废水的其它物理化学处理法

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1、第五章 废水的其它物理化学处理法,污水的化学处理是利用化学反应的作用以去除水中的杂质。,处理对象主要是污水中无机的或有机的(难于生物降解的)溶解物质或胶体物质。,常用的化学处理方法有化学混凝、中和法、化学沉淀法和氧化还原法。,第一节 化学混凝法,一 混凝原理,向水中投加药剂（混凝剂），使水中的微小悬浮物和胶体聚集成沉速较大的颗粒而去除的方法。 化学混凝处理的对象主要是水中的微小悬浮物和胶体杂质。,吸附层和扩散层 电动电位和总电位,1 胶体的稳定性,双电层理论,胶粒,胶核,电位,电位,电位离子,反离子,滑动面,胶团边界,吸附层,扩散层,胶体结构和双电层示意图,胶体间的相互斥力不仅与电位有关，还与

2、胶粒的间距有关，距离越近，斥力越大。而布朗运动的动能不足以将两颗胶粒推进到使范徳华引力发挥作用的距离。因此，胶体微粒不能相互聚结而长期保持稳定的分散状态。,水化作用也使胶体不能相互聚结。,(1) 压缩双电层作用,混凝剂提供大量正离子会涌入胶体扩散层甚至吸附层, 使电位降低。当电位为零时, 称为等电状态。此时胶体间斥力消失, 胶粒最易发生聚结。,实际上，电位电位只要降至某一程度而使胶粒间排斥的能量小于胶粒布朗运动的动能时，胶粒就开始产生明显的聚结，这时的电位称为临界电位。,2. 混凝原理,水解反应铝盐和铁盐等混凝剂溶于水后，电离生成Al3+、Fe3+，并结合水分子形成水合离子。水合离子进一步水解

3、，形成单核络合物和沉淀。,缩聚反应水解产物中的羟基具有桥键性质，可将单核络合物通过桥键缩聚成多核络合物。,从上述反应可以看出，三价铝盐发挥混凝作用的是各种形态的水解聚合物。,带有正电的水解聚合物，同时起到压缩双电层的脱稳和吸附架桥的作用。,为使硫酸铝达到优异的混凝效果，应尽量使胶体脱稳和吸附架桥作用都得到充分发挥。,当混凝剂投放水中后，应立即进行剧烈搅拌，使带电聚合物迅速均匀地与全部胶体杂质接触，使胶体脱稳，随后，脱稳胶体在相互凝聚的同时，靠聚合度不断增大的高聚物的吸附架桥作用，形成大的絮凝体，使混凝过程很好完成。,二 混凝剂和助凝剂,1 混凝剂,无机盐混凝剂目前应用最广泛的是铁盐和铝盐。 硫

4、酸铝：效果较好，形成的絮凝体松散，低温时效果较差。 聚合铝：效果较好，低温时效果好。 FeCl3：絮凝体密实，低温效果好，腐蚀性强，出水色度高。 聚合铁：混凝效果好。,1 混凝剂,有机高分子混凝剂 天然：纤维素、壳聚糖、淀粉、木质素等 人工合成：聚丙烯酰胺等主要作用：吸附架桥作用,当单用混凝剂不能取得良好效果时，可投加某些辅助药剂以提高混凝效果，这种辅助药剂称为助凝剂。 常用助凝剂：聚丙烯酰胺、骨胶、粘土、活化硅酸、石灰等 作用增加絮凝体骨架材料作氧化剂维持pH值,2 助凝剂,三 影响混凝效果的主要因素,1. 水温,2. pH,3. 水中杂质的成分、性质和浓度,4. 水力条件,四 化学混凝的设

5、备,1 混凝过程,凝聚（coagulation）,絮凝（flocculation）,2 混凝剂的溶解和配制,混凝剂在溶解池中进行溶解,搅拌,加速药剂溶解,混凝剂溶液的投加,3 混合设备,(1) 水泵混合,泵前加药，利用叶轮的高速旋转达到快速而剧烈的混合目的； 操作方便，不需另建混合设备； 用铁盐作混凝剂时，对叶轮有腐蚀作用； 管线应较短。,利用水流通过隔板孔道时产生的急剧收缩和扩散形成涡流，使药剂与原水混合； 水量稳定时，混合效果较好，但水量发生变化时，混合效果不稳定。,(2) 隔板混合,电动机带动浆板进行强烈搅拌； 搅拌强度可以调节，比较灵活； 增加了进行设备，增加了维修保养工作和动力消耗。

6、,(3) 机械混合,4 反应设备,(1) 隔板反应池,利用水流断面上流速分布不均所造成的速度梯度，促进颗粒相互碰撞进行絮凝。 为避免结成的絮凝体被打碎，隔板中的流速应逐渐减小。 构造简单，管理方便，效果较好； 不适应水量的变化。,(2) 机械反应池,适应水量的变化，运行灵活； 适用于中小水厂。,第二节 中和法,一 酸性废水处理,1 湿投加法,常用药剂：石灰、电石渣、石灰石等，有时也采用苛性钠和碳酸钠。 石灰常使用熟石灰，配制成石灰乳液，浓度在10左右，反应在池中进行。 运行方式：连续法和间歇法,2 过滤法,石灰石或白云石作中和剂时常呈粗粒状，可作滤料，故用过滤法。设备：升流式膨胀中和滤池,滤床

7、高度：H=1m；滤料粒径：d=0.53mm；流速：v=5070m/h；滤床膨胀率：e=1020%；出水pH: 4.24.5；吹脱后pH: 66.5。,技术指标,只能中和低浓度硫酸废水。以石灰石为滤料时硫酸为12g/l；以白云石为滤料时硫酸为45g/l。 操作简单、出水pH值稳定、劳动条件好、没渣、运行费用低。,说明,1 酸性废水中和 2 加酸处理：废酸、粗制酸等。 3 烟道气中和烟道气中含有CO2和少量SO2、H2S等。在喷淋塔中进行，具有废水处理、消除烟尘、气体净化等作用。,二 碱性废水处理,第三节 化学沉淀法,用易溶的化学药剂(可称沉淀剂)使溶液中某种离子以它的一种难溶的盐和氢氧化物形式从

8、溶液中析出，称化学沉淀法。,废水处理中，常用化学沉淀法去除废水中的有害离子，阳离子如Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cr6+，阴离子如SO42-、PO43-。,应用 氢氧化物沉淀法：Cu2+、Zn2+、Ni2+、Cr2+等； 硫化物沉淀法：Hg2、Cu2、Pb2等； 硫酸盐沉淀法：Zn2、Cu2等； 钡盐沉淀法：主要处理六价铬（CrO42）废水。,第四节 氧化还原法,水质有些溶解的杂质，可以通过化学反应将其氧化或还原转化成无害的物质、气体或固体而容易的从水中分离出来，该方法称为氧化还原法。,1 定义,电镀含氰废水的加氯氧化采用间歇分批处理，分二步进行：,生产上控制出水余氯约为

9、35mg/l，以保证出水的CN0.1mg/l。,2 氧化法,阳极反应Fe 2e Fe2+CrO42-+3Fe2+8H+ Cr3+3Fe3+4H2O 阴极反应2H+2e H2CrO42-+3e+8H+ Cr3+ 4H2O,电解法处理含铬废水,3 还原法,金属铁还原法 铁的还原作用：在酸性条件下，与一些重金属离子和有机物还原反应； Fe(OH)2的还原作用：对硝基、亚硝基和偶氮化合物有强烈的还原作用； 氢的还原作用：,第五节 吸附法,一 吸附原理,吸附剂固体表面有吸附水中溶解及胶体物质的能力,比表面积很大的活性炭等具有很高的吸附能力。,1 Freundlich 吸附等温式,式中 y: 吸附剂吸附的

10、物质总量m: 投加的吸附剂量: 到达平衡时溶液中被吸附物浓度K 、n ：经验常数,该公式从动力学观点出发。通过一些假设而推导出的单分子层吸附公式：,式中 y: 吸附剂吸附的物质总量m: 投加的吸附剂量: 到达平衡时溶液中被吸附物浓度K1：经验常数,2 Langmuir 吸附等温式,二 影响吸附的因素,吸附剂的性质：吸附剂的孔径、颗粒度等。 吸附质的性质：吸附质的溶解度、分子大小、电离和极性大小等。 pH值：活性碳在地pH值时，吸附效果好。 温度：吸附反应是放热的，低温有利吸附。 共存物质： 接触时间：,1 活性炭 一般制成粉末状或颗粒状； 比表面积达8002000m2/g，有很强的吸附能力；

11、活性炭的再生：加热再生法和化学再生法；,三 吸附剂,2 腐植酸类 风化煤、泥煤、褐煤等； 吸附工业废水中的许多金属离子，如汞、铬、锌、镉、铅、铜等； 用H2SO4、HCl、NaCl等进行解吸； 很少使用。,1 静态吸附 间歇式 一般用于少量废水的处理和实验研究。 2 动态吸附 连续式 可采用固定床、移动床和流化床。,四 吸附工艺和设备,1 吸附法除汞,六 应用,废水流量：1020m3/d； 化学沉淀法处理：以石灰调pH810，Na2S作沉淀剂，FeSO4作混凝剂，此时，出水含汞约1mg/l，高时达23mg/l，不符合排放标准； 活性炭吸附处理：有两个吸附池，交替工作，压缩空气搅拌，出水符合排放

12、标准（0.05mg/l）。,2 炼油厂、印染厂废水的深度处理,废水的含酚量从0.1mg/L(生物处理后)降至0.005mg/L，氰从0.19mg/L降至0.048mg/L，COD从85mg/L降至18mg/L。,第七节 离子交换法,该法是水处理中软化和除盐的主要方法。实质是不容性离子化合物（离子交换剂）的交换离子与溶液中其它同性离子的反应。 离子交换是可逆反应，其反应式可表达为：,定义,离子交换剂主要有离子交换树脂和磺化煤。 1 离子交换树脂的结构 由树脂本体（母体或骨架）和活性基团组成。本体：苯乙烯系、丙烯酸系、酚醛系活性基团：磺酸基、羧酸基、季胺基、叔胺基、仲胺基、伯胺基,一 离子交换剂,

13、二 离子交换树脂的选用,1 离子交换树脂的有效pH范围,2 交换容量,定量表示树脂交换能力的大小，单位为mol/kg (干树脂)或mol/L(湿树脂)。,3 交联度,交联度较高的树脂，孔隙较低，密度较大，离子扩散速度较低，对半径较大的离子和水合离子的交换量较小，浸泡在水中时，水化度较低，形变较小，也就比较稳定，不易破碎。,对同一种交换树脂RH讲，交换反应的平衡常数K值随交换离子M+而异，K值越大，表明交换离子越容易取代树脂上的可交换离子，也表明交换离子与树脂的亲和力愈大，通常说这种离子的交换势很大；反之，K值愈小，通常说交换势很小。当含有多种离子的废水同离子交换树脂接触时，交换势大的离子必然最

14、先同树脂上的离子进行交换。,4 交换势,工艺固定床：单层床、双层床和混合床连续床：移动床、流动床 运行操作步骤（1）交换（2）反洗（3）再生（4）清洗,三 工艺和设备,（1）交换 任意时刻树脂层存在三个区饱和区（失效区）交换区（交换带）：工作层未交换区 从交换带来讲，要经历两个阶段：形成阶段下移阶段 为保证一定的水质,应有一个保护层交换带高度 交换带的影响因素：水流速度、树脂大小、原水水质等。,（2）反洗 松动树脂层，便于再生，使注入的再生液分布均匀； 及时清除树脂层内的杂质、碎粒和气泡。,（3）再生 再生剂种类强酸性阳树脂：HCl或H2SO4等及NaCl、Na2SO4弱酸性阳树脂：HCl、H

15、2SO4强碱性阴树脂：NaOH等及NaCl弱碱性阴树脂：NaOH，Na2CO3、NaHCO3,再生方式 顺流再生设备简单，操作方便，工作可靠； 再生剂用量多，再生效率低，出水水质较差。 逆流再生再生剂耗量少(比顺流法少40左右)，再生效率高；能保证出水质量；设备较复杂，操作控制较严格。,（4）清洗将树脂层内的残留的再生液清洗掉。,1 电镀含铬废水的处理在废水中主要以CrO42-的形式存在，还有其它阳离子如Fe3、Cr3+、Cu2+、Mg2+等。,四、在废水处理中的应用,阳柱：去除阳离子如Fe3+、Cr3+等。,阴柱：去除CrO42-、Cr2O72-,再生（46的NaOH溶液）R2CrO4 +

16、2NaOH - 2ROH + Na2CrO4R2Cr2O7 + 4NaOH - 2ROH + 2Na2CrO4 + H2O,阴柱的再生残液回收铬酸4RH + 2Na2CrO4 - 4RNa + H2Cr2O7 + H2O脱钠柱失效后再用HCl再生RNa + HCl- RH + NaCl,2 含汞废水的处理日本和瑞士的氯碱厂采用阴离子交换树脂和鳌合树脂处理含汞（氯化汞络合离子）废水。进水的pH值先调整到6-8之间，并用化学品破坏水中氧化物（即调整氧化还原势）；活性炭滤池过滤，活性炭滤池同时有去除一部分汞和进一步破坏氧化物的效用；通过阴离子交换树脂，汞含量下降到0.10.2mg/l；通过螯合树脂，汞含量进一步降到0.002mg/l。,第八节 膜析法,膜析法是利用天然或人工合成膜以外界能量或化学位差作推动力对水溶液某些物质进行分离、分级、提纯和富集的方法的统称。 分类：渗析法、电渗析法、反渗透法和超滤法等。,