废水的物理处理3(除油、过滤、分离).ppt

水污染控制工程 吉林化工学院 主讲教师 共88课时 5 5学分 包海峰 22课时 主讲绪论和废水物理处理 欧阳文璟 22课时 主讲化学 物理化学处理 贾丹 44课时 主讲废水的生物处理 考核方式考试 期末采用闭卷笔试 笔试成绩占80 平时成绩占20 无故旷课3次者平时成绩为0 累计出勤率少于2 3不准参加考试 水污染控制工程 主要学习内容污水处理技术的基本术语 理论及理念 污水处理技术的基本计算方法 污水处理主要构筑物的构造及工作原理 污水处理技术的应用范围和运行特点 第二章废水的物理处理 废水的物理处理法的去除对象是漂浮物 悬浮物质 采用的处理方法与设备主要有 筛滤截留法 筛网 格栅 滤池与微滤机等 重力分离法 沉淀池 隔油池与气浮池等 离心分离法 离心机与旋流分离器等 第一节筛滤第二节水质水量调节第三节沉淀与上浮 气浮 第四节除油第五节过滤第六节离心分离与磁分离 第四节隔油池 1 含油废水的来源含油废水主要来源于石油 石油化工 钢铁 焦化 煤气发生站 机械加工等工业企业 肉类加工 牛奶加工 洗衣房 汽车修理车间等 废水中都含有很高的油 油脂 在一般的生活污水中 油脂占总有机质的10 每人每天产生的油脂可按0 015kg估算 P457 废水中所含油类 除重油的比重可达1 1以上外 其余的比重都小于1 本节重点讨论介绍含油比重小于1的含油废水的处理 第四节隔油池 2 废水中的油类的分类 浮油 油珠粒径较大 一般大于100 m 易浮于水面 形成油膜或油层 分散油 油珠粒径一般为10 100 m 以微小油珠悬浮于水中 不稳定 静置一定时间后往往形成浮油 乳化油 油珠粒径小于10 m 一般为0 1 2 m 往往因水中含有表面活性剂使油珠成为稳定的乳化液 溶解油 油珠粒径比乳化油还小 有的可小到几nm 是溶于水的油微粒 油类在水中的存在形式可分为浮油 分散油 乳化油和溶解油4类 第四节隔油池 油类在废水中主要以四种状态存在 1 浮油 易浮于水面 含油废水的主要油组分 2 分散油 悬浮于水中 静置一定时间后成浮油3 乳化油 长期静置也难以从水中分离出来 必须先经过破乳处理转化为浮油 然后再加以分离 4 溶解油 以分子状态溶解于水中 通常利用化学或生化方法将其分解去除 1 浮油和分散油 采用重力分离法去除 2 乳化油 采用气浮法 电解法 混凝沉淀法去除 3 溶解油 以分子状态溶解于水中 通常利用化学或生化方法将其分解去除 除油方法 除油装置 隔油池 是利用油类自然上浮法分离 去除含油废水中可浮油和分散油 常用的有平流隔油池和斜板隔油池 除油罐 可去除浮油和分散油 含油废水通过进水配水室的配水支管和配水头流入除油罐内 在罐内废水自上而下缓慢流动 靠油水的密度差进行油水分离 分离出的废油浮至水面 然后流入集油槽 经过出油管流出 废水则经集水头 集水干管 中心柱管和出水总管流出罐外 气浮除油 废水或一部分气浮池出水用压缩空气加压到0 34 4 8MPa 使溶气达到饱和 当此被压缩过的气液混合物被置于正常大气压下的气浮设备中时 微小的气泡即从溶液中释放出来 油珠即可在这些小气泡作用下上浮 结果使这些物质附着在或包裹在絮状物中 气 固混合物上升到池表面 即被撇出 澄清的液体从气浮池的底部流出 其中一部分要循环流回至加压室 隔油池的构造与沉淀池类似 目前常用的有平流隔油池和斜板隔油池 石油开采与炼制 煤化工 石油化工及轻工等行业的生产过程排出大量含油废水 油品相对密度一般都小于1 只有重焦油相对密度大于1 如果油珠粒径较大 呈悬浮状态 则可利用重力进行分离 这类设备通称为隔油池 一 平流隔油池 1 基本构造 类似于平流沉淀池 普通平流隔油池与沉淀池相似 废水从池的一端进入 从另一端流出 由于池内水平流速很小 进水中的轻油滴在浮力作用下上浮 并且聚积在池的表面 通过设在池面的集油管和刮油机收集浮油 浮油一般可以回用 相对密度大于1的油粒随悬浮物下沉 一 平流隔油池 1 基本构造 类似于平流沉淀池 构造简单 便于运行管理 除油效果稳定 可去除的最小油珠粒径为100 150um 可将废水中含油量从400 1000mg L降至150mg L以下 去除效率达70 以上 池体较大 占地面积大 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 2 平流隔油池的设计1 设计参数 停留时间一般为1 5 2 0h 水平流速很低 一般为2 5mm s 最大不超过15mm s 有效水深为1 5 2 0m 池宽 池深 0 3 0 4 池长 池深 4 超高 0 4m 池上应加盖板 以防止石油气味的散发 同时还起着防雨 防火和保温作用 平流隔油池一般不少于两个 2 平流隔油池设计计算 两种方法 A 按油粒上浮速度计算法 值与速度比 v u 的关系 修正的斯托克斯公式 式中水的密度和粘度可分别由图中或表中查得 隔油池的过水断面面积 隔油池每个格间的有效水深和池宽比 h b 宜取0 3 0 4 有效水深一般为1 5 2 0m 隔油池的长度L为 隔油池每个格间的长宽比L b 不宜小于4 0 2 平流隔油池设计计算 B 按废水的停留时间计算法 二 斜板隔油池 1 基本构造 二 斜板隔油池 斜板隔油池的占地面积只有平流式的1 4 1 3 除油效率为70 80 平流式为60 70 另外 对于难以处理的含油废水 采用气浮除油也是一个很好的方法 2 斜板隔油池的设计参数 1 池内斜板大多数采用聚酯玻璃钢波纹板 2 斜板倾角取45o 斜板间距为30 50mm 3 停留时间 30min 4 表面水力负荷为0 6 0 8m3 m2h 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 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 二 斜板隔油池 注意事项 平流式和斜板式隔油池的特性比较 污油的脱水浮油的含油率一般为40 50 主要的油水分离方式有带式除油机 脱水罐等 带式除油机有立式 卧式和倾斜式三种 污油含油率可达60 80 脱水罐有卧式 立式两种 污油含油率可达90 以上 1 油类在水中的存在形式可分为 和4类 2 平流隔油池设计计算方法有两种 一是按计算 二是按计算 习题 你知道吗 第五节过滤 过滤的作用 一 过滤理论 1 进一步去除废水二级处理后的生物絮体和胶体物质 显著降低出水的悬浮物含量和浊度 能使出水晶莹透明 为出水的安全回用提供保证 2 进一步降低出水的BOD COD值 对重金属 细菌 病毒有很高的去除率 3 去除化学絮凝过程产生的铁盐 铝盐 石灰等沉积物 去除化学法除磷时水中不溶性磷 4 在活性炭吸附或离子交换之前 作为预处理设施 可提高后续处理装置的安全性和处理效率 5 在深度处理厂中 过滤能克服生物和化学处理的不规则性 从而提高回用的连续性和可靠性 6 通过进一步去除废水中污染物质 可以减少后续的消毒费用 一 过滤机理 悬浮颗粒被截留的机理 两阶段理论 由迁移与吸附组成 迁移 沉淀 扩散 惯性 阻截和水动力 见图9 2 吸附 范德华引力 静电力 以及某些化学键和某些特殊的化学吸附力作用 絮凝颗粒间的架桥作用 悬浮颗粒的迁移过程 第五节过滤 一 过滤理论 第五节过滤 一 过滤理论 一 过滤机理 1 迁移机理 悬浮颗粒脱离流线而与滤料接触的过程就是迁移过程 2 附着机理 附着在滤料表面上不再脱离 就是附着过程 3 脱落机理 当固体颗粒与滤料颗粒表面的结合力较弱时 会从滤料颗粒表面脱落 废水自上而下流过粒状滤料层 粒径大的悬浮颗粒首先被截留在表层滤料的空隙中 此层滤料间空隙变小 能截留更小的悬浮颗粒 并形成滤膜 起过滤作用 悬浮颗粒越大 表层滤料和滤速越小 越易形成筛滤膜 滤膜的截留能力越高 一 过滤理论 一 过滤机理 阻力截留 一 过滤理论 一 过滤机理 废水自上而下流过粒状滤料层 悬浮颗粒因重力作用沉降在滤料表面 重力沉降 一 过滤理论 一 过滤机理 滤料的巨大表面积对悬浮物有明显的吸附作用 砂粒表面带负电荷 吸附带电胶体后 在滤料表层形成正电荷 可吸附粘土 有机物等负电体 接触絮凝 一 过滤理论 一 过滤机理 粒径较大的悬浮颗粒 以阻力截留为主 表面过滤 粒径较细微的悬浮颗粒 以发生在滤料深层的重力沉降和接触絮凝为主 深层过滤 吸附与剥离Ives Mints争论Ives 附着于滤料之上的悬浮颗粒在过滤过程中绝对不剥离 在过滤后期悬浮颗粒穿透滤层进入滤池出水是吸附效率降低的缘故 Mints 吸附和剥离是过滤过程中同时存在的两个相反的现象 且剥离量与含污量成正比 剥离是悬浮颗粒穿透滤层进入滤池出水的原因 争论至目前的结果是Mints理论已取得了优势 一 过滤理论 一 过滤机理 二 过滤水力学1 滤层的发展与利用滤层含污能力 单位体积滤层中的平均含污量称为 滤层含污能力 单位是g cm3或kg m3 采用单层水冲洗的石英砂滤料滤池是典型的水力分级滤料滤池 多层滤料滤池接近理想滤料滤池 最常见为双层和三层滤层 均质滤料过滤目前在实际生产中已经实现 如V型滤池 要实现均质滤料过滤 反冲洗时滤料层不能膨胀 滤料 要求 具有吸附SS的表面积和一定的级配 机械强度高 化学稳定性 最好能就地取材 货源充足 价格低廉 种类 石英砂 无烟煤 大理石 石榴石 白云石 聚苯乙烯发泡塑料 纤维球 束 滤料 1 滤料粒径级配 滤料粒径级配 即不同粒径颗粒所占的重量比例 用不均匀系数表示 有效粒径 d10 是指滤料经筛分后 小于总重量10 的滤料颗粒粒径 反映滤料中细颗粒尺寸 不均匀系数 K80 是指滤料经筛分后 小于总重量80 的滤料颗粒粒径与有效粒径之比 计算公式为 K80 d80 d10式中 d80是指小于总重量80 的滤料颗粒粒径 反映滤料中粗颗粒尺寸 2 滤料筛分 为满足过滤对滤料粒径级配的要求 应对采购的原始滤料进行筛选 方法 大粒径 d 1 54 颗粒约筛除13 0 小粒径 d 0 44 颗粒约筛除19 0 由于滤料表层孔隙尺寸最小 而表层截污量最大 所以过滤一段时间后 表层孔隙被堵塞 甚至形成泥膜 使过滤阻力剧增 或者泥膜破裂 使水质恶化 从而必须停止过滤 此时 下层滤料截留杂质较少 未充分发挥滤料的截污作用 单层石英砂滤料截留杂质分布规律中存在的缺陷 滤料层优化措施 1 反粒度过滤 2 均质滤料 3 纤维球 束 滤料 滤料层优化措施 1 反粒度过滤 反粒度过滤指过滤时 滤料层中滤料粒径顺水流方向由大变小 以提高滤层含污能力的过滤方式 反粒度过滤方式有以下几种 上向流过滤 杂质分布较均匀 可提高滤层含污能力 延长过滤周期 但冲洗不干净 双向流过滤 结构比较复杂 很少采用 双层滤料滤池 滤料为无烟煤和石英砂 三层滤料滤池 滤料为无烟煤 石英砂和磁铁矿 实现 反粒度 过滤有两种途径 一是改变水流方向 如 上向流 双向流 过滤 这种滤池结构复杂 操作不方便 应用上有一定的局限性 二是改变滤料层的组成 滤料层优化措施 3 纤维球 束 滤料 2 均质滤料 均质滤料滤池沿深度方向不会出现水力分级 滤料组成和平均粒径沿深度方向基本均匀一致 保证滤料均匀的必要条件是反冲洗时滤料不膨胀 一般采用气水反冲洗 采用纤维球滤料时 对于下层的滤料由于受水压力而收缩 形成天然反粒度过滤 承托层的作用 支撑滤料 防止滤料流失 均匀布水 承托层 承托层一般是配合管式大阻力配水系统使用 承托层设于滤料层和底部配水系统之间 反冲洗时配水不均匀的危害 滤池中砂层厚度分布不同 过滤时 产生短流现象 使出水水质下降 可能招致局部承托层发生移动 造成漏砂现象 配水系统 常见的配水系统有大阻力配水系统 小阻力配水系统 中阻力配水系统三种 其作用 反冲洗时 均匀分布反冲洗水 过滤时 均匀集水 1 大阻力配水系统 2 小阻力配水系统 3 中阻力配水系统 穿孔滤砖 钢筋混凝土穿孔滤板 穿孔管大阻力配水系统 大阻力配水系统的特点 配水均匀性好 结构复杂 但管道容易结垢 孔口水头损失大 因而要求反冲洗水压高 小阻力配水系统的特点 反冲洗水头小 配水均匀性较大阻力配水系统为差 当配水系统室内压力稍有不均匀 滤层阻力稍不均匀 滤板上孔口尺寸稍有差别或部分滤板受堵塞 配水均匀程度都会敏感地反映出来 滤池面积较大时 不宜采用小阻力配水系统 中阻力配水系统与小阻力配水系统类似 但其开孔比介于大阻力配水系统与小阻力配水系统之间 1 过滤两阶段理论是由和两部分理论组成 2 什么是滤层 料 的含污能力 截污容量 3 在选择滤料上有哪些基本要求 4 单层石英砂滤料截留杂质分布存在什么缺陷 有哪些滤料层优化措施 5 常见的配水系统有哪几种 其作用是什么 习题 你知道吗 三 过滤方式1 恒速过滤在恒速过滤状态 由于滤层逐渐被堵塞 水头损失随过滤时间逐渐增加 滤池中水位逐渐上升 当水位上升到最高水位时 过滤停止以待冲洗 无阀滤池与虹吸滤池是典型的恒速过滤滤池 2 递降速过滤移动冲洗罩滤池是典型的递降速过滤滤池 当移动冲洗罩滤池的分格数很多时 这格滤池冲冼与下一格滤池冲洗的间隔时间很近 滤池水位变化不大 有可能达到近似的 等水位变速过滤 3 直接过滤原水不经过沉淀而直接进入滤池的过滤称为 直接过滤 直接过滤有两种方式 原水加药后只经过混合就直接进入滤池过滤 称为 接触过滤 也可称为 直流过滤 见图 a 与 b 所示 原水加药后经过混合和微絮凝池后进入滤池过滤 称为 微絮凝过滤 如图 c 与 d 所示 直接过滤流程 直接过滤的两个特点 采用双层或三层滤料滤池或新型压力式过滤器 采用聚合物为主的混凝剂或助凝剂 直接过滤要求 原水浊度和色度较低且水质变化小 常年原水浊度低于50度 直接过滤中的滤速应根据原水水质决定 浊度偏高时应采用较低滤速 当原水浊度在50度以上时 滤速一般在5m h左右 常用的反冲洗方法有以下几种 单水高速反冲洗 气 水联合反冲洗 表面助冲加高速水流反冲洗 四 滤层冲洗 反冲洗强度 指单位面积滤层所通过的反冲洗流量 单位为L s m2 滤层膨胀度 L0 滤层膨胀前厚度 L 滤层膨胀后厚度 常用数据冲洗强度 膨胀度和冲洗时间 注 1 设计水温按20 计 水温每增减1O 冲洗强度相应增减速1 由于全年水温 水质有所变化 应考虑有适当调整冲洗强度的可能 选择冲洗强度应考虑所用混凝剂品种的因素 无阀滤池冲洗时间可采用低限 膨胀度数值仅作设计计算用 冲洗水的供给两种 水泵冲洗 冲洗水塔或水箱冲洗 水泵冲洗的特点 投资省 但操作较为麻烦 在冲洗的短时间内耗电量大 往往会使厂区内供电网负荷骤增 冲洗水箱的特点 造价高 但操作简单 专用水泵小 耗电量较均匀 二 快滤池 快滤池的组成与工作过程 基本组成包括池体 滤料 配水系统与承托层 反冲洗装置等几部分 工作过程也都是过滤 冲洗两个阶段交替进行 滤池滤速及滤料组成 滤池的承托层一般由一定厚度的天然卵石或砾石组成 滤池冲洗 1 滤池冲洗方法 1 高速水流反冲洗利用高速水流反向通过滤料层 使滤层膨胀呈流态化 在水流剪切力和滤料颗粒间碰撞摩擦的双重作用 把截留在滤料层中的杂质从滤料表面剥落下来 然后被冲洗水带出滤池 为了保证冲洗效果 要求必须有一定的冲洗强度 适宜的滤层膨胀度和足够的冲洗时间 2 气 水反冲洗将压缩空气压入滤池 利用上升空气气泡产生的振动和擦洗作用 将附着于滤料表面的杂质清除下来并使之悬浮于水中 然后再用水反冲洗把杂质排出池外 3 表面辅助冲洗加高速水流反冲洗在滤料砂面以上50 70mm处放置穿孔管 先用穿孔管孔眼或喷嘴喷出的高速水流 冲洗掉表层滤料中的污泥 然后再进行水反冲洗 2 冲洗水供给方式有冲洗水泵和冲洗水塔两种 三 普通快滤池的设计 1 滤池的个数及单池面积滤速相当于滤池负荷因此滤池总面积 F Q v滤池个数 n F F F 单池面积 2 滤池尺寸的确定一般单个滤池的长宽比可参考下表 滤池总深度包括 1 滤池保护高度 0 2 0 3m 2 滤层表面以上水深 1 5 2 0m 3 滤层厚度 单层砂滤料一般为0 7m 双层及多层滤料一般为0 7 0 8m 4 承托层厚度 可查表 5 滤池总深度一般3 0 3 5m 四 常见的其它类型快滤池 一 虹吸滤池 设计时注意点 当一格单元滤池反冲洗时 其所需的反冲洗水量不能大于同组其它格单元滤池的过滤水量之和 虹吸滤池的主要优点 无需大型阀门及相应的开闭控制设备 操作管理方便 易于实现自动化 不需要设置冲洗水塔或冲洗水泵 二 重力式无阀滤池 优点 运行全部自动 操作管理方便 节省大型阀门 造价较低 缺点 冲洗水箱建于滤池上部 滤池总高度较大 对总体高程布置带来困难 池体结构复杂 滤料处于封闭结构中 装 卸困难 三 压力滤池 四 微滤机 三 新型水力驱动转鼓式滤网过滤机 1 典型的恒速过滤滤池有和 2 滤层反冲洗常用的方法有 和 3 滤池 器 设计时要把握的首要参数是 习题 你知道吗 第六节离心分离与磁分离 一 离心分离原理定义 利用快速旋转所产生的离心力使污水中的悬浮颗粒分离的过程叫离心分离 原理 利用快速旋转所产生的离心力使含有悬浮固体 或乳状油 的废水进行高速旋转 由于悬浮固体和废水的质量不同 因而所受到的离心力也将不同 质量大的悬浮固体 被甩到废水的外侧 质量轻的作向心运动 集中于离心设备最里面 当离心分离设备中分离颗粒密度大于介质密度时 分离颗粒被沉除在离心设备的最外侧 而当颗粒密度小于介质密度时 分离颗粒被 浮上 在离心设备最里面 因此离心设备包括离心沉降和离心浮上两种 第六节离心分离与磁分离 一 离心分离原理固体颗粒在离心力场中所受离心力与重力的比值 称为离心分离因素 用 表示 它是反映离心分离设备性能的重要指标 设m和m0分别为废水和固体颗粒的质量 旋转半径为r 角速度为w 则悬浮固体的离心力为 Fc m m0 w2r悬浮固体的重力为 Fg m m0 g悬浮固体的离心力与重力之比为 Fc Fg w2r g将w 2 n 60代入则 Fc Fg rn2 900 称为分离因素 1 n 分离效果好 2 r 分离效果好 3 密度差 颗粒与水 越大 分离效果越好 4 颗粒直径与分离效率有关 由以上公式可知 分离因素大小取决于离心装置的转速和半径的大小 Fc Fg rn2 900 而且 二 离心分离设备 按离心力产生方式不同 离心分离设备分为两种类型 水力旋流器 有压力式和重力式两种 特点是容器固定不动 由沿切向高速进入器内的废水本身旋转产生离心力 主要应用于废水的澄清和浓缩处理 以及高浊度河水的预处理 以代替庞大的预沉池 离心机 特点是由高速旋转的容器带动器内废水旋转产生离心力 从而达到离心分离的目的 压力式水力旋流器是含悬浮物的废水在水泵或其他外加压力的作用下 以切线方向进入旋流器后发生高速旋转 在离心力作用下 固体颗粒物被抛向器壁 并随旋流下降到锥形底部出口 澄清后的废水或含有较细微粒的废水 则形成螺旋上升的内层旋流 由上端中央溢流管排出 1 压力式水力旋流器 1 压力式水力旋流器 1 原理和设备 2 设计计算 重力式水力旋流器是水流在分离器内的旋转靠进出口的水位差压力 废水从切线方向进入器内 造成旋流 在离心力和重力作用下 悬浮颗粒甩向器壁并向器底水池集中 随时水得到净化 2 重力式水力旋流器 2 重力式水力旋流器 设计参数 表面负荷一般为25 30m3 m2 h 进水流速一般取1 0 1 5m s 停留时间控制在15 20min 池有效深度H0 0 7 1 2 D 3 离心机 利用自身高速旋转带动设备内部的污水旋转 主要部件是一个高速旋转的转鼓 离心机是依靠一个可以随转动的圆筒 又称转鼓 在外借传动设备驱动下产生高速旋转 其中液体也随同旋转 由于其中不同密度的组分产生不同的离心力 从而达到分离的目的 离心机设备紧凑 效率高 但设备复杂 只适用于处理小批量的废水 污泥脱水以及很难用一般过滤法处理的废水和分离回收废水中的有用物质 如从洗羊毛废水中回收羊毛脂 离心机脱水的一般效果见下表 离心机脱水的一般效果 3 离心机 利用自身高速旋转带动设备内部的污水旋转 主要部件是一个高速旋转的转鼓 离心机按其分离因素的大小来区分有 1 常速离心机 3000 主要用于细粒状悬浮液 3 超速离心机 12000 主要用于分离颗粒极细的乳化液 油类 离心分离设备的应用 北京制呢厂洗毛废水处理流程 回槽水回槽水回槽水 二道提油 洗毛水 除渣器 分离机 分离机 分离机 羊毛脂 一道提油 沉淀箱 溢流回水槽 沉砂 三 磁分离 各种物质的磁性强弱各有差异 针对这种差异 利用外加磁力将水中固体颗粒分离的方法 称为磁分离 1 磁凝聚分离 废水通过磁场的流速应大于1m s停留时间1s左右 这样可防止磁体表面大量积污 堵塞通路 2 磁盘分离磁盘分离是借助磁力将污水中的磁性悬浮物吸着在缓慢转动的磁性转盘上 将磁性颗粒从水中分离 3 高梯度磁分离 高梯度磁分离是利用磁场梯度很大的非匀强磁场达到磁分离的目的 用于分离弱磁性和反磁性物质很有效