环境工程基础20082.pptx

2.3.1混凝法混凝可去除的颗粒大小是胶体及部分细小的悬浮物，是一种化学方法。一般认为粒径小于10的颗粒不可能依靠沉淀进行分离去除颗粒粒径范围在：1nm0.1m（有时认为在1m）混凝目的：投加混凝剂使胶体脱稳，相互凝聚生长成大矾花。水处理中主要杂质：粘土（50nm-4m）细菌（0.2m-80m）病毒（10nm-300nm）蛋白质（1nm-50nm）、腐殖酸混凝流程：混凝剂溶解池溶液池计量设备投加设备混合设备沉淀（或气浮）分离胶体稳定细小颗粒带电现象胶体表面优先吸附有共同成分的离子胶体本身成分表面电离静电斥力大于等于重力，胶体稳定不沉降。胶体带电现象实证电泳现象胶体脱稳方法加入反电性高价电解质，压缩双电层。电泳现象胶体的双电层混凝机理固体悬浮物与胶体物质带负电性，颗粒带电同性相斥，导致细小悬浮物在废水中处于稳定状态。通过投加电解质、高分子表面活性物质，使带电颗粒双电层压缩，电性降低，产生颗粒团聚作用，颗粒长大后通过沉淀去除。混凝过程包括凝聚与絮凝两个过程：凝聚指胶体脱稳，微小颗粒聚集；絮凝指小絮凝颗粒通过吸附、卷带和桥联而形成大的絮体。混凝剂混凝剂分为无机与有机两大类。混凝剂无机类：氯化铁、硫酸铁、氯化铝、硫酸铝、聚合氯化铝、聚合硫酸铁等。有机类：中性聚丙烯酰胺，阳离子型聚丙烯酰胺，阴离子型聚丙烯酰胺等胶体表面电位与胶体稳定高分子絮凝剂结构混凝工艺与设备混凝处理工艺包括：混合、反应、絮体分离三个阶段。从工艺上分：分开式混合池与反应池、沉淀池分开综合式将絮体的絮凝过程与沉淀分离过程安排在同一构筑物内完成。影响因素分析SS浓度：SS过大与过小都对混凝不利，因此在SS过小的情况下经常要另外加入一些絮凝絮体或颗粒物。水温：温度降低会对混凝沉降产生不利影响，增加混凝剂用量加药种类与加药量：无机絮凝剂主要作用为使得带电颗粒脱稳，而有机絮凝剂主要使颗粒架桥及长大，因此要在加药种类及加药量上合理调节。流速：废水在反应池与沉淀池的流速过大，会破坏已经长大的絮体，因此要保持废水流速在一个较低的水平应用场合与特点废水预处理、中间处理环节、深度处理目标：去除SS、去除废水色度、去除部分重金属离子优点：设备简单、处理效果好、运行相对稳定缺点：絮凝剂投加量大、运行费用高、产生的污泥处理困难。工艺计算方法常用标准试验进行混凝剂优化使用条件确定，然后进行放大计算。标准混凝试验装置混凝计算药剂投加量计算计算依据：以实验测定相应条件下水样的混凝剂与污染物去除效果曲线来确定单位废水药剂投加量。例：某针织厂废水TOC为5060mg/L，pH值为7.5。采用PAC混凝剂，投加量为140mg/L时，TOC去除率为68。PAC价格为3000元吨，该厂废水量为200m3/d,求每年的药剂量及药剂费用。解：每年药剂量w=140*10-6*200*365=10.22吨每日药剂费用3000*10.22=36600元2.3.2中和法中和法原理中和法就是利用酸碱中和生成盐的化学原理将废水从酸性与碱性条件下校正到中性附近，以便于结合其他手段处理。中和法设备包括反应池、加药泵、搅拌机、沉淀池、过滤池等中和流程投药中和流程：适用于各种中和处理情况，但药剂及运行费用较高。过滤中和流程：适用于有固体中和滤料的场合。该流程结构简单，运行费用低，而且在合适条件下处理效果良好。中和法应用场合酸性废水处理：石灰乳液酸性废水，费用较低廉。NaOH、Na2CO3、氨水溶液酸性废水，碱液均匀，中和效果好，但是药剂费用高。石灰石过滤中和工艺碱性废水处理：常用废酸、酸性废水、烟道气（含有CO2)对碱性废水进行接触及中和反应，工艺过程比较简单。中和法的计算原则:可溶性中和剂:酸碱等当量计算,中和剂不可过量。不溶性中和剂:中和剂可过量,并主要考虑表面反应动力学速度是否达到废水流量要求。2.3.3氧化还原法氧化还原法原理氧化法：向废水中投加氧化剂，氧化废水中的有毒有害物质，使之转化为毒害性较小物质或无毒化。还原法：采用还原剂改变有毒有害物质价态，使之转化为毒害性较小物质或无毒化。氧化法应用举例氯化消毒：通过向废水中加氯、或者加次氯酸钠等溶液，可以对废水中细菌灭活，并能够降低BOD及消除异味。氯易溶于水中，在清水中，发生下列反应：Cl2+H2OHOCl+H+Cl-HOClH+OCl-HOCl和OCl-的比例与水中温度和pH有关。pH高时，OCl-较多。pH9，OCl-接近100%。pH6，HOCl接近100%。pH=7.54,HOCl=OCl-HOCl和OCl-都有氧化能力，但细菌是带负电的，所以一般认为主要是通过HOCl的作用来消毒的。只有它才能扩散到细菌表面，并穿透细胞壁到细菌内部，破坏细菌酶系统。实践也表明pH越低，消毒作用越强。氯化消毒的主要基团为次氯酸，次氯酸能够在水中长期稳定存在，因此在给水中保持一定的余氯以防止给水中细菌的生长。臭氧消毒：臭氧是一种强氧化剂，对各种有机基团均有较强的氧化能力。作用作用：既是氧化剂，又是消毒剂，渗入细胞壁。作为消毒剂，不会产生三卤甲烷副产物，杀菌和氧化能力比氯强。但由于臭氧在水中不稳定，易散失，因此在O3之后，往往需要投加少量的氯等。废水经臭氧处理后臭氧迅速分解，因此不产生二次污染。但是臭氧不稳定，不能作为细菌防止药剂。高级氧化技术：分解、消除毒性难降解有机物。往往在高温高压下进行。还原法应用举例常用的还原剂有铁粉、锌粉、硫酸亚铁以及电解阴极等还原法最主要用于对高价铬的处理。以亚硫酸氢钠还原六价铬，将之降价为毒性较低的三价铬，再通过碱沉淀去除的方法，其的反应方程为：2.3.4化学沉淀法化学沉淀法原理投加某种化学药剂（沉淀剂）使与水中的溶解物质发生反应生成难溶盐类降低水中溶解性物质的含量一般用于处理含重金属废水利用溶度积原则。难溶盐在饱和溶液中溶解与沉淀的平衡：MmNn=mMn+nNm-平衡常数KMn+mNm-n/MmNn溶度积LMn+mNm-n化学沉淀法是指向废水中投加某些化学药剂，使其与废水中的溶解性污染物发生沉淀反应，形成难溶盐，从水中沉淀分离的方法。化学沉淀法多用于去除水中的钙镁离子及重金属离子，如汞、镉、铅、锌等。难溶盐共沉淀可以夹带沉淀出比溶度积计算更多的沉淀离子。化学沉淀法应用石灰软化法除硬度：CaO+H2O=Ca(OH)2CO2+Ca(OH)2-CaCO3+H2OCa(HCO3)2+Ca(OH)2-2CaCO3+2H2OMg(HCO3)2+2Ca(OH)2-2CaCO3+Mg(OH)2+2H2O去除重金属氢氧化物沉淀法M(OH)n=Mn+nOH-金属氢氧化物的溶度积硫化物沉淀法金属硫化物比氢氧化物更难溶解。沉淀剂：H2S，Na2S，KSMSM2+S2-2.4.1吸附法2.4.2离子交换法2.4.3膜分离法2.4.4萃取法2.4.5吹脱法2.4废水的物化处理方法与过程2.4.1吸附法吸附法是指水中的一种或多种物质被吸附在固体表面（吸附剂）而被去除的方法。吸附法原理一种物质附着在另一种物质表面上的过程吸附，是一种相界面上的反应。可以发生在气液界面、气固、液固在水处理中，主要讨论的是液固界面。固相物质：吸附剂，一般为多孔性物质液相中被吸附物质：吸附质吸附行为可分为以下三种类型：吸附行为可分为以下三种类型：1）物理吸附：分子间的作用力所引起的。吸附热较小，可在低温下进行。过程是可逆的，易解吸（被吸附的分子由于热运动还会离开吸附剂表面）相对没有选择性，可吸附多种吸附质（由于分子力是普遍存在的），但吸附质极性不同，吸附量不同。可形成单分子吸附层或多分子吸附层2）化学吸附：由化学键力引起的产生化学反应。如石灰吸附CO2CaCO3吸附热大，一般在较高温下进行。具有选择性，单分子层吸附。化学键力大时，吸附不可逆。3）离子交换吸附静电引力，吸附质的离子吸附剂表面的带电点上，同时吸附剂也放出一个等当量离子。离子电荷越多，吸附越强。离子水化半径越小，越易被吸附。在水处理中，三种吸附的综合表现。影响吸附的因素影响吸附的因素1吸附剂的性质细孔分布：活性炭的情况微孔2nm，占总比表面的95：主要支配吸附量过渡孔2-100nm，1，有利于交换反应的进行。离子交换剂离子交换剂：磺化煤（煤磨碎后经浓硫酸处理得到）离子交换树脂离子交换剂离子交换剂主要性能主要性能交换容量选择性填充密度离子交换树脂离子交换树脂：母体（骨架）：高分子化合物和交联剂经聚合反应而生成的共聚物根据组成母体的单体材料：苯乙烯（最广泛）、丙烯酸、酚醛系列活性基团：遇水电离，称为固定部分和活动部分具有交换性（可交换离子）如聚苯乙烯磺化磺酸基团（SO3H）一种强酸性阳离子树脂微孔形态：凝胶型、大孔型、等孔型等离子交换装置离子交换装置 固定床：单床、双层床、混合床连续床：移动床和流动床树脂再生树脂再生：在再生阶段提供高浓度解吸液反洗，使反应RA+B-=RB+A+向左进行。2.4.3膜分离定义定义在某种推动力的作用下，利用某种隔膜特定的透过性能，使溶质或溶剂分离的方法称为膜分离。分离溶质时一般叫渗析；分离溶剂时一般叫渗透。膜分离的特点：膜分离的特点：可在一般温度下操作，没有相变；浓缩分离同时进行；不需投加其他物质，不改变分离物质的性质；适应性强，运行稳定。分类与特点分类与特点根据推动力的不同，膜分离有下列几种：浓度差：扩散渗析电位差：电渗析压力差：反渗透(RO,reverseosmosis)：MW0.5易降解0.3能降解0.2难降解名词解释细菌：具有细胞壁的单细胞生物细胞核与细胞质无隔膜真菌：细胞结构类似高等生物细胞的真核细菌原生动物：最低等的、结构最简单的单细胞无脊椎动物后生动物：具有器官组织的以原生动物为食的多细胞动物内源呼吸：微生物消耗本身细胞物质进行的呼吸作用碳源：细胞生长所需的碳元素，好氧过程一般特指有机物无机营养元素：N、P、S、Mg、Mn等抑制物质：妨碍微生物代谢及增殖的化学物质废水可生化性：废水可以通过生物处理方法进行有机物降解的能力，一般指废水通过好氧生物处理可降解的能力。通常的可生化性指标有：BOD/COD比值，瓦乎仪呼吸速率。细菌悬浮生长反应器活性污泥法工艺流程流程构成要素曝气池：废水和回流污泥形成的混合溶液在其中进行好氧生物反应，通过曝气设备共给反应所需空气(氧气)，为反应器主体初沉池、二沉池：1）进行泥水分离，保证出水水质；2）保证回流污泥，维持曝气池内一定的污泥浓度。回流系统：1）保证曝气池内维持足够的污泥浓度；2）通过改变回流比，改变曝气池的运行工况。剩余污泥：1）是去除有机物的途径之一；2）保持物料平衡，维持系统的稳定运行。供氧系统：提供足够的溶解氧，维持好氧生化反应进行。l活性污泥系统有效运行的基本条件：1）废水中含有足够的可容性易降解有机物；2）混合液含有足够的溶解氧；3）活性污泥在池内呈悬浮状态；4）活性污泥连续回流、及时排除剩余污泥，使混合液保持一定浓度的活性污泥；5）没有对微生物有毒有害的物质流入。曝气池现场照片活性污泥法污染物降解过程描述吸附阶段：在很短时间内，废水中的溶解性有机物被活性污泥的巨大表面积所吸附，BOD与COD快速降低。但这并不是真正的降解，随着时间的推移，混合液的BOD值会回升，再之后，BOD值才会逐渐下降。氧化降解阶段：好氧菌对已吸附的有机物进行分解代谢，一部分有机物转化为稳定的无机物，另一部分作为新的细胞合成物质在细胞中固定下来。该过程进行比较缓慢。根据以上原理，开发出专设吸附池的吸附生物降解（Adsorption-Biodegradation）活性污泥法处理流程活性污泥法影响因素污水温度、流量：影响微生物生长的物理因素污水COD、BOD/COD：反映水质可生物降解总量及程度DO：水中溶解氧浓度F/M：有机负荷（食物）微生物质量（生物量）MLSS(MixedLiquorSuspendedSolids)：污泥浓度其他给定调节活性污泥法的优缺点优点：该工艺容易放大，大规模的污水处理广泛采用单位容积处理负荷大清洁卫生，较少产生异味缺点：对水质及水量波动较敏感，对较高较低浓度废水效果差建设投资较大，运行能耗较高活性污泥的增长规律活性污泥法设计计算内容瀑气池容积供（氧）气量回流污泥回流比二沉池体积其他悬浮生长反应器形式推流式反应器氧化沟特点：反应器主体采用污水平推流状态的氧化沟结构污水给氧装置采用机械式表面曝气转刷可以在氧化沟的不同部位分别形成好氧区与厌氧区污泥龄相对活性污泥长，微生群落物种类也较多优点：采用污水平推流流型，生化反应推动力大采用表面曝气机械，给氧能耗的能量利用率高厌氧区与好氧区的交替形成，对难降解有机物去除，以及废水脱氮有一定的好处结构紧凑，用地效率高氧化沟照片细菌附着生长反应器（生物膜法）当废水长期流过滤料表面时，微生物在介质表面生长繁殖，形成生物膜，利用生物膜上的大量微生物可吸附和降解水中有机污染物，该类污水生物降解方法称为生物膜法。基本原理：生物膜的形成：含有营养物质和接种微生物的污水在填料的表面流动，一定时间后，微生物会附着在填料表面而增殖和生长，形成一层薄的生物膜。生物膜的成熟：在生物膜上由细菌及其它各种微生物组成的生态系统以及生物膜对有机物的降解功能都达到了平衡和稳定。生物膜的更新与脱落：生物膜生长加厚，导致厌氧层出现，厌氧产生的气态产物不断逸出致使生物膜在滤料的附着力减弱，生物膜脱落。生物膜更新：老化膜脱落，新生生物膜又会生长起来。新生生物膜的净化功能较强。细菌附着生长反应器（生物膜法）生物滤池基本原理是在污水灌溉的实践基础上发展起来的人工生物处理法，是自然界中污水天然降解的强化种类分：普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池、活性生物滤池等。工艺特点滤料与滤床布水器排水系统优点能耗低产生污泥量少，污泥容易分离缺点卫生状况差处理负荷低不容易放大，工艺流程细菌附着生长反应器（生物膜法）生物转盘工作原理废水处于半静止状态，而微生物则在转动的盘面上；转盘40%的面积浸没在废水中，盘面低速转动；盘面上生物膜的厚度与废水浓度、性质及转速有关，一般0.10.5mm。工艺特点其组成单元主要有：盘片、接触反应槽、转轴与驱动装置等盘片的形状：外缘：圆形、多角形及圆筒形；盘面：平板、凹凸板、波形板、蜂窝板、网状板等以及各种组合。盘片的厚度与材质：要求质轻、薄、强度高，耐腐蚀，同时还应易于加工、价格低等；一般厚度为0.51.0cm；常用材料有聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯以及玻璃钢等。转盘的直径：一般直径为2.0、2.5、3.0、3.5m等，常用的是3.0m。盘片间的间距：一般为30mm，高密度型则为1015mm。优缺点节能；生物量多，净化率高，适应性强，出水水质较好；生物膜上生物的食物链长，污泥产量少，为活性污泥法的1/2左右；维护管理简单，功能稳定可靠，无噪音，无灰蝇；受气候影响较大，顶部需要覆盖，有时需要保暖；所需的场地面积一般较大，建设投资较高。2.5.3厌氧生物处理基本原理：传统厌氧消化反应器（污泥处理）结构特点：又称低速消化池，无加热和搅拌装置；优缺点结构简单有分层现象：只有部分容积有效；消化速率很低，HRT很长（3090天）。带搅拌伴热的厌氧反应器（污泥处理）结构特点设有加热和搅拌装置；优缺点缩短了有机物稳定所需的时间，也提高了沼气产量，在中温（3035C）条件下，一般消化时间为15天左右，运行稳定；但搅拌使高速消化池内的污泥得不到浓缩，上清液不能分离。用于污水处理的厌氧反应器（UASB)UASB升流式厌氧污泥层反应器2.5.4厌氧好氧组合工艺难降解有机物处理工艺厌氧反应器进行发酵处理，是有机物分解成小分子物质，再通过好氧处理。废水脱氮工艺脱氮过程硝化硝酸盐反硝化氮气厌氧反应器好氧反应器废水生物强化除磷工艺除磷菌性质：好氧条件下摄取磷，厌氧条件下释放磷构造厌氧区与好氧区生物稳定塘稳定塘(StabilizationPonds)旧称氧化塘(OxidationPonds)是一种利用天然净化能力的生物处理工艺。稳定塘内的生物学过程主要利用菌藻共生系统来处理废水中的有机污染物；稳定塘的分类：主要是根据塘中微生物反应的类型来划分；分为好氧塘、兼性塘、厌氧塘、曝气塘、深度处理塘、综合生物塘等。优缺点及采用条件优点：在条件合适时，基建投资少；运行管理简单，耗能少，运行费用低(为传统人工处理厂的1/31/5)；可进行综合利用，形成复合生态系统，可产生明显的经济、环境和社会效益。缺点：占地面积过多；处理效果受气候影响较大，如过多问题，春、秋季翻塘问题等；如设计或运行不当，可能形成二次污染(如污染地下水、产生臭气等)。适于采用稳定塘的必要条件：土地；气候：气温、日照条件、风力等。稳定塘常用工艺流程：A.处理城市废水的传统工艺流程B.有厌氧塘的工艺流程C.有曝气塘工艺流程D.有综合生物塘工艺流程土地处理系统定义在人工调控和系统自我调控的条件下，利用土壤微生物植物组成的生态系统对废水中的污染物进行一系列物理的、化学的和生物的净化过程，使废水水质得到净化和改善；并通过系统内营养物质和水分的循环利用，使绿色植物生长繁殖，从而实现废水的资源化、无害化和稳定化的生态系统工程，称为废水土地处理系统。系统的组成：废水的预处理设施；废水的调节与贮存设施；废水的输送、布水及控制系统；土地净化田；净化出水的收集与利用系统。净化机理：物理过滤：土壤颗粒间的孔孙能截留，滤除废水中的悬浮颗粒 物理吸附和物理沉积物理化学吸附 化学反应与沉淀 微生物的代谢和有机物的分解 异养型微生物；厌氧型微生物；硝化菌、反硝化菌等工艺类型慢速渗滤；快速渗滤；地表漫流；湿地系统；地下渗滤系统。复合污水土地处理系统：上述各种工艺的组合，如：地表漫流-湿地复合系统、地表漫流-快速渗滤 小结好氧生物处理厌氧生物处理厌氧好氧生物处理稳定塘土地处理系统作业活性污泥法的基本概念和基本流程是什么？有什么优缺点？