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1、工业污水复习 第一章 气浮 1-1 气浮的理论 一.概念 气浮从液体中分离固体或者液体颗粒的单元操作。 气浮操作过程：在污水中通入空气，产生微细而均匀 的气泡，使水中细小的悬浮物粘附于空气泡上，随气 泡一起上浮到水面形成浮渣，从而使污水得到净化。 说明：气浮不是靠颗粒的大小和密度，而是靠颗粒 的界面特性。 气浮是一个涉及气、液、固三相界面的表 面过程。 密度超过液体密度的颗粒，也能靠气浮分 离出来。 二.气泡与悬浮物粘附条件 1.表面张力、表面能和接触角 表面张力：这种力力图使表面拉紧收缩。方向一 般与两相接触表面相切，其单位是达因/厘米， 用表示 表面能：从能量的观点来说，处于表面的分子拥
2、有剩余的能量，可称为自由能，用W表示， s界面面积 根据热力学原理：任一体系的总自由能都有自 动趋向最小值的趋势。 表面张力和表面能都表示表面自动缩小的趋 势大小。 接触角：某种固体被水润湿的程度用接触角表示。 接触角：在气、液、固三相的交界点处， 气液和固液界面之间所形成夹角叫接 触角。 当 ，即称为具有亲水性物质，亲水 固体是可以被水润湿的。 当时 ，这种固体称为疏水性物质， 疏水性物质是不可被水润湿的。 90 90 2.气泡与固体颗粒粘附条件 1）影响气固粘附因素：气泡与颗粒尺寸，固体颗粒的 润湿性。气泡与水中固体颗粒的粘附直接与润湿作用 有关，固体的亲水性越强，也就是说，越易润湿，则
3、越难气泡粘附，反之，固体的疏水性越强，越难湿润， 就易于同气泡粘附。 2）对于疏水性固体颗粒，用气浮法可直接去除，对 于亲水性颗粒，需加一些浮选剂，使表面性能变亲水 为疏水的，然后由气泡粘附 )cos1 ( gl sw 1-2 气浮设备及其计算 一、气浮方法 在废水处理中采用的起伏法，按水中气 泡产生方法不同可分为：布气气浮，溶 气气浮，电气浮等三类。 1.布气气浮是利用机械剪切力，将混合于 水中的空气粉碎成细小的气泡，以进行 气浮的方法。按粉碎气泡方法的不同， 布气气浮又分为：水泵吸水管吸气气浮， 射流气浮，扩散板曝气气浮以及叶轮气 浮等四种。 2. 溶气气浮是使空气在一定得压力作用下， 溶
4、解于污水中，并达到饱和状态，然后再 突然使污水减到常压，这时溶解于水中空 气，便以微小的气泡的形式从水中逸出， 以进行气浮过程的方法。 1） 根据气泡在水中析出时所处压力的不同， 溶气气浮又可分为：加压溶气气浮和容器 真空气浮两种类型。 加压溶气气浮: I.全部进水加压溶气气浮 II.部分进水加压溶气气浮 III.部分出水回流加压溶气气浮 I类：耗能，混凝剂（加它可提高气浮效 果），溶气罐容积大，SS高，易堵塞释放 器 IIIII类：可节能，节省混凝剂，减少溶气 罐容积。 III类 经过气浮的水加压，可延长溶气罐的 寿命（但气浮池容积较前两者大） IIIII类 可用于去除乳化油，活性污泥浓缩。
5、 3.电气浮：把含有电解质的污水电解，利用 电解过程的氧化还原反应以及由此产生的 微小气泡上浮去除乳化油，金属离子，某 些有机物电气浮设备简单，管理方便，效 果较好，条件是必须含有电解质。 二气浮设备的计算 1.气固比 A/s=减压释放的空气量/进入的固体物总量 参数A/S与出水SS的相关性 A/S=0.0050.06 第二章 吸附 一、基本概念 吸附剂：具有吸附作用的固体物质叫吸附剂。 吸附质：被吸附剂所吸收的物质叫吸附剂。 吸附过程是一个自动发生的表面过程。 二、吸附形式 按吸附作用力，分三种：物理吸附，化学吸附，按吸附作用力，分三种：物理吸附，化学吸附， 交换吸附交换吸附 1.物理吸附：
6、物理吸附： (1)吸附作用力吸附作用力范德华力范德华力 (2)范德华力无固定方向，因此，物理吸附范德华力无固定方向，因此，物理吸附 无选择性无选择性 (3)物理吸附发生在较低温度下，吸附放出物理吸附发生在较低温度下，吸附放出 的热量的热量 (4)有单分子层吸附和多分子层吸附有单分子层吸附和多分子层吸附 (5)可逆，在一定条件下，可解吸（吸附不可逆，在一定条件下，可解吸（吸附不 牢固）牢固） (6)分子架构没有变化（无电子转移，原子分子架构没有变化（无电子转移，原子 重新排列等现象）重新排列等现象） 2.化学吸附 (1)吸附作用力化学键力 (2)有定向性，有选择性（只能在特定的各 原子之间产生）
7、 (3)发生在高温下（吸附能较高）吸附放出 热量大 (4)吸附作用力范围不超过分子大小，只形 成单分子层吸附 (5)可逆性较差（化学键力的强度较大） (6)吸附质与固体表面相互间起化学反应 三、吸附规律（以物理吸附为例）三、吸附规律（以物理吸附为例） （一）基本概念（一）基本概念 1.吸附平衡吸附平衡 吸附平衡是动态平衡，具有如下特点：吸附平衡是动态平衡，具有如下特点： a.速度相等速度相等 b.吸附质在溶液中浓度和吸附剂表面浓度吸附质在溶液中浓度和吸附剂表面浓度 不变，将达到平衡时，吸附质在溶液中浓不变，将达到平衡时，吸附质在溶液中浓 度称平衡浓度。度称平衡浓度。 2.吸附量吸附剂吸附能力的
8、大小用吸附量表示。 指单位重量的吸附剂所吸附的吸附质重量。(g/g)用下式 表示。 式中：v污水体积(l) C0原污水中吸附质浓度(g/l) Ce吸附平衡时废水中剩余的吸附质浓度(g/l) W活性炭重量(g) w ccv q e )( 0 （二）吸附等温式 1）朗谬尔公式（Langmuir公式） 2）费兰德利希经验公式 n ckq 1 e e ca ca 1 4.吸附等温式应用 用于鉴别活性炭的吸附性能好坏（定性或定量）， 是选炭和设计吸附装置的重要依据。（选择吸附 剂和设计吸附设备的重要数据）。 （三）吸附速度 吸附速度指单位重量的吸附剂在单位时间所吸 附的物质量 。 吸附过程分三个阶段：(
9、1)膜扩散阶段，吸附剂 表面有一层静止的溶液薄膜，吸附质从溶液中扩 散到吸附剂表面必须通过这层薄膜。(2)孔扩散阶 段，扩散到吸附剂表面吸附质向吸附剂细孔深处 扩散。(3)吸附反应阶段：吸附质被吸附在细孔内 表面上。 四、影响吸附的因素 （一）吸附剂的性质（种类、比表面积、细孔构造和分布、 表面化学性质、颗粒大小等）。 （二）吸附质性质 1.溶解度：大，难吸附；小，易吸附 在水中，溶解度大小变化：甲酸乙酸丙酸丁酸。 在甲苯中，溶解度大小变化：甲酸乙酸丙酸丁酸 2.分子链长度：有机溶质溶解度随链长的增加而减少，膜扩 散速度随分子量增加而减少，孔扩散由于空间作用也随分 子量增大而减少。 3.极性：
10、溶质优先选择在极性方面最接近它的相。由于活性 炭只微带极性，因此，它选择低级性的吸附质，可利用极 性效应来再生活性炭，活性炭吸附了非极性有机溶质，则 炭可通过与某些非极性溶剂接触而再生 （三）pH值：pH值影响吸附质电离度，活性 炭表面电荷特性，定性地讲，从水中吸附 有机物是随pH减少而增加。 （四）温度：自动进行过程，即表面自由能 减少，放热反应。T增加，吸附程度量减少， 可利用温度不同再生。 （五）接触时间，应保证时间，使吸附接近 平衡，充分利用吸附能力。 五、吸附系统的运转规律（穿透曲线） 通过静态吸附试验，测出不同种类的活 性炭的吸附等温线，从而选择炭型，并可 估算处理每m3水所需的活
11、性炭数量。在此 基础上进行的动态吸附柱试验，确定设计 参数。如炭柱形式及级数，周期，通水倍 数等。 1.随着废水的不断流入，在吸附塔上部会形成一 个吸附带。 2.吸附带随废水的不断流入逐渐下移，故吸附过 程实际上是吸附带下移过程。 3.当吸附带移到吸附塔下部时，出水中开始出现 吸附质，当吸附质浓度达到时，即到达a点，该点 称穿透点，单柱运行到此结束。 4.吸附带继续下移，出水中吸附质浓度迅速增加， 当出水吸附质浓度达到时，即到达b点时，该点称 吸附终点，此时吸附塔吸附能力完全耗竭，对双 柱串联运行吸附系统，第一柱可运行至b点。 六、活性炭的再生 吸附剂本身结构不发生或极少发生变化的 情况下，用
12、某种方法将吸附物质，从吸附 剂的细孔中除去，以达到能够重复利用的 目的。主要有以下几种方法： 1.加热再生法 2.化学氧化再生法 3.药剂再生法 4.生物法 七、吸附塔的设计 t工作时间 h v线速度，空塔速度，m/h h炭层高度 m C0进水吸附质浓度 kg/m3 Ce出水吸附质允许浓度 kg/m3 k速度系数 N0吸附容量，即达到饱和吸附剂的吸附量 (kg/m3) ) 1ln( 1 0 00 0 e c c kc h vc N t 计算题类型： 1.吸附柱的处理系统见图1，废水流量为50L/S，TOC 浓度为350mg/l，要求出水TOC浓度小于3mg/l，活 性炭静态吸附试验符合费兰德力
13、希公式 求每分钟再生活性炭的重量。 2.已知炭床水力负荷率为 12 ， 床深为1.2m，当用它处理ABS时，进水ABS浓度为 10mg/L，穿透浓度为0.5mg/L，试用博哈特亚当 斯参数计算穿透时间。 8 . 0 1 0059. 0cq hmm 23 / 第三章 调节池 一、调节池 1.作用 a.调节水量 b.均和水质 c.贮存事故水 2.设置调节池的两种情况 a.废水水质变化不大，对处理无影响，而只需要在 水量上有所贮存，这时调节池只作为水量调节之 用，贮存盈余，补充短缺，使后续处理设备在运 行时间内能够得到均衡的进水量。 b.水质，水量变化都比较大，则考虑调节水量，又 均和水质。 均和水
14、质措施： .水泵强制循环 .空气搅 .机械搅拌 .穿孔导流槽引水 第四章 中和 酸性废水的中和方法有： 1）利用工厂中的碱性废水或碱性废渣（电石渣、碳 酸钙渣等）进行中和，达到以废制废的目的。 2）投加碱性药剂 3）通过有中和性能的滤料过滤 1.投药中和法： 碱性药剂常用石灰，石灰石等 石灰投加方法可以采用干投或湿投。干 投法要求石灰洁净，干燥，成粒状，投量 大。湿投法是可直接用块石灰，配制成石 灰乳投配。 碱性药剂中和法优点：可以处理任何水 质，任何浓度的酸性废水，当投加石灰时， 氢氧化钙对废水的杂质还具有凝聚作用。 却缺点是劳动卫生条件差，操作管理复杂 等。 2. 过滤中和法 优点：操作管
15、理简单，出水PH值较稳定， 不影响环境卫生，沉渣少。缺点：进水 H2SO4浓度受限制，注意处理酸性废水的构 筑物应采取防腐措施。 第五章 化学沉淀 1.分类 根据使用的沉淀剂不同，化学沉淀法可分 为以下三类: （1）氢氧化物沉淀法或石灰法 （2）硫化物沉淀法 （3）钡盐沉淀法 2.氢氧化物沉淀法： 由上式知，它为一直线方程，直线斜率为-n，见 P433，图12-9，对同一价数的金属氢氧化物，它 们的斜率相等，为平行线；价数越高，直线越陡， 表明Mn+离子浓度随pH值的变化比价数低的要大 lglglglg 2)( HnknLM OHnOHM n nPHX nPHnPkPL OHnOHM 2)(
16、对于具有两性的金属离子，离子浓度与PH关系在 图上呈V字形，pH是一个重要因素。例如处理含 锌废水时，投加石灰控制pH值，在9-11范围内。 3.硫化物沉淀法常用沉淀剂有H2S，Na2S，K2S等， 处理费用高，硫化物沉淀困难，常投加凝聚剂加 强去除效果，有时作为氢氧化物沉淀法补充法。 4.钡盐沉淀法 这种方法主要用于处理含六价铬的废水，采用沉 淀剂有BaCO3，BaCl2， Ba(NO3)2，Ba(OH)2等。 计算题： 某含Cu2+工业废水,拟用NaOH，沉淀法处理， 试计算当出水Cu2+不大于0.064mg/l，时， 投加NaOH后pH的理论值（不考虑NaOH过 量投加，按化学计量考虑）
17、。知Cu(OH)2溶 度积常数pKs=20，Cu原子量为64。 第六章 工业废水的生物处理 6-1 工业废水的可生化性 一、工业废水可生化性评价方法 1.水质标准法 2. 微生物好氧速度法 3.脱氢酶活性法 6-2 污泥的厌氧消化 厌氧消化法：在无氧的条件下，由兼 性菌及专性厌氧细菌降解有机物，最终产物 是CO2和CH4（污泥气，消化气），使污泥得 到稳定。所以也称污泥生物稳定过程。 一、厌氧消化机理 第一阶段，在水解与发酵细菌作用下，使碳 水化合物，蛋白质与脂肪水解，发酵转化成 单糖，氨基酸，脂肪酸，甘油和CO2，氢等。 第二阶段，在产氢产乙酸细菌作用下，把 第一阶段产物转化成氢，二氧化碳和
18、乙酸。 第三阶段：通过两组生理上不同的产甲烷 菌作用，一组把H2和CO2转化CH4，另一组 对乙酸脱羧产生甲烷 。 6-3 工业废水的厌氧生物处理 一、厌氧生物处理技术的优点。 1.应用范围广 2.有机容积负荷率高 3.污泥产量低，沉降性能好 4.动力消耗低 5.营养盐需要量少 6.对水温适宜范围广 7.被降解有机物种类多 二、厌氧生物处理工艺二、厌氧生物处理工艺 1厌氧接触工艺厌氧接触工艺 2厌氧生物滤池厌氧生物滤池 3厌氧膨胀床和厌氧流化床厌氧膨胀床和厌氧流化床 4升流式厌氧污泥床升流式厌氧污泥床 5厌氧折流板反应器厌氧折流板反应器 6膨胀颗粒污泥床反应器膨胀颗粒污泥床反应器 7. 两相厌
19、氧消化工艺两相厌氧消化工艺 含高浓度硫酸盐的有机废水处理采用两相 厌氧法。 原因：a：硫酸盐还原菌和产甲烷菌之间竞 争底物，废水中有机物一部分消耗于硫酸 盐还而不能转化为甲烷，因此甲烷转化率 下降。 b：废水和沼气中的硫化物引起腐蚀和臭味， 为此投资或维修费用会增加。 c：硫化物对包括产甲烷菌，产酸菌与硫酸 盐还原菌在内的厌氧菌有毒。 三、高浓度有机废水处理方法的选择 （1）测定BOD5/COD比值 COD浓度 a、如果COD浓度高，BOD5/COD高， 例如味精废水，啤酒废水可采用厌氧+好 氧工艺。 b、COD浓度高 ，BOD5/COD低 先驯化污泥，观察BOD5/COD是否提高。 如果提高
20、，可采用水解酸化+好氧或水解酸 化+厌氧+好氧 （2）分析水中是否有对厌氧菌有抑制作用的因素 例如SO42-难降解物质 木素 单宁等。 如果有，可采用预脱毒工艺 例如稀释 但是如果SO42-高，COD高，可采用两相厌氧法。 （3）水质、水量是否恒定，如变化大，可设调节池。 （4）考虑水质中其他的去除，例如油类 细小纤维 采用气浮、隔油等方法。 说明：淀粉废水，食品发酵行业的一些废水可生 化性比较好， COD比较高，一般采用A/O工艺。 厌氧 DO0 无NOX- 缺氧 DO0 有NOX- 第七章 反渗透 1.渗透压计算 2.原理： 由于两种溶液的化学势不同，因此就使稀 溶液的水分子自发通过膜而渗
21、流入浓溶液 中，形成两种溶液液面高度差，这个高度 就使两种溶液的渗透压差。如果我们需要 把浓溶液增稠，就需在浓溶液表面增加P， 让P大于两种溶液的渗透压差，这样浓溶液 中水分子就通过膜扩散进入稀溶液中。 第八章 超滤超滤的浓差极化 浓差极化： 在超滤工艺中，由于高分子的低扩散性和 水的高渗透性，溶质会在膜表面积聚并形 成从膜面到主体溶液之间的浓度梯度，这 种现象称浓差极化。 影响超滤的因素 1.超滤膜通量 1）料液流速 流体系中位1-3m/s，层流中小于1m/s，料 液流速大， 可防止浓差极化，提高设备处 理能力，但增加压力 2）温度 应在膜设备和处理物质允许最高温度下 进行，高温可减少料液粘
22、度，提高透过通 量。 膜生物反应器根据膜组件位置分为：分置式， 一体式。 分置式：运行稳定可靠，易于清洗，更换或 设置膜组件，但需循环泵提供较大膜面流 速，动力消耗大。分置式以管式，平板式 较多。 一体式：将膜组件与生物反应器合并放置， 通过抽真空负压获得出水，动力费用低， 但堵塞后较难清洗，一般只能间歇运行。 一体式以中空纤维式多。 第九章 药剂氧化还原氧化还原 一.药剂氧化法：投加氧化剂氧化废水中有毒物质的方法。 碱性氯化法（含氰废水处理） ：局部氧化法和完全氧化法。 氯氧化氰化物的过程分两个阶段进行：首先是在碱性条件 下氰化物被氧化成毒性和氰化氢差不多的挥发性物质氯化 氰，在pH值为10
23、11时，在10多分钟内可将氯化氰转化 为毒性很小的氰酸根离子，这也称作局部氧化法。第二阶 段是进行完全氧化反应，即进一步投加氯氧化剂，破坏 碳氮键，使其转化为二氧化碳和氮气。完全氧化处理法 工艺条件是：必须在局部氧化处理的基础上，一般pH值 为6.57.0，氧化剂的用量为局部氧化法的1112倍， 药剂应分两次投加。 二.药剂还原法（含铬废水) 投加还原剂还原废水中有毒有害物质。 1)基本原理 Cr6+的存在形式：酸性条件Cr2O72- 碱性条件CrO42- Cr6+-Cr3+-Cr(OH)3 pH3 pH:7-9 2)亚硫酸盐还原法（用Na2SO3、NaHSO3） Cr6+浓度：100-100
24、0mg/L。 常用中和剂：20%NaOH(纯度高，可综合利用） Ca(OH)2（费用低，生成泥量大，难综合利用） 3）硫酸亚铁还原法 Cr6+浓度：50-100mg/L H2Cr2O7+6H2SO4+6FeSO4=Cr2(SO4)3+3Fe2(S O4)3+7H2O Cr2(SO4)3+3Ca(OH)2=2Cr(OH)3+3Ca(SO)4 污泥量大，无回收利用价值。 三、电解 1.电解法概念：电解质溶液在电流的作用下，发生 电化学反应的过程称为电解。利用电解的原理来 处理废水中有毒物质的方法称为电解法。 2.电解法分类 根据有无外加电源，分为：外电解和内电解。 外电解需外加电源。内电解不需外加电源。 3. 装置构造：有回流式和翻转式。