三廢處理之化學(xué)法

3.1物理法

3.2化學(xué)法

3.3物理化學(xué)法3.4生物法第3章廢水處理原理與設(shè)備1

化學(xué)法:向水中投加化學(xué)藥劑，使之與污染物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反響，形成新物質(zhì)而將其除去的廢水處理方法。轉(zhuǎn)化處理通過改變污染物的本性，使其變?yōu)闊o害的、易于別離的新物質(zhì)23.2.1中和法3.2.2化學(xué)沉淀法3.2.2氧化復(fù)原法本講主要內(nèi)容3適用對象廢水中溶解性或膠體性(難于生物降解)的污染物質(zhì)。分為中和法、化學(xué)沉淀法、氧化復(fù)原法?；瘜W(xué)沉淀法：主要用于重金屬離子〔銅、鎳、鉻、鋅、鉛等〕的處理，氧化復(fù)原法：主要用于含氰和含鉻廢水處理。4適合酸洗車間和電鍍車間排出的大量酸堿廢水。3.2.1中和法①均衡法在均衡池中將酸、堿廢水相混合，利用酸堿廢水的自然中和作用，使廢水pH值在6.5~8.5之間即可排放。②pH值直接控制法

常用：酸、堿廢水相互中和法、投藥中和法和過濾中和法等5一、投加中和法常用藥劑是石灰、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(xué)反響式進行估算。石灰常使用熟石灰，配制成石灰乳液，濃度在10％左右，反響在池中進行。為了防止產(chǎn)生沉淀，石灰乳槽均裝有攪拌設(shè)備。6石灰乳法:將石灰溶解成石灰乳后投加，由于Ca〔OH〕2對廢水中的雜質(zhì)具有凝聚作用，因此適用于含雜質(zhì)多的酸性廢水。

7二、過濾中和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。8〔1〕投加化學(xué)沉淀劑，發(fā)生化學(xué)反響，生成

難溶的化學(xué)物質(zhì)，使污染物呈沉淀析出；

〔2〕通過凝聚、沉降、浮選、過濾、離心、吸

附等方法，將沉淀從溶液中別離出來；

〔3〕污泥的處理和回收利用?；瘜W(xué)沉淀工藝向廢水中投加某些化學(xué)沉淀劑，使之與廢水中欲除去的污染物發(fā)生直接的化學(xué)反響，形成難溶的固體物而別離除去的方法?；瘜W(xué)沉淀法9①氣體沉淀劑

NH3、CO2、SO2、H2S等。②液體沉淀劑

可以加酸破壞廢水中的絡(luò)合離子，使沉淀析出。③固體沉淀劑

固體沉淀劑是指在溶液中呈固體存在的沉淀劑，例如懸濁的氫氧化鈣、固體的碳酸鋇等。沉淀劑按形態(tài)分類廢水處理中，常用化學(xué)沉淀法去除廢水中有害離子，陽離子如:Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cr6+，陰離子如:SO42-、PO43-。10水中的難溶鹽服從溶度積原那么。在一定溫度下，在含有難溶鹽MmNn(固體)的飽和溶液中，各種離子濃度的乘積為常數(shù)-----溶度積常數(shù)，記為Ksp.MmNn=mMn＋＋nNm－Ksp＝[Mn＋]m[Nm－]n

廢水中的溶解鹽類發(fā)生沉淀的必要條件：其離子積大于溶度積.當[Mn＋]m?[Nm－]n＞Ksp時，溶液過飽和，超過飽和那局部將析出沉淀。當[Mn＋]m?[Nm－]n＜Ksp時，溶液不飽和，難溶鹽將溶解。1.化學(xué)沉淀原理11

為了去除廢水中的Mn＋離子，向水中投加具有Nm－離子的某種化合物，使[Mn＋]m[Nm－]n＞Ksp

形成MmNn沉淀，從而降低水中Mn＋的離子的濃度。為了最大限度地使[Mn＋]m

值降低，也就是使Mn＋離子更完全地去除，可以考慮增大[Nm－]n

值，也就是增大沉淀劑的用量。一般不超過理論用量的20～50％。12假設(shè)用氫氧化物做沉淀劑，廢水中的金屬離子加堿后的反響為：Mn＋＋nOH－M(OH)n↓設(shè)氫氧化物M(OH)n的溶度積為Ksp，金屬離子初始濃度為[Mn＋]，那么溶度積Ksp＝[Mn＋][OH－]n水的離子積Kw＝[OH－][H＋]=10－14(25℃)[OH－]＝Kw/[H＋]13將上式代入溶度積計算式，兩邊取負對數(shù)得：－1g[H＋]=－(1g10－14－1g

)－1g[H＋]=14－(1g[Mn＋]－1gKsp)即lg[Mn＋]＝lgKsp＋14n－npH

由上式可知：一種難溶金屬的氫氧化物是否從溶液中沉淀出來，主要取決于溶液的pH值。從理論上可以計算出金屬離子濃度一定時生成沉淀的相應(yīng)pH值。14各種廢水都是以水為分散介質(zhì)的分散體系。根據(jù)分散相粒度不同，廢水可分為三類：粒度在0.1~1μm

之間----真溶液；粒度在1~100μm

之間----膠體溶液或懸浮液，采用混凝處理；粒度大于100μm----懸浮液，采用沉淀或過濾處理。2.混凝沉淀法15投加化學(xué)藥品來破壞膠體和細微懸浮顆粒在水中形成的穩(wěn)定體系，使水中細小顆粒相互碰撞和互聚形成有明顯沉淀性能的絮凝體，從而由水中別離出來。適應(yīng)對象處理一些細微懸浮物和以膠體顆粒形式存在的污染物廢水〔1〕混凝過程16指微粒通過吸附，卷帶和橋連而成長為更大絮凝體的過程。凝聚絮凝混凝法指膠體和超膠體脫穩(wěn)，并聚集為微絮粒子的過程；17溶于水后能形成長鏈狀分子〔有時出現(xiàn)分枝〕，從而可以吸附和卷帶膠粒的物質(zhì)。凝聚劑絮凝劑混凝劑在水中形成高價離子使膠體進行凝聚，又可形成帶異號電荷的另一種膠體使電性相反的兩種膠體進行異體凝聚的物質(zhì)?！?〕混凝劑18要求混凝劑效果良好對人體健康無害價廉易得使用方便影響混凝效果主要因素水溫pH水中雜質(zhì)成分、性質(zhì)和濃度水力條件19無機混凝劑：

鋁鹽--硫酸鋁、明礬、聚合氯化鋁等；

鐵鹽--硫酸亞鐵、硫酸鐵、三氯化鐵等。有機混凝劑：水溶性高分子化合物,如聚丙烯酰胺.混凝劑種類20硫酸鋁AL2(SO4)3.18H2O制造工藝復(fù)雜，水解作用緩慢；含無水硫酸鋁50%—52%(精制)；適用于水溫為20—40℃

當pH=4～7時，主要去除有機物；pH=5.7～7.8時，主要去除懸浮物；pH=6.4～7.8時，處理濁度高，色度低〔小于30度〕的水。無機混凝劑21明礬〔十二水合硫酸鋁鉀KAl〔SO4〕2·12H2O〕

凈水劑——明礬溶于水后電離產(chǎn)生了Al3+，Al3+與水電離產(chǎn)生的OHˉ結(jié)合生成了氫氧化鋁，氫氧化鋁膠體粒子帶有正電荷，與帶負電的泥沙膠粒相遇，彼此電荷被中和。失去了電荷的膠粒，很快就會聚結(jié)在一起。2.滅火劑——1mol/L的明礬溶液和約1mol/L的NaHCO3〔小蘇打〕溶液〔還有起泡劑〕，兩種溶液的體積比約為11:2，釋放出足量的二氧化碳，以到達滅火的目的。3.藥物——明礬性寒味酸澀，具有較強的收斂作用。4.其他作用——制備鋁鹽、油漆、鞣料、媒染劑、造紙、防水劑5.微毒性6.膨化劑22無機高分子多價聚合電解質(zhì)絮凝劑，有固、液兩類產(chǎn)品。特點：強烈的凝聚除濁功能廣泛的pH適用范圍較好的絮凝沉降效果投量少、效果佳、價格低聚合氯化鋁〔PolyaluminiumChloride〕簡稱PAC2324生產(chǎn)地：遼寧遼陽市凈水廠、山東聊城鳳民凈水原料有限公司、鞏義市富源凈水等等。特點:

凈水效果明顯，絮凝沉淀速度快、沉降快、活性好、不需加堿性助劑。適應(yīng)PH范圍寬：對管道設(shè)備腐蝕性低；能有效去除水中色質(zhì)SS、COD、BOD

及砷、汞等重金屬離子.用途：廣泛用于飲水、工業(yè)用水和污水處理領(lǐng)域.25聚合硫酸鐵〔簡稱聚鐵〕

PolymericFerricSulfate縮寫〔PFS〕高效無機高分子絮凝劑能快速中和水中膠體微粒外表的負電荷使之脫穩(wěn)，又能在粒子間架橋或起吸附作用而產(chǎn)生絮凝作用。所產(chǎn)生絮凝物比重大，沉淀速度快，絮凝效果好，與其它無機絮凝劑相比，具有較高的凈化能力。

廣泛用于生活飲用水、城鎮(zhèn)污水及脫泥水、各種工業(yè)廢水的凈化處理。26絮凝劑是由有機高分子聚合物架構(gòu)中，嵌有高分子無機物的絡(luò)合大分子集團化合物。絮凝劑在參加漂染污水中，會立即發(fā)生電化學(xué)一系列的反響〔膠體電荷〕-----凝聚〔絮凝架橋〕-----吸附〔復(fù)合物形體〕-----脫色〔截斷、吸附〕-----沉淀〔絮凝加固〕。有機混凝劑27

聚丙烯酰胺〔Polyacrylamide〕縮寫〔PAM〕有機高分子絮凝劑水溶性較好的高分子白色顆粒聚合物。由于其分子鏈中帶有一定數(shù)量的陰性、中性、陽性電荷和強有力的吸附基因，可中和廢水中的懸浮物膠體顆粒外表的電荷，破壞其穩(wěn)定性。脫穩(wěn)后的膠體顆粒在高分子聚合物活性基團的架橋作用下相互吸附，迅速形成較大的絮團下沉，從而起到固液別離的最終目的。28產(chǎn)品種類：陰離子型、陽離子型、非離子型、兩性離子型，分子量在400-3800萬之間，產(chǎn)品外觀為白色或略帶黃色粉末，液態(tài)為無色粘稠膠體狀，易溶于水,溫度超過120℃時易分解。聚丙烯酰胺分子中具有陽性基團〔-CONH2〕，能與分散于溶液中的懸浮粒子吸附和架橋，有著極強的絮凝作用.作用：PAM用作污水處理，對水中有機物去除效率高，用量少，沉降速度快，制水本錢低，是其它絮凝劑無法替代的產(chǎn)品。生產(chǎn)地：鄒城美可利環(huán)境材料、濟南濼潤水處理科技、北京明建科技、鞏義市瑞華供水材料等等。29

膠體溶液具有穩(wěn)定性，而廢水中的混濁液多具有膠體溶液的性質(zhì),即

帶有同種電荷具有強烈的吸附性能水化作用

〔3〕混凝原理30膠體結(jié)構(gòu)的中心是由數(shù)十到數(shù)千個不溶于水的分散物質(zhì)分子組成的膠核。雙電層的內(nèi)層.雙電層的外層.反離子吸收層，它和電位離子組成膠團的固定層。擴散層。膠粒與擴散層一起構(gòu)成了電中性的膠團圖3–18膠體界面擴散雙電層雙電層的內(nèi)層雙電層的外層反離子吸收層電位離子ξ電位總電位31雙電層的內(nèi)層電位離子反離子吸收層雙電層的外層當膠粒運動時，擴散層中的大局部反離子會脫離膠團，向溶液主體擴散。其結(jié)果必然使膠粒產(chǎn)生剩余電荷，使膠粒與擴散層之間形成一個電位差，此電位稱為ξ電位?？傠娢沪坞娢荒z體的穩(wěn)定性32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(guān)，還與膠粒的間距有關(guān)，距離越近，斥力越大。而布朗運動的動能缺乏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(jié)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(jié)。33名稱方法特點壓縮雙電層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(jié)。實際上，ξ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(jié)，這時的ξ電位稱為臨界電位。膠粒因ξ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(jié)，稱為凝聚。膠體脫穩(wěn)凝聚機理和方法34名稱方法特點吸附和電位中和向溶液中加入鐵鹽或鋁鹽，使形成絡(luò)離子，產(chǎn)生吸附并中和電位，使膠體脫穩(wěn)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(jié)。吸附橋連作用當加入鏈狀高分子聚合物時，使其鏈節(jié)吸附不同膠粒，產(chǎn)生架橋作用，形成大顆粒而沉降膠體脫穩(wěn)凝聚機理和方法35將高分子絮凝劑干粉狀固體配置成低濃度藥劑，具有體積小、效率高、連續(xù)配置等特點。

性能參數(shù)：

配置能力：6立方/小時

配比濃度：1～3‰

加干粉量：2～6kg/h

整機功率：4kW〔4〕混凝設(shè)備36混凝劑的配制和投加設(shè)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37(2)混凝劑溶液的投加38混合設(shè)備(1)水泵混合(2)隔板混合(3)機械混合39反響設(shè)備(1)隔板反響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。40(2)機械反響池41通過氧化復(fù)原反響可以把有毒的污染物變成無毒害或微毒害的污染物，從而到達凈化處理的目的。氧化復(fù)原反響是一種可逆反響，通式如下：氧化劑+復(fù)原劑復(fù)原劑+氧化劑氧化復(fù)原法假設(shè)投加藥劑在反響中作為復(fù)原劑，稱為復(fù)原處理法；假設(shè)投加藥劑在反響中作為氧化劑，稱為氧化處理法。42某種物質(zhì)能否表現(xiàn)出氧化劑或復(fù)原劑的作用，主要由反響雙方的氧化復(fù)原能力的比照情況來決定。氧化復(fù)原能力就是指某種物質(zhì)失去或取得電子的難易程度，可以統(tǒng)一用氧化復(fù)原電位作為指標。常見物質(zhì)的標準氧化復(fù)原電位值E0見表3-9，由負值到正值，依次排列。凡位置在前者可以作為位置在后者的復(fù)原劑，放出電子；而位置在后者可以作為位置在前者的氧化劑，得到電子。氧化劑與復(fù)原劑的電位差越大，反響越容易發(fā)生，而且進行得越完全。

431〕藥劑氧化法處理對象：廢水中的CN–、S2–、Fe2+、Mn2+等離子及造成色度、味、嗅、BOD、COD的有機物以及致病微生物，電鍍廢水中主要用以處理含氰廢水。常用氧化劑：包括氯氣、氯的含氧酸等。442)藥劑復(fù)原法處理對象：廢水中的Cr6+和Hg2+等重金屬離子，在電鍍廢水中主要用以處理含鉻廢水。常用的復(fù)原劑有：氣態(tài)或煙道器中的SO2、液態(tài)的水合肼、固態(tài)的硫酸亞鐵、亞硫酸氫鈉、亞硫酸鈉、焦亞硫酸鈉等。453.2化學(xué)法小結(jié)中和法化學(xué)沉淀法氧化復(fù)原法46一、某縣水文及地質(zhì)資料〔1〕水源地：水庫水?！?〕水質(zhì)資料：濁度50NTU，色度35度，pH值6.9，總硬度160mg/Ｌ〔以CaCO3計〕，細菌總數(shù)600個/Ｌ，大腸菌群76個/Ｌ?！?〕水溫：多年統(tǒng)計，月平均4.5~26.8℃。工程地質(zhì)條件良好?！?〕其他：年平均氣溫11.3~13.6℃，年雨量529~638mm，最地氣溫-10.3℃，最高氣溫40.3℃，最大凍土深度0.45m。第三次作業(yè)絮凝池斜管沉淀池普通快濾池清水池二級泵站原水出水→↓→→→↓氯消毒↓水處理工藝流程47二、初步設(shè)計按上述流程對以江河作水源的水〔含一些細微懸浮物和以膠體顆粒形式存在的污染物〕進行處理，上網(wǎng)了解混凝劑種類、特點、應(yīng)用、價格及山東省市場供給情況?！?〕確定在絮凝池中投加什