化工环境工程概论教案31

第三章化工废水处理

教学重点：1 化工废水处理方法类型

2 废水的处理方法：物理法、化学法、生物法教学总学时：10学时

学时分配：第一节化工废水的来源及特点1学时

第二节化工废水处理方法概述1学时

第三节物理处理法—————2学时

第四节化学处理法—————2学时

第五节物化处理法—————2学时

第六节生化处理法—————2学时

第一节化工废水的来源及特点

第二节化工废水处理方法概述

授课方式：讲课

教学目标：使学生掌握化工废水的来源、特点、危害；并从作用原理和处理程度两方面介绍化工废水的处理方法。

教学重点：1水体污染物的种类；

2 物理处理法、化学处理法、物理化学处理法、生物化学处理法的

原理；

3 一级处理、二级处理、三级处理的程度。

教学难点：水质指标与水体污染的关系及各种污水处理方法的原理。

教学时数：2学时

授课内容：

第一节化工环境污染概况

一、废水的来源及特征（15分钟）

化工废水是从每一种化工生产过程中排放出来的废水，如工艺废水、冷却水、设备洗涤水、场地冲洗水等等。不同行业、不同生产方式、不同设备、操作水平的高低等因素都会影响废水的产生数量和废水中污染物种类。

1．化工废水的主要来源（5分钟）

（1）在生产、包装、运输、堆放的过程中流失的物料又经雨水或用水冲刷而形成的废水；

（2）化学反应不完全而产生的废料：由于反应条件和原料纯度的影响以及反应本身的性质不同，任何反应都有一定的转化率，一般反应的转化率只能达到70%~80%。未反应的原料虽然有一定的循环程度，但仍有一部分得不到利用，残留在废水中排放出去；

（3）化学反应中副反应生成的废水：化学反应常伴有副反应，产生副产物，有些可以回收利用，有些不易回收的，以废水的形式排放；

（4）冷却水：冷却水分为直接冷却水、间接冷却水（温度不高时，一般可直排），直接冷却水中必然会含有一些物料，形成废水；

（5）一些特定生产过程排放的废水：有些生产过程本身需要大量的水，例如酸洗过程（利用酸溶液去除钢铁表面上的氧化皮和锈蚀物的方法称为酸洗通常指清洁金属表面的一种方法。一般将制件浸入硫酸等的水溶液，以除去金属表面的氧化物等薄膜。是电镀、搪瓷、轧制等工艺的前处理或中间处理。）；

（6）地面和设备冲洗水和雨水。

2．化工废水分类（5分钟）

按成分分为三大类：含有机物的废水（洗涤剂、有机农药、多氯联苯、稠环芳香烃、芳香胺类、杂环化合物、酚类、腈类）；含无机物的废水（酸、碱和无机盐类；汞、铬、镉、镍、锌、铜、锰等重金属类；（砷、硒、氰化物、氟化物、硫化物、亚硝酸盐等非重金属类）；既含有机物又含有无机物的废水。不同的行业产生的废水污染物种类不同，污染程度不同。

3．化工废水的特点（5分钟）

化工行业在经济建设中占有重要地位，推动了经济发展业，但同时也是造成环境污染的主要行业。化工废水污染的主要特点：

（1）废水排放量大：化工生产中必然要进行化学反应，通常化学反应都要求一定的温度、压力、催化剂条件，因此，生产过程中往往需要大量的工艺用水尤其是需要大量的冷却水，因此排放量也很大，居各工业系统之首；

（2）污染物种类多：废水中的污染物是来源于原料，不同的行业化学反应中用到化学品是多种多样的，既有有机物又有无机物，有些带有毒性，有些不易降解，随着食物链进入人体，危害健康；

（3）污染物毒性大，不宜生物降解；

（4）废水中有害污染物较多：全国废水中氰化物、汞、铬等有害污染物多数是来源于化工废水；

（5）化工废水的水量和水质视其所用原料、生产工艺方法及生产规模不同而又很大差异；

（6）污染范围广：化工行业种类多、厂点多，而且水具有流动性，所以污染面广。

二、水体污染物

废水中的污染物种类大致可分为：固体污染物、需氧污染物、营养性污染物、酸碱污染物、有毒污染物、油类污染物、生物污染物、感官性污染物、热污染等。为了表征废水水质，规定了许多水质指标，各项水质指标则表示水中杂质的种类、成分和数量，是判断水质的具体衡量标准，主要有：有毒物质、有机物质、细菌总数、PH、色度、温度等。水质指标和污染物并不是一一对应的。

（一）固体污染物

在水中以三种形态存在：溶解态（直径小于1nm）、胶体态（1nm~100nm）、悬浮态（大于100nm）。1．呈悬浮状态的物质通常称为悬浮物，是指粒径大于100nm的杂质，这种杂质造成水质显著混浊，其中

颗粒较重的多数是泥沙类的无机物，以悬浮状态存在于水中，在静置时会自行沉降，颗粒较轻的多动植物腐败而产生的有机物质，浮在水面上。悬浮物还包括浮游生物（如蓝藻类、硅藻类）微生物；

2．所谓胶体状态的物质状态的物质是指粒径大致在1nm-100nm之间的杂质。胶体杂质多数是粘土无机胶体和高分子有机胶体。高分子有机胶体是分子量很大的物质，一般是水中的植物残骸经过腐烂分解的产物，如腐殖酸、腐殖质等。粘土性无机胶体则是造成水质混浊的主要原因。胶体杂质具有两种特性，一种是由于单位容积中胶体的总面积很大，因而吸咐大量离子而带有电性，使胶体之间产生电性斥力而不能互相粘结，颗粒始终稳定在微粒状态而不能自行下沉。另一种是由于光线照射到胶体上被散射而造致混浊现象。3．呈溶解状态的物质，其粒径大约在1nm以下，主要以低分子或离子状态存在。这种杂质不会产生水的外表混浊现象。例如，食盐溶解于水，水仍然是透明的。

固体污染物常用悬浮物和浊度两个指标来表示：

1．水中固体污染物质主要是指固体悬浮物。大量悬浮物排入水体中，造成外观恶化、混浊度升高，改变水的颜色。悬浮物沉于河底淤积河道，危害水体底栖生物的繁殖，影响渔业生产；沉积于灌溉的农田，则会堵塞土壤孔隙，影响通风，不利于作物生长。

2．（混）浊度——指水中的不溶解物质对光线透过时所产生的阻碍程度，其值可表征废水中胶体和悬浮物的含量，正是由于胶体和悬浮物的存在而产生浑浊现象，以致降低水的透明度，影响感官甚至影响水生生物的生活。

（二）耗氧有机物

由于绝大多数耗氧污染物是有机物，在生活污水，食品加工厂和造纸等工业废水中，含有大量的有机物，如碳水化合物，蛋白质，油脂，木质素，纤维素等。无机物主要为还原态物质，如Fe、Fe2+、S2-等。一般情况下，耗氧污染物即指耗氧有机污染物。有机物的共同特点是这些物质直接进入水体后，通过微生物的生物化学作用而分解为简单的无机物质二氧化碳和水，在分解过程中需要消耗水中的溶解氧（DO），在缺氧条件下污染物就发生腐败分解，恶化水质，故常称这些有机物为需（耗）氧有机物。水体中耗氧有机物越多，耗氧越多，水质越差。原因如下：

在一给定的水体中大量有机物质能导致氧的近似完全的消耗→那些需氧的生物种类（如鱼类，浮游动物）就无法生存→那些可生存在缺氧条件下的细菌数量上升→造成了许多难闻有毒的产物和厌氧呼吸的产物。不同物种能忍受氧气的最低限度不同→水生生态系统氧浓度发生变化→物种的组成也就会发生变化。

所以必须控制水中耗氧有机物的量。一般有机污染物难以用该物质绝对含量作为指标，多种有机污染物更难以分别用各种物质的绝对含量作为指标，因而需要用间接的、综合的指标来表示。常采用以下几个综合水质污染指标来描述：

（1）※化学需氧量（COD）：指在酸性条件下，用强氧化剂将有机物氧化成CO2、H2O所消耗的氧量。COD值越高，说明有机污染物的污染越严重。常采用的氧化剂有高锰酸钾和重铬酸钾。重铬酸钾的氧化性很强，能够比较完全的氧化水中大部分有机物和无机还原性物质,表示为COD cr，适用于污染较严重的水样，如生活污水和工业废水。高锰酸钾法测得的表示为COD Mn，适用于测定一般地表水，如海水、湖泊水等。根据国际标准化组织规定，化学需氧量一般指COD cr，COD Mn称为高锰酸盐指数。由于高锰酸钾氧化能力大大低于重铬酸钾，所以同一废水的锰法COD值会低于铬法COD，其中工业废水的测定值差距更大，可能达到2~3倍的差距。同一水样用上述两种方法测定的结果是不同的，因此在报告化学需氧量的测定结果时要注明测定方法。

（2）※生化需氧量（BOD）：指在有氧条件下，由于微生物活动，降解有解物所需的氧量，以mg/L表示。生化需氧量越高，说明水中耗氧有机物污染严重。

废水中的有机物分解，一般可分为两个阶段。

第一阶段：称为碳化阶段，有机物中碳氧化为二氧化碳，有机物中的氮氧化为氨的过程。碳化阶段消耗的氧量称为碳化需氧量，用L a或BOD u表示。生活污水达到完全氧化，在20℃时这一阶段需要约20天左右的时间，这一阶段完成之后，水体中的有机物就变成了无机物质。

第二阶段：称为氮化阶段或硝化阶段，氨在硝化细菌作用下，被氧化为亚硝酸根和硝酸根。硝化阶段的耗氧量成为硝化需氧量，用L N或NOD u表示。在20 ℃时，生活污水大约需要100天左右，完成这一阶段。

有机物耗氧过程与温度，时间有关。温度越高，微生物活力越强，消耗有机物越快，需氧越多；时间