大學(xué)課件水污染控工程：污水的化學(xué)處理

1、 污水的化學(xué)處理是利用化學(xué)反應(yīng)的作用以去除污水的化學(xué)處理是利用化學(xué)反應(yīng)的作用以去除 水中的雜質(zhì)。水中的雜質(zhì)。 處理對(duì)象主要是污水中無機(jī)的或有機(jī)的處理對(duì)象主要是污水中無機(jī)的或有機(jī)的(難于生難于生 物降解的物降解的)溶解物質(zhì)或膠體物質(zhì)。溶解物質(zhì)或膠體物質(zhì)。 常用的化學(xué)處理方法有化學(xué)混凝、中和法、化常用的化學(xué)處理方法有化學(xué)混凝、中和法、化 學(xué)沉淀法和氧化還原法。學(xué)沉淀法和氧化還原法。 一一、混凝原理混凝原理 化學(xué)混凝化學(xué)混凝 處理的對(duì)象主處理的對(duì)象主 要是水中的微要是水中的微 小懸浮物和膠小懸浮物和膠 體雜質(zhì)。體雜質(zhì)。 1. 膠體的穩(wěn)定性膠體的穩(wěn)定性 膠體所膠體所 受影響受影響 由于上述的膠體帶電現(xiàn)

2、象，帶相同電由于上述的膠體帶電現(xiàn)象，帶相同電 荷的膠粒產(chǎn)生靜電斥力，而且荷的膠粒產(chǎn)生靜電斥力，而且電位越高，電位越高， 膠粒間的靜電斥力越大膠粒間的靜電斥力越大 受水分子熱運(yùn)動(dòng)的撞擊，使微粒在水受水分子熱運(yùn)動(dòng)的撞擊，使微粒在水 中作不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，即中作不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，即“布朗運(yùn)動(dòng)布朗運(yùn)動(dòng)” 膠粒之間還存在著相互引力膠粒之間還存在著相互引力范徳范徳 華引力華引力 膠體間的相互斥力不僅與膠體間的相互斥力不僅與電位有關(guān)，還與膠粒的電位有關(guān)，還與膠粒的 間距有關(guān)，距離越近，斥力越大。而布朗運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能間距有關(guān)，距離越近，斥力越大。而布朗運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能 不足以將兩顆膠粒推進(jìn)到使范徳華引力發(fā)揮作用的距不足以將兩顆

3、膠粒推進(jìn)到使范徳華引力發(fā)揮作用的距 離。因此，膠體微粒不能相互聚結(jié)而長期保持穩(wěn)定的離。因此，膠體微粒不能相互聚結(jié)而長期保持穩(wěn)定的 分散狀態(tài)。分散狀態(tài)。 水化作用也使膠體不能相互聚結(jié)。水化作用也使膠體不能相互聚結(jié)。 2. 混凝原理混凝原理 (1) 壓縮雙電層作用壓縮雙電層作用 混凝劑提供大量正離子會(huì)涌入膠體擴(kuò)散層甚至混凝劑提供大量正離子會(huì)涌入膠體擴(kuò)散層甚至 吸附層吸附層, 使使電位降低。當(dāng)電位降低。當(dāng)電位為零時(shí)電位為零時(shí), 稱為等電狀稱為等電狀 態(tài)。此時(shí)膠體間斥力消失態(tài)。此時(shí)膠體間斥力消失, 膠粒最易發(fā)生聚結(jié)。膠粒最易發(fā)生聚結(jié)。 實(shí)際上，實(shí)際上，電位電位只要降至某一程度而使膠粒電位電位只要降至某

4、一程度而使膠粒 間排斥的能量小于膠粒布朗運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能時(shí)，膠粒就間排斥的能量小于膠粒布朗運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能時(shí)，膠粒就 開始產(chǎn)生明顯的聚結(jié)，這時(shí)的開始產(chǎn)生明顯的聚結(jié)，這時(shí)的電位稱為臨界電位。電位稱為臨界電位。 膠粒因膠粒因電位電位降低或消除以至失去穩(wěn)定性的電位電位降低或消除以至失去穩(wěn)定性的 過程，稱為膠體脫穩(wěn)。脫穩(wěn)的膠粒相互聚結(jié)，稱為過程，稱為膠體脫穩(wěn)。脫穩(wěn)的膠粒相互聚結(jié)，稱為 凝聚。凝聚。 (2) 吸附架橋作用吸附架橋作用 由高分子物質(zhì)吸附架橋作用而使微粒相互粘結(jié)的由高分子物質(zhì)吸附架橋作用而使微粒相互粘結(jié)的 過程。過程。 (3) 網(wǎng)捕作用網(wǎng)捕作用 沉淀物在自身沉降過程中，能集卷、網(wǎng)捕水中的沉淀物在自身沉降

5、過程中，能集卷、網(wǎng)捕水中的 膠體等微粒，使膠體粘結(jié)。膠體等微粒，使膠體粘結(jié)。 以硫酸鋁為例討論混凝過程以硫酸鋁為例討論混凝過程 硫酸鋁硫酸鋁Al2(SO4)318H2O溶于水后，離解出溶于水后，離解出Al3+， 并結(jié)合有并結(jié)合有6個(gè)配位水分子，成為水合鋁離子個(gè)配位水分子，成為水合鋁離子 Al(H2O)63+。 水合鋁離子進(jìn)一步水解，形成單羥基單核絡(luò)合水合鋁離子進(jìn)一步水解，形成單羥基單核絡(luò)合 物：物： OHO)Al(OH)(HOHO)Al(H 3 2 522 3 62 單羥基單核絡(luò)合物又進(jìn)一步水解：單羥基單核絡(luò)合物又進(jìn)一步水解： OHO)(HAl(OH)OHO)Al(OH)(H 34222 2

6、52 OHO)(HAl(OH)OHO)(HAl(OH) 33232422 上述反應(yīng)中，降低水中上述反應(yīng)中，降低水中H+(或或H3O+)濃度或提高濃度或提高 pH，使反應(yīng)趨向右方，水合羥基絡(luò)合物的電荷逐漸，使反應(yīng)趨向右方，水合羥基絡(luò)合物的電荷逐漸 降低，最終生成中性氫氧化鋁難溶沉淀物。降低，最終生成中性氫氧化鋁難溶沉淀物。 當(dāng)當(dāng)pH4時(shí)，水解受到抑制，水中存在的主要是時(shí)，水解受到抑制，水中存在的主要是 Al(H2O)33+ 。 當(dāng)當(dāng)pH45時(shí)，水中有時(shí)，水中有Al(OH)(H2O)52+、 Al(OH)2(H2O)4+及少量及少量Al(OH)3(H2O)3。 當(dāng)當(dāng)pH78時(shí)，水中主要是時(shí)，水中主

7、要是Al(OH)3(H2O)3沉淀沉淀 物。物。 但在某一特定但在某一特定pH時(shí)，水解產(chǎn)物還有許多復(fù)雜的時(shí)，水解產(chǎn)物還有許多復(fù)雜的 高聚物和絡(luò)合物同時(shí)共存。高聚物和絡(luò)合物同時(shí)共存。 因?yàn)槌醪剿猱a(chǎn)物中的羥基因?yàn)槌醪剿猱a(chǎn)物中的羥基OH-具有橋鍵性質(zhì)。具有橋鍵性質(zhì)。 在由在由Al(H2O)63+轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向Al(OH)3(H2O)3的中間過程的中間過程 中，羥基可將單核絡(luò)合物通過橋鍵縮聚成多核絡(luò)合物：中，羥基可將單核絡(luò)合物通過橋鍵縮聚成多核絡(luò)合物： OHO)Al(HOHO)Al(HO)Al(OH)(HO)Al(H 2 5 5252 2 52 3 62 或或 OHO)Al(OH)(HO)Al(OH)(

8、HO)Al(H 2 5 102 2 52 3 62 兩個(gè)單羥基絡(luò)合物通過羥基橋聯(lián)可縮合成雙羥基兩個(gè)單羥基絡(luò)合物通過羥基橋聯(lián)可縮合成雙羥基 雙核絡(luò)合物：雙核絡(luò)合物： O2HO)(H(OH)AlO)2Al(OH)(H 2 4 8222 2 32 從上述反應(yīng)可以看出，三價(jià)鋁鹽發(fā)揮混凝作用的從上述反應(yīng)可以看出，三價(jià)鋁鹽發(fā)揮混凝作用的 是各種形態(tài)的水解聚合物。是各種形態(tài)的水解聚合物。 帶有正電的水解聚合物，同時(shí)起到壓縮雙電層的帶有正電的水解聚合物，同時(shí)起到壓縮雙電層的 脫穩(wěn)和吸附架橋的作用。脫穩(wěn)和吸附架橋的作用。 為使硫酸鋁達(dá)到優(yōu)異的混凝效果，應(yīng)盡量使膠體為使硫酸鋁達(dá)到優(yōu)異的混凝效果，應(yīng)盡量使膠體 脫穩(wěn)

9、和吸附架橋作用都得到充分發(fā)揮。脫穩(wěn)和吸附架橋作用都得到充分發(fā)揮。 當(dāng)混凝劑投放水中后，應(yīng)立即進(jìn)行劇烈攪拌，使當(dāng)混凝劑投放水中后，應(yīng)立即進(jìn)行劇烈攪拌，使 帶電聚合物迅速均勻地與全部膠體雜質(zhì)接觸，使膠體帶電聚合物迅速均勻地與全部膠體雜質(zhì)接觸，使膠體 脫穩(wěn)，隨后，脫穩(wěn)膠體在相互凝聚的同時(shí)，靠聚合度脫穩(wěn)，隨后，脫穩(wěn)膠體在相互凝聚的同時(shí)，靠聚合度 不斷增大的高聚物的吸附架橋作用，形成大的絮凝體，不斷增大的高聚物的吸附架橋作用，形成大的絮凝體， 使混凝過程很好完成。使混凝過程很好完成。 二、混凝劑和助凝劑二、混凝劑和助凝劑 1. 混凝劑混凝劑 要求要求 混凝劑效果良好混凝劑效果良好 對(duì)人體健康無害對(duì)人體健

10、康無害 價(jià)廉易得價(jià)廉易得 使用方便使用方便 2. 助凝劑助凝劑 三、三、 影響混凝效果的主要因素影響混凝效果的主要因素 1. 水溫水溫 2. pH 3. 水中雜質(zhì)的成分、性質(zhì)和濃度水中雜質(zhì)的成分、性質(zhì)和濃度 4. 水力條件水力條件 (1) 無機(jī)鹽類混凝劑無機(jī)鹽類混凝劑鐵鹽和鋁鹽鐵鹽和鋁鹽 (2) 高分子混凝劑高分子混凝劑有機(jī)和無機(jī)有機(jī)和無機(jī) 四、四、 化學(xué)混凝的設(shè)備化學(xué)混凝的設(shè)備 1. 混凝劑的配制和投加設(shè)備混凝劑的配制和投加設(shè)備 (1) 混凝劑的溶液和配制混凝劑的溶液和配制 混凝劑在溶解池中進(jìn)行溶解混凝劑在溶解池中進(jìn)行溶解: 攪拌攪拌 加速藥加速藥 劑溶解劑溶解 機(jī)械攪拌機(jī)械攪拌 壓縮空氣攪

11、拌壓縮空氣攪拌 水泵攪拌水泵攪拌 藥劑溶解完全后，將濃藥液送入溶液池，用清藥劑溶解完全后，將濃藥液送入溶液池，用清 水稀釋到一定的濃度備用。水稀釋到一定的濃度備用。 溶液池的容積可按下式計(jì)算：溶液池的容積可按下式計(jì)算： cn Aq cn Aq W 41710001000 10024 VV 1 溶解池的容積：溶解池的容積： 12 )3 . 02 . 0(WW 式式中中: W1溶液池容積，溶液池容積，m3； qv處理地水量，處理地水量，m3/h; A混凝劑地最大投加量，混凝劑地最大投加量，mg/L; c溶液濃度，；溶液濃度，； n每天配置次數(shù)，一般為每天配置次數(shù)，一般為26次。次。 (2) 混凝劑

12、溶液的投加混凝劑溶液的投加 計(jì)計(jì) 量量 設(shè)設(shè) 備備 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 流量流量 計(jì)計(jì) 電磁電磁 流量流量 計(jì)計(jì) 投投 加加 方方 式式 泵前重泵前重 力投加力投加 水射器水射器 投加投加 2. 混合設(shè)備混合設(shè)備 (1) 水泵混合水泵混合 (2) 隔板混合隔板混合 (3) 機(jī)械混合機(jī)械混合 3. 反應(yīng)設(shè)備反應(yīng)設(shè)備 (1) 隔板反應(yīng)池隔板反應(yīng)池 利用水流斷面利用水流斷面 上流速分布不均所上流速分布不均所 造成的速度梯度，造成的速度梯度， 促進(jìn)顆粒相互碰撞促進(jìn)顆粒相互碰撞 進(jìn)行絮凝。進(jìn)行絮凝。 為避免結(jié)成的為避免結(jié)成的 絮凝體被打碎，隔絮凝體被打碎，隔 板中的流速應(yīng)逐漸板中的流速應(yīng)逐漸 減小。減小。 (2)

13、 機(jī)械反應(yīng)池機(jī)械反應(yīng)池 一、一、 投加法投加法 常用藥劑是石灰、電石渣、石灰石等，有時(shí)也采常用藥劑是石灰、電石渣、石灰石等，有時(shí)也采 用苛性鈉和碳酸鈉。用苛性鈉和碳酸鈉。 中和藥劑的投加量，可按化學(xué)反應(yīng)式進(jìn)行估算。中和藥劑的投加量，可按化學(xué)反應(yīng)式進(jìn)行估算。 石灰常使用熟石灰，配制成石灰乳液，濃度在石灰常使用熟石灰，配制成石灰乳液，濃度在10 左右，反應(yīng)在池中進(jìn)行。左右，反應(yīng)在池中進(jìn)行。 石灰量多時(shí)，可用生石灰。石灰量多時(shí)，可用生石灰。 為了防止產(chǎn)生沉淀，石灰乳槽均裝有攪拌設(shè)備。為了防止產(chǎn)生沉淀，石灰乳槽均裝有攪拌設(shè)備。 二、過濾法二、過濾法 石灰石或白云石作中和劑時(shí)常呈粗粒狀，可作石灰石或白云

14、石作中和劑時(shí)常呈粗粒狀，可作 濾料，故用過濾法。濾料，故用過濾法。 用易溶的化學(xué)藥劑用易溶的化學(xué)藥劑(可稱沉淀劑可稱沉淀劑)使溶液中某種使溶液中某種 離子以它的一種難溶的鹽和氫氧化物形式從溶液中離子以它的一種難溶的鹽和氫氧化物形式從溶液中 析出，在化學(xué)上稱沉淀法，在化工和環(huán)境工程上稱析出，在化學(xué)上稱沉淀法，在化工和環(huán)境工程上稱 化學(xué)沉淀法?；瘜W(xué)沉淀法。 廢水處理中，常用化學(xué)沉淀法去除廢水中的有廢水處理中，常用化學(xué)沉淀法去除廢水中的有 害離子，陽離子如害離子，陽離子如Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cu2+、Zn2+、 Cr6+，陰離子如，陰離子如SO42-、PO43-。 難溶鹽和難溶氫氧化物在溶液中的離子的濃度難溶鹽和難溶氫氧化物在溶液中的離子的濃度 之積之積(稱溶度積稱溶度積Ks)是常數(shù)，當(dāng)能結(jié)合成難溶鹽的兩是常數(shù)，當(dāng)能結(jié)合成難溶鹽的兩 種離子的濃度之積超過這鹽的溶度積時(shí)，該鹽將析種離子的濃度之積超過這鹽的溶度積時(shí)，該鹽將析 出，而這兩種離子的濃度將下降，需要去除的離子出，而這兩種離子的濃度將下降，需要去除的離子 就與水分離。就與水分離。 一、一、 加氯氧化加氯氧化CN-根根 電鍍廢水往往含有