污水处理中的分离技术

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1、废水处理中的分离技术,离心分离,一、理论基础 物体高速旋转时产生离心力场，在离心力场内各质点将受到比本身重力大得多的离心力，这离心力的大小取决于物质的质量。 高速旋转的物体能产生离心力，含悬浮物的废水在高速旋转时由于悬浮物和废水的质量不同，因此受到的离心力大小也不同，质量大的被甩向外围，质量小的则留在内圈，废水和水中的悬浮物被分离。 二、离心分离设备 1.根据离心力产生的方式将离心设备分为： （1）用水流本身旋转产生离心力的旋流分离机： 压力式旋流分离机、重力式旋流分离机 （2）由设备本身旋转带动污水旋转的离心分离机： 2重力式旋流分离机：常用的水力旋流沉淀池，污水沿切线方向流 入，借进出水头

2、差在池内旋转流动。,3压力式旋流分离机 用于分离比重较大的悬浮物，设备由钢板制成，上部为直径D的园筒，下部为锥形体，污水沿着设备切线方向进入，在离心力作用下，水中悬浮物被甩向四周，并在重力作用下，下沉至底部排走。 分析： 1段：水流的水平速度沿半径增大，在四周处最大，颗粒在离心力作用 下，甩向四周，此区为加速区。 2段：水平速度沿半径增大后减小，在 1/2R 处，V最大，分离出的颗 粒沿四周下滑，此区为分离区。 3段：水平速度为零，颗粒在重力作用 下沉淀浓缩，此区为沉淀区。 优点：体积小，单位容积处理能力高， 用料少易安装。 缺点：四壁易磨损，需动力。,其中： m、m0分别为颗粒和污水的质量。

3、 v旋转圆周或速度。 r旋转半径。 n转速。,三.离心力计算,分析：1）当 r1.0m 时，n500转分， 280 当 r1.0m 时，n1800转分，3600。 2）在离心力场中，离心力对固体颗粒的作用远远超过重力，可强化 颗粒的分离速度。 3）分离因素 ，净化效果 ，可除的颗粒直径d。,1离心场中，颗粒受到离心力 F 的大小:,2颗粒在水中受到的重力：,3离心力与重力之比分离因素，表示在离心力场中，颗粒所受到的 离心力大于重力 的倍数。,过滤,一、过滤：使污水通过滤料组成的多孔介质，以截留水中的悬浮物质， 达到处理的目的。 二、滤网 1. 滤网：污水中含有的细小悬浮物，不能用格栅去除，也难

4、用沉淀方法 去除，可采用小孔眼的滤网截留，回收。 2.筛网通常用金属丝或化学纤维编制而成。 3.其形式有转鼓式、转盘式、振动式、转帘带式和固定式倾斜筛多种。 4.筛孔尺寸可根据需要，一般为0.151.0mm。 5.旋转式滤网，污水从外侧流入内侧，悬浮 物被截留，然后用刮刀刮下运走。 6.优：效率高，可回收有用的物质。缺：易堵塞。,三、滤池,滤池去除微量悬浮物，常用于污水深度处理。 1滤池过滤机理。 1）机械筛滤作用把滤料层作为筛子，某些粒径大于孔隙尺寸的杂质 被截留，孔隙变小一些，于是后续的细小悬浮杂质也可被截留。 2）沉淀作用把滤料看作层层叠叠起来的多层沉淀池。利用巨大的沉 淀面积截留水中微

5、小粒子。 3）絮凝作用把滤料作为接触吸附介质，介质紧密排列，水在介质中 流动时，杂质被吸附在介质表面并成长为大颗粒，巨大的表面积产 生强烈的吸附能力。 2滤料：石英砂、无烟煤、陶粒、聚丙烯球、炉灰渣、烟道灰、焦 炭、电化学滤料。,3截留杂质规律 从接触絮凝作用考虑，杂质与滤料接触，被滤料表面分子间力吸附絮凝，同时水力冲刷可使絮凝杂质脱落向下层移动，被下层滤料截留。 在过滤周期将终止时，表层滤料最细，吸附表面张力最大，截留的杂质最多，表层孔隙逐渐被杂质阻塞，尽管下层滤料还未发挥应有作用，但周期已终止，导致出现双层滤料，表层的滤料粒径大一些，截留的杂质多一些。 4构造污水滤料和给水滤料有许多相同之

6、处，与给水滤料的不同之处如下： （1）滤料粒径大，强度高，耐腐蚀，成本低。 （2）抗冲击性负荷，出现双层滤料。 （3）运行周期长。 （4）运行方式分为正向流和反向流。,四、电化学滤料滤池,1. 原理：两种不同的金属直接接触，浸没在有传导性的电解质溶液里，可形成原电池，通过选用活性金属组成原电池可在它作用空间产生一个电场。 2. 电化学滤料滤池是利用污水中含有电解质物质，当铁屑浸没在含有电解质的污水中，铁屑晶体结构上的铁一碳之间形成了许多微小的腐蚀电池，产生电化学反应，在它的作用空间产生一个电场，铁一碳表面有电流流动，形成一种内部内电解反应，在电场作用下，铁阳极失去电子生成 Fe2+进入污水中，

7、碳阴极得到电子使碳表面的 H+生成H2逸出，电极反应如下：,阳极：2Fe2Fe2+4e 阴极：4H+ 4e 2H2 (酸性溶液) O2 + 2H2O + 4e 4OH- （中性溶液或碱性溶液）,3. 腐蚀电化学反应，在它的表面有电流流动，由于腐蚀原电池的作用，在电位较低的铁阳极上，金属铁失去电子变成铁离子进入溶液，电子流向阴极，在碳阴极附近，流来的电子被溶液中能够吸收电子的物质所接受，生成以氢氧根形式出现的阴离子，中和金属离子，形成一种内部电解反应。电极反应阴极新生成的H2能与污水中的许多污染组份发生氧化还原作用，阳极生成的Fe2+是良好的絮凝剂，能够捕集、裹挟污水中的污染物共沉。 4. 应用

8、采用铁屑和活性炭组成电池，由于电极电位不同，形成一组短路的电池，铁阳极失去电子生成Fe2进入水中，电子流向阴极，在炭表面H得到电子还原成H2，水中Fe2与OH结合形成Fe(OH)2絮凝体，电池不断反应，滤池强化工作作用。 5. 例如，将铁屑和碳粒浸没在电位为30 mv的污水溶液中，铁屑和碳粒的电位差为1.2伏，粒料间的分离距离为0.1cm,可以得到510-3cm/s的分离速度，从理论上计算20s就完成沉积过程。 6. 特点：1）具有普通滤池的功能，2）具有原电池的电化学反应。3）起到电解反应的电氧化和电絮凝。,可截留污水中微小的悬浮颗粒，滤布采用尼龙布和金属网，孔隙小于100，悬浮物去除率75

9、90，滤后水中悬浮物小于5mg/L。,五.微滤机,化学沉淀法,其中：m、n分别表示离子Mn+、Nm-的系数。,一. 化学沉淀是向水中投加某种化学剂，使它与水中的溶解物质发生互换反 应，生成难溶于水的沉淀物，降低污水中溶解物质的浓度。,二.原理:根据化学沉淀的必要条件，一定温度下，难溶盐MmNn在饱和溶液 下，沉淀和溶解反应如下,三.根据质量作用原理，溶度积 常数可表示为LMmNn,如果污水中含有大量的Mn+离子，要降低浓度，可向污水中投入化学物质，提高污水中Nm-浓度，使离子积大于溶度积 L，结果Mm、Nn从污水中沉淀折出，降低 Mm+浓度。,1、同名离子效应当沉淀溶解平衡后，如果向溶液中加入

10、含有某一离子的试剂，则沉淀溶解度减少向沉淀方向移动 2、盐效应在有强电解质存在状况下，溶解度随强电解质浓度的增大而增加，反应向溶解方向转移。 3、酸效应溶液的PH值可影响沉淀物的溶解度，称为酸效应。 4、络合效应若溶液中存在可能与离子生成可溶性络合物的络合剂，则反应向相方向进行，沉淀溶解，甚至不发生沉淀。,四.四种沉淀效应,1沉淀和溶解是暂时的，有条件的。 2只要条件改变，沉淀和溶解就能相互转移。 3如果离子积大于溶度积就会发生沉淀。 4反之离子积小于溶度积就会溶解。,五.沉淀分析,六.三种沉淀法,1.硫化物沉淀法：,电离常数,金属的硫化物溶解度一般比氢氧化物的溶解度小得多，可以采用硫化物沉淀

11、法。,电离方程式：,采用硫化物沉淀法常用的药剂为硫化氢，硫化钠，硫化钾等。,硫化氢在水中分两步电离,由上式可知，金属离子在水中溶解度与 LMS和 PH值有关,由上二式可得总电离常数,代入,得,在1大气压，25条件下，硫化氢在水中的饱和浓度为0.1M，则,2.氢氧化物沉淀法：,（1）金属氢氧化物的溶解与污水的PH值关系很大。M(OH)n表示金属的氢氧化物，Mm+表示金属离子。 则电离方程式 其溶度积为 同时水发生电离 水的离子积为,（2）则将上面四个式子进行处理得到,（3）将重金属离子的溶解度与PH值关系绘成曲线，从曲线中可以得 到，重金属离子的浓度值。 应用采用氢氧化法处理污水，PH值是一个重

12、要因素，处理污水 中的 Fe2+离子时，PH值大于 9则可完全沉淀，而处理污水中AL3 离子时，PH值严格为 5.5，否则AL(OH)沉淀物又会溶解。 （4）如用氢氧化物沉淀法处理含镉废水，一般pH值应为9.512.5。 当pH8时，残留浓度为1mgL；当pH值升至10或11时，残留浓 度分别降至0.1和0.00075mgL；,3.钡盐沉淀法：在处理含铬污水时，可用钡盐为沉淀剂，以碳酸钡为例，它与污水中铬酸进行反应，生成难溶的铬酸钡。,碳酸钡是难溶的物质，但铬酸钡的溶度积更小一些，更难溶于水，象这样一种沉淀转化为另一种沉淀的过程为沉淀的转移。,污水处理中的混凝法(选讲）,一. 混凝的分类 1、

13、化学混凝利用正电荷的电解质，压缩污水中负电粒子的双电层，当大量正电荷进入胶粒的双电层内，使双电层变薄，电位减小，胶粒不带电，可以相互聚和下沉。 2、物理混凝混凝经水解形成高聚物，大颗粒高聚物对杂质胶体有强烈的吸附能力，可吸附一定距离内的胶体共同下沉。 自身混凝高聚物大颗粒可在其作用空间内吸附胶体一同下沉。 有效作用空间：,有效作用空间的条件：(1) Rr (2) rR (3) A=r+R时吸附最佳。,增浓聚沉向污水中投入一些大颗粒杂质，使浓度增大，可沉淀的大颗粒 吸附小颗粒迅速下沉。应用于竖流式沉淀池增加污泥层的浓度达到增浓聚 沉、水力澄清池加入细泥沙增加泥沙浓度达到增浓聚沉。,3、生物混凝

14、利用微生物的吸附絮凝作用，吸附胶体颗粒一同下沉，活性污泥回泥污泥达到吸附絮凝作用。 二.混凝在污水处理中的作用： 通过混凝可去除污水的浊度、色度、各种高分子化合物，重金属离子等，常与其它方法一同使用。 混凝法只能去除胶体和悬浮物，不能去除溶解性物质，影响混凝的因素很多，混凝剂的种类，浓度等需要用试验确定。,气浮（选讲）,一、气浮处理的理论基础：将空气通入水中，并以微小气泡折出，使水 中固体杂质粘附气泡一同上浮至水面分离。 1气浮流程 ： 气污水气粒吸附泡沫分解 2、气浮条件：去除此重近于1，直径60悬浮物 气粒吸附：属物物理吸附。吸附放热，低温吸附效果较好；极性相 同，吸附效果较好；物理性质相

15、同，吸附效果较好。 吸附对象：吸附疏水性物质 疏水性物质难为水润湿的物质，可以直接吸附。 亲水性物质容易被水润湿的物质，需要转为疏水性物质。 表面活性剂：可以使疏水、亲水相互转移，表面活性剂由极性和非极 性分子组成，分子一端呈亲水性，另一端呈疏水性，也叫二亲分子。 a. 表面活性剂对于亲水性物质有利，亲水性物质转为疏水性。 b. 表面活性剂对于疏水性物质不利，疏水性物质转为亲水性。,在液、气、粒三相表面上，产生的表面力不同，其粘附着力也不同。 1表面能 液体表面分子与内部分子受到的分子引力不同，表面分子所受到的力不 平衡，该力把表面分子拉向液体内部，力图缩小表面积，减少表面能。 2表面能的物理

16、现象 表面能力图使自由表面积最小，从而表面能最小。液体内部分子引力使 液体呈球状，减少表面积，避免展开。 3气泡的稳定性 （1）加入表面活性剂使气泡壁变厚，防止破碎。 （2）加入表面活性剂使液体表面蒸发量减少，浮渣稳定。 （3）当气泡内压一定时，水的表面张力越大，气泡直径越大；当气量一定 时，气泡直径，表面积，不易吸附。气泡大小应一致，否则小气 泡内压大，大气泡内压小，小气泡易进入大气泡合并。 （4）气泡越小越密集，效果越好。,二、水中气、粒的粘附着力计算,3表面能大小计算,吸附前后界面能减少值为,设液、气、固三相分别为1、2、3，表示表面能；则 “液固，液气，气固”分别用 13 、 12 、 23 表示 根据热力学已知：界面能表面能界面面积,其中：s界面面积（