第1讲化工废水的物化处理方法(上)

2023/2/21主讲：董庆华高级工程师电话Q：2822480267

邮箱：yctudqh@化工废水处理方法第一讲2023/2/22化工废水的物化处理方法废水处理的目的

利用物理的、化学的和生物学的一种或多种方法的联合，来去除废水中的各种有害物质，使水质达到自然界自净能力的承受水平，恢复其作为自然资源的属性，防止环境污染，使水能够重新利用，实现企业的可持续发展。2023/2/23化工企业废水预处理的目的使企业所排废水能够满足园区污水处理厂的进水水质要求，保证园区污水处理厂的正常运行，实现园区污水处理厂的达标排放。

一是将废水中对微生物有抑制有毒害、有抑制作用的物质尽可能地消减和去除或转化为对微生物无害或有利的物质，以保证园区污水处理厂生化池中的微生物能正常运行；二是削减COD负荷，以减轻园区污水处理厂生化处理的运行负担。2023/2/24企业废水处理厂的地位企业的国防部企业老板的氧气企业员工的厨房2023/2/25一、重力分离法重力分离法是利用水和被分离物质的密度差（即重力场中的重度差），使废水中的悬浮颗粒物与水分离，去除悬浮颗粒物而使废水净化的方法。当悬浮颗粒物的密度大于水的密度时，在重力作用下，悬浮颗粒物沉降（沉淀）形成沉淀物，一般称为污泥；当悬浮颗粒物的密度小于水的密度时，悬浮颗粒物上浮到水面形成浮渣（或浮油）。2023/2/262023/2/27重力分离沉降上浮沉淀池气浮池隔油池平流沉淀池辐流沉淀池竖流沉淀池布气气浮电解气浮溶气气浮射流气浮曝气气浮叶轮气浮加压溶气气浮溶气真空气浮普通沉淀池斜板(管)沉淀池2023/2/28（一）沉淀池

沉淀池由进水区、沉淀区、出水区和污泥区四部分组成。

沉淀池设计、施工的难点：①进水，让水均匀进入沉淀区，这是保证沉淀效果的首要条件；②排水，让水均匀排出，不使沉淀池形成偏流，这是保证沉淀效果最大化的必要条件；③排泥，流畅排泥，不堵塞管道，不翻泥。1、平流沉淀池2023/2/29自来水厂平流沉淀池2023/2/210构造：池体平面为矩形，进、出口分设在池长的两端。池的长宽比不小于4，长深比采用8～12，有效水深一般不超过3m。优点：处理水量大小不限，沉淀效果好；对水量和温度变化的适应能力强；平面布置紧凑，施工方便，造价低。缺点：进、出口配水不易均匀；多斗排泥时，每个斗均需设置排泥管（阀），手动操作，工作繁杂，采用机械刮泥时容易锈蚀。适用范围：适用于地下水位高、地质条件较差的地区，大、中、小型污水处理工程均可采用。2023/2/2111、进水区

进水区的作用是使水流均匀分布在整个断面上，尽可能减少扰动。入口流速小于25mm/s。为了保证不冲刷已有的底部沉积物，水的流入点应高出污泥层面0.5m以上。水流入沉淀池后应尽快消能，防止在池内形成短流或股流。设置整流装置。2023/2/212

沉淀池进口整流多采用穿孔槽外加挡板（或穿孔墙）的方法，沉淀池进水口布置形式如图示：

2023/2/2132．沉淀区

要降低沉淀池中水流的紊流性指标Re数（Re=vR/μ）和提高水流的Fr数（Fr＝v2/Rg），必须设法减少水力半径R，采用导流墙，对平流式沉淀池进行纵向分格等，均可减小水力半径，改善水流条件。2023/2/214沉淀区的高度（有效水深H）与其前后有关处理构筑物的高程布置有关，一般约3～4m。沉淀区的长、宽、深之间相互关联，应综合考虑，还应核算表面负荷。

一般，L/B≥4，L/H≥10，每格宽度3～8m，不宜大于15m。2023/2/2153．出水区

沉淀后出水应尽量在出水区均匀流出。沉淀池常见出水口布置形式。

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出流堰是沉淀效果好坏的重要条件，它不仅控制池内水面的高程，而且对池内水流的均匀分布影响极大。

应防止池内水流产生偏流现象。尽可能减少单位堰长的过流量，因此堰的施工必须精心，尽量做的水平。2023/2/2174．污泥区（积泥区和排泥区）

及时排出沉于池底的污泥是使沉淀池工作正常，保证出水水质的一项重要措施。沉淀池排泥方式有斗形底排泥、穿孔管排泥及机械排泥。目前基本都采用机械排泥，不需留存泥区，池底水平，略带坡度以便放空。2023/2/218排泥方式：

（1）刮泥：设置刮泥机（车），池底设计坡度0.01-0.02。（2）污泥泵排泥；（3）静水压力排泥（静水压力1.5-2.0m水头，排泥管径不小于200mm）。（4）如设有多个泥斗时，则无需刮泥装置，每个泥斗设独立的排泥管及排泥阀。2023/2/2192023/2/2205、缓冲区污泥区和清水区之间应有一个缓冲区，其深度可取0.3-0.5m，以减轻水流对存泥的搅动，也为存泥留有余地。2023/2/221影响平流式沉淀池沉淀效果的因素

1.沉淀池实际水流状况对沉淀效果的影响

(1)进水的惯性作用；

(2)出水堰产生的水流抽吸；

(3)较冷或较重的进水产生的异重流；

(4)风浪引起的短流；

(5)池内存在的导流壁和刮泥设施等。

2.凝聚作用的影响。由于实际沉淀池的沉淀时间和水深所产生的絮凝过程均影响了沉淀效果，实际沉淀池也就偏离了理想沉淀池的假定条件。2、辐流式沉淀池2023/2/222建湖城东污水处理厂辐流沉淀池2023/2/223构造：辐流式沉淀池，池体平面圆形为多，也有方形的。直径（或边长）6～60m，最大可达100m，池周水深1.5～3.0m，池底坡度不宜小于0.05。优点：采用机械排泥，运行较好，设备较简单，排泥设备已有定型产品，沉淀性效果好，日处理量大，对水体搅动小，有利于悬浮物的去除。缺点：池水水流速度不稳定，受进水影响较大；底部刮泥、排泥设备复杂，对施工单位的要求高，占地面积较其他沉淀池大。适用范围：适用于地下水位较高的地区，适用于大、中型污水处理厂。

废水自池中心进水管进入池，沿半径方向向池周缓缓流动。悬浮物在流动中沉降，并沿池底坡度进入污泥斗，澄清水从池周溢流出水渠。辐流式沉淀池多采用回转式刮泥机收集污泥，刮泥机刮板将沉至池底的污泥刮至池中心的污泥斗，再借重力或污泥泵排走。2023/2/224进水出水排泥2023/2/225中心进水周边进水进水方式2023/2/226

排泥方式：辐流式沉淀池大多数采用机械刮泥，将污泥收集到中心泥斗，通过静压力或污泥泵排出，刮泥机一般每小时转2-4周。3、斜板（管）沉淀池2023/2/227斜管沉淀池2023/2/228斜板沉淀池斜板（管）沉淀池是一种在沉淀池沉淀区内装有许多间距较小的平行的倾斜薄板（管）的沉淀池，是根据浅池理论发展而来的。1904年Hazen提出浅池理论，1945年Camp认为池浅为好，1955年多层沉淀池产生，1959年日本开始应用，1972年中国汉阳正式应用。优点：水力条件好，处理效率高，停留时间短，占地面积小，处理能力比一般沉淀池高出7～10倍。缺点：易产生泛泥现象，耐冲击负荷能力较差，容易积累淤泥，需用高压水周期冲洗，斜板或斜管上部会大量滋长藻类。2023/2/2292023/2/230进水区分离区出水区污泥区缓冲区清水区2023/2/231结构特点：

（1）斜板（管）倾角多采用60º，斜板（管）长一般在1.0-1.2m左右，板间距一般不小于50mm。斜管管径25-35mm。（2）斜板材料：大多采用聚氯乙烯平板或波纹板；斜管多为塑料片、波形石棉板、波形玻璃钢板粘合而成的蜂窝状管，断面有正六边形、圆形、椭圆形等，常制成组装件，便于安装。2023/2/232

（3）斜板沉淀池的结构形式：包括：异向流、同向流及横向流。（侧向流）（逆向流）2023/2/233

（4）进水方式：大多采用异向流。（5）斜板（管）上部清水区为0.7-1.0m，斜板（管）下部为配水区大于1.5m（目的：布水均匀），布水区下部为污泥区。（6）出水方式：采用穿孔集水管集水。（7）排泥方式：采用多斗排泥。4、混凝沉淀池2023/2/234废水混凝剂混合反应沉降（澄清）出水污泥混合目的是使混凝剂尽快与水混合，需要短时间高强度搅拌。反应阶段的目的是使药剂与水中的细小颗粒或胶体物质作用生成尽可能大的絮体，为沉降分离创造条件，需要低强度长时间搅拌。许多因素影响反应过程。澄清的目的是使所生成的絮体与水分离，完成净化过程常用混凝剂2023/2/2351）聚合氯化铝(poly-aluminumchloride,PAC)一种高分子混凝剂，其化学式可写为[Al2(OH)nCl6-n]m，式中n可取1到5中间的任何整数，m为10的整数。这个化学式实际是指m个Al2(OH)nCl6-n单体的聚合物。聚合氯化铝中OH与Al的比值对混凝效果有很大关系，一般可用碱化度B表示：B=[0H]×100％/3[Al]，例如n＝4时，碱化度B=[4/（3×2）]×100％=66.7％。一般要求B为40％－60％。2023/2/236聚合氯化铝优点：应用范围广，对各种废水都可以获得较好的混凝效果。易快速形成大的矾花，沉降性能好，投药量一般比硫酸铝低，过量投加时也不会象硫酸铝那样造成水浑浊。适宜的pH值范围较宽(在5－9间)，且处理后水的pH值和碱度下降较小。水温低时，仍可保持稳定的混凝效果。其碱化度比其它铝盐、铁盐为高，因此药液对设备的侵蚀作用小。2023/2/2372）聚合硫酸铁(poly-ferricsulfate,PFS)化学式为[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m优点：投加剂量小，絮体生成快，对水质的适应范围广以及水解时消耗水中碱度少。它与聚合铝盐都是具有一定碱化度的无机高分子聚合物，且作用机理也颇为相似。2023/2/238铝盐和铁盐作为混凝剂的作用：Al3+或Fe3+和低聚合度高电荷的多核羟基配合物的脱稳凝聚作用、高聚合度羟基配合物的桥连絮凝作用以及氢氧化物溶胶形式存在时的网捕絮凝作用。一般情况下，在pH偏低、胶体及悬浮微粒浓度高、投药量尚不足的反应初期，以脱稳凝聚作用为主；在pH较高、污染物浓度较低、投药量充分时，以网捕絮凝作用为主；而在pH和投药量适中时，桥连絮凝则成为主要的作用形式。2023/2/2393）聚丙烯酰胺(polyacrylamides,PAM)分子式产量占高分子混凝剂总产量的80％按性状，聚丙烯酰胺产品有胶状(含量5％－10％)、片状(含量20％－30％)和粉状(含量90％－95％)三种。其聚合度可达2×104－9×104。相应的相对分子质量高达1.5×106－6.0×106。聚丙烯酰胺也常作为助凝剂与其他混凝剂一起使用，可产生较好的混凝效果。聚丙烯酰胺的投加次序与废水水质有关。2023/2/240当废水浊度低时，宜先投加其他混凝剂，再投加聚丙烯酰胺，使胶体颗粒先脱稳到一定程度，为聚丙烯酰胺的絮凝作用创造有利条件；当废水浊度高时，应先投加聚丙烯酰胺，再投加其它混凝剂，以让聚丙烯酰胺先在高浊度水中充分发挥作用，吸附部分胶粒，使浊度下降，其余胶粒由其它混凝剂脱稳，再由聚丙烯酰胺吸附，这样可以降低其它絮凝剂的用量。2023/2/241（1）投药方法及设备投药方法有干投法和湿投法。干投法是把经过破碎易于溶解的药剂直接投入废水中。干投法占地面积小，但对药剂的粒度要求较严，投加量较难控制，对机械设备的要求较高，同时劳动条件也较差。目前应用的较少。湿投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添加。混凝剂的湿法投加包括药剂的配制、药剂的计量和药剂的投加三个过程。2023/2/2422023/2/243（2）

混合设备废水与混凝剂和助凝剂进行充分混合，是进行反应和混凝沉淀的前提。对混合要求是速度快，一般有两种混合型式：

a.借水泵的吸水管或压水管混合（泵前加药）；b.混合槽混合。混合槽混合常用的有机械混合槽，分流隔板式混合槽，多孔隔板式混合槽。2023/2/244电机功率0.75kW/m3，流速1.5m/s，混合时间＜2min2023/2/245（3）反应设备水与药剂混合后进入反应池进行反应。反应池内水流特点是流速由大到小。在较大的反应流速时，使水中的胶体颗粒发生碰撞吸附，在较小的反应流速时，使碰撞吸附后的颗粒结成更大的矾花。反应设备主要的设计参数为搅拌强度和搅拌时间。2023/2/2462023/2/2472023/2/2482023/2/249影响混凝的因素A.废水水质的影响（1）浊度浊度过高或过低都不利于混凝，浊度不同，所需的混凝剂用量也不同。（2）pH值在混凝过程中，都有一个相对最佳pH值存在，使混凝反应速度最快，絮体溶解度最小。不同混凝剂最佳pH值要通过试验确定。2023/2/250（3）水温水温会影响无机盐类的水解，水温低，水解反应慢。另外水温低，水的粘度增大，布朗运动减弱，混凝效果下降。（4）共存杂质有些杂质的存在能促进混凝过程。而有些物质则不利于混凝的进行。2023/2/251B.混凝剂（1）混凝剂种类混凝剂的选择主要取决于胶体和细微悬浮物的性质、浓度。如水中污染物主要呈胶体状态，且电位较高，则应先投加无机混凝剂使其脱稳凝聚，如絮体细小，还需投加高分子混凝剂或配合使用活性硅酸等助凝剂。很多情况下，将无机混凝剂与高分子混凝剂并用，可明显提高混凝效果，扩大应用范围。2023/2/252（2）混凝剂投加量投加量除与水中微粒种类、性质、浓度有关外，还与混凝剂品种、投加方式及介质条件有关。对任何废水的混凝处理，都存在最佳混凝剂和最佳投药量的问题，应通过试验确定。（3）混凝剂投加顺序当使用多种混凝剂时，其最佳投加顺序可通过试验来确定。一般而言，当无机混凝剂与有机混凝剂并用时，先投加无机混凝剂，再投加有机混凝剂。但当处理的胶粒在50m以上时，常先投加有机混凝剂吸附架桥，再加无机混凝剂压缩扩散层而使胶体脱稳。2023/2/253C.水力条件的影响水力条件对混凝效果有重要影响。两个主要的控制指标是搅拌强度和搅拌时间。混合阶段：要求混凝剂与废水迅速均匀混合，为此要求速度梯度G在500–1000s－1，搅拌时间t应在10–30s。反应阶段：既要创造足够的碰撞机会和良好的吸附条件让絮体有足够的成长机会，又要防止生成的小絮体被打碎，因此搅拌强度要逐渐减小，而反应时间要长，相应速度梯度G和搅拌时间t值分别应在20－70s－1和15－30min。

（二）溶气气浮装置由压力溶气系统、溶气释放系统、气浮池三部分构成。

溶气气浮装置设计、施工难点：①溶气，采用何种结构溶气罐、回流比，配置体积加压泵、空气供给设备，确保溶气效果好，不堵塞；②溶气释放，选择何种型号、规格、材质、数量的释放器，使溶入水中的空气以微气泡形式释放出来，且均匀分布；③刮渣，选用何种型号、规格、材质的刮渣机，能及时、有效清除上浮渣，确保出水效果。2023/2/2542023/2/2551、加压溶气气浮气浮法是利用高度分散的微小气泡作为载体去粘附废水中的悬浮物，使其随气泡浮升到水面而加以分离去除的一种水处理方法。气浮分离的对象是乳化油以及疏水性细微固体悬浮物，如细沙、纤维、藻类以及乳化油滴等。空气加压溶入水中达到饱和，溶气水流减压进入气浮池时即释出微气泡，称加压溶气法。2023/2/2562023/2/257实现气浮分离的三个条件：1、必须使待分离的污染物形成不溶性的固体或液体悬浮体；2、必须使气泡能够与悬浮粒子相粘附；3、必须在水中产生足够数量的细微气泡。2023/2/258溶气气浮工作原理由空气压缩机送到空气罐中的空气通过射流装置被带入溶气罐，在0.35Mpa压力下被强制溶解在水中，形成溶