第二章废水物理化学处理

第二章 废水的物理化学处理第一节 沉淀法第二节

气浮法第三节 过滤法第四节 软化与除盐第五节 消毒法第六节 其他物理化学处理方法第二章 废水的物理化学处理第一节 沉淀法第二节

气浮法第三节 过滤法第四节 软化与除盐第五节 消毒法第六节 其他物理化学处理方法第二节 气浮法基本概念隔油池气浮法基本原理溶气气浮法对密度比水大的悬浮物采用沉淀的方法进行去除对于密度比水轻的颗粒物采用“浮上”方法去除分散颗粒悬浮物颗粒大小外观溶解物胶体颗粒0.1纳米1纳米10纳米100纳米1微米10微米100微米1毫米透明光照下浑浊浑浊（肉眼看见）悬浮颗粒在水中的受力：重力、浮力重力大于浮力时，下沉；重力等于浮力时，相对静止；重力小于浮力时，上浮。基本概念1、浮上法基本原理2.水对自由颗粒的阻力式中：FD——水对颗粒的阻力；

λ′——阻力系数；

A——自由颗粒的投影面积；uS——颗粒在水中的运动速

度，即颗粒沉速。悬浮颗粒在水中的受力分析1.悬浮颗粒在水中受到的力(Fg):颗粒重力与水浮力之差Fg——水中颗粒受到作用力；V——颗粒的体积；ρS——颗粒的密度；ρL——水的密度；g——重力加速度。式中：球状颗粒自由上浮的浮速公式当颗粒所受外力平衡时，即因得球状颗粒自由沉淀的沉速公式：当颗粒粒径较小、沉速小、颗粒沉降过程中其周围的绕流速度亦小时，颗粒主要受水的黏滞阻力作用，惯性力可以忽略不计，颗粒运动是处于层流状态。在层流状态下，λ′=24/Re，代入式中，整理得自由颗粒在静水中的运动公式（斯托克斯定律）式中:μ——水的动力黏度。由上式可知，颗粒沉降速度us与下述因素有关：斯托克斯定律:当ρs大于ρL时，ρs-ρL为正值，颗粒以us下沉；当ρs与ρL相等时，us=0，颗粒在水中呈悬浮状态，这种颗粒不能用沉淀去除；ρs小于ρL时，ρs-ρL为负值，颗粒以us上浮，可用浮上法去除。us与颗粒直径d的平方成正比，因此增加颗粒直径有助于提高沉淀速度（或上浮速度），提高去除效果。us与μ成反比，μ随水温上升而下降；即沉速受水温影响，水温上升，沉速增大。当1000<Re<25000时，呈紊流状态，λ接近于常数0.4代入得牛顿公式：当1<Re<1000时，属于过渡区，λ近似为代入得阿兰公式：浮上方法有自然浮上和加气浮上两类。2、浮上法基本分类自然浮上：在重力作用下，利用污染物质与水之间自然存在的密度差，使其上浮至水面的过程称为“自然上浮”。如：油类物质的去除——“隔油法”气浮/气浮法：利用在废水中产生的大量微小气泡作为载体使废水中微细的疏水性悬浮颗粒粘附于气泡上，靠气泡的浮力随气泡上浮到水面、形成泡沫层浮渣而加以去除的过程则称为“气浮”，从而实现固－液或液－液分离的过程。常用于对那些颗粒密度接近或小于水的细小颗粒的分离，是一种有效的固-液或液-液分离的方法。由于加气浮上效率高，应用广泛，所以浮上方法通常特指气浮法。分离回收靠自然沉降或自然上浮难以去除的含油废水中的悬浮油及乳化油(如食油工业废水中所含的油脂),其他细小悬浮物、藻类及微絮体等；回收有用物质：如纸浆、细小纤维等；代替二沉池，分离和浓缩活性污泥。

石油化工废水处理造纸厂白水处理制革、印染、染料废水处理课外了解：这些工业废水各有那些特点？3、气浮法在废水处理中的基本应用来源：石油开采炼制、煤化工、石油化工及轻工等行业生产过程排放大量含油废水。《污水综合排放标准》规定：石油类<5，10，20mg/L；动物性油类<10，15，100mg/L《地表水环境质量标准》规定（5类）：石油类<0.05，0.05，0.05，0.5，1.0mg/L含油废水二、隔油池（自然浮上）主要物理特性：油品的相对密度一般都小于1，（除重焦油相对密度为1.1）悬浮状态：油珠粒径较大，靠其与水的密度差，可用自然上浮法分离。溶解状态：油在水中的溶解度很小，一般为几mg/L；乳化状态：油珠粒径0.5～25μm，需要采取气浮法或混凝法分离。什么是乳化？怎样形成的？

对含油废水油珠粒径较大、呈悬浮状态的情况，可利用重力进行油水分离。该类设施通称隔油池。隔油池的种类很多，普遍采用平流式和斜板隔油池。课外了解：重力隔油池，压力隔油池？1、平流式隔油池1）工作原理LHuvLvHu>LvHu>LHuv比较沉淀池设计LHuv

平流隔油池的设计可按油粒上升速度或废水停留时间计算。油粒上升速度u’可通过试验求出(同沉淀计算相同)或直接应用修正的Stokes公式计算β表示由于水中悬浮物影响，使油粒上浮速度降低的系数：

隔油池的表面积油层厚度：不大于0.25m刮油机作用：刮池面浮油和池底的油泥浮油收集：在水面处应设集油管，收集和排除浮油。集油管为直径Φ200-300的钢管，常设在池出口处及进水间，管轴线安装高度与水面相平或低于水面5cm。2）浮油的收集和排除池表面应加盖：为了保证隔油池的正常工作，池表面应加盖，以防火、防雨、保温及防止油气散发，污染大气。冬季加温：在寒冷地区或季节，为了增大油的流动性，隔油池内应采取加温措施，在池内每隔一定距离，加设蒸汽管，提高废水温度。3）隔油池的安全问题通过静沉试验求出去除率与油珠上浮速度的关系进行设计;根据规范提供的数据设计4）平流式隔油池设计方法数量：不少于两个池深：1.5～2.0m，超高0.4m水平流速：2～5mm/s表面负荷：1.2m3/m2.h停留时间：1.5～2h池宽B：由刮油机规格决定:刮油机规格:6.0、4.5、3.0、2.5、2.0m校核尺寸：L/B>4，H/B>0.4去除油粒的最小粒径：100～150μm池底部应保持有0.01-0.02的底坡，贮泥斗深度一般为0.5m，底宽不小于0.4m，侧面倾角不应小于45°～60°隔油池的进水端一般采用穿孔墙进水，在出水端采用溢流堰基本设计参数：2、斜板（管）隔油池板间流速：0.7～0.8mm/s停留时间：15～20min去除油粒的最小粒径为60μm国内目前设计板长为175cm，板宽为750mm。厚1～1.5mm，波长130mm，波高16.5mm，波纹板展开宽度为913mm布水栅用厚6～10mm的钢板制成，板上开孔直径为20mm，总开孔面积为布水面积的6％在处理石油炼制厂废水时，表面负荷为0.6～0.8m3/m2·h为了防止油类物质附着在斜板上，应选用不亲油材料做斜扳，但实际上比较困难，所以，在斜板隔油池的运行中也常有挂油现象，应定期用蒸汽及水冲洗，防止斜板间堵塞板间距为40mm，倾角不小于45；废水含油量大时，可采用较大的板间距(或管径)，含油量小时，间距可以减小。斜板隔油池基本参数气浮/气浮法：在废水中产生大量微小气泡作为载体（必要时，投加混凝剂或浮选剂），使废水中微细的疏水性悬浮颗粒粘附于气泡上（视密度<1），靠气泡的浮力随气泡上浮到水面、形成泡沫层浮渣而加以去除的过程则称为“气浮”，从而实现固－液或液－液分离的过程。常用于对那些颗粒密度接近或小于水的细小颗粒的分离，是一种有效的固-液或液-液分离的方法。三、气浮法基本原理水中有足量的微细气泡气泡理想尺寸为15～30μm必须使分离物呈悬浮状态胶体脱稳－混凝，破乳……必须使悬浮物与气泡产生粘附作用，从而附着于气泡向上浮升，实现从废水中的分离悬浮物具有疏水性质（一）实现气浮分离的必要条件（二）气浮法基本过程气泡产生气泡与颗粒附着上浮分离讨论：颗粒可以是固体与液体气泡产生气泡与颗粒附着上浮分离气浮需要形成大量细微而均匀的气泡作为载体。气浮效果的好坏很大程度上取决于空气在水中的溶解量以及气泡的分散程度和稳定性。气泡量越多，分散度越高（表面积大），它们与污染物质粘附的机会也越多。气泡应有一定程度的稳定性，但过于稳定的泡沫也难于运送和脱水，因而稳定时间以数分钟为宜。产生数量和尺寸合适的气泡是气浮过程实现的重要条件。怎样在水中产生足量的微细气泡？气泡的产生微气泡曝气浮上法剪切气泡浮上法加压溶气浮上法真空浮上法电解法分散空气法溶解空气法水中气泡产生有三类方法。废水处理气浮法据此分为电解法、分散空气法和溶气法三类。气泡产生气泡的产生微气泡曝气浮上法剪切气泡浮上法加压溶气浮上法真空浮上法电解法分散空气法溶解空气法

电解浮上法是将正负极相间的多组电极浸泡在废水中，当通以直流电时，废水电解，正负两级间产生的氢和氧的细小气泡粘附于悬浮物上，将其带至水面而达到分离的目的。1）电解法

气泡产生机理：向水中通入5～10V直流电，废水电解产生H2、O2和CO2等气体222HeH®++2224OOHe4OH-+®-优点：气泡微细，密度小，直径约10～60μm，浮升过程中不会引起水流紊动，浮载能力大，适用于脆弱絮凝体的分离,铝板或钢板作阳极，溶蚀产生的Fe2+和Al3+具有混凝特性，有利于水中胶体、悬浮物的去除。缺点：电耗较高、电极板易结垢，操作管理复杂使用范围：表面负荷通常低于4m3/m2.h；主要用于小规模（10-200m3/h）的工业废水处理。由于电耗高、操作运行管理复杂及电极结垢等问题，较难适用于大型生产。大庆油田四厂杏二中采出水利用电气浮处理实验室试验一个案例四厂杏二中采出水加入电气浮设备水很浑浊，颜色很深四厂杏二中采出水加入电气浮设备电气浮0.5分钟，大量气泡产生四厂杏二中采出水加入电气浮设备电气浮0.8分钟，大量气泡产生四厂杏二中采出水加入电气浮设备电气浮2分钟，大量气泡产生，油滴浮出四厂杏二中采出水加入电气浮设备电气浮5分钟，大量气泡产生，油滴浮出四厂杏二中采出水加入电气浮设备电气浮5分钟后，静置20分钟，油滴浮出，水比较清澈，颜色变浅四厂杏二中采出水加入电气浮设备电气浮5分钟后，静置20分钟，油滴浮出，水比较清澈，颜色变浅四厂杏二中采出水加入电气浮设备电气浮5分钟后，静置20分钟，油滴浮出，水比较清澈，颜色变浅四厂杏二中采出水加入电气浮设备电气浮5分钟后，静置30分钟，大量油滴浮出。四厂杏二中采出水电气浮5分钟，静置30分钟后，处理水和原水的差别。初步确定电气浮主要处理油包水的乳化状况，对水包油需要利用臭氧等破乳并气浮，见上次实验照片。达到上述效果，在实验室水平，处理一吨水约耗电0.5度，工业规模耗电会减少。电解浮上法装置示意图提问：关键步骤及其原理？电解废水可同时产生三种作用：电解氧化还原；电解混凝；电气浮。讨论对废水处理各有什么作用？气泡的产生微气泡曝气浮上法剪切气泡浮上法加压溶气浮上法真空浮上法电解法分散空气法溶解空气法微气泡曝气浮上法剪切气泡浮上法压缩空气引入到靠近池底处的微孔板，并被微孔板的微孔分散成细小气泡将空气引入到一个高速旋转混合器或叶轮机的附近，通过高速旋转混合器的高速剪切，将引入的空气切割成细小气泡分散空气浮上法用于矿物浮选，也用于含油脂、羊毛等污水的初级处理及含有大量表面活性剂的污水处理2）分散空气法

利用机械剪切力，将混合于水中的空气粉碎成细小的气泡，以进行浮选的方法。微气泡曝气浮上法微孔充气通过陶瓷、粉末冶金或塑料制成的微孔板/管，将压缩空气分散为小气泡。特点：气泡直径约为1～10mm，微孔板/管容易堵塞，效率较低提问：工作流程？剪切气泡浮上法叶轮分散将空气引入一个高速旋转的叶轮附近，通过叶轮的高速剪切运动，将空气吸入并分散为小气泡，气泡直径1mm左右特点：适用于悬浮物浓度较高的废水，如洗煤废水及含油脂、羊毛等废水的处理，也可用于含表面活性剂的废水泡沫浮上分离，设备不容易堵塞提问：工作流程？叶轮气浮设备构造示意图此外还有利用射流器或水泵吸入和分散空气方法射流充气

采用以水带气射流器向废水中混入空气进行气浮的方法。溶气水去浮选水射器进水池水泵吸水管水泵压水管水泵空气气泡的产生微气泡曝气浮上法剪切气泡浮上法加压溶气浮上法真空浮上法电解法分散空气法溶解空气法3)溶气法定义：溶气法即溶解空气法。是使空气在一定压力的作用下溶解于水中，然后再突然使废水减压，这时溶解于水中的空气便以微小气泡的形式从水中逸出，以进行浮选过程的方法。讨论：CocaCola的溶气？特点：气泡直径约为20～100μm；可人为控制气泡与废水的接触时间；净化效果比分散空气法好，应用广泛

是普遍采用的气浮方法

溶气法分类：根据气泡在水中析出时所处压力不同，分为：真空溶气浮选：空气在常压下溶解，真空条件下释放；加压溶气浮选：空气在加压条件下溶解，常压下使过饱和空气以微小气泡形式释放加压溶气浮上：

空气在加压条件下溶解。常压下使过饱和空气以微小气泡的形式释放出来需要溶气罐、空压机或射流器、水泵等设备真空溶气浮上：

空气在常压下溶解，真空条件下释放优点：无压力设备缺点：溶解度低，气泡释放有限，需要密闭设备维持真空，运行维护困难

溶气释放气泡的大小计算公式：

r=2σLG/(p1-p2)

式中：r——析出气泡的最小半径，cm；

p1、p2——分别为溶气水释放前后的压力，10-5N/cm2；

σLG——气水界面张力由上式可见，p1增大，r减小，但提高溶气压力，将使能耗增大，而且对溶气设备的材质要求也更高，故p1值的选取应适当(0.3-0.5MPa)。

空气从水中析出的过程①气泡核的形成过程；②气泡的增长过程。

真空浮上法在常压下将空气溶解于水中，然后在负压（真空）条件下使溶解于水中的空气以微小气泡从水中大量析出。提问：工作流程？加压溶气浮上法加压溶气浮上法

气泡产生气泡与颗粒附着上浮分离讨论：颗粒可以是固体与液体（二）气浮法基本过程气泡产生气泡与颗粒附着上浮分离（二）气浮法基本过程气浮法对污染物颗粒的几种适应情况直接适宜于去除水中的疏水性颗粒，如乳化油对于亲水性颗粒（如纸浆纤维、煤粒、重金属离子等），就必须投加合适的药剂（浮选剂），改变颗粒表面性质（即改善颗粒表面的亲水性能），才能利用气浮法分离对于颗粒很细小的微粒，直接气浮效果较差，可投加混凝剂以提高其气浮效果实现气浮分离的过程的必要条件之二是使污染物质能粘附在气泡上悬浮物与气泡附着的基本形式：气泡与颗粒吸附；气泡在颗粒表面析出：大量气泡包裹颗粒；絮体中裹夹气泡。1）气泡与颗粒吸附II）气泡在颗粒表面析出：气泡包裹颗粒III）絮体中裹夹气泡

气泡产生气泡与颗粒附着上浮分离（二）气浮法基本过程（二）气浮法基本流程气泡产生气泡与颗粒附着上浮分离上浮分离在气浮池（浮选池中完成）四、溶气气浮法（一）溶气气浮法的基本流程（二）溶气气浮法分类加压溶气浮上法系统的组成压力溶气系统气浮池空气释放系统压力溶气罐溶气释放装置加压水泵附属设备溶气水管路空气供给设备(一)溶气气浮法的基本流程压力溶气浮上法系统的组成压力溶气系统气浮池空气释放系统压力溶气罐溶气释放装置加压水泵附属设备溶气水管路空气供给设备(一)溶气气浮法的基本流程溶气水去浮选空气压缩机进水池水泵吸水管溶气罐水泵压水管水泵溶气罐形式压力溶气浮上法系统的组成压力溶气系统气浮池空气释放系统压力溶气罐溶气释放装置加压水泵附属设备溶气水管路空气供给设备(一)溶气气浮法的基本流程溶气水减压释放装置（溶气释放器）作用：使溶气水迅速减压、消能，释放空气产生微气泡。工作原理：溶气水经过减压释放装置，反复地受到收缩、扩散、碰撞、挤压、漩涡等作用，其压力能迅速消失，水中溶