5.2废水处理技术,5.2.1 水体污染源 5.2.2 废水处理方法 5.2.3 物理方法 5.2.4 化学法 5.2.5 物理化学法 5.2.6 生化法,5.2.1 水体污染源,几种主要的工业废水的水质特点及其所含的污染物,1）点源：,水的物理处理法,5.2.2 废水处理方法,水的化学处理法,水的生物处理法,污水,格栅除杂,气浮池,斜板过滤,一级处理,加氯消毒,外排,三级处理 （膜、树脂技术）,回用,二级生物处理,工业废水处理,典型的工业废水处理工艺流程,5.2.3 物理法,1 均衡与调节 2 筛选与过滤 3 沉淀 4 隔油 5 离心分离,对角线调节池,折流调节池,线内调节水量调节池,1 均衡与调节,2 筛选与过滤,格栅 筛网 过滤,人工清理格栅 坡度4565,自动高链式机械格栅 用途：用来去除可能堵塞水泵机组及管道阀门的较大悬浮物，保证后续处理设施能正常运行。,机械格栅,坡度6070，90,全自动格栅,2）筛网,筛网的去除效果，可相当于初次沉淀池的作用。 目前，应用于废水处理或短小纤维回收的筛网主要有两种型式，即振动筛网和水力筛网。,振动式筛网：污水由渠道流在振动筛网上，在这里进行水和悬浮物的分离，并利用机械振动，将呈倾斜面的振动筛网上截留的纤维等杂质卸到固定筛网上，进一步滤去附在纤维上的水滴。,表面过滤过程,表面过滤通常发生在过滤流体中颗粒物浓度较高的情况。 给水处理：慢滤池 污泥脱水：使用的各类脱水机（如真空过滤机、板框式压滤机等）,多孔性介质,3） 过 滤 (Filtration),慢滤池,带式脱水机,水,滤速慢v0.1-0.3 m/h 表面生长一层滤膜（12个星期后） 效果：浊度可降到0，可不消毒。,机理： 微生物吞食细菌 微生物分泌出起凝聚作用的酶 藻类产生氧气，起氧化作用。 但生产效率低，13月后堵塞，需刮掉滤膜，重新补砂。,深层过滤过程,通常发生在以粒状颗粒为滤料的过滤操作中。 滤料内部孔隙大于颗粒粒径。 颗粒随流体进入滤料内部，在拦截、惯性碰撞、扩散沉淀等作用下颗粒附着在滤料表面上而与流体分开。,流体在颗粒滤料层中的流动规律,举例： 水处理中的快滤池、空气净化中的袋式除尘器、口罩 深层过滤一般适用于流体中颗粒含量少的场合。,3 沉淀,原理： 沉淀法是水处理中最基本的方法之一。它是利用水中悬浮颗粒的可沉降性能，在重力作用下产生下沉作用，以达到固液分离的一种过程。 利用颗粒与水的密度之差，比重1，下沉 比重1，上浮 沉淀工艺简单，应用极为广泛，主要用于去除100um以上的颗粒 胶体颗粒需混凝后才能沉淀。,机械排泥,竖流式(upflow)沉淀池,幅流式(radial)沉淀池,1中央进水幅流式,2030m，16m 适用于大水量，但占地大，机械维修，配水条件差,初沉池,2向心幅流式,进水断面大，进水易均匀,向心式的表面负荷可提高约1倍。,4）隔油,5 离心分离,两类： 水旋：水力旋流器、旋流沉淀池，其特点是器钵固定不动，而由沿切向高速进入器内的物料产生离心力； 器旋：各种离心机，其特点是由高速旋转的转鼓带动物料产生离心力。,3 化学法,1 中和法 2 混凝法 3 氧化还原法,1 中和法,酸碱废水互相中和 投药中和： 酸性废水 碱性废水,2 水的混凝 (Coagulation and Flocculation),1637年 我国开始使用明矾净水 1884年 西方才开始使用,1.胶体性质,2.混凝剂在水中溶解与形态,水的混凝机理,1压缩双电层理论,根据DLVO理论,电解质（混凝剂）加入 与反离子同电荷离子 压缩双电层 电位 稳定性 凝聚,2.吸附-电性中和作用机理,范德华力、氢键及共价键力,3吸附架桥机理（链状高分子聚合物）,“胶体保护” 再稳现象,4.网捕或卷扫机理,金属氢氧化物沉淀物在形成过程中对胶粒的网捕。 小胶粒与大矾花发生接触凝聚 澄清池中发生的现象,使小胶体变大 （絮凝）,在实际水处理过程中，往往是四种机理综合作用。 目前仅限于定性描述，有关定量研究近年也已开始。,三、混凝过程,1. 凝聚（coagulation）,带电荷的水解离子或高价离子压缩双电层或吸附电中和,胶体电位胶体脱稳脱稳胶体凝聚生长成d=10的小矾花（Floc）,特点：剧烈搅拌，使混凝剂快速分散 在混合设备中完成,2. 絮凝（flocculation）,高聚合物的吸附架桥,脱稳胶粒 生长成大矾花(Floc) （可以通过沉淀去除）d=0.6-1.2mm,特点：需要一定时间使矾花长大，搅拌从强弱 在絮凝设备中完成,氧化还原法（Oxidation and reduction),氧化还原法分类,1. 氧化法： 常温常压： 空气氧化法 氯氧化法（液氯、NaClO、漂白粉等） 芬顿(Fenton)氧化法 臭氧氧化法 电解（阳极） 光氧化法 光催化氧化法,高温高压： 湿式催化氧化 超临界氧化 燃烧法 2. 还原法： 药剂还原法（亚硫酸钠、硫代硫酸钠、硫 酸亚铁、二氧化硫） 金属还原法（金属铁、金属锌） 电解（阴极）,4 物理化学法,吸附法 萃取法 浮选法 其它方法：膜法,特点,被吸附到固体表面的组分称为吸附质 吸附吸附质的多孔固体称为吸附剂 吸附质附着到吸附剂表面的过程称为吸附 吸附质从吸附剂表面逃逸到另一相中的过程称为解吸 吸附过程发生在“气固”或“液固”非均相界面,吸附法,一、常用吸附剂的主要特性 吸附容量大：由于吸附过程发生在吸附剂表面，所以吸附容量取决于吸附剂表面积的大小。 选择性高：对要分离的目的组分有较大的选择性。 稳定性好：吸附剂应具有较好的热稳定性，在较高温度下解吸再生其结构不会发生太大的变化。同时，还应具有耐酸碱的良好化学稳定性。 适当的物理特性：适当的堆积密度和强度 廉价易得,（一）活性炭 煤、木材、果核、秸秆等都可以加工成黑炭，经活化后制成活性炭。 碳化：把原料热解成碳渣，温度：200600度 活化：形成发达的细孔。两种办法: 气体法：通入水蒸汽，温度在8001000度； 药剂法：加入氯化锌、硫酸、磷酸等 比表面积：5001700 m2/g,一、萃取分离的特点,利用混合液中被分离组分A在两相中分配差异的性质，使该组分从混合液中分离。 该过程称为液-液萃取，或溶剂萃取，或液体萃取。 萃取过程是物质由一相转到另一相的传质过程。,溶剂B称为稀释剂,萃取法,（一）萃取剂的选择性系数 萃取剂的选择性是指萃取剂对原料混合液中两个组分的溶解能力的大小，可以用选择性系数来表示：,yA，yB分别为组分A和B在萃取相中的质量分数 xA，xB分别为组分A和B在萃余相中的质量分数 若1, 表示溶质A在萃取相中的相对含量比萃余相中高。 愈大，组分A与B的分离愈容易。 若1，则组分A与B在两相中的组成比例相同，该溶液不能用萃取方法分离。,（二）萃取剂的选择 1.萃取剂的选择性 2.萃取剂的物理性质：密度、界面张力、粘度 3.萃取剂的化学性质 4.萃取剂回收的难易： 一般常用的回收方法是蒸馏，如果不宜用蒸馏，可以考虑采用其它方法，如反萃取、结晶分离等。 5.废水常用的萃取剂： 苯及焦油类、酯类（醋酸丁酯、三甲酚磷酸酯等）、醇类,复合萃取剂协同萃取反萃取分离体系,萘系磺酸染料中间体废液,复合萃取剂,（四）连续逆流萃取 连续萃取多用塔式装置，种类很多，包括： 填料塔、筛板塔、脉冲筛板塔、脉冲填料塔、离心萃取机,往复振荡筛板塔,离心萃取器,气 浮 (Flotation),气浮是一种固液和液液分离的方法。 具体过程：通入空气产生微细气泡SS附着在气泡上上浮,理论基础,二、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 =S S：界面面积;：界面张力 附着前: W1 =水气+水粒 （假设S 为1） 附着后: W2=气粒,界面能的减少=水气+水粒气粒,三个力之间的关系： 水粒 =气粒+水气COS(180-),=水气(1-COS) 悬浮物与气泡附着的条件：0 越大，推动力越大，越易气浮。,0, COS1, = 0 不能气浮 90, COS1, 水气 颗粒附着不牢 -亲水性,90, 水气 易气浮疏水性 180, =2水气 最易被气浮,(2) 同时, COS （气粒水粒）/水气 水中颗粒与表面张力水气有关。 水气增加，增大, 有利于气浮,气泡与颗粒的粘附形式,气浮分类与工艺过程,一、气浮分类 1.电解气浮法： 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。,2. 散气气浮法： 扩散板曝气气浮 叶轮气浮法,简单易行，但容易堵塞，气浮效果不高。,叶轮气浮法,适用于处理水量不大，污染物浓度高的废水。,3.溶气气浮法 溶气真空气浮 加压溶气气浮,二、加压溶气气浮,工艺组成： 空气释放系统、气浮池、压力溶气系统,气浮工艺,全溶气法：电耗高，但气浮池容积小。,全溶气方式加压溶气气浮法流程,部分溶气法：省电，溶气罐小。但若溶解空气多，需加大溶气罐压力。,部分溶气方式加压溶气气浮法流程,回流加压溶气法：适用于SS高的原水，但气浮池容积大。,回流加压溶气气浮法流程,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（20100um） 、均匀。 设备流程简单,工艺组成： 空气释放系统、气浮池、压力溶气系统,2. 加压溶气气浮工艺的主要设备,膜法 (Membrane Separation Processes),电渗析,反渗透,渗透和反渗透原理示意图,半透膜,开始时两边液面相同,由于浓度差存在，半透膜又不允许溶质通过，所以水透过膜，使浓水一边液面升高，产生渗透压,在浓水边加压，当压力超过渗透压时，则水透过半透膜，即反渗透，实现净化过程。,醋酸纤维素膜的结构示意图,99,表皮层，孔径 （810）1010m,过渡层，孔径 2001010m,多孔层，孔径 （10004000）1010m,1%,显微镜下膜的照片,工业应用的反渗透装置,工业应用的反渗透装置的膜组件之间的连接,超过滤,思考题,P165: 1220,