3-水体污染及其控制技术2(2)剖析

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1、1,第三章 水体污染及其控制技术,1 水环境概述 2 水体污染与自净 3 水质指标、水环境标准与水环境保护法规 4 污水处理基本方法与系统 5 污水的物理处理技术 6 污水的化学处理技术 7 污水的生物处理技术（一）活性污泥法 8 污水的生物处理技术（二）生物膜法 9 污水的生物处理技术（三）厌氧生物处理法 10 污水的自然生物处理法 11 污泥的处理与处置,2,胶体概述 悬浮颗粒越小，在水中沉降就越困难。 悬浮物大多是泥沙，d100nm，经长时间静止在重力作用下就会沉降下来。 胶体颗粒，d100nm，基本不能因重力作用而沉降。原因有三： 胶体颗粒在水中作无规则的布朗运动，可长时间保持分散状态

2、； 胶体颗粒外表面吸附了一层水分子，阻碍胶体颗粒之间的接触，使胶体保持稳定； 胶体颗粒带有电荷，天然水中的胶体颗粒总是带有负电荷，由于同性相斥使胶体颗粒不易相互聚合而保持悬浮状态。 其中后两个原因更为重要。,3.6.1 混凝法,3,向水中加入混凝剂，使废水中细小的悬浮物和胶体粒子相互接触并凝聚，然后形成絮状物下沉而分离的处理方法。前者称为凝聚，后者称为絮凝，两个过程合称为混凝。 根据所用混凝剂的不同，其作用机制有三个 电中和作用： 带正电荷离子与原水中带负电荷的胶体发生电中和使之脱稳，此过程在1s内即可完成。脱稳后的胶体颗粒的静电斥力被大大削弱，便可发生碰撞，聚集成较大的颗粒。 吸附架桥作用：

3、 沉淀物Al(OH)3、高分子絮凝剂（具有较长分子链）。这些分子链能吸附水中的胶体颗粒，而且同一条链可吸附多个胶体颗粒，同一胶体颗粒可吸附在多条链上，使原来处于分散的许多细小颗粒被分子链拉扯在一起不能分开，形成絮状沉淀物。 网捕作用： Al(OH)3沉淀物以及生成的絮状沉淀物，是一种网状絮凝体，在下沉过程中，像一个张开的大网，卷扫水中的悬浮物共同沉淀。,混凝原理,4,混凝过程,混凝过程是指从向水中投加混凝剂，直到最终形成大颗粒絮凝体的整个过程。分为两个阶段： 凝聚阶段（也称凝絮阶段） 混凝过程中最重要的阶段。包括胶体脱稳和脱稳胶体在布朗运动作用下聚集成微小凝絮的过程。 脱稳胶体的移动速度十分重

4、要，决定了它们的碰撞频率。有效碰撞才能使脱稳胶粒聚集，这取决于胶体脱稳程度。完全脱稳则每次碰撞都可能形成微小凝絮。 在混合池或混合管中进行，很短时间即可完成。 絮凝阶段 微小凝絮在流体动力作用下再相互碰撞形成大絮凝体，这一过程称为絮凝阶段。 在反应池（或称絮凝池）中完成。,5,混凝剂与助凝剂,对用于水处理的混凝剂的要求：混凝效果好，无害，廉价易得。 根据所加药剂在混凝过程中所起的作用不同，混凝剂可分为凝聚剂和混凝剂两类，分别起胶体脱稳和结成絮体的作用。 根据混凝剂化学成分和性质不同，可分为无机、高分子和微生物混凝剂三大类。 无机混凝剂：硫酸铝，硫酸铁，硫酸亚铁 高分子混凝剂分为无机和有机两类

5、无机高分子：聚合氯化铝和聚合氯化铁应用最广泛 有机高分子：聚丙烯酰胺 助凝剂：调节、改善混凝条件，提高处理效果。 单独使用混凝剂不能取得良好混凝效果时，可投加助凝剂。 常用的有硫酸、石灰、活化硅胶、骨胶、海藻酸钠等。,6,混凝工艺流程及设备,混凝处理是一个综合操作过程，包括药剂的制备、投加、混凝、絮凝和沉淀分离几个过程。,7,3.6.2 吸附法,吸附法是利用多孔性固体吸附剂来处理废水的方法。吸附剂有很强的吸附能力，可以把废水中的可溶性有机物或无机物吸附到它的表面而除去，对废水中的细菌、病毒等微生物也有一定的去除作用。 吸附的基本原理 吸附是在相界面上物质浓度自动发生积累或浓集的现象，是一种非均

6、相过程。在废水处理中，主要是利用固体物质表面(吸附剂)对废水中物质(吸附质)的吸附作用。 吸附剂通常为细微物质或多孔物质，因其有很大的表面积而显示出明显的吸附能力。,8,吸附的操作流程 间歇式 连续式 间歇式是将吸附剂和废水按一定比例在吸附池内搅拌混合一段时间(一般为30min左右)，后静置沉淀，然后将澄清液排出。 间歇式操作一般只用于少量废水的处理，多数情况下都采用连续式。 主要用于城市污水的深度处理，以及含铬工业废水等。,9,3.6.3 离子交换法,离子交换法：借助离子交换剂中无害的可交换离子，与废水中有害离子的交换作用，使水质得到了净化。 能有效去除废水中的重金属离子和放射性物质。 电厂

7、应用广泛，用于锅炉补给水处理。 交换剂离子交换树脂。,10,离子交换树脂是一类带有活性基团的网状结构的高分子化合物，它带有电荷，并与反离子相吸引。 分子结构组成包括两部分。 离子交换树脂骨架：骨架是高分子化合物的基体，具有庞大的空间网络结构，支撑整个化合物。 活性基团：它是连结在骨架上的可交换基团（简称功能团），提供可交换离子。,离子交换树脂,11,活性基团由两部分组成： 固定部分：与骨架牢固结合，不能自由移动，称为固离子 活动部分：遇水可以电离，并能在一定范围内自由移动，可与周围水中的其他带同类电荷的离子进行交换反应，称为可交换离子。 强酸性阳树脂R-SO3H中，R代表骨架， -SO3H为活

8、性基团，其中-SO3-为固离子，H+为可交换离子,12,化学特性,选择性 由于离子交换树脂对于水中各种离子吸着（或吸附）的能力不相同，树脂与多种离子进行交换反应时，常常优先吸着某些离子，吸着后很难将其置换下来；而另一些离子较难吸着，但却容易被置换下来。这种性能称为离子交换树脂的选择性。 离子交换反应的可逆性 离子交换树脂的交换反应是可逆的，因此可以进行离子交换和树脂再生，树脂可重复使用。,13,离子交换原理,离子交换原理：离子交换剂是一种带可交换离子(阳离子或阴离子)的不溶性固体，由母体和交换基团两部分组成，交换基团中含有可游离交换的离子。离子交换反应就是这种可游离交换的离子与水中同性离子间的

9、交换过程。 例如H型树脂与水中Na+的反应 RH + Na+RNa + H+ 树脂失效后，用酸再生以恢复交换能力 RNa + H+RH + Na+,14,在实际运行时，交换树脂分为几个区域 上层全部转为B型树脂，是失效层。 失效层的下一个区域为工作层，水经过工作层时，离子交换反应就在这一层进行，在这一层中的树脂是A型和B型的混合物，随着交换的进行，工作层树脂被B离子饱和，也就是说工作层变成了失效层，工作层又下移到下一区域。 交换柱中的工作层是自上而下不断移动的。 工作层的下一个区域是尚未工作的A型树脂层。,离子交换流程交换,失效层,工作层,尚未工作的树脂层,以A型树脂处理含B离子水时，树脂交换

10、层的工作状况。,15,反洗 当树脂使用到终点时，自下而上逆流通水进行反洗，除去杂质，使树脂松动。 再生 再生剂通过顺流或逆流进行再生，使树脂恢复交换能力 正洗 自上而下通入清水进行淋洗，洗去树脂中夹带的剩余再生剂。 正洗后交换柱剂可进行下一个循环工作。,离子交换流程再生,16,3.6.4 中和法,中和是指通过酸碱反应，使废水的pH值达到中性左右的过程，被处理的酸或碱主要是无机的。 酸碱废水互相中和 若有酸性与碱性两种废水均匀排出，所含的酸碱量又能够互相平衡，那么，两者可以直接在管道内混合，不需设中和池；反之，则必须设置中和池，在中和池内进行中和反应。 过滤中和 是指酸性废水流过碱性滤料时与滤料

11、进行中和反应的方法，此法仅适用于酸性废水的中和处理。碱性滤料石灰石、大理石、白云石。,17,药剂中和 酸性废水中和剂有石灰、石灰石、大理石、白云石、碳酸钠、苛性钠、氧化镁等。碱性废水中和剂有硫酸、盐酸、硝酸等。,18,3.6.5 化学沉淀法,化学沉淀法是指向废水中投加化学药剂，使其与废水中的污染物发生化学反应，形成难溶的沉淀物沉淀下来的方法。 化学沉淀法根据投加的化学药剂的不同可以分为 氢氧化物沉淀法。废水PH值极为重要。金属氢氧化物的生成条件和存在状态与溶液的pH值有直接关系。 有些金属如 Zn、Pb、Cr、Al等的氢氧化物为两性化合物，如pH值过高，它们会重新溶解。 硫化物沉淀法。常用的沉

12、淀剂有硫化氢、硫化钠、硫化钾，对金属离子去除更完全，但费用高，硫化物难以沉淀，常需投加混凝剂加强去除效果。 其他方法。石灰法、碳酸盐沉淀法、铁氧体沉淀法等。,19,3.6.6 氧化还原法,氧化还原法是指利用溶解于废水中的有毒有害物质能在氧化还原反应中被还原或被氧化的性质，将其转化为无毒无害新物质的废水处理方法。 氧化法 主要用于处理废水中的氰化物、硫化物及造成色度、嗅、味、BOD及COD的有机物，也可氧化某些金属离子，以及杀菌。 常用氧化剂：空气、氧气、臭氧、氯、次氯酸、二氧化氯、漂白粉和过氧化氢。 还原法 多用于处理含六价铬和汞化合物的废水。 如用硫酸亚铁、焦亚硫酸钠、二氧化硫、亚硫酸钠等将

13、还原为三价铬。投加石灰石其生成Cr（OH）3沉淀加以分离。,20,3.6.7 电解法,电解是指电解质溶液在直流电的作用下发生电化学反应的过程。 电解过程中，在电场力的作用下，废水中的正、负离子分别向两极移动，并在电极表面发生氧化还原反应，生成新物质，这些新物质在电解过程中或沉积于电极表面，或沉淀于电解槽内，或生成气体从水中逸出，从而降低了废水中有毒物质的浓度。这种利用电解原理来处理废水中有毒物质的方法称为电解法。 主要用于处理含重金属离子废水、含油废水的脱色、含氰废水等。,21,第三章 水体污染及其控制技术,1 水环境概述 2 水体污染与自净 3 水质指标、水环境标准与水环境保护法规 4 污水

14、处理基本方法与系统 5 污水的物理处理技术 6 污水的化学处理技术 7 污水的生物处理技术（一）活性污泥法 8 污水的生物处理技术（二）生物膜法 9 污水的生物处理技术（三）厌氧生物处理法 10 污水的自然生物处理法 11 污泥的处理与处置,22,3.7.1 基本原理,活性污泥法是以活性污泥为主体的污水生物处理技术。 在人工充氧的条件下，对污水中的各种微生物群体进行培养和驯化，形成活性污泥。利用活性污泥的吸附和氧化作用，以分解去除污水中的有机污染物。然后进入二次沉淀他，进行污泥与水的分离，大部分污泥再回流到曝气池，多余部分则排出活性污泥系统。,23,参与污染物去除的活性污泥微生物，根据其生理特

15、征的不同可分为四类： (1)在好氧条件下，利用含碳有机物进行生长繁殖的异养微生物(包括细菌原生动物和后生动物) (2)在好氧条件下，将氨氮氧化为亚硝酸盐，将亚硝酸盐氧化为硝酸盐的自养菌(一般称为硝化菌)。 (3)在缺氧(溶解氧很低)条件下，将硝态氮还原为氮分子的反硝化异养菌(一般称为反硝化菌)。 (4)在厌氧(无溶解氧，且无硝酸盐和亚硝酸盐)条件下释磷和好氧条件下吸磷的异养菌(一般称为聚磷菌)。 活性污泥法运行条件的控制，就是创造使上述四类微生物各自发挥最佳生理特性的条件。,24,3.7.2 基本流程,活性污泥法的流程大体由以下两个步骤组成 生物反应 使活性污泥和待处理废水充分混合，形成混合液

16、，并在充分曝气提供足够溶解氧的条件下，进行生化反应，降低污染物浓度。 二次沉淀 在二次沉淀池中对混合液进行固液分离。下层为分离出的活性污泥，大部分送回曝气池，称为回流污泥，其余作为废弃物排出；上层清水则为已处理废水，排出沉淀池。,25,3.7.3 曝气,向活性污泥反应器中的混合液提供足够的溶解氧，井使混合液中的活性污泥与污水充分接触，这两项任务是通过曝气实现的。 现在通行的曝气方式有：鼓风曝气、机械曝气和两者联合的鼓风机械曝气。 活性污泥系统的净化效果在很大程度上取决于曝气池的功能是否能正常发挥。它主要由池体、曝气系统和进出口等几部分组成。,26,3.7.4 运行方式,1、普通活性污泥法 污水和回流污泥从曝气他的首端进入，以推流式至曝气池末端流出。 处理效果极好，BOD去除可达90以上，适用于净化程度和稳定程度要求高的污水。 普通活性污泥法耐冲击负荷能力较差，只适用于大中型城市污水处理厂(水质较稳定)。 曝气池容积大，基建费用高，对氮、磷的去除率低，剩余污泥量大，从而提高了污泥处理处置的费用。,27,2