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第三章 污水處理廠的技術(shù)管理
第一節(jié)污水處理廠的工藝條件與單元效率管理
1.酸堿廢水中和原理是什么?
中和一般采用石灰堿液作為中和劑,其基本原理是酸堿中和反應(yīng),生成鹽和水。離子反應(yīng)式如下:
2.污泥脫水絮凝原理是什么?
污泥采用脫水機(jī)需通過藥劑絮凝后才能實(shí)現(xiàn)泥水分離。一般采用的絮凝劑是陰(陽)離子聚丙烯酰胺(PAM),其分子有著強(qiáng)烈的吸附、架橋作用,且分子鏈很長,與廢水懸浮顆粒接觸,懸浮顆粒被吸附在分子鏈周圍,在懸浮顆粒間起到架橋作用,形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),使細(xì)小的懸浮顆粒凝聚成較大顆粒的絮凝體,從而提高了懸浮物沉淀效果和污泥脫水性能。
3.廢水均質(zhì)調(diào)節(jié)原理是什么?
無論工業(yè)企業(yè)還是居民生活廢水排放的水量、水質(zhì)都是隨時(shí)間的推移不斷變化,有高峰流量和低峰流量,也有高峰濃度和低峰濃度。流量和濃度的不均勻往往會(huì)給處理設(shè)備帶來不少的困難,或使其無法保持在最優(yōu)的工藝條件下運(yùn)行;或使其短時(shí)無法工作,甚至遭受破壞。為了改善廢水處理設(shè)備的工作條件,需要對水量、水質(zhì)進(jìn)行均和調(diào)節(jié)。均質(zhì)調(diào)節(jié)在污水處理廠采用的構(gòu)筑物稱為調(diào)節(jié)池。調(diào)節(jié)池的種類一般有以下三種。
(1)水量調(diào)節(jié)池一般要求只調(diào)節(jié)水量,只需設(shè)置簡單的水池,保持必要的調(diào)節(jié)池容積并使出水均勻即可。如泵站前吸水池。
(2)水質(zhì)調(diào)節(jié)池為使廢水水質(zhì)達(dá)到均勻,調(diào)節(jié)池在構(gòu)造上和功能上采取如下措施。
①穿孔導(dǎo)流槽式調(diào)節(jié)池。即同時(shí)進(jìn)入調(diào)節(jié)池的廢水,由于流程長短不同,使前后進(jìn)入調(diào)節(jié)池的廢水相混合,以此來均和水質(zhì)。
②增加攪拌設(shè)備?稍谡{(diào)節(jié)池內(nèi)增設(shè)空氣攪拌、機(jī)械攪拌、水利攪拌等。
(3)事故調(diào)節(jié)池如果生產(chǎn)過程中發(fā)生泄漏或事故等周期性沖擊負(fù)荷時(shí),設(shè)置事故調(diào)節(jié)池,可起分流貯水作用,待事故結(jié)束后,將事故廢水小流量排出,以保護(hù)處理系統(tǒng)不受沖擊。
4.廢水中和裝置基本工藝流程是什么?
如圖2-1所示,根據(jù)廢水水量、水質(zhì)情況,中和裝置基本工藝流程要具備均質(zhì)反應(yīng)池、混合反應(yīng)池、沉淀池以及污泥脫水裝置。
5.酸堿廢水處理的一般原則是什么?
(1)高濃度酸堿廢水,應(yīng)優(yōu)先考慮回收利用的廢水處理法,根據(jù)水質(zhì)、水量和不同工藝要求,進(jìn)行廠區(qū)或地區(qū)性調(diào)度,盡量重復(fù)使用,如重復(fù)使用有困難,或濃度偏低、水量較大,可采用濃縮的廢水處理法回收酸堿。
(2)低濃度的酸堿廢水,如酸洗槽的清洗水、堿洗槽的漂洗水,應(yīng)進(jìn)行中和廢水處理。對于中和處理,應(yīng)首先考慮以廢治廢的廢水處理原則。如酸、堿廢水相互中和或利用廢堿(渣)中和酸性廢水,利用廢酸中和堿性廢水。在沒有這些條件時(shí),可采用中和劑處理廢水。
6.酸性廢水如何中和處理?
酸性廢水的中和劑有石灰(CaO)、石灰石(CaCO3)、碳酸鈉(Na2CO3)、苛性鈉(NaOH),也可以用化學(xué)軟水排出的廢渣(成分為CaCO3)及有機(jī)化工廠乙炔站排出的電石渣。另外,熱電廠的爐灰渣、硼酸廠的硼泥、鋼廠或電石廠的碎石灰等,均可用來中和酸性廢水。
7.堿性廢水有哪些危害?
堿性廢水和酸性廢水一樣,是所有工業(yè)廢水中最常見的一種污水。如果不經(jīng)過處理就直接排放,將腐蝕管道、渠道和水工建筑物;排入水體后將改變水體的pH值,影響水體的自凈作用,破壞河流的自然生態(tài),導(dǎo)致水生資源減少或毀滅;滲入土壤則造成土質(zhì)的鹽堿化,破壞土層的疏松狀態(tài),影響農(nóng)作物的生長和增產(chǎn)。另外,含堿廢水中一般都含有大量的有機(jī)物,會(huì)大量消耗水體中的溶解氧,造成魚類缺氧窒息死亡。人類如果飲用濃度偏高的堿性水,新陳代謝將會(huì)受到影響,導(dǎo)致消化系統(tǒng)失調(diào)。因此,必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砗,使廢水pH值處于6~9之間,方能排放到受納水體。
8.堿性廢水如何中和處理?
中和處理堿性廢水的方法有兩種:投酸中和法和利用酸性廢水及廢氣的中和法。
投酸中和法處理堿性廢水時(shí),常用的酸性中和劑有硫酸、鹽酸及壓縮二氧化碳。采用無機(jī)酸中和堿性廢水的工藝流程與設(shè)備,和投藥中和酸性廢水時(shí)基本相同。用CO2氣體中和堿性廢水時(shí),為使氣液充分接觸反應(yīng),常采用逆流接觸的反應(yīng)塔(CO2氣體從塔底吹入,以微小氣泡上升;而廢水從塔頂噴淋而下)。用CO2作中和劑的優(yōu)點(diǎn)在于,由于pH值不會(huì)低于6,因此不需要pH值控制裝置。
煙道氣中含有高達(dá)24%的CO2,有時(shí)還含有少量SO2及H2S,故可用來中和堿性廢水,其中和產(chǎn)物Na2CO3、Na2SO4、Na2S均為弱酸強(qiáng)堿鹽,具有一定的堿性,因此酸性物質(zhì)必須超量供應(yīng)。
污泥消化時(shí)獲得的沼氣中含有25%~35%的CO2氣體,如經(jīng)水洗,可部分溶入水中,再用以中和堿性廢水,也能獲得一定效果。
9.如何用生石灰配制石灰乳液?
生石灰與水發(fā)生反應(yīng)生成熟石灰的過程,稱為石灰的熟化,又稱消解或消化。其反應(yīng)式如下:
生石灰消解為石灰乳液多用滾筒式石灰消解機(jī)來消化。生石灰通過皮帶傳送進(jìn)入消解機(jī),根據(jù)石灰質(zhì)量以及消解機(jī)功率,通過加入適量的進(jìn)水,來調(diào)節(jié)堿液濃度。石灰與水的配比為1∶4的比率,根據(jù)石灰的CaO含量可適當(dāng)調(diào)節(jié)水量,保證石灰乳液濃度在2000mmol/L以上。
10.含硫酸性廢水堿中和過程中為何出現(xiàn)結(jié)垢問題?如何防治?
在含硫酸性廢水堿中和處理過程中,最棘手的問題是硫酸鈣結(jié)垢。管道結(jié)垢后使管道縮徑、排量減小及管道堵塞。硫酸鈣垢是黃白色堅(jiān)硬致密的固體,;煸谔妓猁}垢中。其反應(yīng)式如下:
國內(nèi)外總結(jié)出很多行之有效的除垢方法,一般有物理法和化學(xué)法。對于形成周期短、質(zhì)地較疏松的垢層,最便捷的去除方法是高壓水沖洗,而對于致密、堅(jiān)硬的垢層,可采用機(jī)械破碎方式去除,若物理方法難去除,則可考慮化學(xué)方法來去除;瘜W(xué)除垢法常用的有燒堿處理法、堿煮-酸洗法和加絡(luò)合劑法等。
11.如何進(jìn)行酸性廢水投藥中和?
酸性廢水中和劑有生石灰(CaO)、碳酸鈣(CaCO3)、碳酸鈉(Na2CO3)、苛性鈉(NaOH),也可以利用化工廠排出的電石渣,因地制宜地用來中和酸性廢水。
石灰是最常用的中和劑。采用石灰可以中和任何濃度的酸性廢水,且Ca(OH)2對廢水的雜質(zhì)具有凝聚作用,有利于廢水處理。石灰投加方法一般采用干投法和濕投法。
干投法是根據(jù)廢水的含酸量將石灰直接投入廢水中去,為了保證石灰能均勻地投入池中,一般裝設(shè)石灰振蕩設(shè)備,沉淀后進(jìn)入沉淀池將沉渣和雜質(zhì)沉淀分離。干投法設(shè)備簡單,但反應(yīng)不徹底,反應(yīng)較慢,并且投加量較大,為理論值的1.4~1.5倍,石灰還需經(jīng)破碎、篩分,因而勞動(dòng)強(qiáng)度大,環(huán)境條件差。
濕投法是首先將生灰石在消解機(jī)內(nèi)進(jìn)行消解,制成濃度為10%~20%、堿度大于2000mmol/L的堿液,用泵打入堿液貯池內(nèi)貯存。當(dāng)生產(chǎn)需要時(shí),用泵將堿液打入反應(yīng)池內(nèi)。濕投法與干投法相比設(shè)備多,但濕投法中和時(shí)反應(yīng)迅速、徹底,投加量較少,僅為理論值的1.05~1.10倍。
12.進(jìn)入生化處理前為什么要先進(jìn)行廢水預(yù)處理?
廢水在生化處理前的處理過程一般稱為廢水預(yù)處理,所采用的處理單元組合稱為預(yù)處理工藝。廢水生化處理費(fèi)用低、控制簡單、運(yùn)行穩(wěn)定,一般工業(yè)廢水處理都采用生化法處理。然而,工業(yè)廢水成分復(fù)雜,水中多含有某些對微生物有抑制、毒害作用的有機(jī)物質(zhì),因此,廢水在進(jìn)入生化處理前必須進(jìn)行必要的預(yù)處理過程。
13.廢水預(yù)處理的目的與任務(wù)有哪些?
預(yù)處理的目的是:將廢水中對微生物有抑制、毒害作用的有機(jī)物質(zhì)盡可能地削減、去除,保證生化處理微生物正常、有效、良好地發(fā)揮功能;同時(shí),預(yù)沉、混凝、澄清、過濾、軟化、消毒等預(yù)處理過程能削減一定量的COD負(fù)荷,減輕生化運(yùn)行負(fù)擔(dān),提升運(yùn)行效果。
預(yù)處理的任務(wù)是:去除廢水中的懸浮物、膠體物和部分有機(jī)物;降低生物物質(zhì),如浮游生物、藻類和細(xì)菌;去除重金屬,如鐵、錳等。
14.廢水中污染物有哪幾種存在形式?
廢水中污染物存在形式有懸浮態(tài)、膠體態(tài)、溶解態(tài)。
15.什么是重力分離?
重力分離法是依靠廢水中懸浮物與廢水密度不同這一特點(diǎn),去除廢水中懸浮物質(zhì)的一種方法。當(dāng)懸浮物的密度大于廢水密度時(shí),在重力作用下,懸浮物下沉形成沉淀物。當(dāng)懸浮物的密度小于廢水密度時(shí),懸浮物上升到水面,通過收集沉淀物與上浮物,可使廢水凈化。重力沉淀法可以去除廢水中的砂粒、化學(xué)沉淀物、化學(xué)混凝處理所形成的化學(xué)絮凝體和生物處理形成的生物污泥,也可以用于污泥濃縮。重力上浮法主要用于去除廢水中的油分及密度小于廢水的成分(如苯等)。重力沉淀與重力上浮的基本原理和特性是相同的。
16.什么是沉淀?
沉淀是水中的固體物質(zhì)(主要是可沉淀固體)在重力作用下下沉,從而與水分離的一種過程。
17.沉淀有哪些類型?
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根據(jù)廢水中可沉淀物質(zhì)的性質(zhì)、凝聚性能的強(qiáng)弱及其濃度的高低,沉淀可分為四種類型。
(1)第一類——自由沉淀廢水中的懸浮固體濃度不大,顆粒之間不具有凝聚性能,在沉淀過程中,固體顆粒不改變形狀和尺寸,顆粒間也不互相黏合,各自進(jìn)行獨(dú)立的沉降,這時(shí)認(rèn)為是一種自由沉降過程。顆粒在沉砂池和初次沉淀池內(nèi)的初期沉淀即屬于此類。
(2)第二類——絮凝沉淀廢水中的懸浮固體濃度也不大,但顆粒之間具有凝聚的性能,在沉淀過程中,顆;ハ囵ず,結(jié)合成較大的絮凝體,改變顆粒的大小和形狀,從而改變了原有的沉淀速度,這種沉淀過程稱為絮凝沉淀,初次沉淀池的后期沉淀及二次沉淀池的初期沉淀就屬于這種類型。
(3)第三類——集團(tuán)沉淀(也稱成層沉淀)廢水中懸浮顆粒的濃度相當(dāng)高,每個(gè)顆粒在沉降過程中都有所減小,原來沉淀速度較大的顆粒下沉?xí)r再也趕不上沉淀速度小的顆粒,在聚合力的作用下,顆粒群結(jié)合成為一個(gè)整體,各自保持相對不變的位置,共同下沉。液體與顆粒群之間,形成清晰界面。沉淀的過程,實(shí)質(zhì)上就是這個(gè)界面的下降過程;钚晕勰嘣诙纬恋沓氐暮笃诔恋砭蛯儆谶@種類型。
(4)第四類——壓縮沉淀當(dāng)懸浮物濃度很高,顆粒之間距離很小時(shí),顆;ハ嘟佑|,互相支承,在上層顆粒的重力作用下,下層顆粒間隙中的液體被擠出界面,固體顆粒群被濃縮壓密;钚晕勰嘣诙纬恋沓匚勰喽分泻驮跐饪s池的濃縮即屬于這一過程。
在二次沉淀池中的活性污泥能夠依次地經(jīng)歷上述四種類型的沉淀,如圖2-2所示;钚晕勰嗟淖杂沙恋磉^程是比較短促的,很快就過渡到絮凝沉淀階段,而在沉淀池內(nèi)的大部分時(shí)間都屬于集團(tuán)沉淀和壓縮沉淀。
從B點(diǎn)開始即為泥水界面的沉淀曲線。
18.什么是沉淀池?
沉淀池是廢水處理最基本的構(gòu)筑物。廢水中的懸浮物質(zhì),在沉淀池內(nèi)通過重力沉淀過程實(shí)現(xiàn)與廢水分離,從而廢水得到凈化。
19.沉淀池如何分類?
沉淀池按工作情況可分為間歇式和連續(xù)式兩種。間歇式沉淀池的工作情況是,在水注滿池后,讓水在池中靜止一段時(shí)間,使水中懸浮物質(zhì)下沉,以后將水完全排空,并清除沉淀下來的污泥,然后,再重新進(jìn)水。這種沉淀池在城市生活污水處理中很少采用,在化工廢水處理中,適用于間歇式沉淀池產(chǎn)生的少量廢水。連續(xù)式沉淀池適用于水量較大的廢水處理。
按沉淀池安設(shè)位置來劃分,沉淀池用于生化處理構(gòu)筑物之前,稱為初次沉淀池,也稱一次沉淀池;用于生化處理構(gòu)筑物之后,則稱為二次沉淀池。
按水流方向,沉淀池可分為平流式、輻流式和豎流式三種。
20.沉淀池可在哪些方面進(jìn)行改進(jìn)?
初沉池是使用最廣泛的一種處理構(gòu)筑物,在二級(jí)生化處理中,生化處理效果的好壞,在一定程度上取決于初沉池的工作情況。
普通的初沉池存在兩個(gè)缺點(diǎn):其一是沉淀效率低,一般只有40%~60%;其二是池體龐大,占地面積較大。
為了提高沉淀池的分離效果和處理能力,就必須采取以下措施:一是從原水水質(zhì)方面著手,采取措施,改變廢水中懸浮物質(zhì)的狀態(tài),使其易于與水分離沉淀,通常是進(jìn)行預(yù)曝氣;二是從沉淀池的結(jié)構(gòu)方面著手,創(chuàng)造更宜于顆粒沉淀分離的邊界條件,通常采取對普通沉淀池進(jìn)行改進(jìn)的各種新型沉淀池。如采用撇水式沉淀池、向心輻流式沉淀池、斜流式沉淀池等。
21.平流式沉淀池的構(gòu)造及工作特征是什么?
平流式沉淀池的平面呈長方形,廢水從池的一端流入,從另一端流出。沉淀池的長多為30~50m,寬一般為5~10m,長寬比不小于4,有效水深不大于3.0m,一般為2.5~3.0m。常見的平流式沉淀池如圖2-3所示。
平流式沉淀池的工作特征是:廢水在池內(nèi)呈水平方向流動(dòng),流速保持不變,粒徑和密度較大的顆粒首先在沉淀池前部沉降。因此,沉淀池的前部污泥較多,后部較少。
平流式沉淀池的缺點(diǎn)是:排泥困難,占地面積大。優(yōu)點(diǎn)是:建造容易,廢水容量大,沉淀效果好,工作穩(wěn)定,宜用于大、中型廢水處理廠。
22.豎流式沉淀池的構(gòu)造及工作特征是什么?
豎流式沉淀池的表面多呈圓形,也有方形或多角形的。直徑或邊長一般在8m以下,多介于4~7m之間,池徑與池深比一般不超過3。沉淀池上部呈圓柱狀部分為沉淀區(qū),下部呈截頭圓錐狀部分為污泥區(qū),兩區(qū)之間有0.3m的緩沖層(圖2-4)。
廢水從中心管流入,由下部流出,由于反射板的阻攔向四周分布,然后沿池子的整個(gè)斷面緩慢上升,澄清后的廢水由池四周溢出。流出區(qū)設(shè)于池周,采用自由堰或三角堰。
貯泥斗傾角為50°~60°,污泥靠靜水壓力由排泥管排出,靜水壓力為1.5~2.0m水頭。為了防止漂浮物外溢,在出口附近設(shè)置擋板,擋板伸入水中深度為0.25~0.3m,伸出水面高度為0.1~0.2m。
豎流式沉淀池的工作特征是:廢水以速度v向上流動(dòng),懸浮顆粒也以同樣速度上升,在重力作用下,顆粒又以u(píng)的速度下沉。顆粒的沉速為其本身沉速與水流上升速度之和。u>v的顆粒能夠沉于池底而被去除,u=v的顆粒滯留在池內(nèi)呈懸浮狀態(tài),而u