水污染控制工程第十六章

水污染控制工程第十六章第一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三污水的化學處理是利用化學反應的作用以去除水中的雜質。處理對象主要是污水中無機的或有機的(難于生物降解的)溶解物質或膠體物質。常用的化學處理方法有化學混凝、中和法、化學沉淀法和氧化還原法。第二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三第一節(jié)中和法第三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三一、投加法常用藥劑是石灰、電石渣、石灰石等，有時也采用苛性鈉和碳酸鈉。中和藥劑的投加量，可按化學反應式進行估算。石灰常使用熟石灰，配制成石灰乳液，濃度在10％左右，反應在池中進行。石灰量多時，可用生石灰。為了防止產(chǎn)生沉淀，石灰乳槽均裝有攪拌設備。第四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三第五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三二、過濾法石灰石或白云石作中和劑時常呈粗粒狀，可作濾料，故用過濾法。第六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三第二節(jié)化學混凝法第七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三一、混凝原理化學混凝處理的對象主要是水中的微小懸浮物和膠體雜質。1.膠體的穩(wěn)定性第八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三膠體所受影響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ξ電位越高，膠粒間的靜電斥力越大受水分子熱運動的撞擊，使微粒在水中作不規(guī)則的運動，即“布朗運動”膠粒之間還存在著相互引力——范徳華引力膠體間的相互斥力不僅與ξ電位有關，還與膠粒的間距有關，距離越近，斥力越大。而布朗運動的動能不足以將兩顆膠粒推進到使范徳華引力發(fā)揮作用的距離。因此，膠體微粒不能相互聚結而長期保持穩(wěn)定的分散狀態(tài)。水化作用也使膠體不能相互聚結。第九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三2.混凝原理(1)壓縮雙電層作用混凝劑提供大量正離子會涌入膠體擴散層甚至吸附層,使ξ電位降低。當ξ電位為零時,稱為等電狀態(tài)。此時膠體間斥力消失,膠粒最易發(fā)生聚結。實際上，ξ電位電位只要降至某一程度而使膠粒間排斥的能量小于膠粒布朗運動的動能時，膠粒就開始產(chǎn)生明顯的聚結，這時的ξ電位稱為臨界電位。膠粒因ξ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，稱為凝聚。第十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三第十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三(2)吸附架橋作用由高分子物質吸附架橋作用而使微粒相互粘結的過程。(3)網(wǎng)捕作用沉淀物在自身沉降過程中，能集卷、網(wǎng)捕水中的膠體等微粒，使膠體粘結。以硫酸鋁為例討論混凝過程硫酸鋁Al2(SO4)3·18H2O溶于水后，離解出Al3+，并結合有6個配位水分子，成為水合鋁離子[Al(H2O)6]3+。第十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三水合鋁離子進一步水解，形成單羥基單核絡合物：單羥基單核絡合物又進一步水解：上述反應中，降低水中H+(或H3O+)濃度或提高pH，使反應趨向右方，水合羥基絡合物的電荷逐漸降低，最終生成中性氫氧化鋁難溶沉淀物。第十三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三當pH<4時，水解受到抑制，水中存在的主要是[Al(H2O)3]3+

。當pH＝4~5時，水中有[Al(OH)(H2O)5]2+、[Al(OH)2(H2O)4]+及少量[Al(OH)3(H2O)3]。當pH＝7~8時，水中主要是[Al(OH)3(H2O)3]沉淀物。但在某一特定pH時，水解產(chǎn)物還有許多復雜的高聚物和絡合物同時共存。因為初步水解產(chǎn)物中的羥基OH-具有橋鍵性質。第十四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三在由[Al(H2O)6]3+轉向[Al(OH)3(H2O)3]的中間過程中，羥基可將單核絡合物通過橋鍵縮聚成多核絡合物：或兩個單羥基絡合物通過羥基橋聯(lián)可縮合成雙羥基雙核絡合物：第十五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三從上述反應可以看出，三價鋁鹽發(fā)揮混凝作用的是各種形態(tài)的水解聚合物。帶有正電的水解聚合物，同時起到壓縮雙電層的脫穩(wěn)和吸附架橋的作用。為使硫酸鋁達到優(yōu)異的混凝效果，應盡量使膠體脫穩(wěn)和吸附架橋作用都得到充分發(fā)揮。當混凝劑投放水中后，應立即進行劇烈攪拌，使帶電聚合物迅速均勻地與全部膠體雜質接觸，使膠體脫穩(wěn)，隨后，脫穩(wěn)膠體在相互凝聚的同時，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，使混凝過程很好完成。第十六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三二、混凝劑和助凝劑1.混凝劑要求混凝劑效果良好對人體健康無害價廉易得使用方便第十七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三2.助凝劑三、影響混凝效果的主要因素1.水溫2.pH3.水中雜質的成分、性質和濃度4.水力條件(1)無機鹽類混凝劑鐵鹽和鋁鹽(2)高分子混凝劑有機和無機第十八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三四、化學混凝的設備1.混凝劑的配制和投加設備(1)混凝劑的溶液和配制混凝劑在溶解池中進行溶解:攪拌加速藥劑溶解機械攪拌壓縮空氣攪拌水泵攪拌第十九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三藥劑溶解完全后，將濃藥液送入溶液池，用清水稀釋到一定的濃度備用。溶液池的容積可按下式計算：溶解池的容積：式中:V1——溶液池容積，m3；Q——處理地水量，m3/h;A——混凝劑地最大投加量，mg/L;w——溶液的質量分數(shù)，％；n——每天配置次數(shù)，一般為2~6次。第二十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三(2)混凝劑溶液的投加計量設備轉子流量計電磁流量計投加方式泵前重力投加水射器投加第二十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三2.混合設備(1)水泵混合(2)隔板混合(3)機械混合第二十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三3.反應設備(1)隔板反應池利用水流斷面上流速分布不均所造成的速度梯度，促進顆粒相互碰撞進行絮凝。為避免結成的絮凝體被打碎，隔板中的流速應逐漸減小。第二十三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三(2)機械反應池第二十四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三第三節(jié)化學沉淀法第二十五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三用易溶的化學藥劑(可稱沉淀劑)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析出，在化學上稱沉淀法，在化工和環(huán)境工程上稱化學沉淀法。廢水處理中，常用化學沉淀法去除廢水中的有害離子，陽離子如Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cr6+，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之積(稱溶度積Ks)是常數(shù)，當能結合成難溶鹽的兩種離子的濃度之積超過這鹽的溶度積時，該鹽將析出，而這兩種離子的濃度將下降，需要去除的離子就與水分離。第二十六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三第四節(jié)氧化還原法第二十七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三一、氧化法電鍍廢水往往含有CN-,可加氯氧化為N2和CO2。對某些工業(yè)廢水用臭氧進行深度處理二、高級氧化技術用自由羥基作為主要氧化劑。用兩種或多種氧化劑聯(lián)用發(fā)生協(xié)同效應，或者與催化劑聯(lián)用，提高.OH的生成量和速率，加快反應過程，提高處理效率和出水水質。第二十八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三高級氧化工藝的特點1.高氧化性。其氧化能力比一般氧化劑高。2.反應速率快。氧化反應的生成速率主要是由羥基自由基的產(chǎn)生速率決定。3.提高可生物降解性，減少THMs和溴酸鹽的生成。第二十九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三幾種有代表性的高級氧化工藝1.Fenton試劑由亞鐵鹽和過氧化氫組成，在pH低時在亞鐵離子的催化作用下過氧化氫分解產(chǎn)生羥基自由基，從而引發(fā)鏈式反應。H2O2、UV工藝利用紫外光和過氧化氫聯(lián)用產(chǎn)生羥基自由基。第三十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三濕式氧化和催化濕式氧化通常用于不可生物降解的廢水處理，當進水COD濃度大于20g/L時，這兩種方法在能量上可以自我維持。濕式氧化一般形成的最終產(chǎn)物是小分子羧酸。乙酸和丙酸對濕式氧化具有抗性，因此他們的氧化需要借助催化劑。通過催化劑，可以實現(xiàn)有機污染物的高效降解，并降低反應所需的溫度和壓力，節(jié)省能和設備投資。第三十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三還原法廢水中有些有機物，如六價鉻毒性很大，可以用還原的方法還原成毒性較小的三價鉻，再使其生成氫氧化鉻沉淀去除。含鉻廢水的處理；用金屬鐵還原法處理硝基苯類廢水；（鐵粉法、鐵碳發(fā)、鐵屑法，其主要是原電池作用）用Cu/Fe催化還原法處理難生物降解工業(yè)廢水。第三十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三金屬鐵還原法降