水体污染防治与化工废水处理.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,化学工业出版社,化工环境保护概论,水体污染防治与化工废水处理,化学工业出版社,1,目 录,环境污染及生态平衡,大气污染防治及化工废气治理,水体污染防治与化工废水处理,固体废物与化工废渣处置,环境保护措施与化工可持续发展,目 录,噪声控制及其他化工污染防治,化工清洁生产技术与循环经济,总 论,2,4,水体污染防治与化工废水处理,认识水体污染,一、水体污染物的来源,定义：,水污染是指水资源在使用过程中由于丧失了使用价值而被废弃排放，并以各种形式使受纳水体受到影响的现象。,3,主要指城市居民聚集地区所产生的生活污水,电器制造废水,轻工废水,电镀工业废水,冶金工业废水,采矿废水,含热废水,生活污染源,01,农业污染源,02,工业污染源,农业污染源包括农业牲畜粪便、污水、污物、农药、化肥、用于灌溉的城市污水、工业污水等。,03,把向水体排放或释放污染物的来源和场所称为水体的污染源，根据来源不同分类，可以分为三类：,4,二、水体污染物的分类及其危害,无机无毒污染物,有机无毒污染物,无机有毒污染物,有机有毒污染物,悬浮状污染物,酸、碱、无机盐类污染物,氮、磷等植物营养物,主要指碳水化合物、蛋白质、油脂、氨基酸等,非重金属的无机毒性物质：氰化物,(CN,),、砷,(As),重金属毒性物质,有机氯化合物：多氯联苯PCB),和有机氯农药,多环有机化合物：酚类，芳香烃类物质,水体中的污染物大致分类如下：,5,三、水体污染的水质指标,水体污染主要表现为水质在物理、化学、生物学等方面的变化特征。所谓水质指标就是指水中杂质具体衡量的尺度。水质指标的类型及含义如下：,色 度,水的感官性状指标之一。当水中存在着某种物质时，可使水着色，表现出一定的颜色，即色度。规定,1mg/L,以氯铂酸离子形式存在的铂所产生的颜色，称为,1,度。,色度仪,6,浊 度,表示水因含悬浮物而呈浑浊状态，即对光线透过时所发生阻碍的程度。水的浊度大小不仅与颗粒的数量和性状有关，而且同光散射性有关，我国采用,1L,蒸馏水中含,lmg,二氧化硅为一个浊度单位，即,1,度。,浊度仪,7,硬 度,水的硬度是由水中的钙盐和镁盐形成的。硬度分为暂时硬度,(,碳酸盐,),和永久硬度,(,非碳酸盐,),，两者之和称为总硬度。水中的硬度以“度”表示，,lL,水中的钙和镁盐的含量相当于,lmg/L,的,CaO,时，叫做,l,度,。,8,溶 解 氧,溶解在水中的分子态氧，叫溶解氧。,20,时，,0,1MPa,下，饱和溶解氧含量为,910,-6,(9ppm),。它来自大气和水中化学、生物化学反应生成的分子态氧。,溶解氧测定仪,9,化 学 需 氧 量,是在一定的条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消耗的,氧化剂,量。它是表示水中还原性物质多少的一个指标，以,mg/L,表示。目前应用最普遍的是酸性,高锰酸钾,氧化法与重铬酸钾氧化法，但两种氧化剂都不能氧化稳定的苯等有机化合物。它是水质污染程度的重要指标，,COD,的的数值越大表明水体的污染情况越严重。,化学需氧量测定仪,10,生 化 需 氧 量,在好氧条件下，微生物分解水中有机物质的生物化学过程中所需要的氧量。目前，国内外普遍采用在,20,下，五昼夜的生化耗氧量作为指标，即用,BOD,5,表示。单位以,mg/L,表示。,生化需氧量测定仪,11,总 有 机 碳,水体中所含有机物的全部有机碳的数量。其测定方法是将所有有机物全部氧化成,CO,2,和,H,2,O,，然后测定所生成的,CO,2,量。总有机碳测定仪,12,总 需 氧 量,氧化水体中总的碳、氢、氮和硫等元素所需之氧量。测定全部氧化所生成的,CO,2,、,H,2,O,、,NO,和,SO,2,等的总需氧量。,13,残渣和悬浮物,在一定温度下，将水样蒸干后所留物质称为残渣。它包括过滤性残渣,(,水中溶解物,),和非过滤性物质,(,沉降物和悬浮物,),两大类。悬浮物就是非过滤性残渣。,14,电 导 率,是截面,lcm,2,，高度为,1cm,的水柱所具有的电导。它随水中溶解盐的增加而增大。电导率的单位为,s,cm,。,电 导 率 仪,15,pH,指水溶液中，氢离子,(H,),浓度的负对数，即：,pH,1gH,，为了便于书写，如,pH7,，实际上是，,n(H,+,)=0.000000l=10,7,mol/L,，,pH,的范围从,0,到,14,。,pH,等于,7,时表示中性，小于,7,时表示酸性,大于,7,时，则为碱性。,pH,计,16,四、化工废水的来源与特点,化工废水分类,主要来自基本有机原料、合成材料（如合成塑料、合成橡胶、合成纤维）、农药、染料等行业排出的废水,如氯碱、感光材料、涂料等行业,如无机盐、氮肥、磷肥、硫酸、硝酸及纯碱等行业排出的废水,含有机物的废水,含有机、无机物的废水,含无机物的废水,17,化工废水的主要来源,化工生产的原料和产品在生产、包装、运输、堆放的过程中因一部分物料流失又经雨水或用水冲刷而形成的废水,化学反应不完全而产生的废料。如残余浓度低且成分不纯的物料常常以废水的形式排放出来,化学反应中副反应过程生成的废水,冷却水，若采用冷却水与反应物料直接接触的直接冷却方式，则不可避免地排出含有物料的废水,地面和设备冲洗水和雨水，因常夹带某些污染物最终形成废水,18,化工废水的特点,废水排放量大,污染物种类多,污染物毒性大、不易生物降解,废水中含有有害污染物较多,化工废水的水量和水质视其原料路线、生产工艺方法及生产规模不同而有很大差异,污染范围广,19,掌握化工废水的处理技术,物理法,化学法,生物处理法,物理化学法,化工废水处理技术,20,一、物理法,定义：,通过物理作用和机械力分离或回收废水中不溶解悬浮污染物质,(,包括油膜和油珠,),，并在处理过程中不改变其化学性质的方法称为物理处理法。,1.,均衡与调节,设备,-,调节池,长方形调节池：,特点,-,在池内设有若干折流隔墙，使废水在池内来回折流。,折流式调节池：,优点,-,调节池容积大小可视废水的浓度、流量变化、要求的调节程度及废水处理设备的处理能力来确定，做到既经济又满足废水处理系统的要求。,21,2.,沉淀,定义：,沉淀是利用废水中悬浮物密度比水大，可借助重力作用下沉的原理而达到液固分离目的的一种处理方法。,分类：,沉淀根据废水中悬浮物的沉淀现象可分四种类型：自由沉淀、絮凝沉淀、拥挤沉淀和压缩沉淀。,设备,-,沉淀池,普通沉淀池,斜板斜管沉淀池,平流式,竖流式,辐射式,优点,是构造简单、沉淀效果好、性能稳定。,缺点,是排泥困难、占地面积大。,22,23,含悬浮固体的水从进水管（,1,）进入进水单元（,2,）。,水向下流动进入，从两侧经由进水槽（,3,）进入斜板区内。斜板区（,4,）由许多倾斜的平板组成。需要的总的沉淀面积和板间距取决于污泥的沉淀特性。,水（,6,）在向上流动（层流）的过程中，淤渣沉降在斜板上，清水通过排出廊道（,7,）和出口管（,8,）流出。,这种独特的廊道设计有助于提高沉淀效率。沉降在斜板上的淤渣向下运动（,5,），与水流的方向（,6,）相反。,从两侧进水不会妨碍淤渣的沉降，相反可以预防板间淤渣的累积和堵塞。淤渣在污泥斗（,9,）处进行收集，并进一步浓缩。泥斗的构造可以使淤渣均匀地排出（,10,）。,24,25,3.,筛除与过滤,定义：,利用过滤介质截留废水中的悬浮物，也叫筛滤截留法。,筛滤截留法的实质,-,让废水通过一层带孔眼的过滤装置或介质，尺寸大于孔眼尺寸的悬浮颗粒则被截留。,过滤介质,-,钢条、筛网、滤布、石英砂、无烟煤、合成纤维、微孔管等。,常用的过滤设备,-,格栅、栅网、微滤机、砂滤器、真空滤机、压滤机等,(,后两种滤机多用于污泥脱水,),。,26,4.,隔油,定义：,隔油主要用于对废水中可浮油的处理，它是利用水中油品与水密度的差异与水分离并加以清除的过程。,设备,-,隔油池,平流式隔油池,斜流式隔油池,优点,：构造简单，运行管理方便，除油效果稳定。,缺点：,是体积大、占地面积大、处理能力低、排泥难，出水中仍含有乳化油和吸附在悬浮物上的油分，一般很难达到排放要求。,特点：,该装置结构简单，占地面积小，易管理，能除去水中粒径为,15m,以上的油粒。,27,5.,离心分离,定义,-,废水中的悬浮物借助离心设备的高速旋转，在离心力的作用下与水分离的过程叫离心分离。,原理,-,含悬浮物的废水在高速旋转时，由于悬浮颗粒和废水的质量不同，所受到的离心力大小不同，质量大的被甩到外圈，质量小的则留在内圈，通过不同的出口将它们分别引导出来，从而使悬浮物与水分离。,设备,水力旋流器,高速离心机,重力式,压力式,优点,-,体积小，单位容积的处理能力高，构造简单，使用方便，易于安装维护。,缺点,-,水泵和设备易磨损，所以设备费用高，耗电较多。一般只用在小批量的、有特殊要求的废水处理。,28,二、化学法,定义：,化学法,(,或化学处理法,),是利用化学作用处理废水中的溶解物质或胶体物质，可用来去除废水中的金属离子、细小的胶体有机物、无机物、植物营养素,(,氮、磷,),、乳化油、色度、臭味、酸、碱等，对于废水的深度处理也有着重要作用。,氧化还原法,1,2,3,4,中和法,混凝法,电化学法,29,1.,中和法,中和,就是酸碱相互作用生成盐和水，也即,pH,调整或称为酸碱度调整酸、碱废水的中和方法有：,酸、碱废水互相中和,:,以废治废、既简便又经济；,投药中和,:,可以处理任何浓度、任何性质的酸碱废水,;,过滤中和：,可以进行废水的,pH,调整。,30,混凝法是废水处理中一种经常采用的方法，它处理的对象是废水中利用自然沉淀法难以沉淀除去的细小悬浮物及胶体微粒，可以用来降低废水的浊度和色度，去除多种高分子有机物、某些重金属和放射性物质；此外，混凝法还能改善污泥的脱水性能。,-,优点：,设备简单，操作易于掌握，处理效果好，间歇或连续运行均可以；,-,缺点：,运行费用高，沉渣量大，且脱水较困难；,2.,混凝法,31,1.,基本概念,混凝,：水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程称为混凝，是凝聚和絮凝的总称。,凝聚,：胶体失去稳定性的过程称为凝聚。,絮凝,：脱稳胶体相互聚集称为絮凝。,混凝过程,涉及：水中胶体的性质；混凝剂在水中的水解；胶体与混凝剂的相互作用。,2.,混凝法,32,胶体的性质,光学特性（丁达尔现象）,：,指胶体在水溶液中能引起光的反射,。,布朗运动,:,胶体为常见的分散体系之一。,表面性质,：,分散体系的分散度越大，胶体颗粒的比表面积越大，具有的表面自由能越大，使胶体可以产生特殊的吸附能力和溶解现象。,电动现象,(,电泳,),：,胶体具有带电性，在电场力作用下，胶体微粒向一个电极方向移动的现象。,33,2.,水中胶体的稳定性,胶体稳定性,：是指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。,胶体稳定性分“动力学稳定性”和“聚集稳定”两种。,动力学稳定性,：无规则的布朗运动强，对抗重力影响的能力强。,聚集稳定性,包括：胶体带电相斥（憎水性胶体）；水化膜的阻碍（亲水性胶体）,在动力学稳定性和聚集稳定两者之中，聚集稳定性对胶体稳定性的影响起关键作用。胶体颗粒的双电层结构见图。,滑动面上的电位：称为,电位，决定了憎水胶体的聚集稳定性。也决定亲水胶体的水化膜的阻碍，当,电位降低，水化膜减薄及至消失。,34,胶体的结构,双电层结构,中心称为,胶核,，表面选择性吸附一层带同号电荷的离子,成为胶体的,电位离子,。,由于电位离子的静电引力，在其周围又吸附了大量的异号离子，形成了所谓的,“,双电层,”,。,35,电位离子,反离子,扩散层,胶团边界,滑动面,胶粒,吸附层,胶核,电位,电位,胶体的结构,36,水的混凝机理与过程,混凝机理,1.,压缩双电层,电解质加入,与反离子同电荷离子,压缩双电层,电位,稳定性,凝聚,2.,吸附,-,电性中和,胶核表面直接吸附带异号电荷的聚合离子、高分子物质、胶粒等，来降低,电位,3.,吸附架桥,高分子物质和胶粒，以及胶粒与胶粒之间的架桥,37,水的混凝机理与过程,4.,网捕或卷扫,金属氢氧化物在形成过程中对胶粒的网捕,小胶粒与大矾花发生接触凝聚,不同,pH,条件下铝盐的混凝机理,pH,范围,机理,pH3,简单的水合铝离子起压缩双电层作用,pH=4,5,多核羟基络合物起吸附电性中和,pH=6.5,7.5,多核羟基络合物起吸附电性中和；氢氧化铝起吸附架桥、网捕,38,混凝过程及投药方法,沉淀,混合,反应,投药,干法是把经过破碎、易于溶解的药剂直接投入废水中。湿法是将混凝剂和助凝剂配成一定浓度的溶液，然后按处理水量大小定量投加。,将药剂迅速、均匀地投加到废水中，以压缩废水中的胶体颗粒的双电层，降低或消除胶粒的稳定性，使废水中胶体能互相聚集成较大的微粒,促使失去稳定的胶体粒子碰撞结合，成为可见的矾花绒粒,混凝沉淀处理流程,39,3.,氧化还原法,定义：,通过药剂与污染物的氧化还原反应，将废水中有害的污染物转化为无毒或低毒物质的方法。,废水处理中最常采用的,氧化剂,是空气、臭氧、二氧化氯（,ClO,2,）、氯气（,Cl,2,）、高锰酸钾（,KMnO,4,）等。,药剂还原法在废水处理中应用较少，只限于某些废水（如含铬废水）的处理，常用的,还原剂,有硫酸亚铁（,FeSO,4,）、亚硫酸盐、氯化亚铁（,FeCl,2,）、铁屑、锌粉、硼氢化钠等。,40,三、物理化学法,1.,吸附法,吸附过程原理：,吸附是利用多孔固体吸附剂的表面活性，吸附废水中的一种或多种污染物，达到废水净化的目的。,根据固体表面吸附力的不同，吸附可分为以下三种类型：,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为物理吸附。它是可逆的。,2,化学吸附：,吸附剂和吸附质之间发生由化学键力引起的吸附为化学吸附。它是不可逆的。,3,离子交换吸附：,是通常所指的离子交换。,41,2.,萃取法,定义：,利用与水不相溶解或极少溶解的特定溶剂同废水充分混合接触，使溶于废水中的某些污染物质重新进行分配而转入溶剂，然后将溶剂与除去污染物质后的废水分离，从而达到废水净化和回收有用物质的目的。,采用的溶剂称为萃取剂，被萃取的物质称为溶质，萃取后的萃取剂称萃取液（萃取相），残液称为萃余液（萃余相）。,特点：,萃取法具有处理水量大，设备简单，便于自动控制，操作安全、快速、成本低等优点，因而该法具有广阔的应用前景。目前仅用于为数不多的几种有机废水和个别重金属废水的处理。,42,萃取工艺设备,萃取工艺包括混合、分离和回收三个主要工序。,根据萃取剂与废水的接触方式不同，萃取操作有,间歇式,-,工艺及计算与间歇吸附相同。,连续式,-,设备常用的有填料塔、筛板塔、脉冲塔、转盘塔和离心萃取机。,往复叶片式脉冲筛板塔,离心萃取机,43,3.,浮选法,定义：,利用高度分散的微小气泡作为载体去粘附废水中的污染物，使其密度小于水而上浮到水面，实现固液或液液分离的过程。,基本原理：,浮选法的根据是表面张力的作用原理。当液体和空气相接触时，在接触面上的液体分子与液体内部液体分子的引力，使之趋向于被拉向液体的内部，引起液体表面收缩至最小，使得液珠总是呈圆球形存在。,44,4.,其他方法,电渗析,是在直流电场的作用下，利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子选择透过性（即阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过），而使溶液中的溶质与水分离的一种物理化学过程。电渗析技术越来越引起人们的重视并得到逐步推广。此方法应用在环保方面进行废水处理已取得良好的效果。但是由于耗电量很高，多数还仅限于在以回收为目的的情况下使用。,45,反渗透,是利用半渗透膜进行分子过滤来处理废水的一种新的方法，又称膜分离技术。因为在较高的压力作用下，这种膜可以使水分子通过，而不能使水中溶质通过，所以这种膜称为半渗透膜。利用它可以除去水中比水分子大的溶解固体、溶解性有机物和胶状物质近年来应用范围在不断扩大，多用于海水淡化、高纯水制造及苦咸水淡化等方面。,46,超过滤法,是利用半透膜对溶质分子大小的选择透过性而进行的膜分离过程。超过滤法所需的压力较低，一般为,0.1,0.5MPa,，而反渗透的操作压力则为,2,10MPa,。因化工废水中含有各种各样的溶质物质，所以只采用单一的超滤方法，不可能去除不同分子量的各类溶质，一般多是与反渗透法联合使用，或者与其他处理法联合使用，多用于物料浓缩。,47,四、生物处理法,定义：,废水的生物处理法就是利用微生物新陈代谢功能，使废水中呈溶解和胶体状态的有机污染物被降解并转化为无害的物质，使废水得以净化。,分类：,生物处理法的工艺根据参与的微生物种类和供氧情况，分为,好氧生物处理,和,厌氧生物处理,。,48,1,、好氧生物处理,活性污泥法,活性污泥是活性污泥中曝气池的净化主体，生物相较为齐全，具有很强的吸附和氧化分解有机物的能力。,生物膜法,是靠生物滤池实现的。,普通生物滤池的工作原理,是：废水通过布水器均匀地分布在滤池表面，滤池中装满滤料，废水沿滤料向下流动，到池底进入集水沟、排水渠并流出池外。在滤料表面覆盖着一层粘膜，在粘膜上长着各种各样的微生物，这层膜被称为生物膜。生物滤池的工作实质，主要靠滤料表面的生物膜对废水中有机物的吸附氧化作用。,49,2,、厌氧生物处理,水解酸化阶段,产氢产乙酸阶段,产甲烷阶段,基本原理,是指在无分子氧的条件下通过厌氧微生物,(,或兼氧微生物,),的作用，将废水中的有机物分解转化为甲烷和二氧化碳的过程。厌氧过程主要依靠三大主要类群的细菌，即水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌的联合作用完成。,三个阶段,50,3.,生物处理法的技术进展,纯氧曝气法,深层曝气法,深井曝气池,生物接触氧化法,活性污泥法新进展,生物膜法的新进展,51,认识典型的化工废水处理,一、炼油废水的处理流程,冷却废水,含油废水,含硫废水,含碱废水,含酸废水,含盐废水,是冷却馏分的间接冷却水，温度较高，有时由于设备渗漏等原因，冷却废水经常含油，但污染程度较轻,主要来源于催化及焦化装置，精馏塔塔顶分离器、油气洗涤水及加氢精制等。主要污染物是硫化物、油、酚等,含油废水大部分来源于油品与油气冷凝油、油气洗涤水、机泵冷却水、油罐洗涤水以及车间地面冲洗水,主要来自汽油、柴油等馏分的碱精制过程。主要含过量的碱、硫、酚、油、有机酸等,来自水处理装置、加酸泵房等。主要含硫酸、硫酸钙等,主要来自原油脱盐脱水装置，除含大量盐分外，还有一定量的原油,炼油废水的来源、分类,52,53,二、小氮肥废水的处理流程,废水处理工艺流程,54,三、城市污水的处理流程,55,认识水体污染的综合防治,改革或改进工艺，减少污染,充分利用水体的自净能力,加强对水体及污染源的监测与管理,提高废水处理技术水平,控制措施,水体污染综合防治,是指从整体出发综合运用各种措施，对水环境污染进行防治。,就水污染综合防治的实际效果而言，应当从“,控制措施,”和“,废水利用,”两个方面入手,。,废水利用,循环使用废水，降低排放量,回收废水中有价值的物质,56,