《第16章污水的化学与物理化学处理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第16章污水的化学与物理化学处理（123页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,第十六章 污水的化学与物理化学处理,1.概念 利用化学反应作用来去除水中杂质。 利用物理化学原理和化工单元操作去除水中杂质。 针对无机物或者难以生物降解的有机物、高浓度杂质的回收利用、污水的深度处理 2.化学处理方法 混凝法、中和法、 化学沉淀法、氧化还原法 3.物理化学处理方法 吸附法、离子交换法、萃取法、膜析法,蒸发、蒸馏、结晶,混凝沉淀池,一.概 述 1.混 凝 向污水中预先投加化学药剂来破坏胶体的稳 定性，使污水中的胶体和细小的悬浮物聚集 成具有可分离性的絮凝体，再加以分离除去 的过程。 2.处理对象 粒度在1nm100m部分悬浮液和胶体溶液,第一节 化学混凝法,图3.1胶体结构及电
2、位示意图,3.胶体稳定性的原因 （1） 胶体颗粒间的静电斥力； （2） 微颗粒的布朗运动 （不足以将两个胶粒推近到使范德华引力发生作用）； （3） 颗粒表面的水化作用 （带电的胶粒将极性水分子吸引到周围形成水化膜，阻止胶粒之间的接触）。,Al(OH)3溶胶,4混凝原理 1)压缩双电层作用 （降低或消除电位，胶粒布朗运动的动能足以克服斥力） 2)吸附架桥作用 （高分子物质吸附多个胶粒，并相互粘结） 3)网捕作用 （沉淀物自身沉淀过程中，卷集、网捕水中的胶粒等并使之粘结）,不同情况下高聚物对胶体的吸附架桥作用,5.凝聚和絮凝 1)凝聚 向水中加入混凝剂搅拌混合，使胶体颗粒的脱稳，通过互相接触、吸附
3、、卷带和桥连等机理凝聚在一起，形成小凝粒的过程。 2)絮凝 小凝粒互相接触，聚合形成大的凝絮体的过程。,混凝过程,1.混凝剂 概念 混凝过程中，为使悬浮粒子或胶体变成易于去除的大絮凝体而投加的主要化学药剂。 种类 1）无机盐类混凝剂及混凝特性 2）有机合成高分子混凝剂,二.混凝剂、助凝剂,常用无机盐混凝剂及其主要性能,混凝剂分类,聚合硫酸铁（PFS） Fe2(OH)n(SO4)3-n/2m,polyacrylamide,Polymeric ferric sulfate,Polyaluminium Chloride,明 矾,聚合硫酸铁,聚丙烯酰胺,淀粉,2.助凝剂 常用的助凝剂作用： 投加酸或碱
4、类以调整pH值； 投加活化硅酸、骨胶、海藻酸钠、PAM等，以增强絮凝体的密实性和沉降性能； 投加氯、臭氧等氧化剂，以提高混凝效果。,海藻酸钠,骨胶,三、影响混凝效果的主要因素 水温 无机盐混凝剂的水解是吸热反应 温度低，粘度大，不利于胶粒的絮凝长大 水的pH值（碱度） 不同混凝剂适合的pH范围不同 水中杂质的成分、性质和浓度 需通过试验来确定合适的混凝剂和投加量 水力条件（混合和反应） 混合要求快速和剧烈搅拌 反应阶段的搅拌强度和水流速度要随絮凝体的结大而降低,P295-296,四水与混凝剂的混合与絮凝反应 （一）混凝剂溶液的配制（湿投法） 1.溶液池容积W1 2.溶解池容积W2 （二）混凝剂
5、溶液的投加 1计量设备（流量计） 2投加方式及设备 1)泵前投加 2)高位溶液池重力投加 3)水射器投加 4)采用计量泵投加,P297,高位溶液池重力投加,图311 水射器压力投加,计量泵压力投加,(三)混合设备 1.混合设备的作用 混合设备应满足下列要求： 保证药剂迅速均匀扩散到整个水中； 混合时间不宜过长； 能使水体产生强烈紊动。 2.混合设备 1）水泵混合 （快速剧烈，不需另建设备，但要注意腐蚀和管线长度） 2）隔板混合 3）机械混合,P299,（四）反应设备 (1) 隔板反应池 (2) 机械搅拌反应池 (3) 折板絮凝池 (4) 栅条(网格)絮凝池 (5) 穿孔旋流絮凝池 (6) 其他
6、形式的絮凝池,P300,主要设计参数 (1)廊道中的流速起端取0.5-0.6m/s,末端取0.15-0.2m/s。隔板间距从进口到出口逐渐放宽； (2)池数不少于2个，反应时间为20-30 min； (3) 隔板间距应大于0.5m，池底坡度为0.02-0.03; (4) 转弯处过水断面面积为廊道过水断面面积的1.2-1.3倍; (5) 水头损失计算可分成数段进行计算。总水头损失为各段损失（包括沿程和局部损失）之和。,隔板反应池,主要设计参数： 每台搅拌设备上的浆板总面积为水流截面积的10%-20%，不超过25%.浆板长度不大于叶轮直径的75%，宽度为19-30cm； 叶轮半径中心点的旋转线速度
7、，第一格用0.5-0.6m/s，以后逐渐减少，最后一格采用0.1-0.2m/s，不得大于0.3m/s； 反应时间为15-20min。,机械搅拌反应池,折板絮凝池,网格絮凝池,第二节 中和法,一.概念 1.中和法 利用碱性药剂或酸性药剂将废水从酸性或碱性调整到中性附近的一类处理方法。 2.处理对象：废酸液和废碱液 废酸液：酸含量大于5-10%的高浓度含酸废水； 废碱液: 碱含量大于3-5%的高浓度含碱废水。,1.投药中和法 （湿投加） 2.过滤中和法 （采用中和剂为滤料） 1）普通中和滤池 2）升流式膨胀床滤池（图16-3） 3）喷淋塔（图16-4） 3.以废治废 酸性废水与碱性废水相互中和 ，
8、节约中和剂,中和法分类,P288,第三节 化学沉淀处理,一.概 念 1.化学沉淀法 向水中投加某种化学药剂，使其与水中的溶解物质反应生成难溶物沉淀下来的方法。 2. 分级沉淀 当溶液中有数种离子都能与同一种离子生成沉淀时，它们生成沉淀的顺序。,二、处理对象 废水中的重金属离子、贵金属和放射性元素等，如：Hg、Cr、Cd、Pb、Cu、Ag、Zn、Ni、Fe。 给水处理中去除Ca、Mg硬度 大量阴离子的去除，如S2-、SO42-、PO43-、F-。,1.氢氧化物沉淀法 2.硫化物沉淀法 3.碳酸盐沉淀法 4. 铁氧体法,P302 表16-1,三、沉淀类型,铁氧体法,四、沉淀原理和影响因素,五、操作
9、注意事项,六、化学沉淀法的优缺点 技术方法成熟、操作简单 可选择性回收金属，产生一定收益 处理后可能存在大量二次污染。,沉淀剂用量的计算 P303,第四节 氧化和还原法,目 录,1 直接氧化法 2 高级氧化技术 3 还原法,概述 利用氧化剂或还原剂，改变水中某些有毒有害化合物中的元素的化合价以及改变化合物的分子结构，使得毒性高的化合物转变为无毒或微毒的化合物，使得难于生物降解的有机物转化为可以生物降解的有机物。 类型 氧化法：向污水中投加氧化剂的方法。 还原法：向污水中投加氧化剂的方法。,引言,1 直接氧化法 氧化剂 空气、氯、臭氧等 处理对象 工业废水，地下水，深度处理,（1）空气氧化 把空
10、气鼓入污(废)水中，利用空气中氧气氧化废水中的污染物 特点： 电对O2/O2-的半反应式中有H+或OH-离子参加，因而氧化还原电位与pH有关，低pH时，氧化还原电位更高。 在常温常压下和中性pH条件，分子氧为弱氧化剂，用来处理易氧化物质。 提高温度和氧分压，可以增大电极电位；添加催化剂，可以降低反应活化能,例1：地下水除铁、锰 在缺氧的地下水中常出现二价铁和锰。通过曝气，可以将它们分别氧化为Fe(OH)3和MnO2沉淀物。 除铁,氧化速度与氢氧根浓度平方成正比。在pH6.5条件下，氧化速度相当缓慢。,反应动力学方程：,考虑碱度影响,除锰 比除铁难，相似条件下，反应时间漫长，需要寻找更强的催化剂
11、或更强的氧化剂。MnO2对Mn2+的氧化具有催化作用。 曝气过滤除锰需要强烈曝气，尽量散去CO2，提高pH，再流入天然锰砂或石英砂过滤器。 MnO2对Fe2也具有催化作用，使其氧化速度加快 铁细菌以水中CO2为碳源，无机氮为氮源，氧化Fe2为Fe3获得能量；对锰的氧化起生物催化作用。,氧化,吸附,氧化,除铁、除锰工艺流程图,例2：工业废水脱硫 存在形式：Na2S, NaHS, (NH4)2S, NH4HS 在碱性溶液中，各电对具有较强的还原能力，可以利用分子氧氧化硫化物 方法：向废水中注入空气和蒸汽，硫化物发生如下反应： 装置：空气氧化脱硫塔 试验表明：操作温度90，废水含硫2900mg/L，
12、脱硫效率达到98.3%,费用0.9元/m3；操作温度64，其它条件同，脱硫效率达到94.3%,费用0.6元/m3；,酸性溶液,碱性溶液,空气氧化法处理含硫废水流程,（2）氯氧化 氯的存在形式 液氯、氯胺、漂白粉、次氯酸钠、二氧化氯 有效氯（表征各药剂的氧化能力） 化合价大于-1的那部分氯具有氧化能力，称为有效氯。 例3：氯消毒,氯气与水发生歧化反应，次氯酸在水中离解：,电离常数K=H+OCl-/HOCl,HOCl 与OCl-在溶液中的比例随pH值变化，关系如右图,在酸性溶液中： HOCl H+2eCl-+H2O E0=1.49v 在碱性溶液中： OCl- H2O +2eCl-+ 2OH- E0
13、=0.9v 在中性溶液中：E0=1.2v,HOCl 比OCl-的氧化能力强得多， OCl-带电，影响接触，氯氧化法在酸性溶液中较为有利,氯氧化（消毒）原理,NH2Cl与NHCl2的分布由如下平衡决定：,NHCl2的杀菌能力比NH2Cl强，氯胺消毒还是依靠HOCl，当水中HOCl消耗后，上式反应向左进行，释放出HOCl，因而氯胺消毒比HOCl慢,氯胺也是常用的消毒剂，主要包括一氯胺、二氯胺和三氯胺（NH2Cl，NHCl2和NCl3）,加氯量mg/L,余氯量mg/L,游离性余氯,化合性余氯,B,A,0,H,a1,a2,a3,a4,b1,b2,b3,b4,1区,2区,3区,4区,需氯量试验结果,图中
14、虚线（该线，与坐标轴成45角）表示水中无杂质时加氯量与余氯量的关系。实线表示氯与杂质化合后的情况，b值即需氯量被氯氧化的杂质，a代表余氯量，a加b即加氯量。 1区：氧化还原性物质，余氯为零；2区：氯与氨化合，产生氯胺，有余氯，是化合氯；3区：加氯量增加，氯胺被氧化成不起消毒作用的氯，余氯减少，到折点B；4区：完全是游离性余氯。折点加氯,加氯设备 采用加氯机：注意安全，防止腐蚀,氯氧化系统,例4：电镀废水脱CN-,第一阶段：要求pH值1011，需要5分钟，控制10-15分钟,第二阶段：要求pH值88.5，需要1小时,理论值： CN-:Cl2:NaOH=1:6.8:6.2 实际控制投加CN-:Cl
15、2=1:8,P304,（3）臭氧氧化 臭氧是氧的同素异构体，常温常压下是一种具有鱼腥味的淡蓝色气体。 性质 不稳定性在常温下自行分解为氧气放热 温度越高，分解越快；浓度越高，分解越快；在水溶液中分解比气相中快；pH高分解快。 溶解性 在水中溶解度比纯氧高10倍，比空气高25倍 毒性 卫生部规定其最高浓度为0.3mg/m3 氧化性 强氧化剂：E0=2.07V,氧化能力仅次于氟 在水处理中的应用 消毒；污染水源水的净化；工业废水的臭氧净化 降低COD、杀菌、增加溶解氧、脱色除臭、降低浊度,53,臭氧与有机物反应： 1. 直接反应 （1）偶极加成 （2）亲电取代 2. 间接反应 OH,臭氧氧化有机物
16、原理,例5：无机物的去除,将铁锰氧化为高价化合物：,氧化硫化物、氰化物：,氰化物在酸性条件下水中的实际反应过程可用下列反应式表示：,总反应式为：,烯烃类双键化合物,芳香族化合物,有机胺,臭氧可氧化硫氰化物离子和复杂的氰化物：,例6：有机物的去除,P304,例7：工业废水的深度处理,例8：臭氧消毒,臭氧处理闭路系统,臭氧发生系统及接触反应器 臭氧不稳定，现场随制随用； 发生器：板式和管式两种 接触反应器：鼓泡塔、螺旋混合器、涡轮注入器、射流器,COD去除率：85.6%; 丙烯腈：99.9%; SCN-100%,（4）其他氧化剂氧化 高锰酸盐氧化 能与水中Fe2+、Mn2+、S2-、CN-、酚及其它至臭味有机物很好地反应，能杀死很多藻类和微生物，与臭氧处理一样，出水无异味。 过氧化氢氧化,2 高级氧化技术 定义（1987年Glaze提出） 任何以产生羟基自由基（
