05 06化工废水处理

《05 06化工废水处理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《05 06化工废水处理（119页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第三章化工废水处理 songlin113 化工环境保护 第三章化工废水处理 化工废水的来源及特点化工废水处理方法概述物理处理法化学处理法物理化学处理法生物处理法 吸附法浮选法电渗析反渗透超过滤 5物理化学处理法 一 吸附水处理的吸附法是指利用具有吸附能力的多孔性物质去除水体中微量溶解性杂质的一种处理工艺 1 吸附本质 1 定义 吸附是一种或几种物质 称为吸附质 在另一种物质 称为吸附剂 表面上自动发生变化 累积或浓集 的过程 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 吸附质吸附法定义 吸附

2、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 2 原理 吸附剂表面上的分子受力不均衡 存在剩余力场 即具有表面能 根据热力学第二定律 这种能力有自动变小的趋势 当溶液中的吸附质 达到吸附剂表面时 致使界面上的分子受力变得均衡一些 从而降低了这种表面能 这就是吸附过程自动发生的一种推动力 因此吸附的本质是物质从液相 或气相 到固相表面的一种传质现象 2 类型 根据吸附剂表面吸附力的不同 吸附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 相对没有选择性 分子量越大 吸附量越大 可形成单分子吸附层或多分子吸附层 2

3、化学吸附 由化学键力引起的 产生化学反应 如石灰吸附CO2 CaCO3 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 实际过程中物理和化学吸附是主要的 比较如下 3 吸附剂具有一定吸附能力的多孔物质都可以作吸附剂 有活性炭 活化煤 焦炭 煤渣 活性碳是水处理中应用最为广泛的吸附剂 1 活性炭的制造原料 木材 煤 经高温炭化和活化而成 炭化 温度300 400 将原料热解为碳渣 活化 把碳渣造成发达的多孔结构主要有

4、两种活化方法 气体法 通入水蒸气药剂法 用氯化锌 硫酸等作为活化剂 制造过程示意图 炭化 破碎 造粒原料活化 洗涤 捏合成型 炭化粉状碳成品 干燥 筛分粒状碳成品 2 活性炭的构造吸附作用主要发生在细孔表面 比表面积 每克吸附剂具有的总表面积 可达500 1700m2 g吸附量除与比表面积有关外 还于细孔的形状和分布有关 细孔的构造有 圆桶形 圆锥形 瓶形 平板形 毛细管形等 直径为1 10000nm 细孔分为 A 小孔 微孔 半径在2nm以下 其表面积占比表面积的95 以上 对吸附量的影响最大 B 中孔 过渡孔 半径为2 100nm 表面积占比表面积的5 以下 它为吸附质提供扩散通道 影响大

5、分子物质的吸附 C 大孔 半径为100 10000nm 表面积只有0 5 2m2 g 占比表面积不足1 主要为吸附质提供扩散通道 一般来说 吸附量主要受小孔支配 但对于分子量 或分子直径 较大的吸附质 小孔几乎不起作用 所以 在实际应用中 应根据吸附质的直径大小和活性炭的孔径分布来选择合适的活性炭 3 活性炭的表面化学性质吸附不仅与构造和细孔分布有关 还与其表面化学性质有关 活性炭是非极性的 但在制造过程中 易于氢 氧结合而具有微弱的极性 正因如此 它不仅可以去除水中的非极性物质 还可去除极性物质甚至微量的金属离子及化合物 4 活性炭的特点A 具有良好的吸附性能和化学稳定性B 可耐酸碱C 能经

6、受水浸 高温 高压作用D 不易破碎 气流阻力小E 粉状活性炭制造容易 成本低 但不易再生 粒状活性炭成本较高 但操作管理和再生容易 4 影响吸附的因素主要有内因和外因两个方面 1 内因因素有 A 吸附剂的性质 种类 比表面积 表面能 表面化学特性 孔隙尺寸等B 吸附质的性质 溶解度 极性 分子量 溶质浓度 空间结构等2 外因因素有 A 环境条件 pH值 温度 共存物质 压力 协同作用B 运行条件 运行方法 接触时间 水力条件等 5 吸附操作方式静态 搅拌 平衡 沉淀 过滤等 动态 应用多 1 吸附设备 固定床 根据水流分降流式升流式单床式根据水量 处理要求分为多床串联式多床并联式移动床 可充分

7、利用吸附容量 水头损失小 要求水中悬浮物小于30mg l流化床 吸附剂在塔内处于膨胀状态或硫化状态 适合处理悬浮物较高的废水 6 吸附剂的再生再生 指在吸附剂本身结构不发生或极少发生变化的情况下 用某种方法将被吸附的物质 从吸附剂的细孔中除去 以达到能够重复使用的目的 活性炭的再生 1 加热再生法 分为高温再生和低温再生 一般采用高温再生 脱水 活性炭与液体分离 干燥 100 150度 炭化 300 700度 活化 用蒸汽 冷却2 药剂再生法 酸碱 有机溶剂3 化学氧化法 湿式氧化 臭氧4 生物再生法 利用微生物作用 7 吸附法在废水处理中的应用1 活性炭对有机物的吸附用于去除用生物或物理 化

8、学法不能去除的微量呈溶解状态的有机物 废水中的有机物能否易被活性炭吸附 其主要影响因素有 分子结构 界面张力 界面活性 溶解度 离子性和极性 分子大小 pH值 浓度 温度 共存物质等 2 活性炭对无机物的吸附用于去除某些金属及其化合物有很强的吸附能力 如对锑 铋 锡 汞 钴 铅 镍等都有良好的吸附能力 3 废水吸附法处理实例处理程度高 应用范围广 适应性强 可以再生重复使用 如 染料化工废水处理 铁路货车洗刷废水处理 火药 TNT 化工废水处理 含汞废水 二 气浮1基本原理 1 概念是将水 污染物质和气泡这样一个多相体系中含有的疏水性污染粒子 或者附有表面活性物的亲水性污染粒子 有选择地从废水

9、中吸附到气泡上 以泡沫形式从水中分离去除的一种操作过程 是一种固 液和液 液分离的方法 具体过程 通入空气 产生微细气泡 SS附着在气泡上 上浮应用 自然沉淀或上浮难于去除的悬浮物 以及比重接近1的固体颗粒 2 气浮分类A 散气气浮法 扩散板曝气气浮 压缩空气通过扩散装置以微小气泡形式进入水中 简单易行 但容易堵塞 气浮效果不高 叶轮气浮法 适用于处理水量不大 污染物浓度高的废水 B 溶气气浮法 根据气泡析出时所处的压力不同 分为 溶气真空气浮和加压溶气气浮C 生化气气浮法 生物产气 化学产气等D 电解气浮法 有竖流式和平流式装置 电解气浮法的作用 1 氧化作用电解产生O2 可以对氧化有机物和

10、无机物 2 还原作用电解产生H2 可以还原某些物质 如脱色 3 混凝作用失去电子的金属离子易水解生成羟基络合物 4 浮选作用产生气体 以微气泡形式逸出 使杂质上浮 2 气浮的理论基础 1 水中颗粒与气泡粘附的条件A 水 气 固三相混合体系中 因不同介质表面因受力不均衡而存在界面张力 气泡与颗粒或絮体一旦接触 由于界面张力存在会产生表面吸附作用 B 润湿周边 三项间的吸附界面构成的交界线 与润湿接触角有关系 见下页图 C 亲水吸附与疏水吸附亲水性颗粒润湿接触角小 气粒两相接触面小 浮选体结合不牢 易脱落 此为亲水吸附 疏水性颗粒的接触角大 浮选体结合牢固 为疏水吸附 2 泡沫的稳定性不稳定的后果

11、 气泡浮到水面后 水分很快蒸发 泡沫计易破灭 会使已经浮到水面的污染物又脱落回到水中 方法 投加起泡剂 表面活性物质 达到易起气泡的稳定的目的 3 改变疏水性能向水中投加浮选剂 可以使颗粒由亲水性物质变为疏水性 4 结合方式 气浮中气泡对絮体和颗粒单体的结合方式 分为 气泡顶托 气泡裹携 气泡吸附 3 气浮法在废水处理中的应用含油废水 石油化工 机械加工 食品工业废水等 悬浮油 10 隔油池 乳化油 10 一般0 1 2 气浮 溶解性 造纸厂白水回收纤维 染色废水等毛纺工业洗毛废水 羊毛脂及洗涤剂浓缩污泥 效果比沉淀法高 废水中的污染物在处理过程中是通过相转移的变化而达到去除的目的 膜分离 利

12、用特殊的薄膜对液体中的某些成分进行选择性透过的方法总称 溶剂透过膜的过程 渗透溶质透过膜的过程 渗析电渗析反渗透超过滤 三 膜分离 1 电渗析原理 电渗析应用 电渗析法最先用于海水淡化制取饮用水和工业用水 海水浓缩制取食盐 以及与其它单元技术组合制取高纯水 后来在废水处理方面也得到较广泛应用 1 处理碱法造纸废液 从浓液中回收碱 从淡液中回收木质素 2 从含金属离子的废水中分离和浓缩金属离子 然后对浓缩液进一步处理或回收利用 3 从放射性废水中分离放射性元素 4 从酸洗废液中制取硫酸及沉积重金属离子 5 处理电镀废水和废液等 含Cu2 Zn2 Cr Ni2 等金属离子的废水都适宜用电渗析法处理

13、 其中应用较广泛的是从镀镍废液中回收镍 许多工厂实践表明 用这种方法可以实现闭路循环 2 反渗透原理 反渗透 在渗透的基础上进行逆向处理 如果在溶液一侧施加大于渗透压的压力 则溶液中的水就会透过半透膜 流向纯水一侧 溶质则被截留在溶液一侧 这种作用称为反渗透 半渗透膜 反渗透的应用 反渗透法处理酸性尾矿水废水反渗透法纸浆及造纸厂废水处理反渗透法丝绸染整厂废水处理 6生化处理法 废水生物处理的目的 絮凝和去除废水中不可自然沉淀的胶体状固体物 稳定和去除废水中的有机物 去除营养元素氮和磷 6 1概述 6 1概述 废水生物处理的重要性 城市污水中约有60 以上的有机物只有用生物法去除才最经济 废水中

14、氮的去除一般来说只有依靠生物法 目前世界上已建成的城市污水处理厂有90 以上是生物处理法 大多数工业废水处理厂也是以生物法为主体的 废水生化处理方法 微生物的新陈代谢 微生物的新陈代谢 微生物在生命活动过程中 不断从外界环境中摄取营养物质 并通过复杂的酶催化反应将其加以利用 提供能量并合成新的生物体 同时又不断向外界环境排泄废物 污染物的分解 1 好氧分解好氧分解过程中必须有分子氧作为最终电子受体 在天然水体中氧以DO形式存在 当氧是唯一的电子受体时 有机物的最终代谢产物主要为CO2 水及新的细胞物质 在正常的天然水体中 好氧分解是水体自净的主要途径 由于好氧氧化过程中有大量的能量释放出来 大

15、部分好氧微生物有很高的生长速率 比其它氧化系统中产生的新细胞多 因此污泥的产生量就多 好氧分解速度快 效率高 产生的臭味少 因此废水浓度较低 BOD5小于500mg L 时可选用此法 当废水浓度过高时 BOD5大于1000mg L 采用好氧处理不能得到足够的溶解氧 且有大量的生物污泥产生 因此一般不适合于采用该法处理 2 缺氧分解在缺少分子氧时 一些微生物能够利用硝酸盐作为最终受体 此时的氧化过程称为反硝化过程 最终产物为氮气 二氧化碳 水及新细胞物质 反硝化产生的能量约等于好氧分解产生的能量 3 厌氧分解为进行厌氧分解 分子氧与硝酸盐不可作为电子受体 硫酸盐 二氧化碳及有机物在厌氧分解中作为

16、最终电子受体而被还原 有机物的厌氧分解通常分为两个步骤 首先复杂的有机物发酵生成低分子量的脂肪酸 挥发性酸 第二步这些有机酸转化成甲烷 二氧化碳作为电子受体 厌氧氧化时仅能释放出少量的能量 因此细胞的产生量即污泥的量很少 可利用此特性将好氧和缺氧过程产生的污泥通过厌氧分解加以稳定 目前 很多工厂利用此法处理污泥产生沼气 发电 如北京高碑店污水处理厂 废水浓度较低时 不适合于利用厌氧分解直接处理 为提高厌氧分解的效率 必须提高废水温度 微生物的作用不同种类的微生物都具有分解有机物质的能力 微生物将胶体的和溶解性的含碳有机物转化成CO2并合成新的微生物菌体 微生物菌体的密度稍微大于水 可以利用重力沉降法将其从处理过的水中去除 微生物菌体本身即为有机物 以BOD的形式存在于出水中 因此如果被处理过的水中微生物菌体未被去除 则未达到完全处理 废水中的微生物 细菌 真菌 藻类及轮虫与甲壳动物 微生物生长的需要适宜的环境 温度 pH 大量营养物 合成细胞所需的碳源 氮源 ATP 能量载体 和DNA所需的磷 微量营养物 微量金属 某些细胞所需的维生素 氧气 有机物浓度 酶及酶反应 酶 活细胞产生的能