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治理废水的基本原理

更新时间:2015-11-16 10:27:15

治理废水的基本原理

治理废水的技术方法尽管有许许多多,但其最基本的作用原理却只有三项,即:分离、转化和利用。

分离,采用各种技术方法,把废水中的悬浮物或胶体微粒、微滴分离出来,从而使废水得到净化,或者使废水中污染物减少到最低限度。

转化,对于已经溶解在水中,无法"取"出来或者不需要"取"出来的污染物,采用生物化学的的方法、化学和电化学的方法,使水中溶解的污染物转化成无害的物质(如转化成 H2O、 CO2、 CH4、NO3 -等等),或者转化成容易分离的物质(如沉淀物、附着物、上浮物、不溶性气 体等等)。总之,使水中污染物发生有利于治理的化学、生物化学变化。

利用,有些废水(主要是高浓度的废液),未经处理或者稍加处理有可能找到新的用途,可以成为有用的资源,用于再制造、再加工,从而彻底解决了废水(或其他废物)的治理问题。

治理废水的生物化学方法

厌氧法好氧法氧化塘其他生物治理方法

治理废水的生物化学方法利用微生物或植物来净化废水的技术,称之为生物化学法。

厌氧法厌氧法利用的微生物有两大种群。一是兼性微生物。这种细菌在微微有一点氧的水中生存繁殖,它能把大分子的有机物断裂成小分子有机物,进一步使这些小分子有机物转变成有机酸 ,即谓之碱性发酵。另一个种群的细菌是甲烷菌。

它们是绝对厌氧菌,只能在完全没有氧的水中生存繁衍。它们能把有机酸进一步分解为CH4、CO2以及少量的NH3、H2S等等气体产物, 回收沼气,即谓之碱性发酸。这两 种微生物往往共处同一个设施之中,协同作用。

厌氧法主要用来处理高浓度可生化的有机废水。如酒精糟液、造纸黑液、印染废水、含酚废水、制药废水等等,以及污水处理厂产生的剩余污泥。厌氧处理过的废水称为厌氧出水,一 般达不到排放的要求,还需要采用其他处理方法作进一步处理。对于处理量很少的废水,厌氧出水也有可能使CODcr降到100mg/L以下,但是用过的厌氧微生物需经过较长的恢复期才能工作。

厌氧生化反应可以在三种不同温度下进行。高温厌氧50-55℃,中温厌氧30-38℃,低温厌氧10-25℃。如果在45℃左右,其处理效果反而不好。厌氧生化反应的反应速度慢,往往需要 2-4 天甚至更长的时间。随着厌氧技术的发展,目前某些 废水的厌氧周期可以缩短到8-12小时,甚至可以更短一些。

厌氧技术的操作方法有污泥法和生物膜法。厌氧技术所采用的设施的构型有许多种,而且正在不断改进之中。如升流式厌氧污泥床、挡板式厌氧反应池、厌氧膨胀床、厌氧流化床、厌氧滤池、厌氧生物转盘、二级厌氧反应池等等。由于厌氧碱性发酵周期很长,甲烷菌对生存条件的要求又非常苛刻(即非常"娇气"),所以近年来有许多工程只让厌氧过程进行到酸性发酵为止。酸性发酵能使大分子有机物水解、断裂成低分子量有机物,生成有机酸,从而提高了该废水的可生化性,然后转入好氧生化处理 。此种方法称为水解工艺、酸化工艺或H/O工艺。

好氧法

好氧微生物必须在水中溶解氧很丰富的条件下才能生存繁衍。好氧微生物以废水中的有机物 作为它们进行新陈代谢的基质(营养物),通过好氧微生物的代谢活动,把有机物转化为 H2O 和CO2以及少量的硝酸盐,从而达到净化废水的目的。好氧生化处理的废水,有机物浓度不能太高。如果是高浓度有机废水,最好先经过厌氧处理再进入好氧池,也可以用好氧池出水 (好氧处理过的废水)来稀释,以保证进入好氧池的废水Dcr在1000mg/L左右为宜。好氧的出水,应该能达到污水排放的浓度标准(100mg/L)。好氧生化反应在常温下进行,气温越高,水温也随之升高,反应速度也越快,处理废水效率也越高。长江流域以北的冬季,水温若低于10℃,处理效果明显下 降,有的好氧反应池只好停运。好氧生化反应过程中,好氧微生物大量消耗水中的溶解氧,因而必须不间断地向废水中供给氧,称之为曝气。曝气要消耗掉很多的能量,所以好氧生化治理技术,能耗比较高。向废水 中供氧的方法有许多种,如鼓风曝气、表面曝气、纯氧曝气、生物转盘、生物滤塔、氧化沟以及深井曝气、射流曝气等等。鼓风曝气法应用较广泛,历史也较长。鼓风曝气就是把压缩空气送入曝气池的底部,使之分散成许许多多的细微气泡。在这些气泡从废水底部上升的过程中,气泡中的氧气溶解到废水中去。因此,希望气泡越微小越好。但是布气装置(称之曝气头)孔眼越小,越容易被污泥堵塞。所以研制高效不堵塞的布气装置便对好氧生化技术有重要的作用。另外,气源装置也十分重要。历来鼓风曝气都使用罗茨鼓风机,噪声大,能耗高。近来有了更新换化的新产品,但应用尚不普遍。好氧生化法是应用最为广泛的废水治理技术。它可以处理可生化性好的废水,也可以在大量可生化性好的废水中,混合一部分可生化性不好的工业废水,

如各种芳香族的有机化合物废水。所谓废水的可生化性,是指该废水中的污染物被微生物降解的可能性。

稳定塘建造或者利用一个原有的面积广大的水塘,废水放于其中,让塘中繁殖起的微生物乃至植物来净化废水,就是稳定塘。水深在2.5m以上的是厌氧塘;水深在0.5-2.5m之间的是兼性塘 ,即有厌氧作用,也有一定的好氧作用;水深在0.5m以下的是氧化塘,具有一定的降解有机污染物的能力,而且运行费用非常低,但是占地面积大,只有在若干特殊的地域才能采用。 在此,必须特别强调指出,不论什么类型的稳定塘,都必须经过专门的计算、设计和科学论证,不能把排污单位存放废水的大水坑,任意命名为氧化塘、稳定塘。

其化生物治理方法经过专门设计建造的湿地以及芦苇塘、其化水生植物经及林地都有一定的净化废水的能力,也属于生物化学法的一种,称做生态学方法。凡是有广阔地域可供利用的地方,应大力发展稳定塘和生态学方法。这种方法投资少,运行费用极低。


治理废水的物理化学方法1、 重力沉降法2、 机械过滤法3、 离心分离法4、 絮凝沉淀法5、 气浮法6、 吹脱法7、 萃取法8、 吸附法9、离子交换法10、电解与微电解法11、化学氧化-还原和消毒法12、湿式氧化法13、超监界流体萃取法14、其他化学处理法15、膜分离法16 蒸发浓缩与焚烧法17 高梯度磁分离法18 废水的声、光、电辅助处理治理废水的物理化学方法

1、重力沉降法即利用废水中悬浮固体本身的重力,自然沉降,从而使上清液净化。重力沉降设施有平流沉淀池、竖流沉淀池、辐流沉淀池。采用斜板或斜管沉淀,会大大减少占地面积。

2、机械过滤法所用的过滤设备和过滤介质有许多类型,如:板框压滤机、厢式压滤机、袋式压滤机、折带压滤机、砂芯过滤器、砂滤器和微孔过滤器等等。各种类型的格栅、滤网也属于机械过滤法的一种。所用的过滤介质除了滤布、滤网之外,还可以用呢毯、硅藻土、凹凸棒土、白土、石英砂、粉煤灰、炉灰渣等等。

3、离心分离法离心分离法可以把废水中固体悬浮物分离出去,也可以把密度不相同的两种液体分开。离心机有立式、卧式、连续进出料的固液分离机和液液分离机。


4、絮凝沉淀法颗粒直径在1-100nm的细微颗粒或液滴,由于其十分微小和表面带有电荷,能形成稳定的胶体溶液。投加絮凝剂,破坏胶体的稳定性,使细小微粒凝聚、吸附、架桥而形成较大的矾花发生沉淀,使废水得到净化。常使用的絮凝剂有无机、有机两大类。无机絮凝剂有镁盐类、铁盐类、铝盐类等系列。有机絮凝剂主要是聚丙烯酰 胺、改性阳离子淀粉等等。用得最广泛的是聚合氯化铝(聚铝)、聚合硫酸铁(聚铁)和聚丙烯酰胺。聚铝用于处理饮用水,使饮水中铝的含量升高。据报导老年性痴呆病增加与饮水中含铝有关。因此,处理饮用水应逐渐停用铝盐系列絮凝剂。用美国、日本等国生产的某种絮凝剂,用于处理特定的废水,用量很少,去除率很高。国内出现了许许多多的絮凝剂,其中仅少数报导了该絮凝剂的主要组成;大多数都是用一个代号表示,其组成不详,其效果也难于评价。

5、气浮法对于颗粒密度小于1.0的悬浮物以及疏水性污染物,可以用气浮法加以去除。这些密度小于1.0的悬浮物和疏水物质,可以附着在小气泡的表面,随小气泡而上浮到水面上,加以收集而被去除。一般在气浮处理前需投加一定量的絮凝剂,形成矾花,然后附着于小气泡上上浮。在水中产生气泡的方法,主要是使用加压溶气水或者用文丘利管的喉管部位抽气与射入的水充分混合。也可以用电解法产生小气泡。 气浮所需的小气泡越小越好,最好其粒径是微米级的。

6、吹脱法有些废水中的有机污染物具有疏水性和挥发性,比较易于与水分离,可以采用吹脱法加以去除。采用有效传质设备,例如:填料塔、筛板塔、泡罩塔、喷淋塔, 来完成吹脱过程。好氧生化处理的曝气池也具有一定的吹脱作用。在焦化厂好氧曝气池的上方空气中,曾检测到较高浓度的氰化物,就是曝气池吹脱出来的。采用吹脱法,必须对吹脱出来的气态污染物进行有效的处理,否则只是污染物的转移而已。

7、萃取法有些污染物,在水中溶解度小,而在某些有机溶剂中溶解度却非常大,而这种有机溶剂又不溶于水。这样便可以让该溶剂与废水充分搅拌混合,使废水中的污染物都转移到该溶剂中。停止搅拌之后,水与溶剂的密度不同,自动分为两层,水中的污染物便被去除了。这种有机溶剂称之为萃取剂,可以从含酚废水中把苯酚完全萃取到萃取剂中,使废水中苯酚浓度低于排放标准( 1.0mg/l )。然后,向萃取液中投加NaOH,使苯酚生成酚钠。酚钠是盐,不溶于 N-503 溶液之中,以酚钠溶液的形态与萃取剂分离,从而使萃取剂得到再生,又可以重新使用 。此过程称之为反萃取。可以作为萃取剂的有机溶剂很多,使萃取剂再生的反萃取方法也互不相同。萃取法可以把某种污染物从废水中萃取出来,但萃取剂总有少量溶于水中,萃取后出水的 CODcr 多半不能达标,应做进一步处理。萃取法对于处理化工、染化废水,有着广阔的前景。

8、吸附法活性炭、大孔吸附树脂、磺化煤以及粉煤灰等固体颗粒,其表面有许多小孔,因而具有很大的总表面积。固体物质的表面,具有一定的吸附性能,特别是固表面凹陷部位,吸附能力更强。这种固体颗粒即吸附剂。废水中的金属离子、有机物能牢固地吸附在吸附剂表面,从而使废水得到净化。吸附剂的吸附能力有很强的选择性,某些特制的大孔吸附树脂,专门能吸附某一类污染物。活性炭的吸附对象比较广泛,许多污染物都能被吸附。粉煤灰的吸附容量很小,需要较大量的粉煤灰,才能处理排放量不大的废水。但粉煤灰价格便宜,仅仅需要支付运输的费用。活性炭、吸附树脂价格昂贵,吸附饱和后必须进行再生(又称脱附)。每种吸附剂,吸附的污染物不同,其再生方法也互不相同,都必须认真操作,以保证吸附剂能反复使用。粉煤灰吸附饱和后不需再生,但必须因地制宜妥善处理,不能造成二次污染。此外,凹凸棒土、硅藻土、蛭石、麦饭石、海泡石、高岭土、焦炭、白土以及某些专门研制的材料,也可以作为吸附剂。只要吸附剂再生问题能够得到较好解决,再生容易,那么吸附法对许许多多的低浓度废水都有广阔的应用前景。所以应大力开展吸附剂再生方法的研究。

9、离子交换法使用离子交换树脂、磺化煤或其他离子交换剂,使废水中阴离子或阳离子被交换在离子交换剂上,从而使水得到净化。离子交换剂饱和时用酸或者碱进行再生, H和OH把截留的离子再置换下来,离子交换剂又可以反复使用。原废水中的污染物最后转移到再生液中,必须进一步妥善处理。

10、电解与微电解法a 电解法。通过电解槽,使废水中金属离子或非金属离子发生氧化?还原反应,形成沉积物或气体分子,从而由废水中分离出去。有时用铁板做电极,铁发生电化腐蚀形成铁离子进入废水中,在碱性条件下形成氢氧化铁、氢氧化亚铁絮凝体而发生絮凝沉淀。同样也可以用铝板做电极。此法在处理电镀废水中应用较多。

b 微电解法。例如 :用活性炭微粒与某些绝缘材料(如沸石)微粒,均匀混合在一起,作为填料。该填料位于正负电极所形成的电场之中。废水通过填料,污染物被活性炭吸附。活性炭是导体,它被绝缘材料隔开,在电场中只能在活性炭小颗粒两端形成小的电极,构成许多微形电解池,使污染物发生电化学氧化还原反应或者被极化,大分子断裂成为小分子,使得本来难于生化降解的物质提高了可生化性。此法可用于提高大分子有机废水的可生化性。

c 铁炭微电解。用焦炭颗粒与铸铁铁屑作为填料,不需外加电场,但要把废水调成酸性,废水中 H 与铁屑作用,生成铁离子,在焦炭粒内部同样构成微电解池。 铁离子进入废水中,出水用碱调成碱性,生成氢氧化铁、氢氧化亚铁絮凝沉淀。为了使Fe2更多地转化成Fe3,可向废水中鼓气。氢氧化铁絮凝体,有较好的吸附、絮邶作用。这种方法是电解与吸附、絮凝的综合作用,目前多用于提高化工和染化废水的可生化性。

11、化学氧化-还原和消毒法a、化学氧化法。使用化学氧化剂,把废水中的有机物、还原物质氧化掉,使其

转化为无害的物质(如:CO2、H2O、NO3等等)。应用的氧化剂最好是臭氧和双氧 水,用它们氧化废水,一般情况下不会产生有害的副产物(只有极个别的例外)。在 使用双氧水时,同时用 Fe2 作催化剂(称为Fenton氧化法),氧化效果会更好。用臭氧时,可与紫外光(UV)配合。在工业发达国家,处理工业废水使用O3和H2O2的场合很多。中国由于O3和 H2O2 生产成本很高,它的使用受到限制。国内有的单位已经开发出生产O3和H2O2成本很低的方法,如能实现将是对污染治理的重大贡献。我国目前常用的氧化剂主要有二氧化氯、次氯酸钠、次氯酸钙(漂白粉)、氯气和高锰酸钾等等。其中以二氧化氯较好。近年来二氧化氯发生器的研制生产单位很多,但当前价格与成本仍较高,难于大量投入。其他含氯氧化剂,在使用时往往与有机污染物生成少量有害的副产物,应逐渐减少使用。化学氧化同时具有较好的杀菌作用,所以目前化学氧化法同时用作消毒剂,在医院污水处理、游泳池水消毒、饮用水消毒和城市污水处理排放前的消毒上。

b、化学还原法。废水治理最大量的是使废水中各种耗氧物质被氧化分解掉,所以需要还原处理的情况较少。目前较多见的是把有毒性、有致癌作用的六价铬离子(Cr6)还原成三价铬离子(Cr3),进而生成Cr(OH)3沉淀,从废水中分离出来。常用的化学还原剂主要是FeSO4。其他情况下,凡是需要进行还原处理的,也可使用化学还原法

c、催化氧化法。在催化剂存在下用空气或者纯氧气来氧化废水中的有机物。可以使用的催化剂主要是各种无机氧化物。目前,这种催化氧化法虽有效果,但一般效率较低。用空气氧化曝气的动力消耗也较高,有待进一步改进。

12、湿式氧化法湿式氧化法又称湿式燃烧法。确切地说应该称做超临界氧化法。任何物质都有一个监界点,在临界点上该物质的气态与液态界限消失。例如水在一定的温度和压力下,水的气相和液相区别消失,成为一种既不是气体也不是液体的一种临界状态。在这种状态下,废水中的水分子以及所有的污染物质分子都能与空气中的氧分子充分接触发生氧化反应。只要供氧充足,废水中所有的有机物均能被氧化成 CO2 和H2O;无机物生成无机氧化物沉渣,从而使有机废水得到了最彻底的处理。湿式氧化设备,可以做成深井式,其型式和一般好氧生化的深井曝气法的深井相类似。这种型式安全、保温,特别是可节省动力,但在高温高压下,设备被氧腐蚀严重。

13、超监界流体萃取法根据临界状态氧化的原理,近年来发展起来超监界流体 CO2 萃取法再生活性炭的 研究。CO2在常温下是气体,其临界温度31.05度,临界压力7.29MPa(72.9kg/cm2 ),临界体积94ml/mol。也就是在监界状态下,CO2的密度可以达到0.468kg/L。这样高密度的临界状态 CO2,由于温度相对较高,其粘度很小,具有许多有机溶剂的溶解性能,可以浸入到活性炭的徽孔之中,把活性炭吸附了的有机物溶解出来,使活性炭得以再生。溶解了有机污染物的临界状态的 CO2,只要脱离临界状态, CO2 立即变成气体,便与萃取出来的有机物分离。由于采用超临界条件,实际操作压力要高于临界压力,故采用 12.2MPa 的操作压力。如果活性炭吸附装置,能制成耐13-15MPa(130_150kg/cm2)高压的可密闭的结构,那么活性炭的再生就变得很容易。超临界流体 CO2 再生活性炭,活性炭的床层不需要翻动,活性炭几乎没有损失,活性炭便可以长期反复利用。目前此技术尚处于研究阶段,活性炭再生后,活性炭再生后,其吸附容量下降10-15%。

14、其他化学处理法a. 化学中和法。碱性废水可用废酸中和,酸性废水可用废碱液中和。这本是最简单的技术措施,主要是有时废酸、废碱需要量很大,难于满足需要,而使用工业品的酸、碱又成本太高。碱性废水可以使用烟道气中 SO2来中和;酸性废水中可用石灰石中和。若用石灰中和酸性废水,最好使用石灰粉。

b. 化学沉淀法与化学气化法。根据废水中污染物的性质,必要时再投加某种化工原料,在一定的工艺条件下(温度、催化剂、pH值、压力、搅拌条件、反应时间、配料比例等等)进行化学反应,使废水中污染物生成溶解度很小的沉淀物或聚合物,或者生成不溶于水的气体产物,从而使废水净化,或者达到一定的去除率。若干工程实例证明:高浓度含酚废水(含酚在1.0%以上)投加适量甲醛,可生成酚醛树脂沉淀。酚的去除率在99.9%以上,而且能有很好的经济收益。

c. 化学综合利用法。高浓度有机废水,可以根据废水中污染物的特性,投加适当的原料,使其生成某种含水产品,供重新利用。研究证明:含有较高浓度的苯酚、甲醛和部分树脂的废水,投加适尿素,在一定工艺条件下可制成木材粘结剂。如果工艺条件控制得好,所产粘结剂的性能甚至好于正式生产的木材粘结剂,不再有任何剩余废水,从而将废水彻底综合利用。


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