬浮固体浓度,mg/L。压力溶气浮上法的设计计算——气浮所需空气量1.有试验资料时式中：qv——气浮池设计水量，m3/h；R′——试验条件下的回流比，%；ac——试验条件下的释气量，L/m3；Φ——水温校正系数，取1.1~1.3（主要考虑水的粘滞度影响，试验时水温与冬季水温相差大者取高值）。n溶气罐高h：式中h1——罐顶、底封头高度（根据罐直径而定），m；h2——布水区高度，一般取0.2~0.3m；h3——贮水区高度，一般取1.0m；h4——填料层高度，当采用阶梯环时，可取1.0~1.3m。压力溶气浮上法的设计计算——溶气罐溶气罐直径Dd选定过流密度I后，溶气罐直径按下式计算：一般对于空罐，I选用1000~2000m3/(m2·d)，对填料罐，I选用2500~5000m3/(m2·d)。n压力溶气浮上法的设计计算——气浮池接触池的表面积Ac选定接触室中水流的上升流速vc后，按下式计算：接触室的容积一般应按停留时间大于60s进行复核。分离室的表面积As选定分离速度(分离室的向下平均水流速度)vs后按下式计算：对矩形池子，分离室的长宽比一般取1:1~2:1。气浮池的净容积V选定池的平均水深H（指分离室深），按下式计算：以池内停留时间（t）进行校核，一般要求t为10~20min。n一、吸附原理吸附剂：固体表面有吸附水中溶解及胶体物质的能力,比表面积很大的活性炭等具有很高的吸附能力。吸附质:废水中被吸附的物质.吸附:在相界面上，物质的浓度自动发生累积或浓集的现象。§7.3.2吸附法n引起吸附的主要原因：（1）溶质对水的疏水特性和溶质对固体颗粒的高度亲合力;（2）溶质与吸附剂之间的静电引力、范德华引力或化学键力.n吸附物理吸附化学吸附吸附剂与吸附物质之间是通过分子间引力(即范徳华力)而产生的吸附(无选择性)吸附剂与被吸附物质之间产生化学作用，生成化学键引起吸附(有选择性)吸附的类型n二、吸附平衡与吸附等温式(一)吸附平衡吸附过程中，固、液两相经过充分的接触后，最终将达到吸附与脱附的动态平衡。达到平衡时，单位吸附剂所吸附的吸附质的数量称为平衡吸附量，常用qe(mg/g)表示。将平衡吸附量qe与相应的平衡浓度ce作图得吸附等温线。nI型的特征是吸附量有一极限值。可以理解为吸附剂的所有表两都发生单分子层吸附，达到饱和时，吸附量趋于定值。Ⅱ型是非常普通的物理吸附、相当于多分子层吸附，吸附质的极限值对应于物质的溶解度。Ⅲ型相当少见，其特征是吸附热等于或小于纯吸附质的溶解热。Ⅳ型及Ⅴ型反映了毛细管冷凝现象和孔容的限制，由于在达到饱和浓度之前吸附就达到平衡，因而显出滞后效应。n表明被吸附物的量与浓度之间的关系式称为吸附等温式。1．Langmuir等温式2.B.E.T.等温式3．Freundlich等温式(二)吸附等温式n1．Langmuir等温式Langmuir假设吸附剂表面均一，各处的吸附能相同;吸附是单分子层的，当吸附剂表面为吸附质饱和时，其吸附量达到最大值；在吸附剂表面上的各个吸附点间没有吸附质转移运动；达动态平衡状态时，吸附和脱附速度相等。式中qe-平衡吸附量ce-液相平衡浓度a-与最大吸附量有关的常数b-与吸附能有关的常数。n2.B.E.T.等温式（多层吸附）B.E.T.模型假定在原先被吸附的分子上面仍可吸附另外的分子，同发生多分子层吸附；而且不一定等第一层吸满后再吸附第二层；对每一单层却可用Langmuir式描述，第一层吸附是靠吸附剂与吸附质间的分子引力，而第二层以后是靠吸附质分子间的引力，这两类引力不同，因此它们的吸附热也不同。总吸附量等于各层吸附量之和。由此导出的二常数B.E.T.等温式为：式中cs—吸附质的饱和浓度；B—常数，与吸附剂和吸附质的相互作用能有关n3．Freundlich等温式此为指数函数型式的经验公式：式中，K称为Freundlich吸附系数，n为常数，通常大于1。Freundlich式在一般的浓度范围内与Langmuir式比较接近，但在高浓度时不像后者那样趋于一定值；在低浓度时，也不会还原为直线关系。Lgqe=lgK+1/nlgce1/n越小，吸附性能越好，1/n=0.1-0.5，容易吸附；1/n>2，则难吸附。n4．多级分体系的吸附等温式多组分体系吸附和单组分吸附相比较，又增加了吸附质之间的相互作用。①用COD或TOC综合表示溶解于废水中的有机物浓度，其吸附等温式可用单组分吸附多温式表示。但吸附等温线可能是曲线或折线。②假定吸附剂表面均一，混合溶液中的各种溶质在吸附位置上发生竞争吸附，被吸附的分子之间的相互作用可忽略不计。如果各种溶质以单组分体系的形式进行吸附，则其吸附量可用Langmuir竞争吸附模型来计算。n指单位重量的吸附剂在单位时间内所吸附的物质量。三吸附速度衡量指标吸附能力吸附速度固体吸附剂用吸附量衡量单位质量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量n吸附阶段颗粒外部扩散阶段孔隙扩散阶段吸附反应阶段吸附质从溶液中扩散到吸附剂表面吸附质在吸附剂孔隙中继续向吸附点扩散吸附质被吸附在吸附剂孔隙内的吸附点表面吸附过程一般分为3个阶段：吸附反应速度非常快，V主要取决于第I、II阶段速度n外部扩散速度与溶液浓度成正比与吸附剂的比表面积的大小成正比吸附剂颗粒直径越小，速度越快增加溶液与颗粒间的相对运动速度，可提高速度孔隙扩散速度吸附剂颗粒越小，速度越快n四、吸附剂及其再生1.活性炭在水处理中较多采用颗粒活性炭。粉末状活性炭粒状活性炭（园柱状、球状），粒径2~4mm棒状活性炭：Φ50mm，L=255mmn2.腐植酸类吸附剂种类：天然的富含腐植酸的风化煤、泥煤、褐煤等，它们可以直接使用或经简单处理后使用；将富含腐植酸的物质用适当的黏合剂制备成的腐植酸系树脂。腐植酸是一组芳香结构的，性质与酸性物质相似的复杂混合物。腐植酸类物质能吸附工业废水中的许多金属离子，如汞、铬、锌、镉、铅、铜等。腐植酸对阳离子的吸附，包括离子交换、螯合、表面吸附、凝聚等作用。腐植酸类物质在吸附重金属离子后,可以用H2SO4、HCl、NaCl等进行解吸。n3．树脂吸附剂具有立体网状结构，呈多孔海绵状。加热不熔化，可在150℃下使用，不溶于一般溶剂及酸、碱，比表面积可达800m2/g。常见产品有美国AmberliteXAD系列，日本HP系列。国内一些单位也研制了性能优良的大孔吸附树脂。树脂吸附剂的结构容易人为控制，因而它具有适应性大、应用范围广、吸附选择性特殊、稳定性高等优点，并且再生简单，多数为溶剂再生。树脂吸附剂最适宜于吸附处理废水中微溶于水．极易溶于甲醇、丙酮等有机溶剂，分子量略大和是极性的有机物。如脱酚、除油、脱色等。树脂的吸附能力一般随吸附质亲油性的增强而增大。n再生方法加热再生法在高温条件下，提高了吸附质分子的能量，使其易于从活性炭的活性点脱离；而吸附的有机物则在高温下氧化和分解，成为气态逸出或断裂成低分子化学再生法通过化学反应，使吸附质转化为易溶于水的物质而解吸下来再生是在吸附剂本身的结构基本不发生变化的情况下，用某种方法将吸附质从吸附剂微孔中除去,恢复它的吸附能力。nn五、吸附工艺和设备操作方式连续式间歇式将废水和吸附剂放在吸附池内进行搅拌30min左右，然后静置沉淀，排除澄清液固定床移动床流化床吸附剂固定填放在吸附柱(或塔)中在操作过程中定期地将接近饱和的一部分吸附剂从吸附柱中排出，并同时将等量的新鲜吸附剂加入柱中吸附剂在吸附柱内处于膨胀状态，悬浮于由下而上的水流中1nn2吸附塔的设计博哈特——亚当斯计算法1.博哈特——亚当斯方程式式中：t——工作时间，h；V——线速度，即空塔速度，m/h；h——炭层高度，m；Co——进水吸附质浓度，kg/m3Ce——出水吸附质允许浓度，kg/m3K——速率系数，m3/（kg·h）；No——吸附容量，即达到饱和时吸附剂的吸附量（kg/m3）。n>>1，上式等号右边括号内的1可忽略不计，则工作时间t：临界高度ho：当t=0时，保证出水吸附质浓度C不超过Ca（穿透浓度）时的吸附剂层的理论高度ho即吸附带高度，ho↓吸附反应越快。n2.模型试验——求临界高度hon截距：；；；线速度（m/h）；以不同的V进行上述试验，将不同V时的No、K、ho作图，可分别得出K—V、No—V、ho—V三条曲线。nn3.吸附塔设计已知废水设计流量Q（m3/h），原水吸附质浓度Co，出水吸附质允许浓度Ce。（1）吸附工作时间t——吸附柱出水达到穿透点的时间，线速度（m/h）查图得出K、No、ho（小时）n（2）活性炭每年更换次数n（吸附剂再生次数）（次/a）（3）活性炭年消耗量W（m3/a）（4）吸附质年去除量G（kg/a）：，Co、Ce均以mg/L为单位(kg/a)n(5)吸附效率E式中：No——达到饱和时吸附剂的吸附量，（kg/m3）h——炭层高度；ho——临界高度则：n六、吸附法在污水处理中的应用1.吸附法除汞活性炭有吸附汞和汞化合物的性能，但因其吸附能力有限，只适宜于处理含汞量低的废水。吸附法除汞流程n2.炼油厂、印染厂废水的深度处理某炼油厂含油废水，经隔油，气浮和生物处理后，再经砂滤和活性炭过滤深度处理。废水的含酚量从0.1mg/L(生物处理后)降至0.005mg/L，氰从0.19mg/L降至0.048mg/L，COD从85mg/L降至18mg/L。n§7.4工业废水的生物处理§7.4.1好氧生物处理§7.4.2厌氧生物处理n§7.4.1好氧生物处理活性污泥法生物膜法生物接触氧化法生物转盘n一、活性污泥法在工业废水处理中的应用举例（一）活性污泥法运行方式简介1．传统活性污泥法（普通活性污泥法）2．阶段曝气活性污泥法：分段进水活性污泥法或多段进水活性污泥法3．渐减曝气4．吸附再生5．延时曝气6．完全混合活性污泥系统7．SBR法n（二）CASS工艺在啤酒废水处理中的应用CASS：CyclicActivedSludgeSystemCAST：CyclicActivedSludge1．工程名称：安徽省某啤酒厂2．水质情况进水：CODCr800~1500mg/lBOD5400~800mg/lSS300mg/l出水：CODCr≤150mg/lBOD5≤60mg/lSS≤200mg/l水量：300m3/dn二、生物膜法在工业废水处理中的应用（一）生物膜法的分类1．生物滤池2．生物转盘3．生物接触氧化法4．生物流化床n（二）南昌罐头啤酒厂污水处理工程1．水量：3000m3/d；2．水质进水：CODCr1000~10000mg/lBOD5/CODCr0.6~0.7出水：CODCr≤100mg/lBOD5≤30mg/ln（三）春都集团污水处理工程1．水量：4000m3/d；2．水质进水：CODCr300mg/lCODCr600mg/l出水：CODCr≤80mg/lBOD5≤25mg/ln§7.4.2厌氧生物处理厌氧生物处理工艺的发展概况及特征厌氧生物处理的主要特征1、主要优点①能耗大大降低，而且还可以回收生物能（沼气）；②污泥产量很低；③厌氧微生物有可能对好氧微生物不能降解的一些有机物进行降解或部分降解。2、主要缺点①反应过程较为复杂；②厌氧反应器的运行和应用受到很多限制和困难；③出水水质仍通常较差，一般需要利用好氧工艺进行进一步的处理；④厌氧生物处理的气味较大；⑤对氨氮的去除效果不好。n一、早期的厌氧生物反应器厌氧消化应用于废水处理的初级阶段，是从1881年法国Mouras设计的自动净化器开始到本世纪的20年代；主要代表有：①1881年法国Mouras的自动净化器：②1891年英国Moncriff的装有填料的升流式反应器：③1895年，英国设计的化粪池（SepticTank）；④1905年，德国的Imhoff池（又称隐化池、双层沉淀池）；等等。n早期的厌氧生物反应器n二、厌氧消化池1)传统消化池：又称为低速消化池，在池内没有设置加热和搅拌装置，所以有分层现象，一般分为浮渣层、上清液层、活性层、熟污泥层等，其中只有在活性层中才有有效的厌氧反应过程在进行，因此在传统消化池中只有部分容积有效；传统消化池的最大特点就是消化反应速率很低，HRT很长，一般为30~90天。n2)高速消化池与传统消化池不同的是，在高速消化池中设有加热和/或搅拌装置，因此缩短了有机物稳定所需的时间，也提高了沼气产量，在中温（30~35°C）条件下，其HRT可以为15天左右，运行效果稳定；但搅拌使高速消化池内的污泥得不到浓缩，上清液与熟污泥不易分离。n3)两级串联消化池两级串联，第一级采用高速消化池，第二级则采用不设搅拌和加热的传统消化池，主要起沉淀浓缩和贮存熟污泥的作用，并分离和排出上清液；二者的HRT的比值可采用1:1~1:4，一般为1:2。n消化池的构造消化池一般由池顶、池底和池体三部分组成；消化池的池顶有两种形式，即固定盖和浮动盖，池顶一般还兼做集气罩，可以收集消化过程中所产生的沼气；消化池的池底一般为倒圆锥形，有利于排放熟污泥。n三、现代高速厌氧生物反应器厌氧接触法（AnaerobicContactProcess）工艺流程与特点n与普通厌氧消化池相比，厌氧接触法的特点有：①污泥浓度高，一般为5~10gVSS/l，抗冲击负荷能力强；②有机容积负荷高，中温时，COD负荷1~6kgCOD/m3.d，去除率为70~80%；BOD负荷0.5~2.5kgBOD/m3.d，去除率80~90%；③出水水质较好；④增加了沉淀池、污泥回流系统、真空脱气设备，流程较复杂；⑤适合于处理悬浮物和有机物浓度均很高的废水。n在厌氧接触法工艺中，最大的问题是污泥的沉淀，因为厌氧污泥上一般总是附着有小的气泡，且由于污泥在二沉池中还具有活性，还会继续产生沼气，有可能导致已下沉的污泥上浮。因此，必须采用有效的改进措施，主要有以下两种，即：①真空脱气设备（真空度为500mmH2O）；②增加热交换器，使污泥骤冷，暂时抑制厌氧污泥的活性。n厌氧生物滤池根据废水在厌氧生物滤池中的流向的不同，可分为升流式厌氧生物滤池、降流式厌氧生物滤池和升流式混合型厌氧生物滤池等三种形式，即分别如下图所示：n与传统的厌氧生物处理工艺相比，厌氧滤池的突出优点是：①生物固体浓度高，有机负荷高；②SRT长，可缩短HRT，耐冲击负荷能力强；③启动时间较短，停止运行后的再启动也较容易；④无需回流污泥，运行管理方便；⑤运行稳定性较好。而主要缺点是易堵塞，会给运行造成困难。n厌氧生物滤池的组成1)滤料：①实心块状滤料②空心块状滤料③管流型滤料④交叉流型滤料：⑤纤维滤料2)布水系统：3)沼气收集系统：n升流式厌氧污泥层(床)(UASB)反应器UASB反应器的基本原理与特征nUASB反应器具有如下的主要工艺特征：①在反应器的上部设置了气、固、液三相分离器；②在反应器底部设置了均匀布水系统；③反应器内的污泥能形成颗粒污泥，所谓的颗粒污泥的特点是：直径为0.1~0.5cm，湿比重为1.04~1.08；具有良好的沉降性能和很高的产甲烷活性。nUASB反应器的主要组成部分1)进水配水系统：2)反应区：反应区是UASB反应器中生化反应发生的主要场所，又分为污泥床区和污泥悬浮区。3)三相分离器：主要功能有：①将气体(沼气)、固体(污泥)、和液体(出水)分开；②保证出水水质；③保证反应器内污泥量；④有利于污泥颗粒化。4)出水系统：5)气室：气室也称集气罩，其主要作用是收集沼气。6)浮渣收集系统：主要功能是清除沉淀区液面和气室液面的浮渣。7)排泥系统：主要功能是均匀地排除反应器内的剩余污泥。n四、其它厌氧生物处理工艺1、厌氧膨胀床和厌氧流化床2、厌氧生物转盘3、厌氧挡板反应器4、两相厌氧消化工艺n五、厌氧生物处理工艺的新进展一、厌氧内循环（IC）反应器二、厌氧膨胀颗粒污泥床（EGSB）反应器
