第二章廢水物理化學(xué)處理

第二章 廢水的物理化學(xué)處理第一節(jié) 沉淀法第二節(jié)

氣浮法第三節(jié) 過(guò)濾法第四節(jié) 軟化與除鹽第五節(jié) 消毒法第六節(jié) 其他物理化學(xué)處理方法第二章 廢水的物理化學(xué)處理第一節(jié) 沉淀法第二節(jié)

氣浮法第三節(jié) 過(guò)濾法第四節(jié) 軟化與除鹽第五節(jié) 消毒法第六節(jié) 其他物理化學(xué)處理方法第二節(jié) 氣浮法基本概念隔油池氣浮法基本原理溶氣氣浮法對(duì)密度比水大的懸浮物采用沉淀的方法進(jìn)行去除對(duì)于密度比水輕的顆粒物采用“浮上”方法去除分散顆粒懸浮物顆粒大小外觀溶解物膠體顆粒0.1納米1納米10納米100納米1微米10微米100微米1毫米透明光照下渾濁渾濁（肉眼看見(jiàn)）懸浮顆粒在水中的受力：重力、浮力重力大于浮力時(shí)，下沉；重力等于浮力時(shí)，相對(duì)靜止；重力小于浮力時(shí)，上浮。基本概念1、浮上法基本原理2.水對(duì)自由顆粒的阻力式中：FD——水對(duì)顆粒的阻力；

λ′——阻力系數(shù)；

A——自由顆粒的投影面積；uS——顆粒在水中的運(yùn)動(dòng)速

度，即顆粒沉速。懸浮顆粒在水中的受力分析1.懸浮顆粒在水中受到的力(Fg):顆粒重力與水浮力之差Fg——水中顆粒受到作用力；V——顆粒的體積；ρS——顆粒的密度；ρL——水的密度；g——重力加速度。式中：球狀顆粒自由上浮的浮速公式當(dāng)顆粒所受外力平衡時(shí)，即因得球狀顆粒自由沉淀的沉速公式：當(dāng)顆粒粒徑較小、沉速小、顆粒沉降過(guò)程中其周圍的繞流速度亦小時(shí)，顆粒主要受水的黏滯阻力作用，慣性力可以忽略不計(jì)，顆粒運(yùn)動(dòng)是處于層流狀態(tài)。在層流狀態(tài)下，λ′=24/Re，代入式中，整理得自由顆粒在靜水中的運(yùn)動(dòng)公式（斯托克斯定律）式中:μ——水的動(dòng)力黏度。由上式可知，顆粒沉降速度us與下述因素有關(guān)：斯托克斯定律:當(dāng)ρs大于ρL時(shí)，ρs-ρL為正值，顆粒以u(píng)s下沉；當(dāng)ρs與ρL相等時(shí)，us=0，顆粒在水中呈懸浮狀態(tài)，這種顆粒不能用沉淀去除；ρs小于ρL時(shí)，ρs-ρL為負(fù)值，顆粒以u(píng)s上浮，可用浮上法去除。us與顆粒直徑d的平方成正比，因此增加顆粒直徑有助于提高沉淀速度（或上浮速度），提高去除效果。us與μ成反比，μ隨水溫上升而下降；即沉速受水溫影響，水溫上升，沉速增大。當(dāng)1000<Re<25000時(shí)，呈紊流狀態(tài)，λ接近于常數(shù)0.4代入得牛頓公式：當(dāng)1<Re<1000時(shí)，屬于過(guò)渡區(qū)，λ近似為代入得阿蘭公式：浮上方法有自然浮上和加氣浮上兩類。2、浮上法基本分類自然浮上：在重力作用下，利用污染物質(zhì)與水之間自然存在的密度差，使其上浮至水面的過(guò)程稱為“自然上浮”。如：油類物質(zhì)的去除——“隔油法”氣浮/氣浮法：利用在廢水中產(chǎn)生的大量微小氣泡作為載體使廢水中微細(xì)的疏水性懸浮顆粒粘附于氣泡上，靠氣泡的浮力隨氣泡上浮到水面、形成泡沫層浮渣而加以去除的過(guò)程則稱為“氣浮”，從而實(shí)現(xiàn)固－液或液－液分離的過(guò)程。常用于對(duì)那些顆粒密度接近或小于水的細(xì)小顆粒的分離，是一種有效的固-液或液-液分離的方法。由于加氣浮上效率高，應(yīng)用廣泛，所以浮上方法通常特指氣浮法。分離回收靠自然沉降或自然上浮難以去除的含油廢水中的懸浮油及乳化油(如食油工業(yè)廢水中所含的油脂),其他細(xì)小懸浮物、藻類及微絮體等；回收有用物質(zhì)：如紙漿、細(xì)小纖維等；代替二沉池，分離和濃縮活性污泥。

石油化工廢水處理造紙廠白水處理制革、印染、染料廢水處理課外了解：這些工業(yè)廢水各有那些特點(diǎn)？3、氣浮法在廢水處理中的基本應(yīng)用來(lái)源：石油開(kāi)采煉制、煤化工、石油化工及輕工等行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程排放大量含油廢水?！段鬯C合排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：石油類<5，10，20mg/L；動(dòng)物性油類<10，15，100mg/L《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定（5類）：石油類<0.05，0.05，0.05，0.5，1.0mg/L含油廢水二、隔油池（自然浮上）主要物理特性：油品的相對(duì)密度一般都小于1，（除重焦油相對(duì)密度為1.1）懸浮狀態(tài)：油珠粒徑較大，靠其與水的密度差，可用自然上浮法分離。溶解狀態(tài)：油在水中的溶解度很小，一般為幾mg/L；乳化狀態(tài)：油珠粒徑0.5～25μm，需要采取氣浮法或混凝法分離。什么是乳化？怎樣形成的？

對(duì)含油廢水油珠粒徑較大、呈懸浮狀態(tài)的情況，可利用重力進(jìn)行油水分離。該類設(shè)施通稱隔油池。隔油池的種類很多，普遍采用平流式和斜板隔油池。課外了解：重力隔油池，壓力隔油池？1、平流式隔油池1）工作原理LHuvLvHu>LvHu>LHuv比較沉淀池設(shè)計(jì)LHuv

平流隔油池的設(shè)計(jì)可按油粒上升速度或廢水停留時(shí)間計(jì)算。油粒上升速度u’可通過(guò)試驗(yàn)求出(同沉淀計(jì)算相同)或直接應(yīng)用修正的Stokes公式計(jì)算β表示由于水中懸浮物影響，使油粒上浮速度降低的系數(shù)：

隔油池的表面積油層厚度：不大于0.25m刮油機(jī)作用：刮池面浮油和池底的油泥浮油收集：在水面處應(yīng)設(shè)集油管，收集和排除浮油。集油管為直徑Φ200-300的鋼管，常設(shè)在池出口處及進(jìn)水間，管軸線安裝高度與水面相平或低于水面5cm。2）浮油的收集和排除池表面應(yīng)加蓋：為了保證隔油池的正常工作，池表面應(yīng)加蓋，以防火、防雨、保溫及防止油氣散發(fā)，污染大氣。冬季加溫：在寒冷地區(qū)或季節(jié)，為了增大油的流動(dòng)性，隔油池內(nèi)應(yīng)采取加溫措施，在池內(nèi)每隔一定距離，加設(shè)蒸汽管，提高廢水溫度。3）隔油池的安全問(wèn)題通過(guò)靜沉試驗(yàn)求出去除率與油珠上浮速度的關(guān)系進(jìn)行設(shè)計(jì);根據(jù)規(guī)范提供的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)4）平流式隔油池設(shè)計(jì)方法數(shù)量：不少于兩個(gè)池深：1.5～2.0m，超高0.4m水平流速：2～5mm/s表面負(fù)荷：1.2m3/m2.h停留時(shí)間：1.5～2h池寬B：由刮油機(jī)規(guī)格決定:刮油機(jī)規(guī)格:6.0、4.5、3.0、2.5、2.0m校核尺寸：L/B>4，H/B>0.4去除油粒的最小粒徑：100～150μm池底部應(yīng)保持有0.01-0.02的底坡，貯泥斗深度一般為0.5m，底寬不小于0.4m，側(cè)面傾角不應(yīng)小于45°～60°隔油池的進(jìn)水端一般采用穿孔墻進(jìn)水，在出水端采用溢流堰基本設(shè)計(jì)參數(shù)：2、斜板（管）隔油池板間流速：0.7～0.8mm/s停留時(shí)間：15～20min去除油粒的最小粒徑為60μm國(guó)內(nèi)目前設(shè)計(jì)板長(zhǎng)為175cm，板寬為750mm。厚1～1.5mm，波長(zhǎng)130mm，波高16.5mm，波紋板展開(kāi)寬度為913mm布水柵用厚6～10mm的鋼板制成，板上開(kāi)孔直徑為20mm，總開(kāi)孔面積為布水面積的6％在處理石油煉制廠廢水時(shí)，表面負(fù)荷為0.6～0.8m3/m2·h為了防止油類物質(zhì)附著在斜板上，應(yīng)選用不親油材料做斜扳，但實(shí)際上比較困難，所以，在斜板隔油池的運(yùn)行中也常有掛油現(xiàn)象，應(yīng)定期用蒸汽及水沖洗，防止斜板間堵塞板間距為40mm，傾角不小于45；廢水含油量大時(shí)，可采用較大的板間距(或管徑)，含油量小時(shí)，間距可以減小。斜板隔油池基本參數(shù)氣浮/氣浮法：在廢水中產(chǎn)生大量微小氣泡作為載體（必要時(shí)，投加混凝劑或浮選劑），使廢水中微細(xì)的疏水性懸浮顆粒粘附于氣泡上（視密度<1），靠氣泡的浮力隨氣泡上浮到水面、形成泡沫層浮渣而加以去除的過(guò)程則稱為“氣浮”，從而實(shí)現(xiàn)固－液或液－液分離的過(guò)程。常用于對(duì)那些顆粒密度接近或小于水的細(xì)小顆粒的分離，是一種有效的固-液或液-液分離的方法。三、氣浮法基本原理水中有足量的微細(xì)氣泡氣泡理想尺寸為15～30μm必須使分離物呈懸浮狀態(tài)膠體脫穩(wěn)－混凝，破乳……必須使懸浮物與氣泡產(chǎn)生粘附作用，從而附著于氣泡向上浮升，實(shí)現(xiàn)從廢水中的分離懸浮物具有疏水性質(zhì)（一）實(shí)現(xiàn)氣浮分離的必要條件（二）氣浮法基本過(guò)程氣泡產(chǎn)生氣泡與顆粒附著上浮分離討論：顆粒可以是固體與液體氣泡產(chǎn)生氣泡與顆粒附著上浮分離氣浮需要形成大量細(xì)微而均勻的氣泡作為載體。氣浮效果的好壞很大程度上取決于空氣在水中的溶解量以及氣泡的分散程度和穩(wěn)定性。氣泡量越多，分散度越高（表面積大），它們與污染物質(zhì)粘附的機(jī)會(huì)也越多。氣泡應(yīng)有一定程度的穩(wěn)定性，但過(guò)于穩(wěn)定的泡沫也難于運(yùn)送和脫水，因而穩(wěn)定時(shí)間以數(shù)分鐘為宜。產(chǎn)生數(shù)量和尺寸合適的氣泡是氣浮過(guò)程實(shí)現(xiàn)的重要條件。怎樣在水中產(chǎn)生足量的微細(xì)氣泡？氣泡的產(chǎn)生微氣泡曝氣浮上法剪切氣泡浮上法加壓溶氣浮上法真空浮上法電解法分散空氣法溶解空氣法水中氣泡產(chǎn)生有三類方法。廢水處理氣浮法據(jù)此分為電解法、分散空氣法和溶氣法三類。氣泡產(chǎn)生氣泡的產(chǎn)生微氣泡曝氣浮上法剪切氣泡浮上法加壓溶氣浮上法真空浮上法電解法分散空氣法溶解空氣法

電解浮上法是將正負(fù)極相間的多組電極浸泡在廢水中，當(dāng)通以直流電時(shí)，廢水電解，正負(fù)兩級(jí)間產(chǎn)生的氫和氧的細(xì)小氣泡粘附于懸浮物上，將其帶至水面而達(dá)到分離的目的。1）電解法

氣泡產(chǎn)生機(jī)理：向水中通入5～10V直流電，廢水電解產(chǎn)生H2、O2和CO2等氣體222HeH?++2224OOHe4OH-+?-優(yōu)點(diǎn)：氣泡微細(xì)，密度小，直徑約10～60μm，浮升過(guò)程中不會(huì)引起水流紊動(dòng)，浮載能力大，適用于脆弱絮凝體的分離,鋁板或鋼板作陽(yáng)極，溶蝕產(chǎn)生的Fe2+和Al3+具有混凝特性，有利于水中膠體、懸浮物的去除。缺點(diǎn)：電耗較高、電極板易結(jié)垢，操作管理復(fù)雜使用范圍：表面負(fù)荷通常低于4m3/m2.h；主要用于小規(guī)模（10-200m3/h）的工業(yè)廢水處理。由于電耗高、操作運(yùn)行管理復(fù)雜及電極結(jié)垢等問(wèn)題，較難適用于大型生產(chǎn)。大慶油田四廠杏二中采出水利用電氣浮處理實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)一個(gè)案例四廠杏二中采出水加入電氣浮設(shè)備水很渾濁，顏色很深四廠杏二中采出水加入電氣浮設(shè)備電氣浮0.5分鐘，大量氣泡產(chǎn)生四廠杏二中采出水加入電氣浮設(shè)備電氣浮0.8分鐘，大量氣泡產(chǎn)生四廠杏二中采出水加入電氣浮設(shè)備電氣浮2分鐘，大量氣泡產(chǎn)生，油滴浮出四廠杏二中采出水加入電氣浮設(shè)備電氣浮5分鐘，大量氣泡產(chǎn)生，油滴浮出四廠杏二中采出水加入電氣浮設(shè)備電氣浮5分鐘后，靜置20分鐘，油滴浮出，水比較清澈，顏色變淺四廠杏二中采出水加入電氣浮設(shè)備電氣浮5分鐘后，靜置20分鐘，油滴浮出，水比較清澈，顏色變淺四廠杏二中采出水加入電氣浮設(shè)備電氣浮5分鐘后，靜置20分鐘，油滴浮出，水比較清澈，顏色變淺四廠杏二中采出水加入電氣浮設(shè)備電氣浮5分鐘后，靜置30分鐘，大量油滴浮出。四廠杏二中采出水電氣浮5分鐘，靜置30分鐘后，處理水和原水的差別。初步確定電氣浮主要處理油包水的乳化狀況，對(duì)水包油需要利用臭氧等破乳并氣浮，見(jiàn)上次實(shí)驗(yàn)照片。達(dá)到上述效果，在實(shí)驗(yàn)室水平，處理一噸水約耗電0.5度，工業(yè)規(guī)模耗電會(huì)減少。電解浮上法裝置示意圖提問(wèn)：關(guān)鍵步驟及其原理？電解廢水可同時(shí)產(chǎn)生三種作用：電解氧化還原；電解混凝；電氣浮。討論對(duì)廢水處理各有什么作用？氣泡的產(chǎn)生微氣泡曝氣浮上法剪切氣泡浮上法加壓溶氣浮上法真空浮上法電解法分散空氣法溶解空氣法微氣泡曝氣浮上法剪切氣泡浮上法壓縮空氣引入到靠近池底處的微孔板，并被微孔板的微孔分散成細(xì)小氣泡將空氣引入到一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)混合器或葉輪機(jī)的附近，通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)混合器的高速剪切，將引入的空氣切割成細(xì)小氣泡分散空氣浮上法用于礦物浮選，也用于含油脂、羊毛等污水的初級(jí)處理及含有大量表面活性劑的污水處理2）分散空氣法

利用機(jī)械剪切力，將混合于水中的空氣粉碎成細(xì)小的氣泡，以進(jìn)行浮選的方法。微氣泡曝氣浮上法微孔充氣通過(guò)陶瓷、粉末冶金或塑料制成的微孔板/管，將壓縮空氣分散為小氣泡。特點(diǎn)：氣泡直徑約為1～10mm，微孔板/管容易堵塞，效率較低提問(wèn)：工作流程？剪切氣泡浮上法葉輪分散將空氣引入一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的葉輪附近，通過(guò)葉輪的高速剪切運(yùn)動(dòng)，將空氣吸入并分散為小氣泡，氣泡直徑1mm左右特點(diǎn)：適用于懸浮物濃度較高的廢水，如洗煤廢水及含油脂、羊毛等廢水的處理，也可用于含表面活性劑的廢水泡沫浮上分離，設(shè)備不容易堵塞提問(wèn)：工作流程？葉輪氣浮設(shè)備構(gòu)造示意圖此外還有利用射流器或水泵吸入和分散空氣方法射流充氣

采用以水帶氣射流器向廢水中混入空氣進(jìn)行氣浮的方法。溶氣水去浮選水射器進(jìn)水池水泵吸水管水泵壓水管水泵空氣氣泡的產(chǎn)生微氣泡曝氣浮上法剪切氣泡浮上法加壓溶氣浮上法真空浮上法電解法分散空氣法溶解空氣法3)溶氣法定義：溶氣法即溶解空氣法。是使空氣在一定壓力的作用下溶解于水中，然后再突然使廢水減壓，這時(shí)溶解于水中的空氣便以微小氣泡的形式從水中逸出，以進(jìn)行浮選過(guò)程的方法。討論：CocaCola的溶氣？特點(diǎn)：氣泡直徑約為20～100μm；可人為控制氣泡與廢水的接觸時(shí)間；凈化效果比分散空氣法好，應(yīng)用廣泛

是普遍采用的氣浮方法

溶氣法分類：根據(jù)氣泡在水中析出時(shí)所處壓力不同，分為：真空溶氣浮選：空氣在常壓下溶解，真空條件下釋放；加壓溶氣浮選：空氣在加壓條件下溶解，常壓下使過(guò)飽和空氣以微小氣泡形式釋放加壓溶氣浮上：

空氣在加壓條件下溶解。常壓下使過(guò)飽和空氣以微小氣泡的形式釋放出來(lái)需要溶氣罐、空壓機(jī)或射流器、水泵等設(shè)備真空溶氣浮上：

空氣在常壓下溶解，真空條件下釋放優(yōu)點(diǎn)：無(wú)壓力設(shè)備缺點(diǎn)：溶解度低，氣泡釋放有限，需要密閉設(shè)備維持真空，運(yùn)行維護(hù)困難

溶氣釋放氣泡的大小計(jì)算公式：

r=2σLG/(p1-p2)

式中：r——析出氣泡的最小半徑，cm；

p1、p2——分別為溶氣水釋放前后的壓力，10-5N/cm2；

σLG——?dú)馑缑鎻埩τ缮鲜娇梢?jiàn)，p1增大，r減小，但提高溶氣壓力，將使能耗增大，而且對(duì)溶氣設(shè)備的材質(zhì)要求也更高，故p1值的選取應(yīng)適當(dāng)(0.3-0.5MPa)。

空氣從水中析出的過(guò)程①氣泡核的形成過(guò)程；②氣泡的增長(zhǎng)過(guò)程。

真空浮上法在常壓下將空氣溶解于水中，然后在負(fù)壓（真空）條件下使溶解于水中的空氣以微小氣泡從水中大量析出。提問(wèn)：工作流程？加壓溶氣浮上法加壓溶氣浮上法

氣泡產(chǎn)生氣泡與顆粒附著上浮分離討論：顆?？梢允枪腆w與液體（二）氣浮法基本過(guò)程氣泡產(chǎn)生氣泡與顆粒附著上浮分離（二）氣浮法基本過(guò)程氣浮法對(duì)污染物顆粒的幾種適應(yīng)情況直接適宜于去除水中的疏水性顆粒，如乳化油對(duì)于親水性顆粒（如紙漿纖維、煤粒、重金屬離子等），就必須投加合適的藥劑（浮選劑），改變顆粒表面性質(zhì)（即改善顆粒表面的親水性能），才能利用氣浮法分離對(duì)于顆粒很細(xì)小的微粒，直接氣浮效果較差，可投加混凝劑以提高其氣浮效果實(shí)現(xiàn)氣浮分離的過(guò)程的必要條件之二是使污染物質(zhì)能粘附在氣泡上懸浮物與氣泡附著的基本形式：氣泡與顆粒吸附；氣泡在顆粒表面析出：大量氣泡包裹顆粒；絮體中裹夾氣泡。1）氣泡與顆粒吸附II）氣泡在顆粒表面析出：氣泡包裹顆粒III）絮體中裹夾氣泡

氣泡產(chǎn)生氣泡與顆粒附著上浮分離（二）氣浮法基本過(guò)程（二）氣浮法基本流程氣泡產(chǎn)生氣泡與顆粒附著上浮分離上浮分離在氣浮池（浮選池中完成）四、溶氣氣浮法（一）溶氣氣浮法的基本流程（二）溶氣氣浮法分類加壓溶氣浮上法系統(tǒng)的組成壓力溶氣系統(tǒng)氣浮池空氣釋放系統(tǒng)壓力溶氣罐溶氣釋放裝置加壓水泵附屬設(shè)備溶氣水管路空氣供給設(shè)備(一)溶氣氣浮法的基本流程壓力溶氣浮上法系統(tǒng)的組成壓力溶氣系統(tǒng)氣浮池空氣釋放系統(tǒng)壓力溶氣罐溶氣釋放裝置加壓水泵附屬設(shè)備溶氣水管路空氣供給設(shè)備(一)溶氣氣浮法的基本流程溶氣水去浮選空氣壓縮機(jī)進(jìn)水池水泵吸水管溶氣罐水泵壓水管水泵溶氣罐形式壓力溶氣浮上法系統(tǒng)的組成壓力溶氣系統(tǒng)氣浮池空氣釋放系統(tǒng)壓力溶氣罐溶氣釋放裝置加壓水泵附屬設(shè)備溶氣水管路空氣供給設(shè)備(一)溶氣氣浮法的基本流程溶氣水減壓釋放裝置（溶氣釋放器）作用：使溶氣水迅速減壓、消能，釋放空氣產(chǎn)生微氣泡。工作原理：溶氣水經(jīng)過(guò)減壓釋放裝置，反復(fù)地受到收縮、擴(kuò)散、碰撞、擠壓、漩渦等作用，其壓力能迅速消失，水中溶