(环境管理)工业废水的物理化学处理
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（环境管理）工业废水的 物理化学处理
第 13 章工业废水的物理化学处理
13.1 混凝
处理环节：预处理、中间处理、最终处理、三级处理、污泥处理、除油、脱色。
胶体：憎水性对混凝敏感，亲水性需特殊处理
高分子絮凝剂：分子量大的水溶性差，分子量小的水溶性好，故分子量要适当。
混凝的操作程序：里特迪克程序。
１） 提高碱度：加重碳酸盐（增加碱度但 pH 值不提高）――快速搅拌 1~3min
附着前 W1=σ水气+σ水粒（假设 S 为 1） 附着后 W2=σ气粒 界面能的减少△Ｗ=W1－W2＝σ水气+σ水粒－σ气粒 图 13－4，σ水粒=σ气粒+σ水气 COS(180-θ)
所以:△Ｗ=σ水气(1-COSθ)
按照热力学理论,悬浮物与气泡附着的条件：△Ｗ>0
△Ｗ越大，推动力越大，越易气浮。
（2）气－粒气浮体的亲水吸附和疏水吸附
13.2.4 溶气气 浮法 根据气 泡析出 时所处 的压力 不同， 分为： 溶气真 空气浮 和加压溶气气浮 1．溶气真空气浮 如图 13－14 在负压（真空）状态下运行的，至于空气的溶解，可在常压下进行，也可在加压下进行。 特点：在负压下进行。压力低，动力设备和电能消耗少，但因在负压条件下，使构造复杂， 维护运行困难，故使用少。 2．加压溶气气浮 特点：水中空气的溶解度大，能提供足够的微气泡 气泡粒径小（20～100um）、均匀， 设备流程简单 （1）加压溶气法工艺流程 1）全溶气流程 将全部废水用水泵加压，在泵前或泵后注入空气。在溶气罐内，空气溶解于废水中，然 后通过减压阀将废水送人气浮池。废水中形成许多小气泡粘附废水中的乳化油或悬浮物而逸 出水面，在水面上形成浮渣。用刮板将浮渣连排入浮渣槽,经浮渣管排出池外,处理后的废水 通过溢流堰和出水管排出。
２） 投加铝盐或铁盐――快速搅拌 1~3min
３） 投加活化硅酸和聚合电解质之类的助凝剂――搅拌 20~30min
应用：1）造纸和纸板废水：加入少量的硫酸铝即可有效地混凝。如表 13－1
2）滚珠轴承制造厂含乳化油废水：用 CaCl2 破除乳化，用硫酸铝去除油脂、悬浮物、Fe、
PO4。
13.2 气浮
13.2.1 气浮的基本原理
备小，但电耗大。 应用：去除细分散悬浮固体和乳化油。 13.2.3 散气气浮法 分类：扩散板曝气气浮法＋叶轮气浮法 １． 扩散板曝气气浮法 见图 13－11 压缩空气通过扩散装置以微小气泡形式进入水中。简单易行，但容易堵塞，气泡较大，气浮 效果不高。 ２． 叶轮气浮 （1）叶轮气浮设备构造 见图 13－12。 叶轮在电机的驱动下高速旋转，在盖板下形成负压吸入空气，废水由盖板上的小孔进入，在 叶轮的搅动下，空气被粉碎成细小的气泡，并与水充分混合成水气混合体经整流板稳流后， 在池体内平稳地垂直上升，进行气浮。形成的泡沫不断地被缓慢转动的刮板刮出槽外。 特点：处理水量小，而污染物质浓度高的废水。除油效果一般可达 80％左右。 （2）叶轮气浮池的计算
气浮＝固液分离＋液液分离――用于悬浮物、油类、脂肪、污泥浓缩
原理：微气泡――粘附微粒――气浮体（密度小于水）――去除浮渣。
探讨：
1、 水中颗粒与气泡粘附条件
（１） 界面张力、接触角和体系界面自由能
任何不同介质的相表面上都因受力不均衡而存在界面张力
气浮的情况涉及：气、水、固三种介质，每两个之间都存在界面张力σ。
由于水中颗粒表面性质的不同，所构成的气一粒结合体的粘附情况也不同。
亲水吸附：亲水性颗粒润湿接触角（θ）小，气粒两相接触面积小，气浮体结合不牢，易脱
落。
疏水吸附：疏水性颗粒的接触角（θ）大，气浮体结合牢固。
根据△Ｗ=σ水气(1-COSθ)，得： 1)θ0,COSθ1,△Ｗ=0 气浮
θ<90,COSθ<1,△Ｗ<σ水气颗粒附着不牢
•气泡常达不到气浮要求的细小分散度 洁净水表面张力大，气泡有自动降低自由能的倾向，即气泡合并。 •稳定性不好。 缺乏表面活性物质的保护，气泡易破灭，不稳定。 即使悬浮物已附着在气泡上也易重新脱落会水中 ↓ 加入起泡剂（一种表面活性物质），保护气泡的稳定性。见图 13－5 对于有机污染物含量不多的废水在进行气浮时，气泡的稳定性可能成为重要的影响因素。适 当的表面活性剂是必要的。 但表面活性物质过多太多→σ水气降低，同时→此时，尽管气泡稳定， 污染粒子严重乳化但颗粒－气泡附着不好 如何控制最佳的投加量？ 影响三个因素：稳定性、表面张力、乳化效果 3、 界面电现象和混凝剂胶稳 疏水性颗粒易气浮，但多数情况下并不好，主要是由于乳化现象。以油粒为例： ▲表面活性物质存在：非极性端吸附在油粒，极性端则伸向水中→乳化油（图 13－6）→ 电离后带电→双电层现象→稳定体系 ▲废水中含有亲水性固体粉末（固体乳化剂），如粉砂、粘土等（θ<90）：一小部分与 油接触，大部分为水润湿，见图 13－7。 →乳化油稳定体系 带电的稳定体系是不利于气浮的，应 →脱稳、破乳→投加混凝剂→压缩双电层 混凝剂包括：硫酸铝、聚合氯化铝、三氯化铁等 13.2.2 电解气浮法 1、电解气浮装置 直流电的电解作用下，正极产生氢气， 负极产生氧气，微气泡。气泡小于溶气法和 散气法。具有多种作用：除 BOD、氧化、脱色 等，去除污染物范围广，污泥量少，占地少。 但电耗大。 有竖流式和平流式装置。 2、平流式电解气浮装置的工艺计算 1、 电解气浮法在工业废水处理中的应用 特点：范围广、泥渣量少、工艺简单、设
θ>90,△Ｗ>σ水气气浮――疏水吸附
θ180△Ｗ=2σ水气最易被气浮 2)同时,COSθ＝（σ气粒－σ水粒）/σ水气（由图 13-4） σ水气增加，θ增大,有利于气浮 如石油废水,表面活性物质含量少,σ水气大,乳化油粒疏水性强，直接气浮效果好。 而煤气洗涤水中的乳化焦油，由于水中表面活性物质含量多，σ水气小，直接气浮效果差。 对于亲水性颗粒的气浮，表面需改性为疏水性→投加浮选剂 浮选剂：松香油、煤油、脂肪酸，起连接颗粒和气泡之间作用。 2、 泡沫的稳定性 气浮中要求气泡具有一定的分散度和稳定性。气泡粒径在 100左右为好。 洁净水中：
三相间的吸附界面构成的交界线称为润湿周边。通过润湿周边作水、粒界面张力作用线和水、
气界面张力作用线，二作用线的交角称为润湿接触角θ。见图 13－3 和 13－4。
θ>90，疏水性,易于气浮
θ<90,亲水性
悬浮物与气泡的附着条件：
按照物理化学的热力学理论,任何体系均存在力图使界面能减少为最小的趋势。
界面能 W=σSS：界面面积；σ：界面Байду номын сангаас力
第 13 章工业废水的物理化学处理
13.1 混凝
处理环节：预处理、中间处理、最终处理、三级处理、污泥处理、除油、脱色。
胶体：憎水性对混凝敏感，亲水性需特殊处理
高分子絮凝剂：分子量大的水溶性差，分子量小的水溶性好，故分子量要适当。
混凝的操作程序：里特迪克程序。
１） 提高碱度：加重碳酸盐（增加碱度但 pH 值不提高）――快速搅拌 1~3min
附着前 W1=σ水气+σ水粒（假设 S 为 1） 附着后 W2=σ气粒 界面能的减少△Ｗ=W1－W2＝σ水气+σ水粒－σ气粒 图 13－4，σ水粒=σ气粒+σ水气 COS(180-θ)
所以:△Ｗ=σ水气(1-COSθ)
按照热力学理论,悬浮物与气泡附着的条件：△Ｗ>0
△Ｗ越大，推动力越大，越易气浮。
（2）气－粒气浮体的亲水吸附和疏水吸附
13.2.4 溶气气 浮法 根据气 泡析出 时所处 的压力 不同， 分为： 溶气真 空气浮 和加压溶气气浮 1．溶气真空气浮 如图 13－14 在负压（真空）状态下运行的，至于空气的溶解，可在常压下进行，也可在加压下进行。 特点：在负压下进行。压力低，动力设备和电能消耗少，但因在负压条件下，使构造复杂， 维护运行困难，故使用少。 2．加压溶气气浮 特点：水中空气的溶解度大，能提供足够的微气泡 气泡粒径小（20～100um）、均匀， 设备流程简单 （1）加压溶气法工艺流程 1）全溶气流程 将全部废水用水泵加压，在泵前或泵后注入空气。在溶气罐内，空气溶解于废水中，然 后通过减压阀将废水送人气浮池。废水中形成许多小气泡粘附废水中的乳化油或悬浮物而逸 出水面，在水面上形成浮渣。用刮板将浮渣连排入浮渣槽,经浮渣管排出池外,处理后的废水 通过溢流堰和出水管排出。
２） 投加铝盐或铁盐――快速搅拌 1~3min
３） 投加活化硅酸和聚合电解质之类的助凝剂――搅拌 20~30min
应用：1）造纸和纸板废水：加入少量的硫酸铝即可有效地混凝。如表 13－1
2）滚珠轴承制造厂含乳化油废水：用 CaCl2 破除乳化，用硫酸铝去除油脂、悬浮物、Fe、
PO4。
13.2 气浮
13.2.1 气浮的基本原理
备小，但电耗大。 应用：去除细分散悬浮固体和乳化油。 13.2.3 散气气浮法 分类：扩散板曝气气浮法＋叶轮气浮法 １． 扩散板曝气气浮法 见图 13－11 压缩空气通过扩散装置以微小气泡形式进入水中。简单易行，但容易堵塞，气泡较大，气浮 效果不高。 ２． 叶轮气浮 （1）叶轮气浮设备构造 见图 13－12。 叶轮在电机的驱动下高速旋转，在盖板下形成负压吸入空气，废水由盖板上的小孔进入，在 叶轮的搅动下，空气被粉碎成细小的气泡，并与水充分混合成水气混合体经整流板稳流后， 在池体内平稳地垂直上升，进行气浮。形成的泡沫不断地被缓慢转动的刮板刮出槽外。 特点：处理水量小，而污染物质浓度高的废水。除油效果一般可达 80％左右。 （2）叶轮气浮池的计算
气浮＝固液分离＋液液分离――用于悬浮物、油类、脂肪、污泥浓缩
原理：微气泡――粘附微粒――气浮体（密度小于水）――去除浮渣。
探讨：
1、 水中颗粒与气泡粘附条件
（１） 界面张力、接触角和体系界面自由能
任何不同介质的相表面上都因受力不均衡而存在界面张力
气浮的情况涉及：气、水、固三种介质，每两个之间都存在界面张力σ。
由于水中颗粒表面性质的不同，所构成的气一粒结合体的粘附情况也不同。
亲水吸附：亲水性颗粒润湿接触角（θ）小，气粒两相接触面积小，气浮体结合不牢，易脱
落。
疏水吸附：疏水性颗粒的接触角（θ）大，气浮体结合牢固。
根据△Ｗ=σ水气(1-COSθ)，得： 1)θ0,COSθ1,△Ｗ=0 气浮
θ<90,COSθ<1,△Ｗ<σ水气颗粒附着不牢
•气泡常达不到气浮要求的细小分散度 洁净水表面张力大，气泡有自动降低自由能的倾向，即气泡合并。 •稳定性不好。 缺乏表面活性物质的保护，气泡易破灭，不稳定。 即使悬浮物已附着在气泡上也易重新脱落会水中 ↓ 加入起泡剂（一种表面活性物质），保护气泡的稳定性。见图 13－5 对于有机污染物含量不多的废水在进行气浮时，气泡的稳定性可能成为重要的影响因素。适 当的表面活性剂是必要的。 但表面活性物质过多太多→σ水气降低，同时→此时，尽管气泡稳定， 污染粒子严重乳化但颗粒－气泡附着不好 如何控制最佳的投加量？ 影响三个因素：稳定性、表面张力、乳化效果 3、 界面电现象和混凝剂胶稳 疏水性颗粒易气浮，但多数情况下并不好，主要是由于乳化现象。以油粒为例： ▲表面活性物质存在：非极性端吸附在油粒，极性端则伸向水中→乳化油（图 13－6）→ 电离后带电→双电层现象→稳定体系 ▲废水中含有亲水性固体粉末（固体乳化剂），如粉砂、粘土等（θ<90）：一小部分与 油接触，大部分为水润湿，见图 13－7。 →乳化油稳定体系 带电的稳定体系是不利于气浮的，应 →脱稳、破乳→投加混凝剂→压缩双电层 混凝剂包括：硫酸铝、聚合氯化铝、三氯化铁等 13.2.2 电解气浮法 1、电解气浮装置 直流电的电解作用下，正极产生氢气， 负极产生氧气，微气泡。气泡小于溶气法和 散气法。具有多种作用：除 BOD、氧化、脱色 等，去除污染物范围广，污泥量少，占地少。 但电耗大。 有竖流式和平流式装置。 2、平流式电解气浮装置的工艺计算 1、 电解气浮法在工业废水处理中的应用 特点：范围广、泥渣量少、工艺简单、设
θ>90,△Ｗ>σ水气气浮――疏水吸附
θ180△Ｗ=2σ水气最易被气浮 2)同时,COSθ＝（σ气粒－σ水粒）/σ水气（由图 13-4） σ水气增加，θ增大,有利于气浮 如石油废水,表面活性物质含量少,σ水气大,乳化油粒疏水性强，直接气浮效果好。 而煤气洗涤水中的乳化焦油，由于水中表面活性物质含量多，σ水气小，直接气浮效果差。 对于亲水性颗粒的气浮，表面需改性为疏水性→投加浮选剂 浮选剂：松香油、煤油、脂肪酸，起连接颗粒和气泡之间作用。 2、 泡沫的稳定性 气浮中要求气泡具有一定的分散度和稳定性。气泡粒径在 100左右为好。 洁净水中：
三相间的吸附界面构成的交界线称为润湿周边。通过润湿周边作水、粒界面张力作用线和水、
气界面张力作用线，二作用线的交角称为润湿接触角θ。见图 13－3 和 13－4。
θ>90，疏水性,易于气浮
θ<90,亲水性
悬浮物与气泡的附着条件：
按照物理化学的热力学理论,任何体系均存在力图使界面能减少为最小的趋势。
界面能 W=σSS：界面面积；σ：界面Байду номын сангаас力