第四章-染整工業(yè)廢水的化學(xué)處理法課件

第四章染整工業(yè)廢水的化學(xué)處理法

本章的教學(xué)內(nèi)容與要求：主要講授染整工業(yè)廢水常用的中和法、混凝處理法、氧化脫色法以及電解法的原理及工藝過(guò)程。通過(guò)本章學(xué)習(xí)重點(diǎn)要求掌握酸堿中和法、煙道氣中和法的原理及其流程、混凝處理法中的混凝原理、混凝劑與助凝劑的選用等，熟悉氧化脫色法及電解法原理和過(guò)程。第一節(jié)中和法

中和：酸和堿相互反應(yīng)生成鹽和水的過(guò)程。中和法：利用中和過(guò)程消除廢水中過(guò)量的酸和堿，使廢水pH值達(dá)到中性的過(guò)程。基本原理：使酸性廢水中的氫離子與外加的氫氧根離子，或使堿性廢水中的氫氧根離子與外加的氫離子相互作用生成水和鹽，從而調(diào)節(jié)了廢水的酸堿度。對(duì)堿性印染廢水的處理，主要有與酸性廢水相互中和、投藥中和及煙道氣中和三種方法。

一、酸、堿廢水直接中和

此法中和后pH的調(diào)節(jié)值可達(dá)6.5～8.5。可在調(diào)節(jié)池中進(jìn)行，不用投藥，設(shè)備簡(jiǎn)單，管理方便。

二、加酸中和法

常用工業(yè)硫酸和鹽酸，其中硫酸價(jià)格較低，應(yīng)用較多。2NaOH+H2SO4=Na2SO4+2H2ONa2CO3+H2SO4=Na2SO4+H2O+CO2↑Na2S+H2SO4=Na2SO4+H2S↑

三、煙道氣中和法印染廢水由塔頂布水器均勻淋下，煙道氣則由塔底逆流而上，兩者在填料層間逆流接觸，煙道氣中的酸性氣體與印染廢水中的堿性物質(zhì)（如NaOH）反應(yīng)如下：2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O2NaOH+SO2=Na2SO3+H2O2NaOH+H2S=Na2S+2H2O

煙道氣中和法優(yōu)缺點(diǎn)：（1）使廢水的pH值可從10～12下降到6～7。（2）節(jié)省大量自來(lái)水，除塵后的沉淀物含煤達(dá)30％左右，可作為燃料回用。（3）中和后的廢水，其硫化物、耗氧量和色度都有所增加。（4）廢水的溫度會(huì)有所提高。第二節(jié)混凝處理法

混凝處理法：是用凝聚劑使廢水中的微細(xì)粒子相互結(jié)合成大的絮凝物，然后通過(guò)沉降或氣浮進(jìn)行分離的過(guò)程。處理對(duì)象：（1）廢水中呈膠體狀態(tài)的物質(zhì)；（2）細(xì)小顆粒狀態(tài)的雜質(zhì)。

處理效果：（1）可降低廢水的BOD和懸浮物；（2）脫色；（3）生成污泥量大。一、膠體的特性與結(jié)構(gòu)

（一）膠體的特性力學(xué)性質(zhì)動(dòng)電現(xiàn)象光學(xué)性質(zhì)表面性能(二)膠體的雙電層結(jié)構(gòu)：膠體結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，它是由膠核、吸附層及擴(kuò)散層三部分組成的。

二、混凝的原理壓縮雙電層機(jī)理吸附架橋機(jī)理沉淀物網(wǎng)捕機(jī)理吸附電中和機(jī)理三、混凝劑與助凝劑

（一）混凝劑1．無(wú)機(jī)鹽類(lèi)（1）三氯化鐵（FeCl3·6H2O）它是具有金屬光澤的黑褐色的結(jié)晶體；雜質(zhì)含量較少，極易溶于水；形成的礬花，沉淀性好；處理低溫水效果比鋁鹽的好；腐蝕性極大，調(diào)制和加藥設(shè)備必須考慮用耐腐蝕材料。（2）硫酸亞鐵（FeSO4.7H2O）

是半透明綠色結(jié)晶體，易溶于水。使用硫酸亞鐵時(shí)應(yīng)將二價(jià)鐵先氧化為三價(jià)鐵，然后再起混凝作用。該混凝劑適用于處理堿度高只有濁度的廢水。

（3）硫酸鋁

Al2（SO4）3.18H2O硫酸鋁有精制和粗制兩種，易溶于水，水溶液呈酸性；精制硫酸鋁為白色結(jié)晶體；粗制硫酸鋁含雜較多，價(jià)格較低；硫酸鹽使用便利，混凝效果較好，當(dāng)水溫低時(shí)形成的絮凝體較松散。

2．有機(jī)高分子類(lèi)混凝劑

聚丙烯酰胺（PAM）它是一種非離子型高聚合度的有機(jī)高分子混凝劑。它的優(yōu)良性能在于其分子的各個(gè)鏈節(jié)與水中膠粒都有強(qiáng)烈的吸附作用，它既可作混凝劑，又可作助凝劑。（二）助凝劑為了提高混凝效果而投加到廢水中以促進(jìn)絮凝體增大，加快沉淀的物質(zhì)稱(chēng)助凝劑。起調(diào)節(jié)和改善混凝條件作用

這類(lèi)藥劑本身不起混凝作用，僅起輔助作用。

起改善絮凝體結(jié)構(gòu)作用

當(dāng)混凝劑產(chǎn)生的絮凝體細(xì)小松散時(shí)，可投加高分子助凝劑，使細(xì)小松散的絮凝體變得粗大密實(shí)。

四、混凝劑的選擇鋁鹽和鐵鹽等，對(duì)廢水中呈膠狀或懸浮狀的染料有良好的混凝效果。但對(duì)水溶性染料中分子量較小，混凝效果很差。對(duì)陽(yáng)離子染料的效果也不好。堿式氯化鋁和聚丙烯酰胺的混凝效果優(yōu)于無(wú)機(jī)鹽混凝劑，但聚丙烯酰胺價(jià)格較貴，多作為助凝劑。五、影響混凝的因素（一）水力條件對(duì)混凝效果的影響混凝劑從溶于水到礬花結(jié)大依靠重力下沉的過(guò)程，分為混合階段及反應(yīng)階段?；旌想A段：混凝劑與廢水迅速的混合攪拌時(shí)間一般在10～30s內(nèi)即可完成。反應(yīng)階段：攪拌強(qiáng)度要逐漸減小，而反應(yīng)時(shí)間要長(zhǎng)，一般需要15～30min。

（二）廢水水質(zhì)對(duì)混凝效果的影響

濁度：濁度過(guò)高或過(guò)低都不利于混凝。

pH值：每一種混凝劑都有相對(duì)最佳pH值，如硫酸鋁pH值在5～7.5，硫酸亞鐵pH=4.5～7.5時(shí)。水溫：水溫低，無(wú)機(jī)鹽類(lèi)水解反應(yīng)慢；當(dāng)溫度超過(guò)90℃時(shí)易使高分子老化或分解生成不溶性物質(zhì)，反而降低混凝效果。（三）混凝劑的影響

混凝劑種類(lèi)：水中污染物呈膠體狀態(tài)應(yīng)先加無(wú)機(jī)混凝劑，如絮凝體細(xì)小，還需投加高分子混凝劑。

混凝劑投加量：

普通鐵鹽、鋁鹽為10～30ml/L；有機(jī)高分子混凝劑只需1～5ml/L。

混凝劑投加順序：當(dāng)無(wú)機(jī)混凝劑與有機(jī)混凝劑并用時(shí)，先投加無(wú)機(jī)混凝劑。但當(dāng)處理的膠粒在50μm以上時(shí)，常先投加有機(jī)混凝劑吸附架橋，再加無(wú)機(jī)混凝劑壓縮擴(kuò)散層，二者使膠體脫穩(wěn)。六、混凝劑的投加與混合

（一）混凝劑的配置與投加設(shè)備

1.混凝劑的溶解和配置溶解池內(nèi)應(yīng)配備攪拌裝置，無(wú)機(jī)混凝劑溶液的濃度一般為10％～20％，有機(jī)高分子混凝劑溶液一般為0.5％～1.0％。

2．混凝劑溶液的投加藥劑的投加形式有三種形式：重力投加、壓力投加和負(fù)壓投加。

（二）混合設(shè)備

有隔板混合及機(jī)械混合兩種形式。

隔板混合池內(nèi)設(shè)有數(shù)塊隔板，混合時(shí)間一般在10～30s內(nèi)完成。

機(jī)械混合是借助電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)攪拌槳進(jìn)行攪拌混合的一種混合。

（三）反應(yīng)設(shè)備根據(jù)反應(yīng)池中水力流動(dòng)方式分為隔板式反應(yīng)池和機(jī)械攪拌反應(yīng)池。隔板反應(yīng)池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，管理方便，混凝效果好。缺點(diǎn)是反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，占地面積大，特別適合處理水流量大的污水處理廠(chǎng)。機(jī)械攪拌反應(yīng)池是利用攪拌槳的轉(zhuǎn)動(dòng)引起水中的顆粒相互碰撞而進(jìn)行混凝。第三節(jié)氧化脫色法

一、光氧化脫色法（一）光氧化脫色法原理是利用光和氧化劑聯(lián)合作用，產(chǎn)生強(qiáng)烈氧化作用，氧化分解廢水中的有機(jī)污染物質(zhì)，使廢水的BOD、COD和殘留染料大幅度下降的一種處理方法。光氧化脫色法中常用的氧化劑是氯氣，有效光是紫外線(xiàn)。紫外線(xiàn)對(duì)氧化劑的分解和污染物質(zhì)的氧化起催化作用。以氯為氧化劑的光氧化反應(yīng)過(guò)程如下：CI2+H2O→HCl+HOClHClO→HCl+[O]含碳有機(jī)物+[O]→H2O+CO2氯溶于水生成次氯酸，在光的作用下分解產(chǎn)生新生態(tài)氧[O]，其性能非?；顫姸揖哂袕?qiáng)烈的氧化能力。在光的促進(jìn)下，新生態(tài)氧對(duì)廢水中的有機(jī)污染物質(zhì)進(jìn)行急速氧化分解。（二）光氧化脫色法的特點(diǎn)（1）氧化作用強(qiáng)烈；（2）沒(méi)有污泥產(chǎn)生；（3）適用范圍廣；（4）在脫去印染廢水色度的同時(shí)，對(duì)BOD和COD也有很高的去除率；（5）裝置緊湊，占地面積??；（6）印染廢水的氧化脫色，反應(yīng)時(shí)間一般為0.5~2.0h。

二、氯氧化脫色法（一）氯氧化脫色法的原理是利用存在于廢水中的顯色有機(jī)物，在化學(xué)反應(yīng)中能被氧化的性質(zhì)，應(yīng)用氯及其化合物作為氧化劑，氧化破壞顯色有機(jī)物的結(jié)構(gòu)，達(dá)到脫色的目的。采用液氯時(shí)，氯溶于水中后迅速水解成次氯酸，反應(yīng)如下：Cl2+H2OH++Cl-+HOCl水解產(chǎn)物次氯酸具有強(qiáng)烈的氧化能力，能氧化廢水中的染料和其他顯色物質(zhì)，使廢水脫色。此外，次氯酸是弱酸，在水中電離成HOCl

H++OCl-其中，次氯酸根離子也具有較強(qiáng)的氧化能力。

三、臭氧化脫色法（一）臭氧的特點(diǎn)與制備

1．臭氧的特點(diǎn)強(qiáng)氧化劑；在水中的溶解度較低，只有3～7mg/L（25℃）會(huì)自行分解為氧氣；有毒氣體，對(duì)肺功能有影響，工作場(chǎng)所規(guī)定的最大允許濃度為0.1mg/L；具有腐蝕性。

2．臭氧的制備制備臭氧的方法有高壓無(wú)聲放電法、化學(xué)法、電解法和紫外線(xiàn)法等。目前工業(yè)上采用干燥空氣或氧氣經(jīng)無(wú)聲放電來(lái)制取臭氧。臥管式臭氧發(fā)生器

（二）臭氧脫色原理臭氧脫色，一般認(rèn)為染料顯色是由其發(fā)色團(tuán)引起，如：乙烯基偶氮基氧化偶氮基羰基這些發(fā)色團(tuán)都有不飽和鍵，臭氧能使染料中所含的這些基團(tuán)氧化分解，生成分子量較小的有機(jī)酸和醛類(lèi)，使其失去發(fā)色能力。（三）臭氧氧化法的特點(diǎn)：（1）可以脫色除臭，有很好的殺菌效果，去除有機(jī)物的能力顯著。（2）氧化能力強(qiáng)，不產(chǎn)生污泥。（3）臭氧現(xiàn)場(chǎng)制取，現(xiàn)場(chǎng)使用，操作管理方便。（4）受水溫和pH值的影響小。（5）整個(gè)設(shè)備需要防腐，設(shè)備費(fèi)用高。（6）臭氧發(fā)生器耗電量大，臭氧有毒性，工作環(huán)境必須空氣暢通，且臭氧濃度不得超過(guò)3％。第四節(jié)電解法

電解法就是借助于外加電流的作用下，使含電解質(zhì)的印染廢水通過(guò)電解過(guò)程，在陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，在陰極發(fā)生還原反應(yīng)，從而使廢水中的污染物轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)的水處理方法。一、電解法的原理與過(guò)程

1．電解浮上在電解槽內(nèi)，當(dāng)直流電經(jīng)過(guò)電極通入電解質(zhì)溶液，兩極便產(chǎn)生電子的遷移，從而引起了一系列的化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)采用惰性材料（如石墨、二氧化鉛等）作陽(yáng)極時(shí)，水溶液在惰性陽(yáng)極產(chǎn)生OHˉ放電而生成氧。H2OH++OHˉ4OH-－4e→2H2O+2[O]→O2這種新生態(tài)氧，氧化能力很強(qiáng)，對(duì)水中的無(wú)機(jī)和有機(jī)化合物都可進(jìn)行氧化。利用惰性陽(yáng)極的氧化產(chǎn)物與廢水中有害雜質(zhì)發(fā)生化學(xué)氧化而去除的過(guò)程稱(chēng)間接氧化的作用。與此同時(shí)，在陰極產(chǎn)生氫離子放電形成[H]，繼而形成H2。

2H++2e→2[H]→H2↑這種初生態(tài)的氫，對(duì)某些有機(jī)物質(zhì)有很強(qiáng)的還原作用。這種利用陰極的還原產(chǎn)物與廢水中有害雜質(zhì)發(fā)生化學(xué)還原而去除的過(guò)程稱(chēng)間接還原作用。

2．電解凝聚

當(dāng)采用可溶性金屬（如鋁、鐵等）作陽(yáng)極時(shí)，則陽(yáng)極金屬發(fā)生溶解，并以離子狀態(tài)溶于水中，經(jīng)水解反應(yīng)形成Al(OH)3或Fe(OH)3,反應(yīng)如下：

Al-3e→Al3+Al3++3OHˉ→Al(OH)3Fe-2e→Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3由電解生成的AI(OH)3或Fe(OH)3，比通過(guò)投加鋁鹽或鐵鹽混凝劑生成的更為活潑，因它們的活性大，對(duì)水中的有機(jī)和無(wú)機(jī)雜質(zhì)都有強(qiáng)大的凝聚作用，這一過(guò)程稱(chēng)電凝聚作用。二、電解法的影響因素

（一）影響因素1．極板材料2．槽電壓3．電流密度4．?dāng)嚢?．pH值