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1、PMMA=7：1.2：1.8 中空纤维膜3、膜组件 为了便于工业化生产和安装，提高膜的工作效率，在单位体积内实现最大的膜面积，通常将膜以某种形式组装在一个基本单元设备内，在一定的驱动力的作用下，完成混合液中各组分的分离，这类装置称为膜组件。（Module）四、膜分离的基本原理1、过滤基本原理图11 过滤原理示意图 （ 悬浮颗粒 水分子）Fig 11 The principle of filtration （ suspended solid water molecule）2、过滤分类 按过滤方式可以分为死端过滤（Deadend filtration）和错流过滤（Crossflow filtrat

2、ion）两种方式。图12 两种过滤方式通量时间的曲线及操作方式 （a） 死端过滤（b）错流过滤Fig 1-2 The curves between lux v.s. time and operations of filtation（a） dead-end filtation （b） cross-flow filtration 一、电渗析二、反渗透三、纳滤四、超滤五、微滤一、电渗析 ED（Electrodialysis）1、电渗析的定义和特点 电渗析是指利用离子交换膜对溶液中阴、阳离子的选择透过性（即阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过），以电位差作为推动力的一种膜分离过程。电渗析技术的特

3、点：（1）能量消耗低（2）药剂耗量低（3）对原水含盐量变化适应性强（4）操作简单，易于实现机械化、自动化（5）预处理简单（6）水的利用率高缺点：只能除去水中的盐分，无法去除有机物。2、电渗析基本原理（1）离子交换膜的选择性透过机理双电层理论唐南（Donnan）膜平衡理论（2）电渗析过程3、电渗析法处理电镀废水 电镀废水中含有铜、锌、铬、镍等重金属及氰化物，用电渗析法处理电镀废水可取得较好效果。二、反渗透RO（Reverse Osmosis） 1、反渗透的定义和特点 渗透是一种溶剂（即水）通过一种半透膜进入一种溶液或者是从一种稀溶液向一种比较浓的溶液的自然渗透。 反渗透是在浓液一边加上比自然渗透

4、压更高的压力，扭转自然渗透方向，把浓溶液中的溶剂（水）压到半透膜的另一边稀溶液中。反渗透系统采用的压力为平衡渗透压的420倍，对海水的操作压力为10MPa（海水的渗透压约为2.7MPa），对苦咸水和废水的压力约为4MPa。2、反渗透的基本原理 反渗透过程必须具备两个条件：一是必须有一种高选择性和高渗透性（一般指透水性）的选择性半透膜；其二是操作压力必须高于溶液的渗透压。氢键理论；优先吸附毛细孔流理论；溶解扩散传质机理幻灯片29三、纳滤 NF （Nanofiltration） 低压（14MPa）反渗透膜、疏松反渗透膜介于反渗透和超滤之间的膜。一价离子容易透过纳滤膜，多价离子容易被截留荷电纳滤膜分

5、离特性示意图纳滤膜性能：（1）水通量是渗透膜的数倍；（2）对一价离子的脱盐率约为4080，远远低于反渗透膜，对水中二价离子脱盐率可达95，略低于反渗透膜，对水中有机物有较好的截留能力。处理酵母废水，可全部回收酵母蛋白；处理染料废水，对染料的截留率可达到96100四、超滤 UF （Ultrafiltration）1、超滤的基本原理 超滤也是一种以膜两侧压力为推动力，以机械筛分原理为基础理论的溶液分离过程。超滤膜对溶质的分离过程主要有：（1）在膜表面及微孔内吸附（一次吸附）；（2）在孔中停留而被除去（堵塞）；（3）在膜面的机械截留（筛分）。五、微滤 MF （Microfiltration）1、微滤

6、原理（1）机械截留作用；（2）物理作用或吸附截留作用；（3）架桥作用；（4）网络型膜的网络内部截留作用。2、影响超滤过程的因素（1）操作压力（试验：0.05, 0.1, 0.15, 0.2MPa）（2）温度（3）操作时间（4）进料浓度（5）料液流速（6）料液的预处理操作压力对通量的影响（1）操作压力（5）料液流速（试验：0.5, 1.0, 1.5 m/s）料液流速对通量的影响四、超滤 3、超滤在废水处理中的应用含聚乙烯醇（PVA）废水的处理2、微滤在印染废水深度处理中的应用表6-3 各处理阶段典型水质测定结果Table 6-3 Effluent quality of different tre

7、atment parts采样点色度（倍）浊度（NTU）COD（mg/L）pH透明度（cm）电导率（s/cm）污水进水口20 39.60 2309.35 227400水解酸化池出水10 34.60 2169.04 265490接触氧化池出水2 5.12 667.96 1005020生物滤池出水0.90 531460陶粒过滤出水20.45357.831860陶瓷膜过滤出水0.39 337.97 1840一、膜生物反应器简介二、膜生物反应器类型三、膜生物反应器的优点四、膜生物反应器在废水处理中的应用1、膜生物反应器的发展与研究现状 1968年，Smith等将好氧活性污泥法与超滤膜相结合，用于处理城市

8、污水，并报导该工艺具有减少活性污泥产量、保持较高活性污泥浓度，出水BOD1mg/L，COD2030mg/L，系统处理能力为10100m3/d。 1970年，Hardt等用10L的好氧生物反应器处理生活废水，其中用超滤膜来实现泥水分离，通量为7.5L/（m2.h），COD去除率为98。 1982年，Dorr-Oliver公司应用外部循环超滤膜厌氧反应器系统处理高浓度食品废水，COD去除率达99。 1987年，日本已有13家公司使用好氧膜生物反应器处理大楼废水，出水可回用，废水量为50250m3/d。表1-6 一些发达国家近年来膜生物反应器的应用情况国 家应用单位膜供应商处理水量/（m3/d）处理

9、对象荷兰Beverwijk污水处理厂Varsseveld污水处理厂24018000生活污水英国Parlock污水处理厂Swanage污水处理厂Daldowie污水处理厂Kubora19001300010800德国Buechel污水处理厂Erftverband污水处理厂Zenon9606000爱尔兰Avonmore污水处理厂Minchmalt污水处理厂Kubota71001720工业废水比利时Heist污水处理厂Schilda污水处理厂3000014000奥地利Halbenrain污水处理厂垃圾渗滤液美国24座污水处理厂7500城市污水加拿大9座污水处理厂日本300座污水处理厂150座污水处理厂

10、小区污水回用2、膜生物反应器的定义和特点 膜生物反应器（Membrane bioreactor）是基于膜的分离特性，采用传统的活性污泥法和膜技术相结合的一种工艺。 在MBR工艺中，利用膜的固液分离替代污泥沉淀池的功能，得到水质良好的出水，既可节省基建费用，又可使处理单元结构紧凑。幻灯片511、按作用机理分类 膜分离生物反应器 曝气式膜生物反应器萃取式膜生物反应器反应器优点缺点膜分离生物反应器占地面积小；彻底去除出水中的固体物质；COD、固体可以在一个单元内被去除；高负荷率；低/零污泥产率；流程启动快；系统不受污泥膨胀的影响；模块化/升级改造容易膜污染；膜价格高曝气式膜生物反应器氧利用率高；能量

11、利用效率高；氧需要量可以在供氧时控制；膜易于污染；基建投资大；无实际工程实例；工艺复杂可处理有毒工业废水；出水流量小；2、按膜组件分类分置式膜生物反应器；一体式膜生物反应器表1-5 分置式和一体式膜生物反应器优缺点比较分置式运行稳定可靠；操作管理容易；易于膜的清洗、更换动力消耗大；系统运行费用高；泵的回流造成的剪切力对微生物的活性可能造成影响一体式不需循环泵，抽吸泵的工作压力小；单位产水能耗小；结构紧凑、体积小；膜外皮层易于清洗单位膜的处理能力小；膜的污染较重；透水率较低1、固液分离率高2、系统微生物浓度高3、污泥停留时间长4、污泥产生量少5、出水水质好6、耐冲击负荷7、系统的结构简单，运行灵

12、活稳定，容易操作管理和实现自动化8、不存在污泥膨胀问题错流式动态膜生物反应器（CMBR）处理己内酰胺废水 幻灯片63动态膜（Dynamic membrane）材料；为煅烧高岭土 表2-3 高岭土的规格和粒径规格/目12504000平均粒径（体积分布）11.43m6.41m3.29m中值粒径（体积分布）10.27m6.74m2.04m比阻5.61013m-11.24.8m 己内酰胺水解聚合制备尼龙6 过程中产生的废水。虽然己内酰胺的可生化性较好，B/C大约在0.8左右，但由于高浓度的总氮，国内几家化工企业虽然采用A/O法等传统脱氮工艺，出水的氨氮、总氮仍很难达标。表1-7 己内酰胺废水的水质情况

13、指标CODCr mgl-1BOD5 mgl-1PH TP mgl-1TN mgl-1浓度18002000137015306.87.22030100130一、膜污染二、膜污染的防治三、膜的清洗与再生1、膜污染机理与表征 组分在膜孔中沉积，将造成膜孔减小甚至堵塞，实际上减小了膜的有效面积，这种现象称为膜污染。 膜受到污染时，主要标志及症状有：水通量逐步下降（膜通量下降）；通过膜的压力和膜两侧的压差逐渐增大（进料压力和P逐渐增大）；膜对溶解于水中物质的透过性逐渐增大（矿物截留率下降）。 临界通量是一个对膜污染控制有非常重要意义的概念,它是指在恒通量过滤中存在一个临界值,当膜通量大于这个值时,膜操作压

14、力迅速上升,膜污染急剧发展;当膜通量小于这个值时,膜污染不发生或者发展非常缓慢。膜污染的缓慢发展阶段（第一阶段）和膜污染急剧发展阶段（第二阶段）。第一阶段,通过对水力条件的优化,采用次临界操作的形式,宏观的颗粒物质的沉积可以得到控制,但是微观的溶解性大分子物质成了膜污染的主要促成因素,尽管其发展缓慢,但第一阶段污染是不可逆的。而且随着不可逆污染的发展,膜丝上的点通量会重新分布,为膜污染的第二阶段创造条件,直至膜丝上的某一点出现点通量大于临界通量,可逆污染找到突破口,颗粒物质迅速沉积到膜表面,TMP急剧增加。2、膜污染的影响因素MBR膜污染的影响因素 料液的预处理 提高料液的温度 加入消毒剂、杀

15、菌剂、阻垢剂 膜面预处理 膜材料的选择 压力的控制1、水、气清洗2、机械清洗3、化学清洗4、电清洗1、水（气）清洗反冲洗法，适用于微滤膜和疏松的超滤膜。图1-3 反冲原理 用水力让海绵球，流经膜表面，对膜表面的污染物进行强制性的去除。只适用于微滤膜和超滤膜的管式系统。膜清洗的最主要方法。（1） 酸（较强的如H3PO4，较弱的如乳酸等）；（2） 碱（NaOH、KOH等）；（3） 洗涤剂（碱性、非离子型）；（4） 酶（蛋白酶、淀粉酶、葡聚糖酶等）；（5） 络合剂（EDTA、聚丙烯酸酯、六偏磷酸钠）；（6） 消毒剂（H2O2和NaOC1）；（7） 蒸汽和气体（环氧乙烷）消毒。在膜上施加电场，则带电粒

16、子或分子将沿着电场方向迁移。三种清洗方法对不同处理工艺的通量恢复比较 讨论题某棉印染企业的生产工艺为退浆、染色、漂洗、后整理等，产生的废水主要有退浆废水1200t/d、COD20000mg/L，染色废水450 t/d、COD900mg/L，漂洗废水2000 t/d、COD350mg/L，设计出水达到回用要求，试根据该厂情况选用合理的废水处理技术并画出工艺流程简图。表1-1 膜过程的发展Tab1-1 The development of membrane process膜过程国家年代应用微滤1920实验室用（细菌过滤器）超滤1930实验室用血液渗透1950人工肾电渗析1955脱盐反渗透1960海

17、水脱盐大分子物质浓缩气体分离1979氢回收膜蒸馏1981水溶液浓缩全蒸发德国/荷兰1982有机溶液脱水第二章 高级氧化技术第一节 湿式氧化技术第二节 催化氧化技术第三节 超临界水氧化技术第四节 光化学氧化技术一、湿式氧化的原理二、湿式氧化反应动力学三、湿式氧化的主要影响因素四、湿式氧化技术的工艺1、概述 式氧化法（Wet Air Oxidation，简称WAO）是在高温、高压下，利用氧化剂将废水中的有机物氧化成二氧化碳和水，从而达到去除污染物的目的。 1958年，美国的F.J.Zimmermann用湿式氧化法处理造纸黑液，COD去除率达到90以上。 1970年以后，开始处理含酚、磷、氰等有毒有

18、害物质，并开始深入研究其反应机理及动力学。 国内从80年代开始进行WAO的研究，进行处理农药废水、含酚废水、印染废水等的试验研究。 目前，在国内尚处于工业化刚刚起步阶段。 与一般方法相比，湿式氧化法适用范围广、处理效率高、二次污染低、氧化速度快、装置小、可回收能量和有用物料。局限性：对设备材料的要求较高，须耐高温、高压，并耐腐蚀，设备费用大，系统的一次性投资高；仅适于小流量高浓度的废水处理，对于低浓度大水量的废水则很不经济；对某些有机物如多氯联苯、小分子羧酸的去除效果也不理想，难以做到完全氧化；湿式氧化过程中可能会产生毒性更强的中间产物。2、湿式氧化的原理 湿式氧化法一般在高温（150350）

19、高压（520MPa）操作条件下，在液相中，用氧气或空气作为氧化剂，氧化水中溶解态或悬浮态的有机物的一种处理方法，最终产物是二氧化碳和水。 湿式氧化反应属于自由基反应，经历诱导期，增殖期，退化期以及结束期四个阶段。表2-1 水和氧不同温度下的物理性质温度/25150200250300320350水蒸汽压atm0.0331.0334.85415.85540.56087.621115.112140.045粘度（Pa.s103）0.9220.2810.1810.1370.1160.1060.1040.103密度（g/mL）0.9440.9910.9550.9340.9080.8700.8480.828

20、氧扩散系数Ka（cm2/s105）2.249.1816.223.931.137.339.340.7亨利常数（atm/mol104）4.387.045.823.942.381.361.080.9溶解度190145195565104013251585过渡金属化合物反催化作用反应模型 假如反应速率对A、B是一级，氧是n级，反应在一恒温、理想的搅拌良好的间歇反应器中进行，则A、B的速率表达式为：上式为通用动力学公式。式中动力学参数K1和K2可由初速度数据决定，K3可直接采用文献报到的结果。经验公式：式中：K0 指前因子，单位决定于m和n； Ea 气体常数，8.314J/（molK）； T 温度，K；

21、C 有机物的浓度，TOC 或COD，mol/L； O 氧化剂的浓度， mol/L； m，n 反应级数； t 反应时间，s。1、温度 1502802、压力 总压、氧分压3、反应时间 底物的浓度是时间函数。4、废水性质 与有机物结构有关。幻灯片18图21 湿式氧化系统工艺流程1-贮存罐；2，5-分离器；3-反应器；4-再沸器；6-循环泵；7-透平机；8-空压机；9-热交换器；10-高压泵 图22 进水COD和需热的关系第二节 催化湿式氧化技术一、概 述二、催化湿式氧化的处理工艺三、催化湿式氧化在废水处理中的应用 催化湿式氧化法（ Catalytic Wet Air Oxidation，CWAO）是在传统的湿式氧化处理工艺中，加入适宜的催化剂以降低反应所需的温度与压力，提高氧化分解能力，缩短反应时间，防止设备腐蚀和降低成本。 应用催化剂能加快反应速度，主要从两个方面来解释。 一是降低了反应的活化能；二是改变了反应历程。 由于氧化催化剂有选择性，有机化合物的种类和结构不同，因此要对催化剂进行筛选评价。适于氧化反应的催化剂大多为过渡金属氧化物。1、