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听环保大神讲述环保新人不懂的体会

发布时间:2016-06-15 09:55

一.理论与工艺
1.混凝、沉淀、气浮、隔油
混凝的理论,关于双电层、DLVO理论之类的,在实战中直接用到的可能性很低。一般说来还是依靠经验来搞。选矿理论大量被套用,不过我个人认为,好些不大合适。 当然,Stokes 方程直接套用、估算,大致合适。简单说来,就是密度差、半径平方倒数、粘度倒数,和沉浮速度成正比。不过密度这一项,对于致密颗粒而言可用;对于絮体而言,实战絮体的密度和水往往更接近,因为絮体内部大部分是包夹的水。
对于气浮场合,有用的是气泡和絮体的结合体。这个结合体可能和水的密度差很大。所以气浮往往有更高的速度。粘度一般不易改变,但温度和常温相差比较大的场合,有时不可忽略;有表面活性剂效应的废水,往往影响很大。气浮理论中,往往大谈接触角、润湿性。这里选矿气味很重。对常规废水处理而言,多数场合我认为不是这样。以造纸废水为例,纸纤维,亲水性够好么?松香之类的填料,憎水性不差吧?当然,油墨的亲油性够好。实战中,纸纤维的气浮性能相当好;松香之类颗粒,气浮性能很差;当然油墨气浮性能不错。实际上,多数气浮的絮体,气泡不是像油墨一样真正因憎水性而和气泡结合的;多数场合是絮体夹住或叉住气泡,从而形成结合体。(以上内容,仅代表个人看法。)
2.过滤
布水意义重大
过滤范围很大,我这里说的是习惯意义上的过滤,不是膜过滤、动态膜过滤。过滤,布水意义重大。糟糕的布水,可能会使有效过滤能力下降一半;如果短路,精度会下降一个数量级。满足精度要求的前提下,滤料当然越粗越好。如果原水中含有半软半硬的东东,那么需要好好配置反洗或清洗措施。
流砂过滤器
流砂过滤器或者连续自清洗砂滤器理念很好,不过作坊产品容易出现磨损问题。此外,这种过滤方法精度往往要差一些,这个是天生的问题:常规砂滤器轻微堵塞后,被捕获的SS有更高的过滤精度。一些场合,用高密度小颗粒滤料,可实现更高的过滤精度。但建议上游最好有一定的预处理措施。因为高精度过滤装置往往更容易板结。滤料不可太薄,容易短路。单一过滤单元的过滤面积也不宜太大,理由相同。多个圆柱形滤罐和单个方形滤池相比,未必更节省有效空间。因为滤罐周围的无用空间、操作维护空间、消防通道之类的比例很大。这个需要因地制宜。
3.降解与转移
物质几乎不可消灭,只能转化或转移。降解,是化学构成变化的特殊转移形式,通常使之转化为无害或低害的物质。转移么,化学性质不变,存在的场合变化而已,可能是富集,也可能是分散。常见的预处理工艺多数是转移、富集。
富集后的去向
富集后,如果不妥善处理,污染物一般是转化为缓释形式。当然,污水处理设施的直接出水确实好多了,或者处理能力提高了。 不妥善处理,污染物早晚要释放出来。不过往往更隐蔽一些。当然,转移这些污染物的运输成本一般也能降低。
具体按工艺对号入座, 沉淀、气浮、离心之类工艺,基本上都是分离富集; 反渗透、超滤、树脂交换、活性炭吸附、过滤(这些很少用于预处理),往往也是。 汽提、蒸发、萃取、结晶之类的,本身就是赤裸裸的相转移。
其中,少数场合分离富集的东东没有坏处,例如浓盐水排海; 过滤分离的反洗水,一般能返回上游妥善处理; 初沉池的沉淀,往往也能和剩余污泥一样脱水,然后下一步填埋情况目前未必乐观;. 用过活性炭的一般都知道,现场再生的极少,仅有的再生装置往往也是摆设,那么如果不补充、更新,很快就会饱和. 直接加入到生化装置里的活性炭(一般是粉末),如果不连续补充,不要以为真有什么吸附作用,最多不过是启动时有一些。 当然,缓释作用基本上都有,具体说来就是高峰时多吸附一些,使出水水质恶化程度降低,高峰过去了,再慢慢释放。
其中原理,建议复习物理化学。 有时活性炭粉末能提供絮团核心作用,一定程度上可以当流动填料看待。不过这个往往是次要的。 树脂交换的废物,后续处置情况马马虎虎吧。" 几种相转移方法,往往是高浓度工业废水中使用。浓度高么,转移代价低或者产物残余价值相对高,那么转移物质的最终去向要好一些。
二.对第一、第二定律的体会
1.回收是可以实现的
放错地方的资源?听起来很酷么?多数场合下是个噱头而已。如果能有效注入相应社会补偿,一定程度上算是资源。这才是真相。
第一定律:物质能量守恒,只能转化、转移,不能创造、消灭(至少在几乎所有场合如此)这意味着环保是可能的;似乎好多场合还可以说,回收是可能的。但多数场合,回收是不可能的、不经济的、不现实的。因为第二定律:物质能量的流动是定向的,特别是要从高品位流动、分散到低品位。
 那么,如果想逆转,往往要付出代价,这个代价,未必值得。优秀科技人员,就是要用最小的成本来实现这个。对于废水而言,绝大多数场合下,回收物质犹如海水炼金。相对而言,水,在废水中的品味最高。回收水,可用场合多一些。 官方给废水做出了至少6种定义,扣除重合的,至少有4种。我的体会是:只要因使用后,改变了某种性质,使之不能继续在原场合使用,即为废水。那么,对其它场合可能不是废水(逆流操作,是最显著的例子吧?);相对简单地使用某种方法,再次改变其某种性质,对原场合也可能不是废水。怎样用最简单、最经济的方法来实现?这就是水技术人员的责任。
2.越过成本谈资源?
资源,化学角度上,我的理解是特定场合下,某些东东因富含某种或某类有用物质(也可能是几种、几类),用一定的代价获得该物质,可以获得比投入更大的利益。那么这些东东就是化学意义的资源。我记得上小学时了解的中国石油可采储量:16-17亿吨。可是到现在,我国石油并未枯竭,而且可采储量居然大幅度上升了。《读者》杂志上曾经转载过一个很酷的说法:石油永远不会采完,因为当某油田的石油的开采成本超过其价格时,人们就会停止或暂停这一区块的开采。其潜台词是:这个条件下的石油,就不是真正意义的资源了,至少在这个场合不是。;不过石油总是有限的,社会上需要。怎么办?好,开采易于开采的区块吧。可是不够用怎么办?好,涨价时机成熟了。那么,原先不是资源的区块,就变成了资源。因为有利可图了。那么如何越过成本谈资源?越过成本的资源,当前场合下不是噱头么?据说某星球的光谱分析表明,该星球含有大量金子。嗯,如果获得。我可以开公司,开发这金子资源,有人买我的股票么? 废水中提取水或者非水物质,多数场合,无利可图。这个与意识形态无关。
3.最低代价是什么?
前面提到,第一定律,物质能量守恒,只能转化、转移,不能创造、消灭(至少在几乎所有场合如此)这意味着环保是可能的;似乎好多场合还可以说,回收是可能的,但多数场合,回收是不可能的、不经济的、不现实的。因为第二定律,物质能量的流动是定向的,特别是要从高品位流动、分散到低品位。那么,如果想逆转,往往要付出代价,这个代价,未必值得。
优秀科技人员,就是要用最小的成本来实现这个。第二定律,不仅指出了物质、能量流动的方向,还指出了特定条件下的极限。注入成本,才能改变其方向、极限。无条件改变的,当然是噱头。工程师第一是要尽可能利用其自发的流动、转化的内在动力,第二是经可能经济地调度外在注入的成本。那么特定条件下,最低代价是什么?熵。克服其熵增加值。任何物质扩散到废水里,熵都会增加。实战废水中,典型浓度单位是mg/L;实战废水的化学物质,如果作为原料,其价格一般是1块钱/kg到几个欧元/kg。那么,回收单位物质的熵.....值得吗?,好吧,溶解态的熵变很大,SS态总好一些吧?可是,实战废水里,混合的物质往往不是单一的,SS态污染物成分单一的也不多。
所以,对于SS态采用物理方法或者物理化学方法分离,通常成本不高,但资源化往往仍然有困难。那么,水里那些东东如何成为资源?1.浓度够高,典型的mg/L级别浓度往往没有意义。g/L的可能性就大了。不过绝大多数废水不符合。单位物质的价格不是几个欧元/kg,而是更高,例如你这废水里含有贵金属。3.如果污染物的量不大,那么相对来说,水成为资源的场合还能多一些。不过当今仍然不能在多数场合成立。当然了,如果水像石油一样不够用了,价格上涨,就可能了。例如一些沿海城市、干旱地区。哦,如果是宇宙飞船或者空间站,吨水成本一亿人民币,也有的商量。曾经见过某新闻,某厂开发了海水淡化技术,吨水不过几毛钱。这个钱,不足以克服盐、水的熵变。也许该厂有大量废热?或者该厂自己有剩余电能或者动能无处输出?或者该厂用太阳能不用核算投资利息?反正,如果没有吹牛的话,这个方法也不可能适用于常规场合。那么还是噱头。
反例很多。至少,某些厂家正运行蚀刻液回收设备,且收益不菲。绝对数量很多,这个我当然相信。不过,至少我知道,那些线路板工厂,一般会动蚀刻液的资源心思,但不怎么动大量常规废水的提取资源心思。
4.废料与原料
废料和原材料未必有本质区别,很多情况下,污泥中金属含量高过原矿。是啊,还是品位问题。那么,废水处理中资源化的品位......还有哦,对全行业的看法,建议考虑相对数量。市场价格,从来不是一成不变。特定时期,比如饥荒时候,黄金价格甚至不如大米。现在的市场存在很多噱头,愚以为不可因为众多山寨产品而排斥正品,那正好导致了劣币逐良币。
三.实战中不可忽视的问题
1.把握水的性质到形成直觉
工程师会查表、知道如何查表,多数场合够用了。不过水的密度不可以查表,因为质量是用单位体积的水来定义的,不是常数。(特定温度下哦)前些年,我的一个当小老板的水友,面试时,出过这个题目:一吨水,多少升?求职者居然真的能回答:10升,绝对真实。我的想象力得到极大锻炼。与密度直接相关的公式,例如静压之类的,可以计算。建议水友适当锻炼一下,不过是初中物理,但建议能熟练到形成设计直觉的程度。当然,设计厚度及基础时,还是要查经验常数表。
2.预处理要注意的问题:
格栅如果有运动部件,最好不要太滥、太便宜。预处理,为了降低后续负荷或者保护后续单元、设备。虽然中国人工费用很低,但运动格栅质量太差,那么运行时将给操作工带来极大的不便。
非自动格栅,强烈建议保证足够余量。(实际上按照规范设计,一般都有足够余量)格栅的积累效应,有时会很惊人,必须有清理措施(可以是手动的)。我曾经见过一个类似格栅的东东,当然不是预处理场合了,是为了分隔廊道内的流动填料区和无填料区。日积月累,前后形成一个水力台阶,估计有50—100mm高?20平方米的面积,成吨的压力差,一寸角钢制作的加强筋,被压成弓形。
特别硬、特别软的东西,都好办。最讨厌的东西,是半软半硬的或者有韧性的、纤维状的。例如套套、毛发、塑料。我个人喜欢气泡自清洗格栅(曝气格栅),小规模场合。以前帮朋友搞个皮草加工废水,当时灵机一动,用朋友工厂的机加工产生的铁刨花,放进明渠。这个显然是一次性格栅。堵塞后不用清理,直接换一堆铁刨花就是。用过的铁刨花,最终去向是回炉,控干水分后,不影响买废品。当然这个是个别案例,有方便的铁刨花来源。市政废水需要分级格栅,工厂有时可以省略粗格栅。看水质了。但几乎没有可以全部省略的,因为工厂里至少掉个手套、抹布、包装带,还是有可能的。最多不过是省略自动机构而已。
工程的放大
放大,似乎,对化工工程师而言,研发过程中,难度最大的是放大。体会无从下口,用实例适当体会吧。诸位可曾注意过,东北虎比华南虎块头大? 熊、狼、狐狸、兔子,往往也是寒带的更大一些?不仅如此,寒带的动物,往往长相更卡通?例如耳朵小,脸圆?没有任何参照物,看一个骨架,任何人——无需具备居维叶的知识,差不多都能估计出这动物大致的体型尺度,至少是数量级。或者不同大小的飞机、火炮,制作成相同尺度的模型,是否可以让您马上想象出,这飞机、大炮的真实尺度、威力?这里涉及放大缩小问题。 自然界里,合适的放大缩小,往往是生死存亡问题。放大比例不合适的,会死的很难看滴。工程师的放大缩小,一般不至于出人命,但往往和钱过不去。自然,放大特别不合适的,工程瘫痪也未可知了。
 体会简单线性场合
少数简单场合,直接按比例放大、缩小。 长度线性翻番, 那么各处对应面积,应该是平方,两番;体积、重量或者质量,立方,三番?好吧,平方的面积,如何支撑立方的重量?因此,按比例放大后的动物,看起来腿的比例更粗,是么?请观察蚂蚁、老鼠、家猫、狐狸、豺狼、野猪、老虎、犀牛、大象的身材比例。不止这些吧,那么这些数量在混合, 例如,比表面积,负一番。那么比表面积下降后,对界面传递也有影响了。细菌无需特殊的呼吸、循环系统;大尺度生物,往往需要复杂的管路来分配血液、空气,为何? 那么接地压强呢?重量/面积,一番。 为何老鼠能在化粪池开运动会,人不能?远远不止这些。
 增加时间因素
尺度可以线性放大;角度能线性放大么? 之外,增加时间因素。与尺度、角度最简单的组合,就是速度与角速度。那么情况要复杂一些。不过还是有少数场合,可以用小孩把戏清晰处理。
先讨论可以看清的部分:
常见实例之离心泵:
为什么大离心泵的扬程不很低? .离心泵之假设有两条: 1.理想叶片。无穷薄,无穷多。2.理想流体。粘度为0.显然这是不可能的。实战没有无穷小,只有充分小。而且实际上叶片很少。 2。粘度为0,泵必然打空转。OVER了。不过在低速情况下,可以适当类比的。注意只能类比。因为微观条件下流体不大讲理,或者目前人类无法听懂。Q=V/T=SL/T=Sv 显然,流道面积S与尺度平方成正比,就是说,尺度一番,面积两番。欧米伽,就是说,尺度一番,速度一番。 那么Q=Sv,与尺度是三番关系。那么,线速度变化会怎样?实战选定水泵后,经常有加入变频的,线速度也不是恒定数值。) 那么,Q显然与线速度成正比,尺度当然不变么,与角速度也是正比了。 H=速度平方/2g那么扬程与尺度、角速度是几番?密度VgH/t=密度gHQ    几番?
有限度类比
刚体类比,一般可以幅度很大,除了大尺度力矩与局部应力之类问题。流体类比,一般只能有数量级。 因为微观作用本质目前还无法真正用数学描述。不要过于崇拜FLUENT之类的流体力学软件,辅助作用确实有,工程师如果必须选择一项,那么可以选择风洞水槽,而不是软件。
初步混杂的放大缩小
能搞清楚的简单放大,往往也多因素混杂。实战一般只能盯住一个比例,也许能兼顾一两个比例。 面面俱到的同比放大缩小,往往不可能。 那么,技术人员能发现哪些比例?优先盯住哪些? 这个就看功力了。只能设法用最简单的例子来讨论之。
几个常见反应器
曝气池。放大、缩小的一个重要影响因素是混合。S型廊道实战中,流速往往远超过分子有效扩散速度。 那么,桌面实验直接等比例缩小,反应器内环境差异会弱化。 有时可以设法用隔板或分体反应器解决,例如模拟AAO 但氧化沟缩小后,变化因素要多不少。流速低了,非曝气区沉降怎么办?流速高,好氧区携带几个mg/L的DO的混合液,可能在A区仅仅停留几十秒,A区如何模拟实战环境?
前几年,给观察过一个4万吨/d的MBBR实验。 这个算是一指数放大问题的实战例子吧。用常规廊道改成AAO,这个是小意思。 O段采用MBBR工艺,这个显然是不合理的。 AAO工艺里,O段流速显然比常规工艺快了一两倍。将近100m长的廊道,流动填料会堆积到什么地步? 10m长的高速廊道,一般就可以目视看出下游填料的堆积了。" 那么类比一下,还记得沉降分布么?受重力影响,沉降;布朗运动又使之均匀分布。那么最后平衡时,就是个高度方向上的指数分布。 受水流驱动,填料向下游运动;受气泡扰动,趋于均匀分布。 OK,这就是实战里的指数放大。 90多米廊道,放大后的结果,下游我见到最大的填料堆积岛屿,面积超过50平方米,高出水面半米,考虑冰山效应,水下估计有4-5m? 真正在工程实践里,线性放大、乘积放大、乃至指数放大,能用数学物理清晰表达的比例不很多;定性或半定量估计趋势的比例能多一些。

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