《工业废水处》PPT课件.ppt

1,工业废水处理,2,1、光氧化法化学和应用化学 反应原理 利用光能量激活半导体材料中的电子空穴对，产生吸附电子的能量，废水中悬浮微粒沉淀到半导体的表面。应用 光能量的产生可以分为太阳能光和紫外线光，将半导体材料涂层在多孔材料（硅胶、纤维、玻璃粒），采用光源作为动力，使废水中的杂质沉积在半导体的表面。,废水处理方法分类（化学处理、物理处理、生物处理）,3,2、电氧化法 反应机理 利用电能和电场能使废水中的悬浮物迁移沉淀，产生电化学反 应、电氧化还原、电迁移，使污水中的污染物质的性质发生改变。应用 电解利用可溶性阳极和不溶性阳极作为电极，产生电化学反应。（由于铁的价格不断攀高，此法逐渐废弃）微电解利用微小的电流和自发产生的电流，进行电化学反应。磁反应电流产生磁场，污水中的杂质在磁场作用下迁移。（如果杂质过多，迁移速度下降，效果降低。目前此法多用于饮料行业如啤酒等，能吸附杂质、细菌使啤酒口感变得纯正。）,废水处理方法分类,4,废水处理方法分类,3、化学氧化（应用于工程较少）反应原理 利用化学药剂的氧化能力，氧化废水中的杂质。应用 化学氧化将物质的氧化还原电位改变，物质的性质发生改变 化学絮凝带电物质吸附杂质一同沉淀,5,废水处理方法分类,4、物理沉淀 反应机理 利用大颗粒的粒子，在下沉过程中吸附污水中的杂质沉淀 应用 物理吸附悬浮物质、胶体物质在分子间力作用下吸附下沉 混凝沉淀混凝剂经水解形成高聚物，大颗粒高聚物对杂质胶体有强烈的吸附能力，可吸附一定距离内的胶体共同下沉。增浓沉淀向污水中投入一些大颗粒杂质，使浓度增大，可沉淀的大颗粒吸附小颗粒迅速下沉。,6,废水处理方法分类（0926）,5、生物厌氧处理（工大：任南琪、韩洪军；清华；重庆大学）反应机理 在无氧的条件下，利用厌氧微生物降解废水中的有机物。应用 普通厌氧在封闭的设备内静止发酵 流化厌氧废水和厌氧载体在设备内呈流化状态 过滤厌氧厌氧微生物在设备内形成过滤层，废水流过过滤层降 解水中的有机物,7,废水处理方法分类,6、生物好氧处理反应机理 在有氧的条件下，利用好氧微生物降解废水中的有机物应用 传统好氧处理污水和污泥混合一起流动，进行曝气充氧 过滤好氧处理污泥层和污泥载体静止不动，污水流过污泥层 生物膜好氧处理好氧微生物附着在载体上 压力好氧处理在高压下氧的转移效率增加，氧的溶解度增加，微生物的数量增加 间歇好氧处理利用废水的流量随时间变化的特点，采取间歇进水，间歇曝气的方式(SBR)。,8,本书第一篇和第二篇讲的是污水常规处理法，污水常规处理适用于生活污水，还有相当一部分工业废水不能用生物降解法去除，不适宜采用前述的方法，而需要采用特殊处理法。一、污水处理的基本方法 污水处理实际上是采用各种技术和手段将污水中污染物质分离出来，或将其转化成无害物质，污水得到净化。（哈尔滨污水总流量：110万吨污水/天；文昌污水厂处理水量只有32.5万吨污水/天，其中经二级处理的只有16.25万吨污水/天。）,绪 论,9,（一）按处理程度分（传统分类法）一级处理去除污水中的悬浮固体，BOD去除率30左右，SS去除90，不能直接排放。一级处理包括1格栅由一组平行的金属栅条制成，用来截阻大块的悬浮状态物质。2沉淀水中的可沉物质在重力作用下沉淀。3浮选把空气通入污水中，以微小气泡析出，小气泡粘附水中的固体颗粒随气泡一同浮至水面，形成泡沫去除。4油去除利用油的比重小于1的性质，使含油污水停留一定时间，油珠上浮去除。5均衡工业污水排放量与水质随时间不同，需进行储存调节，使其均衡。6中和利用酸和碱作用生成盐和水。,一、污水处理的基本方法,10,二级处理大幅度去除污水中的胶体和溶解状态的有机物（BOD）去除率达9599，处理后水中BOD为1020mg/L.二级处理包括1活性污泥法由大量的微生物群体构成具有活性，容易沉淀的胶体污泥为主体。2生物膜法在污水流经的固体表面生长一层生物膜，生物膜上的微生物氧化污水中的BOD。3氧化塘污水在池塘内停留3060天，靠水中溶解氧和微生物作用降解BOD。（80年代提倡，现在不提倡）4污水灌溉通过土壤表层土的截留，土壤中微生物的分解氧化，物理吸收使污水净化。（沈抚污水灌溉区；浇灌水稻）5厌氧处理在无氧的条件下，靠兼性菌及专性厌氧菌降低有机物。,一、污水处理的基本方法,11,三级处理进一步去除二级处理不能去除的有机物，氮、磷、处理后BOD在5-10mg/L，可以回用。三级处理包括1微滤使污水通过多孔介质，截留水中的悬浮物。2混凝向水中投加混凝剂，降低污水浊度、色度、高分子有机物、重金属。3氧化还原利用氧化还原反应使污水中有害的物质转变成无害物质。4吸附利用固体物质表面的吸附能力，吸附水中一些有害的物质。5萃取利用传质原理，当溶剂与污水接触时，溶质在污水中重新分配，转移到溶剂中。6渗析通过一种半透膜，将溶质从浓度高的一侧通过膜扩散到浓度低的一侧。7反渗透在膜的两侧施加压力，使压力高一侧的溶液透过流到压力低的一侧。,一、污水处理的基本方法,12,（二）按作用原理分1物理处理法利用物理作用去除污水中固体和胶体的污染物。筛滤、沉淀、浮选、过滤、反渗透2化学处理法利用化学反应的作用去除污水中有害物质。中和、混凝、氧化还原、萃取、吸附3生物处理法利用微生物的代谢作用使污水中有机物分解。活性污泥、生物膜、氧化塘、污水灌溉、厌氧处理,一、污水处理的基本方法,13,二、工业污水的水质特征,工业污水水质复杂，不能用单一流程处理 1主要有害物质,14,1.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,三、工业污水处理途径,15,四、工业污水处理原则,1革新工艺、减少排污量 2考虑回收利用 3从全局出发，对污水妥善处理 4采取先进技术，经济合理,16,五、城市污水与工业污水处理区别,1城市污水中主要为BOD、COD，可采用生物处理方法 沉淀生物处理泥水分离排放 2工业污水需不同污水采取不同方法,17,第一节 均和调节,工业企业的污水量一日内多变，24小时的流量不同，污水处理流程要求水量水质不变，需均和调节。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。,18,二、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，但动力费用高，运行费用高。（可以用提升泵作为回流泵）2空气搅拌 混合完全，有预曝气作用，但有害物质和有害气体随曝气进入大气。（可利用曝气池的鼓风机引入空气管）3机械搅拌 混合较好，运行费用低，但易腐蚀需维护。（需增加搅拌设备，水量多，需要设备数量也多。适合于小水量情况）4.穿孔倒流槽水质调节（现已不用）只能调节水质，不能调节水量。,19,20,1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,三、容积计算,21,三、容积计算,2污水流量变化不是周期性，采用试算法。（误差大）（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,22,第二节 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。,23,离心力计算,1计算离心场中，颗粒受到离心力 F 的大小:kgm、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。,24,离心力计算,颗粒在水中受到的重力 g重力加速度。离心力与重力之比的值取 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。分析：1）当 r1.0m 时，n500转分，280 当 r1.0m 时，n1800转分，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，净化效果，可除的颗粒直径d。,25,2举例,（离心分离不适用于某些水质：当水中杂质与水的比重相差不大时，m-m0会很小，使得F值也会很小。）悬浮颗粒在静水中的沉速悬浮颗粒在静水中的离心分离速度去除颗粒的直径一定时，离心场 vu，沉淀速度大得多。（离心分离沉淀效果不仅与有关，还与m-m0有关，所以不用于给水处理和生活污水的处理，因为m-m0太小。）,26,二、离心分离设备,根据离心力产生的方式可分为：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：离心机（工程中不常用，水量大、设备大）,27,1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的圆筒，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：水流的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：此段的水平速度为零，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。,二、离心分离设备,28,2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离心机在第六章内讲,二、离心分离设备,29,第三节 除油,1含油污水的产生 来源为石油开采炼制、石油化工、钢铁、焦化、煤气发生站、机械加工等工业企业。由于机械剪切，水力冲刷，表面杂质，跑冒滴漏。2特征及污染程度（1）特征：污水中的油比重小于1，可以自然上浮水面 可浮油污水在静置或流动时，借助油珠与水比重差上浮至水面分离，含量 7085，直径60100（微米），易浮于水面，形成油膜或油层。乳化油呈乳化状态浮于水中，不能上浮，含量1520，直径 518，油珠成为稳定的乳化液。溶解油溶解于污水中，一般 污水中 515mg/L。,30,第三节 除油,（2）污染程度：形成一层分子膜，污染水质 水中溶解氧 O2 含量下降 生成CO2、形成H2CO3、PH、浊度（微生物降解油时产生）不能灌溉，农业灌溉要求含油量 50ppm 不能生物处理，生物处理要求含油量 3050ppm。,31,二、除油池计算,1除油池构造（1）平流式除油池 污水从池一端流入，从另一端流出，比重小于1的浮油上浮，水面设集油管，可去除油珠不低于 100150。,32,（2）斜板式除油池 根据浅池理论，池内设斜板，间距 2050mm，水流向下流 动，油珠向上浮动，异向分离，泥渣滑向池底，可去除 60油珠，停留时间短。,33,2除油池的计算理论基础：最小油珠上浮速度用斯笃克士公式：u静止水中，直径d油珠的上浮速度，分别为水、油珠的密度，d上浮最小油珠，粘滞系数g重力加速度。,二、除油池计算,34,（1）按油珠上浮速度计算（较准确）,除油池面积 A表面积、Q流量、u上浮速度、修正系数 过流断面 U水平流速 池长（否则会出现断流、异重流的现象）H池水深,35,（2）按污水停留时间计算（计算方便）,除油池容积 t停留时间（小时）过水断面 池格数 b格宽、h水深 长度 L3.6 v t,36,三、污水中乳化油粗粒化附聚法,自然上浮只能去除可浮油，而仍有许多乳化油也要去除，需用其它方法。1乳化油的产生 油水强烈搅拌产生机械剪切力，油珠变小，粘附一些亲水物质，形成双电层 稳定态。2乳化油性质 微小性，乳化油粒径微小，具有布朗运动，静电斥力，微粒表面水化作用。亲水性，乳化油属于疏水物质，但表面粘附亲水物质而呈现亲水性，稳定存在于污水中。带电性，乳化油直径 110微米，电位 40100毫伏，带负电，可以长期保持稳定，在静电斥力作用下不会聚合，稳定存在污水中。,37,电位的测定,电位可以用电泳方法测定，计算公式：u油珠上浮速度D介电常数E电位梯度 粘度,38,3乳化油去除方法,1）气浮法 气浮法在气浮的章节中讲 2）粗粒化法附聚法使污水流经滤床，乳化油被粘附在滤料表面，并逐渐形成大油珠上浮。粗粒化法材料：以石英砂为例 石英砂在锐角处，分子间力较强，先吸附小油珠，小油珠持续吸附，逐渐形成一层油膜，布满石英砂表面，形成大油珠上浮。,39,油珠附聚力计算,根据动力学公式，油珠附聚力 F 大小计算如下：设污水为1，油珠为2、石英砂为3：（当油珠包围石英砂时，r3r2，23-0,13=21 水和砂的表面张力被水和油的表面张力代替了）分析：1油珠直径越大r2，油水表面张力越大，附聚力越大F，越容易附聚。2提高水中含盐量，压缩电位，使表面力增大，有利附聚，3由于油珠普遍带负电，油珠进一步稳定，不利附聚。4表面活性物增多，油珠由疏水转变亲水，不利附聚,40,第四节 过滤,过滤是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。,41,一、滤网,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。筛网通常用金属丝或化学纤维编制而成。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。筛孔尺寸可根据需要，一般为0.151.0mm。常用旋转式滤网，污水从外侧流入内侧，悬浮物被截留，然后用刮刀刮下运走。优：效率高，可回收有用的物质。缺：易堵塞。,42,43,二、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。,44,第四节 过滤,过滤是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。,45,一、滤网,滤网污水中含有的细小悬浮物，不能用格栅去除，也难用沉淀去除，可采用小孔眼的滤网截留，回收。筛网通常用金属丝或化学纤维编制而成。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。筛孔尺寸可根据需要，一般为0.151.0mm。常用旋转式滤网，污水从外侧流入内侧，悬浮物被截留，然后用刮刀刮下运走。优：效率高，可回收有用的物质。缺：易堵塞。,46,二、滤池,滤池去除微量悬浮物，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。,47,2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。,二、滤池,48,3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：滤料粒径大，强度高，耐腐蚀，成本低。抗冲击性负荷，出现双层滤料。运行周期长。运行方式分为正向流和反向流。4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。,二、滤池,49,5电化学滤料滤池 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。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：,二、滤池,50,阳极：2Fe2Fe2+4e 阴极：4H+4e 2H2(酸性溶液)O2+2H2O+4e 4OH-（中性溶液或碱性溶液）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。,二、滤池,51,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。例如，将铁屑和碳粒浸没在电位为30 mv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510-3cm/s的分离速度，从理论上计算20s就完成沉积过程。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。,二、滤池,52,三、微滤机,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100，悬浮物去除率7590，滤后水中悬浮物小于5mg/L。,53,第五节 中和,定义：酸和碱反应生成盐和水称为中和反应,54,一、酸碱污水的产生,1酸性污水化工厂、化纤厂、电镀厂，金属加工厂等酸性污水PH14，腐蚀性强，改变水体的PH值，影响水生植物。2碱性污水印染厂、造纸厂、炼油厂的碱性污水PH1014，腐蚀危害小于酸性水，影响水生植物。酸碱污水在浓度高时3%5以上，应考虑回收和综合利用，制造硫酸亚铁、硫酸铁、在浓度不高时方可采用处理的方法。,55,二、中和剂,1酸性污水的中和剂 苏打 NaCO3和苛性钠NaOH具有组成均匀，易于贮存，反应迅速，易溶于水，但价格较高。石灰 Ca(OH)2 来源广泛，价格便宜。（但产生杂质多，浮渣多，难处理，一般用于水量较小的水厂）石灰石 CaCO3，白云石 CaCO3MgCO3是开发的石料，在产地价格便宜，可以作为一种中和材料，主要用于滤床使用。2碱性污水的中和剂硫酸、盐酸、烟道气（含CO2,SO2)。,56,三、中和方法分类,1酸碱污水相互中和法 电镀厂的酸性污水和印染厂的碱性污水相互混合，达到中和目的。根据化学反应等当量原理，Q1C1=Q2C2 计算污水中酸碱的含量及污水量，使酸碱污水等当量混合，达到等当量中和并略偏于碱性。,57,2药剂中和法 用碱性、酸性物质为中和剂处理，常采用石灰处理酸性污水，石灰还是混凝剂，可凝聚水中的杂质，对于含杂质多的酸性污水有利。当污水中含有重金属离子时，加入石灰，碱性增大使水中重金属离子积大于溶度积产生沉淀。,三、中和方法分类,58,药剂中和在混合池中进行，其后需设沉淀池和污泥干化，污水在混合反应池停留时间 5分钟（给水反应池的停留时间是8-10分钟），在沉淀池停留时间 12小时，污泥是污水的体积 2%5，污泥需脱水干化。干投法用机械将药剂粉碎，直径0.5mm，然后直接投入水中。湿投法将药剂溶解成液体，用计量设备控制投加量，可节省药剂。,三、中和方法分类,59,3过滤中和法（多用于原料所在地）使污水流经具有中和能力的滤池，例如石灰石、白云石、大理石等，产生中和作用。石灰石与硫酸反应 白云石与硫酸反应 白云石中含有，可生成溶解度较大的 不会造成反应中滤池的堵塞，产生的 是石灰石中和产生的50，影响小一些，可以适当提高进水硫酸浓度。,CaSO4,三、中和方法分类,60,计算：石灰石与硫酸反应生成硫酸钙。98 100 136 18 生成硫酸钙微溶于水，18时溶解度为1.6g/L，采用石灰石能中和硫酸浓度为：1.6:136x:98 x=1.15g/L 分析：1）当进水硫酸浓度大于1.15g/L，中和反应生成的CaSO4浓度大于1.6g/L，超过浓度积，会析出CaSO4沉淀。2）由于存在盐效应的过饱和现象，一般进水的硫酸浓度可提高到。3）应用中要注意进水的硫酸浓度，不使滤池堵塞。,三、中和方法分类,61,4碱性污水中和处理 常用于酸性污水中和，或者采用投酸中和和烟道气中和碱性污水，碱性污水中和处理需具备采用方法的条件，投加酸中和方法简单，但是费用过高，烟道气体中和方便实用。烟道气中含有CO2和SO2，溶于水中形成H2CO3和H2SO4，使碱性污水被中和，烟道气体中和的方法有：1）将碱性污水作为湿法除尘的喷淋水。（给排水，暖通交叉）2）使烟道气通入碱性污水鼓泡中和。,三、中和方法分类,62,第六节 化学沉淀,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。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。m、n分别表示离子Mn+、Nm-的系数。根据质量作用原理，溶度积常数可表示为LMmNn,63,溶度积常数LMmNn的影响因素：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，则反应向相反方向进行，沉淀溶解，甚至不发生沉淀。应用：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MmNn从污水中沉淀折出，降低 Mm+浓度。,化学沉淀,64,一、氢氧化物沉淀法,金属氢氧化物的溶解与污水的PH值关系很大。M(OH)n表示金属的氢氧化物，Mm+表示金属离子。则电离方程式其溶度积为同时水发生电离 水的离子积为,65,代入上式 将上式取对数 将重金属离子的溶解度与PH值关系绘成曲线，从曲线中可以得到，重金属离子的浓度值。应用采用氢氧化法处理污水，PH值是一个重要因素，处理污水中的 Fe2+离子时，PH值大于 9则可完全沉淀，而处理污水中AL3离子时，PH值严格为 5.5，否则AL(OH)3沉淀物又会溶解。,一、氢氧化物沉淀法,66,二、硫化物沉淀法,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。电离常数,67,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，则上式由上式可知，金属离子在水中溶解度与 LMS和 PH值有关,二、硫化物沉淀法,68,三、钡盐沉淀法,在处理含铬污水时，可用钡盐为沉淀剂，以碳酸钡为例，它与污水中铬酸进行反应，生成难溶的铬酸钡。碳酸钡是难溶的物质，但铬酸钡的溶度积更小一些，更难溶于水，象这样一种沉淀转化为另一种沉淀的过程为沉淀的转移。,69,四、分析,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。,70,第七节 混凝,1、原理：向污水中投入电解质，压缩杂质双电层，降低或消除电位，杂质相互聚结沉淀。2、材料：石灰、碳酸铝、硫酸亚铁、三氯化铁、聚合铝,71,一、混凝机理,1双电层机理利用电解质压缩双电层，降低电位，消除静电排斥能峰，使胶体脱稳聚和。2吸附架桥机理利用高分子的吸附架桥能力，将杂质吸附，形成大絮体下沉。,72,二、混凝种类,1化学混凝利用正电荷的电解质，压缩污水中负电粒子的双电层，当大量正电荷进入胶粒的双电层内，使双电层变薄，电位减小，胶粒不带电，可以相互聚和下沉。2物理混凝混凝经水解形成高聚物，大颗粒高聚物对杂质胶体有强烈的吸附能力，可吸附一定距离内的胶体共同下沉。（1）？自身混凝高聚物大颗粒可在其作用空间内吸附胶体一同下沉。有效作用空间：有效作用空间的条件：(1)Rr(2)rR(3)A=r+R时吸附最佳。,73,二、混凝种类,（2）增浓聚沉向污水中投入一些大颗粒杂质，使浓度增大，可沉淀的大颗粒吸附小颗粒迅速下沉。应用：竖流式沉淀池增加污泥层的浓度达到增浓聚沉。水力澄清池加入细泥沙增加泥沙浓度达到增浓聚沉。3生物混凝 利用微生物的吸附絮凝作用，吸附胶体颗粒一同下沉，活性污泥回流污泥达到吸附絮凝作用。回流污泥目的：1 接种，使生物种类多样 2 预絮凝和生物混凝作用,74,三、混凝处理法在污水中的应用,通过混凝可去除污水的浊度、色度、各种高分子化合物，重金属离子等，常与其它方法一同使用。混凝法只能去除胶体和悬浮物，不能去除溶解性物质，影响混凝的因素很多，混凝剂的种类，浓度等需要用试验确定。混凝的应用：1 预处理（SS可从2万降至5000）2 深度处理（已推广，由张杰院士提出，COD去除率为50%-60%）,75,76,第 八 节 气 浮,一、气浮处理的理论基础 将空气通入水中，并以微小气泡析出，使水中固体杂质粘附气泡一同上浮至水面分离。1气浮流程 气污水气粒吸附泡沫分解含油污水中的油可通过 1隔油池 2粗粒化 3气浮 来去除,77,2气浮条件,2、气浮条件 去除比重近于1，直径60悬浮物（大于60的可下沉）气粒吸附属物理吸附。吸附放热，低温吸附效果较好极性相同，吸附效果较好（气泡是疏水性物质，即非极性）物理性质相同，吸附效果较好。吸附对象吸附疏水性物质疏水性物质难为水润湿的物质，可以直接吸附。亲水性物质容易被水润湿的物质，需要转为疏水性物质。表面活性剂可以 疏水亲水相互转移 表面活性剂由极性非极性分子组成，分子一端呈亲水性，另一端呈疏水性，也叫二亲分子。a.表面活性剂对于亲水性物质有利，亲水性物质转为疏水性。b.表面活性剂对于疏水性物质不利，疏水性物质转为亲水性。,78,二、水中气、粒的粘附着力计算,在液、气、粒三相表面上，产生的表面力不同，其粘附着力也不同。1表面能 液体表面分子与内部分子受到的分子引力不同，表面分子所受到的力不平衡，该力把表面分子拉向液体内部，力图缩小表面积，减少表面能。2表面能的物理现象 表面能力图使自由表面积最小，从而表面能最小。液体内部分子引力使液体呈球状，减少表面积，避免展开。,79,3表面能大小计算,设液、气、固三相分别为1、2、3，表示表面能 则 液固，液气，气固分别用、表示根据热力学已知：界面能表面能界面面积 s界面面积（cm2），取单位面积为 1进行计算颗粒和气泡粘附前其表面能之和（米格厘米）颗粒和气泡粘附后其表面能（米格厘米）吸附前后界面能减少值为,80,根据图解，代入上式：接触角 分析：1）W越大，吸附越容易进行。2）当接触角 0时，1，1 0，气固不易吸附。3）当接触角 180时，1，1 2，气固易吸附。4）接触角可判断物质被水润湿的性质，90为亲水性物质，不容易吸附，90为疏水性物质，容易吸附。,3表面能大小计算,81,4气泡的稳定性,1）加入表面活性剂使气泡壁变厚，防止破碎。（外包一层水摸）2）加入表面活性剂使液体表面蒸发量减少，浮渣稳定。（吸附水膜变厚，减少蒸发量）3）根据气泡与内压的关系式：r气泡半径、水气的表面张力、P气泡的内压力。当气泡内压一定时，水的表面张力越大，气泡直径越大；当气量一定时，气泡直径，表面积，不易吸附。气泡大小应一致，否则小气泡内压大，大气泡内压小，小气泡易进入大气泡合并。4）气泡越小越密集，效果越好。,82,5混凝剂与表面活性剂的影响,1）混凝剂Al2(SO4)3，FeCl3，Fe2(SO4)3，可吸附水中固体使其凝聚，压缩双电层，相互聚合，生成一些大的絮凝体。2）表面活性剂两亲分子，对亲水性物质有利，对疏水性物质不利。投量，气液界面张力，泡沫稳定。投量，疏水杂质严重乳化，影响吸附。投量，使气固吸附牢固。,83,三、气浮的方法，系统及计算,将产生气泡的方法分为布气气浮，溶气气浮，电气浮。1布气气浮利用机械剪切力，将混于水中的空气粉碎成细小的气泡。（第一代气浮）1）水泵吸水管吸入气浮 设备简单，但会破坏水泵工作特性。吸入空气不能过多，不大于吸水量10。2）射流气浮（需水泵扬程大，耗电量高，已淘汰）采用吸水带气的射流器，向污水中吸入空气进行气浮。3）扩散板气浮（停止曝气时易堵，主要应用于给水，污水中已淘汰）压缩空气通过具有微细孔隙的扩散板，使空气以细小气泡形式逸出，进行气浮。4）叶轮气浮 电动机带动叶轮高速旋转，空气进入水中被叶轮打碎成为细小气泡。,84,2溶气气浮（第二代气浮）,空气在一定压力下，溶解于水中，并达到过饱和状态，然后突然减压，溶解于水中的空气以微小形状从水中折出，进行气浮。1）加压溶气气体 工作特征 污水由水泵加压34压力，在压力管上进入压缩空气，水气混合体在溶气罐内停留一定时间进行溶气，然后经减压阀进入气浮池气浮。工艺流程 常用的加压溶气有：全加压溶气，部分加压溶气和部分回流加压溶气。2）溶气真空气浮 气浮池在负压下工作，空气在常压下和加压下溶于水中，溶于水中的空气在负压下过饱和，大量空气会折出形成气泡上浮。（但浮渣不能出来，出水必须靠水泵抽，且不易检修）,85,86,3电气浮,将含有电解质的污水作为电解介质通入直流电进行电解，可同时发生三种效应，电解氧化，电解混凝和电解气浮，当选用不溶性电极可充分发挥电解气浮效应。,87,第九节 吸附,在相界面上，物质的浓度自动发生累积或浓集的现象称为吸附。吸附就是利用多孔性的固体物质，使废水中的一种或多种物质被吸附在固体表面而去除的方法。,88,一、产生吸附的原因,1物理吸附 吸附剂和吸附质之间通过分子间力产生的吸附称为物理吸附。物理吸附可形成单分子吸附层或多分子吸附层。被吸附的分子由于热运动还会离开吸附剂表面，这种现象称为解吸，它是吸附的逆过程。（可逆的，是一种动态平衡）2化学吸附（成本高，基本不用）化学吸附是吸附剂和吸附质之间由于化学键力引起的化学作用，一种吸附剂只能对某几种吸附质发生化学吸附，因此化学吸附具有选择性，不可逆性。3离子吸附（使用也不多）互相交换离子的吸附，依靠静电引力牢固吸附。,89,二、吸附等温线,1吸附平衡 吸附过程是可逆的，当吸附速度和解吸速度相等时，则吸附质在溶液中的浓度和吸附剂表面上的浓度都不改变而达到平衡，此时吸附质在溶液中的浓度称为平衡浓度。吸附剂吸附能力的大小以吸附量q表示，指单位重量的吸附剂所吸附的吸附质的重量。q=V(CoC)/W式中 V废水容积；W吸附剂投量；Co原水吸附质浓度；C吸附平衡时水中剩余的吸附质浓度。,90,2吸附等温式,(1)朗谬尔公式 朗谬尔公式是从动力学观点出发，通过一些假设条件而推导出来的单分子吸附公式。式中q吸附量 C吸附质平衡浓度 a、b吸附常数。将上式改为倒数式，即：,91,(2)费兰德利希公式 q=K C1/n 式中q吸附量；C吸附质平衡浓度；K、1/n常数。将上式改写为对数式：,2吸附等温式,92,三、吸附速度,吸附速度是指单位重量的吸附剂在单位时间内所吸附的物质 量。吸附过程可分为3个阶段。第一阶段为外部扩散阶段。在吸附剂周围存在着一层固定的水膜。吸附质首先通过这个水膜才能到达吸附剂的表面，所以吸附速度与液膜扩散速度有关。第二阶段称为颗粒内部扩散阶段。经水膜扩散到吸附剂表面的吸附质向细孔深处扩散。第三阶段称为吸附反应阶段。吸附质被吸在细孔的内表面上。,93,四、影响吸附的因素,1吸附剂的性质 一般是极性分子吸附剂易吸附极性分子吸附质，非极性分子吸附剂易于吸附非极性吸附质。（处理污水是常用非极性吸附剂-活性炭）2吸附质的性质 吸附质的溶解度，表面自由能，极性，吸附质分子的大小，吸附质的浓度有关 3废水的pH值 废水的pH值影响吸附剂及吸附质的性质。4共存物质 物理吸附时吸附剂可吸附多种吸附质。一般共存多种吸附质时，吸附剂对某种吸附质的吸附能力比只含该种吸附质时的吸附能力差。5温度 因为物理吸附过程是放热过程，温度升高吸附量减少，反之吸附量增加。6接触时间 在进行吸附时，应保证吸附质与吸附剂有一定的接触时间，使吸附接近平衡，充分利用吸附能力。,94,五、吸附操作方式,1静态吸附 在废水不流动的条件下，进行的吸附操作称为静态吸附操作，静态吸附在废水处理中采用较少。2动态吸附 动态吸附是在废水流动条件下进行的吸附操作。当废水连续通过填充吸附剂的吸附设备时，废水中的吸附质便被吸附剂吸附，从吸附设备流出的废水中吸附质的浓度可以降低，吸附剂使用一段时间后，出水中的吸附质的浓度逐渐增加，当增加到某一数值时，将吸附剂进行再生。,95,3穿透曲线,向固定床连续地通人废水，发现有的填充层正在发生吸附作用，呈现明显的吸附带，在这段下部的填充层几乎没有发生吸咐作用，在其上部的填充层由于已达到饱和状态，不再起吸附作用。当有明显的吸附带时，吸附带随废水的不断流人而缓缓地向下移动。吸附带的移动速度比废水在填充层内流动的线速度要小的多。当吸附带下缘移到填充层下端时，从装置中流出的废水中便开始出现吸附质。以后继续通水，出水中吸附质的浓度将迅速增加，直到等于原水的浓度C0时为止。,96,六、吸附剂,废水处理中常用的吸附剂有活性炭，磺化煤、沸石、活性白土、硅藻土、焦炭等。工程中使用较多的是活性炭，活性炭的比表面积可达5001700m2g。,97,第十节 氧化还原,原理 还原剂Fe=Fe2+氧化剂+2e 在氧化还原反应中，参加化学反应的原子或离子都有电子得失，引起化合价升高或降低，失去电子过程叫氧化，得到电子过程叫还原，失去电子的物质为还原剂，得到电子的物质为氧化剂。,98,一、能斯特方程式,氧化剂和还原剂的强弱可以用电极电位来衡量，电极电位越高，其氧化态的氧化能力越强，电极电位越低，其还原态的还原能力越强，因此，作为氧化剂可以氧化电极电位低的还原剂，而还原剂可以还原电极电位高的氧化剂。氧化还原的电极电位可以用能斯特方程式计算E电极电位 E0标准电极电位 氧化态的活度 还原态的活度R气体常数 T绝对温度N电子转移数 F法拉第常数,99,二、氧化还原反应的方向,氧化还原反应可用电极电位的高低判断，电极电位高的氧化态可以和电极电位低的还原态反应。由于氧化剂和还原剂的浓度，溶液的PH值，生成的沉淀物，生成的络合物等都影响电极电位值，也影响反应的方向。,100,1浓度对反应方向的影响 电极电位相差不大时，改变氧化剂和还原剂的浓度，可改变氧化还原反应方向。ao、aR变化，E变化 2溶液PH值的影响 氧化还原反应有H+或OH参加，因此PH值的变化可影响电极电位的大小，影响反应方向。H+变化，ao、aR变化，E变化 3形成络合物的影响 在氧化还原反应时，加入一种可与氧化剂或还原剂形成稳定络合物的络合剂，也会改变电极电位，影响反应的方向。ao、aR变化，E变化 4生成沉淀物的影响 当加入一种与氧化剂或还原剂形成沉淀物的沉淀剂时，会改变电极电位，影响反应的方向。,二、氧化还原反应的方向,101,三、氧化法处理污水,1碱性氯化法处理含氰污水 含氰污水产生于电镀厂、化工厂，污水中含有氰基CN-1的氰化物，氰化物易溶于水，离解的氰离子为剧毒品。1）处理方法：硫酸亚铁石灰法亚铁离子氧化氰离子，在碱性条件下沉淀 电解法一电解氧化氰离子 吹脱法空气中的氧氧化氰离子 生化法采用微生物的活动分解氧化氰离子。,102,1碱性氯化法处理含氰污水,