《化工工艺学》教案第六章三废治理Word下载.docx

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除上述三类主要的形式外，还有一类较特殊的废弃物，即成泥浆状的废弃物，它既不能

算作液体，也不能算作固体。

通常它们是松散的或呈细粒晶体状的糊，其中含有（按质量计）

20％～80％的水，不预先经过加工处理（干燥、冻结等）就较难运输。

过

滤、沉淀后的残渣，废液中和处理或特殊加工处理后产生的泥浆等。

化工废物的“毒性程度”是一个重要的概念或参数。

所谓毒性程度，指的是化学或化工废

物对生物界的影响。

首先，是指对人类的影响，其次是对动植物的影响。

根据毒性程度的大

小，化学或化工废物可以分为无害的、有毒的和剧毒的几种。

实际上，所有的化学或化工废

物几乎都是有毒的，它所产生的影响的大小取决于人所接触到的剂量或自然环境中所具有的

浓度。

此外，许多化学物质无论是在组织中还是在周围环境中，许多都有能积累的特点，从

而越来越加剧了毒性的作用。

（2）化工三废的来源。

虽然产生化工污染物的原因和污染物进入环境的途径有多种多样，但概括讲，化工污染

物的主要来源大致可分为以下两个方面。

一方面是化工生产的原料、中问体、半成品及成品。

①化学反应不完全。

未反应的原料，因回收不完全或不可回收而被排放掉，排放后会对环境造成污染。

②原料不纯。

原料有时本身纯度不够，其中含有杂质，这些杂质因不需要参加反应，在原料净化过程中或反应之后，最终也要排放掉。

③跑、冒、滴、漏。

由于生产设备、管道等封闭不严密，或者由于操作和管理的不善，物料在储存、运输以及生产过程中，往往造成泄漏，习惯称之为跑、冒、滴、漏现象。

这一现象的出现不仅要造成经济损失，而且也造成环境污染。

另一方面是化工生产过程中排放出的废弃物。

①燃料燃烧。

化工供热和化工炉在燃烧过程中，不可避免要有大量的烟气排出。

烟气

中除含有粉尘之外，还含有其它有害物质，对环境危害极大。

②冷却水。

化工生产过程中常常需要大量的冷却水。

而当采用直接冷却时，冷却水直接与被冷却的物料接触，很容易使水中含有化工原料，而成为污染物质。

在冷却水中往往要加防腐剂、杀藻剂等化学物质。

同时，大量热废水排入水域，导致水体温度上升，造成水中溶解氧的减少，降低水体自净能力，使得一些毒物如氰化物、重金属离子的毒性加剧。

热废水污染还可以加速细菌繁殖。

③副反应。

化工生产中，在进行主反应的同时，经常还伴随着一些人们所不需要的副反应。

副反应产物（副产物）虽然有的经过回收之后，可以成为有用的物质，但是往往由于副产物数量不大，而成分比较复杂，要进行回收必将会带有许多困难，经济上需要耗用一定的经费，所以往往在产物的分离过程中以高低沸物、滤饼、尾气等形式作为废料排弃，而弓l起环境污染。

④反应的转化物和添加物。

许多化工生产过程中，反应的转化物有时形成“炉渣”或“釜渣”不被利用。

有时在化工生产过程中，还需要加入一些不参加反应的物质，如各种溶剂、催化剂等，这些物质随着废弃物排放，同样也会造成环境污染。

⑤分离过程。

分离过程是化工生产中几乎必不可少的过程，不仅分离掉副产物、未反应物和杂质，有时由于分离效率的限制，原料和产品也会出现在分离的废弃物中，如精馏塔釜下脚料过滤器的残渣、旋风分离器的尾气等等。

（3）化工三废的特点。

①水污染的特点。

化工生产过程中所排放的工业废水，由于数量巨大，划‘自然水域的

污染和生物的危害都是极其严重的。

化学工业排放的废水对环境污染的特点，概括起来说，

有以下几个方面：

a．有害性。

化工废水中会有一些有害的物质，如氰、砷、汞、酚、铬、铅和水溶性有

机物等。

b．好氧性。

化工废水有时会含有醇、醛、酮、醚、酯和有机酸及环氧化合物等，进入

水源后进行化学氧化和生物氧化，需氧量很高，即化学耗氧量（COD）与生物耗氧量（BOD）都

很高，消耗水中大量的溶解氧。

c．酸、碱性。

化学生产排放的废水，有的呈酸性，有的呈碱性，而pH值又不稳定。

d．富营养性。

化工废水中有时含有过量的磷、氮等，造成水源中富营养化，使水中藻

类和微生物大量繁殖，在水面上有时会漂浮着成片的“水花”或“红潮（赤潮）”，使水中氧的溶

解量大大减少，造成废水的严重缺氧；

同时藻类死亡后，发生腐烂，也使水质恶化、发臭。

e．油覆盖层。

石油化工废水，经常含有油类物质和一些有机溶剂，它们比水轻，不溶于水，在水面上形成油覆盖层。

f．高温。

化工生产过程中，化学反应经常是在高温下进行，导致排放的废水温度也比较高，当有大量热量的废水进入水源后，引起水温升高，使水中溶解氧降低，从而破坏了水生生物的生存条件。

②大气污染的特点。

化工生产过程中排放的气体（化工废气），通常含有易燃、易爆及

有毒、有臭味、有刺激性的物质，造成大气污染。

其污染特点主要有以下几点：

a．易燃、易爆性。

化工废气中，有的含有易燃、易爆物质，若不采取适当的措施进行处理，容易引起火灾，爆炸事故。

b．有毒性、刺激性、腐蚀性。

化工生产排放出的有毒、有刺激性和腐蚀性的气体物质种类很多，如S02、N0。

、HCl、C12、H2S等。

它们直接危害人体健康，同时对生产设备及建筑物有腐蚀作用，并且对农业生产也有破坏作用。

c．含尘。

排放的气体中有时有固体粉尘，同样会造成大气污染。

不仅粉尘粒子本身是有毒有害的，即使无毒的粉尘，同样会对人体健康带来危害。

而粉尘与有毒气体的同时排放，危害性将更加严重。

此外，粉尘浓度大至某个程度，容易发生爆炸，造成重大损失。

③固体废弃物和对环境污染的特点。

固体废弃物通常又称为废渣。

所有化工生产在各个阶段排出的工业废渣，它们对环境造成的污染，主要体现在以下几点：

a．对土壤的污染。

存放废渣需要占用大量的土地，在自然界的风化作用下到处流散，尤其是有毒的废渣，既使土壤受到污染，又可导致农作物等受到污染，污染物转入农作物或水域后，会给人类带来极大危害。

b．对水域的污染。

工业废渣对水域的污染，表现在毒物可能渗入地下水或由地面雨水、风等带入水域。

c．对大气的污染。

化工废渣在堆放过程中，在温度、水分的作用下，某些有机物发生分解，产生有害气体扩散到大气中，对大气造成污染。

2．化工三废的监控

对化工三废的监控，实际上就是对排放化工三废的工业污染源进行监控。

通过对工业污染源的监控，可以有效地控制污染物的排放量，减少对环境的污染；

随时掌握污染物的性质和数量，了解污染物对环境要素和生态系统的影响程度，预测环境质量的变化趋势，并借以调整企业生产排污情况，满足环境保护的需要，同时为后续的三废治理提供科学的依据。

要对污染源进行有效监控，应将整个企业作为一个有机整体，综合考虑建立有效的综合控制管理体系，在化工设计中，要设计自动监控系统。

例如本书即将介绍的丙烯腈生产，当发现系统有故障，会自动启动废气焚烧系统。

此外，对已经实现治理的三废，也要加强监控，如同一个企业的质量保障体系一样，如监控污水处理装置，监控废气收集和焚烧装置等。

除了现场采样之外，还可以采用“生物监控”，如在有废气排放地点养鸟，在处理过的污水中养鱼等等。

二、三废治理原则

对于三废的防治，在进行工艺设计和工程设计时，要把三废治理作为重要环节，做到“三同时”，即同时设计、同时施工、同时投产。

对于已经投产的企业，如果三废不加治理时，可以指令限期治理，不然可以令其停产。

治理三废的积极的思路就是改造工艺，使其不产生无法治理或难以治理的三废；

其次是“三废”资源化，回收利用或生产出新的产品（过去称综合利用产品），万不得已则使之无害化。

这是总的原则。

1．采用先进工业技术，控制产生污染

（1）对有严重污染的原料路线、生产方法进行改革。

化工生产中采用的某些原料、催化剂以及生产过程中的中间产物，是有毒有害的，直接污染生产环境，长期危害操作人员健康。

因此，力图实现工艺改革，采用无害或低害的原料路线，并相应改变工艺生产方法。

隔膜电解法代替水银电解法，就免除了汞污染。

有些生产中由于使用大量酸、碱、溶剂、氨等，造成严重的污染。

如用次氯酸化法生产环氧乙烷，需要排放大量的石灰浆和含有机氧化物的废水；

采用乙烯直接氧化制环氧乙烷，污染显著减轻。

（2）改变造成污染的产品品种。

有些化工产品在生产和使用过程中有毒有害，污染环境，需要采用改革产品品种的措施。

农药生产在这方面的例子是显著的。

如以往使用的无机砷、有机汞农药以及六六六、滴滴涕等有机氯制剂，现在已禁止生产和使用。

（3）改变设备、改进操作。

为减少和消除污染，需要对污染环境的生产设备进行改造。

如在冷却、洗涤操作上，采

用直接接触式设备，会产生大量的废水，如改用问接冷却器进行问接冷却，可有效地减少污

染物的排放量。

’

电解食盐水工业中产生的氯气，过去用直接喷淋水冷却的方法去除氯气中的水蒸气，在

喷淋过程中水与氯气直接接触，有一部分氯气溶解于水，因而排放出来的废水中含有一定量

的氯。

现在采用钛管列管冷却器，氯气通过钛管，被管外的冷冻水进行问接冷却，使滤器中

的水蒸气直接冷凝下来，不与冷却用水接触，消除了排出水含氯的问题，同时减少了氯气的

损失。

（4）采用密闭循环工艺。

所谓密闭循环，指系统的废弃物，通过一定的治理技术，重新回到系统中加以使用，以

避免污染物排放环境的工艺。

又称为“无废工艺”或“零排放工艺”。

它既可降低原料消耗，又

减少污染物的危害。

（5）减少系统泄漏。

从控制污染观点考虑，提高设备管道的严密性、减少反应物料的泄漏也是十分重要的。

需要提高设备和管道的严密性，对泵和阀门等管件要选用密闭性能好的，如屏蔽屏、整体阀

门等；

管件连接密封，可选用优质垫圈，采用双层密封等。

为防止泄漏，在设计上应尽量减少机械连接，在材质上要选用耐腐蚀的材料，对因腐蚀

易引起泄漏的部位，要在设计上考虑便于监测和修补。

视流体性质不同，应安装自动报警或

监测泄漏的装置，以防止泄漏事故的发生。

2．控制燃料污染

燃料的燃烧是环境中主要的一种污染源。

燃烧废气中的烟尘、二氧化硫、氮氧化物和一

氧化碳污染大气，灰渣的排放也污染环境。

化工生产中需要消耗大量的燃料，在有些情况

下，燃料的耗用量不亚于工艺物料量。

因此控制燃料的污染是很重要的。

（1）发展采用洁净燃料。

在燃料供应许可的条件下，应优先选用比较洁净的燃料来代替传统的煤炭。

如采用天然

气、液化石油气或焦炉煤气等气体燃料，或煤油、燃料油等液体燃料。

它们输送方便，起燃

容易，燃烧完全，控制方便，燃烧残渣很少。

（2）消烟除尘。

燃料燃烧过程中，消烟除尘的问题极为重要。

烟尘是由于燃烧不完全造成的。

改进燃烧

装置，改善燃烧条件，增加自动化程度，就可以把黑烟消灭在燃烧过程中，或大大减少污染

物的排放量。

（3）燃料预先脱硫。

防止二氧化硫污染是与消烟除尘同等重要的问题。

大气中二氧化硫主要来自燃料的燃烧

过程，在燃烧中，油、气所含的全部硫分和煤中的大部分硫生成二氧化硫。

为减少二氧化硫

的产生，一个有效的方法是对燃料进行预先脱硫。

如对重油进行加氢脱硫或催化脱硫，对煤

气进行湿法或干法脱硫，对煤炭进行机械脱硫等。

（4）排烟脱硫、脱硝。

排烟脱硫、脱硝是采用各种方法，把由于燃料燃烧生成的二氧化硫或氮氧化物转化为液

态或固态化合物，从而将它从排出的烟气中分离出来。

排烟脱硫、脱硝的方法有湿式吸收

法、干式吸收法、吸附法、催化氧化法等。

关于这些方法，详见本章第三节的内容。

（5）改革供热方式，发展废热利用。

锅炉集中供热，控制锅炉气污染，充分节能都是有好处的。

生产中，交换出大量的热，

应加以充分回收和利用，这既是重要的节能措施，同时也是减轻污染的有效途径。

3．控制排水

废水的随意排放，一方面浪费了宝贵的水资源，另一方面废水中带有大量污染物也使环

境污染日益严重。

因此应严格控制废水的排放。

为此应在生产上尽可能采用无水工艺或少水

工艺，采用清污分离、串级使用、一水多用等措施可提高废水的循环利用率，降低单位产品

排污量。

同时加强废水处理，消除污染。

4．回收和综合利用

将化工厂排放的废弃物，加以合理的综合利用和回收，使无用的“废物”重新成为有用之

物，既可治理“三废’’防治环境污染，又可创造财富，故有人也将此工作称为“资源的二次开

发工作”。

二次资源的开发，同化工产品的开发要同样对待，回收利用而生产的副产品，不

能听之任之，同时应作为生产的产品，进行技术投资、技术改造促进技术进步，改变不管

珲“副产品”的旧习。

废水分析指标

第二节废水治理

1．废水特征及污染指标

化工生产产生的废水，具有种类繁多、成分复杂的特点，常含有不同数量的原材料、中

问产品、成品、半成品和各种副产品等。

即使对同一产品，由于生产厂的规模和使用的工艺

不同，排放的废水水质、水量也不相同；

就是在同一工厂、同一车间，不同班次排放的废水

水质也会有差异。

但是，化工废水虽然复杂，但仍可用统一的指标来检测工业废水的水质并

评估它对环境污染的程度。

这些指标通常可以分为三个方面：

（1）物理方面的污染参数，如透明度、浊度、颜色、悬浮物、温度、嗅昧、味道、蒸发

残留物、导电率等。

（2）化学方面的污染参数，如pH值、酸度、碱度、硬度、生化需氧量（BOD）、化学需

氧量（COD）、油含量、营养素含量、有害有毒物质含量等。

（3）生物方面的污染指数，如病毒数、大肠菌数、一般细菌数、鱼毒性试验、水生物分

析等。

所以，在确定废水治理方案前，必须将工厂或车间排放的废水性质、水质、水量及变化

特点杏清楚。

2．废水水质检测与分析

对于所排放的废水和受污染的水体进行水质检测与分析，难度比一般分析要大，原因在

于污染物在排出废水中的含量，尤其是在水体中的含量，一般比较低，属于微量、少量，有

的甚至属于痕量范围。

同时废水中往往含有多种化合物，它们在检测时相互干扰，产生检测

数据上的误差。

水质测试项目因不同的对象而异，而每一项测试项目又有很多种可供采用的

分析方法，需要进行选择比较。

合理选用检测分析方法和实验技术，对于检测数据的正确性和观察污染状况的及时性有着重要关系。

表6一l列出了一些常见的污染测试项目及宜于采用的常规分析方法。

表6—1水质污染常见分析项目及其化学分析方法

分析项目

分析方法

色度

悬浮物质

碱度

酸度

pH值

化学需氧量（COD）

生化需氧量（BOD）

溶解氧（DO）

油分

汞

‘铬

镉

铜

铅

砷

锌

硒

锰

铁

氟

氨氮

亚硝酸盐氮

磷酸盐

硫化物

硫酸盐

氰化物

丙烯腈

甲醛

苯胺

酚类

有机氯

有机磷

大肠菌群数

铂钴比色法，铬钴比色法

过滤重量法

指示剂滴定法，电位滴定法

指示剂滴定法

酸性高锰酸钾法，重铬酸钾法

稀释法

高锰酸钾碘量法，叠氮化钠碘量法

重量法，比浊法，荧光比色法

双硫腙比色法，氯化亚锡还原法

二苯碳酰二肼比色法，高锰酸钾容量法

双硫腙比色法，容量法

二乙基二硫代氨基甲酸银比色法，丁：

：

酮肟比色法，容量法，二乙基二硫代氨基甲酸钠一

四氯化碳萃取比色法

双硫腙法

钼蓝法，二乙基二硫代氨基甲酸银比色法

双硫腙法，锌试剂法

3，3一二氨基联苯腙比色法

过碘酸氧化法

硫氰酸盐比色法，容量法

苯素锆比色法

直接比色法，蒸馏比色法

重氮一偶合比色法

钼蓝比色法

碘量法，Ⅳ，Ⅳ一对氨基二乙基苯胺比色法

氯化钡比浊法，硫酸钡重量法

硝酸银容量法，毗啶盐酸联苯胺比色法，吡啶一吡唑酮法

吡啶一联苯胺比色法，高锰酸钾氧化法

品红一亚硫酸比色法，乙酰丙酮比色法，变色酸比色法

偶氮比色法

溴化容量法，4一氨基安替比林比色法

硝酸银比色法

酶化学比色法

稀释计数法

传统的化学分析方法费人力、费工时，而且受人为操作因素影响较大。

许多现代的仪器

分析方法灵敏度高，操作迅速，分辨效果好。

因此，采用准确、快速和灵敏的仪器分析手段是检测污染的重要发展方向。

表6—2列举了有关仪器分析方法在水质污染检测中的应用一表6—2水质污染测试项目及相应的仪器分析手段

测试项目

仪器分析手段

生化需氧量、溶解氧

化学需氧量

总有机碳

浊度

悬浮物

汞及有机泵

镉、铜、铅、锌、砷、硒等离子及

化合物

有机氯农药

3，4一苯并芘

比色法、分光吸收光度法、极谱式测氧仪、电池式离子选择电极

比色法、分光吸收光度法、电位差滴定法

非分散型红外气体分析法

比色法、分光光度法、散射光光度计

DH计、离子选择电极

浊度计、散射光光度剂、离心分析器

散射光式油分浓度计、荧光光度法、气相色谱法、非分散红外法

比色法、分光吸收光度法、原子吸收光谱法、发光分析法、气相色谱法、中子活化分

析法

比色法、原子吸收分光光度法、极谱逆向伏安法、库仑分析法、离子选择电极、高吸

收等离子谱法、质谱法、x射线荧光光谱法、发光分光光度法

比色法、分光吸收光度法、宅位羞滴定法、气相色谱法、离子选择电极、x射线荧光法

比色法、红外分光光度法、气相色谱法、质谱法、荧光光谱法

比色法、分光吸收光度法、气相色谱法、质谱法、x射线荧光法

气相色谱法

荧光光度法

二、废水治理方法与流程

1．废水治理方法分类

废水处理方法的分类有很多种，常见的是按不同的处理程度分类或按其作用原理来划分。

废水处理方法按其作用原理可以分为物理法、生物化学法、化学法和物理化学法。

物理方法：

主要是利用物理原理和机械作用，对废水进行治理，故也称为机械法，其中包括采用沉淀、均衡调节、过滤及离心分离等方法。

生物化学方法：

是利用微生物的作用，对废水中的溶胶物质及有机物质进行去除的方法，包括活性污泥法、生物膜法以及厌氧处理方法。

物理化学法：

是通过物理化学过程处理废水，除去污染物质的方法。

其主要方法有：

吸附、浮选、反渗透、电渗析、超过滤及超吸附等方法。

化学方法：

是通过施用化学药剂或采用其它化学反应手段，进行废水治理的方法，如中和、氧化还原、电解法、离子交换等。

按处理程度可将废水处理分为一级处理、二级处理和三级处理。

一级处理：

主要是解决悬浮固体、胶体、悬浮油类等污染问题，经常采用物理方法处理，如沉降、浮选、隔油等方法及中和法等。

二级处理：

主要是解决溶解在水中的有机物及部分悬浮固体的污染问题，经常采用生物处理法，这级处理常常是处理化工废水的主要部分。

三级处理：

主要是解决难以分解的有机物和无机物，处理方法有活性炭吸附、离子交换、反渗透等方法。

以上各种方法，各有其本身特点和适用条件。

对于一定的化工废水，究竟采用哪种方法效果好，往往需要进行实际试验、比较，才能确定出有效、经济合理的处理方案。

对化工废水，多是选用组合处理方法。

2．废水治理方法简介

（1）物理法

①沉淀法。

沉淀法又称重力分离法，借重力沉降作用，使悬浮物从中不分离出来的方

法。

有些废水用化学方法使有害杂质形成固体颗粒悬浮在水中，然后分离去除，但这种方法

广泛采用作为预处理方法。

如对化工废水进行生化处理之前，先要从废水中除去砂粒和固体

颗粒杂质以及一部分有机物质，以减轻生化装置的处理负荷。

因此在生化处理前，废水先要

通过沉淀池进行沉淀。

设置在生化处理之前的沉淀池，称为初沉池，或一次沉淀池；

在生化

处理后的沉淀池，称为二次沉淀池，其目的是进一步去除残留的固体物质。

沉淀装置主要有

沉淀池、沉砂池等。

按照沉淀池内水流方向的不同，沉淀池又可分为平流式沉淀池、竖流式

沉淀池、辐射式沉淀池及斜板（管）式沉淀池四种。

平流式沉淀池废水的流动方向为水平流动。

废水由进水口流人池中，进口速度一般应低

于0．1ms，进口之后，设置一进水挡板，用以降低水的流速，排水口前设置浮渣挡板，用以阻挡水面上浮渣。

池底的污泥由刮泥板刮入污泥斗内，再由污泥管排出。

平流式沉淀池的优点是效果好，工作性能稳定，造价低。

其缺点是排泥不方便，需要刮

板等排泥装置。

竖流式沉淀池。

废水由中央进水管伸人池中，流人沉淀池内，受反射板的拦阻，向四周

分布，然后沿沉淀池缓缓上升，其中固体颗粒受重力作用，以一定沉降速度下降。

当颗粒下

沉到池底所需的时间小于废水在池内的停留时间，则颗粒沉于池底。

分离废水由出水口流出

池外。

故在出水口附近设置有浮渣挡板。

池径与池深之比一般不应小于3：

1。

竖流式沉淀池的优点是排泥容易，不需要机械刮

泥装置；

缺点是造价高，废水量大时不宜采用。

辐射式沉淀池一般为圆形。

直径与池深之比可在

10：

1～20：

它的直径一般为20～30m，最大可到50～

100m，在中心部分池深为2．5～5m，池边为1．5～3m，

池底坡度为0．06～0．08。

污水从进水管进到池中央，管

周围用穿孔挡板围成人流区。

出水口设在池周顶部，

溢流堰的形式多为锯齿型，在溢流堰前设有浮渣挡板。

池底设有机械刮泥装置，把污泥刮到池底中央的污泥

斗中，再由污泥管排出。

如图6—1所示。

这种沉淀池也具有竖流式沉淀池的水流上升作用，

所以效果较好，其优缺点介于平流式与竖流式沉淀池

之间。

斜板（管）式沉淀也是一种新型高效的沉淀池，它的构造相当于在平流式沉淀池或竖流式

沉淀池的沉淀区加设一组斜板或斜管装置（如图6—2），斜板（管）的倾斜角为45。

～60。

，相互

间平行。

水流从平行板或管道的上端进入，下端流出。

每块板之间相当于一个小的沉淀池，

每根管也相当于一个小沉淀池。

它们的沉淀效果远远超过前述三种沉淀池。

斜板（管）沉淀池的特点在于首先