污水处理工艺与设备丛书--污水化学处理技术与设备电子书

前言

第1章 绪论

1.1 污水的来源与分类

1.1.1 污水的来源

1.1.2 污水的分类

1.1.2.1 工业污水

1.1.2.2 城市污水

1.1.2.3 农村污水

1.2 污水的水质及危害

1.2.1 污水的水质

表1-1 几种工业行业污水的主要污染物和水质特点

续表

表1-2 典型的城市污水的水质（单位：mg/L）

1.2.2 污水的危害

1.3 污水处理政策解读

1.3.1 排放达标期

1.3.2 水回用期

表1-3 2016～2019年中国水处理行业相关政策一览表

续表

1.3.3 全组分利用期

表1-4 2020年后出台的中国污水处理行业相关政策一览表

续表

1.3.4 资源化利用的方式

1.4 污水处理的方式与方法

1.4.1 污水处理的原则

1.4.2 污水处理的方式

1.4.3 污水的处理方法

1.5 污水化学处理技术与设备

1.5.1 化学处理技术的适用条件

1.5.2 化学处理技术的分类

表1-5 污水化学处理技术的分类及特征比较

续表

第2章 中和技术与设备

2.1 技术原理

2.2 工艺过程

2.2.1 酸性污水的中和

表2-1 中和1kg酸所需的碱性物质的量

图2-1 药剂中和处理工艺流程

表2-2 酸性中和剂的比耗量αs

表2-3 碱性中和剂的比耗量αs

图2-2 酸性污水的湿法投药中和流程

表2-4 各种中和产物20℃时在水中的溶解度

2.2.2 碱性污水的中和

2.3 过程设备

2.3.1 加药设备

图2-3 各种形式加药机的分类

2.3.1.1 药剂投加方法

表2-5 干式与湿式投药方法的比较

表2-6 湿法投配药剂溶液的调配方法及适用条件

表2-7 各种投药方法的比较

2.3.1.2 干法加药设备

图2-4 干式容量式投配设备

图2-5 重力式干式连续投配设备

2.3.1.3 湿式加药设备

图2-6 孔口计量设备

图2-7 苗嘴和孔板

图2-8 三角堰计量设备

图2-9 泵前重力投加设备

图2-10 罐式投加设备

图2-11 水射器投加方式

图2-12 水射器结构图

图2-13 计量泵投加方式

图2-14 虹吸式定量投加设备

图2-15 石灰消化投加设备

2.3.2 中和设备

图2-16 普通中和滤池

图2-17 升流式膨胀中和滤池

图2-18 升流式变速膨胀中和滤池

表2-8 某厂升流式膨胀中和滤池设计参数

图2-19 滚筒式中和滤池

2.3.3 碱性污水中和设备

图2-20 利用烟道气中和碱性污水的喷淋塔

第3章 离子交换技术与设备

3.1 技术原理

3.1.1 交换反应平衡

图3-1 等价离子交换理论等温平衡线

3.1.2 交换反应速率

3.1.3 交换反应特性

表3-1 H型强酸性阳离子交换树脂的选择性系数

3.1.4 软化除盐原理

图3-2 RNa软化处理的离子组合图

图3-3 离子交换除盐处理的离子组合图

3.2 工艺过程

3.2.1 软化工艺

3.2.2 软化除碱工艺

图3-4 RH-RNa并联软化除碱系统流程示意图

图3-5 RH-RNa串联软化除碱系统流程示意图

3.2.3 除盐工艺

表3-2 常用的固定床离子交换除盐系统

图3-6 高纯水制备工艺流程

3.2.4 污水处理流程

3.2.4.1 回收金属离子

图3-7 离子交换法污水除铬的流程

图3-8 再生液回收铬酸的流程

图3-9 NT型含铜污水离子交换设备及安装图

3.2.4.2 污水处理

3.3 过程设备

3.3.1 离子交换器

3.3.1.1 设备分类

图3-10 离子交换器的分类

图3-11 逆流再生固定床离子交换器的结构

图3-12 上布水装置的常用形式

图3-13 常用中排水装置形式

图3-14 下排水装置

表3-3 石英砂垫层的级配与层高

图3-15 顺流再生固定床离子交换器的结构示意图

图3-16 再生液分布装置

图3-17 希金斯离子交换设备

图3-18 几种不同方式的连续床离子交换系统

图3-19 混合床离子交换器的结构

图3-20 单室浮动床阴、阳离子交换器

图3-21 双层双室浮动床阴、阳离子交换器

图3-22 回程式离子交换器的构造

图3-23 有机玻璃离子交换柱的结构示意图

3.3.1.2 工作过程

图3-24 离子交换柱工作过程

图3-25 固定床顺流再生示意图

图3-26 再生液用量与再生效率、含铬浓度的关系

表3-4 逆流再生操作方法的比较

图3-27 逆流再生操作步骤

图3-28 混合床再生步骤示意

图3-29 一级复床的出水水质

图3-30 三塔式移动床

3.3.2 再生系统

图3-31 离子交换除盐的酸、碱液再生系统布置实例

3.3.3 除二氧化碳器

图3-32 鼓风式除碳器的结构

3.3.4 离子交换装置的设计

第4章 化学沉淀技术与设备

4.1 技术原理

4.1.1 沉淀反应

表4-1 水中某些难溶化合物的溶度积常数（25℃）

4.1.2 影响因素

4.2 工艺过程

4.2.1 过程分类

4.2.1.1 氢氧化物沉淀法

图4-1 金属氢氧化物的溶解度对数图

图4-2 氢氧化锌溶解平衡区域图

图4-3 铜、锌、铅、镉的氢氧化物的溶解平衡图

表4-2 金属氢氧化物沉淀析出的最佳pH值范围

4.2.1.2 硫化物沉淀法

图4-4 金属硫化物溶解度和pH值的关系

4.2.1.3 碳酸盐沉淀法

4.2.1.4 铁氧体沉淀法

图4-5 铁氧体沉淀法处理含铬污水

4.2.1.5 钡盐沉淀法

图4-6 钡盐沉淀法除铬工艺流程示意图

4.2.1.6 卤化物沉淀法

4.2.1.7 磷酸盐沉淀法

4.2.1.8 有机试剂沉淀法

4.2.2 工艺流程

4.3 过程设备

4.3.1 加药设备

4.3.2 混合设备

表4-3 几种混合设备的比较

4.3.2.1 机械搅拌混合

图4-7 机械搅拌混合

4.3.2.2 水力混合

图4-8 管道静态混合器

图4-9 分流隔板混合槽

图4-10 隔板混合池

图4-11 跌水混合池

图4-12 水跃式混合池

图4-13 涡流式混合池

图4-14 穿孔混合池

图4-15 廊道式隔板混合池

4.3.2.3 水泵混合

图4-16 水泵混合的加药位置

4.3.3 反应设备

表4-4 几种反应设备的比较

4.3.3.1 水力隔板反应池

图4-17 水力隔板反应池

4.3.3.2 涡流式反应池

图4-18 涡流式反应池

4.3.3.3 机械搅拌反应池

图4-19 机械搅拌反应池

4.3.3.4 折板反应池

图4-20 折板反应池的折板布置

4.3.3.5 多级旋流反应池

图4-21 多级旋流反应池

4.3.4 沉淀设备

4.3.4.1 平流式沉淀池

图4-22 设刮泥车的平流式沉淀池

图4-23 沉淀池进水方式

图4-24 沉淀池出水堰的形式

图4-25 沉淀池集水槽形式

图4-26 沉淀池泥斗排泥

图4-27 设链带刮泥机的平流式沉淀池

图4-28 多口虹吸式吸泥机

表4-5 城市给水和城市污水沉淀池设计数据

表4-6 沉淀池的有效水深H、沉淀时间t与表面负荷q的关系

4.3.4.2 竖流式沉淀池

图4-29 圆形竖流式沉淀池

图4-30 竖流式沉淀池中心管出水口

4.3.4.3 辐流式沉淀池

图4-31 辐流式沉淀池

图4-32 辐流式沉淀池中颗粒沉降轨迹

4.3.4.4 斜板（管）式沉淀池

图4-33 沉淀池分层后长度的缩小

图4-34 塑料片正六角形斜管黏合示意图

图4-35 三种类型的斜板（管）沉淀池

图4-36 同向流斜板（管）沉淀装置

图4-37 颗粒在异向流斜板间的沉降

图4-38 颗粒在同向流斜板（管）间的沉降

图4-39 横向流斜板沉淀池的沉淀过程

4.3.5 清泥设备

4.3.5.1 刮泥机

4.3.5.2 吸泥机

第5章 常温氧化技术与设备

5.1 空气氧化技术及设备

5.1.1 技术原理

5.1.1.1 地下水空气氧化除铁

5.1.1.2 地下水空气氧化除锰

5.1.1.3 空气氧化除硫

5.1.2 工艺过程

5.1.2.1 地下水除铁除锰工艺流程

图5-1 空气氧化除铁除锰的工艺流程

图5-2 空气氧化脱硫的工艺流程

5.1.2.2 空气氧化脱硫工艺流程

5.1.3 过程设备

5.1.3.1 地下水除铁除锰设备

5.1.3.2 空气氧化除硫设备

图5-3 空心式鼓泡塔

图5-4 具有热交换单元的鼓泡塔

图5-5 多段式气液鼓泡塔

图5-6 气含量关联图

5.2 臭氧氧化技术与设备

5.2.1 技术原理

5.2.1.1 分子臭氧直接进攻化合物的反应

5.2.1.2 臭氧分解形成的自由基与化合物的反应

5.2.2 工艺过程

5.2.2.1 臭氧制备工艺过程

图5-7 臭氧发生闭路系统

5.2.2.2 臭氧氧化工艺过程

图5-8 臭氧氧化法处理含氰污水工艺流程

5.2.2.3 臭氧-过氧化氢组合工艺

5.2.3 过程设备

5.2.3.1 臭氧发生器

图5-9 多管卧式臭氧发生器的结构

图5-10 臭氧发生装置工艺组合示意图

5.2.3.2 臭氧氧化反应器

图5-11 鼓泡塔式臭氧接触氧化反应器

图5-12 塔板式反应器

图5-13 填料塔式反应器

图5-14 固定混合器

图5-15 蜗轮注入器

图5-16 喷射式臭氧接触反应器

图5-17 多孔扩散式反应器

5.2.3.3 臭氧接触反应器设计

图5-18 动态臭氧氧化试验装置

表5-1 接触反应装置的主要设计参考参数

5.3 过氧化氢氧化技术与设备

5.3.1 技术原理

5.3.2 工艺过程

图5-19 过氧化氢法处理酸化含氰尾液的工艺流程

5.3.3 过程设备

图5-20 低温双氧水催化氧化反应器

5.4 Fenton氧化技术与设备

5.4.1 技术原理

5.4.2 工艺过程

5.4.3 过程设备

图5-21 芬顿氧化塔结构示意图

图5-22 芬顿氧化流化床反应器

5.5 氯氧化技术与设备

表5-2 纯含氯化合物的有效氯

5.5.1 液氯氧化技术与设备

5.5.1.1 技术原理

表5-3 不同温度下次氯酸的离解平衡常数

图5-23 不同pH值和温度时水中HClO和ClO-的比例

5.5.1.2 工艺过程

图5-24 采用液氯氧化的工艺过程

5.5.1.3 过程设备

图5-25 ZJ型转子加氯机

图5-26 REGAL210型加氯机的外形与安装尺寸

图5-27 REGAL2100型加氯机的外形与安装尺寸

图5-28 J型加氯机的外形与安装尺寸

图5-29 JK型加氯机的构造

图5-30 半吨氯瓶安装方式

图5-31 JK型加氯机进行多点加氯时的安装方式

图5-32 MJL型加氯机的外形及安装

图5-33 转子真空加氯机的外形

图5-34 74型全玻璃加氯机的工作流程

5.5.2 化合氯氧化技术与设备

5.5.2.1 技术原理

5.5.2.2 工艺过程

图5-35 次氯酸钠净化处理污水工艺流程

图5-36 一级氧化连续处理含氰污水的工艺流程

图5-37 二级氧化连续处理含氰污水的工艺流程

5.5.2.3 过程设备

图5-38 CLF型次氯酸钠发生器示意图

图5-39 GXQ型次氯酸钠发生器工艺组成

图5-40 SMC-Ⅱ型管状内冷次氯酸钠发生器的工艺组成

图5-41 WL型次氯酸钠发生器

5.5.3 二氧化氯氧化技术与设备

5.5.3.1 技术原理

5.5.3.2 工艺过程

5.5.3.3 过程设备

图5-42 KW型二氧化氯发生器工作原理

图5-43 HTSC-Y型二氧化氯发生器的构造与外形尺寸

图5-44 H型二氧化氯发生器构造及外形图

图5-45 华特908型二氧化氯发生器的构造及外形尺寸

第6章 高温氧化技术与设备

6.1 焚烧技术与设备

6.1.1 技术原理

6.1.2 工艺过程

6.1.2.1 工艺流程

图6-1 有机污水焚烧处理工艺流程

6.1.2.2 污水热值估算

6.1.2.3 理论空气量

6.1.2.4 焚烧所需的热量

6.1.2.5 理论烟气量

6.1.2.6 理论烟气焓

6.1.3 过程设备

6.1.3.1 液体喷射焚烧炉

图6-2 焚烧炉简易结构示意图

图6-3 典型的卧式液体喷射焚烧炉炉膛

图6-4 典型的立式液体喷射焚烧炉

6.1.3.2 回转窑焚烧炉

图6-5 典型的回转窑焚烧炉炉膛/燃烬室系统

6.1.3.3 流化床焚烧炉

图6-6 鼓泡流化床焚烧炉

图6-7 循环流化床焚烧炉

6.1.3.4 各焚烧炉的比较

表6-1 各种焚烧炉的比较

6.2 湿式空气氧化技术与设备

6.2.1 技术原理

6.2.1.1 氧化机理

6.2.1.2 反应动力学

6.2.1.3 影响因素

图6-8 不同温度下的湿式氧化效果

图6-9 每千克干燥空气的饱和水蒸气量与温度、压力的关系

6.2.2 工艺过程

图6-10 湿式氧化的Zimpro工艺流程

图6-11 湿式氧化的Wetox工艺流程

图6-12 湿式氧化的Vertech工艺流程

图6-13 湿式氧化的Kenox工艺流程

图6-14 湿式氧化的Oxyjet工艺流程

图6-15 湿式氧化工艺流程

6.2.3 过程设备

6.3 超临界水氧化技术与设备

6.3.1 技术原理

图6-16 水的存在状态

6.3.1.1 过程特点

6.3.1.2 反应动力学

表6-2 难降解有机物的超临界水氧化反应动力学参数

6.3.1.3 反应路径和机理

6.3.2 工艺过程

6.3.2.1 需氧量及反应热

6.3.2.2 反应热

6.3.2.3 工艺流程

图6-17 超临界水氧化工艺流程

图6-18 连续式超临界水氧化的工艺流程

图6-19 日处理24t污水的SCWO工业装置

图6-20 Modar公司污水处理SCWO装置工艺

图6-21 连续式超临界水氧化处理污水的工艺流程

图6-22 工业中试规模和实验室规模超临界水氧化处理污水的工艺流程

图6-23 SCWO法处理制浆造纸厂污泥的SCWO工业装置

图6-24 Modec公司的SCWO工业装置流程框图

6.3.2.4 多联产能源系统流程

图6-25 超临界水氧化与热量回收系统耦合的工艺流程图

图6-26 超临界水氧化与热量回收系统和多效蒸发过程耦合的工艺流程

图6-27 超临界水氧化过程与热量回收系统和透平系统耦合的工艺流程

图6-28 超临界水氧化过程与热量回收系统及透平系统和蒸发过程耦合的工艺流程图

6.3.3 过程设备

6.3.3.1 反应器形式

图6-29 三区式反应器结构

图6-30 压力平衡和双区SCWO反应器

图6-31 深井SCWO/WAO反应装置

图6-32 固气分离式反应器

图6-33 与固体接收器联用的SCWO装置

图6-34 多级温差反应器

图6-35 波纹管式反应器

图6-36 内置喷嘴结构

图6-37 容器型超临界水氧化反应器

图6-38 盘管式超临界水氧化反应器

图6-39 射流式超临界水氧化反应器

6.3.3.2 反应器设计

第7章 场氧化技术与设备

7.1 电化学氧化技术与设备

7.1.1 技术原理

7.1.2 工艺过程

7.1.2.1 污染组分的去除

7.1.2.2 重金属离子的去除

7.1.2.3 氨氮的去除

7.1.2.4 氰的去除

图7-1 连续式电解处理流程

7.1.3 过程设备

7.1.3.1 二维反应器

图7-2 平板式电化学反应器结构图

图7-3 圆筒式电化学反应器

图7-4 紧凑式旋转圆盘电极反应器结构示意图

图7-5 连续去除和生产粉末金属流程示意图

7.1.3.2 三维反应器

图7-6 一种应用三维电极的三维反应器示意图

7.1.3.3 电解槽

图7-7 电解槽形式

图7-8 单电极回流式电解槽

图7-9 翻腾式电解槽

图7-10 电解槽极板电路

7.2 光化学氧化技术与设备

7.2.1 技术原理

图7-11 半导体光催化氧化有机物示意图

7.2.2 工艺过程

7.2.2.1 UV/O3氧化反应

图7-12 UV+O3的氧化效果

图7-13 UV/O3工艺流程

7.2.2.2 UV/H2O2氧化反应

表7-1 氧化剂和UV辐射对水生腐殖质的去除率/%

图7-14 UV/H2O2工艺系统流程

7.2.2.3 UV/H2O2/O3氧化反应

图7-15 UV/H2O2/O3工艺系统示意图

7.2.2.4 UV/US氧化反应

7.2.3 过程设备

图7-16 具有抛物面形发射器的矩形光化学反应器

图7-17 辐射网式光化学反应器截面图

图7-18 环形降膜光化学反应器

图7-19 环形内管式UV装置

图7-20 同轴外管式UV装置

7.3 光催化氧化技术与设备

7.3.1 技术原理

7.3.1.1 均相光催化氧化

7.3.1.2 非均相光催化氧化

7.3.2 工艺过程

7.3.3 过程设备

7.3.3.1 反应器的类别

7.3.3.2 固定床光催化反应器

图7-21 非聚焦式平板型光催化反应器

图7-22 浅池式光催化反应器结构示意图

图7-23 环形固定膜光催化反应器示意图

图7-24 旋转式光催化反应器示意图

图7-25 降流式固定膜光催化反应器

图7-26 管式光催化反应器

图7-27 采用太阳光光源的光催化反应系统示意图（a）和其中的管式反应器结构图（b）

图7-28 采用人工光源的管式光催化反应系统示意图

图7-29 Matrix系统每片（Wafer）结构图

图7-30 光导纤维式光催化反应器

图7-31 多重石英管式光催化反应器

7.3.3.3 流化床光催化反应器

图7-32 用于光催化氧化反应的液固相流化床反应器的结构

图7-33 三相流化床光催化反应系统示意图

图7-34 典型三相循环流化床示意图

图7-35 三相内循环流化床光催化反应器示意图

7.4 光电催化氧化技术与设备

7.4.1 技术原理

7.4.2 工艺过程

7.4.2.1 染料污水的降解

7.4.2.2 苯酚苯胺类污水的降解

7.4.2.3 农药类污水的降解

7.4.2.4 表面活性剂污水的降解

7.4.2.5 有机酸污水的降解

7.4.2.6 电镀液中有机污染物的降解

7.4.3 过程设备

图7-36 光电催化氧化反应器

图7-37 光电催化降解反应装置

图7-38 利用TiO2-活性炭催化复合膜的光电催化反应系统

7.5 超声氧化技术与设备

7.5.1 技术原理

7.5.2 工艺过程

7.5.3 过程设备

7.6 辐射氧化技术与设备

7.6.1 技术原理

7.6.1.1 辐射处理污水的影响因素

7.6.1.2 辐射处理污水的安全性

7.6.2 工艺过程

7.6.2.1 去除卤代芳香化合物

图7-39 1，2，4-三氯苯的含量与辐射剂量的关系

图7-40 1，2，3，5-四氯苯的含量与辐射剂量的关系

图7-41 1，2，3，4-四氯苯的含量与辐射剂量的关系

图7-42 1，2，4，5-四氯苯的含量与辐射剂量的关系

图7-43 六氯苯的含量与辐射剂量的关系

图7-44 联苯的含量与辐射剂量的关系

图7-45 2-氯联苯的含量与辐射剂量的关系

图7-46 3-氯联苯的含量与辐射剂量的关系

图7-47 4-氯联苯的含量与辐射剂量的关系

图7-48 4-溴联苯的含量与辐射剂量的关系

图7-49 4，4-二溴联苯的含量与辐射剂量的关系

图7-50 4，4-二氯联苯的含量与辐射剂量的关系

图7-51 多氯联苯的含量与辐射剂量的关系

图7-52 联苯、2-氯联苯和4-氯联苯的混合物中各组分的含量与辐射剂量的关系

图7-53

图7-53 1-羟乙基萘的产生机理

图7-54 不同剂量下γ辐射前后PCP水溶液的UV光谱

图7-55 五氯苯酚的消耗及氯化物释放的依赖关系

7.6.2.2 污水灭活

7.6.2.3 除臭

7.6.2.4 去除重金属离子

7.6.2.5 辐射与其他技术的联用强化

7.6.3 过程设备

图7-56 供照射污水或污泥用的高能电子束装置简图

7.7 微波处理技术与设备

7.7.1 技术原理

7.7.2 工艺过程

图7-57 微波辅助无极紫外灯光反应装置示意图

7.7.3 过程设备

图7-58 放大试验装置示意图

第8章 还原技术与设备

8.1 化学还原技术与设备

8.1.1 技术原理

8.1.2 工艺过程

8.1.2.1 还原法除铬

8.1.2.2 还原法除汞

图8-1 硼氢化钠处理含汞污水

8.1.2.3 还原法除铜

图8-2 还原法处理电镀含铜污水的工艺流程

8.1.3 过程设备

8.2 电化学还原技术与设备

8.2.1 技术原理

8.2.2 工艺过程

8.2.3 过程设备

图8-3 HB型含铬污水电解还原法处理装置外形示意图

图8-4 GJH型含铬污水电解处理装置

图8-5 GJH型含铬污水电解处理工艺流程

8.3 光催化还原技术与设备

8.3.1 技术原理

8.3.2 工艺过程

8.3.3 过程设备

参考文献