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1、第十六章 污水的化学与物理化学处理第一节 化学混凝法第二节 中和法第三节 化学沉淀法第四节 氧化还原法 污水的化学处理是利用化学反应的作用以去除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。水中的杂质。 处理对象主要是污水中无机的或有机的处理对象主要是污水中无机的或有机的(难于生难于生物降解的物降解的)溶解物质或胶体物质。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。学沉淀法和氧化还原法。第一节 化学混凝法一一、混凝原理混凝原理 化学混凝化学混凝处理的对象主处理的对象主要是水中的微要是水中的微小悬浮物和胶小悬浮
2、物和胶体杂质。体杂质。1. 胶体的稳定性胶体的稳定性胶体所胶体所受影响受影响 由于上述的胶体带电现象，带相同电由于上述的胶体带电现象，带相同电荷的胶粒产生静电斥力，而且荷的胶粒产生静电斥力，而且电位越高，电位越高，胶粒间的静电斥力越大胶粒间的静电斥力越大 受水分子热运动的撞击，使微粒在水受水分子热运动的撞击，使微粒在水中作不规则的运动，即中作不规则的运动，即“布朗运动布朗运动” 胶粒之间还存在着相互引力胶粒之间还存在着相互引力范徳范徳华引力华引力 胶体间的相互斥力不仅与胶体间的相互斥力不仅与电位有关，还与胶粒的电位有关，还与胶粒的间距有关，距离越近，斥力越大。而布朗运动的动能间距有关，距离越近
3、，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。分散状态。 水化作用也使胶体不能相互聚结。水化作用也使胶体不能相互聚结。2. 混凝原理混凝原理(1) 压缩双电层作用压缩双电层作用 混凝剂提供大量正离子会涌入胶体扩散层甚至混凝剂提供大量正离子会涌入胶体扩散层甚至吸附层吸附层, 使使电位降低。当电位降低。当电位为零时电位为零时, 称为等电状称为等电状态。此时胶体间斥力消失态。此时胶体间斥力消失, 胶粒最易发生聚结。胶粒最易发生
4、聚结。 实际上，实际上，电位电位只要降至某一程度而使胶粒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，这时的开始产生明显的聚结，这时的电位称为临界电位。电位称为临界电位。 胶粒因胶粒因电位降低或消除以至失去稳定性的过程，电位降低或消除以至失去稳定性的过程，称为胶体脱稳。脱稳的胶粒相互聚结，称为凝聚。称为胶体脱稳。脱稳的胶粒相互聚结，称为凝聚。(2) 吸附架桥作用吸附架桥作用 由高分子物质吸附架桥作用而使微粒相互粘结的由高分子物质吸附架桥作用而使微粒相互粘结的过程。过程。(3) 网捕作用网捕作用 沉淀物
5、在自身沉降过程中，能集卷、网捕水中的沉淀物在自身沉降过程中，能集卷、网捕水中的胶体等微粒，使胶体粘结。胶体等微粒，使胶体粘结。以硫酸铝为例讨论混凝过程以硫酸铝为例讨论混凝过程 硫酸铝硫酸铝Al2(SO4)318H2O溶于水后，离解出溶于水后，离解出Al3+，并结合有并结合有6个配位水分子，成为水合铝离子个配位水分子，成为水合铝离子Al(H2O)63+。 水合铝离子进一步水解，形成单羟基单核络合水合铝离子进一步水解，形成单羟基单核络合物：物： 单羟基单核络合物又进一步水解：单羟基单核络合物又进一步水解： 上述反应中，降低水中上述反应中，降低水中H+(或或H3O+)浓度或提高浓度或提高pH，使反应
6、趋向右方，水合羟基络合物的电荷逐渐降，使反应趋向右方，水合羟基络合物的电荷逐渐降低，最终生成中性氢氧化铝难溶沉淀物。低，最终生成中性氢氧化铝难溶沉淀物。 当当pH CrO42- 柠檬酸根柠檬酸根酒石酸根酒石酸根 NO3- AsO43- PO43- MoO42- 醋酸根、醋酸根、I-、Br- Cl- F-。 （6）对强碱性阴离子交换树脂讲，离子的交换势）对强碱性阴离子交换树脂讲，离子的交换势随随树脂的性质树脂的性质而异，没有一般性的规律。而异，没有一般性的规律。 （7）氢氧基对阴离子交换树脂的交换势决定于）氢氧基对阴离子交换树脂的交换势决定于树树脂类型。脂类型。 （8）离子量高的有机离子和金属络
7、合离子离子量高的有机离子和金属络合离子的交换的交换势特别大。势特别大。 （9）大孔型树脂具有很强的吸附性能，往往可以）大孔型树脂具有很强的吸附性能，往往可以吸附废水中的非离子型杂质。吸附废水中的非离子型杂质。三、离子交换的工艺和设备离子交换装置离子交换装置固定床固定床单层床单层床双层床双层床混合床混合床连续床连续床移动床移动床流动床流动床第 三 节 萃 取 法 萃取：用适当的溶剂分离混合物的过程。萃取：用适当的溶剂分离混合物的过程。步骤步骤把萃取剂加入废水，并使它们充分接触，把萃取剂加入废水，并使它们充分接触，有害物质作为萃取物从废水中转移到萃取有害物质作为萃取物从废水中转移到萃取剂中剂中把萃
8、取剂和废水分离开了，废水就得到了把萃取剂和废水分离开了，废水就得到了处理处理把萃取物从萃取剂中分离出来，使有害物把萃取物从萃取剂中分离出来，使有害物成为有用的副产品，而萃取剂则可用于萃成为有用的副产品，而萃取剂则可用于萃取过程才算在技术上已经成立；其次，就取过程才算在技术上已经成立；其次，就是经济上的考虑是经济上的考虑一、萃取剂 萃取剂对被萃取物的溶解度要高，对水中其萃取剂对被萃取物的溶解度要高，对水中其他物质的溶解度要低，而萃取剂本身在水中的溶他物质的溶解度要低，而萃取剂本身在水中的溶解度要低。解度要低。分配系数分配系数表征萃取剂的溶解性能：表征萃取剂的溶解性能：在达到平衡在达到平衡时，萃取
9、物在萃取剂中的浓度与废水中浓度比时，萃取物在萃取剂中的浓度与废水中浓度比 萃取剂在废水中不会乳化，容易同废水分离。萃取剂在废水中不会乳化，容易同废水分离。萃取剂要易于再生。萃取剂要易于再生。萃取剂价格要低廉，供应要充沛。萃取剂价格要低廉，供应要充沛。 萃取级数：指料液被萃取的次数萃取级数：指料液被萃取的次数萃取效数：指萃取剂使用的次数萃取效数：指萃取剂使用的次数萃取过程的三种流程萃取过程的三种流程 三、萃取设备分类分类罐式罐式(萃取器萃取器)塔式塔式(萃取塔萃取塔)离心机式离心机式(离心萃取机离心萃取机)1. 筛板萃取塔筛板萃取塔2. 脉动筛板萃取塔脉动筛板萃取塔3. 转盘萃取塔转盘萃取塔4.
10、 填料萃取塔填料萃取塔四、萃取法在废水处理中的应用1. 萃取法处理含酚废水萃取法处理含酚废水2. 萃取法处理含重金属废水萃取法处理含重金属废水 某铜矿矿石场废水中含铜某铜矿矿石场废水中含铜0.31.5g/L，含铁，含铁4.55.4g/L，含砷，含砷10300mg/L，pH0.13。该废水。该废水用用N-510作复合萃取剂，用萃取器进行六级逆流萃取，作复合萃取剂，用萃取器进行六级逆流萃取，含铜的萃取剂用含铜的萃取剂用H2SO4进行反萃取，再生后重复使进行反萃取，再生后重复使用。用。第 七 节 膜 析 法 膜析法是利用薄膜以分离水溶液中某些物质的膜析法是利用薄膜以分离水溶液中某些物质的方法总称。方
11、法总称。一、渗析法半透膜的半透膜的渗析作用渗析作用依靠薄膜中依靠薄膜中“孔道孔道”的大小分的大小分离不同的分子或离子离不同的分子或离子依靠薄膜的离子结构分离性质依靠薄膜的离子结构分离性质不同的离子不同的离子依靠薄膜的有选择的溶解性分依靠薄膜的有选择的溶解性分离某些物质离某些物质阴离子交换摸，阳离子交换膜阴离子交换摸，阳离子交换膜动力动力分子扩散作用分子扩散作用电力电力压力压力渗析法渗析法电渗析法电渗析法反渗法和超过滤法反渗法和超过滤法二、 电渗析法海水淡化电渗析法示意图海水淡化电渗析法示意图三、反渗透法 反渗透法是以压力为驱动力的膜法分离技术。反渗透法是以压力为驱动力的膜法分离技术。（水分子透
12、过膜）（水分子透过膜）渗透和反渗透装装置置板框式板框式把渗透膜贴在多孔透水板单侧或两侧，把渗透膜贴在多孔透水板单侧或两侧，再紧贴在不锈钢或环氧玻璃钢承压板的再紧贴在不锈钢或环氧玻璃钢承压板的两侧，构成一个渗透元件两侧，构成一个渗透元件管式管式把渗透膜装在耐压微孔承压管的内侧或把渗透膜装在耐压微孔承压管的内侧或外侧，制成管状膜的元件外侧，制成管状膜的元件螺旋螺旋卷式卷式在两层反渗透膜中间夹一层多孔的柔性在两层反渗透膜中间夹一层多孔的柔性格网，再在下面铺一层供废水通过的多格网，再在下面铺一层供废水通过的多孔透水格网，然后将它们的一端粘贴在孔透水格网，然后将它们的一端粘贴在多孔集水管上，绕管卷成螺旋
13、卷筒，并多孔集水管上，绕管卷成螺旋卷筒，并将另一端密封，就成为一个反渗透元件将另一端密封，就成为一个反渗透元件中空中空纤维式纤维式在两层反渗透膜的原料空心纺丝而成中在两层反渗透膜的原料空心纺丝而成中空纤维管空纤维管四、 超过滤法作作用用溶质在膜表面和微孔孔壁上发生吸附溶质在膜表面和微孔孔壁上发生吸附溶质的粒径大小与膜孔径相仿，溶质溶质的粒径大小与膜孔径相仿，溶质嵌在孔中，引起堵塞嵌在孔中，引起堵塞溶质的粒径大于膜孔径，溶质在膜表溶质的粒径大于膜孔径，溶质在膜表面被机械截留，实现筛分面被机械截留，实现筛分 超滤的过程是动态过程，即在超滤膜的表面既超滤的过程是动态过程，即在超滤膜的表面既受到垂直于膜面的压力，使水分子得以透过膜面并受到垂直于膜面的压力，使水分子得以透过膜面并与被截留物质分离，同时又产生一个与膜表面平行与被截留物质分离，同时又产生一个与膜表面平行的切向力，以将截留在膜表面的物质冲开。的切向力，以将截留在膜表面的物质冲开。 主要用于分离有机的溶解物主要用于分离有机的溶解物, 如淀粉、蛋白质、如淀粉、蛋白质、树胶、油漆等。树胶、油漆等。第 九 节 超临界处理技术
