废水处理技术精编版Word格式文档下载.docx
《废水处理技术精编版Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《废水处理技术精编版Word格式文档下载.docx（84页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
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1－1过滤原理示意图（●悬浮颗粒○水分子）
Fig1－1Theprincipleoffiltration（●suspendedsolid○watermolecule）
2、过滤分类
按过滤方式可以分为死端过滤（Deadendfiltration）和错流过滤（Crossflowfiltration）两种方式。
图1－2两种过滤方式通量－时间的曲线及操作方式
（a）死端过滤（b）错流过滤
Fig1-2Thecurvesbetweenluxv.s.timeandoperationsoffiltation
（a）dead-endfiltation（b）cross-flowfiltration
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（ReverseOsmosis）
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4～20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（1～4MPa）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40～80％，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96％～100％
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：
0.5,1.0,1.5m/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
Table6-3Effluentqualityofdifferenttreatmentparts
采样点
色度
（倍）
浊度
（NTU）
COD
（mg/L）
pH
透明度
（cm）
电导率
（μs/cm）
污水进水口
20
39.60
230
9.35
22
7400
水解酸化池出水
10
34.60
216
9.04
26
5490
接触氧化池出水
2
5.12
66
7.96
100
5020
生物滤池出水
0.90
53
1460
陶粒过滤出水
2
0.45
35
7.83
1860
陶瓷膜过滤出水
0.39
33
7.97
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BOD＜1mg/L，COD20~30mg/L，系统处理能力为10~100m3/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50~250m3/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）
处理对象
荷兰
Beverwijk污水处理厂
Varsseveld污水处理厂
240
18000
生活污水
英国
Parlock污水处理厂
Swanage污水处理厂
Daldowie污水处理厂
Kubora
1900
13000
10800
德国
Buechel污水处理厂
Erftverband污水处理厂
Zenon
960
6000
爱尔兰
Avonmore污水处理厂
Minchmalt污水处理厂
Kubota
7100
1720
工业废水
比利时
Heist污水处理厂
Schilda污水处理厂
30000
14000
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
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（Membranebioreactor）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51
1、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（Dynamicmembrane）材料；
为煅烧高岭土
表2-3高岭土的规格和粒径
规格/目
1250
4000
平均粒径（体积分布）
11.43μm
6.41μm
3.29μm
中值粒径（体积分布）
10.27μm
6.74μm
2.04μm
比阻
5.6×
1013m-1
1.2×
4.8μm
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
指标
CODCrmg∙l-1
BOD5mg∙l-1
PH
TPmg∙l-1
TNmg∙l-1
浓度
1800~2000
1370~1530
6.8~7.2
20~30
100~130
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450t/d、COD900mg/L，漂洗废水2000t/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
Tab1-1Thedevelopmentofmembraneprocess
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（WetAirOxidation，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：
①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；
②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；
③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；
④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（150～350℃）高压（5～20MPa）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/℃
25
150
200
250
300
320
350
水
蒸汽压
atm
0.033
1.033
4.854
15.855
40.560
87.621
115.112
140.045
粘度
（Pa.s×
10－3）
0.922
0.281
0.181
0.137
0.116
0.106
0.104
0.103
密度
（g/mL）
0.944
0.991
0.955
0.934
0.908
0.870
0.848
0.828
氧
扩散系数Ka
（cm2/s×
105）
2.24
9.18
16.2
23.9
31.1
37.3
39.3
40.7
亨利常数
（atm/mol×
104）
4.38
7.04
5.82
3.94
2.38
1.36
1.08
0.9
溶解度
190
145
195
565
1040
1325
1585
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/（mol·
K）；
T——温度，K；
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
150~280℃
2、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2－1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2－2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（CatalyticWetAirOxidation，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、
升级会员 