中和理論培訓(xùn)

1、北京清大國華環(huán)?？萍加邢薰颈本┣宕髧A環(huán)?？萍加邢薰竞幽衔ｋU(xiǎn)廢物處置中心河南危險(xiǎn)廢物處置中心物化處理系統(tǒng)基礎(chǔ)理論培訓(xùn)（一）物化處理系統(tǒng)基礎(chǔ)理論培訓(xùn)（一）中和理論中和理論1.1.概概 述述1.11.1酸堿廢水的來源、特性及危害酸堿廢水的來源、特性及危害v 酸堿廢水的來源：v 酸性工業(yè)廢水和堿性工業(yè)廢水來源廣泛，如化工廠、化纖廠、電鍍廠、煤加工廠及金屬酸洗車間等都排出酸性廢水。有的廢水中含無機(jī)酸，有的廢水中含有機(jī)酸，有的同時(shí)含有有機(jī)酸和無機(jī)酸。酸的濃度差別很大，從小于1到10以上。v 印染廠、金屬加工廠、煉油廠、造紙廠等排出堿性廢水。其中有有機(jī)堿，也有無機(jī)堿。濃度可高達(dá)百分之幾。v 廢水中除含

2、酸或堿外，還可能含有酸式鹽、堿式鹽，以及其他無機(jī)和有機(jī)等物質(zhì)。v酸堿廢水的危害： 酸具有腐蝕性，能腐蝕鋼管、混凝土、紡織品、燒灼皮膚；還能改變環(huán)境介質(zhì)的pH，堿所造成的危害程度較小。將酸和堿隨意排放不僅會造成污染、腐蝕管道、破壞農(nóng)作物，危害漁業(yè)生產(chǎn)，破壞生物處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行，而且也是極大的浪費(fèi)。因此，對酸或堿廢水首先應(yīng)當(dāng)考慮回收和綜合利用。當(dāng)必須排放時(shí)，需要進(jìn)行無害化處理。1.2 1.2 酸堿中和原理和應(yīng)用酸堿中和原理和應(yīng)用v 中和法是利用化學(xué)酸堿中和的原理消除廢水中過量的酸或堿,使其pH值達(dá)到中性左右的過程。 v 當(dāng)酸或堿廢水的濃度很高時(shí)，如在3%5%以上時(shí)，應(yīng)考慮回用和綜合利用的可能性；

3、當(dāng)濃度不高，如小于3%時(shí)，才考慮中和處理。v在工業(yè)廢水處理中，中和處理常用于以下幾種情況： A.在廢水排入水體之前，因?yàn)樗飳H值的變化極其敏感，當(dāng)大量廢水排入后使水體的pH值變得偏酸或偏堿時(shí)，會產(chǎn)生不良影響； B.在廢水排入城市排水管道之前，由于酸、堿對排水管道產(chǎn)生腐蝕作用，一般城市排水管道對排入工業(yè)廢水的pH值都有明確的規(guī)定； C.在廢水需要進(jìn)行化學(xué)或生物處理之前，對于化學(xué)處理（如混凝、除磷等），要求廢水pH值升高或降低到某一需要的最佳值。對于生物處理，廢水的pH值通常應(yīng)維持在6.58.5范圍內(nèi)，以保證處理構(gòu)筑物內(nèi)的微生物維持最佳活性。1.3 1.3 中和方法中和方法 酸堿性廢水常用

4、的的中和方法有： 如果同一工廠或鄰近工廠同時(shí)有酸性和堿性廢水，可以先讓兩種廢水互相中和，然后再用中和劑中和剩余的酸或堿。 中和劑能成溶液或漿料時(shí)，可用投加法； 中和劑為粒料或塊料時(shí)，可用過濾法。 此外，用煙道氣中和堿性廢水時(shí)，可在塔式反應(yīng)器中接觸中和。2.2.酸堿廢水互相中和法酸堿廢水互相中和法2.1 2.1 酸性或堿性廢水的需要量酸性或堿性廢水的需要量 利用酸性廢水和堿性廢水互相中和時(shí)，應(yīng)進(jìn)行綜合能力的計(jì)算中和時(shí)，兩種廢水的酸和堿的當(dāng)量數(shù)應(yīng)相等，即按當(dāng)量定律來計(jì)算，公式如下： QCQC式中Q酸性廢水的流量，Ll； C酸性廢水的當(dāng)量濃度，克當(dāng)量L； Q堿性廢水的流量，Ll；C2堿性廢水的當(dāng)量濃

5、度，克當(dāng)量L。 在中和過程中，酸堿雙方的當(dāng)量恰好相等時(shí)稱為中和反應(yīng)的等當(dāng)點(diǎn)。強(qiáng)酸強(qiáng)堿互相中和時(shí)，由于生成的強(qiáng)酸強(qiáng)堿鹽不發(fā)生水解，因此等當(dāng)點(diǎn)即中性點(diǎn)，溶液的pH值等于7.0。但中和的一方若為弱酸或弱堿時(shí)，由于中和過程中所生成的鹽的水解，盡管達(dá)到等當(dāng)點(diǎn)，但溶液并非中性，pH值的大小取決于所生成鹽的水解度。 在實(shí)際處理中，預(yù)使兩種廢水混合后呈中性，可按下式核算 式中 Qj堿性廢水流量（L/h）； Bj堿性廢水濃度（gmol/L）； Qs酸性廢水流量（L/h）； Bs酸性廢水濃度（gmol/L）； a中和劑比耗量，即中和1kg酸所需的堿量，參見表1 K考慮中和過程不完全的系數(shù)，一般采用1.52.0，特

6、別是含重金屬離子的廢水，最好根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)確定。 aKBQBQssjj21 純凈的強(qiáng)酸、強(qiáng)堿中和時(shí)，在pH=7的附近，酸堿稍一過量，pH即有劇烈的升降。但在廢水中，由于往往有弱酸鹽的共同粒子效應(yīng)，存在明顯的緩沖能力，在要求的出水pH范圍內(nèi)，允許酸堿一方有較大的過量。這在中和實(shí)際操作中是有利條件，可在現(xiàn)場作中和試驗(yàn)，繪出中和曲線，以求得其緩沖范圍。表中和各種酸所需的堿、鹽的理論比耗量（表中和各種酸所需的堿、鹽的理論比耗量（g/gg/g）酸的名稱分子量NaOH40Ca(OH)274CaO56CaCO3100MgCO384Na2CO3106CaMg(CO3)2184HNO3630.6350.590.4

7、450.7950.6680.840.732HCl36.51.101.010.771.371.151.451.29H2SO4980.8160.7550.571.020.861.080.94H2SO3820.9750.900.681.291.122CO2441.821.63(1.27)（2.27）（1.91）2.09C2H2O4600.6660.616(0.466)（0.83）（0.695）0.881.53CuSO4159.50.2510.4650.3520.6280.5250.6670.576FeSO4151.90.2640.4850.370.660.5530.7000.605H2SiF60.5

8、560.510.380.690.730.63FeCl20.630.580.440.790.8350.725H3PO41.221.130.861.531.621.41注：在堿、鹽的分子式下面的數(shù)值為該堿、鹽的分子量； 括弧中計(jì)入的藥劑量，表示不建議采用的藥劑，其反應(yīng)很慢。2.2 2.2 中和設(shè)備中和設(shè)備 中和設(shè)備可根據(jù)酸堿廢水排放規(guī)律及水質(zhì)變化來確定。 當(dāng)水質(zhì)水量變化較小或后續(xù)處理對pH要求較寬時(shí)，可在集水井（或管道、混合槽）內(nèi)進(jìn)行連續(xù)混合反應(yīng)。 當(dāng)水質(zhì)水量變化大或后續(xù)處理對pH要求高時(shí)，可設(shè)連續(xù)流中和池。有效容積按下式計(jì)算：(Q+ Q2)t 式中V中和池有效容積，； Q酸性廢水設(shè)計(jì)流量， Q堿

9、性廢水設(shè)計(jì)流量， 中和時(shí)間，。 v當(dāng)水質(zhì)水量變化較大，且水量較小時(shí)，連續(xù)流無法保證出水pH要求，或出水中還含有其它雜質(zhì)或重金屬離子時(shí)，多采用間歇式中和池池有效容積可按污水排放周期中的廢水量計(jì)算中和池至少兩座交替使用在間歇式中和池內(nèi)完成混合、反應(yīng)、沉淀、排泥等工序。3.3.藥劑中和法藥劑中和法3.13.1酸性廢水的藥劑中和處理酸性廢水的藥劑中和處理 3.1.1中和劑 酸性廢水中和劑有石灰、石灰石、大理石、碳酸鈉、苛性鈉、氧化鎂等。常用者為石灰。當(dāng)投加石灰乳時(shí)，氫氧化鈣對廢水中雜質(zhì)有凝聚作用，因此適用于處理雜質(zhì)多濃度高的酸性廢水。在選擇中和劑時(shí)，還應(yīng)盡可能使用一些工業(yè)廢渣，如化學(xué)軟水站排出的廢渣（

10、白堊），其主要成分為碳酸鈣；有機(jī)化工廠或乙炔發(fā)生站排放的電石廢渣，其主要成分為氫氧化鈣；鋼廠或電石廠篩下的廢石灰；熱電廠的爐灰渣或硼酸廠的硼泥。 3.1.2 3.1.2 中和反應(yīng)中和反應(yīng) 石灰可中和不同濃度的酸性廢水，在采用石灰乳時(shí)，中和反應(yīng)方程式如下： H2SO4+Ca(OH)2=CaSO4+2H2O 2HNO3+ Ca(OH)2=Ca(NO3)2+2H2O 2HCl+ Ca(OH)2= CaCl2+2H2O 2H3PO4+3Ca(OH)2=Ca3(PO4)2+6H2O 2CH3COOH+Ca(OH)2=Ca(CH3COO)2+2H2O 廢水中含有其他金屬鹽類，如鐵、鉛、鋅、銅、鎳等也消耗石

11、灰乳的用量，反應(yīng)如下： FeCl2+Ca(OH)2= Fe(OH)2+CaCl2 PbCl2+Ca(OH)2=Pb(OH)2+CaCl23.1.2 3.1.2 中和反應(yīng)中和反應(yīng) 最常用到的是硫酸廢水的中和，根據(jù)使用的藥劑的不同中和反應(yīng)方程式如下： H2SO4+Ca(OH)2= CaSO4+2H2O H2SO4+CaCO3=CaSO4+H2O+CO2 H2SO4+Ca(HCO3)2=CaSO4+2H2O+2CO2 中和后生成的硫酸鈣CaSO42H2O在水中的溶解度很小，不僅生成沉淀，而且當(dāng)硫酸濃度很高時(shí)，在藥劑表面會產(chǎn)生硫酸鈣的覆蓋層，影響和阻止反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行所以當(dāng)采用石灰石、白堊或白云石作中和

12、劑時(shí)，藥劑顆粒應(yīng)在0.5mm以下。 碳酸鹽中和強(qiáng)酸時(shí)，生成的二氧化碳與水中過剩的碳酸鈣作用生成碳酸氫鹽： CO2+H2O+CaCO3=Ca(HCO3)2 但此反應(yīng)進(jìn)行得較慢，因此在強(qiáng)酸被完全中和的時(shí)間內(nèi)，只有極少量的二氧化碳進(jìn)行反應(yīng)。同樣其他一些弱酸與碳酸鹽的中和反應(yīng)也是很慢的，因此都不用它作中和劑。3.1.3 3.1.3 中和劑用量中和劑用量 由于酸性廢水中含有影響中和反應(yīng)的雜質(zhì)（如金屬離子等）及中和反應(yīng)混合不均勻，因此中和劑的實(shí)際耗量應(yīng)比理論耗量為高，用不均勻系數(shù)K來表示。如無試驗(yàn)資料時(shí)，用石灰乳中和硫酸時(shí)，K采用1.051.10，以干投或石灰漿投加時(shí)，K值采用1.051.5；中和硝酸、鹽

13、酸時(shí)，K值采用1.05。 因此藥劑總耗量可按下式計(jì)算 式中Ga藥劑總耗量，kg/d； Q酸性廢水量，m3/d； C1廢水含酸濃度，kg/m3； C2廢水中需中和的酸性鹽濃度，kg/m3； 1中和劑理論比耗量，及中和kg酸所需的堿量，kg/kg，見表1； 2中和1kg酸性鹽類所需堿性藥劑量，kg/kg，見表； K不均勻系數(shù)； 中和劑的純度，。 )(2211aCaCKQGa3.1.4 3.1.4 藥劑中和處理工藝流程藥劑中和處理工藝流程 有間歇處理和連續(xù)式處理兩種方式。為獲得穩(wěn)定可靠的中和處理效果宜采用多級式自動控制系統(tǒng)。目前多采用二級或三級。投藥量由pH值檢測儀控制。 1）投藥裝置 采用石灰作中

14、和劑時(shí)，藥劑投配方法分干投和濕投。一般采用濕法投配。 2）混合反應(yīng)裝置 用石灰中和酸性廢水時(shí)，混合時(shí)間一般采用12min，但廢水中含重金屬鹽或其他毒物時(shí)，上應(yīng)考慮出重金屬及除毒物的要求。采用其它中和劑時(shí)，混合反應(yīng)時(shí)間采用220min。當(dāng)廢水量較少和濃度低且不產(chǎn)生大量沉渣時(shí)，可不設(shè)混合反應(yīng)池，中和劑可直接投加在水泵吸水井中，在管道中進(jìn)行反應(yīng)。當(dāng)然必須滿足反應(yīng)時(shí)間的要求。當(dāng)廢水量大時(shí)，一般需設(shè)混合反應(yīng)池，混合反應(yīng)可在同一池內(nèi)進(jìn)行，石灰乳在池前投入。 3）沉淀池 當(dāng)沉渣量少，且重力排渣時(shí)，可采用豎流式沉淀池；當(dāng)沉渣量大，重力排泥困難時(shí)，可采用平流式沉淀池，沉渣用污泥泵排出。 4）沉渣脫水裝置 可采用

15、機(jī)械脫水或干化場脫水。3.2 3.2 堿性廢水的藥劑中和處理堿性廢水的藥劑中和處理（1）中和劑 堿性廢水中和劑有硫酸、鹽酸、硝酸等。常用的藥劑為工業(yè)硫酸、工業(yè)鹽酸。有條件時(shí)，也可以采取向堿性廢水中通入煙道氣（含CO2、SO2等）的辦法加以中和。（2）中和反應(yīng) 以含氫氧化鈉和氫氧化銨堿性廢水為例、中和劑用工業(yè)硫酸，其化學(xué)反應(yīng)如下： 2NaOH+H2SO4Na2SO4+2H2O NH4OH+H2SO4 (NH4)2SO4+2H2O 以含氫氧化鈉堿性廢水為例，用煙道氣中和，其化學(xué)反應(yīng)如下： 2NaOH+CO2+H2ONa2CO3+2H2O 2NaOH+SO2+H2ONa2SO3+2H2O表表2 2

16、中和各種堿所需酸的比耗量中和各種堿所需酸的比耗量 由于工業(yè)廢水中含有的成分復(fù)雜，因此藥劑投加量不能只按化學(xué)計(jì)算得到，應(yīng)留有一定余量，最好做中和曲線后再進(jìn)行估算。堿的名稱中和1克堿需酸的克數(shù)（g/g）H2SO4HClHNO3CO2SO2100%98%100%36%100%65%NaOH1.221.240.912.531.572.420.550.80KOH0.880.900.651.801.131.740.390.57Ca(OH)21.321.340.992.741.702.620.590.86NH32.882.932.125.903.715.701.291.88堿性廢水處理方法比較 處理方法適用

17、條件主要優(yōu)點(diǎn)主要缺點(diǎn)附注1利用酸性廢水相互中和1適用于各種堿性廢水2酸堿廢水中酸堿當(dāng)量最好基本平衡1節(jié)省中和藥劑2當(dāng)酸堿基本平衡，且廢水緩沖作用大時(shí)，設(shè)備即可簡化，管理簡單1廢水流量，濃度波動大時(shí)，須均化。2酸堿當(dāng)量不平衡時(shí)須投酸堿中和劑補(bǔ)充處理須注意二次污染2加酸中和用工業(yè)酸或廢酸用副產(chǎn)品中和劑時(shí)較經(jīng)濟(jì)用工業(yè)酸使成本較高。3煙道氣中和1要求有大量能滿足處理水量的煙氣，且能連續(xù)供給2當(dāng)堿性廢水間斷而煙氣不間斷時(shí)，應(yīng)有除塵水源1廢水為煙氣除塵，煙氣使廢水pH降低至672節(jié)省除塵用水及中和劑污水經(jīng)煙氣中和后，水溫、色度、耗氧量、硫化物均有上升。1出水其他指標(biāo)上升有待進(jìn)一步處理，使之達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)2水

18、量小時(shí)，在特定情況下可用壓縮CO2處理，操作簡單，出水水質(zhì)亦不致變壞，但費(fèi)用高4.4.過濾中和法過濾中和法v 酸性廢水流過堿性濾料時(shí)與濾料進(jìn)行中和反應(yīng)的方法稱為過濾中和法。過濾中和法僅用于酸性廢水的中和處理。特別適用于較潔凈的主要含鹽酸或硝酸的污水，但不適于中和濃度高的酸性廢水。對硫酸廢水，因中和過程中生成的硫酸鈣在水中溶解度小，易在濾料表面形成覆蓋層，阻礙濾料和酸的接觸反應(yīng)。 v過濾中和法較石灰藥劑法具有操作簡便，運(yùn)行費(fèi)用低及勞動條件好等優(yōu)點(diǎn)。另外，廢水中鐵鹽、泥沙及惰性物質(zhì)的含量亦不能過高，否則會使濾池堵塞。而且，當(dāng)污水中含有大量懸浮物、油質(zhì)、重金屬鹽和其它毒物時(shí)，也不宜采用。中和酸性廢水

19、常用的濾料有石灰石、白云石及白堊等。 v中和池分三類：普通中和濾池、升流式膨脹中和濾池。4.1 普通中和濾池普通中和濾池4.1.1 反應(yīng)方程式 普通過濾中和一般采用石灰石作濾料，采用石灰石作濾料時(shí)，其中和反應(yīng)方程式如下： 2HCl+CaCO3=CaCl2+H2O+CO2 2HNO3+CaCO3=Ca(NO3)2+H2O+CO2 H2SO4+CaCO3=CaSO4+H2O+CO2 為避免在濾料表面形成硫酸鈣覆蓋層，當(dāng)硫酸的濃度在25g/L范圍內(nèi)，可用白云石作濾料，因中和時(shí)產(chǎn)生的硫酸鎂易溶于水，結(jié)垢較石灰石少。反應(yīng)速度較石灰石慢，反應(yīng)式為： 2H2SO4+CaCO3MgCO3=CaSO4+MgSO

20、4+2H2O+2CO2 由以上反應(yīng)式可知，所有過濾中和反應(yīng)均產(chǎn)生CO2，CO2溶于水為碳酸。使出水pH在5左右，需用曝氣等方法脫CO2，將pH提高至6左右。4.1.2普通中和濾池的形式普通中和濾池的形式 普通中和濾池為固定床。濾池按水流方向分為平流式和豎流式兩種，目前多用豎流式。豎流式又可分為升流式和降流式兩種，見下圖（a為升流式，b為降流式）。 普通中和濾池的濾料粒徑不宜過大，一般為30 50mm，不得混有粉料雜質(zhì)。當(dāng)廢水含有可能堵濾料的雜質(zhì)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行預(yù)處理。過濾速度一般為1 1.5m/h，不大于5m/h，接觸時(shí)間不少于10min，濾床厚度一般為11.5m。 4.1.3 4.1.3 中和劑用

21、量中和劑用量 濾料消耗量可按下式計(jì)算： M=KaQB式中 K系數(shù)，一般采用1.5 a藥劑比耗量； Q污水流量（m3/d）； B污水中酸的濃度（kg/m3） 濾料理論工作周期T（d）可按下式計(jì)算：式中 P濾料裝載量（kg）； MX濾料實(shí)際消耗量，對白云石，MX=1.5M XMPT 4.2 4.2 升流式膨脹中和濾池升流式膨脹中和濾池 升流式膨脹中和濾池，廢水從濾池底部進(jìn)入，從池頂流出，使濾料處于膨脹狀態(tài)。升流式膨脹濾池又可分為恒濾速和變?yōu)V速兩種。恒濾速升流膨脹中和濾池的濾柱橫截面固定不變，當(dāng)濾速提高到6070m/h，可使濾料相互摩擦，不易結(jié)垢，垢屑和CO2易于排走，不致造成濾床堵塞。對于硫酸廢水

22、，限制濃度可提高到2g/L。 濾柱底部配水應(yīng)均勻，當(dāng)采用大阻力穿孔布水系統(tǒng)時(shí)，孔徑為912mm，孔距及孔數(shù)可根據(jù)計(jì)算確定。卵石承托層厚為0.150.2m，粒徑為2040mm。濾料粒徑為0.53mm，濾層高度應(yīng)根據(jù)酸性廢水濃度、濾料粒徑、中和反應(yīng)時(shí)間等條件確定。濾層厚度在運(yùn)轉(zhuǎn)初期為1m1.2，最終換料時(shí)為2m，濾料膨脹率采用50%；濾柱頂部設(shè)緩沖層，一般為0.5m。濾柱總高一般為3m左右。每個(gè)濾柱直徑宜小于2m，且至少應(yīng)設(shè)一個(gè)備用，以供倒床換料。 變?yōu)V速升流膨脹中和濾池（見圖 ）的濾柱下部截面小，上部截面大，使下部濾速達(dá)130150m/h，上部為4060m/h，因而全部濾料都能膨脹，但上部出水可

23、少帶料，可使最小粒徑達(dá)0.25mm，改變了恒速升流膨脹中和下部膨脹不起來，上部卻帶走小顆粒濾料的缺點(diǎn)。對于硫酸污水，變速膨脹濾池的限制濃度可進(jìn)一步提高到2.5g/L以上。 經(jīng)中和后的濾池出水pH值可達(dá)4.24.5，將水中CO2用除氣塔除去后，廢水pH可提高到66.5。膨脹中和濾池一般每班加料24次。當(dāng)出水pH4.2時(shí)，須倒床換料。濾料量大時(shí)，加料及倒床宜考慮機(jī)械化，以減輕勞動強(qiáng)度。4.3 4.3 滾筒式過濾中和滾筒式過濾中和 臥式過濾中和，滾筒由鋼板制成，內(nèi)襯防腐層。筒徑1m以上，筒長為筒徑的67倍，旋轉(zhuǎn)軸向出水方向傾斜0.51，轉(zhuǎn)速為1020r/min。污水與濾料由筒的一端進(jìn)入，在筒內(nèi)隨筒一

24、起轉(zhuǎn)動，一面相互作用，污水在另一端經(jīng)多空濾板流出。筒內(nèi)壁焊有數(shù)條縱向擋板，帶動濾料不斷翻滾。筒的有效裝料體積為筒體積的一半，濾料粒徑可達(dá)十幾毫米。同膨脹濾池一樣，出水也需脫除CO2。該裝置的優(yōu)點(diǎn)是對含硫酸的廢水硫酸限制濃度可提高數(shù)倍，而且濾料不必粉碎到很小粒徑，濾料也不怕堵塞，但是它結(jié)構(gòu)復(fù)雜，動力費(fèi)用高，運(yùn)行時(shí)設(shè)備噪聲較大，且設(shè)備的腐蝕問題還有待解決。酸性廢水處理方法比較酸性廢水處理方法比較 處理方法適用條件主要優(yōu)點(diǎn)主要缺點(diǎn)附注1利用堿性廢水相互中和1適用于各種酸性廢水2酸堿廢水中酸堿當(dāng)量最好基本平衡1節(jié)省中和藥劑2當(dāng)酸堿基本平衡，且廢水緩沖作用大時(shí)，設(shè)備即可簡化，管理簡單1廢水流量，濃度波動大時(shí)，須均化。2酸堿當(dāng)量不平衡時(shí)須設(shè)酸堿中和及補(bǔ)充處理須注意二次污染，如堿性污水中含硫化物時(shí)，易產(chǎn)生H2S等有害氣體2投藥中和1各種酸性污水2酸