1、化工节能与减排化工节能与减排 张頔 TEL:13861039868 E-mail： 目目 录录 能量降级与热力学第二定律 轴功、各种热效应的计算 有效能衡算和有效能效率 热力学分析的基本方法 噪声污染及控制 目目 录录 热管、热泵和夹点技术 能量的合理利用 稳流体系热力学第一定律 废水处理方法、技术和流程 废固处理及利用 废气污染的预防措施及治理 废水处理方法、废水处理方法、技术和流程技术和流程 一、水体污染物的来源 定义：水污染是指水资源在使用过程中由于丧失了使用价值而被废弃排放，并以各种形式使受纳水体受到影响的现象。主要指城市居民聚集地区所产生的生活污水 电器制造废水 轻工废水 电镀工业废
2、水 冶金工业废水 采矿废水 含热废水 生活污染源生活污染源 农业污染源农业污染源 工业污染源工业污染源 农业污染源包括农业牲畜粪便、污水、污物、农药、化肥、用于灌溉的城市污水、工业污水等。把向水体排放或释放污染物的来源和场所称为水体的污染源，根据来源不同分类，可以分为三类：二、水体污染物的分类及其危害 无机无毒污染物 有机无毒污染物 无机有毒污染物 有机有毒污染物 悬浮状污染物悬浮状污染物 酸、碱、无机盐类污染物酸、碱、无机盐类污染物 氮、磷等植物营养物氮、磷等植物营养物 主要指碳水化合物、蛋白质、油脂、氨主要指碳水化合物、蛋白质、油脂、氨基酸等基酸等 非重金属的无机毒性物质：氰化物非重金属的
3、无机毒性物质：氰化物(CN(CN)、砷、砷(As)(As)重金属毒性物质重金属毒性物质 有机氯化合物有机氯化合物 ：多氯联苯：多氯联苯(PCB)(PCB)和有机氯和有机氯农药农药 多环有机化合物多环有机化合物 ：酚类：酚类 ，芳香烃类物质，芳香烃类物质 水体中的污染物大致分类如下：三、水体污染的水质指标 水体污染主要表现为水质在物理、化学、生物学等方面的变化特征。所谓水质指标就是指水中杂质具体衡量的尺度。水质指标的类型及含义如下：色色 度度 水的感官性状指标之一。当水的感官性状指标之一。当水中存在着某种物质时，可水中存在着某种物质时，可使水着色，表现出一定的颜使水着色，表现出一定的颜色，即色度
4、。规定色，即色度。规定1mg/L以以氯铂酸离子形式存在的铂所氯铂酸离子形式存在的铂所产生的颜色，称为产生的颜色，称为1度度。色度仪 浊浊 度度 表示水因含悬浮物而呈浑浊状表示水因含悬浮物而呈浑浊状态，即对光线透过时所发生阻态，即对光线透过时所发生阻碍的程度。水的浊度大小不仅碍的程度。水的浊度大小不仅与颗粒的数量和性状有关，而与颗粒的数量和性状有关，而且同光散射性有关，我国采用且同光散射性有关，我国采用1L蒸馏水中含蒸馏水中含lmg二氧化硅为二氧化硅为一个浊度单位，即一个浊度单位，即1度度。浊度仪 硬硬 度度 水的硬度是由水中的钙盐水的硬度是由水中的钙盐和镁盐形成的。硬度分为和镁盐形成的。硬度分
5、为暂时硬度暂时硬度(碳酸盐碳酸盐)和永久硬和永久硬度度(非碳酸盐非碳酸盐)，两者之和称，两者之和称为总硬度。水中的硬度以为总硬度。水中的硬度以“度”表示，“度”表示，lL水中的钙和水中的钙和镁盐的含量相当于镁盐的含量相当于lmg/L的的CaO时，叫做时，叫做l度度 。溶溶 解解 氧氧 溶解在水中的分子态氧，溶解在水中的分子态氧，叫溶解氧。叫溶解氧。20时，时，01MPa下，饱和溶解氧含量下，饱和溶解氧含量为为910-6。它来自大气和。它来自大气和水中化学、生物化学反应水中化学、生物化学反应生成的分子态氧生成的分子态氧。溶解氧测定仪 化化 学学 需需 氧氧 量量 是在一定的条件下，采用一定是在一
6、定的条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消的强氧化剂处理水样时，所消耗的耗的氧化剂氧化剂量。它是表示水中量。它是表示水中还原性物质多少的一个指标，还原性物质多少的一个指标，以以mg/L表示。目前应用最普遍表示。目前应用最普遍的是酸性的是酸性高锰酸钾高锰酸钾氧化法与重氧化法与重铬酸钾氧化法，但两种氧化剂铬酸钾氧化法，但两种氧化剂都不能氧化稳定的苯等有机化都不能氧化稳定的苯等有机化合物。它是水质污染程度的重合物。它是水质污染程度的重要指标，要指标，COD的的数值越大表的的数值越大表明水体的污染情况越严重。明水体的污染情况越严重。化学需氧量测定仪 生生 化化 需需 氧氧 量量 在好氧条件下，微生
7、物分在好氧条件下，微生物分解水中有机物质的生物化解水中有机物质的生物化学过程中所需要的氧量。学过程中所需要的氧量。目前，国内外普遍采用在目前，国内外普遍采用在20下，五昼夜的生化耗下，五昼夜的生化耗氧量作为指标，即用氧量作为指标，即用BOD5表示。单位以表示。单位以mg/L表示。表示。生化需氧量测定仪 总总 有有 机机 碳碳 水体中所含有机物的全部水体中所含有机物的全部有机碳的数量。其测定方有机碳的数量。其测定方法是将所有有机物全部氧法是将所有有机物全部氧化成化成CO2和和H2O，然后测定，然后测定所生成的所生成的CO2量量。总有机碳测定仪 总总 需需 氧氧 量量 氧化水体中总的碳、氢、氧化水
8、体中总的碳、氢、氮和硫等元素所需之氧量氮和硫等元素所需之氧量。测定全部氧化所生成的。测定全部氧化所生成的CO2、H2O、NO和和SO2等的等的总需氧量总需氧量。残渣和悬浮物残渣和悬浮物 在一定温度下，将水样蒸在一定温度下，将水样蒸干后所留物质称为残渣。干后所留物质称为残渣。它包括过滤性残渣它包括过滤性残渣(水中溶水中溶解物解物)和非过滤性物质和非过滤性物质(沉降沉降物和悬浮物物和悬浮物)两大类。悬浮两大类。悬浮物就是非过滤性残渣物就是非过滤性残渣 。电电 导导 率率 是截面是截面lcm2，高度为，高度为1cm的的水柱所具有的电导。它随水柱所具有的电导。它随水中溶解盐的增加而增大水中溶解盐的增加
9、而增大。电导率的单位为。电导率的单位为scm。电电 导导 率率 仪仪 PHPH 指水溶液中，氢离子指水溶液中，氢离子(H)浓度的负浓度的负对数，即：对数，即：pH1gH，为了，为了便于书写，如便于书写，如pH7，实际上是，实际上是，n(H+)=0.000000l=107mol/L，pH的范围从的范围从0到到14。pH等于等于7时表示时表示中性，小于中性，小于7时表示酸性时表示酸性,大于大于7时，时，则为碱性则为碱性。PH计计 四、化工废水的来源与特点 化工废水分类化工废水分类 主要来自基本有机原主要来自基本有机原料、合成材料（如合料、合成材料（如合成塑料、合成橡胶、成塑料、合成橡胶、合成纤维）
10、、农药、合成纤维）、农药、染料等行业排出的废染料等行业排出的废水水 如氯碱、感光材如氯碱、感光材料、涂料等行业料、涂料等行业 如无机盐、氮肥、如无机盐、氮肥、磷肥、硫酸、硝酸磷肥、硫酸、硝酸及纯碱等行业排出及纯碱等行业排出的废水的废水 含有机物含有机物的废水的废水 含有机、含有机、无机物的无机物的废水废水 含无机物含无机物的废水的废水 化工废水的主要来源 化工生产的原料和产品在生产、包装、运输、堆放的过程中因一部分物料流失又经雨水或用水冲刷而形成的废水 化学反应不完全而产生的废料。如残余浓度低且成分不纯的物料常常以废水的形式排放出来 化学反应中副反应过程生成的废水 冷却水，若采用冷却水与反应物
11、料直接接触的直接冷却方式，则不可避免地排出含有物料的废水 地面和设备冲洗水和雨水，因常夹带某些污染物最终形成废水 化工废水的特点化工废水的特点 废水排放量大废水排放量大 污染物种类多污染物种类多 污染物毒性大、不易生物降解污染物毒性大、不易生物降解 废水中含有有害污染物较多废水中含有有害污染物较多 化工废水的水量和水质视其原料路线、生化工废水的水量和水质视其原料路线、生产工艺方法及生产规模不同而有很大差异产工艺方法及生产规模不同而有很大差异 污染范围广污染范围广 掌握化工废水的处理技术掌握化工废水的处理技术 化工废水处理技术 五、物理法 定义：通过物理作用和机械力分离或回收废水中不溶解悬浮污染
12、物质(包括油膜和油珠)，并在处理过程中不改变其化学性质的方法称为物理处理法。1.均衡与调节 设备-调节池 长方形调节池：特点-在池内设有若干折流隔墙，使废水在池内来回折流。折流式调节池：优点-调节池容积大小可视废水的浓度、流量变化、要求的调节程度及废水处理设备的处理能力来确定，做到既经济又满足废水处理系统的要求。2.沉淀 定义：沉淀是利用废水中悬浮物密度比水大，可借助重力作用下沉的原理而达到液固分离目的的一种处理方法。分类：沉淀根据废水中悬浮物的沉淀现象可分四种类型：自由沉淀、絮凝沉淀、拥挤沉淀和压缩沉淀。设备-沉淀池 普通沉淀池 斜板斜管沉淀池 平流式平流式 竖流式竖流式 辐射式辐射式 优点
13、优点是构造简单、沉淀效果好、性能稳定。缺点缺点是排泥困难、占地面积大。竖流沉淀池竖流沉淀池3.筛除与过滤 定义：利用过滤介质截留废水中的悬浮物，也叫筛滤截留法。筛滤截留法的实质-让废水通过一层带孔眼的过滤装置或介质，尺寸大于孔眼尺寸的悬浮颗粒则被截留。过滤介质-钢条、筛网、滤布、石英砂、无烟煤、合成纤维、微孔管等。常用的过滤设备-格栅、栅网、微滤机、砂滤器、真空滤机、压滤机等(后两种滤机多用于污泥脱水)。4.隔油 定义：隔油主要用于对废水中可浮油的处理，它是利用水中油品与水密度的差异与水分离并加以清除的过程。设备-隔油池 平流式隔油池 斜流式隔油池 优点优点：构造简单，运行管理方便，除油效果稳
14、定。缺点：缺点：是体积大、占地面积大、处理能力低、排泥难，出水中仍含有乳化油和吸附在悬浮物上的油分，一般很难达到排放要求。特点：特点：该装置结构简单，占地面积小，易管理，能除去水中粒径为15m以上的油粒。5.离心分离 定义定义-废水中的悬浮物借助离心设备的高速旋转，在离心力的废水中的悬浮物借助离心设备的高速旋转，在离心力的作用下与水分离的过程叫离心分离。作用下与水分离的过程叫离心分离。原理原理-含悬浮物的废水在高速旋转时，由于悬浮颗粒和废水的含悬浮物的废水在高速旋转时，由于悬浮颗粒和废水的质量不同，所受到的离心力大小不同，质量大的被甩到外圈，质质量不同，所受到的离心力大小不同，质量大的被甩到外
15、圈，质量小的则留在内圈，通过不同的出口将它们分别引导出来，从而量小的则留在内圈，通过不同的出口将它们分别引导出来，从而使悬浮物与水分离。使悬浮物与水分离。设备 水力旋流器 高速离心机 重力式重力式 压力式压力式 优点优点-体积小，单位容积的处理能力高，构造简单，使用方便，易于安装维护。缺点缺点-水泵和设备易磨损，所以设备费用高，耗电较多。一般只用在小批量的、有特殊要求的废水处理。六、化学法 定义：化学法(或化学处理法)是利用化学作用处理废水中的溶解物质或胶体物质，可用来去除废水中的金属离子、细小的胶体有机物、无机物、植物营养素(氮、磷)、乳化油、色度、臭味、酸、碱等，对于废水的深度处理也有着重
16、要作用。氧化还原法 1 2 3 4 中和法 混凝法 电化学法 1.中和法 中和就是酸碱相互作用生成盐和水，也即pH调整或称为酸碱度调整。酸、碱废水的中和方法有：酸、碱废水互相中和:以废治废、既简便又经济；投药中和:可以处理任何浓度、任何性质的酸碱废水;过滤中和：可以进行废水的pH调整。定义：混凝法是废水处理中一种经常采用的方法，它处理的对象是废水中利用自然沉淀法难以沉淀除去的细小悬浮物及胶体微粒，可以用来降低废水的浊度和色度，去除多种高分子有机物、某些重金属和放射性物质；此外，混凝法还能改善污泥的脱水性能。-优点：设备简单，操作易于掌握，处理效果好，间歇或连续运行均可以；-缺点：运行费用高，沉渣量大，且脱水较困难；2.混凝法 混凝原理 双电层作用原理-这一原理主要考虑低分子电解质对胶体微粒产生中和作用，以引起胶体微粒凝聚。化学架桥作用原理-当废水中加入少量的高分子聚合物时，聚合物即被迅速吸附结合在胶体微粒表面上。开始时，高聚物分子链节的一端吸附在一个微粒表面上，该分子未被吸附的一端就伸展到溶液中去，这些伸展的分子链节又会被其它的微粒所吸附，于是形成一个高分子链状物同时吸附在两个以上的胶
