1、1,工业废水处理,哈尔滨工业大学 韩洪军教授,2,四、分析,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。,3,第七节 混凝,1、原理：向污水中投入电解质，压缩杂质双电层，降低或消除电位，杂质相互聚结沉淀。2、材料：石灰、碳酸铝、硫酸亚铁、三氯化铁、聚合铝,4,一、混凝机理,1双电层机理利用电解质压缩双电层，降低电位，消除静电排斥能峰，使胶体脱稳聚和。2吸附架桥机理利用高分子的吸附架桥能力，将杂质吸附，形成大絮体下沉。,5,二、混凝种类,1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，
2、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。（1）？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。,6,二、混凝种类,（2）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：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生物混凝利用微生物的吸附絮凝作用，吸附胶体颗粒一同下
3、沉，活性污泥回流污泥达到吸附絮凝作用。回流污泥目的：1 接种，使生物种类多样2 预絮凝和生物混凝作用,7,三、混凝处理法在污水中的应用,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。混凝的应用：1 预处理 （SS可从2万降至5000）2 深度处理 （已推广，由张杰院士提出，COD去除率为50%-60%）,8,9,第 八 节 气 浮,一、气浮处理的理论基础将空气通入水中，并以微小气泡析出，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
4、附泡沫分解含油污水中的油可通过 1隔油池 2粗粒化 3气浮 来去除,10,2气浮条件,2、气浮条件去除比重近于1，直径60悬浮物（大于60的可下沉） 气粒吸附属物理吸附。 吸附放热，低温吸附效果较好 极性相同，吸附效果较好（气泡是疏水性物质，即非极性） 物理性质相同，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 疏水亲水相互转移表面活性剂由极性非极性分子组成，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
5、疏水性物质不利，疏水性物质转为亲水性。,11,二、水中气、粒的粘附着力计算,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。,12,3表面能大小计算,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 、 、 表示 根据热力学已知：界面能表面能界面面积s界面面积（cm2），取单位面积为 1进行计算 颗粒和气泡粘附前其表
6、面能之和（米格厘米） 颗粒和气泡粘附后其表面能（米格厘米） 吸附前后界面能减少值为,13,根据图解，代入上式：接触角分析：1）W越大，吸附越容易进行。2）当接触角 0时， 1，1 0，气固不易吸附。3）当接触角 180时， 1，1 2，气固易吸附。4）接触角可判断物质被水润湿的性质，90为亲水性物质，不容易吸附，90为疏水性物质，容易吸附。,3表面能大小计算,14,4气泡的稳定性,1）加入表面活性剂使气泡壁变厚，防止破碎。（外包一层水摸） 2）加入表面活性剂使液体表面蒸发量减少，浮渣稳定。（吸附水膜变厚，减少蒸发量） 3）根据气泡与内压的关系式：r气泡半径、 水气的表面张力、 P气泡的内压力。
7、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。,15,5混凝剂与表面活性剂的影响,1）混凝剂Al2(SO4)3，FeCl3，Fe2(SO4)3，可吸附水中固体使其凝聚，压缩双电层，相互聚合，生成一些大的絮凝体。2）表面活性剂两亲分子，对亲水性物质有利，对疏水性物质不利。投量，气液界面张力 ，泡沫稳定。投量，疏水杂质严重乳化，影响吸附。投量， ，使气固吸附牢固。,16,三、气浮的方法，系统及计算,将产生气泡的方法分为布气气浮，溶气气浮，电气浮。
8、1布气气浮利用机械剪切力，将混于水中的空气粉碎成细小 的气泡。（第一代气浮）1）水泵吸水管吸入气浮设备简单，但会破坏水泵工作特性。吸入空气不能过多，不大 于吸水量10。2）射流气浮（需水泵扬程大，耗电量高，已淘汰）采用吸水带气的射流器，向污水中吸入空气进行气浮。3）扩散板气浮（停止曝气时易堵，主要应用于给水，污水中已淘汰）压缩空气通过具有微细孔隙的扩散板，使空气以细小气泡形式 逸出，进行气浮。4）叶轮气浮电动机带动叶轮高速旋转，空气进入水中被叶轮打碎成为细小 气泡。,17,2溶气气浮（第二代气浮）,空气在一定压力下，溶解于水中，并达到过饱和状态，然后突然减压，溶解于水中的空气以微小形状从水中折
9、出，进行气浮。1）加压溶气气体工作特征污水由水泵加压34压力，在压力管上进入压缩空气，水气混合体在溶气罐内停留一定时间进行溶气，然后经减压阀进入气浮池气浮。工艺流程常用的加压溶气有：全加压溶气，部分加压溶气和部分回流加压溶气。2）溶气真空气浮气浮池在负压下工作，空气在常压下和加压下溶于水中，溶于水中的空气在负压下过饱和，大量空气会折出形成气泡上浮。（但浮渣不能出来，出水必须靠水泵抽，且不易检修）,18,19,3电气浮,将含有电解质的污水作为电解介质通入直流电进行电解，可同时发生三种效应，电解氧化，电解混凝和电解气浮，当选用不溶性电极可充分发挥电解气浮效应。,20,第九节 吸附,在相界面上，物质
10、的浓度自动发生累积或浓集的现象称为吸 附。 吸附就是利用多孔性的固体物质，使废水中的一种或多种物质 被吸附在固体表面而去除的方法。,21,一、产生吸附的原因,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称为物理吸附。 物理吸附可形成单分子吸附层或多分子吸附层。被吸附的分子由于 热运动还会离开吸附剂表面，这种现象称为解吸，它是吸附的逆过 程。（可逆的，是一种动态平衡）2化学吸附（成本高，基本不用）化学吸附是吸附剂和吸附质之间由于化学键力引起的化学作 用，一种吸附剂只能对某几种吸附质发生化学吸附，因此化学吸附 具有选择性，不可逆性。3离子吸附（使用也不多）互相交换离子的吸附，依靠静电引力牢
11、固吸附。,22,二、 吸附等温线,1吸附平衡吸附过程是可逆的，当吸附速度和解吸速度相等时，则吸附质 在溶液中的浓度和吸附剂表面上的浓度都不改变而达到平衡，此时 吸附质在溶液中的浓度称为平衡浓度。吸附剂吸附能力的大小以吸附量q表示，指单位重量的吸附剂 所吸附的吸附质的重量。q = V (CoC) / W 式中 V废水容积；W吸附剂投量； Co原水吸附质浓度；C吸附平衡时水中剩余的吸附质浓度。,23,2吸附等温式,(1)朗谬尔公式朗谬尔公式是从动力学观点出发，通过一些假设条件而推导出 来的单分子吸附公式。式中q吸附量C吸附质平衡浓度a、b吸附常数。将上式改为倒数式，即：,24,(2)费兰德利希公式
12、q = K C1/n式中q吸附量； C吸附质平衡浓度； K、1/n常数。将上式改写为对数式：,2吸附等温式,25,三、吸附速度,吸附速度是指单位重量的吸附剂在单位时间内所吸附的物质量。吸附过程可分为3个阶段。第一阶段为外部扩散阶段。在吸附剂周围存在着一层固定的水膜。吸附质首先通过这个水膜才能到达吸附剂的表面，所以吸附速度与液膜扩散速度有关。第二阶段称为颗粒内部扩散阶段。经水膜扩散到吸附剂表面的吸附质向细孔深处扩散。第三阶段称为吸附反应阶段。吸附质被吸在细孔的内表面上。,26,四、影响吸附的因素,1吸附剂的性质一般是极性分子吸附剂易吸附极性分子吸附质，非极性分子吸附剂易于吸附非极性吸附质。（处理
13、污水是常用非极性吸附剂-活性炭）2吸附质的性质吸附质的溶解度，表面自由能，极性，吸附质分子的大小，吸附质的浓度有关3废水的pH值废水的pH值影响吸附剂及吸附质的性质。4共存物质物理吸附时吸附剂可吸附多种吸附质。一般共存多种吸附质时，吸附剂对某种吸附质的吸附能力比只含该种吸附质时的吸附能力差。5温度 因为物理吸附过程是放热过程，温度升高吸附量减少，反之吸附量增加。6接触时间 在进行吸附时，应保证吸附质与吸附剂有一定的接触时间，使吸附接近平衡，充分利用吸附能力。,27,五、吸附操作方式,1静态吸附 在废水不流动的条件下，进行的吸附操作称为静态吸附操作，静态吸附在废水处理中采用较少。2动态吸附动态吸
14、附是在废水流动条件下进行的吸附操作。当废水连续通过填充吸附剂的吸附设备时，废水中的吸附质便被吸附剂吸附，从吸附设备流出的废水中吸附质的浓度可以降低，吸附剂使用一段时间后，出水中的吸附质的浓度逐渐增加，当增加到某一数值时，将吸附剂进行再生。,28,3穿透曲线,向固定床连续地通人废水，发现有的填充层正在发生吸附作用，呈现明显的吸附带，在这段下部的填充层几乎没有发生吸咐作用，在其上部的填充层由于已达到饱和状态，不再起吸附作用。当有明显的吸附带时，吸附带随废水的不断流人而缓缓地向下移动。吸附带的移动速度比废水在填充层内流动的线速度要小的多。当吸附带下缘移到填充层下端时，从装置中流出的废水中便开始出现吸
15、附质。以后继续通水，出水中吸附质的浓度将迅速增加，直到等于原水的浓度C0时为止。,29,六、吸附剂,废水处理中常用的吸附剂有活性炭，磺化煤、沸石、活性白土、硅藻土、焦炭等。工程中使用较多的是活性炭，活性炭的比表面积可达5001700m2g。,30,第十节 氧化还原,原理 还原剂Fe = Fe2+ 氧化剂 + 2e在氧化还原反应中，参加化学反应的原子或离子都有电子得失，引起化合价升高或降低，失去电子过程叫氧化，得到电子过程叫还原，失去电子的物质为还原剂，得到电子的物质为氧化剂。,31,一、能斯特方程式,氧化剂和还原剂的强弱可以用电极电位来衡量，电极电位越 高，其氧化态的氧化能力越强，电极电位越低
16、，其还原态的还原能力 越强，因此，作为氧化剂可以氧化电极电位低的还原剂，而还原剂可 以还原电极电位高的氧化剂。氧化还原的电极电位可以用能斯特方程式计算E电极电位 E0标准电极电位氧化态的活度 还原态的活度 R气体常数 T绝对温度 N电子转移数 F法拉第常数,32,二、氧化还原反应的方向,氧化还原反应可用电极电位的高低判断，电极电位高的氧化态可以和电极电位低的还原态反应。由于氧化剂和还原剂的浓度，溶液的PH值，生成的沉淀物，生成的络合物等都影响电极电位值，也影响反应的方向。,33,1浓度对反应方向的影响电极电位相差不大时，改变氧化剂和还原剂的浓度，可改变氧化还 原反应方向。ao、aR变化， E变
17、化2溶液PH值的影响氧化还原反应有H+或OH参加，因此PH值的变化可影响电极电 位的大小，影响反应方向。H+变化， ao、aR变化， E变化3形成络合物的影响在氧化还原反应时，加入一种可与氧化剂或还原剂形成稳定络合物 的络合剂，也会改变电极电位，影响反应的方向。ao、aR变化， E变化4生成沉淀物的影响当加入一种与氧化剂或还原剂形成沉淀物的沉淀剂时，会改变电 极电位，影响反应的方向。,二、氧化还原反应的方向,34,三、氧化法处理污水,1碱性氯化法处理含氰污水含氰污水产生于电镀厂、化工厂，污水中含有氰基CN-1的氰化 物，氰化物易溶于水，离解的氰离子为剧毒品。 1）处理方法：硫酸亚铁石灰法亚铁离
18、子氧化氰离子，在碱性条件下沉淀 电解法一电解氧化氰离子吹脱法空气中的氧氧化氰离子生化法采用微生物的活动分解氧化氰离子。,35,1碱性氯化法处理含氰污水,碱性氯化法在碱性条件下，把液氯投加到污水中，使氰离 子被氧化。第一阶段，向含氰污水中投加液氯和氢氧化物第一反应阶段与PH无关，第二反应阶段与PH有关，应控制 PH=1011，反应方可以进行。总反应第二阶段，加氯使第一阶段生成的氰酸钠进一步氧化成无毒的氮 与二氧化碳。,36,2空气氧化法处理含硫污水,含硫污水来自于炼油厂，化工厂，低浓度含硫污水可用空气 氧化。空气氧化法空气中的氧为氧化剂来氧化水中的硫化氢。硫化氢最终氧化成无毒的硫酸根，反应温度
19、80-90，接触 时间1.5小时，投入氯化铜催化剂，可使反应进行完全。,37,三、臭氧氧化法,臭氧是氧气的同位素，它由三个氧原子组成1、性质。是一种强氧化剂易溶于水分解氧化速度与 PH值与水温有关臭氧的半衰期为20-30分钟空气中最高浓度 0.1mg/L2、臭氧制造-化学法，电解法，紫外线无声放电法。3、作用与影响因素臭氧是强氧化剂，可用于除臭，脱色、杀菌、除铁、除锰、除 有机物等。影响因素有污水中杂质性质，浓度，PH值，温度，臭氧的浓 度，用量，投入方式，停留时间。,38,四、还原法处理污水,1、亚硫酸钠法处理含铬污水含铬污水主要来自电镀厂，污水中含有的铬酸根和重铬酸根形 式存在的高价铬，其
20、比例大小与PH有关。在酸性条件下水中投加亚硫酸氢钠，将六价铬还原成三价铬， 然后投石灰，生成氢氧化物沉淀。还原反应时控制PH值3；沉淀反应时控制PH值7.5-9.0,39,2、金属还原法处理含汞污水,含汞污水与还原剂金属接触，污水中汞离子被还原成金属汞 析出，金属被氧化成离子进入溶液。铁屑,40,3、电解法,电解质溶液在电流的作用下，发生电化学反应。原理电解是利用插入溶液中的电极表面发生化学反应来 处理污水，在电极表面产生电氧化还原反应，电气浮反应，电絮 凝反应。,41,第十一节、工业废水厌氧生物处理,一、概述厌氧生物处理法最早用于处理城市污水处理厂的沉淀污泥，后来用于处理高浓度有机废水。普通
21、厌氧生物处理法的主要缺点是水力停留时间长，一般需要2030d。常用的新型厌氧生物处理有厌氧接触法、厌氧生物滤池、升流式厌氧污泥床、厌氧膨胀床和厌氧流化床、厌氧生物转盘、厌氧挡板式反应器等。工业废水厌氧生物处理后面常常要连接好氧生物处理。,42,二、厌氧接触法,厌氧接触法是在厌氧反应器后设沉淀池，污泥进行回流，使厌氧反应器内污泥能维持较高的污泥浓度，降低水力停留时间。特点1)在反应器与沉淀池之间设脱气器，维持真空度，尽可能地将混合液中的沼气脱除。（防止沼气在沉淀过程中使污泥上浮）2)在反应器与沉淀池之间设冷却器，使混合液的温度由下降，以抑制产甲烷菌在沉淀池内活动。3)投加混凝剂，提高沉淀效果。,
22、43,三、厌氧生物滤池,厌氧生物滤池是装填滤料的厌氧反应器。厌氧微生物以生物膜的形态生长在滤料表面，废水淹没滤料，在生物膜的吸附作用和微生物的代谢作用以及滤料的截留作用下，废水中有机污染物被去除。根据水流方向，厌氧生物滤池可分为升流式和降流式两种形式升流式厌氧生物滤池，废水由底部进入，向上流动通过滤料层，处理水从滤池顶部旁侧升流式厌氧生物滤池中，生物量大部分以生物膜的形式附在滤料表面，少部分以厌氧活性污泥的形式存在于滤料的间隙中，它的生物总量比降流式厌氧生物滤池高，降流式厌氧生物滤池，处理水由滤池底部排出，沼气收集管仍设于池顶部上端，堵塞问题不如升流式厌氧生物滤池那样严重。特点：生物量浓度较高
23、，有机负荷率较高；能承受冲击负荷（填料内污泥浓度可达几十g/l,一般也有3-4g/l)；勿需污泥回流；设备简单、能耗低、运行管理方便，费用低。,44,四、升流式厌氧污泥床(UASB),升流式厌氧污泥床集生物反应与沉淀于一体的厌氧反应器1)进水配水系统，将进入反应器的废水均匀地分配到反应器整个横断面，起到水力搅拌并均匀上升。2)反应区，反应区内存留大量具有良好凝聚和沉淀性能的污泥，在池底部形成颗粒污泥层。废水从厌氧污泥床底部流入，与颗粒污泥层中的污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解有机物，同时产生的微小沼气气泡不断地放出。微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡。在颗粒污泥层上部，由于
24、沼气的搅动，形成一个污泥浓度较小的悬浮污泥层。 3)三相分离器，其功能是将气体、固体和液体三相进行分离。4)集气室，其功能是收集产生的沼气，并将其导出气室送往沼气柜。5)处理水排出系统，均匀收集处理水并将其排出反应器。,45,特点1)污泥床内生物量多 2)容积负荷率高（4-16kgCOD/m3d,一般好氧法为0.5-2kgCOD/m3d)3)设备简单，运行方便，勿需设沉淀池和污泥回流装置，不存在堵塞问题。,四、升流式厌氧污泥床,46,五、厌氧膨胀床和厌氧流化床,厌氧膨胀床和厌氧流化床内充填细小的固体颗粒填料，如石英砂、无烟煤、活性炭、陶粒和沸石等，填料粒径一般为0.2lmm。废水从床底部流人，
25、为使填料层膨胀，需将部分出水用循环泵进行回流，提高床内水流的上升流速。一般认为膨胀率为1020称膨胀床，颗粒略呈膨胀状态，但仍保持互相接触；膨胀率为2070时，称为流化床，颗粒在床中作无规则自由运动。特点1)细颗粒的填料为微生物附着生长提供比较大的比表面积，使床内具有很高的微生物浓度，水力停留时间短，耐冲击负荷能力强，运行稳定。2)载体处于膨胀状态，能防止载体堵塞。3)生物固体停留时间较长，运行稳定，剩余污泥量少。,47,六、厌氧生物转盘,厌氧生物转盘由盘片、密封的反应槽、转轴及驱动装置组 成，上部加盖密封，防止液面上的空间有氧存在。盘片转动时的剪 力将老化的生物膜剥下，在水中呈悬浮状态，随水
26、流出槽外。特点：1)微生物浓度高，可承受高额的有机物负荷2)废水在反应器内按水平方向流动，勿需提升废水 3)可处理含悬浮固体较高的废水，不存在堵塞问题 4)可采用多级串联，各级微生物处于最佳的生存条件下5)由于转盘转动，不断使老化生物膜脱落，使生物膜经常保持 较高的活性,48,七、复合厌氧法,复合厌氧法是在一个设备内由几种厌氧反应器复合而成的一种厌氧处理法。目前开发的多为升流式厌氧污泥床和厌氧生物滤池复合而成的升流式厌氧污泥床过滤器。可分为无三相分离器的升流式厌氧污泥床过滤器(UBF)和有三相分离器的升流式厌氧污泥床过滤器(UASB+AF)。,49,八、两相厌氧法,两相厌氧法是一种新型的厌氧生
27、物处理工艺，有机底物的厌氧降解，可以分为产酸和产甲烷两个阶段。把这两个阶段的反应分别在两个独立的反应器内进行。分别创造各自最佳的环境条件，培养两类不同的微生物，并有旺盛的生理功能活动，将这两个反应器串联起来，形成能够承受较高的负荷率的两相厌氧发酵系统。特点1)能够向产酸菌、乙酸菌、产甲烷菌分别提供各自最佳的生长繁殖条件，使各个反应器达到最佳的运行效果；2)当进水负荷有大幅度变动时，酸化反应器存在着一定的缓冲作用，对后续的产甲烷反应器影响能够缓解，具有一定的耐冲击负荷的能力。3)酸化反应器反应进程快，水力停留时间短，负荷率高，能够减轻产甲烷反应器的负荷。,50,哈尔滨工业大学,51,致 谢,水质工程学的工业废水处理课程的讲授全部结束，在此，希望各位同学能继承哈尔滨工业大学教师的严谨的治学态度、忘我的工作精神、渊博的专业学识、务实的学术作风，在新的工作岗位上快速发展。,
