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1、2019/4/23,Chemical & Physicochemical Treatment Process,第八章 污水的化学与物理化学处理,2019/4/23,1 酸碱废水 含无机酸、碱；有机酸、碱 浓度高时，应首先考虑回收 中和法主要去除无机的酸碱,2 中和剂 酸性废水：石灰、石灰石、白云石、苏打、苛性纳等 碱性废水：盐酸和硫酸，烟道气,一、概述,3 中和方法：投加法、过滤法、接触中和法 酸性废水：与碱性废水中和、药剂中和、过滤中和 碱性废水：与酸性废水中和、药剂中和,Neutralization,第一节 中和法,2019/4/23,1 酸碱废水的需要量 中和时酸碱当量数相等 Q1C1=
2、Q2C2 C为当量浓度eq/L,2 中和设备 1）集水井或管道等：水质水量变化小，对pH要求不高 2）连续流中和池：水质水量变化小，对pH要求高 3）间歇式中和池：水质水量变化大，水量小,二、酸碱废水互相中和法,2019/4/23,1 酸性水 中和反应 石灰：CaCO3 石灰乳：Ca(OH)2 中和弱酸时一般不用石灰 投药装置：干投、湿投 混合反应装置：管道中、混合反应池 2 碱性水 硫酸或烟道气（塔式滤床）,三、药剂中和法,2019/4/23,针对酸性废水 酸性废水流过碱性滤料时与滤料进行中和反应 碱性滤料：石灰石、大理石、白云石等 操作方便、运行费用低；不适合高浓度酸性废水 1 普通中和滤
3、池 2 升流式膨胀中和滤池 3 过滤中和滚筒,四、过滤中和法,2019/4/23,一、混凝原理,第二节 化学混凝法(coagulation),去除对象：水中的微小悬浮物和胶体物质,1、胶体的稳定性,胶体粒子在水中长期保持分散悬浮的特性,A 动力学稳定 布朗运动对抗重力影响的能力 B 聚集稳定 胶体粒子之间因表面同性电荷相斥或水化膜的阻碍作用而不能聚集,混凝就是在混凝剂的离解和水解产物作用下，使水中的胶体污染物和细微悬浮物脱稳并聚集为具有可分离性的絮凝体的过程，其中包括凝聚和絮凝两个过程，统称为混凝.,2019/4/23,1）胶体的双电层结构,Electric Double Layer,对于特定
4、的胶体， 电位是固定不变的，而电位则随温度、pH值及溶液中的反离子强度等外部条件而变化，是表征胶体稳定性强弱和研究胶体凝聚条件的重要参数。,2019/4/23,2）胶体的稳定性影响因素,A、胶粒间的静电斥力,对憎水胶体，电位是导致聚集稳定性的直接原因,胶粒相互作用的DLVO理论,排斥势能ER,吸引势能EA,ER,EA,E,x,2019/4/23,2）胶体的稳定性影响因素,B、布朗运动 水分子热运动，趋势是聚集 C、范德华力 分子间引力（EA） D、水化膜 亲水性胶粒水化作用较大，对胶粒的聚集稳定性的影响要大于电位的影响,2019/4/23,2、混凝原理,胶体因电位降低或消除，从而失去稳定性的过
5、程称为脱稳。脱稳的胶粒相互聚集为微絮粒的过程称为凝聚。不同的化学药剂能使胶体以不同的方式脱稳和凝聚,2019/4/23,1）压缩双电层作用,压缩双电层是指在胶体分散系中投加能产生高价反离子的活性电解质，通过增大溶液中的反离子强度来减小扩散层厚度，从而使电位降低的过程。,临界电位,胶粒间斥力小于布朗运动动能，胶粒开始聚结,2019/4/23,2）吸附架桥作用,水溶性链状高分子聚合物具有能与胶粒和细微悬浮物发生吸附的活性部位，那末它就能通过静电引力、范德华引力和氢键力等，将微粒搭桥联结为一个个絮凝体(俗称矾花)。这种作用就称为吸附架桥。聚合物的链状分子在其中起了桥梁和纽带的作用。,在吸附架桥形成絮
6、凝体的过程中，胶粒和细微悬浮物并不一定要脱稳，也无需直接接触，电位的大小也不起决定作用。,2019/4/23,3）网捕作用,当用铁、铝盐等高价金属盐类作混凝剂，而且其投加量和介质条件足以使它们迅速生成难溶性氢氧化物时，沉淀就能把胶粒或细微悬浮物作为晶核或吸附质而将其一起除去。,是一种机械作用,所需混凝剂量与原水杂质呈反比,2019/4/23,Al2(SO4)3的混凝作用机理,A12(SO4)3溶于水后，即离解为A13+和SO42-。 A12(SO4)3 A13+ + SO42- Al3+很容易与极性很强的水分子发生水合作用，形成水合络离子A1(H2O)63+ Al3+ + H2O A1(H2O
7、)63+,A1(H2O)63+ A1(OH)(H2O)52+ + H3O+ A1(OH)2(H2O)4+ + H3O+ A1(OH)3(H2O)3 + H3O+,A1(H2O)63+在不同的pH条件下发生一系列水解反应,2019/4/23,随着溶液OH-浓度的提高，水解产物之间还发生羟基架桥聚合反应，生成不同聚合度的高电荷络离子,A1(OH)(H2O)52+（单体） A12(OH)2(H2O)84+ （二聚体） Al3(OH)4(H2O)105+ （三聚体 ） A1n(OH)2n-2(H2O)2n+4(n+2)+ （多聚体）,与此同时，聚合物的水解反应也在进行，例如： A13(OH)4(H2O
8、)105+H2O A13(OH)5(H2O)94+H3O+,2019/4/23,由于聚合和水解反应交错进行，一般地说，低pH值下的主要形态是低聚合度的高电荷络离子；在高pH值下，主要为高聚合度的低电荷络离子。 当pH值在78时，聚合度极大的中性A1(OH)3(H2O)3n占绝对优势；当pH8.5时，则重新溶解为A1(OH)4 -、A16(OH)202-等负离子。 投加混凝剂，是从简单到复杂的各种产物相继出现并交叉发挥作用的过程。 不同pH条件下，铝盐可能产生的混凝机理 pH3 简单的水合铝离子起压缩双电层作用 pH=45 多核羟基络合物起吸附电性中和 pH=6.5-7.5 多核羟基络合物起吸附
9、电性中和；氢氧化铝起吸附架桥、网捕,2019/4/23,混凝机理用于水处理实际时要注意以下问题： (1)混凝效果最优，即出水浊度最低时，微粒的电位并不一定为零，而通常在-10+5mV。 (2)必须根据原水中浊度物质的性质控制相适宜的pH值。 如主要是胶体，应将pH控制在4.56.0的较低范围，以便充分利用低聚合度高电荷络离子的降低电位作用；反之，当污染物主要是粗胶体和细微悬浮物，则应将pH值控制在6.57.5的较高范围，以便充分利用高聚合度低电荷产物的吸附桥联和网捕作用。 (3)各种中间产物的存在时间是十分短暂的，为了充分发挥它们各自的作用，就必须在尽可能短的时间里把混凝剂均匀地混合到原水中。
10、,2019/4/23,混凝过程,凝聚（coagulation） 带电荷的水解离子或高价离子压缩双电层或吸附电中和电位脱稳凝聚，生长成约d=10m 特点：剧烈搅拌，瞬间完成 在混合设备中完成 絮凝（flocculation） 高聚合物的吸附架桥 脱稳胶粒生长成大矾花d=0.6-1.2mm 特点：需要一定时间，搅拌从强弱 在絮凝中设备完成,2019/4/23,1）混凝剂 种类有不少于200300种。 无机盐：铝盐和铁盐等 高分子絮凝剂：聚丙烯酰胺 分子结构：线状结构优于支链状结构 分子量：300500104较好,二、混凝剂和助凝剂,2019/4/23,2019/4/23,无机复合聚合物混凝剂： 聚
11、合硫酸铝铁（PFAS）、聚合氯化铝铁（PFAC）、聚合硫酸氯化铁（PFSC）、聚合硫酸氯化铝（PASC）、聚合铝硅（PASi）、聚合铁硅（PFSi）、聚合硅酸铝（PSA）、聚合硅酸铁（PSF） 无机有机复合： 聚合铝/铁-聚丙烯酰胺、聚合铝/铁-甲壳素、聚合铝/铁-天然有机高分子、聚合铝/铁-其它合成有机高分子 有机高分子絮凝剂： 阳离子有机化合物 天然改性高分子絮凝剂：无毒易降解，如甲壳素等 多功能絮凝剂：絮凝、缓蚀阻垢、杀菌灭藻 微生物絮凝剂,发展方向,2019/4/23,2）助凝剂,目的：提高混凝效果，特别是在原水水质状况与温凝剂所要求的起宜条件不相适应的情况下 按其作用，助凝剂主要有以
12、下三类： (1)pH调整剂 常用的有H2SO4、CO2和Ca(OH)2、NaOH、Na2CO3 (2)絮体结构改良剂 作用是加大絮体的粒径、密度和机械强度。这类物质有水玻璃、活性硅酸和粉煤灰、粘土等。 (3)氧化剂 当原水中的有机物含量较高时，容易形成泡沫，不仅使感观性状恶化，絮凝体也不易沉降。此时，应投加C12、Ca(C1O)2和NaClO等氧化剂来破坏有机物。当用FeSO4作混凝剂时，则常用O2和Cl2将Fe2+氧化为Fe3+，以提高混凝效果。,2019/4/23,2） pH值 视混凝剂品种而异。 无机盐水解，造成pH下降，影响水解产物形态。 根据水质、去除对象，最佳pH范围也不同。 需碱
13、度来调整pH，碱度不够时需要投加石灰。,1） 水温 低温，混凝效果差，原因是： 无机盐水解吸热 温度降低，粘度升高布朗运动减弱 胶体颗粒水化作用增强，妨碍凝聚,三、混凝的影响因素,2019/4/23,3） 胶体杂质的浓度 杂质浓度低，颗粒间碰撞机率下降，混凝效果差。 对策：1）加高分子助凝剂 2）加粘土 3）投加混凝剂后直接过滤,5） 共存杂质 有利于絮凝的物质：除硫、磷外的其它无机金属盐 不利于混凝的物质：硫、磷离子、高级有机酸离子,4）水力条件 混合阶段要求剧烈紊动，反应阶段紊动减弱,2019/4/23,1、混凝剂的配制和设加设备 溶解池和溶液池,溶液池出水混凝剂浓度：无机10-20% 有
14、机高分子 0.5-1.0%,1）混凝剂的溶解和配制,干投法和湿投法,混凝剂在溶解池溶解 溶解池的搅拌设备：机械搅拌，压缩空气搅拌，水泵搅拌,四、化学混凝设备,2019/4/23,2）混凝剂溶液的投加,投加方式：重力投加、水射器投加、计量泵投加,溶解池的容积,溶液池的容积,W2=(0.2-0.3)W1,2019/4/23,2、混合设备,1）水泵混合 2）隔板混合 3）机械混合,3、反应设备,1）水力搅拌-隔板反应池/折板反应池 2）机械搅拌-机械搅拌反应池,2019/4/23,隔板絮凝池：往复式和回转式,2019/4/23,2019/4/23,2019/4/23,一般用于处理含金属离子的工业废水
15、,向工业废水中投加化学物质，使它和其中的某些溶解物质产生反应，并生成难溶盐沉淀下来。,Hg Cd Pb Cu Zn Cr SO4 PO4,浓度积对水中离子的浓度控制,Precipitation,第三节 化学沉淀法,2019/4/23,1 氢氧化物沉淀法 废水中许多金属离子的氢氧化物是难溶盐 其沉淀与pH值有很大的关系 有些金属的氢氧化物具有两性。,2 硫化物沉淀法 许多金属能生成硫化物沉淀，且其溶解度一般小于相应的氢氧化物。,硫化物法可使金属离子去除更完全，但处理费用高，硫化物沉淀困难。,2019/4/23,3 钡盐沉淀法 主要用于处理含铬废水 Ba2+CrO42-=BaCrO4 过量的钡用石
16、膏去除： Ba2+CaSO4=BaSO4+Ca2+,2019/4/23,利用废水中的有毒有害物质在氧化还原反应中能被氧化或还原的性质，将其转化为无毒无害的新物质的方法,氧化法： 常用氧化剂：空气氧、纯氧、臭氧、氯气、漂白粉、次氯酸钠、三氯化铁等 还原法： 常用还原剂：硫酸亚铁、亚硫酸盐、氯化亚铁、铁屑、锌粉、二氧化硫、硼氢化钠等,Redox,第四节 氧化还原法,2019/4/23,氧化还原法分类,2019/4/23,4、 臭氧氧化法,使污染物氧化分解，用于 降低BOD、COD 脱色、除臭、除味 杀菌、杀藻 除铁、锰、氰、酚,1、CN-的加氯氧化,2、电解,废水中的有毒物质在电解反应时分别在阳极和阴极进行氧化的还原作用，生成新物质，使其水中浓度降低。,3、置换法,高电位金属取代溶液中低电位的
