廢水的化學(xué)處理和物化處理課件

1、化學(xué)處理法 化學(xué)法是廢水處理的基本方法之一。它是利用化學(xué)作用來(lái)處理廢水中的溶解物質(zhì)或膠體物質(zhì)，可用來(lái)去除廢水中的金屬離子、細(xì)小的膠體有機(jī)物、無(wú)機(jī)物、植物營(yíng)養(yǎng)素（氮、磷）、乳化油、色度、臭味、酸、堿等，對(duì)于廢水的深度處理有著重要作用。 化學(xué)法包括：中和法、混凝法、氧化還原、電化學(xué)等方法。14.1 中和法 在化工、煉油企業(yè)中，對(duì)于低濃度的含酸、含堿廢水，在無(wú)回收及綜合利用價(jià)值時(shí)，往往采用中和的方法進(jìn)行處理。中和法也常用于廢水的預(yù)處理，調(diào)整廢水的pH。 中和也即pH調(diào)整，或稱為酸堿度的調(diào)整。就是酸堿相互作用生成鹽和水。例如：2 對(duì)含酸或含堿廢水、濃度在4%（含酸濃度；含堿濃度為2%）以下時(shí)，如果不能

2、進(jìn)行經(jīng)濟(jì)有效的回收、利用，則應(yīng)經(jīng)過(guò)中和，將廢水的pH調(diào)整到呈中性狀態(tài)，才能夠排放。而對(duì)含酸、含堿濃度高的廢水，則必須考慮回收及開展綜合利用的方法。3中和酸性或堿性廢水的方法1.酸性廢水的中和處理方法使酸性廢水通過(guò)石灰石濾床；與石灰乳混合；投加燒堿或純堿溶液；與堿性廢水混合，使廢水pH近于中性；投加堿性廢渣。4中和法注意事項(xiàng)： 值得注意兩點(diǎn)：（1）采用中和法時(shí)，中和時(shí)間一般要長(zhǎng)。（2）中和后，應(yīng)避免生產(chǎn)大量沉渣，否則會(huì)影響處理效果，同時(shí)又帶來(lái)沉渣的處理問(wèn)題，故生成的鹽要有一定大小的溶解度。52.堿性廢水處理方法向堿性廢水中鼓人煙道廢氣；向堿性廢水注入壓縮的二氧化碳?xì)怏w；向堿性廢水投入酸或酸性廢水

3、等；在堿性廢水中產(chǎn)生一氧化碳。 6 用煙道氣中和堿性廢水，主要是利用煙道氣中的CO2和SO2兩種酸性和氣體對(duì)堿性廢水進(jìn)行中和。這是一種以廢治廢，開展綜合利用的很好辦法，既可以降低廢水的pH，又可以去除煙道氣中的灰塵，并使煙道氣中的CO2及SO2氣體從煙氣中分離出去，防止煙道氣污染大氣。4.2混凝沉淀法混凝原理 混凝劑為電解質(zhì)，在廢水里形成膠團(tuán)，與廢水中的膠體物質(zhì)發(fā)生電中和，形成絨粒沉降。 （1）去除廢水中的粒徑為10-3-10-6mm的細(xì)小懸浮顆粒； （2）去除色度、油分、微生物、氮和磷等富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、重金屬以及有機(jī)物等。7 廢水中投入混凝劑后，膠體因電位降低或消除，破壞了顆粒的穩(wěn)定狀態(tài)（稱脫穩(wěn)

4、）。 脫穩(wěn)的顆粒相互聚集為較大顆粒的過(guò)程稱為凝聚。 未經(jīng)脫穩(wěn)的膠體也可形成大的顆粒，這種現(xiàn)象稱為絮凝。 不同的化學(xué)藥劑能使膠體以不同的方式脫穩(wěn)、凝聚或絮凝。 按機(jī)理，混凝可分為壓縮雙電層、吸附電中和、吸附架橋、沉淀物網(wǎng)捕四種。8（1）電性中和機(jī)理 膠粒表面對(duì)異號(hào)離子、異號(hào)膠粒、鏈狀離子或分子帶異號(hào)電荷的部位有強(qiáng)烈的吸附作用，由于這種吸附作用中和了電位離子所帶電荷，減少了靜電斥力，降低了電位，使膠體的脫穩(wěn)和凝聚易于發(fā)生。（2）吸附架橋機(jī)理 吸附架橋作用主要是指鏈狀高分子聚合物在靜電引力、范德華力和氫鍵力等作用下，通過(guò)活性部位與膠粒和細(xì)微懸浮物等發(fā)生吸附橋聯(lián)的過(guò)程。在相距較遠(yuǎn)的兩膠粒間進(jìn)行吸附架橋

5、，使顆粒逐漸變大，形成粗大絮凝體。910 低分子電解質(zhì)的混凝劑，以雙電層作用產(chǎn)生凝集為主；高分子聚合劑則以架橋聯(lián)結(jié)產(chǎn)生絮凝為主。故通常將低分子電解質(zhì)稱為混凝劑，而把高分子聚合物單獨(dú)稱為絮凝劑。11影響混凝效果的因素水樣的影響對(duì)不同水樣，由于廢水中的成分不同，同一種混凝劑的處理效果可能會(huì)相差很大。藥劑投加量的影響藥劑投加量有其最佳值，混凝劑投加量不足，則水中雜質(zhì)未能充分脫穩(wěn)去除，加入太多則會(huì)再穩(wěn)定。12水溫的影響 a.影響藥劑在水中堿度起化學(xué)反應(yīng)的速度，對(duì)金屬鹽類混凝劑影響很大，因其水解是吸熱反應(yīng)；b. 影響礬花的形成和質(zhì)量。水溫較低時(shí)，絮凝體形成緩慢，結(jié)構(gòu)松散，顆粒細(xì)??；c.水溫低時(shí)水的粘度大

6、，布朗運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度減弱，不利于脫穩(wěn)膠粒相互凝聚，水流剪力也增大，影響絮凝體的成長(zhǎng)。該因素主要影響金屬鹽類的混凝，對(duì)高分子混凝劑影響較小。13 pH值的影響金屬鹽類，因其混凝過(guò)程中水解產(chǎn)生大量H+離子，造成pH下降，以至降到最優(yōu)混凝條件以下，保持一定堿度則使反應(yīng)過(guò)程中pH基本保持恒定；對(duì)于高分子混凝劑，因其作用并非靠大量水解來(lái)實(shí)現(xiàn)的，且水中均會(huì)保持有一定的堿度，故對(duì)其最佳投加量影響不大。對(duì)金屬鹽類，pH 影響其在水中水解產(chǎn)物的種類與數(shù)量，一般在pH為5.5-8.0時(shí)有較高脫除率；對(duì)人工合成高分子混凝劑，則影響其活性基團(tuán)的性質(zhì)。14 水力條件的影響混凝的過(guò)程是混凝劑與膠粒發(fā)生反應(yīng)并逐步凝聚在一起的過(guò)程

7、，水流紊動(dòng)過(guò)于緩慢，則混凝劑與膠粒反應(yīng)速率太小，紊動(dòng)過(guò)于激烈則使結(jié)成的絮體重新破裂。15混凝劑和助凝劑 混凝劑的品種目前不下二三百種，按其化學(xué)成分可分為無(wú)機(jī)及有機(jī)兩大類。無(wú)機(jī)鹽主要是鋁和鐵的鹽類及其水解聚合物，有機(jī)類品種很多，主要是高分子化合物，可分為天然的及人工合成的兩部分。無(wú)機(jī)混凝劑主要是利用其中的強(qiáng)水解基團(tuán)水解形成的微絮體使脫粒脫穩(wěn)以其價(jià)格低廉，原料易得等優(yōu)點(diǎn)得以大量運(yùn)用。16 為了提高混凝沉淀的效果，通常在使用混凝劑時(shí)還需加入一些助凝劑。1）pH調(diào)節(jié)劑：是用來(lái)調(diào)整廢水的pH，以達(dá)到混凝劑使用的最佳。常用的有石灰等。2)活化劑：用來(lái)改善絮凝體的結(jié)構(gòu)，增加混凝劑的活性，如活性炭、粘土和活化

8、硅酸等。3)氧化劑：用來(lái)破壞其他對(duì)混凝劑有干擾的有機(jī)物質(zhì)，如氯等。17混凝處理流程18氧化還原法廢水經(jīng)過(guò)氧化還原處理，可使廢水中所含的有機(jī)物質(zhì)和無(wú)機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)變成無(wú)毒或毒性不大的物質(zhì)，從而達(dá)到廢水處理的目的。由標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位可以判斷氧化劑和還原劑的氧化還原能力。一般用得比較多的氧化劑主要是O2、Cl2、O3等。19常用的氧化法如下：（1）空氣氧化法 空氣氧化法是利用空氣中的氧氣氧化廢水中的有機(jī)物和還原性物質(zhì)的一種處理方法。空氣因氧化能力比較弱，主要用于含還原性較強(qiáng)物質(zhì)的廢水處理，如煉油廠的含硫廢水。20（2）氯氧化法 氯是普遍使用的氧化劑，既用于給水消毒，又用于廢水氧化，主要是起到消毒殺菌的作用

9、。211）處理含酚廢水 向含酚廢水中加入氯、次氯酸鹽或二氧化氯等，可將酚破壞。根據(jù)理論計(jì)算投加的氯量與水中的含酚量之比為6：1時(shí)，即可使酚完全破壞，但由于廢水中存在其他化合物也與氯發(fā)生反應(yīng)，實(shí)際上氯的需要量要超過(guò)理論量許多倍，一般要超出10倍左右。2）處理含氰廢水 用氯氧化法處理含氰廢水時(shí)，是將次氯酸鈉直接投入廢水中，也可以將氫氧化鈉和氯氣同時(shí)加入廢水中，氫氧化鈉與氯氣反應(yīng)生成次氯酸鈉。22(3)臭氧氧化法 臭氧O3是氧的同素異構(gòu)體，在常溫常壓下是一種具有魚腥味的淡紫色氣體。沸點(diǎn)-112.5C；密度2.144kg/m3是氧的1.5倍。 23不穩(wěn)定性 臭氧不穩(wěn)定，在常溫下容易自行分解成為氧氣并釋

10、放出熱量。 MnO2、PbO2、Pt、C等催化劑的存在或經(jīng)紫外輻射都會(huì)促使臭氧分解。臭氧在空氣中的分解速度與臭氧濃度和溫度有關(guān)。 242）溶解性 臭氧在水中的溶解度要比純氧高10倍，比空氣高25倍。3）毒性 當(dāng)臭氧在空氣中的濃度達(dá)到0.1cm3/m3時(shí)，即可以使人的眼、鼻和喉感到刺激，當(dāng)臭氧濃度達(dá)到1-10cm3/m3時(shí)可引起頭痛、惡心等癥狀。4）氧化性 臭氧可使有機(jī)物質(zhì)被氧化，可使烯烴、炔烴及芳香烴化合物被氧化成醛類或有機(jī)酸。25 臭氧主要用于廢水的三級(jí)處理，其作用是：降低廢水中的COD和去除BOD ；殺菌消毒；增加水中的溶解氧；脫色和脫臭味；降低濁度。2627電解法原理電解是利用直流電進(jìn)行

11、溶液氧化還原反應(yīng)的過(guò)程。電解時(shí)，把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的裝置為電解槽。在電解槽中，與電源正極相連接的極稱為陽(yáng)極，與電源負(fù)極相連接的極稱為陰極。28當(dāng)接通直流電源后，電解槽的陰極和陽(yáng)極之間發(fā)生了電位差，驅(qū)使正離子移向陰極，在陰極取得電子，進(jìn)行還原反應(yīng)；負(fù)離子移向陽(yáng)極，在陽(yáng)極放出電子，進(jìn)行氧化反應(yīng)。從而使得廢水中的污染物在陽(yáng)極被氧化，在陰極被還原，或者與電極反應(yīng)產(chǎn)物作用，轉(zhuǎn)化為無(wú)害成分被分離除去。一般按照污染物的凈化機(jī)理可以分為電解氧化法、電解還原法、電解凝聚法和電解浮上法；2930電解氧化還原法 電解氧化是指廢水中污染物在電極槽的陽(yáng)極失去電子被氧化外，水中的Cl-、OH-等也可在陽(yáng)極放電，生成Cl2

12、、H2O而間接地氧化破壞污染物。 為了強(qiáng)化陽(yáng)極的氧化作用，減少電解槽的內(nèi)阻，往往在廢水電解槽中常加一些食鹽，進(jìn)行所謂的電氯化，食鹽投加后在陽(yáng)極可生成氯和次氯酸根，對(duì)水中的無(wú)機(jī)和有機(jī)物也有較強(qiáng)的氧化作用。31電極還原主要用于處理陽(yáng)離子污染物，如Cr6+、Hg2+等。目前在生產(chǎn)應(yīng)用中，都是以鐵板為電極，由于鐵板溶解，金屬離子在陽(yáng)極還原沉積而回收除去。32物理化學(xué)處理法 廢水經(jīng)過(guò)物理方法處理后，仍會(huì)含有某些細(xì)小的懸浮物以及溶解的有機(jī)物。為了進(jìn)一步去除殘存在水中的污染物，可以進(jìn)一步采用物理化學(xué)方法進(jìn)行處理。常用的物理化學(xué)方法有吸附、浮選、電滲析、反滲透、超過(guò)濾等。33吸附法在廢水處理中，吸附法處理的主

13、要對(duì)象是廢水中用生化法難于降解的有機(jī)物或用一般氧化法難于氧化的溶解性有機(jī)物，包括木質(zhì)素、氯或硝基取代的芳烴化合物、雜環(huán)化合物、洗滌劑、合成染料、除莠劑、DDT等。當(dāng)用活性炭等對(duì)這類廢水進(jìn)行處理時(shí)，它不但能夠吸附這些難于分解的有機(jī)物，降低COD，還能使廢水脫色、脫臭，把廢水處理到可重復(fù)利用的程度。34吸附法是利用多孔性固體物質(zhì)作為吸附劑，以吸附劑的表面吸附廢水中的某種污染物的方法。常用的吸附劑有活性炭、硅藻土、鋁礬土、磺化煤、礦渣以及吸附用的樹脂等。其中以活性炭最為常用。35鋁礬土37鋁礬土38硅藻土磺化煤39磺化煤40（1）吸附的原理吸附劑和被吸附物質(zhì)之間的作用力有三種不同類型。即分子間力、化

14、學(xué)鍵力和靜電引力。由于這三種不同的作用力，結(jié)果形成三種不同形式的吸附。即物理吸附、化學(xué)吸附和交換吸附。在廢水處理中，主要是物理吸附，有時(shí)是幾種吸附形式的綜合作用。42（2）吸附平衡在吸附過(guò)程中，固、液兩相經(jīng)過(guò)充分的接觸后，一方面吸附劑不斷地吸附吸附質(zhì)，另一方面吸附質(zhì)由于熱運(yùn)動(dòng)又不斷地脫離吸附劑表面而解吸，最終將達(dá)到吸附與解吸的動(dòng)態(tài)平衡。達(dá)到平衡時(shí)，單位吸附劑所吸附的物質(zhì)的數(shù)量稱為平衡吸附量，這種狀態(tài)稱為吸附平衡。43（3）吸附劑及其再生吸附劑的選擇還必須滿足以下要求：吸附能力強(qiáng)；吸附選擇性好；吸附平衡濃度低；容易再生和再利用；機(jī)械強(qiáng)度好；來(lái)源容易；化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；價(jià)格便宜。44 常用：活性炭、硅

15、膠、活化炭、白土、硅藻土、活性氧化鋁、焦炭、樹脂吸附劑、腐殖酸、爐渣、木屑、煤灰及煤粉等。吸附劑的吸附能力常用靜活性來(lái)表示，即在一定的溫度及平衡濃度的靜態(tài)吸附條件下，每單位質(zhì)量或單位體積吸附劑所能吸附的最大吸附質(zhì)量。影響吸附過(guò)程的因素主要可以歸納為三方面的影響因素，即吸附劑的性質(zhì)、污染物的性質(zhì)以及吸附過(guò)程的條件。吸附劑的物理及化學(xué)性質(zhì)，對(duì)吸附效果有決定性的影響。活性炭的吸附效果決定于吸附性、比表面積、孔隙結(jié)構(gòu)、孔徑分布等。45吸附劑在達(dá)到飽和吸附后，必須進(jìn)行脫附再生，才能重復(fù)使用。脫附是吸附的逆過(guò)程，即在吸附劑結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化或變化極小的情況下，用某種方法將吸附劑從吸附劑孔隙中除去，恢復(fù)吸附劑的

16、吸附功能。目前吸附劑的再生方法主要有加熱再生、藥劑再生、化學(xué)氧化再生、濕式氧化再生、生物再生等。在選擇再生方法時(shí)，主要考慮三方面的因素：吸附質(zhì)的物理性質(zhì)；吸附機(jī)理；吸附質(zhì)的回收使用價(jià)值。46（4）吸附工藝及設(shè)備 在設(shè)計(jì)吸附工藝和裝置時(shí)，應(yīng)首先確定采用何種吸附劑，選擇何種吸附和再生操作方法以及廢水的預(yù)處理和后處理措施。 一般需通過(guò)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)來(lái)確定處理效果、吸附容量、設(shè)計(jì)參數(shù)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。4748膜分離法（1）電滲析原理 電滲析是在直流電流電場(chǎng)的作用下，利用陰、陽(yáng)離子交換膜對(duì)溶液中陰、陽(yáng)離子的選擇透過(guò)性（即陽(yáng)膜只允許陽(yáng)離子通過(guò)，陰膜只允許陰離子通過(guò)），而使溶液中的溶質(zhì)與水分離的一種物理化學(xué)過(guò)

17、程。4950（2）電滲析在廢水處理中的應(yīng)用電滲析法最先用于海水淡化制取飲用水和工業(yè)用水，海水濃縮制取食鹽，以及其他單元技術(shù)組合制取高純水，利用電滲析法去除水中的鹽分使水淡化，具有投資少、建設(shè)時(shí)間短、方便易行等優(yōu)點(diǎn)，直流電耗量為1-5kwh/m3淡水。52 我國(guó)從1958年開始，進(jìn)行電滲析技術(shù)的研究，最初是應(yīng)用在海水、苦咸水等的淡化方面的電滲析研究，隨后應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大到冶金、化工、紡織、造紙、電鍍、運(yùn)輸?shù)雀鞣N工業(yè)中。 電滲析方法應(yīng)用到環(huán)境保護(hù)方面進(jìn)行廢水處理，已取得良好的效果。但是由于目前其耗電量很高，多數(shù)還是僅限于在以回收為目的的情況下使用。53反滲透反滲透：是利用半滲透膜進(jìn)行分子過(guò)濾來(lái)處理廢水的一種新的方法，所以又稱為膜分離技術(shù)。 半滲透膜可以使水通過(guò)，但不能使水中懸浮物及溶質(zhì)通過(guò)，所以這種膜稱為半滲透膜。利用它可以除去水中的溶解固體、大部分溶解性有機(jī)物和膠狀物質(zhì)。54反滲透原理55在半透膜將純液體與含有溶質(zhì)的液體分開情況下，純液體的化學(xué)勢(shì)高于含有溶質(zhì)的溶液的化學(xué)勢(shì)，而物質(zhì)移動(dòng)規(guī)律是從化學(xué)勢(shì)高移動(dòng)到化學(xué)勢(shì)低的，因此溶劑分子經(jīng)半透膜移向另外一邊的溶液。（2）反滲透工藝在廢水處理中的應(yīng)用反滲透最早用于海水淡化，之后反滲透的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。在海水和苦咸水的脫鹽，鍋爐給水和純水制備，廢水處理與再生，有用物質(zhì)的分離和濃縮等方面，反滲透都發(fā)揮重要的作用。5657超