專業(yè)課件水處理工程教案

1、水污染控制工程第8章 污水的化學(xué)處理武漢理工大學(xué)環(huán)境工程教研室目錄第一節(jié) 化學(xué)混凝法第二節(jié) 中和法第三節(jié) 化學(xué)沉淀法第四節(jié) 氧化還原法第一節(jié) 化學(xué)混凝法混凝過程具有兩個(gè)作用： 第一個(gè)作用：使水中原有的離散微粒首先具有粘附在固體顆粒上的性質(zhì) 凝聚（coagulation） 第二個(gè)作用：使這些具有粘附性的離散微粒能夠粘結(jié)成絮體 絮凝（flocculation）混凝（coagulation-flocculation）一、混凝原理1.、膠體的穩(wěn)定性 水處理中常見膠體：粘土顆粒（對于d4m），大部分細(xì)菌（0.280nm），病毒（10300nm），蛋白質(zhì)。 穩(wěn)定性：膠體顆粒在水中保持分散狀態(tài)的性質(zhì)。 膠體

2、可分為憎水性膠體，親水性膠體或介于兩者之間。 對憎水性膠體，其穩(wěn)定性可用雙電層結(jié)構(gòu)來說明。對于親水性膠體，其穩(wěn)定性主要由于它所吸附的大量水分子所構(gòu)成的水殼來說明。2.（憎水性）膠體的雙電層結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性2.1顆粒表面電荷的產(chǎn)生 水中膠體表面都帶有電荷，在一般水質(zhì)中，粘土、細(xì)菌、病毒等都是帶負(fù)電的膠體。而氫氧化鋁或氫氧化鐵等微晶體都是帶正電的膠體，其表面電荷的產(chǎn)生有如下四個(gè)機(jī)理： 極難溶的離子型晶體與它溶解下來的離子產(chǎn)物之間有一平衡關(guān)系，（這一平衡關(guān)系由溶度積來確定），這使得晶體表面有了一定符號(hào)的電荷。鐵、鋁、氫、氧化物顆粒表面電荷可以是依此機(jī)理產(chǎn)生的。由于金屬氧化物或氫氧化物的溶解沉淀反應(yīng)與溶

3、液pH值有關(guān)，因此，這類顆粒的表面電荷和電勢受pH控制； 固相表面對水中某種離子的特異吸附；以上四個(gè)機(jī)理不是截然可分的，不同情況下由其中一個(gè)或幾個(gè)機(jī)理起作用。 顆粒表面離子化 能團(tuán)的離解，特別是高分子有機(jī)物因其極性 能團(tuán)的酸堿離解而使表面帶上電荷；（受pH控制）（如蛋白質(zhì)：COOH R NH2） 某些離子型晶體（結(jié)晶物質(zhì)）的Schottky缺陷在晶體表面產(chǎn)生過量的陽或陰離子，而在其表面呈帶正電或負(fù)電。（粘土及其它鋁硅酸鹽礦物晶體的表面電荷成因）2.2膠體的雙電層結(jié)構(gòu) 膠核荷電示意圖電位離子反離子擴(kuò)散層膠團(tuán)邊界滑動(dòng)面膠粒吸附層膠核電位電位3.膠體的脫穩(wěn)及凝聚（混凝原理）壓縮雙電層作用:通過向水中

4、投加電解質(zhì)等混凝劑，消除或降低膠粒的地位，使顆粒碰撞聚結(jié)，失去穩(wěn)定性（凝聚）。吸附架橋作用：三價(jià)鋁鹽或鐵鹽以及其他高分子混凝劑溶于水后，經(jīng)水解和縮聚反應(yīng)形成具有線性結(jié)構(gòu)高分子聚合物，當(dāng)它一端吸附某一顆粒后，另一端又吸附另一顆粒，在相距較遠(yuǎn)的兩膠粒間進(jìn)行吸附架橋，使顆粒逐漸結(jié)大，形成肉眼可見的粗大絮凝體（絮凝）。網(wǎng)捕作用：三價(jià)鋁鹽或鐵鹽等水解而生成沉淀物。這些沉淀物在自身沉降過程中，能集卷、網(wǎng)捕水中的膠體等顆粒，使膠體粘結(jié)。二、常用混凝劑和助凝劑當(dāng)Al2(SO4)3配制為1020%溶液使用時(shí)，pH4，發(fā)生下列離解反應(yīng)： 當(dāng)其投加到水中后，發(fā)生如下水解反應(yīng)，水的pH也隨之改變： 1.混凝劑：（1）

5、無機(jī)鹽類混凝劑：鋁鹽（硫酸鋁、明礬）、鐵鹽（三氯化鐵、硫酸亞鐵、硫酸鐵）。（2) 高分子混凝劑：無機(jī)類（聚合氯化鋁、聚合氯化鐵）、有機(jī)類（聚丙烯酰胺）。 同時(shí)，還在水解過程中產(chǎn)生許多聚合離子，這是由于羥基架橋作用而產(chǎn)生。其最簡單的形式是：OH OH 在水解過程中會(huì)形成無數(shù)的其它聚合離子，某些經(jīng)研究認(rèn)為存在可能性極大而受到重視， 等。水處理中鋁鹽適用的pH范圍為68.5， 以Al2(SO4)314H2O計(jì)的投量為： 混凝+過濾10100mg/L， 直接過濾0.55mg/L。鐵鹽與鋁鹽有相似的水解過程。適用pH范圍68.5，以FeCl3計(jì)投量為：混凝+過濾770mg/L，直接過濾0.55mg/L。

6、2.助凝劑：當(dāng)單用助凝劑不能取得良好效果時(shí)，可投加某些輔助藥劑以提高絮凝效果。如調(diào)節(jié)堿度的石灰或重碳酸鈉；氧化劑氯氣；增加吸附架橋作用的高分子助凝劑：聚丙烯酰胺、活化龜膠、骨膠、海藻酸鈉、紅花樹等。三、影響混凝效果的主要因素1.水溫因無機(jī)鹽類混凝劑的水解是吸熱反應(yīng)，水溫低時(shí)（尤其低于5），水解速率非常緩慢。且水濕溫低時(shí)，粘度大，不利于脫穩(wěn)膠粒相互絮凝，影響絮凝體的結(jié)大，進(jìn)而影響后續(xù)的陳岱年處理的效果。改善辦法有投加助凝劑或采用氣浮法代替沉淀法作為后續(xù)處理。2.PH水的PH值對混凝劑的影響程度視混凝劑的品種而異。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)和濃度對混凝效果有明顯的影響。如天

7、然水中含粘土類雜質(zhì)，需投加的混凝劑量較少；而污水中含有大量有機(jī)物時(shí)，需投加的混凝劑量較多，約10-103mg/l。在生產(chǎn)實(shí)際中，主要靠混凝試驗(yàn)來選擇合適的混凝劑和最佳投藥量。4.水力條件混凝過程可分為混合和反應(yīng)兩個(gè)階段?；旌想A段要求快速和劇烈攪拌，在幾秒鐘或一分鐘內(nèi)完成。而反應(yīng)階段攪拌強(qiáng)度或水流速度應(yīng)隨著絮凝體的結(jié)大而逐漸降低，以免打碎結(jié)大的絮凝體。四、化學(xué)混凝的設(shè)備混凝劑的配置和投加設(shè)備：溶解池、溶液池、計(jì)量設(shè)備（轉(zhuǎn)子流量計(jì)，電磁流量計(jì)）、投加設(shè)備（泵前重力投加、水射器投加、計(jì)量泵投加）?；瘜W(xué)混凝的設(shè)備包括：混凝劑的配置和投加設(shè)備、混合設(shè)備和反應(yīng)設(shè)備混合設(shè)備：水泵混合、隔板混合、機(jī)械混合。平

8、均速度梯度 t=1030s 反應(yīng)設(shè)備：隔板反應(yīng)池和機(jī)械攪拌池t=1530min 平均速度梯度五、絮凝處理工藝水處理中，常規(guī)的混凝處理工藝過程為（混合、反應(yīng)、分離）： 混凝+沉淀 混凝+沉淀+過濾 澄清池：是在該池中同時(shí)完成混合反應(yīng)、絮體沉降過程。包括：混合室、反應(yīng)室、導(dǎo)流室、分離室四個(gè)功能區(qū)。第二節(jié) 中和法酸性和堿性廢水的處理常用中和法。常用的堿性中和劑有石灰、電石渣和石灰石、白云石。常用的酸性中和劑有廢酸、粗制酸和煙道氣。中和劑能配制成溶液或漿料時(shí)，可用投加法中和。中和劑為粒料或塊料時(shí)，可用過濾法中和。第三節(jié) 化學(xué)沉淀法用易溶的化學(xué)藥(沉淀劑）使溶液中某種粒子以它的一種難溶的鹽或氫氧化物從溶液中析出，在化學(xué)上稱沉淀法（chemical precipitation)。廢水處理中，常用化學(xué)沉淀法去除廢水中有害離子，如陽離子Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cr6+，陰離子SO42-、PO43-、CrO42-。第四節(jié)