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过滤分离法:将污水通过一带孔隙的过滤装置或介质,大于孔隙尺寸的悬浮物颗粒物质被截留在介质的表面,从而使废水得到净化。经过一定时间的使用后,过水的阻力增加,就必须采取一定的措施,如通常人工或机械或反冲洗将截留物从过滤介质上除去。
重力分离法:利用废水中悬浮物质与水的性质不同,在重力作用下实现分离的过程。当悬物物的比重大于1时,就下沉,称之为沉降或沉淀。在沉淀过程中,悬浮物颗粒形态大小不变的,称为自由沉淀;若悬浮物的颗粒形状大小不断地增大,则称为絮凝沉淀。当悬浮物的比重小于1时,就上浮,称之重力浮选。然而,对于呈乳化状态或比重接近于1时的悬浮性物质,难以自然沉降或上浮,必须依靠通入空气或进行机械搅拌,以开成大量气泡,将乳化微粒粘附而带到水面,与水进行分离,这种强制上浮又称做气浮或浮选。
离心分离法:高速旋转的物体能产生离心力,利用离心力的作用可将悬浮性物质从废水中分离出来。含有悬浮物或乳化油的废水高速旋转时,由于悬浮颗粒、乳化油等和水的质量不同,因而会受到大小不等的离心力作用。质量大的悬浮性固体颗粒,受到较大的离心力作用,被甩到了外侧;而质量小的水受到离心力作用也较小,便被留在内圈,利用不同的排出口将其分别引出,便可实现固与液分离的目的。离心分离时,由于离心力对悬浮颗粒或乳化油的作用远远超过了重力和压力的作用,因此对悬浮物颗粒或乳化油的澄清也大大的强化了。
蒸发与结晶法:蒸发是依靠加热使溶液中的溶剂(如水等)汽化,溶液得到浓缩的过程;结晶是利用过饱和溶液的不稳定原理,将废水中过剩的溶解物质以结晶形式析出,再将母液分离出来就得到了纯净的产品。在废水处理中常利用结晶的方法,回收有用物质或去除污染物达到净化的目的。
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2、化学处理法
主要是利用化学反应来分离或回收废水中的胶体物质、溶解性物质等污染物,以达到回收有用物质、降低废水中的酸碱度、去除金属离子、氧化某些有机物的目的。这种处理方法既可使污染物质与水分离,也能够改变污染物的性质,因此可以达到比简单物理处理方法更高的净化程度。常用的化学处理方法有:化学沉淀与混凝法、中和法、氧化还原法等。由于化学处理法学常需采用化学药剂或材料,故处理费用较高,运行管理的要求也较严格。通常,化学处理法还需与物理
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处理法配合起来使用。如化学法处理之前,往往需要用沉淀和过滤等手段作为前处理;在某些场合下,又需要采用沉淀、浮选和过滤等物理处理手段作为化学处理法的后处理等。 化学处理的基本原理
废水的化学处理主要应用投加化学药剂与废水中的污染物发生反应或电荷作用,以沉淀、上浮或分解为气体等使污染物达到净化。因此废水中污染物的化学结构和表面电荷差异特性与使用的药剂相差甚大。废水的化学处理基本原理如下。
中和法:废水中加入酸或碱进行中和反应,调节废水的酸碱度(PH)使其呈中性或接近中性或适宜于下步处理的PH范围。
化学混凝和沉淀法:向废水中投加某种化学药剂(常称之为混凝剂),使水中难以沉淀的胶体状悬浮颗粒或乳状污染物质失去稳定后,由于互相碰撞以及附聚或聚合,搭接而形成较大的颗粒或絮状物,从而更易于自然下沉或上浮而被除去。可除低废水的浊度、色度,除去多种高分子物质、有机物、某些重金属毒物放放射性物质等,因此在工业废水的处理中得到广泛应用。向废水中投加称之为淀淀剂的某种化学物质,使其和水中的某些溶解性污染物质产生反应,生成溶度积小的难溶天水的化合物,如将盐类等到沉淀下来,然后再分离出去,从而降低了溶解性污染物质的浓度。
氧化还原法:废水中某些有毒有害的溶解性污染物质,可在氧化还原反应过程中被氧化或还原,转化成无毒无害的新物质或转化成可从水中分离出来的气体或固体,从而达到净化处理的目的,这种方法便称为氧化还原法。 3、物理化学处理法
在工业废水的回收治理过程中,利用经常遇到的污染性物质由一相转移到另一相的过程,即传质过程来分离废水中的溶解性物质,回收其中的有用成份,以使废水得到深度治理。尤其当需要从废水中回收某种特定的物质时,或当工业废水有毒、有害,且不易被微生物降解时,采用物理化学处理方法最为相宜。常用的物理化学处理法有:吸附法、萃取法、电解法和膜分离方法等。
由于在果汁废水处理中较少用到,这些方法在此不做详细介绍。
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4、生物处理
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废水生物处理是指利用微生物的代谢作用去除废水中有机污染物的一种方法。其基本原理为在废水构筑物中,通过微生物酶的作用,将废水中的污染物分解。在好氧条件下污染物最终被分解成CO2、H2O和各种无机酸盐;在厌氧条件下污染物最终形成CH4、CO2、H2S、N2、H2和H2O以及有机酸和醇等。主要以分散的悬浮污泥如活性污泥、厌氧颗粒污泥和生物膜的形式存在。 4.1好氧生物处理
废水好氧生物处理是向装有好氧微生物的容器或构筑物中不断地供给足够量的氧的条件下,利用好氧微生物分解废水中的污染物质。一般是通过机械设备往曝气中连续不断地充入空气,亦可采用采用氧气发生设备提供纯氧,并使氧溶解于废水中,这种过程称为曝气,处理废水的构筑物称为曝气池。曝气的过程除供氧外,还起搅拌混合作用,保持活性污泥在混合液中呈悬浮状态,同时增加微生物(以活性污泥或生物膜形式存在)与基质污染物的碰撞几率,使其与废水充分接触混合。
好氧生物处理曝气方式主要有:鼓风曝气、表面加速曝气和射流曝气。由于好氧生物处理运行费用主要为电耗,所有提高曝气过程空气中氧的利用率,增加单位电耗充氧量一直是曝气设备和技术开发的重点。
好氧处理主要方法有:活性污泥法、SBR、生物接触氧化法、生物转盘、生物滤池、氧化沟、氧化塘等。好氧生物处理主要适用于COD1500mg/L以下废水的处理。
4.2厌氧生物处理
厌氧生物处理法具有节能、运转费用低、能产生沼气等特点,因而在处理高浓度有机废水中被普遍采用。厌氧处理废水是在无氧的条件下进行的,是由厌氧微生物作用的结果。厌氧微生物在生命活动过程中不需要氧,有氧还会抑制或杀死这些微生物。这类微生物主要分两大类群,即发酵细菌(产酸菌)和产甲烷菌。废水中的这些有机物在这些微生物联合作用下,通过酸性发酵阶段和产甲烷阶段,最终被转化成CH4、CO2等气体,同时使废水得到净化。
酸性发酵阶段是指微生物在分解有机物过程中产生大量的有机酸,主要是挥发性脂肪酸(VFA)和醇,使发酵环境中PH下降,呈现酸性。产甲烷阶段是指微生物在这一阶段中,分解第一阶段产生的有机酸和醇,通过无氧呼吸产生CH4、CO2、
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H2S等,使发酵环境中PH值上升,此时,水中的PH值可提高至7-8。参与第二阶段的细菌为严格厌氧菌,主要是产甲烷菌。因产甲烷细菌代谢速度很慢,故第二阶段需要较长时间。
厌氧生物处理可直接接纳COD大于2000mg/L的高浓度有机废水,而这种高浓度废水若采用好氧生物处理法必须稀释几倍甚至几十倍,致使废水中处理的运行费很高。但厌氧法处理后的出水COD和BOD5仍很高,达不到排放标准的要求,因而,欲达到国家排放标准,后续常接好氧处理工艺,果汁废水常用接触氧化法。
近年来的研究和实践表明,处理高浓度有机废水,先采用厌氧法处理,使废水中的COD和BOD5大幅度降低,然后再用好氧法进行处理,可取得比较好的效果。
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5、废水生物处理基本过程
废水生物处理过程可归纳为四个连续进行的阶段,即絮凝作用(在生物膜法中称为挂膜)、吸附作用、氧化作用和沉淀作用。下面以好氧法为例说明这四个阶段。 5.1、絮凝作用
在废水生物处理中,细菌常以絮凝体开式存在。废水进入生物反应池后,废水中的产荚膜细菌可分泌出粘液性物质,并相互粘连形成菌胶团。菌胶团又粘连在一起,絮凝成活性污泥和粘附在载体上形成生物膜。所以,活性污泥或生物膜是微生物群体(包括细菌、真菌、放线菌、原生动物等)存在的形式,并在废水生物处理中具有重大的生态学意义。 5.2、吸附作用
吸附作用是发生在微小粒子表面的一种物理化学的作用过程。微生物个体很小,并且细菌也具有胶体粒子所具有的许多特性,如细菌表面一般带有负电荷,而废水中有机物颗粒常带有正电荷,所以它们之间有很大的吸引作用。活性污泥的有面积介于2000-10000m2/m3,其表面附有的粘性物质对废水中的有机物颗粒、胶体物质有较强的吸附能力,而对溶解性有机物有吸附能力很小。对于悬浮固体和胶体含量较高的废水,吸附作用可使废水中有有机物含量减少70%-80%左右。 5.3、氧化作用
氧化作用是发生在微生物体内的一种生物化学的代谢过程。被活性污泥和生物膜吸附的大分子有机物质,在微生物胞外酶的作用下,水解为可溶性的有机小分了物质,然合透过细胞膜进入微生物细胞内。这些被吸收到细胞内的物质,作为
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微生物的营养物质,经过一系列生化反应途径,被氧化为无机物CO2和H2O等,并释放能量;与此同时,微生物利用氧化过程中产生的一些中间产物和呼吸作用释放的能量,合成细胞物质。在此过程中微生物不断繁殖,有机物也就不断地被氧化分解。 5.4、沉淀作用
废水中有机物质在活性污泥或生物膜的氧化分解作用下无机化后,处理后水往往排至自然水体中,这就要求排放前必须经过泥水分离。
活性污泥,特别是生物膜具有良好的沉降性能,使泥水分离,澄清水排走,污泥沉降至池底,这是废水生化处理必须经过的步骤,也是非常重要的步骤。若活性污泥或脱落的生物膜不能泥水分离,则这两种生物处理技术不可能实现。若泥水不经分离或分离效果不好,由于活性污泥本身是有机体,进入自然水体后将造成二次污染。
根据废水生物处理中微生物对氧的要求,可把废水生物处理分为好氧处理和厌氧处理两大类型。根据微生物存在的状态分为活性污泥法、生物膜法及自然处理技术。但不论是何种处理工艺,污染物均有三个去向:①微生物的增长和细胞物质积累;②产生代谢产物和能量;③残存物质。
废水生物处理对微生物的要求主要有:①能够代谢废水中的有机物;②能与处理后的水彻底分离(这对厌氧生物处理更为重要,因为它既是保证出水水质,又是使处理能持续下去的必要条件)。
同一种有机污染物在好氧和厌氧条件下转化的特点不同。①共同点:微生物以有机污染物作为营养物质通过合成代谢组成细胞物质,通过分解代谢产生能量和代谢产物。②不同点:转化条件不同,好氧转化在有氧的条件下进行,厌氧转化在无氧或缺氧的条件下进行;有机污染物的降解途径不同;代谢过程中的最终电子受体(受氢体)不同,好氧转化的受氢体是分子氧,厌氧转化的受氢体是代谢过程中产生的有机物(如小分子有机酸、醇)或含氧的无机物(如、CO32-);代谢的终产物不同,好氧转化的产物为最终的氧化产物(如CO2、H2O、NO2-、SO42-等),厌氧转化的产物为小分子有机物或相应的还原产物(如有机酸、醇、N2、NH3、H2S、CH4等);物质代谢的速度不同,好氧代谢速率高于厌氧代谢;细胞生长速率不同,好氧转化过程积累的细胞物质质量高于厌氧转化过程。
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