水污染控制工程教师讲稿

水污染控制工程教师讲稿内容摘要：

热加工工业排出的含油废水为其主要来源。 石油工业含油废水主要来自石油开采、石油炼制及石油化工等过程。 石油开采过程中的废水主要来自带水原油的分离水、钻井提钻时的设备冲洗水、井场及油罐区的地面降水等。 石油炼制、石油化工含油废水主要来自生产装置的油水分离过程以及油品、设备的洗涤、冲洗过程。 固体燃料热加工工业排出的焦化含油废水，主要来自焦炉气的冷凝水、洗煤气水和各种贮罐的排水等。 2．状态 含油废水中的油类污染物，其比重一般都小于 1，但焦化厂或煤气发生站排出的重质焦油的比重可高达。 油通常有三种状态： (1)呈悬 浮状态的可浮油如把含油废水放在桶中静沉，有些油滴就会慢慢浮升到水面上，这些油滴的粒径较大，可以依靠油水比重差而从水中分离出来，对于石油炼厂废水而言，这种状态的油一般占废水中含油量的 60％～ 80％左右。 (2)呈乳化状态的乳化油这些非常细小的油滴，即使静沉几小时，甚至更长时间，仍然悬浮在水中。 这种状态的油滴不能用静沉法从废水中分离出来，这是由于乳化油油滴表面上有一层由乳化剂形成的稳定薄膜，阻碍油滴合并。 如果能消除乳化剂的作用，乳化油即可转化为可浮油，这叫破乳。 乳化油经过破乳之后，就能用沉淀法来分离。 (3)呈溶解状态的溶解油，油品在水中的溶解度非常低，通常只有几个毫克每升。 3．对环境的危害 油污染的危害主要表现在对生态系统、植物、土壤、水体的严重影响。 油田含油废水浸入土壤孔隙间形成油膜，产生堵塞作用，致使空气、水分及肥料均不能渗入土中，破坏土层结构，不利于农作物的生长，甚至使农作物枯死。 为此，我国在 1985 年颁布的“ B5084— 1985”农田灌溉水质标准”规定，在一、二类灌区对水质的要求，石油类含量均不得大于 10mg／ L。 含油废水 (特别是可浮油 )排入水体后将在水面上产生油膜，阻碍大气中的氧向水体转 移，使水生生物处于严重缺氧状态而死亡。 在滩涂还会影响养殖和利用。 有资料表明，向水面排放一吨油品，即可形成 5*106m2 的油膜。 含油废水排人城市沟道，对沟道、附属设备及城市污水处理厂都会造成不良影响，采用生物处理法时，一般规定石油和焦油的含量不超过 50mg/L。 二、隔油池 1．隔油池的型式与构造 常用的隔油池有平流式与斜流式两种型式。 (图 219)为典型的平流式隔油池。 从图中可以看出，它与平流式沉淀池在构造上基本相同。 废水从池子的一端流人池子，以较低的水平流速 (2～ 5mm/s)流经池子 ，流动过程中，密度小于水的油粒上升到水面，密度大于水的颗粒杂质沉于池底，水从池子的另一端流出。 在隔油池的出水端设置集油管。 集油管一般用直径 200～ 300 的钢管制成，沿长度在管壁的一侧开弧宽为 60186。 或 90186。 的槽口。 集油管可以绕轴线转动。 排油时将集油管的开槽方向转向水平面以下以收集浮油，并将浮油导出池外。 为了能及时排油及排除底泥，在大型隔油池还应设置刮油刮泥机。 刮油刮泥机的刮板移动速度一般应与池中流速相近，以减少对水流的影响。 收集在排泥斗中的污泥由设在池底的排泥管借助静水压力排走。 隔油池的池底构造与沉淀池相同。 平流式隔油池表面一般设置盖板，除便于冬季保持浮渣的温度，从而保持它的流动性外，同时还可以防火与防雨。 在寒冷地区还应在池内设置加温管，以便必要时加温。 平流式隔油池的特点是构造简单、便于运行管理、油水分离效果稳定。 有资料表明，平流式隔油池可以去除的最小油滴直径为 100～ 150um，相应的上升速度不高于。 (图 220)示斜板式隔油池。 这种型式的隔油池可分离油滴的最小直径约为 60um，相应的上升速度约为 0． 2mm／ s。 含油废水在斜板式隔油池中的停留时间一般不大于 30min，为平流式隔油池的 1/4— 1/2。 隔油池的浮渣，以油为主，也含有水分和一些固体杂质。 对石油工业废水，含水率有时可高达 50％，其它杂质一般在 1％一 20％左右。 仅仅依靠油滴与水的密度差产生上浮而进行油、水分离，油的去除效率一般为 70％～ 80％左右，隔油池的出水仍含有一定数量的乳化油和附着在悬浮固体上的油分，一般较难降到排放标准以下。 气浮法分离油、水的效果较好，出水中含油量一般可小于 20mg/L。 对于铁路运输、化工等行业使用的小型隔油池，其撇油装置是依靠水与油的密度差形成液位差而达到自动撇油的目的。 平流式隔 油池的设计与平流式沉淀池基本相似，按表面负荷设计时，一般采用 h；按停留时间设计时，一般采用 2h。 三、乳化油及破乳方法 当油和水相混，又有乳化剂存在，乳化剂会在油滴与水滴表面上形成一层稳定的薄膜，这时油和水就不会分层，而呈一种不透明的乳状液。 当分散相是油滴时，称水包油乳状液；当分散相是水滴时，则称为油包水乳状液。 乳状液的类型取决于乳化剂。 1．乳化油的形成 乳化油的主要来源：①由于生产工艺的需要而制成的。 如机械加工中车床切削用的冷却液，是人为制成的乳化液；②以洗涤剂清洗受油污染的机 械零件、油槽车等而产生乳化油废水；③含油 (可浮油 )废水在沟道与含乳化剂的废水相混合，受水流搅动而形成。 在含油废水产生的地点立即用隔油池进行油水分离，可以避免油分乳化，而且还可以就地回收油品，降低含油废水的处理费用。 例如，石油炼制厂减压塔塔顶冷凝器流出的含油废水，立即进行隔油回收，得到的浮油实际上就是塔顶馏分，经过简单的脱水，就是一种中间产品。 如果隔油后，废水中仍含有乳化油，可就地破乳。 此时，废水的成分比较单纯，比较容易收到较好的效果。 2．破乳方法简介 破乳的方法有多种，但基本原理一样，即破坏液滴界 面上的稳定薄膜，使油、水得以分离。 破乳途径有下述几种： (1)投加换型乳化剂。 例如，氯化钙可以使钠皂为乳化剂的水包油乳状液转换为以钙皂为乳化剂的油包水乳状液。 在转型过程中存在着一个由钠皂占优势转化为钙皂占优势的转化点，这时的乳状液非常不稳定，油、水可能形成分层。 因此控制“换型剂”的用量，即可达到破乳的目的。 这一转化点用量应由实验确定。 (2)投加盐类、酸类可使乳化剂失去乳化作用。 (3)投加某种本身不能成为乳化剂的表面活性剂例如异戊醇，从两相界面上挤掉乳化剂使其失去乳化作用。 (4)搅拌、震荡、转动 通过剧烈的搅拌、震荡或转动，使乳化的液滴猛烈相碰撞而合并。 (5)过滤如以粉末为乳化剂的乳状液，可以用过滤法拦截被固体粉末包围的油滴。 (6)改变温度改变乳化液的温度 (加热或冷冻 )来破坏乳状液的稳定。 破乳方法的选择是以试验为依据。 某些石油工业的含油废水，当废水温度升到 65℃～ 75℃时，可达到破乳的效果。 相当多的乳状液，必须投加化学破乳剂。 目前所用的化学破乳剂通常是钙、镁、铁、铝的盐类或无机酸。 有的含油废水亦可用碱 (NaOH)进行破乳。 水处理中常用的混凝剂也是较好的破乳剂。 它不仅有破坏乳化剂的作用 ，而且还对废水中的其它杂质起到混凝的作用。 第 6 节浮上法 一、浮上法的类型 二、加压溶气浮上法的基本原理 三、压力溶气浮上法系统的组成及设计 浮上法是一种有效的固’ — 液和液 — 液分离方法，常用于对那些颗粒密度接近或小于水的细小颗粒的分离。 水和废水的浮上法处理技术是将空气以微小气泡形式通入水中，使微小气泡与在水中悬浮的颗粒粘附，形成水 — 气 — 颗粒三相混合体系，颗粒粘附上气泡后，密度小于水即上浮水面， 从水中分离出去，形成浮渣层。 由此可知，浮上法处理工艺必须满足下述基本条件：①必须向水中提供足够量 的细微气泡；②必须使污水中的污染物质能形成悬浮状态；③必须使气泡与悬浮的物质产生粘附作用。 有了上述这三个基本条件，才能完成浮上处理过程，达到污染物质从水中去除的目的。 在污水处理技术中，浮上法固 — 液或液 — 液分离技术已广泛地应用在下述几个方面： (1)石油、化工及机械制造业中的含油 (包括乳化油 )污水的油水分离； (2)污水中有用物质的回收，如造纸厂废水中的纸浆纤维及填料的回收； (3)取代二次沉淀池，特别适用于易于产生活性污泥膨胀的情况； (4)剩余活性污泥的浓缩。 一、浮上法的类型 按生产微细 气泡的方法，浮上法分为：电解浮上法；分散空气浮上法；溶解空气浮上法。 1．电解浮上法 电解浮上法装置的示意图见 (图 221)。 电解浮上法是将正负相间的多组电级浸泡在废水中，当通以直流电时，废水电解，正负两极间产生的氢和氧的细小气泡粘附于悬浮物上，将其带致水面而达到分离的目的。 电解浮上法产生的气泡小于其它方法产生的气泡，故特别适用于脆弱絮状悬浮物。 电解浮上法的表面负荷通常低于 4m3／ m2 h。 电解浮上法，主要用于工业废水处理方面，处理水量约在 10～ 20m3／ h。 由于电耗高、操作运行管理复杂 及电极结垢等问题，较难适用于大型生产。 2．分散空气浮上法 目前应用的有微气泡曝气浮上法和剪切气泡浮上法等两种形式。 (图 222a)为微孔曝气浮上法示意图。 压缩空气引人到靠近池底处的微孔板，并被微孔板的微孔分散成细小气泡。 (图 222b)为剪切气泡浮上法示意图。 该法是将空气引入到一个高速旋转混合器或叶轮机的 附近，通过高速旋转混合器的高速剪切，将引入的空气切割成细小气泡。 分散空气浮上法用于矿物浮选，也用于含油脂、羊毛等污水的初级处理及含有大量表面活性剂的污水。 3．溶解空气浮上法 溶解 空气浮上法有真空浮上法和加压溶气浮上法二种形式。 (1)真空浮上法 (图 223)为真空浮上法设备的示意图。 污水经流量调节器①后先进入曝气室，由机械曝气设备②预曝气，使污水中的溶气量接近于常压下的饱和值。 未溶空气在脱气井③脱除，然后污水被提升到分离区④。 由于浮上分离池压力低于常压，因此预先溶入水中的空气就以非常细小的气泡溢出来，污水中的悬浮颗粒与从水中溢出的细小气泡相粘附，并上浮至浮渣层。 旋转的刮渣板⑥把浮渣刮至集渣槽⑦，然后进入出渣室⑨。 在浮上分离池的底部装有刮泥板⑧，用以排除沉到池底的污泥。 处理后的 出水经环形出水槽⑤收集后排出。 真空浮上法的缺点是其空气的溶解在常压下进行，溶解度很低，气泡释放量很有限。 此外，为形成真空，处理设备需密闭，其运行和维修较困难。 (2)加压溶气浮上法加压溶气浮上法是目前常用的浮上法。 加压溶气浮上法，是使空气在加压的条件下溶解于水，然后通过将压力降至常压而使过饱和的空气以细微气泡形式释放出来。 加压溶气浮上法的主要设备为水泵、溶气罐、浮上池，见 (图 224a)和 (224b)。 空气注入溶气罐可用空气压缩机或射流器。 加压溶气浮上法有三种基本流程： 全溶气流程如 (图 225a)所示。 该法是将全部人流废水进行加压溶气，再经过减压释放装置进入气浮池进行固液分离的一种流程。 部分溶气流程如 (图 225b)所示。 该法是将部分人流废水进行加压溶气，其余部分直接进人气浮池。 该法比全溶气式流程节省电能，同时因加压水泵所需加压的溶气水量与溶气罐的容积比全溶气方式小，故可节省一些设备。 但是由于部分溶气系统提供的空气量亦较少，因此，如欲提供同样的空气量，部分溶气流程就必须在较高的压力下运行。 回流溶气流程如 (图 226)所示。 在这个流程中，将部分澄清液进行回流加压，人流废水则直接进入气浮池。 二、加压溶气浮上法的基本原理 由于悬浮颗粒对水的润湿性质不同，其对气泡的粘附情况也有很大的差别。 因此，要研究颗粒的浮上现象，就需要研究气、液、颗粒这三相间的相互关系。 1．空气在水中的溶解度与压力的关系 空气在水中的溶解度，常用单位体积水溶液中溶人的空气体积来表示，即 L(气 )/m3(水 )，也可用单位体积水溶液中溶人的空气重量来表示，即 g(气 )/m3(水 )。 空气在水中的溶解度与温度、压力有关。 在一定范围内，温度越低、压力越大，其溶解度越大 (图 227)。 一定温度下，溶解度与压力成正 比： 空气从水中析出的过程分两个步骤，即气泡核的形成过程与气泡的增长过程。 气泡核的形成过程是起着决定性作用，有了相当数量的气泡核，就可以控制气泡数量的多少与气泡直径的大小。 从溶气浮上的要求来看，应当在这个过程中形成数目众多的气泡核，因为同样的溶解空气，如形成的气泡核的数量越多，则形成的气泡的直径也就越小，就越有利于浮上工艺的要求。 2．水中的悬浮颗粒与微小气泡相粘附的原理 (1)气泡与悬浮颗粒粘附的条件从 (图 228)可以看到，液体表面分子所受的分子引力与液体内部分子所受的分子引力不同，表面分 子所受的作用力是不平衡的，这不平衡的力有把表面分子拉向液体内部、缩小液体表面积的趋势，这种力称为流体的表面张力。 要使表面分子不被拉向液体内部，就需要克服液体内部分子的吸引力而作功，可见液体表层分子具有更多的能量，这种能量称表面能。 在气浮过程中存在着液、气、颗粒三。