Chapter12 工業(yè)廢水的化學(xué)處理課件

1、 Chapter 12 工業(yè)廢水的化學(xué)處理9/18/20221水質(zhì)工程學(xué)II主要內(nèi)容： 中和 Neutralization 化學(xué)沉淀 Chemical Precipitation 藥劑氧化還原 Oxidation-reduction 臭氧氧化 Ozonization 電解 Electrolysis其他氧化還原法 Others9/18/20222水質(zhì)工程學(xué)II12.1 中和12.1.1 概述 中和：酸和堿反應(yīng)生成鹽和水。1.酸堿廢水的來源及其危害 酸性污水化工廠、化纖廠、電鍍廠，金屬加工廠等酸性污水PH14，腐蝕性強(qiáng)，改變水體的PH值，影響水生植物。 堿性污水印染廠、造紙廠、煉油廠的堿性污水pH

2、1014，腐蝕危害小于酸性水，影響水生植物。 酸堿污水在濃度高時(shí)3%5以上，應(yīng)考慮回收和綜合利用，制造硫酸亞鐵、硫酸鐵，在濃度不高時(shí)方可采用處理的方法。 9/18/20223水質(zhì)工程學(xué)II12.1 中和12.1.1 概述1.酸堿廢水的來源及其危害中和法的應(yīng)用：(1) 廢水排放進(jìn)入水體之前，避免對(duì)水生生物造成影響；(2) 廢水排放進(jìn)入城市下水道之前，避免對(duì)管道造成腐蝕作用；(3) 化學(xué)處理或生物處理之前，因?yàn)槟承┗瘜W(xué)反應(yīng)(如混凝沉淀)，生物處理也要求廢水的pH為某一范圍。 用化學(xué)法去除廢水中酸或堿，使其pH達(dá)到中性左右的過程叫做中和。9/18/20224水質(zhì)工程學(xué)II12.1 中和12.1.1

3、概述2. 中和方法 酸性廢水 酸性廢水與堿性廢水互相中和、藥劑中和、過濾中和三種。 堿性廢水 堿性廢水與酸性廢水互相中和、藥劑中和兩種。9/18/20225水質(zhì)工程學(xué)II12.1 中和12.1.1 概述3. 中和劑酸性廢水的中和劑：蘇打 NaCO3和苛性鈉NaOH具有組成均勻，易于貯存，反應(yīng)迅速，易溶于水，但價(jià)格較高；石灰 Ca(OH)2 來源廣泛，價(jià)格便宜。(但產(chǎn)生雜質(zhì)多，浮渣多，難處理，衛(wèi)生條件差，一般用于水量較小的水廠)；石灰石 CaCO3，白云石 CaCO3MgCO3是開發(fā)的石料，在產(chǎn)地價(jià)格便宜，可以作為一種中和材料，主要用于濾床使用。9/18/20227水質(zhì)工程學(xué)II12.1 中和1

4、2.1.1 概述3. 中和劑酸性廢水的中和劑：蘇打 NaCO3和苛性鈉NaOH具有組成均勻，易于貯存，反應(yīng)迅速，易溶于水，但價(jià)格較高；石灰 Ca(OH)2 來源廣泛，價(jià)格便宜。(但產(chǎn)生雜質(zhì)多，浮渣多，難處理，衛(wèi)生條件差，一般用于水量較小的水廠)；石灰石 CaCO3，白云石 CaCO3MgCO3是開發(fā)的石料，在產(chǎn)地價(jià)格便宜，可以作為一種中和材料，主要用于濾床使用。堿性污水的中和劑：硫酸、鹽酸、煙道氣（含CO2,SO2)。9/18/20228水質(zhì)工程學(xué)II12.1 中和12.1.2 酸堿廢水的互相中和法2. 中和設(shè)備 需要根據(jù)廢水排放規(guī)律以及水質(zhì)變化來確定：水質(zhì)水量變化小或后續(xù)處理對(duì)pH要求不高，

5、可在集水井(管道或混合槽)進(jìn)行連續(xù)混合反應(yīng)；水質(zhì)水量變化大或后續(xù)處理對(duì)pH要求高時(shí)，可設(shè)連續(xù)流中和池；水質(zhì)水量變化大且水量較小，連續(xù)流無法保證出水pH要求，或出水中還含有其他雜質(zhì)或重金屬離子時(shí)，采用間歇式中和池。9/18/202210水質(zhì)工程學(xué)II12.1 中和12.1.3 藥劑中和法 用堿性、酸性物質(zhì)為中和劑處理，常采用石灰處理酸性污水，石灰還是混凝劑，可凝聚水中的雜質(zhì)，對(duì)于含雜質(zhì)多的酸性污水有利。 當(dāng)污水中含有重金屬離子時(shí)，加入石灰，堿性增大使水中重金屬離子積大于溶度積產(chǎn)生沉淀。9/18/202211水質(zhì)工程學(xué)II12.1 中和12.1.3 藥劑中和法 藥劑中和在混合池中進(jìn)行，其后需設(shè)沉淀

6、池和污泥干化，污水在混合反應(yīng)池停留時(shí)間5min(給水反應(yīng)池的停留時(shí)間是810min)，在沉淀池停留時(shí)間12h，污泥是污水的體積 25，污泥需脫水干化。 干投法：用機(jī)械將藥劑粉碎，直徑0.5mm，然后直接投入水中。 濕投法：將藥劑溶解成液體，用計(jì)量設(shè)備控制投加量，可節(jié)省藥劑。9/18/202212水質(zhì)工程學(xué)II12.1 中和12.1.4 過濾中和法(多用于原料所在地) 使污水流經(jīng)具有中和能力的濾池，例如石灰石、白云石、大理石等，產(chǎn)生中和作用。 石灰石與硫酸反應(yīng) 白云石與硫酸反應(yīng) 白云石中含有MgCO3，可生成溶解度較大的MgSO4不會(huì)造成反應(yīng)中濾池的堵塞，產(chǎn)生的CaSO4是石灰石中和產(chǎn)生的50，

7、影響小一些，可以適當(dāng)提高進(jìn)水硫酸濃度。9/18/202214水質(zhì)工程學(xué)II 計(jì)算：石灰石與硫酸反應(yīng)生成硫酸鈣。 98 100 136 18 生成硫酸鈣微溶于水，18時(shí)溶解度為1.6g/L，采用石灰石能中和硫酸濃度為： 1.6:136x:98 x=1.15g/L 分析： 1）當(dāng)進(jìn)水硫酸濃度大于1.15g/L，中和反應(yīng)生成的CaSO4濃度大于1.6g/L，超過濃度積，會(huì)析出CaSO4沉淀。 2）由于存在鹽效應(yīng)的過飽和現(xiàn)象，一般進(jìn)水的硫酸濃度可提高到2.02.4g/L。 3）應(yīng)用中要注意進(jìn)水的硫酸濃度，不使濾池堵塞。 12.1 中和9/18/202215水質(zhì)工程學(xué)II12.2 化學(xué)沉淀12.2.1

8、概述 化學(xué)沉淀是向水中投加某種化學(xué)劑，使它與水中的溶解物質(zhì)發(fā)生互換反應(yīng)，生成難溶于水的沉淀物，降低污水中溶解物質(zhì)的濃度。 原理：根據(jù)化學(xué)沉淀的必要條件，一定溫度下，難溶鹽MmNn在飽和溶液下，沉淀和溶解反應(yīng)如下。 m、n分別表示離子Mn+、Nm-的系數(shù).9/18/202217水質(zhì)工程學(xué)II12.2 化學(xué)沉淀12.2.1 概述根據(jù)質(zhì)量作用原理，溶度積常數(shù)可表示為L(zhǎng)MmNn1） 同離子效應(yīng)當(dāng)沉淀溶解平衡后，如果向溶液中加入含有某一離子的試劑，則沉淀溶解度減少向沉淀方向移動(dòng)。 2）鹽效應(yīng)在有強(qiáng)電解質(zhì)存在狀況下，溶解度隨強(qiáng)電解質(zhì)濃度的增大而增加，反應(yīng)向溶解方向轉(zhuǎn)移。9/18/202218水質(zhì)工程學(xué)II

9、12.2 化學(xué)沉淀12.2.1 概述3)酸效應(yīng)溶液的pH值可影響沉淀物的溶解度，稱為酸效應(yīng)。4)絡(luò)合效應(yīng)k若溶液中存在可能與離子生成可溶性絡(luò)合物的絡(luò)合劑，則反應(yīng)向相反方向進(jìn)行，沉淀溶解，甚至不發(fā)生沉淀。 應(yīng)用：如果污水中含有大量的Mn+離子，要降低濃度，可向污水中投入化學(xué)物質(zhì)，提高污水中Nm-濃度，使離子積 大于溶度積L，結(jié)果MmNn從污水中沉淀折出，降低Mn+濃度。9/18/202219水質(zhì)工程學(xué)II12.2 化學(xué)沉淀12.2.2 氫氧化物沉淀法金屬氫氧化物的溶解與污水的PH值關(guān)系很大。M(OH)n表示金屬的氫氧化物，Mm+表示金屬離子。則電離方程式其溶度積為同時(shí)水發(fā)生電離 水的離子積為9/

10、18/202220水質(zhì)工程學(xué)II12.2 化學(xué)沉淀12.2.2 氫氧化物沉淀法 代入上式 將上式取對(duì)數(shù) 將重金屬離子的溶解度與pH值關(guān)系繪成曲線，從曲線中可以得到，重金屬離子的濃度值。 應(yīng)用：采用氫氧化法處理污水，pH值是一個(gè)重要因素，處理污水中的 Fe2+離子時(shí)，pH值大于 9則可完全沉淀，而處理污水中AL3離子時(shí)，pH值嚴(yán)格為 5.5，否則AL(OH)3沉淀物又會(huì)溶解。9/18/202221水質(zhì)工程學(xué)II12.2 化學(xué)沉淀12.2.3 硫化物沉淀法 金屬的硫化物溶解度一般比氫氧化物的溶解度小得多，可以采用硫化物沉淀法。 電離方程式。 采用硫化物沉淀法常用的藥劑為硫化氫，硫化鈉，硫化鉀等。

11、硫化氫在水中分兩步電離。 電離常數(shù)9/18/202222水質(zhì)工程學(xué)II12.2 化學(xué)沉淀12.2.4 鋇鹽沉淀法 在處理含鉻污水時(shí)，可用鋇鹽為沉淀劑，以碳酸鋇為例，它與污水中鉻酸進(jìn)行反應(yīng)，生成難溶的鉻酸鋇。 碳酸鋇是難溶的物質(zhì)，但鉻酸鋇的溶度積更小一些，更難溶于水，象這樣一種沉淀轉(zhuǎn)化為另一種沉淀的過程為沉淀的轉(zhuǎn)移。9/18/202224水質(zhì)工程學(xué)II12.2 化學(xué)沉淀12.2.4 鋇鹽沉淀法 鋇鹽沉淀法多用于含六價(jià)鉻的廢水處理，在出水中含有一定量的，通過投加是高的方式進(jìn)行去除。9/18/202225水質(zhì)工程學(xué)II 氧化劑和還原劑的強(qiáng)弱可以用電極電位來衡量，電極電位越高，其氧化態(tài)的氧化能力越強(qiáng)，

12、電極電位越低，其還原態(tài)的還原能力越強(qiáng)，因此，作為氧化劑可以氧化電極電位低的還原劑，而還原劑可以還原電極電位高的氧化劑。 氧化還原的電極電位可以用能斯特方程式計(jì)算E電極電位 E0標(biāo)準(zhǔn)電極電位 氧化態(tài)的活度 還原態(tài)的活度R氣體常數(shù) T絕對(duì)溫度N電子轉(zhuǎn)移數(shù) F法拉第常數(shù)12.3 氧化還原9/18/202227水質(zhì)工程學(xué)II12.3 氧化還原12.3.2 氧化還原的方向 氧化還原反應(yīng)可用電極電位的高低判斷，電極電位高的氧化態(tài)可以和電極電位低的還原態(tài)反應(yīng)。 由于氧化劑和還原劑的濃度，溶液的pH值，生成的沉淀物，生成的絡(luò)合物等都影響電極電位值，也影響反應(yīng)的方向。1濃度對(duì)反應(yīng)方向的影響 電極電位相差不大時(shí)，

13、改變氧化劑和還原劑的濃度，可改變氧化還原反應(yīng)方向。 o、R變化， E變化9/18/202228水質(zhì)工程學(xué)II12.3 氧化還原12.3.2 氧化還原的方向 2溶液PH值的影響 氧化還原反應(yīng)有H+或OH參加，因此PH值的變化可影響電極電位的大小，影響反應(yīng)方向。 H+變化， o、R變化， E變化 3形成絡(luò)合物的影響 在氧化還原反應(yīng)時(shí)，加入一種可與氧化劑或還原劑形成穩(wěn)定絡(luò)合物的絡(luò)合劑，也會(huì)改變電極電位，影響反應(yīng)的方向。 o、R變化， E變化 4生成沉淀物的影響 當(dāng)加入一種與氧化劑或還原劑形成沉淀物的沉淀劑時(shí)，會(huì)改變電極電位，影響反應(yīng)的方向。9/18/202229水質(zhì)工程學(xué)II12.3 氧化還原12.

14、3.3 氧化法處理工業(yè)廢水1堿性氯化法處理含氰污水 含氰污水產(chǎn)生于電鍍廠、化工廠，污水中含有氰基CN-的氰化物，氰化物易溶于水，離解的氰離子為劇毒品。1）處理方法： 硫酸亞鐵石灰法亞鐵離子氧化氰離子，在堿性條件下沉淀 電解法一電解氧化氰離子 吹脫法空氣中的氧氧化氰離子 生化法采用微生物的活動(dòng)分解氧化氰離子。9/18/202230水質(zhì)工程學(xué)II12.3 氧化還原12.3.3 氧化法處理工業(yè)廢水堿性氯化法在堿性條件下，把液氯投加到污水中，使氰離子被氧化。 第一階段，向含氰污水中投加液氯和氫氧化物 第一反應(yīng)階段與pH無關(guān)，第二反應(yīng)階段與pH有關(guān)，應(yīng)控制pH=1011，反應(yīng)方可以進(jìn)行。 總反應(yīng) 第二階

15、段，加氯使第一階段生成的氰酸鈉進(jìn)一步氧化成無毒的氮與二氧化碳。9/18/202231水質(zhì)工程學(xué)II12.3 氧化還原12.3.4 空氣氧化法處理含硫廢水 含硫污水來自于煉油廠，化工廠，低濃度含硫污水可用空氣氧化?？諝庋趸諝庵械难鯙檠趸瘎﹣硌趸械牧蚧瘹?。 硫化氫最終氧化成無毒的硫酸根，反應(yīng)溫度 8090，接觸時(shí)間1.5h，投入氯化銅催化劑，可使反應(yīng)進(jìn)行完全。9/18/202232水質(zhì)工程學(xué)II12.3 氧化還原12.3.5 光氧化法 利用光和氧化劑產(chǎn)生很強(qiáng)的氧化作用來分解廢水中的有機(jī)物或無機(jī)物的方法。主要的氧化劑有臭氧、氯、次氯酸鹽、過氧化氫(水溶液俗稱雙氧水)及空氣加催化劑(例如二氧化

16、鈦)。 光源一般為紫外線 9/18/202233水質(zhì)工程學(xué)II12.4 臭氧氧化 臭氧是氧氣的同位素，它由三個(gè)氧原子組成 1. 性質(zhì)：是一種強(qiáng)氧化劑微溶于水37mg/L分解氧化速度與PH值與水溫有關(guān)臭氧的半衰期為2030分鐘空氣中最高濃度0.1mg/L 2.臭氧制造：化學(xué)法，電解法，紫外線，無聲放電法。 3.作用與影響因素 臭氧是強(qiáng)氧化劑，可用于除臭，脫色、殺菌、殺藻、除鐵、除錳、除味、除有機(jī)物等。 影響因素：污水中雜質(zhì)性質(zhì)，濃度，pH，溫度，臭氧的濃度，用量，投入方式，停留時(shí)間等。9/18/202234水質(zhì)工程學(xué)II12.4 臭氧氧化 應(yīng)用： 1. 印染廢水處理 脫色 2. 含氰廢水 其中生

17、成的CNO-的毒性是CN-的1% 9/18/202235水質(zhì)工程學(xué)II12.4 臭氧氧化臭氧氧化法的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 1. 氧化能力強(qiáng)，對(duì)除臭、脫色、殺菌、去除有機(jī)物和無機(jī)物都有顯著效果； 2. 處理后廢水中的臭氧易分解，不產(chǎn)生二次污染； 3. 制備臭氧的空氣和電能不用儲(chǔ)存和運(yùn)輸，操作管理簡(jiǎn)便； 4. 處理過程中一般不產(chǎn)生污泥。缺點(diǎn)： 1. 造價(jià)高； 2. 處理成本高。9/18/202236水質(zhì)工程學(xué)II12.5 還原法處理污水1. 亞硫酸鈉法處理含鉻污水 含鉻污水主要來自電鍍廠，污水中含有的鉻酸根和重鉻酸根形式存在的高價(jià)鉻，其比例大小與pH有關(guān)。 在酸性條件下水中投加亞硫酸氫鈉，將六價(jià)鉻還原成三價(jià)鉻，然后投石灰，生成氫氧化物沉淀。 還原反應(yīng)時(shí)控制pH3；沉淀反應(yīng)時(shí)控制pH7.59.09/18/202237水質(zhì)工程學(xué)II12.5 還原法處理污水2. 鐵屑還原法處理含汞廢水 含汞污水與還原劑金屬接觸，污水中汞離子被還原成金屬汞析出，金屬被氧