化工环保概论

化工环保与安全化工2008第一章环境与环境保护第一节环境与环境科学1.环境影响人类生存和发展的各种天然和经过人工改造的自然因数的总体。2.环境科学及其研究目的、对象、任务环境科学定义：研究人类社会发展活动与环境演化规律之间的相互作用，寻求人类社会与环境协同演化、持续发展途径与方法的科学。运用自然科学和社会科学的有关理论、技术和方法来研究环境问题，形成与其相关的学科相互渗透、交叉的许多分支学科。属于自然科学的：~工程学、~地学、~生物、~化学、~物理、~数学、~水利、~系统工程、~医学。属于社会科学的：~社会学、~经济学、~法学和~管理学。

环境科学研究的目的：保证在社会主义建设中，合理利用自然环境，防治环境污染和生态破坏，为人民造成适宜的生活和劳动环境，保障人民健康，促进经济发展。环境科学的研究对象：人类与环境这对矛盾之间的关系。即人类社会发展活动与环境演化规律之间相互作用的关系。环境科学的任务：分为三个阶段，即面临严重的环境污染现实的应急阶段、以防为主并加以综合治理的防治结合阶段、强调人类与环境的协调发展的完善和美化阶段。环境科学的研究内容：环境系统在人类影响下的变化规律；确定环境状态与人类社会经济活动的关系；寻求二者形态持续发展的途径和方法，争取人类社会与自然界的和谐。4.环境工程概况主要有三个方面的内容环境污染防治工程：解决从污染的产生、发展和消除的全过程存在的问题和采取的措施。主要有三废防治工程等。环境系统工程：应用数学、物理和生物等原理，对有关数据进行系统分析，建立数学和污染控制模式。环境质量评价工程：对环境质量的优劣进行定量和半定量的描述和评定，为制定规划、采取措施和加强管理提供依据。其它：围绕环境工程的经济、监测和卫生工程。第二节环境问题环境问题及其发展环境问题经历了从轻→重，从局部→全球的发展过程。产业革命—20世纪初—20世纪30-80年代，环境问题及其人类的认识出现了两次高潮，即1972年联合国召开的人类环境会议，通过了《人类环境宣言》；影响范围和危害大的环境问题，主要是酸雨、臭氧层破坏和温室效应—环境质量评价出现，环境保护机构、环境立法等方面有了突飞猛进的发展。当前世界环境的主要问题人口问题：多资源问题：土地、森林和水资源少生态环境的恶化：森林减少、土地退化、水土流失物种消失等。有毒化学品贸易的危险废弃物管理生物多样性危机大气环境污染：

1）酸雨：PH小于5.6的雨水。人为排放的SO2和NOx是形成酸雨的两种主要物质。酸雨能破坏森林和水生生态系统、改变土壤性质和结构、腐蚀建筑物和损害人的呼吸系统和皮肤。

2）臭氧层破坏：地球上90%的臭氧集中在离地面15-50km的大气平流层中，它能有效地吸收波长小于295nm的太阳紫外线UV-C,大部分吸收波长295-320nm的UV-B。污染物主要是平流层超音速飞机排放的NOx和人类大量生产和使用的氯氟烃化合物。臭氧层破坏对健康和植物产生影响

3）温室气体及全球性气侯变化：CO2、氯氟烃、NOx、CH4能让太阳的短波辐射透过大气，而吸收地面反射会空间的红外辐射，使底层大气温度升高，气温变化。气候变化对人类环境带来最严重的威胁，能影响全球生态系统、农业、水资源和海洋。第三节环境污染对人体的危害1.急性危害2.慢性中毒3.远期危害：污染物对人体的致癌、致畸变、缩短寿命、降低人体各种生理功能等。有毒污染物主要通过三条途径侵入人体：呼吸道系统、消化系统和皮肤。发病器官致癌物质皮肤肠道骨造血系统膀胱肝甲状腺铬、砷、钴及其化合物砷、联苯胺、亚硝胺和芳苯铍及其化合物苯及其化合物亚硝胺、洋红、二甘醇乙酰胺氨基三脞致癌物质第二章化工对环境的污染化学工业是环境污染较为严重的部门，下表为一些部门排放的主要污染物行业类别废水污染物废气污染物焦化硫化物，挥发酚，氰化物，氮氨，多环芳烃，石油类等硫化氢，氨和苯系物硫酸硫化物，氟化物，铜，铅，隔，砷硫氧化物，粉尘，氟化物染料挥发酚，硫化物，苯胺类等氯，氯化氢，氯苯，苯胺类，硝基苯类和硫化物医药石油类，硝基苯类，酚类，苯胺类，肼，醛类和氮氨氯，氯化氢，硫化物，肼，苯类，醛类，氨第一节化工环境污染概况从化工的发展过程看，国外化工污染大体上分三个阶段：1发生期：大约十九世纪末，主要是酸、碱、盐等无机污染物。2发展时期：20世纪初至20世纪40年代，由于冶金、炼焦、和煤化学工业时期。无机污染物在数量上及危害程度上都有所加剧；有机污染物对环境污染的影响加大，有时两者有协同作用。3泛滥时期：从20世纪50年代开始，是石油化学时代。污染类型由原先的煤烟型转化为石油型。第二节化工污染物种类及其来源1种类：无机和有机污染物。按形态分为：气、液和固态污染物。2来源：化工生产的原料、半成品及产品：1）化学反应不完全：化工行业的主要原料利用率一般为30-40%，其余的以三废的形式排入环境；2）原料不纯：大多数杂质是有害的3）跑、冒、滴、漏：设备或管道不严，会造成原料、产品的泄露化工生产过程中排放出的废气物：1）燃烧过程；2）冷却水；3）副反应；4）生产事故造成的化工污染。

第三节化工污染的特点1水污染的特点：有毒性和刺激性；生化需氧量和和化学需氧量都较高；PH值不稳定；营养化物质较多；废水温度较高；油污染较为普遍；恢复比较困难。2大气污染的特点：易燃、易爆气体较多，如低沸点的酮、醛、易聚合的不饱和烃等；排放物大多有刺激性和腐蚀性，如二氧化硫、氮氧化物、氯气、氯化氢和氟化氢等；浮游粒子种类多、危害大，如粉尘、烟气和酸雾等；3固体废弃物对环境污染的特点：化工废渣主要有：硫酸矿渣、电石渣、碱渣、塑料废渣等；能对土壤、水域、大气的污染。第四节化工污染防治的发展趋势1开采和开发少废和无废1）改变原料路线；2）改进生产设备；3）采用密闭循环是当前化工生产改进的一个新方向。2加强废弃物综合利用实现资源化事实说明，化工行业的“三废”综合利用有巨大的潜力。目前技术上存在的主要问题是，要尽快开发和完善净化分离废弃物的关键技术，才可促进化工行业综合利用向广度和深度发展。第三章化工废水处理第一节化工废水的来源及特点1.废水的来源及特征1）产生化工废水的主要渠道化工生产的原料和产品在生产、包装、运输、堆放的过程中因一部分物料流失又经雨水或用水冲刷。化学反应不完全而产生的废料。副反应过程冷却水一些特定生产过程排放的废水地面和设备冲洗水和雨水，因夹带某些污染物，而形成废水。2）化工废水的分类含有机物的废水，来自基本有机原料、合成材料（塑料、橡胶、纤维）、农药、染料等行业；含无机物的废水，来自无机盐、氮肥、磷肥、硫酸、硝酸、纯碱等行业；含有机和无机物的废水，来自炼焦，氯碱、感光材料、涂料等行3）化工废水的特点废水排放量大，占全国工业废水总量的30%，居各工业系统之首。污染物种类多，烷烃、烯烃、卤代烃、醇、酚、醚酮及硝基化合物等有机物和无机物。污染毒性大、不易生物降解，许多是直接危害人体的毒物。废水中含有害污染物浓度较大，年排放总量达215万吨，氰化物排放量是总排放量的一半，汞为总排放量的2/3，六价铬为12%。水量和水质视其原料路线、、生产工艺方法及生产工艺不同而有很大差异。污染范围广，化学工业厂点多，遍及整个城市和郊区，甚至农村地区。2.水体污染物（废水的组成）固体、需氧、营养性、酸碱、有毒、油类、生物、感官性、热污染物。见下表污染物类型主要污染物无机有害物无机有毒物耗氧有机物植物营养物有机有毒物病原微生物放射性污染热污染水溶性氯化物，硫酸盐，无机酸碱盐，硫化物铅汞砷隔铬等重金属元素，氟化物，氰化物等碳水化合物，蛋白质，油脂和氨基酸等铵盐，磷酸盐和磷，钾等酚类，有机磷/氯农药，多环芳烃和苯等病菌，病毒，寄生虫等铀，锶和铯等含热废水固体污染物：用悬浮物SS（指不能透过3-10微米滤膜）和浊度（能表征废水中胶体和悬浮物的含量）表示。耗氧有机物1）化学需氧量COD：在酸性条件下，用强氧化剂将有机物氧化成CO2和H2O所消耗的氧量，以mg/L表示，其值越高，水中有机物的污染越严重。CODCr适用于生活污水和工业废水；CODMn(也叫高锰酸钾指数)适用于地表水，如海洋等。2）生化需氧量BOD：在有氧的条件下，利用微生物的活动降解有机物所需的氧量，以mg/L表示。其值与往年度和时间有关，一般以20℃下培养5天的生化需氧量BOD5为指标。对于同一废水有：CODCr〉BOD20〉BOD5〉CODMn营养化污染物：含N、P的化合物，是植物和微生物的主要营养。无机无毒物：来自矿山排水、工业废水和酸雨，碱来自碱法造纸和造碱等废水，二者作用产生各种盐类。酸、和碱性废水使PH变化，破坏自然界的缓冲能力；已知微生物生长，妨碍了水体的自净，使水质恶化、土壤盐碱化或酸化；酸性废水对金属和混凝土材料的腐蚀；水中的无机盐和硬度增加等。有毒污染物：1）无机：金属类有Hg、Cr、Cd、Pb、Cu、En等，它们具有强烈的生物毒性和累积性；非金属类有As、Se、S、NO2-、CN-等，其危害见32页上。2）有机：酚类、有机农药、聚氯联苯和多环芳烃等。大多数是人工合成、难生物降解，是较强的三致物（致癌、畸和突变）3）放射性污染物：原子核衰变而释放射线的物质，天然的基本无危害。人工的U、Ra金属的生产和使用，主要引起慢性辐射和后期效应，如诱发癌症、促成贫血、白细胞增生，对孕妇和婴儿产生损伤，造成遗传性损害。油类污染物：来自石油开发、油轮运输、炼油工业和生活污水等。油膜在水面上影响氧的进入，破坏水的复氧能力；附着在土壤粒子或动植物体表，影响养分的吸收和废物的排出；破坏修养地景观。生物污染物：指废水中的致病微生物，如细菌、病虫卵和病毒。主要来自人和动物的粪便，引起各种疾病的传播。感官性状污染物：引起异色、异味、混浊和泡沫等的物质，危害不严重。热污染：热电厂的冷却水等。废水温度过高引起的危害较多，使水中的溶解氧降低；生物耗氧速度增大，水质恶化；藻类繁殖和水体富营养化加快；水中物化性质变化，化学反应加快；对管道和容器的腐蚀等。第二节化工废水处理方法概述废水中的污染物是多种多样的，一般不可能用一种方法或一个处理单元就能达到排放标准。选择处理方法随水质和要求而异。一般来说，对含多元分子结构污染物的废水先用物理方法部分分离，然后用其他方法处理。1按作用原理分类：物理处理法：通过物理作用，以分离、回收废水中不溶解的呈悬浮状态污染物（包括油污和油珠）的方法。化学处理法：通过化学作用和传质作用来分离、去除废水中呈溶解、胶体状态的污染物或将其转化为无害物质的处理方法。物理化学法：主要有吸附、离子交换、膜分离法、萃取法、气提和吹脱法等。生物处理法：通过微生物的代谢作用，使废水中呈溶液、胶体以及微细悬浮状态的有机物染物转化为稳定、无害的物质的处理方法。根据起作用的微生物不同，又可分为好氧和厌氧处理法。2按处理程序分级：污水一级处理：去除废水中的漂浮物和部分悬浮状态的污染物，调节废水PH值、减轻废水的腐化程度和后续处理工艺负荷的处理方法。常用的有：筛滤法：分离废水悬浮状态的污染物，常用的设备有格栅和筛网。沉淀法：通过重力沉降分离悬浮状态的污染物质。主要构筑物为沉淀池和沉砂池。上浮法：去除废水中相对密度小于1的污染物，或通过投药、加压溶气等措施去除相对密度稍大于1的污染物。在一级处理工艺中，主要去除油类和悬浮物质。予暴气法：在污水进入处理构筑物前，先进行短时间的暴气。作用：产生自然悬凝或生物悬凝；氧化废水中的还原形物质；吹脱废水中溶解的挥发物；增加污水中溶解氧，减轻污水的腐化，提高污水的稳定度。污水二级处理：主要去除耗氧有机物，常用的方法如下活性污泥法：废水生物化学处理的主要方法。以污水中的有机物染物作底物，在有氧的条件下，对各种微生物群体进行混合连续培养，形成活性污泥。利用这种活性污泥在废水中的凝聚、媳妇、氧化、分解和沉淀作用去除废水中的有机物染物。生物膜法：使废水通过生长在固定支撑物表面的生物膜，利用生物氧化作用和各相之间的物质交换，降解废水中有机物染物的方法。构筑物有：生物滤池、转盘、接触氧化池、悬浮载体流化床。近年来，有的国家正在研究和采用化学和物理化学法作为二级处理的主体工艺，预期这些方法会随着化学药剂的不断增加，处理设备和工艺的不断改进而得到推广。三级处理：去除微生物未能降解的有机物或磷、氮等可溶性无机物、病毒和病原菌、悬浮物等。根据三级处理出水的具体去向和要求，其处理流程和组成单元是不同的。如除磷：化学沉淀法，即投加石灰、铝盐、铁盐、形成难溶性的磷酸盐沉淀。3HPO42-+5Ca2++4OH-Ca5（OH）（PO4）3+3H2O除氮：生物硝化-反硝化法：好氧生物处理和厌氧处理的串联系统，将含氮有机物中的氮变为N2而去除。物理化学处理法：气提法、折点氯化法和选择离子交换法。有机污染物的去除：活性炭能有效地去除二级处理水中的大部分有机物染物；臭氧氧化和活性炭吸附配合使用，能有效地去除有机物和延长活性炭的使用寿命。臭氧的作用：将有机物氧化降解；将难以生物降解的大分子有机物分解为易于生物降解的小分子有机物，而便于被活性炭吸附和生物降解；臭氧氧化的废水含有较多的氧，增强活性炭的生物活性。溶解性无机物的去除：离子交换、电渗析和反渗透。目前，在污水三级处理中，用反渗透法脱除矿物质和有机物染物最为重视。病毒的去除：用铝盐和铁盐混凝沉淀，可去除约90%致病菌和病毒，经滤池过滤能进一步提高去除率。第三节物理处理法主要用于去除废水中的漂浮物、悬浮固体、砂和油类。一般用作其他方法的予处理或补充处理。具有设备简单、成本低、管理方便、效果稳定等优点。包括：重力分离、离心分离和过滤等1重力分离：沉淀法：主要是自然沉淀（依靠废水中悬浮固体颗粒自身重力进行沉降），有一次和二次沉淀。1）影响沉淀的因素：悬浮颗粒的沉降速度、沉淀池的尺寸、污水的流速。悬浮颗粒的沉降速度：与颗粒的形状和它与流体的相对运动（用Re大小表示）有关。对球形颗粒Re=ds·us·ρ/μ

式中ds，us分别为颗粒的直径和沉降速度，ρ为污水的密度，μ为污水的黏度。一般Re<1，即颗粒与流体的相对运动为滞流状态，则us=ds2（ρs–ρ）g/18μ

可见，悬浮颗粒直径和密度愈大，沉降速度愈快，沉降效率愈高。设最小沉降速度（颗粒在池内能够沉降所需的最小速度）为us´，则沉降时间为ts=H/us´污水的流速、池的大小：设废水流量为Q，则Q=u·B·H废水在池内横向流动的时间t=L/u式中L、B、H分别为池的长、宽、高。上述二时间相等，则Q=Aus´式中A为池低面积，若定义Q/A=q0为过流率，则Q=A

q0

比较以上两式，得q0=us´过流率越小，即最小沉降速度也越小，沉淀效率越好，当废水的流量一定时，A越大，qo越小，沉降效率越好。说明：实际沉降效率低于理论值，因污水通过沉淀池的各水断面的流速分布不均匀，颗粒的试剂停留时间t<ts；又由于水流的湍流影响u<us，所以实际效果要低于理论效果。2）沉降设备沉淀池：根据池内水流的方向不同分为五种：平流、竖流、辐射式、斜管/板式，图3-2~3-6。沉砂池：一般平流沉砂池的缺点是有机悬浮物会沉积下来，或附着在砂粒表面随之沉积下来。曝气沉砂池能克服此缺点，在池的侧壁下部鼓入压缩空气，使池内水流呈螺旋态运动，因有机物的颗粒密度小，故在曝气作用下长期处于悬浮态，同时，因砂粒之间的摩擦和碰撞，使附着在砂粒表面的的有机物也能被洗脱下来。隔油池：处理含油废水。化工、炼油废水中的油存在状态有三种，去除前两部分即可达排放要求。存在状态油滴大小含量处理方法悬浮状态乳化状态溶解状态颗粒较大0.05—25μm分子状态存在含总油量的80-90%10-15%0.2-0.5%隔油池浮选法2离心分离1）分离原理：含悬浮物的废水，在高速旋转时，因悬浮颗粒和废水的密度不同，所受离心力不同，质量大的留在圈外，小的留在圈内，使废水得以净化。水中颗粒所受离心力为Fc=mac=mvs2/r，vs=2πrn/60分离系数α（表示分离效率的大小）为α=Fc/G=Fc/mg=rn2/900可见：加大n，α增大；Fc与r成反比，故旋转半径r不宜过大2）离心分离方式：水力旋流器（压力式和重力式），设备固定，液体靠水泵压力或重力，由切线方向进入设备，形成旋转运动。高速离心机（分常速、高速和超高速），靠转鼓高速旋转，使液体产生理性离力。分离效率高但造价也高，只在特殊场合用。3过滤1）格栅过滤：分平面和曲面。按栅条的间隙分为粗、中、细。2）筛网过滤：振动、水力、转鼓式、转盘式、微滤机等。3）颗粒介质过滤：作用：去除微粒和胶体物质，常为离子交换、活性炭处理前的予处理或废水的三级处理。过滤介质的材料：石英、无烟煤粒、白云石粒、石榴石粒、磁铁矿粒、聚苯乙烯发泡塑料等。装置：普通快滤池和综合滤料过滤器，见图3-134）微滤机过滤：工作原理：废水从转鼓的空心轴管，通过金属网孔过滤后流入水池。截留在网上的悬浮物，当转鼓转到上面时，被冲洗水冲下，收集在转鼓内，与冲洗水一起排出。特点：设备结构紧凑，处理废水量大操作方便，占地小。但滤网的编织比较困难。其它设备：离心过滤机和板框过滤机，近年来有微孔管（代替金属丝网起过滤作用）过滤机，管为聚乙烯树脂或多孔陶瓷，适用于过滤无机盐类的废水。第三节化学处理法作用：去除废水中溶解和胶体物质，如金属离子、有机物、植物营养素（氮、磷）、乳化油、色度、臭味、酸、碱。类型：中和、混凝、氧化还原、电化学等1中和法：用于废水予处理、调节PH值。处理原则：对浓度为4%以下酸和2%以下的碱，必须先中和至中性再排放；当酸碱浓度较高时，考虑回收和综合利用。1）酸性废水处理的方式和设备两种废水混合：常用中和池，见图3-15。投药中和：将碱性药物干投或湿投。中和过滤：碱性滤料，如CaCO3；若含H2SO4废水，应用MgCO3白云石或新型的过滤反应中和器—升流式膨胀中和滤池。2）碱性废水处理方式和设备：废水混合和投药中和。2混凝沉淀法：1）作用：去除粒径为10-3

~10-6mm的细小悬浮颗粒，色度、油分、微生物、氮和磷等富营养物质、重金属以及有机物。即去除胶体和细小悬浮物。2）原理：在废水中投加电解质混凝剂，在废水中形成胶团，与废水中的胶体物质发生作用，形成绒粒沉降。废水中胶粒的稳定性取决于：胶粒的布朗运动；胶粒带电愈多，ξ-电势就愈大，胶粒之间的静电斥力愈能阻止微粒间彼此接近而聚合成较大的颗粒；扩散层或水化层的厚度。废水中胶粒稳定性的破坏：按机理可分以下四种压缩双电层机理：加入的反离子与原扩散层中的反离子，因静电斥力，将部分反离子挤入吸附层中，扩散层厚度减小。吸附电中和机理：胶粒因带电，其表面吸附异号粒子，中和了电位离子的电荷。吸附架桥机理：链状高分子聚合物，（如三价铝盐和铁盐及其它高分子混凝剂，溶于水后经水解、缩聚形成线形结构），在静电引力、范德华力和氢键等作用下，通过活性部位与胶粒和悬浮物发生吸附联桥。沉淀物网捕机理：当以硫酸铝、石灰和氯化铁等高价金属盐类为混凝剂时，废水中的胶粒和悬浮物被Al（OH）3等沉淀物形成时作为晶核或吸附质所网捕。

3）影响混凝效果的因素：水样：成分、水温、PH、碱度药剂投加量：太少，不能充分去除杂质；太多，会再稳定。水力条件：水流紊动要适中。过于慢时，混凝剂与胶粒反应速度太小；过于激烈时，会使结成的絮体重新破裂。4）混凝剂和助凝剂：混凝剂约二、三百种无机盐混凝剂：铝、铁盐及其水解聚合物表3-8无机混凝剂高分子：如聚合氯化铝[Al2(OH)nCl6-n]m等低分子：如硫酸铝Al2(SO)4•nH2O等高分子有机混凝剂：有天然的和人工合成的（阴、阳、两性和非离子）表3-9助凝剂：PH调节剂，如石灰；活化剂，各种黏土及活化硅酸；氧化剂，如氯，用以破坏其他干扰混凝剂的物质。5）混凝处理流程：混凝过程主要有混合和反应两个阶段。前者其要求是快速而均匀。因混凝剂在水中水解速度很快，需急速扰动，以生成大量细小胶体，并不要求产生大颗粒，约10-30s,不超过2分钟；后者使水中的微粒凝聚成矾花并增大而沉淀或上浮，约10-30分钟。具体流程如下图。

有机混凝剂天然：用量远少于人工合成的人工合成：（阴、阳、两性和非离子）混凝沉淀处理流程示意图废水混凝剂助凝剂慢速搅拌急速搅拌沉渣出水投药混合反应沉淀分离3氧化还原法（主要氧化法）废水经过氧化处理，使其中的污染物（CN-、S2-、Fe2+、Mn2+等）无毒性或毒性不大。常用的氧化剂有Cl2及其化合物、O2、O3等.常用的方法如下：1）空气氧化法：空气中的氧来氧化废水中无机硫和有机硫,有机硫被氧化为二硫化物，因溶解度小而与水体分离。2HS-+2O2→S2O32-+H2O2S2-+2O2+H2O→S2O32-+2OH-S2O32-+2O2+2OH-→2SO42-+H2ORSNa+R'SNa+1/2O2+H2O→RSSR'+2NaOH2)氯氧化法氧化剂有Cl2（用于给水消毒，废水的氧化、杀毒、杀菌）和其它含氯药剂（如液氯、漂白粉等），氧化能力用有效氯（化合价大于-1的氯，液氯的有效氯为100%，见表3-11）表示。处理对象：含酚、含氰和含硫化物的废水。3）臭氧化法臭氧的特性与制法：不稳定，在水中的溶解度比氧和空气高，有毒性和氧化性，如将烯烃、炔、芳香烃氧化为醛和有机酸。消毒能力比氯强。臭氧用无声放电等方法制备，随制随用。用臭氧处理废水的特点：主要用于废水三级处理，其作用有降低COD和BOD，细菌消毒；增加水中的溶解氧；脱色和脱臭味；降低浊度。若与其它方法联合使用，效果更好。第四节物理化学处理法处理细小的悬浮物和溶解的污染物，常用的方法有吸附、浮选、电渗析、反渗透和超滤等。1吸附法1）作用：去除难降解或难用一般方法氧化的溶解性有机物；降低COD；脱色脱臭都能够，使处理后的废水可重复使用。2）常用吸附剂及其再生：活性炭、硅藻土、铝矾土、矿渣和吸附用的树脂等。有加热、药剂、生物再生等3）原理：常用Freundlich等温式A=KC1/n式中K为吸附系数，n为常数，通常大于1。与实际较吻合，绘制双对数图可以得到上述常数。当1/n为0.1~0.5，则易于吸附；1/n大于2，则难于吸附。4）吸附工艺:间隙和连续两种。2浮选法1）浮选法及其作用以高度分散的微小气泡为载体，粘附废水中的污染物，因其密度小于水而上浮到水面，实现液液或固液分离的过程。主要用途如下：分离地面水中的细小悬浮物、藻类和微絮体；回收有用物质，如纸浆、表面活性剂和金属离子等；回收二次沉淀池分离和浓缩剩余活性污泥；回收悬浮油和乳化油

2）原理颗粒被气泡粘附前后，界面张力的变化叫可浮性指标，以‘△E’表示，若△E大于0，说明界面能减少了，介绍的能量用于把水挤开的做功上，而使颗粒粘附于气泡之上，否则，气浮就不可以进行。△E与颗粒的润湿性和水的界面张力有关△E=σ（1-cosθ）式中σ是液体的界面张力，θ是颗粒的润湿角。可见，颗粒越易被水润湿，θ越小，△E越小，颗粒被气浮的可能性就越小。所以，对于亲水性颗粒，需要加入浮选剂，使其界面的疏水性增大，易于气浮。常用的浮选剂有松香油、脂肪酸及其盐类、石油和表面活性剂等。3）浮选方法（按产生气泡的方法分类）加压浮选法：在加压下，空气被通入废水中并达到饱和，然后突然减至常压，水中的空气由于过饱和，就会急速形成极微小的气泡，不断向水面上升。曝气浮选法：将空气直接打入到浮选池底部的充气器中，空气形成细小的气泡，废水从池的上部进入而浮选真空浮选法：废水与空气同时被吸入真空系统（2.7~4.×104Pa）中接触，空气呈过饱和态，而产生气泡电解气浮法：对废水进行电解，在阴极产生大量氢气，同时在阳极使极板电离，形成氢氧化物，起着混凝剂和浮选剂的作用生物浮选法：将活性污泥放到浮选池内，利用微生物的增长和活动产生气泡。因CO2量小，难以实现。3电渗析法1）在废水处理中的应用：去除电解质；用复合膜与阳离子交换膜构成的特殊工艺，利用复合膜作用产生H+和OH-从废水中制备酸和碱。2）原理：在电渗析装置中，正负电极间交替平行放置阴、阳离子交换膜，依次构成浓缩室和淡水室。在直流电场作用下，用阴、阳离子膜的选择透过性（阳膜只通过阳离子，阴膜只通过阴离子）使溶质与水分离。其分离电解质的过程见下图。电渗析过程示意图ACACACl-Na+Cl-Na+负极正极淡水浓水淡水浓水淡水浓水4反渗透1）应用：溶质与溶剂分离2）原理：以半透膜（高选择性、高透过性，只让水通过，不能让悬浮物质及溶质通过），将水和废水隔开，在废水一侧加压（大于废水的渗透压），使废水中的水向水的一侧迁移。反渗透流程见下图：料液槽高压泵浓缩液渗透液循环液反渗透组件5超滤法：与反渗透法原理和装置相似，也用推动力和半透膜实现溶质与溶剂分离。实际上，多将反渗透和超滤联用，或它们分别与其他方法联用。

反渗透超滤推动力（MPa）2-100.1-0.5半透膜材质醋酸纤维素同前微孔径μm0.0003-0.060.002-10去除物分子量范围小于500大于500物质糖、盐等细菌、病毒、色料等反渗透和超滤的区别第五节化工废水生化处理好氧处理厌氧处理自然条件水体自净-天然水体及氧化塘高温堆肥土壤自净-污水灌溉厌氧塘人工条件悬浮生化活性污泥法及其变形、氧化塘厌氧消化、化粪池固着生化生物滤池、转盘、接触氧化厌氧滤池、厌氧硫化床1生化处理方法的分类2微生物和酶1）微生物特征微生物是肉眼看不见的单细胞及多细胞生物。处理废水中常见的微生物有植物型动物型菌类（细菌、真菌）藻类原生动物后生动物微生物具有来源广、易培养、繁殖快、对环境适应性强和易变异等特征。所以，根据需要，可以人为地部分改变其原有的特性，这种培养也叫驯化。2）酶的特征酶是由活细胞产生的能在生物体内外起催化作用的生物催化剂，具有如下特征：酶催化的高效性，表现在反应速度和催化剂用量；外部条件影响与酶的活性密切相关（包括有机物浓度），高温、高压等恶劣环境都会使酶的催化活性降低；选择性，对所作用的底物有严格选择性。3）生化处理对水质的要求：PH值、温度、水中的营养物质和毒物、氧气、有机物浓度。3好氧生化处理1）原理：好氧微生物和兼性微生物参与，在有溶解氧的条件下，将有机物分解为CO2和H2O，并释放出能量的代谢过程。在有机物氧化过程中脱出的氢以氧作为受氢体。具体分两个阶段生物吸附阶段：废水与活性污泥充分接触、污染物被微生物吸附粘连、被水解酶作用分解为小分子、在酶的作用下或在浓度差的推断下选择性地渗入细胞体内，这一阶段进行的快而效率高，在10~40分钟，BOD可下降80~90%。生物氧化阶段：被吸附和吸收的有机物继续被氧化。使活性污泥又呈现活性，恢复吸附能力。

2）特点有机物分解彻底，代谢快；消耗稀释水和氧气，成本高3）类型（1）活性污泥法活性污泥及其组成：由好氧微生物（细菌和原生动物）及其代谢的和吸附的物质组成的生物絮体，有降解废水中的有机污染物的能力。活性污泥的性能指标浓度（MLSS）：1L混合液中所含的悬浮固体，g/l，一般MLSS为2~6g/l，反映微生物的浓度；污泥沉降比（SV%）：废水静置30分钟后，沉淀污泥与废水的体积比。反映污泥的沉淀和凝聚性能，一般为15~30%；污泥容积指数(SVI)：一定量的废水，经过30分钟沉淀后，1克干污泥所占沉淀污泥容积的体积，ml/g，反映了活性污泥的松散程度，一般为50~150ml/g。三者的关系为SVI=SV的百分数×10/MLSS(g/l)如曝气池废水SV=20%，MLSS=2.5g/l,则SVI=20×10/2.5=80ml/g活性污泥处理废水流程1曝气池3再生池进水空气回流污泥剩余污泥出水污泥曝气的作用：使活性污泥与废水充分接触；供氧。剩余污泥：因微生物的代谢作用，不断有新的原生质合成，活性污泥的量会不断增加，多余的应排出。回流污泥：因参与分解废水中有机物的微生物的增值速度慢于微生物在曝气池内的停留时间，若不回流，则池内微生物会减少。（2）生物膜法原理：通过废水同生物膜接触，生物膜吸附和氧化废水中的有机物并同废水进行物质交换，从而净化废水。这与活性污泥类似，不同的是微生物栖息地的状态。生物膜形成及其厚度：当废水由布水装置均匀地分布在滤料表面上并向下流动时，滤料截留了废水中的悬浮物及微生物而逐渐形成一层黏膜，膜内生长着大量的微生物，故称为生物膜。它吸附滤料表面上的有机物为营养，很快繁殖，使生物膜厚度渐增，膜厚到一定程度，生物膜里层供氧不足，一般以2mm为宜。设备类型：填充式：生物膜固着在滤料或转动的盘片表面上。有生物滤池和生物转盘。浸渍式：生物膜载体完全浸没在水中，通过鼓风曝气供氧。当载体固定或不固定，分别为接触氧化和生物流化床。a池床式生物滤池：由滤料(卵石、碎石、炉渣等，近年来有塑料)、池壁、排水和布水系统组成；流程与活性污泥法相似；b生物转盘：盘片为生物膜的载体，多个盘片被固定在一根与水流方向垂直的轴上并转动，有一半的面积浸没在水中，当生物膜处于浸没态时，它吸附废水中的有机物；当处于水面上时，大气中的氧向生物膜传递，膜内吸附的有机物被氧化分解，生物膜恢复活性。即盘每转一圈就完成一个吸附-氧化周期。4厌氧生化法：对高浓度有机废水处理逐渐显示出优越性。1）基本原理：在无氧的条件下，用厌氧微生物处理废水的有机物，，受氢体是有机物或含氧化合物，最终代谢产物是低分子有机物、CH4、H2S、NH4+等。厌氧过程的三个阶段：水解酸化阶段：在水解产酸细菌作用下，复杂的大分子和不溶性有机物，先在细胞外酶作用下，水解为小分子溶解性的，后渗透到细胞体内，产生挥发性的有机酸、醇、醛类等；产氢产乙酸阶段：在此细菌作用下，将第一阶段生成的各种有机酸分解转化为乙酸和氢气；产甲烷阶段：此类细菌将乙酸/盐、二氧化碳和氢或其他一碳化合物转化为甲烷。5生化处理法的技术进展1）活性污泥法的新进展纯氧曝气法：增加水中的溶解氧和氧的利用率。从而增加活性污泥的浓度和废水处理的效率。深层/井曝气法：增加曝气池的深度，能提高池数ide压力，从而使水中氧的溶解度和溶解速度提高。投加化学混凝剂及活性炭：在活性污泥曝气池中投加化学混凝剂及活性炭，生化与物化同时处理，而且活性炭还可作为微生物的载体，并可协助固体沉降，使BOD和COD去除率提高。生物接触氧化法：以接触氧化池代替一般的曝气池，以接触沉淀池代替常用的沉淀池，兼有生物膜法和活性污泥法的许多优点，越来越受到重视。生物接触氧化法流程示意图初次沉淀后的废水一次接触氧化池一次接触沉淀池二次接触氧化池二次接触沉淀池出水2）生物膜法新进展高负荷生物滤池：采用将处理后的水回流等方法，提高了水力负荷和BOD负荷。生物转盘方面的改进：改进转盘的材料性能、直径；开发采用空气驱动的生物转盘、藻类转盘；生物转盘与沉淀池或曝气池优化组合，如新研制的生物转筒，筒内可增加滤料，从而使生物膜的表面积增加；生物流化床和生物活性炭。生物活性炭的吸附容量比单纯活性炭提高2~30倍，具有微生物和活性炭的叠加和协同作用。该工艺对城市污水的深度处理完全适合，对难生物降解而可吸附性好的污染物，也有很好的去除效果。第四章化工废气污染控制第一节化工废气的来源、分类及特点1废气的来源：也不外乎生产与非生产过程。2大气污染物存在状态及其治理技术：1）气溶胶态的颗粒污染物：如粉尘、烟尘、雾滴和尘雾等。用除尘技术分离；2）气态污染物：以分子状态存在于废气中，如SO2、NOx、CO、NH3、H2S和有机废气等。处理技术有：冷凝、吸收、吸附、燃烧、催化等。3化工废气的主要污染物1)颗粒物降尘：大于10微米，可降落。飘尘：小于10微米的烟气、煤烟和雾，呈悬浮态，通过呼吸系统对人体组成危害。颗粒物主要来自自然源，自然界刮风和沙暴、海水蒸发的盐分、土壤侵蚀吹扬、火山爆发等；人为源主要来自固体破碎、燃料的燃烧过程。2）气态污染物硫化物：SO2、H2S等，2/3来自细菌活动，其余来自含硫燃料的燃烧。有刺激性，与飘尘有协同作用，危害更大，SO2易被氧化为SO3、进一步生成MSO4、H2SO雾.氮氧化物NO：主要指NO、NO2。来自土壤和海洋中有机物的分解，人为源为石化燃料的燃烧，生产和使用硝酸的过程。能形成酸雨、光化学烟雾和破坏臭氧层。碳氢化合物：各种烃类。大部分来自植物的分解，石油燃料的不充分燃烧和石油的蒸发。是形成光化学烟雾的主要成分，多环芳烃有明显的致癌作用。1粉尘的控制与防治：

第二节除尘技术1含尘废气的特性（处理对象）粉尘的性质化工废气中粉尘主要有：硅、铝、铁、镍、钒、钙等氧化物及粒度在103微米以下的浮游物质。1）尘粒的大小、密度：尘粒的大小分布可由微分曲线和积分曲线表示。2）尘粒的电阻率：电阻率在10~10Ω•cm适合采用电除尘装置，若不在此范围，可用以下方法改变之，即改变温度、加入水分、添加化学药品。3）气体的温：比露点温度高20℃。4）各种尘粒爆炸浓度的下限：对含有爆炸性气体，应该先处理掉。2除尘效率及压力损失（处理结果）1）除尘效率η=（1－c2Q2/c1Q1）×100%2）除尘效率的影响因素：粒径的大小：粒径越大，除尘效率越高。气体处理量和含尘浓度对效率的影响均与除尘器的形式有关：如旋风分离器和文丘里洗涤器，效率随气体处理量的增加而增加；袋式过滤器和电除尘器，则相反。随浓度增加，用电除尘器，效率先减后增；用旋风分离器，则相反。见图4-3~4-5.因各种除尘器的特点不同，实际往往窜联使用。3）压力损失：气体进出除尘器的压力差。主要与气体粘滞性、器壁的粗糙度、流动速度大小和方向的变化而产生旋涡等有关。即摩擦和局部损失。可由输送废气所用设备的耗电量表示：W=2.73×10Q△P式中W为耗电量，kW/h,Q为气体的流量，m3/h,△P为压力损失，Pa.3除尘装置（所用设备）：1）类型、除尘机理、适用粒径范围和除尘效率除尘装置除尘机理适用粒径/微米效率/%沉降室沉降作用100-5040-60挡板式碰撞及折流、凝聚100-1050-70旋风式离心及碰撞、凝聚5以下50-80湿式碰撞及离心、折流、凝聚1左右80-99电除尘器静电20-190-99过滤式过滤及碰撞、折流、凝聚20-0.0580-99声波式声波吸引及碰撞、折流、凝聚2）除尘装置的选择和组合除尘装置的性能指标：技术指标：除尘机的除尘效率、处理气体量、压力损失经济指标：设备基建投资与运转管理费用，使用寿命，占用体积、面积。含尘气体的特性粒径大小、浓度、黏附性、电阻率、温度、气体中的成分，如含有易燃易爆的气体，如一氧化碳等，应将其转化为二氧化碳再进行除尘。总之，要合理的选出既经济又有效的除尘装置，须充分了解含尘气体的特性，充分掌握除尘装置的性能。

第三节气态污染物的处理技术大气污染：由于有害的气态污染物进入大气，使大气在成分、气味、颜色和性质等方面发生变化，危害生物生活环境，影响人体健康和动植物生存。1吸收法利用不同组分在吸收剂中的溶解度不同，或与吸收剂发生化学反应，将有害组分从气流中分离出来。吸收装置有填料、板式和喷淋塔2吸附法气体混合物与适当的多孔性固体接触，用固体表面的未平衡力将气体中的某些组分吸附在表面上。常用的吸附剂：活性炭、骨碳、硅胶等。吸附装置：固定、移动、流化床。

3催化法用催化剂将有害物转化为无害或易于去除的物质。催化剂：金属盐类或金属，载体为氧化铝、铁矾土等。有要求的活性、抗中毒能力、一定的强度和形状大小。4燃烧法通过热氧化燃烧或高温分解将废气中可燃有害污染物转化为无害物质和消烟除臭的方法，又称焚烧法。可回收含烃废气的热能，浓度低时，需预热耗能。5冷凝法利用物质在不同温度下饱和蒸气压不同，当降低温度或加大压力，使部分污染物冷凝而分离。应用：处理污染物浓度10000cm3/m3以上的有机废气，常作为吸附、燃烧等净化高浓度废气的前处理。

第四节SO2废气的治理1脱硫技术概述燃烧前、燃烧中、燃烧后脱硫（FGD）。1）燃料脱硫重油脱硫：原油蒸馏后得的轻质油含硫少，而重油含硫多，用高压催化加氢而生成硫化氢而去除；煤脱硫：煤中的硫2/3是硫化铁，其密度大于煤而且是顺磁性的（煤是反磁性的），故用磁分离或重力分离将硫化铁去除；煤经过气化或液化使硫化铁转化为硫化氢而去除。2）烟气脱硫目前世界上唯一大规模商业化应用的脱硫技术；主要利用各种碱性吸收剂或吸附剂捕集烟气中的SO2。分湿法和干法。湿法：用液体吸收剂或碱性溶液洗涤的方法干法：用粉状或粒状吸收剂、吸附剂或催化剂的方法国外工业化技术：湿式石灰石/石膏法、喷雾干燥法、吸收再生法、炉内喷钙-增湿活化脱硫法、活性炭吸附法等。存在的问题：处理费用惊人，各方法均有局限性。我国大部分停留在小试和中试阶段；巨资引进的示范工程，设备先进，运行稳定，但投资大，运行费用高。故应加快吸收消化国外技术，使其国产化、低成本化。2石灰/石灰石法1）干法：将石灰石直接喷射到锅炉的高温区，和烟气中的二氧化硫反应，再加以捕集去除，反应为CaCO3CaO+CO2↑CaO+SO2+1/2O2CaSO42）湿法：以石灰/石膏法为例，以石灰或石灰石的浆液吸收烟气中的SO2，生成半水亚硫酸钙或石膏。吸收过程的反应：Ca（OH)2+SO2CaSO3•1/2H2O+1/2H2OCaCO3+SO2

+1/2H2OCaSO3•1/2H2O+CO2CaSO3•1/2H2O+SO2+1/2H2OCa(HSO3)2

氧化过程反应：2CaSO3•1/2H2O+O2+3H2O2CaSO4•/2H2OCa(HSO3)2+1/2O2+H2O2CaSO4•/2H2O+SO2

3氨法吸收剂为氨水或液态氨NH3+H2O+SO2NH4HSO32NH3+H2O+SO2（NH4）2SO3（NH4）2SO3+H2O+SO22NH4HSO3吸收液的再生NH3+NH4HSO3（NH4）2SO3吸收液的一部分被引出进行以下处理：氨-硫铵法（从吸收液中回收硫銨）酸分解法（或氨-酸法）：吸收液用硫酸分解，再用氨中和。（NH4）2SO3+H2SO4

（NH4）2SO4+SO2+H2O2NH4HSO3+H2SO4

（NH4）2SO4+2SO2+2H2OH2SO4+2NH3

（NH4）2SO4空气氧化法：引出的一部分吸收液加入氨将

NH4HSO3全部转化为（NH4）2SO3，再用空气氧化为（NH4）2SO4。氨-亚硫酸铵法用氨中和吸收液，将NH4HSO3转为（NH4）2SO34钠碱法1）钾（钠）盐循环法（WL法）：以亚硫酸钠或亚硫酸钾为吸收剂，吸收母液用蒸气加热分解再生。Na2SO3+SO2+H2O2NaHSO3（吸收）NaHSO3Na2SO3+SO2+H2O（分解）2）亚硫酸钠法（吴羽法）：吸收液为NaOH或NaCO3溶液，吸收剂不循环使用，亚硫酸钠回收为副产品。S02+2NaOHNa2SO3+H2ONa2SO3+H2O+SO22NaHSO3NaHSO3+2NaOH2Na2SO3+2H2O

5稀硫酸-石膏法用稀硫酸吸收废气中的SO2，在催化剂Fe3+下，经空气氧化制成硫酸，一部分硫酸循环至吸收塔循环使用，另一部分与石灰石反应制成石膏。2SO2+O2+2H2O2H2SO4H2SO4+CaCO3+H2OCaSO4·2H2O+CO25吸附法因活性炭用量过大，价格高，寿命短，推广应用受到限制。

第五节NOx废气的治理1改进燃烧法为避免大量空气过剩，而产生大量NOx，可采用分（高温和低温）段燃烧的方法。2吸收法1）水吸收法NO2+H2OHNO3+HNO22HNO2H2O+NO+NO22NO+O22NO22）稀硝酸吸收法用30%的稀硝酸吸收NOx，用空气吹脱NOx后，剩余的稀硝酸冷却后再用于吸收NOx。3）碱液吸收法烧碱：2NaOH+2NO2NaNO3+NaNO2+H2O2NaOH+2NO2+NO2NaNO2+H2O纯碱法：Na2CO3+2NO2NaNO3+NaNO2+CO2Na2CO3+2NO2+NO2NaNO2+CO2氨法：2NO2+2NH3NH4NO3+N2+H2O2NO2+1/O2+2NH3NH4NO2+N2+H2O2NO2+1/O2+2NH3NH4NO2+NO+H2O4）还原吸收法：氨-氯法：2NO+Cl22NOClNOCl+2NH3NH4Cl+N2+H2O2NO2+2NH3NH4NO3+N2+H2O亚硫酸盐法：2NO+2SO32-N2+2SO42-2NO2+4SO32-N2+4SO42-5）氧化吸收法：NO很难吸收，故用氧化剂将NO氧化为NO2，再吸收。6）硫酸亚铁法：FeSO4+NOFe（NO）SO4xFeSO4+yNO（FeSO4）x（NO）y（FeSO4）x（NO）yxFeSO4+yNO3催化还原法：有选择和非选择性两种。1）非选择还原：多用甲烷为还原剂。CH4+4NO24NO+CO2+2H2OCH4+O2CO2+2H2OCH4+4NO2N2+CO2+2H2O2）选择还原：以氨为还原剂，有选择地和气体中的氮氧化物反应，而不与氧反应8NH3+6NO27N2+12H2O4NH3+6NO5N2+6H2O4固体吸附法有分子筛法、硅胶法、活性炭法、泥煤法。第六节有机废气的治理污染物及其来源净化方法要点喷涂胶液：苯、二甲苯等苯酐生产：萘、二甲酸和萘醌等氯乙烯、