酸堿反應在污染控制中的應用學習教案

1、會計學1酸堿反應在污染控制酸堿反應在污染控制(kngzh)中的應用中的應用第一頁，共42頁。第2頁/共42頁第二頁，共42頁。第3頁/共42頁第三頁，共42頁。酸度分類：酸度分類：無極酸度：以甲基橙無極酸度：以甲基橙 變色變色pH4.3pH4.3為指示劑測得的酸度。為指示劑測得的酸度。游離游離(yul)CO2(yul)CO2酸度：以酚酞酸度：以酚酞 變色變色pH8.3pH8.3為指示劑測得的酸度。為指示劑測得的酸度?？偹岫龋旱味ㄖ量偹岫龋旱味ㄖ羛H10.8pH10.8時所測得的酸度。時所測得的酸度。酸度計算：酸度計算：無機酸度無機酸度=H+-HCO3-2CO32-OH-=H+-HCO3-2CO

2、32-OH-游離游離(yul)CO2(yul)CO2酸度酸度=H+H2CO3=H+H2CO3* *-CO32-OH-CO32-OH-總酸度總酸度=H+HCO3- 2 H2CO3=H+HCO3- 2 H2CO3* *-OH-OH-酸度單位：酸度單位：mmol/Lmmol/L；H2CO3H2CO3* *包含溶解的包含溶解的CO2CO2和和H2CO3H2CO3。第4頁/共42頁第四頁，共42頁。4 4、堿度、堿度堿度是指是表征水吸收質(zhì)子的能力堿度是指是表征水吸收質(zhì)子的能力(nngl)(nngl)的參數(shù)，的參數(shù)，通常用水中所含能與通常用水中所含能與 強酸定量作用的物質(zhì)總量來標定。強酸定量作用的物質(zhì)總量

3、來標定。這類物質(zhì)包括強堿、弱堿、強堿弱酸鹽等。這類物質(zhì)包括強堿、弱堿、強堿弱酸鹽等。當?shù)味ㄖ练犹甘緞┯杉t色變?yōu)闊o色時，溶液當?shù)味ㄖ练犹甘緞┯杉t色變?yōu)闊o色時，溶液pHpH值即值即為為 8.3 8.3，指示水中氫氧根，指示水中氫氧根(0H-)(0H-)已被中和，碳酸鹽均被已被中和，碳酸鹽均被轉(zhuǎn)化為重碳酸鹽，此時的滴定結(jié)果稱為轉(zhuǎn)化為重碳酸鹽，此時的滴定結(jié)果稱為 “ “酚酞堿度酚酞堿度”。當?shù)味ㄖ良谆扔牲S色變?yōu)槌燃t色時，溶液的當?shù)味ㄖ良谆扔牲S色變?yōu)槌燃t色時，溶液的pHpH值為值為4.4-4.54.4-4.5，指示水中的重碳酸鹽，指示水中的重碳酸鹽( (包括原有的和由碳酸鹽包括原有的和由碳酸鹽轉(zhuǎn)

4、化成的轉(zhuǎn)化成的) )已被中和，此時的滴定結(jié)果稱為已被中和，此時的滴定結(jié)果稱為“總堿度總堿度”。 第5頁/共42頁第五頁，共42頁。5、中和法利用堿性藥劑或酸性藥劑將廢水從酸性或堿性調(diào)整到中性附 近的一類處理方法。在工業(yè)廢水處理中，中和處理既可以作為主要(zhyo)的處理單元，也可以作為預處理。此外，還有一種與中和處理法相類似的處理操作，就是為了某種需要，將廢水的pH值調(diào)整到某一特定值(范圍)，這種處理操作叫pH調(diào)節(jié)。若將pH值由中性或酸性調(diào)至堿性，稱為堿化；若將pH值由中性或堿性調(diào)至酸性，稱為酸化。第6頁/共42頁第六頁，共42頁。6 6、不同、不同(b tn)(b tn)酸酸( (堿堿) )

5、含量工業(yè)廢水的處理方法含量工業(yè)廢水的處理方法（1 1）廢酸液和廢堿液）廢酸液和廢堿液 酸含量大于酸含量大于5 510%10%的高濃度含酸廢水，常稱為廢酸液；堿含量大于的高濃度含酸廢水，常稱為廢酸液；堿含量大于3 35%5%的高濃度含堿廢水，常稱為廢堿液。的高濃度含堿廢水，常稱為廢堿液。 對于這類廢酸液、廢堿液，一般應因地制宜地加以回收和利用，例對于這類廢酸液、廢堿液，一般應因地制宜地加以回收和利用，例如，用蒸發(fā)濃縮法回收苛性鈉；用擴散滲析法回收鋼鐵酸洗廢液中的硫如，用蒸發(fā)濃縮法回收苛性鈉；用擴散滲析法回收鋼鐵酸洗廢液中的硫酸等。酸等。（2 2）酸性廢水和堿性廢水）酸性廢水和堿性廢水 對于酸含量

6、小于對于酸含量小于5 510%10%或堿含量小于或堿含量小于3 35%5%的低濃度酸性廢水或堿性的低濃度酸性廢水或堿性廢水，由于其中酸、堿含量低，回收價值不大，常采用中和法處理，使廢水，由于其中酸、堿含量低，回收價值不大，常采用中和法處理，使其達到排放要求。其達到排放要求。 第7頁/共42頁第七頁，共42頁。2.2 2.2 酸性酸性(sun xn)(sun xn)廢水中和處理廢水中和處理第8頁/共42頁第八頁，共42頁。酸性廢水處理1 回收利用2 投藥中和（1）常用的藥劑：藥劑中和法最常采用的堿性藥劑是石灰(CaO)，有時也選用苛性鈉、碳酸鈉、石灰石、白云石、電石渣等。選擇堿性藥劑時，不僅要考

7、慮它本身的溶解性、反應速度、成本、二次污染、使用方便等因素，而且還要考慮中和產(chǎn)物的性狀、數(shù)量及處理費用等因素。當投石灰進行中和處理時，Ca(OH)2還有凝聚作用(zuyng)，因此對雜質(zhì)多、濃度高的酸性廢水尤其適宜。 第9頁/共42頁第九頁，共42頁。（2）中和劑的投加量可按實驗繪制的中和曲線確定，也可根據(jù)水質(zhì)分析資料(zlio)，按中和反應的化學計量關(guān)系確定。 )(2211acacKQGa Q廢水量，m3d；Cl， C2 廢水酸的濃度(nngd)和酸性鹽的濃度(nngd)，kgm3； a1 ，a2 中和每公斤酸和酸性鹽所需的堿性藥劑公斤數(shù)，即堿性藥劑比耗量kgkg；K考慮到反應不均，部分堿性

8、藥劑不能參加反應的加大系數(shù)。如用石灰法中和硫酸時，取1.05l.10(濕投)或1.41.5(干投)；中和硝酸和鹽酸時，取1.05； 堿性藥劑的純度，%。 第10頁/共42頁第十頁，共42頁。中和產(chǎn)生的沉渣(chnzh)量(干基)G(kgd)可按下式計算 ：)()(dcSQeGGa 消耗單位重量藥劑所生成的難溶鹽及金屬氫氧化物量，消耗單位重量藥劑所生成的難溶鹽及金屬氫氧化物量，kgkgkgkg；ee單位重量藥劑中雜質(zhì)含量單位重量藥劑中雜質(zhì)含量(hnling)(hnling)，kgkgkgkg；cc中和后溶于廢水中的鹽量，中和后溶于廢水中的鹽量， kg kgm3m3；SS中和前廢水中懸浮物含量中和

9、前廢水中懸浮物含量(hnling)(hnling)，kgkgm3m3；dd中和后出水挾走的懸浮物含量中和后出水挾走的懸浮物含量(hnling)(hnling)，kgkgm3m3。 投藥中和法的工藝過程主要包括：廢水的預處理；藥劑的制備與投配；混合與反應；中和產(chǎn)物的分離；泥渣的處理與利用。廢水的預處理包括懸浮雜質(zhì)的澄清，水質(zhì)及水量的均和。前者(qin zh)可以減少投藥量，后者可以創(chuàng)造穩(wěn)定的處理條件。 消耗藥劑產(chǎn)生的沉渣量中和后懸浮物的沉渣量第11頁/共42頁第十一頁，共42頁。（3 3）投加方式）投加方式投加石灰有干法投加石灰有干法(n f)(n f)和濕法兩種方式。干投法設(shè)備簡單，藥劑的制備

10、和濕法兩種方式。干投法設(shè)備簡單，藥劑的制備與投配容易，但反應緩慢，中和藥劑耗用量大與投配容易，但反應緩慢，中和藥劑耗用量大( (約為理論用量的約為理論用量的1.41.4.5.5倍倍) )。 石灰(shhu)干投法示意圖第12頁/共42頁第十二頁，共42頁。濕法即將生石灰在消解(xioji)槽內(nèi)消解(xioji)為濃度4050%的乳液，排入石灰乳貯槽，并配成濃度為510%的工作液，然后投加。 第13頁/共42頁第十三頁，共42頁。（1）消解槽 石灰用量1t/d：采用(ciyng)機械方法消解。 ？可否(k fu)用空氣攪拌第14頁/共42頁第十四頁，共42頁。)m(rcn100GV32溶液槽：（

11、2）石灰乳貯槽 消解后石灰乳排至貯槽，配制成510，其有效(yuxio)容積V2（m3）第15頁/共42頁第十五頁，共42頁。第16頁/共42頁第十六頁，共42頁?；旌?hnh)反應池：應用廣泛的是帶攪拌的混合(hnh)反應池。中和反應較快，廢水與藥劑邊混合(hnh)，邊中和，池中常設(shè)置隔板將其分成多室，以利混合(hnh)反應，稱隔板混合(hnh)反應池。反應池的容積通常按520min的停留時間設(shè)計。第17頁/共42頁第十七頁，共42頁。投藥中和法的優(yōu)點是可處理任何濃度、任何性質(zhì)的酸性(sun xn)廢水；廢水中容許有較多的懸浮雜質(zhì)，對水質(zhì)、水量的波動適應性強；并且中和劑利用率高，中和過程容易

12、調(diào)節(jié)。存在的缺點是勞動條件差，藥劑配制及投加設(shè)備較多，基建投資大，泥渣多且脫水難。 （4）特點(tdin)第18頁/共42頁第十八頁，共42頁。 酸性廢水流過堿性(jin xn)濾料形成的濾床時，可使廢水中和，這種中和方式叫過濾中和法。 主要的堿性(jin xn)濾料有三種：石灰石、大理石、白云石。前兩種的主要成分是CaCO3，后一種的主要成分是CaCO3MgCO3。處理特點：操作簡便、運行費用低、勞動條件好、沉渣少，只有廢水體積的0.1%；缺點是進入酸的濃度受到限制，若是HCl、HNO3濃度20g/L；若是H2SO4濃度=1m，長度約為直徑的67倍。滾筒(gntng)轉(zhuǎn)速約每分鐘10轉(zhuǎn)。濾料

13、的粒徑較大(達十幾毫米)，裝料體積約占轉(zhuǎn)筒體積的一半；優(yōu)點：進水的硫酸濃度可以很大，濾料粒徑卻不必破碎得很小。缺點：負荷率低、構(gòu)造復雜、動力費高、噪音大，同時對設(shè)備(shbi)材料的耐蝕性能要求高。第24頁/共42頁第二十四頁，共42頁。（1）酸性廢水與堿性廢水的中和處理-在同時存在酸性廢水和堿性廢水的情況下，可以以廢治廢，互相中和。 中和時，若堿性不足，應補充藥劑；若堿量過剩，則應補充酸中和堿。 廢水的水量和濃度均難于保持穩(wěn)定，故應設(shè)置均和池及混和反應池(中和池)。如果混合水需要水泵提升，或者有相當長的出水溝(shu u)管可資利用，也可不設(shè)混合反應池。（2）利用堿性廢渣中和酸性廢水例如，軟

14、水站石灰軟化法的廢渣中含有大量CaCO3、鍋爐灰中含有220的CaO，利用它們處理酸性廢水，均能獲得一定的中和效果。 第25頁/共42頁第二十五頁，共42頁。天然水體及土壤中的重碳酸鹽可用來中和酸性廢水，如：天然水體及土壤中的重碳酸鹽可用來中和酸性廢水，如： Ca(HCO3)2+H2SO4CaSO4+2H2O+2CO2 利用土壤及天然水體中和酸性廢水，必須持慎重態(tài)度。允許排入利用土壤及天然水體中和酸性廢水，必須持慎重態(tài)度。允許排入水體的酸性廢水量，應根據(jù)水體的中和能力水體的酸性廢水量，應根據(jù)水體的中和能力(nngl)來確定。來確定。在天然水體的在天然水體的pH值為值為7左右時，左右時，CO32

15、-的量可忽略，只考慮一級解離平衡：的量可忽略，只考慮一級解離平衡：(5) 則水體則水體(shu t)pH(shu t)pH值為，值為， 由于水體允許的由于水體允許的pH界限值為界限值為6.5，則水體中游離，則水體中游離CO2的極限濃度的極限濃度H2CO3或或CO2可由下式求出：可由下式求出： 則則若已知天然水體中的若已知天然水體中的HCO3，并換算成相當?shù)?，并換算成相當?shù)腃O2量量A(mgL)；游離；游離CO2含量為含量為B(mgL)。設(shè)允許水中。設(shè)允許水中重碳酸鹽用于中和酸性廢水析出的重碳酸鹽用于中和酸性廢水析出的CO2極限量為極限量為x(mgL)，則：，則： (B+x)1.047(A-x)

16、則則于是就可進一步算出尤許排入水體的酸性廢水量。于是就可進一步算出尤許排入水體的酸性廢水量。 第26頁/共42頁第二十六頁，共42頁。2.3 2.3 堿性堿性(jin xn)(jin xn)廢水中和處理廢水中和處理堿性(jin xn)廢水的成分：苛性鈉、碳酸鈉、硫化鈉及胺類等。 第27頁/共42頁第二十七頁，共42頁。（1）蒸煮廢液原料+堿液 蒸煮 洗漿 紙漿 殘液：蒸煮廢液（黑液）（2）洗漿篩選廢水洗漿帶走的黑液約為總黑液20%左右，仍是黑色留在洗滌、篩選工段廢水中。（3）漂白(pio bi)廢水特點：pH：6.57.5，氯化物多 pH: 10.9；SS: 5.5g/L；BOD5: 1900

17、0mg/L；揮發(fā)性固形物：38.5g/L；溶解性固形物：52.5g/L；COD: 45500mg/L；SS:2500mg/L第28頁/共42頁第二十八頁，共42頁。堿性廢水處理1.酸性廢水與堿性廢水的中和處理在同時存在酸性廢水和堿性廢水的情況下，可以(ky)以廢治廢，互相中和。 2.藥劑中和法常用硫酸、鹽酸及壓縮CO2。流程和投藥中和酸性廢水相同。其中工業(yè)硫酸價格較低，應用較多，當硫酸用量 10 kg/h，可直接用濃硫酸。第29頁/共42頁第二十九頁，共42頁。3 3 煙道氣中和法煙道氣中和法裝置裝置: :噴林塔噴林塔用用CO2CO2氣體中和堿性廢水時，為使氣液充分氣體中和堿性廢水時，為使氣液

18、充分接觸反應，常采用逆流接觸的反應塔接觸反應，常采用逆流接觸的反應塔(CO2(CO2氣氣體從塔底吹入，以微小氣泡上升；而廢水從體從塔底吹入，以微小氣泡上升；而廢水從塔頂噴淋而下塔頂噴淋而下) )。用。用CO2CO2做中和劑的優(yōu)點在于做中和劑的優(yōu)點在于：由于：由于pHpH值不會低于值不會低于6 6左右，因此不需要左右，因此不需要pHpH值控制裝置。值控制裝置。 煙道氣中含有高達煙道氣中含有高達2424的的CO2CO2，有時還含有，有時還含有少量少量SO2SO2及及H2SH2S，故可用來中和堿性廢水，其，故可用來中和堿性廢水，其中和產(chǎn)物中和產(chǎn)物Na2CO3Na2CO3、 Na2SO4 Na2SO4

19、、Na2SNa2S均為弱酸均為弱酸強堿鹽，具有一定的堿性，因此酸性物質(zhì)必強堿鹽，具有一定的堿性，因此酸性物質(zhì)必須超量供應。須超量供應。優(yōu)點優(yōu)點: :處理效果良好，除塵處理效果良好，除塵(chchn)(chchn)，以廢，以廢治廢治廢缺點缺點: :處理后的水色度處理后的水色度, ,好氧量好氧量, ,硫話物都有硫話物都有增加增加. .第30頁/共42頁第三十頁，共42頁。實例實例(shl)1(shl)1：印染廢水處理：印染廢水處理（1）酸堿廢水互相中和不用(byng)投藥、設(shè)備簡單、管理方便、成本低廉（2）加酸中和法常用工業(yè)硫酸和鹽酸，當硫酸用量超過10kg/h時，可采用濃硫酸直接投配；當硫酸用量

20、較少時，先在調(diào)配槽內(nèi)把硫酸稀釋成5%10%濃度后再投用。（3）煙道氣中和法第31頁/共42頁第三十一頁，共42頁。實例實例(shl)2(shl)2：造紙廢水處理：造紙廢水處理（1）黑液蒸發(fā)預處理a.黑液氧化b.除硫、除塵(chchn)等（2）黑液蒸發(fā)濃縮（3）干燥、燃燒過程（4）綠液苛化和石灰回收 黑液回收主要指堿、石灰和熱能(rnng)的回收，其中堿回收，仍以燃燒法為主，其流程如下：第32頁/共42頁第三十二頁，共42頁。2.4 pH調(diào)節(jié)(tioji)法在重金屬廢水處理中的應用為了某種需要，將廢水的pH值調(diào)整到某一特定值(范圍)，這種處理操作叫pH調(diào)節(jié)(tioji)。若將pH值由中性或酸性調(diào)

21、至堿性，稱為堿化；若將pH值由中性或堿性調(diào)至酸性，稱為酸化。中和沉淀法又稱氫氧化物沉淀法，當堿加入含重金屬廢水中時 其中的金屬陽離子以氫氧化物或鹽的形態(tài)沉淀析出 。廢水來源及處理方法(fngf)來源:除汞以外的其他重金屬廢水主要來源于礦山、廢石場、造礦廠排水、有色金屬冶煉廠除塵廢水、有色金屬加工廠及鋼鐵工業(yè)的酸洗廢水、電鍍廠鍍件的洗滌水。處理方法(fngf)：氫氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、氧化還原法、離子交換法和鐵氧體法。第33頁/共42頁第三十三頁，共42頁。氫氧化物(qn yn hu w)沉淀法原理氫氧化物沉淀法是基于重金屬離子在一定的pH條件下，生成難溶于水的氫氧化物沉淀而得到分離。除少

22、數(shù)堿金屬外，大多數(shù)金屬的氫氧化物都屬難溶化合物。其典型的沉淀反應為： （1）相應的金屬氫氧化物的溶度積為： （2）又從水的離解平衡知： （3）于是可以得到金屬氫氧化物的如下關(guān)系： （4）式中Ksp金屬氫氧化物的溶度積； Kw水的離子積。由上式可知，在一定溫度下，金屬氫氧化物沉淀形成(xngchng)的pH值由該金屬離子的價態(tài)及其氫氧化物的溶度積決定。若規(guī)定 1molL時為開始沉淀， 105molL時為沉淀完全，則由上式可求出相應于金屬氫氧化物開始沉淀和沉淀完全的pH值。第34頁/共42頁第三十四頁，共42頁。2021-12-21 根據(jù)（4）式，以pH值為橫坐標，以lgMn+為縱坐標，繪出金屬離子的飽和濃度(nngd)與pH值的關(guān)系圖 pHFe3+Al3+Cu2Zn2AgCa2-lgMn+Cd20 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0 1 2 3 4 5 6 7 8Mg2根據(jù)關(guān)系圖，可方便地確定金屬離子沉淀(chndin)的條件。第35頁/共42頁第三十五頁，共42頁。2021-12-21pHFe3+Al3+Cu2Zn2AgCa2-lgMn+Cd20 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 130 1 2 3 4 5 6 7 8Mg2第36頁/共42頁第三十六頁，共42頁。第37