水体污染防治与化工废水处理概述课件

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1、化工环境保护概论化工环境保护概论化工环境保护概论化工环境保护概论 主编：杨永杰化学工业出版社Chapter4 水污染防治与化工废水处理 目目 录录环境污染及生态平衡大气污染防治及化工废气治理水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可持续发展目目 录录噪声控制及其他化工污染防治化工清洁生产技术化工生产与环境保护 4 4 水体污染防治与化工废水处理水体污染防治与化工废水处理概述概述一、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。 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

2、冶金工业废水采矿废水含热废水生活污染源生活污染源生活污染源生活污染源农业污染源农业污染源农业污染源农业污染源工业污染源工业污染源工业污染源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。 把向水体排放或释放污染物的来源和场所称为水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：体的污染源，根据来源不同分类，可以分为三类： 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 悬浮状污染物悬浮状污染物 酸、碱、无机盐类污染物酸、碱、无机盐类污染物 氮、磷等植物营养物氮、磷等植

3、物营养物 主要指碳水化合物、蛋白质、油脂、氨主要指碳水化合物、蛋白质、油脂、氨基酸等基酸等非重金属的无机毒性物质：氰化物非重金属的无机毒性物质：氰化物(CN(CN) )、砷、砷(As) (As) 重金属毒性物质重金属毒性物质 有机氯化合物有机氯化合物 ：多氯联苯：多氯联苯(PCB)(PCB)和有机和有机氯农药氯农药 多环有机化合物多环有机化合物 ：酚类：酚类 ，芳香烃类物，芳香烃类物质质水体中的污染物大致分类如下： 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： 色色 度度水的感官性状指标

4、之一。当水的感官性状指标之一。当水中存在着某种物质时，可水中存在着某种物质时，可使水着色，表现出一定的颜使水着色，表现出一定的颜色，即色度。规定色，即色度。规定1mg/L以以氯铂酸离子形式存在的铂所氯铂酸离子形式存在的铂所产生的颜色，称为产生的颜色，称为1度度 。色度仪 浊浊 度度表示水因含悬浮物而呈浑浊表示水因含悬浮物而呈浑浊状态，即对光线透过时所发状态，即对光线透过时所发生阻碍的程度。水的浊度大生阻碍的程度。水的浊度大小不仅与颗粒的数量和性状小不仅与颗粒的数量和性状有关，而且同光散射性有关，有关，而且同光散射性有关，我国采用我国采用1L蒸馏水中含蒸馏水中含lmg二氧化硅为一个浊度单位，二氧

5、化硅为一个浊度单位，即即1度度 。浊度仪 硬硬 度度水的硬度是由水中的钙盐和水的硬度是由水中的钙盐和镁盐形成的。硬度分为暂时镁盐形成的。硬度分为暂时硬度硬度(碳酸盐碳酸盐)和永久硬度和永久硬度(非非碳酸盐碳酸盐)，两者之和称为总，两者之和称为总硬度。水中的硬度以硬度。水中的硬度以“度度”表示，表示，lL水中的钙和镁盐水中的钙和镁盐的含量相当于的含量相当于lmg/L的的CaO时，叫做时，叫做l度度 。 溶溶 解解 氧氧溶解在水中的分子态氧，叫溶解在水中的分子态氧，叫溶解氧。溶解氧。20时，时，01MPa下，饱和溶解氧含量下，饱和溶解氧含量为为910-6。它来自大气和水。它来自大气和水中化学、生物

6、化学反应生成中化学、生物化学反应生成的分子态氧的分子态氧 。溶解氧测定仪 化化 学学 需需 氧氧 量量是在一定的条件下，采用一定是在一定的条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消的强氧化剂处理水样时，所消耗的耗的氧化剂氧化剂量。它是表示水中量。它是表示水中还原性物质多少的一个指标，还原性物质多少的一个指标，以以mg/L表示。目前应用最普遍表示。目前应用最普遍的是酸性的是酸性高锰酸钾高锰酸钾氧化法与重氧化法与重铬酸钾氧化法，但两种氧化剂铬酸钾氧化法，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合物。它是水质污染程度的重要指标，要指标，COD的的数值

7、越大表的的数值越大表明水体的污染情况越严重。明水体的污染情况越严重。 化学需氧量测定仪 生生 化化 需需 氧氧 量量在好氧条件下，微生物分解在好氧条件下，微生物分解水中有机物质的生物化学过水中有机物质的生物化学过程中所需要的氧量。目前，程中所需要的氧量。目前，国内外普遍采用在国内外普遍采用在20下，下，五昼夜的生化耗氧量作为指五昼夜的生化耗氧量作为指标，即用标，即用BOD5表示。单位表示。单位以以mg/L表示表示生化需氧量测定仪 总总 有有 机机 碳碳水体中所含有机物的全水体中所含有机物的全部有机碳的数量。其测部有机碳的数量。其测定方法是将所有有机物定方法是将所有有机物全部氧化成全部氧化成CO

8、2和和H2O，然后测定所生成的，然后测定所生成的CO2量量 。总有机碳测定仪 总总 需需 氧氧 量量氧化水体中总的碳、氢氧化水体中总的碳、氢、氮和硫等元素所需之、氮和硫等元素所需之氧量。测定全部氧化所氧量。测定全部氧化所生成的生成的CO2、H2O、NO和和SO2等的总需氧等的总需氧量量 。 残渣和悬浮物残渣和悬浮物在一定温度下，将水样在一定温度下，将水样蒸干后所留物质称为残蒸干后所留物质称为残渣。它包括过滤性残渣渣。它包括过滤性残渣( (水中溶解物水中溶解物) )和非过滤和非过滤性物质性物质( (沉降物和悬浮沉降物和悬浮物物) )两大类。悬浮物就两大类。悬浮物就是非过滤性残渣是非过滤性残渣 。

9、 电电 导导 率率是截面是截面lcm2，高度为，高度为1cm的水柱所具有的电的水柱所具有的电导。它随水中溶解盐的导。它随水中溶解盐的增加而增大。电导率的增加而增大。电导率的单位为单位为scm 。电电 导导 率率 仪仪 PHPH指水溶液中，氢离子指水溶液中，氢离子(H)浓浓度的负对数，即：度的负对数，即：pH1gH，为了便于书写，如，为了便于书写，如pH7，实际上是，实际上是，n(H+)=0000000l=107mol/L，pH的的范围从范围从0到到14。pH等于等于7时表时表示中性，小于示中性，小于7时表示酸性，时表示酸性，大于大于7时，则为碱性时，则为碱性 。PH计计四、化工废水的来源与特点

10、化工化工化工化工废废水分水分水分水分类类主要来自基本有机原料、主要来自基本有机原料、合成材料（如合成塑料、合成材料（如合成塑料、合成橡胶、合成纤维）、合成橡胶、合成纤维）、农药、染料等行业排出农药、染料等行业排出的废水的废水 如氯碱、感光材料、如氯碱、感光材料、涂料等行业涂料等行业 如无机盐、氮肥、如无机盐、氮肥、磷肥、硫酸、硝酸磷肥、硫酸、硝酸及纯碱等行业排出及纯碱等行业排出的废水的废水 含有机物含有机物的废水的废水 含有机、含有机、无机物的废无机物的废水水 含无机物含无机物的废水的废水 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

11、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 化工废水的特点化工废水的特点p废水排放量大废水排放量大 p污染物种类多污染物种类多 p污染物毒性大、不易生物降解污染物毒性大、不易生物降解 p废水中含有有害污染物较多废水中含有有害污染物较多 p化工废水的水量和水质视其原料路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线、生产工艺方法及生产规模不同而有很大差异有

12、很大差异 p污染范围广污染范围广 化工废水的处理技术化工废水的处理技术化工废水处理技术一、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u 设备-调节池u 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。u 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。2、沉淀u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。u分类：沉淀根

13、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 平流式平流式竖流式竖流式辐射式辐射式 优点优点是构造简单、沉淀效果好、性能稳定。缺点缺点是排泥困难、占地面积大。3、筛除与过滤u定义：利用过滤介质截留废水中的悬浮物，也叫筛滤截留法。u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。u过滤介质-钢条、筛网、滤布、石英砂、无烟煤、合成纤维、微孔管等。u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)。4、隔油u定义：隔油主要用于对废水中可浮油的处理

14、，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优点：构造简单，运行管理方便，除油效果稳定。缺点：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：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。5、离心分离u定义定义-废水中的悬浮物借助离心设备的高速旋转，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。在离心力的作用下与水分离的过程叫离心分离。u原理原理-含悬浮物的废水在高速旋转时，由于悬浮颗含悬浮物的废水在高速旋

15、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。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 重力式重力式压力式压力式 优点优点-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。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

16、，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（包括电化学）12中和法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； 2、氧化还原法p 定义：化学氧化还原法是指加入氧化剂或还原剂将污水中有害物质氧化或还原为无害物质的方法。（1 1）臭氧氧化法）臭氧氧化法 臭氧是一种强氧化剂，氧化能力在天然元素中仅次于氟，位

17、居第二位。它可用于水的消毒杀菌，除去水中的酚、氰等污染物质，除去水中铁、锰等金属离子，脱色等等。简介：机理： 臭氧在水和废水中的反应可以分为直接反应和间接反应。直接反应是臭氧分子直接和其它的化学物质的反应；间接反应是指臭氧分解产生的羟基自由基与其它化合物的反应。直接反应：污染物+O3产物或中间物有选择性；间接反应：污染物+HO产物或中间物无选择性，HO（E0=2.8V）电位高，反应能力强，速度快。特点： 优点：氧化效果好，不生成化学污泥，不易引起二次污染，臭氧发生器简单紧凑、占地少、容易实现自动化控制。 缺点：投资高、运行费用高。（2 2）湿式氧化法）湿式氧化法 湿式氧化（Wet Oxidat

18、ion，WO）是在高温（150350）高压（2MPa20MPa）条件下，以空气（或纯氧）为氧化剂处理有机废水的工艺，一般反应停留时间15min120min，COD去除率为75%90%。高温条件有利于提高有机物氧化反应速率，减小液体粘度，增加氧气的传质速率；而高压条件则保证了反应在液相进行，同时提高了氧的溶解度，从而促进氧化反应的速率。一般来说，WO适于处理的有机废水CODcr范围为10g/L200g/L。 湿式氧化技术从1958年Zimmeramn用以处理造纸黑液取得良好的效果以来，在造纸废水、焦化废水、乳化废水、石化废水处理以及活性污泥调理和活性炭再生等方面均有应用。（3 3）药剂还原法）药

19、剂还原法 向废水中投加还原剂，使废水中的有害有毒物质转变为无毒的或毒性小的新物质的方法称为还原法。 常用的还原剂有：亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠、硫代硫酸钠、硫酸亚铁、二氧化硫、水合肼、铁粉等。（4 4）电解氧化还原法）电解氧化还原法 电解质溶液在电流的作用下，发生电化学反应的过程称为电解。废水进行电解反应时，废水中的有毒物质在阳极和阴极分别进行氧化还原反应，产生新物质，或沉积于电极表面或沉淀下来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。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

20、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。u 定义：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:是运行费用高，沉渣量大，且脱水较困难；2、混凝法u 混凝原理

21、 双电层作用原理-这一原理主要考虑低分子电解质对胶体微粒产生中和作用，以引起胶体微粒凝聚。 化学架桥作用原理-当废水中加入少量的高分子聚合物时，聚合物即被迅速吸附结合在胶体微粒表面上。开始时，高聚物分子链节的一端吸附在一个微粒表面上，该分子未被吸附的一端就伸展到溶液中去，这些伸展的分子链节又会被其它的微粒所吸附，于是形成一个高分子链状物同时吸附在两个以上的胶体微粒表面的情况。各微粒依靠高分子的连接作用构成某种聚集体，结合为絮状物这种作用称为吸附架桥作用。由高分子架桥形成的聚集体中，各微粒并未达到直接接触，而且也未达到电中和脱稳状态，因此，吸附架桥实质上仍是一种聚合物过量状态。u 混凝过程及投药

22、方法沉淀沉淀混合混合反应反应投药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3、气浮法n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。n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

23、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。4、膜分离法电渗析电渗析 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。超过滤法超过滤法 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0.10.5MPa，而反渗透的操作压力则为210MPa。因化工废水中含有各种各样的溶质物质

24、，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。反渗透反渗透 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。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

25、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。1、好氧生化法活性污泥法 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。2、厌氧生化法水解酸化阶段 产氢产乙酸阶段 产甲烷阶段 基本原理基本原理是指在无分子氧的条件下通过

26、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3、生物处理法的技术进展纯氧曝气纯氧曝气法法 深层曝气深层曝气法法 深井曝气深井曝气池池 生物接触生物接触氧化法氧化法 uu活性污泥活性污泥法新进展法新进展uu生物膜法生物膜法的新进展的新进展典型的废水处理流程典型的废水处理流程一、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，是冷却馏分的间接冷却水，温度较高，有时由于设备渗

27、漏等原因，冷却废水经常含油，但污染程度较轻冷却废水经常含油，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、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、有机酸等酚、油、有机酸等来自水

28、处理装置、加酸泵房等。主要含硫酸、硫酸钙等来自水处理装置、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，还有一定量的原油油炼油废水的来源、分类 二、城市污水的处理流程三、小氮肥废水的处理流程废水处理工艺流程水污染的综合防治水污染的综合防治改革或改进改革或改进工艺，减少工艺，减少污染污染 充分利用水充分利用水体的自净能体的自净能力力加强对水体加强对水体及污染源的及污染源的监测与管理监测与管理 提高废水处提高废水处理技术水平理技术水平 控制措施控制措施 水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