第三章污废水处理设施运行管理(1-12节)

废污水处理设施运行管理

第三章物理化学法

武汉纺织大学环境学院

丁忠浩（dingzhonghao@）

（2015年3月）第一节概述物理化学法又分为物理法、化学法和物理化学法，在废水的处理中，占有重要的地位

物理法是指凡是借助物理作用或通过物理作用使废水发生变化的处理过程。

化学法是借助或通过化学反应完成废水处理的过程。

物理化学法是利用物理化学的原理和化工单元操作以去除水中的杂质。第二节格栅与筛网（一）格栅1．功能格栅是截流污水中粗大污物的处理设施，有一组平行的金属棒或栅条制成的框架组成。格栅被安装在污水渠道、泵房及水井的进口处或污水处理厂的前端，用以截流废水中粗大的悬浮物或漂浮物。2．格栅的分类按格栅的栅距分类：粗格栅（50～100mm）中格栅（10～40mm）细格栅（3～10mm）按栅渣的清除方式分类：人工清渣机械清渣3.运行控制条件(1)栅距的选择原则:栅距小于水泵的叶轮离心泵适用高扬程低流量轴流泵适用于低扬程、大流量混流泵：适用于较大流量、较高扬程(2)过栅流速的控制渠道流速控制在0.4~0.8m/s;过栅流速控制在0.6~1.0m/s(3)水头损失的控制一般控制在0.08~0.15m(4)栅渣量

4．维护管理（1）每天要对栅条、除渣耙、栅渣箱和前后水渠等进行清扫，及时清运栅渣，保持格栅通畅。（2）检查并调节栅前的流量调节阀门，保证过栅流量的均匀分布。（3）定期检查渠道的沉砂情况（4）格栅除污机的维护管理（5）卫生与安全（6）分析测量与记录（二）筛网

1．功能

一些工业废水含有较细小的悬浮物，尤其是废水中纤维类悬浮物和食品工业的动植物残体碎屑，它们不能被格栅截留，也难以用沉淀法去除。为了去除这类污染物，工业上常用筛网。筛网一般是用金属丝或纤维丝编织而成，孔径一般在0.15～1mm左右。2．常见类型（1）振动筛网由振动筛和固定筛组成，污水通过振动筛时，悬浮物等杂质被留在振动筛上，并通过振动卸到固定筛网上，以进一步脱水。（2）水力筛网由运动筛网和固定筛网组成，运动筛网水平放置，呈截顶圆锥形。进水端在运动筛网小端，废水在从小端到大端流动过程中，纤维等杂质被筛网截留，并沿倾斜面卸到固定筛以进一步脱水。水力筛网的动力来自进水水流的冲击力和重力作用，因此水力筛网的进水端要保持一定的压力，且一般采用不透水的材料制成。3．维护管理（1）当废水呈酸性或碱性时，筛网的设备应选用耐酸碱、耐腐蚀材料制成。（2）在运行过程中要合理控制进水流量，做到进水均匀，并采取措施尽量减少进水口来料对筛面的冲击力，以确保筛网的使用寿命并减少维修量（3）筛网尺寸应按需截留的微粒大小选定，最好通过试验确定。（4）当废水含油类物质时，会堵塞网孔，应进行除油处理。另外还需定期采用蒸汽或热水对筛网进行冲洗。第三节均质调节(一)功能工业废水与城市污水的水量、水质都是随时间的推移不断变化，有高峰流量和低峰流量，也有高峰浓度和低峰浓度。流量和浓度的不均匀往往给处理设备带来不少困难，或者使其无法保持在最优的工艺条件下运行；或者使其短时无法工作，甚至遭到破坏（如在过大的冲击负荷条件下）。为了改善废水处理设备的工作条件，一般需要对水量进行调节，对水质进行均和。实际应用中将具有以上功能的构筑物称为调节池，调节池的形状可为圆形、方形、多边形，可建在地下或地上，根据地区和企业具体地形而定。（二）常见类型调节池按功能可分为以下三种：

1.水量调节池一般要求只是调节水量，只需设置简单的水池，保持必要的调节池容积并使出水均匀即可。废水自流进入调节池是，进水管应等于或高于最高水位，调节池可设于泵站前。当进水管埋得较浅而废水量又不大时，与泵站吸水井合建较为经济，否则，应单独建造于泵站前。2.水质调节池为了使废水水质达到均衡，调节池在构造上和功能上采取如下措施。（a）穿孔导流槽式调节池同时进入调节池的废水，由于流程长短不同，使前后进入调节池的废水相混合，以此来均和水质。穿孔导流槽式调节池结构如图（b）增加搅拌设备，可在调节池内增设空气搅拌、机械搅拌、水力搅拌等。3.事故调节池某些工业废水处理系统发生物料泄露或周期性冲击负荷时（如制药行业发酵罐倒罐，高浓度电镀槽液排放等），宜设置事故池，可以起分流储水作用，待事故结束后，将调节池中废水以小流量逐渐排入废水调节池。事故池只有在特殊的情况下才设立，它对保护处理系统不受冲击、减少调节池容积有十分重要的作用。（三）调节池运行管理要点1．调节池的有效容积应能够容纳水质水量变化一个周期所排放的全部废水量，为同时获得要求的某种预处理（如生物水解酸化、脱除某种气体等）效果，应适当增加池容。2．尽管调节池前一般设置格栅等除污设施，但池中仍然有可能积累大量沉淀物，因此应及时将这些沉淀物清除，以免减小调节池的有效容积，影响到调节的效果。3．经常巡查、观察调节池水位变化情况，定期检测调节池进、出水水质，以考察调节池运行状况和调节效果，发现异常问题要及时解决。4．事故调节池的阀门必须能够实现自动控制，以保证事故发生时，能及时将事故废水排入池中。另外事故池平常应保持排空状态，以保证事故发生时，能够容纳所有的事故废水。第四节沉淀与隔油（一）沉淀的功能与原理

1．功能废水中密度大于水的悬浮物可以在重力的作用下，通过沉降作用得以分离。通过这种作用去除废水中悬浮物的方法称为沉淀法。沉淀法的主要去除对象是悬浮液中粒径在10微米以上的可沉固体，即在2h左右的自然沉降时间内能从水中分离出去的悬浮固体。沉淀法通过对这些颗粒物的去除，不仅降低了废水中污染物的浓度，同时对保证整个废水处理系统的正常运行也起了重要作用。

2.理想沉淀池原理为分析悬浮物颗粒在沉淀池内的运动规律和沉淀效果，提出了理想沉淀池概念.假定条件是:（1）污水在池内沿水平方向作等速流动，水平流速为ν,从入口到出口时间为t。（2）在流入区，颗粒沿截面AB均匀分布并处于自由沉淀状态，颗粒的水平分速等于水平流速。（3）颗粒沉到池底即认为被除去从点A进入的颗粒，它们的运动轨迹是水平流速ν和颗粒沉速u的叠加。设有一颗粒，其沉速为u0,刚巧能沉至池底。故可得关系式：u0/ν=H/L

H—沉淀区水深；L—沉淀区长度从图可知，沉速ut≥u0的颗粒可以去除。ut＜u0的颗粒若靠近水面，则不能被去除；若靠近池底，就能被去除。颗粒沉淀时间为：t=L/ν=H/u0

处理水量Q，沉淀池宽度B，水面面积为A=B*L所以Q/A=u0=q

Q/A是沉淀池设计和运行的一个重要参数，称为水力负荷。（二）沉砂池沉砂池的工作原理是以重力分离为基础，就是将进入沉砂池的污水流速控制在只能使比重大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流走。1.沉砂池的常见类型

（1）平流沉砂池平流沉砂池实际上是一个比入流渠道和出流渠道宽而深的渠道，当污水流过时，由于过水断面增大，水流速度下降，污水中夹带的无机颗粒在重力作用下下沉，从而达到分离无机颗粒的目的。（2）曝气沉砂池曝气沉砂池是一长型渠道，池表面呈矩形，池底一侧有0.1～0.5的坡度。曝气装置设在集砂槽侧，距池底0.6～0.9m，使池内水流做旋流运动，无机颗粒之间的互相碰撞与摩擦机会增加，把表面附着的有机物除去。由于旋流产生的离心力，把比重较大的无机颗粒甩向外层而下沉，比重较轻的有机物旋至水流的中心部位随水带走。（3）旋流沉砂池旋流沉砂池是一种利用机械外力控制水流的流态与流速，加速砂粒的沉淀，并使有机物随水流走的沉砂装置。在旋流沉砂池中，污水由流入口沿切线方向进入沉砂区，利用转盘和斜坡式叶片的旋转作用产生离心力，使砂粒被甩向池壁并下落到砂斗，剥落下来的有机物则回到污水中。2.沉砂池的运行管理（1）在沉砂池的前部，一般都设有细格栅，细格栅上的垃圾应及时清捞。（2）在一些平流沉砂池上常设有浮渣挡板，及时清捞浮渣。（3）及时排渣。（4）排砂机械应经常运转。（5）曝气沉砂池的空气量应每天检查和调节。（6）每周对进、出水闸门及排渣闸门保养。（7）沉渣应定期取样化验。（8）刚排出的沉渣含水率很高，一般设集砂池。（9）注意卫生，防止恶臭。（三）沉淀池1.沉淀池的组成流入区进行配水沉降区可沉颗粒与水分离流出区进行集水污泥区污泥贮存、浓缩和排放2.沉淀池的常见类型根据沉淀池在生物处理系统所处的位置，可分为初次沉淀池和二次沉淀池。前者设于生物处理前，后者设于生物处理后。根据水流方向，可分为：平流式沉淀池竖流式沉淀池辐流式沉淀池斜板（管）式沉淀池平流式沉淀池平流式沉淀池呈长方形，水是按水平方向通过沉降区并完成沉降过程的。结构如下图所示：优点：有效沉淀区大，沉淀效果好，造价较低，对废水流量的适应性较强。缺点：占地面积大，排泥较困难。竖流式沉淀池竖流式沉淀池可以是圆形或正方形。直径或边长为4～7m，沉淀区呈圆柱体，污泥斗为截头倒锥体。污水从中心管自上而下流入，经反射板折向上升，澄清水由池四周的锯齿堰溢入出水槽。

优点：排泥容易，不必设置机械刮泥设备，占地面积小缺点：造价高，单池容量小，池深大，施工困难。辐流式沉淀池辐流式沉淀池呈圆形或正方形，用机械排泥，池底坡度一般为0.05。为中心进水，周边出水，中心传动排泥。为使布水均匀，进水管设穿孔挡板。优点：建筑容量大，采用机械排泥，运行较好，管理简单缺点：流速不稳定，机械排泥设备复杂，造价高斜板（管）式沉淀池斜板式沉淀池是根据浅层沉降原理设计的新型沉淀池。与普通沉淀池比较，它具有容积利用率高和沉降效率高的优点。斜板式沉淀池就是通过在沉淀池中设置斜板，达到浅层沉淀的目的。水从斜板之间流过，沉淀在斜板底面上的泥渣靠重力自动滑入泥斗。优点：减少池深，缩短沉淀时间，减少沉淀池体积提高沉淀效率缺点：造价较高，易生藻类，板间易积泥3.沉淀池的选择原则（1）根据废水量的大小来选择（2）根据悬浮物质的沉降性能与泥渣性能来选择（3）根据总体布置与地质条件来选择（4）根据造价高低与运行管理水平来选择4.沉淀池的运行管理（1）沉淀池的工艺参数水力表面负荷水力停留时间出水堰负荷（2）工艺控制控制流量增减沉淀池数量排泥除渣（四）隔油1.隔油的功能与原理一般油类物质在水中存在状态分为可浮油、乳化油、和溶解油三类。可浮油的油珠粒径较大，可以利用油比水轻的性质，通过自然上浮法从水中分离除去。采用自然上浮法去除废水中可浮油的方法称为隔油，使用的构筑物称为隔油池。在隔油池中，比重小于水的油上浮至池面，而比重大于水的悬浮杂质则下沉到池底部。2.隔油池的常见类型（1）平流式隔油池平流式隔油池应用较为广泛。废水从池的一端流入，从另一端流出，粒径较大的浮油浮到池表面，利用刮油刮泥机推动水面浮油和刮集池底沉渣。在出水一侧的水面处设置集油管。（2）斜板式隔油池斜板式隔油池是根据浅层沉淀原理设计的。斜板倾角常采用45°,较多采用塑料波纹板。被分离的油粒沿斜板上升，汇集到集油池顶部，再由集油管进入池子一侧的油回收槽。处理水沿斜板之间由池首水平流向池尾，经溢流堰汇入出水槽3.隔油池的运行管理（1）隔油池必须同时具有收油和排泥措施。（2）隔油池应密闭或加活动盖板。（3）寒冷地区应采取有效保温防寒措施。（4）隔油池周围确定禁火区，注意防火。（5）隔油池附近要有蒸汽管道接头。第五节过滤（一）功能和原理过滤指通过具有空隙的颗粒状滤料层截留废水中细小固体颗粒的处理工艺。废水处理中，主要用于去除悬浮颗粒和胶体杂质，特别是用重力沉淀法不能有效去除的微小颗粒和细菌，对废水的BOD和COD等也有一定的去除作用。在过滤过程中，水中的污染物颗粒主要通过三种作用被去除：1.筛滤作用2.沉淀作用3.接触吸附作用（二）过滤池常见类型滤池有很多种，通常有以下几种分类方式：1.按照滤速的大小分类：慢滤池快滤池2.按照滤料的分层结构分类：单层滤料滤池双层滤料滤池三层滤料滤池3.按照水流过滤层的方向分类：上向流下向流双向流4.按照作用水头分类：重力式滤池和压力式滤池（三）过滤池的主要组成部分1.滤料层滤料系滤池内的过滤材料，它是承担过滤功能的主要部分。常用的滤料是石英砂和无烟煤，各种滤料必须具备以下几个特点：(a)足够的机械强度(b)足够的化学稳定性(c)适当的粒径级配(d)滤料的不均匀系数，滤层厚度2.承托层承托层位于滤池的底部，由大颗粒材料组成，作用主要是承托滤料，防止滤料进入底部配水系统造成流失，同时保证反冲洗配水均匀。基本要求：一是在最大强度的反冲洗时，不能松动；二是孔隙要尽量均匀，以便配水均匀。3.配水系统配水系统的作用是将反冲洗水均匀分配到整个滤池中。常用的配水系统有如下两种：（a）大阻力配水系统（b）小阻力配水系统4.冲洗系统滤池工作一段时间后，滤料截留的污染物质趋于最大容量，此时如仍继续工作，污物会穿透滤层，失去过滤效果。因此，滤池工作一段时间后，要定期进行冲洗。滤池冲洗主要有三种方法：（a）反冲洗（b）反冲洗加表面冲洗（c）气水反冲洗（四）过滤的工艺控制与维护1.滤速的控制2.工作周期的控制3.冲洗效果的控制（1）冲洗强度（2）冲洗历时（3）滤层膨胀率4.日常维护第六节中和与pH调节（一）功能与原理酸性工业废水和碱性工业废水来源广泛，将酸和碱随意排放不仅会造成污染、腐蚀管道、毁坏农作物、危害渔业生产，而且也是极大的浪费。中和法是利用碱性药剂或酸性药剂将废水从酸性或碱性调整到中性附近的一类处理方法。中和处理发生的主要反应是酸与碱生成盐和水的中和反应。另外酸性废水中常溶解有重金属盐，在用碱进行中和时，可生成难溶的金属氢氧化物。在工业废水处理中，中和处理和pH调节常常用于以下几种情况：（1）废水排入水体前，水生生物对pH的变化较敏感。（2）废水排入城市排水管道前，避免对管道腐蚀。（3）进行化学或生物处理前，要求达到一最佳范围。中和剂酸性废水中和处理多采用的中和剂有石灰、石灰石、白云石、苏打、苛性钠等。碱性废水中和处理则通常采用盐酸和硫酸。苏打、苛性钠具有组成均匀、易于贮存和投加、反应迅速、易溶于水而且溶解度较高的优点，但价格较贵，通常很少采用。石灰来源广泛，价格便宜，应用较广。但它具有以下缺点：（1）石灰粉末极易飘扬，劳动卫生条件差；（2）装卸、搬运劳动量较大；（3）成分不纯，含杂质较多；（4）沉渣量较多，不宜脱水；（5）配制石灰溶液和投加需要较多的机械设备等。（二）中和处理方法1.酸性废水的中和处理（1）碱性废水或废渣中和法（2）投碱中和法（3）过滤中和法2.碱性废水的中和处理（1）利用酸性废水中和碱性废水（2）投酸中和法（3）酸性废气中和法(三)常用中和设备及运行管理1.酸碱废水互相中和设备（a）简易中和设备（b）连续流式中和池（c）间歇流式中和池2.投药中和设备（a）药剂配制/投加系统（b）中和反应槽3.中和过滤池（a）等速升流式膨胀中和过滤池（b）变速升流式膨胀中和过滤池（c）滚筒式中和过滤池七化学沉淀法１．功能和原理２．化学沉淀的类型氢氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、碳酸盐沉淀法、钡碳酸盐沉淀法３．化学沉淀的运行管理八、化学氧化法１．功能和原理２．氧化法处理工业废水３．还原法处理工业废水4.设备和运行管理九、电解１．功能和原理２．常用的电解法3.电解槽的结构形式和板级电路4.设备和运行管理第十节混凝法（一）功能和原理废水中的胶体（1～100nm）和细微悬浮物（100～10000nm）能在水中长期保持稳定的悬浮状态，静止而不沉，使废水产生混浊现象。混凝法就是向废水中投加混凝药剂，使其中的胶体和细微悬浮物脱稳，并聚集为数百微米以至数毫米的矾花，进而可以通过重力沉降或其他固液分离手段予以去除的废水处理技术。（二）常用混凝剂和助凝剂1.无机盐类混凝剂（a）三氯化铁（b）硫酸亚铁（c）硫酸铝（d）聚合氯化铝（e）聚合硫酸铁2.有机高分子类混凝剂3.助凝剂（a）pH调整剂（b）絮体结构改良剂（c）氧化剂（三）混凝工艺1.混凝剂的配制与投加2.混合3.反应4.矾花分离（四）运行控制条件1.pH2.水温3.混凝剂的选择和投加量4.水力条件（五）混凝的设备1.混凝剂的配制与投加设备2.混合设备3.反应设备（a）隔板反应池（b）机械搅拌反应池4.矾花分离设备（六）混凝设备日常运行中需注意的问题（1）经常检查溶药系统和投加系统的运行情况。（2）当冬季水温较低，影响混凝效果时，除可采取增加投药量的措施外，还可投加适量的铁盐混凝剂，经常检查加药管的运行情况。（3）根据混合池和反应池的絮体、出水水质等情况，及时调整混凝剂的投加量。（4）严格控制混合和反应的搅拌强度和时间。（5）做好日常运行记录。第十一章气浮法（一）功能和原理气浮是在水中产生大量细微气泡，细微气泡与废水中的细小悬浮粒子相黏附，形成整体密度小于水的“气泡—颗粒”复合体，悬浮粒子随气泡一起浮升到水面，形成泡沫或浮渣，从而使水中悬浮物得意分离。实现气浮分离必须具备基本条件：1.必须在水中产生足够数量的细微气泡；2.必须使气泡能够与污染物相黏附，并形成不溶性的固态悬浮体。（二）气浮的类型按照产生微气泡方式的不同分为：溶气气浮法散气气浮法电解气浮法1.溶气气浮法根据气泡从水中析出时的压力不同，又可分为加压溶气气浮和溶气真空气浮，下面重点介绍加压溶气气浮。加压溶气气浮是空气在加压条件下溶于水中，再使压力降低到常压，把溶解的过饱和空气以微气泡的形式释放出来。目前加压溶气气浮应用最广（a）压力溶气气浮的关键设备——加压泵——溶气罐——释放器——气浮池（b）主要技术参数（c）加压溶气的基本流程按照加压水的来源和数量，分为：全部进水加压溶气、部分进水加压溶气和部分回流水进水加压溶气。（d）压力溶气的供气方式压力溶气气浮的供气方式可分为空压机供气、射流进气和泵前插管进气三种方式。（e）调试和运行注意事项2.散气气浮法散气气浮法产生的气泡粒径较大（通常大于1mm），不宜与细小颗粒与絮凝体相吸附，反而易将絮体打碎，因此散气气浮不适合处理含细小颗粒与絮体的废水。主要适用于处理水量不大、悬浮物浓度高的废水。目前常用的有扩散板曝气气浮法和叶轮气浮法两种。3.电解气浮法电解气浮法是在直流电的作用下，对废水进行电解时，在正负两极会有气体呈微小气泡析出，将废水中成颗粒状的污染物带至水面以进行固液分离的一种技术。电解气浮装置有竖流式和平流式两种（三）气浮法在废水处理中的应用1.炼油厂含油废水的处理2.造纸白水处理第十二节吸附法（一）原理1.吸附的概念利用多孔性固