水污染控制工程污水的化学处理省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第八章第八章 污水化学与物理化学处理污水化学与物理化学处理第1页8.1 废水混凝第2页混凝（絮凝）基本概念混凝（絮凝）基本概念混凝（絮凝）：经过向污水中加入化学药剂，使废混凝（絮凝）：经过向污水中加入化学药剂，使废水（污水）中胶体颗粒或其它物质能够凝聚成大颗水（污水）中胶体颗粒或其它物质能够凝聚成大颗粒从而与水相分离方法，普通有混凝沉淀和混凝气粒从而与水相分离方法，普通有混凝沉淀和混凝气浮两大类。浮两大类。第3页混凝一级水处理流程混凝一级水处理流程第4页水果、蔬菜脱水废水处理工艺中混水果、蔬菜脱水废水处理工艺中混凝强化流程凝强化流程序号序号序号序号项目项目项目项目CODCODCODCOD（mg/lmg/lmg/lmg/l）BODBODBODBOD5 5 5 5（mg/lmg/lmg/lmg/l）1 1 1 1原水原水原水原水n n7000170001408069604080696040806960408069602 2 2 2UASBUASBUASBUASB出水出水出水出水140018001400180014001800140018006126966126966126966126963 3 3 3二沉池出水二沉池出水二沉池出水二沉池出水14022014022014022014022025282528252825284 4 4 4混凝沉淀池出水混凝沉淀池出水混凝沉淀池出水混凝沉淀池出水8413284132841328413225282528252825285 5 5 5标准值标准值标准值标准值15015015015030303030第5页废纸脱墨废水处理技术废纸脱墨废水处理技术 格栅格栅集水井集水井絮凝气浮池絮凝气浮池浮渣储槽浮渣储槽(提升泵提升泵)(提升泵提升泵)加药装置加药装置 排放或回用排放或回用 回用到车间回用到车间 项项项项 目目目目原水原水原水原水格栅格栅格栅格栅絮凝气浮絮凝气浮絮凝气浮絮凝气浮总出水总出水总出水总出水排放要求排放要求排放要求排放要求COD(mg/l)COD(mg/l)180018001620162035035035080.6%80.6%BODBOD5 5(mg/l)(mg/l)80080072072012012012085%85%第6页混凝过程含有两个作用混凝过程含有两个作用处理对象：胶体态及难沉物处理对象：胶体态及难沉物第一个作用：第一个作用：使水中原有离散微粒首先含有粘附在使水中原有离散微粒首先含有粘附在固体颗粒上性质固体颗粒上性质 凝聚（凝聚（coagulation）第二个作用第二个作用：使这些含有粘附性离散微粒能够粘结：使这些含有粘附性离散微粒能够粘结成絮体成絮体 絮凝（絮凝（flocculation）混凝（混凝（coagulation-flocculation）第7页胶体颗粒基本性质 水处理中常见胶体：粘土颗粒（对于水处理中常见胶体：粘土颗粒（对于d4m），大），大部分细菌（部分细菌（0.280nm），病毒（），病毒（10300nm），蛋），蛋白质。白质。憎水性胶体，亲水性胶体或介于二者之间。憎水性胶体，亲水性胶体或介于二者之间。对憎水性胶体，其稳定性可用双电层结构来说明。对憎水性胶体，其稳定性可用双电层结构来说明。对于亲水性胶体，其稳定性主要因为它所吸附大对于亲水性胶体，其稳定性主要因为它所吸附大 量水分子所组成水壳来说明。量水分子所组成水壳来说明。稳定性：胶体颗粒在水中保持分散状态性质。稳定性：胶体颗粒在水中保持分散状态性质。第8页 混凝是废水处理中最具代表意义技术，混凝原混凝是废水处理中最具代表意义技术，混凝原理包括界面与胶体科学内容，当前混凝研究仍处于理包括界面与胶体科学内容，当前混凝研究仍处于瓶颈阶段。瓶颈阶段。所谓混凝四大机理：所谓混凝四大机理：1.压缩双电层，压缩双电层，2.吸附电吸附电中和，中和，3.吸附架桥，吸附架桥，4.沉淀网捕。其实对混凝科学沉淀网捕。其实对混凝科学研究帮助不大。关键问题是混凝定量性存在是否，研究帮助不大。关键问题是混凝定量性存在是否，定量性依据是什么问题。定量性依据是什么问题。1、混凝原理及药品第9页胶团示意图胶团示意图第10页电位离子反离子扩散层扩散层胶团边界胶团边界滑动面滑动面胶粒胶粒吸附层吸附层胶核胶核电位电位电位电位第11页颗粒能量图颗粒能量图第12页压缩双电层机理压缩双电层机理第13页聚合物机理聚合物机理第14页铝盐絮凝化学反应系列铝盐絮凝化学反应系列第15页pH值影响值影响第16页铝盐工作相图第17页高分子物质延伸现象第18页2 水处理混凝剂一览第19页最适药剂量第20页药剂溶解和投加过程药剂溶解和投加过程第21页混合是一个能量混合是一个能量耗散，促成紊流耗散，促成紊流是混合要领。是混合要领。8.2.混合机理和设备混合有各种伎俩，衡量优劣是混和效率混合有各种伎俩，衡量优劣是混和效率 混合在多相废水处理中是一个主要单元操作，包含混合在多相废水处理中是一个主要单元操作，包含 （1）一个物质和另一个物质完全混合。）一个物质和另一个物质完全混合。（2）可互溶液体物质间掺混。）可互溶液体物质间掺混。（3）废水混凝）废水混凝（Coagulation&Flocculation)（4）废水中悬浮体连续维持）废水中悬浮体连续维持 （5）热传递）热传递 混合可分为（混合可分为（1）连续性快速混合（小于）连续性快速混合（小于30秒）秒）（2）连续性慢速混合（大于）连续性慢速混合（大于30秒）秒）（3）间歇式混合）间歇式混合第22页化学混凝设备化学混凝设备n n混凝剂配制和投加设备；混凝剂配制和投加设备；n n混合设备；混合设备；n n反应设备；反应设备；n n分离设备分离设备第23页快速混合技术设备第24页两种方式混合搅拌两种方式混合搅拌第25页水中颗粒物运动方式水中颗粒物运动方式第26页浆板式机械混合池第27页各种形式浆片第28页 穿孔板式混合穿孔板式混合第29页涡流式混合涡流式混合第30页水泵搅拌系统水泵搅拌系统第31页反应设备反应设备反应设备中，搅拌强度沿水流方向应逐步减小。反应设备中，搅拌强度沿水流方向应逐步减小。思索：这么做目标是什么？思索：这么做目标是什么？反应设备主要设计参数是：反应设备主要设计参数是：搅拌强度：用速度梯度搅拌强度：用速度梯度G表示。表示。搅拌时间：搅拌时间：t第32页速度梯度速度梯度G速度梯度：速度梯度：指因为搅拌在垂直水流方向上引发速度差。指因为搅拌在垂直水流方向上引发速度差。垂直水流距离垂直水流距离搅拌需要功率搅拌需要功率动力粘度系数动力粘度系数Gt值间接表示整个反应时间内颗粒碰撞总次数，能够值间接表示整个反应时间内颗粒碰撞总次数，能够用来控制反应效果。（用来控制反应效果。（104105）GtC也能够应用，也能够应用，C为胶体浓度。（为胶体浓度。（100左右）左右）第33页水平轴机械反应池第34页 垂直轴机械反应池第35页第36页全自动加药工艺流程全自动加药工艺流程第37页成套自动加药设备成套自动加药设备第38页自动加药设备自动加药设备第39页 水射器投药水射器投药第40页加药单元厂房内部加药单元厂房内部第41页加药计量泵房加药计量泵房第42页矾花结构局部示意矾花结构局部示意第43页助凝剂概念助凝剂概念 助凝剂指用于混凝剂共同（在前、在后、助凝剂指用于混凝剂共同（在前、在后、同时）使用时，可促进水混凝过程化学药剂同时）使用时，可促进水混凝过程化学药剂.其主要作用有：其主要作用有：1.调整水调整水pH值，比如投加酸碱，对天然水惯用值，比如投加酸碱，对天然水惯用是石灰，使混凝剂处于最正确是石灰，使混凝剂处于最正确pH值范围内。值范围内。2.增大矾花粒度，重度和坚固度。增大矾花粒度，重度和坚固度。3.氧化作用。氧化作用。第44页 影响混凝主要原因影响混凝主要原因 内部原因：内部原因：1.原水水质和水温原水水质和水温 2.混凝剂种类和投量混凝剂种类和投量 3.pH值值 4.离子强度离子强度 外部原因：外部原因：1.药剂配制和投放药剂配制和投放 2.混合、反应、分离和输送混合、反应、分离和输送第45页混凝试验普通步骤混凝试验普通步骤 巨量烧杯试验巨量烧杯试验 1.原水调查（尤其是目标物质选定，电导率）原水调查（尤其是目标物质选定，电导率）2.原水初试（试管试验），原水初试（试管试验），3.专题分析，确定跟踪和表征指标，电导率和吸专题分析，确定跟踪和表征指标，电导率和吸光度很有作用。光度很有作用。4.选择几个方案，比较几个药品选择几个方案，比较几个药品 5.对目标药剂进行化学计量方面试验，确定最正对目标药剂进行化学计量方面试验，确定最正确投量，百分比关系，操作条件等。确投量，百分比关系，操作条件等。6.进行机理探讨和研究（普遍欠缺）。进行机理探讨和研究（普遍欠缺）。7.进行混合等工程学方面参数试验。进行混合等工程学方面参数试验。第46页8.3 中和法第47页酸碱废水产生和处置方法酸碱废水产生和处置方法酸和碱是惯用工业原料。而酸碱废水对排水管网有腐酸和碱是惯用工业原料。而酸碱废水对排水管网有腐蚀危害，所以必须对其进行处理。蚀危害，所以必须对其进行处理。酸性废水处置方法大致能够用以下两种：酸性废水处置方法大致能够用以下两种：投加法投加法过滤法过滤法第48页投加法投加法假如中和剂能制成溶液或浆料，能够将其直接投入假如中和剂能制成溶液或浆料，能够将其直接投入中和池进行中和反应。中和池进行中和反应。投加法药剂工业上主要是投加法药剂工业上主要是:石灰：熟石灰石灰：熟石灰Ca(OH)2），制成乳液，浓度），制成乳液，浓度10左右；左右；电石渣：电石电石渣：电石CaC、Ca(OH)2；石灰石：石灰石：CaCO3；有时也用苛性钠（有时也用苛性钠（NaOH）和碳酸钠（）和碳酸钠（Na(OH)2）。）。第49页投加方式投加方式第50页酸碱废水自动中和处理设备酸碱废水自动中和处理设备 第51页冷轧厂酸碱废水冷轧厂酸碱废水 第52页酸碱废水中和系统酸碱废水中和系统 第53页酸酸碱碱中中和和系系统统第54页过滤法过滤法用石灰石、白云石作为中和剂时，常将其制成粗粒状，用石灰石、白云石作为中和剂时，常将其制成粗粒状，作为滤料，采取过滤法处理酸性废水。作为滤料，采取过滤法处理酸性废水。以石灰石为滤料时，废水硫酸浓度普通不超以石灰石为滤料时，废水硫酸浓度普通不超出出1-2g/L。假如硫酸浓度过高，能够用回流。假如硫酸浓度过高，能够用回流水稀释。水稀释。第55页升流式膨胀滤池升流式膨胀滤池当粒料粒经较小当粒料粒经较小（3mm）时，废水上）时，废水上升滤速应在升滤速应在5070m/h，这么滤床膨胀，粒料，这么滤床膨胀，粒料相互摩擦有利于预防结相互摩擦有利于预防结壳。壳。第56页烟气中和碱性废水烟气中和碱性废水烟气中含有烟气中含有CO2和少许和少许SO2、H2S，能够中和碱性废水。，能够中和碱性废水。同时，该工艺其实也是烟气脱硫方法之一。同时，该工艺其实也是烟气脱硫方法之一。废气和碱性废水都得到一定废气和碱性废水都得到一定净化和调整。净化和调整。不过出水普通含有硫化物，不过出水普通含有硫化物，而且色度显著增加、含氧量而且色度显著增加、含氧量较低，仍需深入处理方可排较低，仍需深入处理方可排出。出。第57页8.4 氧化还原法1、氧化法、氧化法废水处理中惯用氧化剂是：废水处理中惯用氧化剂是：氯和臭氧氯和臭氧。臭氧制备：臭氧制备：当前臭氧制备方法有：无声放电法、放射法、紫外线辐射当前臭氧制备方法有：无声放电法、放射法、紫外线辐射法、等离子射流法和电解法等。水处理中惯用是无声放电法、等离子射流法和电解法等。水处理中惯用是无声放电法。法。第58页1、氧化法、氧化法电镀废水电镀废水(氰根氰根)氧化处理氧化处理:加碱，加碱，pH大于大于10，加氯（质量浓度比，加氯（质量浓度比CN-:Cl2=1:2.7）pH调到调到8.5，再加氯，质量浓度比，再加氯，质量浓度比CN-:Cl2=1:4.1计算氯量，再过量计算氯量，再过量10%，反应，反应1小时以上。小时以上。第59页2 高级氧化技术高级氧化技术种类繁多，包含臭氧氧化、过氧化氢、二氧化氯、种类繁多，包含臭氧氧化、过氧化氢、二氧化氯、湿式氧化、超临界水氧化、光催化氧化等等。湿式氧化、超临界水氧化、光催化氧化等等。1987年，年，Glaze等人提出：以羟基自由基（等人提出：以羟基自由基（OH）作）作为主要氧化剂技术，称为高级氧化技术（为主要氧化剂技术，称为高级氧化技术（Advanced Oxidation Processes 即即AOPs）特点：特点：氧化性强；氧化性强；反应速度快反应速度快提升生物可降解性。提升生物可降解性。第60页过氧化氢氧化法过氧化氢氧化法过氧化氢是淡蓝色粘稠液体，熔点过氧化氢是淡蓝色粘稠液体，熔点-0.43，物理性质和水相，物理性质和水相同，是一个弱酸，稀释水溶液呈中性，属于强氧化剂，反应同，是一个弱酸，稀释水溶液呈中性，属于强氧化剂，反应快速。不会给反应溶液带来杂质。快速。不会给反应溶液带来杂质。1.Fenton试剂：亚铁离子和过氧化氢组合。产生试剂：亚铁离子和过氧化氢组合。产生羟基自由基，含有高氧化性，其氧化还原电位羟基自由基，含有高氧化性，其氧化还原电位高于臭氧。高于臭氧。2.类类Fenton试剂：在试剂：在Fenton工艺基础上，与其它工艺基础上，与其它工艺相结合方式，如电工艺相结合方式，如电-Fenon、光、光-Fenton等等等。等。3.过氧化氢单独氧化。过氧化氢单独氧化。在在水水处处理理中中应应用用第61页湿式氧化法湿式氧化法湿式氧化法（湿式氧化法（Wet Air Oxidation简称简称WAO）是在高温、高压下，）是在高温、高压下，利用氧化剂将废水中有机物转化为二氧化碳和水，从而到达去除利用氧化剂将废水中有机物转化为二氧化碳和水，从而到达去除污染物目标。与常规方法相比，含有适用范围广、处理效率高、污染物目标。与常规方法相比，含有适用范围广、处理效率高、无二次污染、氧化速度快、可回收能量及有用物料等特点。无二次污染、氧化速度快、可回收能量及有用物料等特点。存在缺点主要有：存在缺点主要有：1 高温高压条件下进行，中间产物有有机酸类，对设备要求较高。高温高压条件下进行，中间产物有有机酸类，对设备要求较高。2 因为反应高温，对大量废水不经济。因为反应高温，对大量废水不经济。3 一些有机物，如多氯联苯、小分子羧酸取出效果不理想。一些有机物，如多氯联苯、小分子羧酸取出效果不理想。4 湿式氧化可能会产生毒性更强中间产物。湿式氧化可能会产生毒性更强中间产物。第62页湿湿式式氧氧化化法法反反应应机机理理自自由由基基链链反反应应反反应应阶阶段段第63页光化学氧化光化学氧化TiO2光催化方法又称为纳米光催化氧化法。此工艺采取半光催化方法又称为纳米光催化氧化法。此工艺采取半导体金属氧化物为催化剂，用氧气作为氧化剂。经过重复导体金属氧化物为催化剂，用氧气作为氧化剂。经过重复试验，大多数金属氧化物都不适合，只有试验，大多数金属氧化物都不适合，只有TiO2含有良好反含有良好反应特征。应特征。第64页氧化钛光催化剂属氧化钛光催化剂属n型半导体，当它接收紫外线型半导体，当它接收紫外线(400nm)时，时，形成电子形成电子(Electron)及电子束及电子束(Electron Hole)，生成有强，生成有强烈氧化作用烈氧化作用-OH及及O2-，这两种物质把有机化合物进行氧，这两种物质把有机化合物进行氧化分解，使之变成水化分解，使之变成水(H2O)及二氧化碳及二氧化碳(CO2)。第65页超临界水氧化技术超临界水氧化技术 超临界水氧化技术（超临界水氧化技术（Supercritical water oxidation,SCO）在）在水处理中应用可追溯到水处理中应用可追溯到20世纪世纪70年代早期。年代早期。超临界水表现出弱极性超临界水表现出弱极性,可与非极性有机物和可与非极性有机物和O2、N2、CO2空气空气等气体以任意百分比互溶等气体以任意百分比互溶,从而使超临界水氧化反应成为均相反从而使超临界水氧化反应成为均相反应应,大大降低了相间传质阻力大大降低了相间传质阻力,提升了反应速度。提升了反应速度。水临界温度是水临界温度是374.3,临界压力是临界压力是22.05MPa,在此温度和压力在此温度和压力之上就是超临界区之上就是超临界区。超临界水兼含有气态和液态水性质超临界水兼含有气态和液态水性质,含有特殊溶解度含有特殊溶解度,较低粘度较低粘度,较高扩散性较高扩散性,较低表面张力和易改变密度。若改变温度和压力较低表面张力和易改变密度。若改变温度和压力,可将其密度控制在气体和液体之间。可将其密度控制在气体和液体之间。第66页因为超临界水对有机物有很高溶解能力，且能以任何百分因为超临界水对有机物有很高溶解能力，且能以任何百分比与比与O2或空气、轻有机气体以及或空气、轻有机气体以及CO2等完全互溶等完全互溶,不过无机不过无机化合物尤其是盐较难溶于其中。有机物氧化能够在富氧均化合物尤其是盐较难溶于其中。有机物氧化能够在富氧均一相中进行，反应不会因相间转移而受限制。高反应温度一相中进行，反应不会因相间转移而受限制。高反应温度(400600)和压力也使反应速率加紧和压力也使反应速率加紧,能够在几秒钟内对能够在几秒钟内对有机物到达很高破坏效率。化学反应可表示以下有机物到达很高破坏效率。化学反应可表示以下:第67页3 还原法还原法含铬废水处理：含铬废水处理：1、投加硫酸亚铁和石灰石、投加硫酸亚铁和石灰石2、铁电极电解、铁电极电解阳极：阳极：阴极：阴极：主要过程主要过程第68页