水处理工艺流程课件.ppt
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1、水处理工艺流程水处理工艺流程v1.200t/h流程简介v2.50t/h流程简介v3.污水处理流程简介水v水是地球上最常见的物质之一,是包括人类在内所有生命生存的重要资源,也是生物体最重要的组成部分。v人体细胞的重要成分是水,水占成人体重的6070%,占儿童体重的80%以上。固液气熔化升华液化凝固凝华气化v通常就把Ca2+、Mg2+的总浓度看作水的硬度v碳酸盐硬度:主要是由钙、镁的碳酸氢盐Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2所形成的硬度,还有少量的碳酸盐硬度。碳酸氢盐硬度经加热之后分解成沉淀物从水中除去,故亦称为暂时硬度。非碳酸盐硬度:主要是由钙镁的硫酸盐、氯化物和硝酸盐等盐类所形成的硬度。这
2、类硬度不能用加热分解的方法除去,故也称为永久硬度,如CaSO4、MgSO4、CaCL2、MgCL2、Ca(NO3)2、Mg(NO3)2等为什么要水处理v天然水源中含有较多杂质,若直接将此水用于冷却系统,则会在设备传热面上析出盐类结晶物,即发生结垢现象,大大降低换热效率,影响设备的正常使用。水中溶解氧常引起设备管线或传热面腐蚀,成为腐蚀因素,缩短金属材料的寿命。还有地表水或敞开式循环水与大气接触机会较多,适宜微生物生长,往往因此生成粘泥影响设备的传热效率,威胁设备的使用寿命。因此为了使设备安全、高效运行对用于工业生产的循环水必须进行水处理200t/h流程简介v电解原理:阳极失去电子后,溶解在水中
3、的铁离子或者亚铁离子经过水解形成氢氧化铁或者氢氧化亚铁微絮体,这种微絮体絮凝效果比药剂要好得多,同时阴极发生还原反应,逸出的氢气形成小气泡将废水中絮凝物夹带并浮上电解槽的液体表面。这样可以起到凝聚和气浮的作用。最终目的:产生沉淀电解作用(电解池)v在直流电的作用下,电极的阳极被溶蚀,产生亚铁离子,经过一系列的水解、聚合和亚铁的氧化过程,发展成为各种羟基络合物、多核羟基络合物以及氢氧化物,使水中的胶态杂质、悬浮物沉淀而分离,同时带电的污染物颗粒在电场中运动,其部分电荷被电极中和,促使其失稳聚合沉淀。碳酸盐的危害结垢垢形成的原因:水中所含盐类本身溶度积很小。循环水温度高,成垢盐类的溶解度随温度的上
4、升而下降水在暴气过程pH上升,盐类溶解度下降水被浓缩后,离子浓度上升,超过溶度积,并超过过饱和度污泥v污泥是水中的悬浮物尘粒、微生物残骸、油等沉积而成。v污泥通常沉积在水流慢的地方v表面粗糙处v有粘性的地方沉淀v电解池v反应池v形成的污泥通过沉淀时由于自身所受力合力向下的作用向下而沉积过滤v水经过澄清处理后,其浊度仍然比较高,这种水还不能直接送入后续除盐系统,而需要进一步降低水中浊度,最有效的方法就是过滤处理。水的过滤是一种去除水中悬浮颗粒状杂质的操作过程,过滤不仅可以降低水的浊度,而且还可以除去水中的部分有机物、细菌甚至病毒。v过滤过滤是杂质脱离流线在滤料颗粒表面被截流(大颗粒)、被吸附(小
5、颗粒或带电粒子)的过程。即水通过过滤介质除去悬浮物等颗粒性物质的过程。用于过滤的材料称为滤料或过滤介质。石英砂是最常用的粒状过滤材料,过滤设备中堆积的滤料层称为滤层或滤床。装填粒状滤料的钢筋混凝土构筑物称为滤池。装填粒状滤料的钢制设备称为过滤器。悬浮杂质在滤床表面截留的过滤称为表面过滤;而在滤床内部截留的过滤称为深层过滤或滤床过滤。常用的过滤设备常用的过滤设备v重力无阀滤器双层滤料压力式过滤器滤料级配v单层滤料滤层颗粒成“上小下大”排列。上层砂最细,吸附表面积也最大v双层滤料为了使过滤作用在较深的床层中进行,提高过滤速度和截污能力,延长工作周期。一般都是由无烟煤和石英砂组成v多层滤料目前三层滤
6、料大都采用轻质滤料(无烟煤或焦炭)、石英砂、重质滤料(通常为磁铁矿)组成规则:先装入比重较大的滤料,后装入比重较小的滤料水冷却原理水冷却原理v(1)水的蒸发散热va.水在冷却设备中形成大小水滴或极薄水膜,扩大其与空气的接触面积和延长接触时间,加强水的蒸发,使水汽从水中带走汽化所需的热量,从而使水冷却。vb.为了加快蒸发散热一方面应增加热水与湿空气之间的接触面积,以提供水分字逸出的机会;另一方面提高水气界面上的空气流动速度,以保持蒸发的推动力不变。v(2)水的接触传热v借传导和对流传热,称为接触传热。v水面与较低温度的空气接触,由于温差使热水中的热量传到空气中去,水温得到降低。温差愈大,传热效果
7、愈好。v(3)水的辐射传热v不需要传热介质的作用,而是由一种电磁波的形式来传播热能的现象。v辐射传热只是在大面积的冷却池内才起作用。在其它类型的冷却设备中,辐射传热可以忽略不计。管道的腐蚀(缓蚀剂)腐蚀:由于和周围介质相作用,使材料腐蚀:由于和周围介质相作用,使材料遭受破坏或使其性能恶化的过程。实遭受破坏或使其性能恶化的过程。实质上是一种化学或电化学过程。质上是一种化学或电化学过程。v冷却水的温度、溶氧量、溶固量、微冷却水的温度、溶氧量、溶固量、微生物、结垢等,都是促进腐蚀的因素生物、结垢等,都是促进腐蚀的因素这种电子不断传递、流动,形成了腐蚀原电池,导致了金属不断被溶解破坏。阳极区阳极区阴极
8、区阴极区2eFe2+2OH-Fe(OH)2O2Fe(OH)3O2+H2O 中性水中性水碳钢碳钢碳钢在中性水中腐蚀过程示意图碳钢在中性水中腐蚀过程示意图阴极(氧减少)阳极(金属流失)在中性和微碱性水中,溶解氧对钢铁起腐蚀作用最严重在中性和微碱性水中,溶解氧对钢铁起腐蚀作用最严重缓蚀方法缓蚀方法缓蚀方法缓蚀方法 选用有效的缓蚀剂(投加量选用有效的缓蚀剂(投加量10-20 mg/L)通过电镀或浸涂的方法在表面形成防腐层。通过电镀或浸涂的方法在表面形成防腐层。合理选材和正确的结构设计。合理选材和正确的结构设计。采用电化学保护(牺牲阳极法)。采用电化学保护(牺牲阳极法)。确定合适的工艺指标。确定合适的工
9、艺指标。缓蚀剂:向腐蚀介质中加入微量或少量的化缓蚀剂:向腐蚀介质中加入微量或少量的化学物质,使金属材料的腐蚀速度明显降低,学物质,使金属材料的腐蚀速度明显降低,甚至停止,使之保持原来的物理、机械性能,甚至停止,使之保持原来的物理、机械性能,这样的化学物质称为缓蚀剂。这样的化学物质称为缓蚀剂。机理:控制腐蚀过程中的阳极反应和阴极反机理:控制腐蚀过程中的阳极反应和阴极反应两者中的任意一个电极反应,则另一个电应两者中的任意一个电极反应,则另一个电极反应也随之而受到控制,从而使整个腐蚀极反应也随之而受到控制,从而使整个腐蚀过程受到控制过程受到控制按化学组成分为按化学组成分为:无机缓蚀剂无机缓蚀剂:铬酸
10、盐、亚硝酸盐、硅酸盐、钼酸盐、铬酸盐、亚硝酸盐、硅酸盐、钼酸盐、钨酸盐、聚磷酸盐、锌盐等。钨酸盐、聚磷酸盐、锌盐等。有机缓蚀剂有机缓蚀剂:膦酸(盐)、膦羧酸、巯基苯并噻唑、膦酸(盐)、膦羧酸、巯基苯并噻唑、苯并三唑、磺化木质素等苯并三唑、磺化木质素等 按用途分为按用途分为 冷却水缓蚀剂;冷却水缓蚀剂;油气井缓蚀剂;油气井缓蚀剂;酸洗缓蚀剂;如酸洗缓蚀剂;如乌洛托品乌洛托品(六次甲基四胺六次甲基四胺)锅炉水缓蚀剂。锅炉水缓蚀剂。优良的缓蚀剂应具备的条件优良的缓蚀剂应具备的条件 经配伍后必须能保护所有水系统的金属。经配伍后必须能保护所有水系统的金属。在水系统可能波动的水质状态下,能发挥良好的在水系
11、统可能波动的水质状态下,能发挥良好的 缓蚀作用。缓蚀作用。不能在金属表面造成影响热传导的沉积现象。不能在金属表面造成影响热传导的沉积现象。当水排放或蒸发时,不会造成污染。当水排放或蒸发时,不会造成污染。v絮凝剂的作用:微小的胶体颗粒和悬浮物颗粒在胶体物质或者电解质的作用下,中和颗粒表面电荷,降低或消除颗粒之间的排斥力使颗粒结合在一起,体积不断变大,当颗粒聚集使体积达到一定程度时(粒劲大约为0.01cm时)便从水中分离出来,这就是我们所观察到的絮状沉淀物即絮凝体。絮凝技术絮凝技术v采用加絮凝剂的方法就叫做絮凝沉淀法。选用无机絮凝剂(如硫酸铝)和有机阴离子型絮凝剂聚丙烯酰铵(PAM)配制成水溶液加
12、入废水中,便会产生压缩双电层,使废水中的悬浮微粒失去稳定性,胶粒物相互凝聚使微粒增大,形成絮凝体、矾花。絮凝体长大到一定体积后即在重力作用下脱离水相沉淀,从而去除废水中的大量悬浮物,从而达到水处理的效果。胶态体系胶态体系 粒径在粒径在 1200nm(110-3 0.2m)范围内。范围内。溶解体系溶解体系 粒径在粒径在小于小于1nm1nm范围内。范围内。主要有:无机阳离子、阴离子,此外还包括环主要有:无机阳离子、阴离子,此外还包括环烷酸等有机溶解物及溶解氧,烷酸等有机溶解物及溶解氧,CO2,H2S等。等。热力学稳定体系热力学稳定体系过滤过滤不能不能去除去除也不借重力而沉降也不借重力而沉降胶态体系
13、胶态体系 粒径在粒径在 1200nm(110-3 0.2m)范围内。范围内。溶解体系溶解体系一纳米等于十亿分之一米,1nm=10-9m 胶体微粒的稳定性胶体微粒的稳定性 数百乃至数千个分散相固体物质分子组成数百乃至数千个分散相固体物质分子组成胶核胶核。在胶核表面在胶核表面 吸引了一部分带电离子,称为电位离吸引了一部分带电离子,称为电位离子层。子层。1 1、胶体的双电层结构、胶体的双电层结构 为维持胶体粒子的电中性,在电位离子层外吸附为维持胶体粒子的电中性,在电位离子层外吸附了等电量的反离子了等电量的反离子反离子层。反离子层。电位离子层与反离子层,构成双电层结构。电位离子层与反离子层,构成双电层
14、结构。在吸附层的外面,还有一在吸附层的外面,还有一部分反离子,疏散的分布,形成部分反离子,疏散的分布,形成一个一个扩散层(流动)扩散层(流动)。胶核胶核 扩散层扩散层不随胶核一起运动,而不随胶核一起运动,而趋于向溶液主体扩散,直至与趋于向溶液主体扩散,直至与溶液中的平均浓度相等。溶液中的平均浓度相等。其中电位离子层与部分反离子层其中电位离子层与部分反离子层构成构成吸附层(固定层)吸附层(固定层)。固定层固定层的厚度约的厚度约(23)10-7mm,不随温度变化而变化;不随温度变化而变化;但但扩散层扩散层厚度较大,且随温度和其他因素厚度较大,且随温度和其他因素而变化。这种固定层和扩散层总而变化。这
15、种固定层和扩散层总称为称为“双电层双电层”。胶体稳定的原因胶体稳定的原因 一种胶体的胶粒带电越多,其一种胶体的胶粒带电越多,其电位就越大;电位就越大;扩散层中反粒子越多,水化作用也越大,扩散层扩散层中反粒子越多,水化作用也越大,扩散层与水化壳也越厚,也就越稳定。与水化壳也越厚,也就越稳定。其一:胶体微粒表面带有同性电荷,发生静电其一:胶体微粒表面带有同性电荷,发生静电 排斥作用。排斥作用。其二:吸附层的水化作用,形成一个水化层,其二:吸附层的水化作用,形成一个水化层,阻止微粒的结合。阻止微粒的结合。胶体之间的相互作用胶体之间的相互作用 其一:由范德华力产生的微粒核间的相其一:由范德华力产生的微
16、粒核间的相 互吸引力,促其结合。互吸引力,促其结合。其二:胶体微粒的布朗运动,促其相互碰其二:胶体微粒的布朗运动,促其相互碰 撞而吸附结合。撞而吸附结合。加絮凝剂的目的加絮凝剂的目的 是消除其稳定因素,再利用其不稳定因素是消除其稳定因素,再利用其不稳定因素使微粒不断扩大形成使微粒不断扩大形成矾花矾花。然后过滤或沉淀除。然后过滤或沉淀除去。去。絮凝作用絮凝作用 是指粒子的稳定性遭到破坏后,借高聚物及是指粒子的稳定性遭到破坏后,借高聚物及搅拌能量而彼此接触,因而形成搅拌能量而彼此接触,因而形成较大颗粒絮体较大颗粒絮体的的过程。简言之,过程。简言之,絮凝作用可称为架桥反应。絮凝作用可称为架桥反应。即
17、:即:絮凝的沉降作用絮凝的沉降作用 絮体一旦生成,需在静止状态下借重力而絮体一旦生成,需在静止状态下借重力而下沉。下沉。影响凝聚与絮体沉降的主要因素有:影响凝聚与絮体沉降的主要因素有:搅拌能量;搅拌能量;搅拌时间;搅拌时间;絮凝剂及反应物的浓度;絮凝剂及反应物的浓度;pHpH值,等等。值,等等。絮凝的一般工艺过程絮凝的一般工艺过程混凝剂的配制与投加、混合、反应、澄清几个步骤。混凝剂的配制与投加、混合、反应、澄清几个步骤。混合混合药剂投入废水后在水中发生水解并产生异电荷药剂投入废水后在水中发生水解并产生异电荷 胶体,与水中胶体或悬浮物接触,形成细小的胶体,与水中胶体或悬浮物接触,形成细小的 矾花
18、。矾花。大约在大约在10-30S内完成,一般不超过内完成,一般不超过2min.要求快速、均匀。要求快速、均匀。反应反应使小絮体逐渐凝成大絮体而便于沉淀使小絮体逐渐凝成大絮体而便于沉淀。澄清澄清让已经形成的絮凝体悬浮在水中成为悬浮让已经形成的絮凝体悬浮在水中成为悬浮 泥渣层,使废水中形成的微絮粒被迅速吸泥渣层,使废水中形成的微絮粒被迅速吸 附在悬浮泥渣上,从而达到良好的去除效果。附在悬浮泥渣上,从而达到良好的去除效果。混凝剂的配制与投加、混合、反应、澄清几个步骤。混凝剂的配制与投加、混合、反应、澄清几个步骤。混合混合药剂投入废水后在水中发生水解并产生异电荷药剂投入废水后在水中发生水解并产生异电荷
19、 胶体,与水中胶体或悬浮物接触,形成细小的胶体,与水中胶体或悬浮物接触,形成细小的 矾花。矾花。大约在大约在10-30S内完成,一般不超过内完成,一般不超过2min.要求快速、均匀。要求快速、均匀。反应反应使小絮体逐渐凝成大絮体而便于沉淀使小絮体逐渐凝成大絮体而便于沉淀。澄清澄清让已经形成的絮凝体悬浮在水中成为悬浮让已经形成的絮凝体悬浮在水中成为悬浮 泥渣层,使废水中形成的微絮粒被迅速吸泥渣层,使废水中形成的微絮粒被迅速吸 附在悬浮泥渣上,从而达到良好的去除效果。附在悬浮泥渣上,从而达到良好的去除效果。无机絮凝剂无机絮凝剂主要是依靠主要是依靠电荷电荷中和中和而凝聚。而凝聚。有机絮凝剂有机絮凝剂
20、则主要依靠则主要依靠架桥作用架桥作用使粒子沉降。使粒子沉降。在应用方面,常常先加入在应用方面,常常先加入无机絮凝剂无机絮凝剂中和电中和电荷,然后加荷,然后加有机絮凝剂有机絮凝剂生成絮团而沉降。两者联生成絮团而沉降。两者联合使用可大大降低絮凝剂的用量。合使用可大大降低絮凝剂的用量。无机絮凝剂按阴离子成分可分为无机絮凝剂按阴离子成分可分为:盐酸系、硫盐酸系、硫酸系和硅酸系;酸系和硅酸系;按金属盐可分为按金属盐可分为:铝盐系铝盐系及铁盐系两类及铁盐系两类;按分子量可分为按分子量可分为:低分子系和高分子系两大类。低分子系和高分子系两大类。低分子絮凝剂低分子絮凝剂价格低、货源充足、运输储存方便,价格低、
21、货源充足、运输储存方便,目前在工业水处理中仍占一定比例。但目前在工业水处理中仍占一定比例。但因其用量大、残因其用量大、残渣多、效果差渣多、效果差,故无机絮凝剂的发展已基本完成由低分,故无机絮凝剂的发展已基本完成由低分子向高分子的转化。子向高分子的转化。无机高分子絮凝剂的优点无机高分子絮凝剂的优点:分子量大,具有多核络离子结构,电中和能力、吸附桥分子量大,具有多核络离子结构,电中和能力、吸附桥联作用明显,沉降快、用量少。联作用明显,沉降快、用量少。铝经各种渠道进入人体后,通过慢性积累发生铝铝经各种渠道进入人体后,通过慢性积累发生铝中毒。因为铝很难由肾脏排出,使用过多的铝就会在中毒。因为铝很难由肾
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