工業(yè)水處理講稿

1、以氫氧化鐵為例，氫氧化鐵是由三氯化鐵水解形成，故水中的主要電解質(zhì)為H＋和Cl-。,FeCl3+3H2O→Fe(OH)3+3HCl,一、膠體的結(jié)構(gòu),2.混凝機理,脫穩(wěn)—膠粒因ζ電位降低或消除，從而失去穩(wěn)定性的過程。凝聚—脫穩(wěn)膠粒相互聚合為較大顆粒的過程稱為凝聚。絮凝—未經(jīng)脫穩(wěn)的膠體也可形成大的顆粒，這種現(xiàn)象稱為絮凝?；炷臋C理：壓縮雙電層、吸附電中和、吸附架橋、沉淀物網(wǎng)捕四種機理。,溶液中離子濃度與擴散層厚度的關(guān)系,,,,溶液中離子

2、濃度低,溶液中離子濃度高,B,A,,,溶液中離子濃度低時，擴散層厚度為OA,溶液中離子濃度高時，擴散層厚度減小為OB,（1）壓縮雙電層機理,（1）壓縮雙電層機理,雙電層的厚度與溶液中的反離子的濃度有關(guān)。當(dāng)向溶液中投加電解質(zhì)，使溶液中離子濃度增高時，則擴散層的厚度將減小。該過程的實質(zhì)是加入的反離子與擴散層原有反離子之間的靜電斥力把原有部分反離子擠壓到吸附層中，從而使擴散層厚度減小。,（1）壓縮雙電層機理,由于擴散層的減小，電動電位相應(yīng)降

3、低，因此膠粒間的相互排斥力也減少，另一方面，由于擴散層減薄，它們相撞時的距離也減少，因此相互間的吸引力相應(yīng)變大。從而其排斥力與吸引力的合力由排斥力為主變成以引力為主，膠粒得以迅速凝聚。,（2）吸附電中和機理,膠粒表面對異號離子、異號膠粒、鏈狀離子或分子帶異號電荷的部位有強烈的吸附作用，由于這種吸附作用中和了電位離子所帶電荷，降低了?電位，使膠體的脫穩(wěn)和凝聚易于發(fā)生。,（3）吸附架橋（橋連）機理,吸附架橋作用主要是指鏈狀高分子聚合物在靜電

4、引力、范德華力和氫鍵力等作用下，與膠粒和細微懸浮物等發(fā)生吸附橋連的過程。本機理能解釋當(dāng)廢水濁度很低時有些混凝劑效果不好的現(xiàn)象。因為廢水中膠粒少，當(dāng)聚合物伸展部分一端吸附一個膠粒后，另一端因粘連不著第二個膠粒，只能與原先的膠粒粘連，就不能起架橋作用，從而達不到混凝的效果。,高分子聚合物對膠體或微粒的吸附架橋作用示意圖,,,,,,＋,＋,＋,吸附,絮凝,絮凝劑,顆粒,吸附顆粒,吸附顆粒,絮凝體,（4）沉淀物網(wǎng)捕機理,當(dāng)鐵、鋁鹽等高價金屬鹽

5、類作混凝劑，而且其投加量和介質(zhì)足以使它們迅速生成難溶金屬氫氧化物(如Al(OH)3、Fe(OH)3)時，水中的膠粒和細微懸浮物可被這些沉淀物在形成時作為晶核或吸附質(zhì)所網(wǎng)捕。以上介紹的混凝的四種機理，在水處理中往往可能是同時或交叉發(fā)揮作用的，只是在一定情況下以某種機理為主而已。,,一、混凝劑,一、過濾概述,過濾：水體流過有一定厚度（一般為700mm左右）且多孔 的粒狀物質(zhì)的過濾床，雜質(zhì)被截留在這些介質(zhì)的孔 隙

6、里和介質(zhì)上，從而使水得到進一步凈化。過濾能去除的雜質(zhì)： 水中的懸浮物和膠體物質(zhì) 細菌、藻類、病毒 油類 鐵和錳的氧化物 放射性顆粒 預(yù)處理中加入的化學(xué)藥品 重金屬,過濾過程分為過濾(fi

7、ltration)和反洗(backwash)兩個過程。,過濾過程是廢水由上到下通過一定厚度的由一定粒度的粒狀介質(zhì)組成的床層，由于粒狀介質(zhì)之間存在大小不同的孔隙，廢水中的懸浮物被這些孔隙截留而除去。,過濾水,三、過濾的基本過程,引起吸附的原因：,范德華力化學(xué)鍵力靜電引力,根據(jù)吸附劑與吸附質(zhì)之間作用力的不同，吸附可分為物理吸附(physical adsorption)、化學(xué)吸附(chemical adsorption)和離子交換吸

8、附(ion exchange adsorption),吸附的分類：,電滲析過程示意圖,,,,,濃水,陽膜,只允許陽離子通過,,陰膜,只允許陰離子通過,,電極,,,,,,,,濃水室,淡水室,離子交換膜是一種由高分子材料制成的具有離子交換基團的薄膜，其所以具有選擇透過性主要是由于膜上孔隙和膜上離子基團的作用。 膜上孔隙的作用是，在膜的高分子鍵之間有一足夠大的孔隙，以容納離子的進出和通過。是離子通過膜的大門和通道。 膜上離子基團的作用

9、是，在膜的高分子鏈上，連接著一些可以發(fā)生解離作用的活性基團。在水溶液中，膜上的活性基團會發(fā)生解離作用，解離所產(chǎn)生的離子(或稱反離子）進入溶液。于是，在膜上就留下了帶有一定電荷的固定基團。存在于膜微孔中的帶一定電荷的固定基團，好比在一條狹長的通道中設(shè)立的一個個關(guān)卡或“警衛(wèi)”，以鑒別和選擇通過的離子。,離子交換膜為什么具有選擇透過性呢？,注意：離子交換膜的作用并不是起離子交換的作用，而是起離子選擇透過性作用。,GB1631-79《離子交換樹

10、脂產(chǎn)品分類、命名及型號》制定。,001×7 —凝膠型強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂，交聯(lián)度為7%,離子交換樹脂的命名和型號,好氧呼吸是營養(yǎng)物質(zhì)進入好氧微生物細胞后，通過一系列氧化還原反應(yīng)獲得能量的過程。有分子氧參與的生物氧化， 反應(yīng)的最終受氫體是分子氧。底物中的氫被脫氫酶活化，并從底物中脫出交給輔酶（遞氫體），同時放出電子，氧化酶利用底物放出的電子激活游離氧，活化氧和從底物中脫出的氫結(jié)合成水。好氧呼吸過程實質(zhì)上是脫氫和氧

11、活化相結(jié)合的過程。在這個過程中，同時放出能量。依好氧微生物的類型不同，被其氧化的底物不同，氧化產(chǎn)物也不同。好氧呼吸有異養(yǎng)型微生物呼吸和自養(yǎng)型微生物呼吸兩種 。,1.好 氧 呼 吸,厭氧呼吸是在無分子氧（O2）的情況下進行的生物氧化。厭氧微生物只有脫氫酶系統(tǒng)，沒有氧化酶系統(tǒng)。在呼吸過程中，底物中的氫被脫氫酶活化，從底物中脫下來的氫經(jīng)輔酶傳遞給除氧以外的有機物或無機物，使其還原。厭氧呼吸的受氫體不是分子氧。在厭氧呼吸過程中，底物氧

12、化不徹底，最終產(chǎn)物不是二氧化碳和水，而是一些較原來底物簡單的化合物。這種化合物還含有相當(dāng)?shù)哪芰浚梳尫拍芰枯^少。如有機污泥的厭氧消化過程中產(chǎn)生的甲烷，是含有相當(dāng)能量的可燃氣體。厭氧呼吸按反應(yīng)過程中的最終受氫體的不同，可分為發(fā)酵和無氧呼吸。,2.厭 氧 呼 吸,一、微生物的生長規(guī)律,微生物的生長規(guī)律一般是以生長曲線來反映。,按微生物生長速率，其生長可分為四個生長期,第二節(jié) 微生物的生長規(guī)律和生長環(huán)境,二.生物膜的構(gòu)造和物質(zhì)遷移,

13、生物膜由里至外主要是由厭氧層、好氧層、附著水層、流動水層構(gòu)成，空氣中的氧溶解于流動水層從那里通過附著水層傳遞給生物膜，供微生物用于呼吸，污水中的有機污染物則由流動水層傳遞給附著水層然后進入生物膜，并通過細菌的代謝活動而被降解，微生物的代謝產(chǎn)物如H2O等則通過附著水層進入流動水層隨其排出，而CO2及厭氧層分解產(chǎn)物如H2S、NH3以及CH4則從水層逸出進入空氣。,什么是活性污泥？,由細菌、菌膠團、原生動物、后生動物等微生物群體及吸附的污水中

14、有機和無機物質(zhì)組成的、有一定活力的、具有良好的凈化污水功能的絮絨狀污泥。,（3）污泥沉降比(settling volume, sludge sedimentation ratio, SV)污泥沉降比是指曝氣池混合液在l00mL量筒中，靜置沉降30min后，沉降污泥所占的體積與混合液總體積之比的百分數(shù)。所以也常稱為30 min沉降比。正常的活性污泥在沉降30min后，可以接近它的最大密度，故污泥沉降比可以反映曝氣池正常運行時的污泥量。

15、可用于控制剩余污泥的排放。,四、 活性污泥的評價指標,(4）污泥體積指數(shù) (sludge volume index, SVI)污泥體積指數(shù)也稱污泥容積指數(shù)，是指曝氣池出口處混合液，經(jīng)30min靜置沉降后，沉降污泥體積中1g干污泥所占的容積的毫升數(shù)，單位為mL/g，但一般不標出。它與污泥沉降比有如下關(guān)系：SVI=(SV×10)/X式中：X的單位為g/L,四、 活性污泥的評價指標,測定污泥體積指數(shù)的意義:污泥指數(shù)反映出活

16、性污泥的疏散程度和凝聚、沉降的性能。如污泥指數(shù)過低，說明泥粒細小緊密，無機物多，缺乏活性和吸附的能力；指數(shù)過高，說明污泥將要膨脹，或已經(jīng)膨脹，污泥不易沉淀，這時，污泥中的微生物往往主要是絲狀細菌。對于一般城市污水，在正常情況下，污泥指數(shù)以在50～150之間為宜。污泥濃度可以反映污泥數(shù)量；污泥指數(shù)則能較全面地反映污泥凝聚和沉降的性能,四、 活性污泥的評價指標,四階段: 水解階段、酸化階段、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段和產(chǎn)甲烷階段,厭氧消化原理,10

17、．4．6廢水的營養(yǎng)比,厭氧微生物的生長繁殖需按一定的比例攝取碳、氮、磷以及其他微量元素。工程上主要控制進料的碳、氮、磷比例，因為其他營養(yǎng)元素不足的情況較少見。厭氧法中碳:氮:磷控制為200-300:5:1為宜。在碳、氮、磷比例中，碳氮比例對厭氧消化的影響更為重要。研究表明，合適的C/N為10-18:1。,氣浮,氣浮是利用廢水中的顆粒的疏水性，通過在氣浮池中向廢水中通入一定尺寸的氣泡，使廢水中的污染物吸附在氣泡上，隨氣泡的上浮，污染

18、物也隨之浮到水面上而形成由氣泡、水和污染物形成的三相泡沫層，收集泡沫層即可把污染物與水分離。,懸浮物與氣泡附著涉及到氣、液、固（液）三相介質(zhì)的問題。 當(dāng)氣泡和顆粒共存于水中，即液、氣、顆粒三相介質(zhì)共存的情況下，每兩相之間的界面上都存在著各自的界面張力和界面能，界面能和表面能一樣，可用下式表示： E=σ·S 式中：σ——界面張力，N/cm2； S ——界面面積，cm2。 界面能和界面張力一樣也有降

19、低到最小的趨勢。當(dāng)廢水中有氣泡存在時，懸浮顆粒就力圖粘附在氣泡上而降低其界面能。,11.1懸浮物與氣泡附著機理,,當(dāng)廢水中有氣泡存在時，并非所有的顆粒都能粘附上去，它們能否與氣泡粘附取決于水對該顆粒的表面性質(zhì)(即顆粒的潤濕性)。 一般規(guī)律：疏水性顆粒易與氣泡粘附，而親水性顆粒難以與氣泡粘附。 容易被水潤濕的物質(zhì)稱為親水性物質(zhì). 難于被水潤濕的物質(zhì)稱為疏水性物質(zhì)。,顆粒的潤濕程度常用氣、液、固三相間互相接觸時

20、所形成的接觸角的大小來解釋。 在靜止?fàn)顟B(tài)下，當(dāng)氣、液、固三相接觸時，在氣-液界面張力線和固-液界面張力線之間的夾角（對著液相的），稱為平衡接觸角，用θ表示。 （圖示）,,接觸角示意圖,平衡時有：?LS＋?LGcos?＝?GS （1）,,,從圖中物質(zhì)與水接觸面積的大小清楚地看出，不論物質(zhì)的潤濕性如何，在三相接觸點上，三個界面的張力總是處

21、于平衡狀態(tài)，即：,當(dāng)氣泡與顆粒共存于水中時: 在氣泡與顆粒附著前，單位界面面積上的界面能之和為：E1=σLS + σLG， 附著后，單位附著面積上的界面能E2=σGS ，其界面能降低的數(shù)值為： △E=E1-E2=σLS+ σLG-σGS （2）， 能量△E 為擠開氣泡與顆粒間的水膜所做的功,△E越大，氣泡與顆粒粘附得越牢固。 將式（1）代入式（2），整理得： △E

22、=σLG（1-cosθ） （3）,平衡時有：?LS＋?LGcos?＝?GS （1）,△E=σLG（1-cosθ） （3）由式（3）可見： △E越大，越有利于顆粒與氣泡粘附。討論： ①當(dāng)顆粒完全被水潤濕時，θ→0°，cosθ→1，△E→0，顆粒不能與氣泡相粘附，因此也就不能用氣浮法分離； ②當(dāng)顆粒完全不被水潤濕時，θ→180°，co

23、sθ→-1，△E→2σLG,顆粒與氣泡粘附緊密，最易于用氣浮法去除；,③當(dāng)θ90°時，cosθ為負值，在此范圍內(nèi)，顆粒表面疏水性占優(yōu)勢，粘附容易且穩(wěn)定，容易氣浮分離； ⑤對σLG值很小的體系，△E很小，不利于氣泡與顆粒的粘附。,△E=σLG（1-cosθ） （3）,12.1.2 污泥的性質(zhì),1、污泥含水率 污泥中所含水分的重量與污泥總重量之比的百分數(shù)稱為污泥含水率。P1,V

24、1,W1,C1—污泥含水率為p1時的污泥體積、重量與固體物濃度；P2,V2,W2,C2—污泥含水率變?yōu)閜2時的污泥體積、重量與團體物濃度;,,,第二節(jié) 除油,一、自然除油1、基本原理 物理法除油，根據(jù)油水密度不同，達到油水分離。該種方法：忽略了進出配水口水流的不均勻性忽略油珠顆粒上浮中的絮凝等因素的影響，認為油珠顆粒是在理想狀態(tài)下進行重力分離 a、假定過水?dāng)嗝嫔细鼽c的水流速度相等，且油珠顆粒上浮時的水

25、平分速度等于水流速度； b、油珠顆粒以等速上浮； c、油珠顆粒上浮到水面即被去除。,含油污水在重力分離池中的分離效率（除油效率）為：式中：E — 油珠顆粒的分離效率；u — 油珠顆粒上浮速度； Q/A — 表面負荷率；Q — 處理流量；A — 除油設(shè)備水平工作面積。 表面負荷率Q/A是一個重要參數(shù)。當(dāng)Q一定時，加大表面積A

26、，可以減小油珠顆粒最小上浮速度u0，意味著更小直徑的油珠顆粒被分離出來，從而提高除油效率或增加設(shè)備的處理能力。,,Stokes公式,式中：u－顆粒的浮升速度，m/s；?w、?o－分別表示顆粒及水的 密度，kg/m3；g－重力加速度，m/s2；?－污水的粘度，Pa﹒s；d－顆粒的粒徑，m。,,浮升速度u用Stokes公式計算。,Stokes公式說明的問題,（1）水與顆粒的密度差（?w-?o）愈大，

27、它的浮升速度愈大，成正比關(guān)系。當(dāng)?w>?o時，u>0，顆粒上??；當(dāng)?w<?o時，u<0，顆粒下沉；當(dāng)?w=?o時，u=0，顆粒既不下沉也不上浮。,Stokes公式說明的問題,（2）水的粘度?愈小，上浮速度愈快，成反比關(guān)系。因粘度與水溫成反比，故提高水溫有利于上浮。（3）顆粒直徑d愈大，浮升速度愈快，成平方關(guān)系。因此隨粒度的下降，顆粒的浮升速度會迅速降低。,,二、斜板（管）除油 斜板（管）除油是

28、目前最常用的高效除油方法之一，是一種物理法除油。,1、基本原理淺池理論原理 　　設(shè)斜管除油池池長為L，池中水平流速為ν，顆粒上浮為u0，在理想狀態(tài)下，L/H＝ν/ u0?？梢奓與ν值不變時，池身越淺，可被去除的懸浮物顆粒越小。若用水平隔板，將H分成3層，每層層深為H/3，在u0與ν不變的條件下，只需L/3，就可以將u0的顆粒去除。也即總?cè)莘e可減少到原來的1/3。如果池長不變，由于池深為H/3，則水平流速可增加的3ν，仍能將沉速為u0

29、的顆粒除去，也即處理能力提高3倍。將沉淀池分成n層就可以把處理能力提高n倍。為便于浮升到斜板（管）上部油珠的流動和和沉下泥渣排除，把淺的分離池傾斜一定角度（一般為 45-60°）。,除油效率： 假設(shè)除油設(shè)備高度為H，油珠顆粒分離時間為t ，則表面負荷率表示為Q/A＝H/t，則分離效率為公式表明：重力分離除油設(shè)備的除油效率是分離高度的函數(shù)。 H減小，E增大。,,

30、,H越小，油珠顆粒上浮至表面的時間越短。加設(shè)斜板，增加分離設(shè)備的工作表面積，縮小分離高度，提高油珠顆粒的去除效率。,,三、粗粒化（聚結(jié)）除油 粗?；汉臀鬯鹘?jīng)裝有填充物（粗粒化材料）的裝置后，使油珠由小變大的過程。這樣，更容易用重力分離法將油除去。 粗?；幚淼膶ο螅核械姆稚⒂?。1、理論依據(jù) 對于溫度一定的特定污水，油珠上浮速度與油珠粒徑平方成正比。若在污水沉降前設(shè)法使油珠粒徑增大，可加大油珠上

31、浮速度，便可提高除油效率。粗粒化法（聚結(jié)）可達到增大油珠粒徑的目的。,2、粗?；臋C理 有兩種觀點：潤濕聚結(jié)；碰撞聚結(jié)潤濕聚結(jié)理論 建立在“親油性”粗?；牧系幕A(chǔ)上。 當(dāng)含油污水流經(jīng)親油性材料組成的粗?；矔r，分散油珠在材料表面潤濕吸附，材料表面幾乎全被油包住，再流來的油珠更容易潤濕附著在上面，油珠不斷聚結(jié)擴大并形成油膜，在浮力和反向水流沖擊作用下，油膜開始脫落，在水相中仍形成油珠，但比聚

32、結(jié)前的油珠粒徑大，從而達到粗?；哪康?。 具有該種特性的聚結(jié)材料：聚丙烯塑料球，無煙煤等,碰撞聚結(jié)理論 建立在疏油材料基礎(chǔ)上。 由粒狀的或纖維狀的粗粒化材料組成的粗?；?，其空隙均構(gòu)成互相連續(xù)的通道，如無數(shù)根直徑很小交錯的微管。當(dāng)含油污水流經(jīng)該床時，由于粗?；牧鲜鞘栌偷模瑑蓚€或多個油珠有可能同時與管壁碰撞或互相碰撞，其沖量足可以將它們合并為一個較大的油珠，達到粗粒化目的。 具有該種特性

33、的聚結(jié)材料：蛇紋石，陶粒等。,需澄清的問題 無論是親油的或是疏油的材料，兩種聚結(jié)同時存在。 親油材料以“潤濕聚結(jié)”為主，也有碰撞聚結(jié)。原因是污水流經(jīng)粗?；玻偷沃g也存在碰撞。 疏油材料以“碰撞聚結(jié)”為主，也有潤濕聚結(jié)。原因是當(dāng)疏油材料表面沉積油泥時，該材料便有親油性。 無論是親油性材料還是疏油性材料，只要粒徑合適，都有較好的粗粒化效果。,精品課件！,精品課件！,,3、粗?；牧希ň劢Y(jié)板材

34、）的選擇分類：形狀：粒狀（重復(fù)使用）；纖維狀（一次性使用）材質(zhì)：天然的（無煙煤、蛇紋石、石英砂等） 人造的（聚丙烯塑料球、陶粒等）選用原則： 耐油性好，不能被油溶解或溶脹； 具有一定的機械強度，且不易磨損； 不易板結(jié)，沖洗方便； 一般主張