第九章工业废水处理的工艺系统

1、第九章第九章 工业废水处理的工业废水处理的 工艺系统工艺系统 9.2 气浮气浮 9.3 吸附吸附 9.4 离子交换离子交换 9.1 概述概述 第九章第九章 工业废水处理的工艺系统工业废水处理的工艺系统 9.1 概述概述 9.1.1 工业废水的分类工业废水的分类 1.按工业废水中所含主要污染物的化学性质分类为含无机污染物为主的按工业废水中所含主要污染物的化学性质分类为含无机污染物为主的 无机废水无机废水和含有机污染物为主的和含有机污染物为主的有机废水有机废水。例如，电镀废水和矿物加。例如，电镀废水和矿物加 工过程的废水是无机废水食品或石油加工过程的废水是有机废水。工过程的废水是无机废水食品或石油

2、加工过程的废水是有机废水。 2.按工业企业的产品和加工对象可分为按工业企业的产品和加工对象可分为造纸废水造纸废水、纺织废水纺织废水、制革废制革废 水水、农药废水农药废水、冶金废水冶金废水、炼油废水炼油废水等。等。 3.按废水中所含污染物的主要成分可分为：按废水中所含污染物的主要成分可分为：酸性废水酸性废水、碱性废水碱性废水、含酚含酚 废水废水、含铬废水含铬废水、含有机磷废水含有机磷废水和和放射性废水放射性废水等。等。 工业生产过程中产生的废水、污水和废液。其中含有随水流失的工业生工业生产过程中产生的废水、污水和废液。其中含有随水流失的工业生 产用料、中间产物以及生产过程中产生的污染物。产用料、

3、中间产物以及生产过程中产生的污染物。 此外也有从废水处理的难易度和废水的危害性出发，将废水中主要此外也有从废水处理的难易度和废水的危害性出发，将废水中主要 污染物归纳为三类：污染物归纳为三类： 第一类为第一类为废热废热，主要来自冷却水，冷却水可以回用；，主要来自冷却水，冷却水可以回用； 第二类为第二类为常规污染物常规污染物，即无明显毒性而又易于生物降解的物质，即无明显毒性而又易于生物降解的物质， 包括生物可降解的有机物，可作为生物营养素的化合物，以及悬浮固体等；包括生物可降解的有机物，可作为生物营养素的化合物，以及悬浮固体等； 第三类为第三类为有毒污染物有毒污染物，即含有毒性而又不易生物降解的

4、物质，包，即含有毒性而又不易生物降解的物质，包 括重金属、有毒化合物和不易被生物降解的有机化合物等。括重金属、有毒化合物和不易被生物降解的有机化合物等。 实际上，一种工业可以排出几种不同性质的废水，而一种废水又实际上，一种工业可以排出几种不同性质的废水，而一种废水又 会有不同的污染物和不同的污染效应。例如染料工厂既排出酸性废水，又会有不同的污染物和不同的污染效应。例如染料工厂既排出酸性废水，又 排出碱性废水。如炼油厂的蒸馏、裂化、焦化、叠合等装置的塔顶油品蒸排出碱性废水。如炼油厂的蒸馏、裂化、焦化、叠合等装置的塔顶油品蒸 气凝结水中，含有酚、油、硫化物。在不同的工业企业，虽然产品、原料气凝结水

5、中，含有酚、油、硫化物。在不同的工业企业，虽然产品、原料 和加工过程截然不同，也可能排出性质类似的废水。如炼油厂、化工厂和和加工过程截然不同，也可能排出性质类似的废水。如炼油厂、化工厂和 炼焦煤气厂等，可能均有含油、含酚废水排出。炼焦煤气厂等，可能均有含油、含酚废水排出。 9.1.2 工业废水对环境的污染工业废水对环境的污染 1.无毒物质的有机废水和无机废水的污染无毒物质的有机废水和无机废水的污染 2.有毒物质的有机废水和无机废水的污染有毒物质的有机废水和无机废水的污染 3.含大量不溶性悬浮物废水的污染含大量不溶性悬浮物废水的污染 4.含油废水产生的污染含油废水产生的污染 5.含高浊度和高色度

6、废水产生的污染含高浊度和高色度废水产生的污染 6.酸性和碱性废水产生的污染酸性和碱性废水产生的污染 7.含有多种污染物质废水产生的污染含有多种污染物质废水产生的污染 8.含有氮、磷等工业废水产生的污染含有氮、磷等工业废水产生的污染 9.1.3 控制工业污染源的基本途径控制工业污染源的基本途径 1. 工业污水单独处理后排放工业污水单独处理后排放 （1） COD、BOD很高，很高， （2） 具有一定量的具有一定量的H2S、NH4有毒物质有毒物质 （3） 含有强酸、强碱含有强酸、强碱 （4） 可回收一些产品可回收一些产品 2. 工业污水排入城市污水处理厂一同处理工业污水排入城市污水处理厂一同处理 （

7、1） 与城市污水性质大致相同与城市污水性质大致相同 （2） 无有毒有害类物质无有毒有害类物质 3工业污水预处理后进入城市污水处理厂工业污水预处理后进入城市污水处理厂 （1） 可回收产品可回收产品 （2） 含少量可去除的有毒有害物质含少量可去除的有毒有害物质 4革新工艺、减少排污量革新工艺、减少排污量 5考虑回收利用考虑回收利用 6从全局出发，对污水妥善处理从全局出发，对污水妥善处理 7采取先进技术，经济合理采取先进技术，经济合理 9.2 气浮气浮 1、概念 利用高度分散的微小气泡作为载体粘附于废水中的悬浮污 染物，使其浮力大于重力和阻力，从而使污染物上浮至水 面，形成泡沫，然后用刮渣设备自水面

8、刮除泡沫，实现固液 或液液分离的过程称为气浮。 2、悬浮颗粒与气泡粘附的原理 水中悬浮固体颗粒能否与气泡粘附主要取决于颗粒表面 的性质。颗粒表面易被水湿润，该颗粒属亲水性；如不易被 水湿润，属疏水性。亲水性与疏水性可用气、液、固三相接 触时形成的接触角大小来解释。在气、液、固三相接触时， 固、液界面张力线和气液张力线之间的夹角称为湿润接触角 以表示。为了便于讨论，液、气、固体颗粒三相分别用1， 2，3表示。 9.2.1 基本原理基本原理 亲水性 颗粒 气泡 疏水性 颗粒 1.2 1.2 1.3 2.3 2.3 1.3 亲水性和疏水性物质的接触 如图所示。如如图所示。如90疏水性颗粒，易于与气泡

9、疏水性颗粒，易于与气泡 粘附。在气、液、固相接触时，三个界面张粘附。在气、液、固相接触时，三个界面张 力总是平衡的。以力总是平衡的。以表示界面张力，有：表示界面张力，有： 1.3=1.2cos(180)+ 2.3 (1) 式中：式中：1.3液、固界面张力；液、固界面张力； 1.2液、气界面张力；液、气界面张力； 2.3气、固界面张力；气、固界面张力； 接触角。接触角。 水中气泡与颗粒粘附之前单位界面面积上的界面能 为W1=1.3+1.2，而粘附后则减为W2=2.3 界面能减少的数值为： WW1W21.3+1.22.3 （2) 将式(1)代入式(2)得； W1.2 (1-cos) 亲水性和疏水性

10、物质的接触，当0，即颗粒完 全被水湿润cosl，W0，颗粒不与气泡粘附， 就不宜用气浮法处理。 当 180，颗粒完全不被水湿润，cos-1， W21.2，颗粒易于与气泡粘附，宜于气浮法处理。 此外如1.2很小，W亦小，也不利于气泡与颗粒的 粘附。 3投加化学药剂对气浮效果的促进作用投加化学药剂对气浮效果的促进作用 (1)投加表面活性剂维持泡沫的稳定性投加表面活性剂维持泡沫的稳定性 (2)利用混凝剂脱稳利用混凝剂脱稳 以污水中油的颗粒为例，表面活性物以污水中油的颗粒为例，表面活性物 质的非极性端吸附于油粒上，极性端则伸质的非极性端吸附于油粒上，极性端则伸 向水中，极性端在水中电离，使油粒被包向水

11、中，极性端在水中电离，使油粒被包 围了一层负电荷，产生了双电层现象，增围了一层负电荷，产生了双电层现象，增 大了大了电位，不仅阻碍油粒兼并，也影响油电位，不仅阻碍油粒兼并，也影响油 粒与气泡粘附。粒与气泡粘附。 (3)投加浮选剂改变颗粒表面性质投加浮选剂改变颗粒表面性质 9.2.2 气浮的分类与特点气浮的分类与特点 根据气泡产生的方式气浮法分为根据气泡产生的方式气浮法分为： 电解气浮法电解气浮法： 散气气浮法散气气浮法：扩散板曝气气浮、叶轮气浮。：扩散板曝气气浮、叶轮气浮。 溶气气浮法溶气气浮法：溶气真空气浮、加压溶气气浮。：溶气真空气浮、加压溶气气浮。 加压溶气气浮基本工艺流程有全溶气流程、

12、加压溶气气浮基本工艺流程有全溶气流程、 部分溶气流程、回流加压溶气流程部分溶气流程、回流加压溶气流程3种。种。 l电解气浮法电解气浮法 1、工作原理、工作原理 电解气浮法是用不溶性阳极和阴极，通以电解气浮法是用不溶性阳极和阴极，通以 直流电，直接将废水电解。阳极和阴极产生直流电，直接将废水电解。阳极和阴极产生 氢气和氧的微细气泡，将废水中的污染物颗氢气和氧的微细气泡，将废水中的污染物颗 粒或先经混凝处理所形成的絮凝体粘附而上粒或先经混凝处理所形成的絮凝体粘附而上 浮至水面，生成泡沫层，然后将泡沫刮除，浮至水面，生成泡沫层，然后将泡沫刮除， 实现分离去除污染物质。实现分离去除污染物质。 2 22

13、HeH 22 42OHeH OO 2.电解气浮法的气浮装置 （1） 竖流式电解气浮池（图2） 图 8-4 竖流式电解气浮池 1-入流室；2-整流栅；3-电极组；4-出流孔；5-分离室；6-集水孔； 7-出水管；8-排沉泥管；9-刮渣机；10-水位调节器 10 9 4 3 2 7 1 6 8 5 5 排泥 出水 进水 4 2 （2） 平流式电解气浮池（图平流式电解气浮池（图3） 平流式电解气浮装置的工艺设计平流式电解气浮装置的工艺设计 电流板块数电流板块数 式中：式中：B电解池的宽度，电解池的宽度，mm l极板面与池壁的净距，取极板面与池壁的净距，取100mm e极板净距，极板净距，mm；e=1

14、520mm 极板厚度，极板厚度，mm；=610mm 2Ble n e 图 8-5 双 室 平 流 式 电 解 气 浮 池 1-入 流 室 ； 2-整 流 栅 ； 3-电 极 组 ； 4-出 口 水 位 调 节 器 ； 5-刮 渣 机 ； 6-浮 渣 室 ； 7-排 渣 阀 ； 8-污 泥 排 除 口 i 8 b 1 2 3 8 5 6 7 4 L2L2 B L H1 L1 L 3 电极作用表面积电极作用表面积 （7） 式中：式中：Q废水设计流量，废水设计流量，m3/h。 E比流量，比流量，A h/m3 i电极电流密度，电极电流密度，A /m2 极板面积极板面积 （8） 极板高度极板高度 b =

15、 h1（气浮分离室澄清层高度）（气浮分离室澄清层高度） 极板长度极板长度 L= A/ b（m） 电极室长度电极室长度 L1 =L+2l（m） （9） 2 () EQ Sm i 2 () 1 S Am n 电极室总高度电极室总高度 H= h1+h2+h3 （10） 式中：式中：h1澄清层高度澄清层高度m，取，取1.01.5m h2浮渣层高度浮渣层高度m，取，取0.40.5m h3保护高度保护高度m，取，取0.30.5m 电极室容积电极室容积V1=BHL1（m3） 分离室容积分离室容积V2=Qt t气浮分离时间，试验定，一般为气浮分离时间，试验定，一般为0.30.75h 电解气浮池容积电解气浮池容

16、积V=V1+V2 （m3） l散气气浮法散气气浮法 1、扩散板曝气气浮法（图4） 图 8-6 扩 散 板 曝 气 气 浮 法 1-入 流 液 ； 2-空 气 进 入 ； 3-分 离 柱 ； 4-微 孔 陶 瓷 扩 散 板 ； 5-浮 渣 ； 6-出 流 液 3 4 5 6 2 4 2、叶轮气浮法 （1）叶轮气浮设备构造（图5、6） 1211 4 3 5 5 6 进水 空气 出水 进水 泡沫 出水 109 7112368 图 8-7 叶轮气浮设备构造示意 1-叶轮；2-盖板；3-转轴；4-轴套；5-轴承；6-进气管；7-进水槽；8-出水槽； 9-泡沫槽；10-刮沫板；11-整流板 5 图 8-8

17、 叶轮盖板构造 5134 60o 7 2 6 叶轮旋转方向 1-叶轮；2-盖板；3-转轴；4-轴套；5-叶轮叶片；6-导 向叶片；7-循环进水孔 6 (2) 叶轮气浮池的设计叶轮气浮池的设计 总容积总容积 W=Qt（m3） 式中：式中：Q处理废水量，处理废水量，m3/min t 气浮时间，为气浮时间，为1620min 系数一般系数一般1.11.4 总面积总面积 F=W/h 式中：式中：h气浮池工作水深气浮池工作水深1.52m，3m 可用可用 h=H/进行计算进行计算 式中：式中：H气浮池中的静水压力气浮池中的静水压力 气水混合体的容重，气水混合体的容重，0.67kg/L 式中：式中：压力系数，

18、等于压力系数，等于0.20.3 u叶轮的圆周线速度叶轮的圆周线速度1015m/s 2 ( ) 2 u Hm g 采用正方形，边长采用正方形，边长L=6D（D叶轮直径叶轮直径200400mm） 所以：每座气浮池的表面积所以：每座气浮池的表面积f=36D2 （m2） 气浮池数目气浮池数目 一个叶轮能吸入的水气混合体量一个叶轮能吸入的水气混合体量q为：为： 式中：式中：曝气系数，试验确定，可取曝气系数，试验确定，可取0.35 叶轮转速叶轮转速 叶轮所需功率叶轮所需功率 式中：式中：约等于约等于0.20.3 F m f 1000 (/) 60(1) Q qL S m 60 ( /min) u nr D

19、 () 102 Hq NKW l溶气气浮法溶气气浮法 根据气泡析出时所处压力不同，溶气气浮法分为：根据气泡析出时所处压力不同，溶气气浮法分为： 溶气真空气浮溶气真空气浮：空气在常压或加压下溶入水中，在负压下析出。：空气在常压或加压下溶入水中，在负压下析出。 加压溶气气浮加压溶气气浮：空气在加压下溶入水中，在常压下析出：空气在加压下溶入水中，在常压下析出。 1、溶气真空气浮、溶气真空气浮 废水在常压下被曝气，使其充分溶气，然后在真空条件废水在常压下被曝气，使其充分溶气，然后在真空条件 下，使废水中溶气析出，形成细微气泡，粘附颗粒杂质上浮下，使废水中溶气析出，形成细微气泡，粘附颗粒杂质上浮 于水面

20、形成泡沫浮渣而除去。于水面形成泡沫浮渣而除去。 优点：优点：气泡形成、气泡粘附于微粒以及絮凝体的上浮都处于稳定气泡形成、气泡粘附于微粒以及絮凝体的上浮都处于稳定 环境，絮体很少被破坏，气浮过程能耗小环境，絮体很少被破坏，气浮过程能耗小。 缺点：缺点：容气量小，不适于处理含悬浮物浓度高的废水；气浮在负容气量小，不适于处理含悬浮物浓度高的废水；气浮在负 压下运行，刮渣机等设备都要在密封气浮池内，所以气浮池的压下运行，刮渣机等设备都要在密封气浮池内，所以气浮池的 结构复杂，维护运行困难，故此法应用较少结构复杂，维护运行困难，故此法应用较少 。 2、加压溶气气浮、加压溶气气浮 （1）工作原理）工作原理

21、: 在加压条件下，使空气溶于水，形成在加压条件下，使空气溶于水，形成 空气过饱和状态。然后减至常压，使空气析出，以空气过饱和状态。然后减至常压，使空气析出，以 微小气泡释放于水中，实现气浮，此法形成气泡小，微小气泡释放于水中，实现气浮，此法形成气泡小， 约约20-100m，处理效果好，应用广泛。，处理效果好，应用广泛。 （2）加压溶气气浮工艺流程）加压溶气气浮工艺流程 加压溶气气浮可分为：加压溶气气浮可分为：全溶气流程、部分溶气流程、全溶气流程、部分溶气流程、 回流加压溶气流程回流加压溶气流程。 图 8-9 全溶气方式加压溶气浮上法流程 1-原水进入；2-加压泵；3-空气加入；4-压力溶气罐

22、（含填料层）；5-减压阀；6-气浮池；7-放气阀； 8-刮渣机；9-集水系统；10-化学药剂 出 水 浮 渣 9 6 8 5 7 4 2 3 10 1 7 全溶气流程（图全溶气流程（图7） v部分溶气流程（图8） 图 8-10 部分溶气方式浮上法流程 1-原水进入；2-加压泵；3-空气加入；4-压力溶气罐 （含填料层）；5-减压阀；6-气浮池；7-放气阀； 8-刮渣机；9-集水系统；10-化学药剂 压 力 表 1 10 3 2 4 7 5 8 6 9 浮 渣 出 水 8 v回流加压溶气流程（图9） 图 8-11 回流加压溶气方式流程示意图 1-原水进入；2-加压泵；3-空气进入；4-压力溶气罐

23、 （含填料层）；5-减压阀；6-气浮池；7-放气阀； 8-刮渣机；9-集水管及回流清水管 6 回 流 1 3 2 4 7 5 8 9 出 水 9 3、加压溶气气浮系统的设计、加压溶气气浮系统的设计 （1）溶气方式的选择）溶气方式的选择 溶气方式分为：溶气方式分为： 水泵吸水管吸气溶气方式、水泵吸水管吸气溶气方式、 水泵压水管射流溶气方式、水泵压水管射流溶气方式、 水泵空压机溶气方式。水泵空压机溶气方式。 图 8-12 水 泵 吸 水 管 吸 气 、 溶 气 方 式 1 3 4 2 8 5 6 1-回 流 水 ； 2-加 压 泵 ； 3-气 量 计 ； 4-射 流 器 ； 5-溶 气 罐 ； 6

24、-放 气 管 ； 7-压 力 表 ； 8-减 压 释 放 设 备 3 77 6 5 8 2 1 (a)(b) 吸气量吸气量 水泵流量的（水泵流量的（78）%（体积比）（体积比） 10 v水泵压水管射流溶气方式：（图11） 1 2 6 4 5 7 1-回 流 水 ； 2-加 压 泵 ； 3-射 流 器 ； 4-溶 气 罐 ； 5-压 力 表 ； 6-减 压 释 放 设 备 ； 7-放 气 阀 ； 图 8-13 水 泵 压 水 管 射 流 溶 气 方 式 空 气 吸 水入 11 图 8-14 内 循 环 式 射 流 加 压 溶 气 方 式 1 3 9 6 8 1-回 流 水 ； 2-清 水 池 ；

25、 3-加 压 泵 ； 4-射 流 器 ； 5-射 流 器 ； 6-溶 气 罐 ； 7-水 位 自 控 设 备 ； 8-循 环 泵 ； 9-减 压 释 放 设 备 ； 10-真 空 进 气 阀 5 2 4 7 P2 水 流 循 环 PP1 空 气 循 环 空 气 吸 入 10 一般形式 内循环式射流加压溶气（图12） 12 水泵空压机溶气方式： 是目前常用的一种溶气方式，溶解的空 气由空压机供给，压力水可分别进入溶气罐， 也可将压缩空气管接在水泵压水管上一起进 入溶气罐。 图 8-15 填充式溶气罐 进水 出水 13 （3）空气饱和设备的选择：）空气饱和设备的选择： 作用：在一定压力下将空气溶解

26、于水中而提供溶气水的设备作用：在一定压力下将空气溶解于水中而提供溶气水的设备 加压泵：加压泵： 溶入空气量溶入空气量V=KTP（L/m3水）水） 式中：式中：P 空气所受的绝对压力（空气所受的绝对压力（Pa） KT溶解常数，跟温度有关，见表溶解常数，跟温度有关，见表 溶气罐：作用是实施水和空气溶气罐：作用是实施水和空气 的充分接触，加速空气的溶解的充分接触，加速空气的溶解 填充式溶气罐（图填充式溶气罐（图13） （4）溶气水的减压释放设备：要求微气泡的直径）溶气水的减压释放设备：要求微气泡的直径20100um 减压阀（截止阀）减压阀（截止阀） 每个阀门流量不同，气泡合并现象，阀芯、阀杆、螺栓易

27、松动。每个阀门流量不同，气泡合并现象，阀芯、阀杆、螺栓易松动。 专用释放器（图专用释放器（图14） （a）TS型溶气释放器型溶气释放器 （b） TJ 型溶气释放器型溶气释放器 （c） TV型溶型溶 气释放器气释放器 特点：特点：0.15Mpa以上时，释放溶气量的以上时，释放溶气量的99%0.2Mpa以上低以上低 压下工作，净水效果良好压下工作，净水效果良好气泡微细气泡微细2040um 图 8-16 溶气释放器 （a）TS型（b）TJ型（c）TV型 接口 (a) 上接口 下接口 共8根 辐射 管 接口 (b)(c) 14 （4）气浮池 平流式气浮池（图15） 图 8-17 有回流的平流式气浮池

28、1-溶气水管；2-减压释放及混合设备；3-原 水管；4-接触区；5-分离区；6-集水管；7- 刮渣设备；8-回流管；9-集渣槽；10-出水管 10 9 7 6 5 4 3 21 8 60 15 竖流式气浮池（图16） 图 8-18 竖 流 式 气 浮 池 8 7 9 5 4 6 3 21QRQ 1-溶 气 水 管 ； 2-减 压 释 放 器 ； 3-原 水 管 ； 4-接 触 区 ； 5-分 离 区 ； 6-集 水 器 ； 7-刮 渣 机 ； 8-水 位 调 节 器 ； 9-排 渣 器 16 反应气浮池（图17） 图 8-19 平 流 式 气 浮 池 （ 反 应 -气 浮 ） 原 水 溶 气 水 排 渣 出 水 17 图 8-20 组 合 一 体 化 气 浮 池 原 水 集水 溶 气 水 排 渣 (反 应 -气 浮 -沉 淀 ） 排 泥 反应气浮沉淀池（图18） 18 反应气浮过滤池（图19） 图 8-21 组合式一体化气浮池 （反应-气浮-过滤） 溶 气 水 原 水 砂 泵 排 渣 出水 19 （5）平流式矩形气浮