化學(xué)物理化學(xué)處理

1、關(guān)于化學(xué)物理化學(xué)處理第1頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四根據(jù)污水處理程度一級(jí)處理 只去除漂浮物和易沉物，使城市污水排入水體時(shí)不致立即出現(xiàn)不潔現(xiàn)象。二級(jí)處理 去除漂浮物和易沉物外，進(jìn)而穩(wěn)定污水中的有機(jī)物，基本上消除污水的耗氧性能。使水體接納污水后不至于出現(xiàn)嚴(yán)重缺氧情況，水體生態(tài)系統(tǒng)將基本上維持原有的平衡狀態(tài)。三級(jí)處理殘留微量的懸浮固體和溶解的有害物。第2頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四課程內(nèi)容概論污水的物理處理污水的生化處理污水的化學(xué)處理污水的物理化學(xué)處理城市污水回用污泥的處理和處置水處理工藝設(shè)計(jì)第3頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)

2、16分，星期四污水的化學(xué)處理 是利用化學(xué)反應(yīng)的作用以去除水中的雜質(zhì)。處理對(duì)象 廢水中無機(jī)或有機(jī)的溶解性物質(zhì)和膠體物質(zhì)。（難生物降解的） 第4頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四目 錄第一節(jié) 化學(xué)混凝法第二節(jié) 中和法第三節(jié) 化學(xué)沉淀法第四節(jié) 氧化還原法第5頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四去除對(duì)象水處理中常見膠體： 粘土顆粒（對(duì)于d4m），大部分細(xì)菌（0.280nm），病毒（10300nm），蛋白質(zhì)。膠體可分為憎水性、親水性膠體或介于兩者之間對(duì)憎水性膠體，其穩(wěn)定性可用雙電層結(jié)構(gòu)來說明。對(duì)于親水性膠體，其穩(wěn)定性主要由于它所吸附的大量水分子所構(gòu)成的水殼來

3、說明。第一節(jié) 化學(xué)混凝法第6頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四 膠體物質(zhì)難沉淀的原因（穩(wěn)定性）膠體物質(zhì)的形成 難容物質(zhì)從液體中析出： 離子聚集形成微粒物質(zhì)表面-吸附能力 電離后的顆粒表面-帶電性能（負(fù)電荷）難沉淀（穩(wěn)定）的原因同性相斥（靜電斥力）-微粒狀態(tài)表面水化層-分散狀態(tài)穩(wěn)定性：膠體顆粒在水中保持分散狀態(tài) 的性質(zhì)。第7頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四第一節(jié) 化學(xué)混凝法混凝過程具有兩個(gè)作用： 第一個(gè)作用：使水中原有的離散微粒首先具有粘附在固 體顆粒上的性質(zhì)凝聚（coagulation） 第二個(gè)作用：使這些具有粘附性的離散微粒能夠粘結(jié)成絮 體絮

4、凝（flocculation）混凝（coagulation-flocculation）第8頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四電位離子反離子擴(kuò)散層膠團(tuán)邊界滑動(dòng)面膠粒吸附層膠核電位電位第9頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四 膠體的脫穩(wěn)及凝聚（混凝原理） 壓縮雙電層作用（凝聚作用）:水中投加電解質(zhì)等混凝劑，消除或降低膠粒的地位，使顆粒碰撞聚結(jié)，失去穩(wěn)定性（凝聚）。第10頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四 膠體的脫穩(wěn)及凝聚（混凝原理） 壓縮雙電層作用（凝聚作用）: 吸附架橋作用（絮凝作用）：高分子混凝劑溶于水水解和縮聚反應(yīng)高分子聚

5、合物兩端吸附顆粒，在相距較遠(yuǎn)的兩膠粒間進(jìn)行吸附架橋，使顆粒逐漸結(jié)大，形成肉眼可見的粗大絮凝體（絮凝）。 網(wǎng)捕作用（過濾作用）：三價(jià)鋁鹽或鐵鹽等水解而生成沉淀物。這些沉淀物在自身沉降過程中，能集卷、網(wǎng)捕水中的膠體等顆粒，使膠體粘結(jié)。第11頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四二、常用混凝劑和助凝劑1、混凝劑（1）無機(jī)鹽類混凝劑： 鋁鹽（硫酸鋁、明礬）、鐵鹽（三氯化鐵、硫酸亞鐵、硫酸鐵）。（2) 高分子混凝劑： 無機(jī)類（聚合氯化鋁、聚合氯化鐵） 有機(jī)類（聚丙烯酰胺）。第12頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四二、常用混凝劑和助凝劑 2、助凝劑：酸堿類：調(diào)節(jié)

6、堿度（石灰、海藻酸鈉）增加絮體性能類：密實(shí)性和沉降性（活性炭）氧化劑類：破壞混凝過程中的有干擾的 有機(jī)物質(zhì) （氯氣）作用：提高沉淀效果 提高澄清效果 第13頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四三、影響混凝效果的主要因素水溫水解速率非常緩慢。粘度大，不利于脫穩(wěn)膠粒相互絮凝。PH 用硫酸鋁去除水中濁度時(shí)，最佳pH值范圍在6.5-7.5 ；用于除色時(shí)，pH值在4.5-5之間水中雜質(zhì)的成分、性質(zhì)和濃度水力條件混凝過程中的水力條件對(duì)絮凝體的形成影響極大。整個(gè)混凝過程可以分為兩個(gè)階段：混合和反應(yīng)。第14頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四四、化學(xué)混凝的設(shè)備化學(xué)混

7、凝的設(shè)備包括：混凝劑的配置和投加設(shè)備混合設(shè)備反應(yīng)設(shè)備第15頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四混凝劑的配置和投加設(shè)備調(diào)配方法：干法、濕法調(diào)配設(shè)備：溶解池、溶液池投加設(shè)備：泵前重力投加 水射器投加 計(jì)量泵投加計(jì)量設(shè)備：轉(zhuǎn)子流量計(jì)，電磁流量計(jì)第16頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四第17頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四混合設(shè)備水泵混合隔板混合機(jī)械混合反應(yīng)設(shè)備根據(jù)攪拌方式的不同：水力攪拌反應(yīng)設(shè)備機(jī)械攪拌反應(yīng)設(shè)備第18頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四第19頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分

8、，星期四 第20頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四第21頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四第二節(jié) 中和法酸性和堿性廢水的處理-中和法。一、酸性廢水中和堿性廢水、廢渣投藥中和（石灰、電石渣和石灰石等中和劑能配制成溶液或漿料）過濾中和（石灰石、白云石、大理石等中和劑為粒料或塊料時(shí)）第22頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四第二節(jié) 中和法二、堿性廢水中和酸性廢水、廢液商品酸（工業(yè)硫酸、鹽酸）酸性廢氣（煙道氣）第23頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四目 錄第一節(jié) 化學(xué)混凝法第二節(jié) 中和法第三節(jié) 化學(xué)沉淀法第四

9、節(jié) 氧化還原法第24頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四第三節(jié) 化學(xué)沉淀法（chemical precipitation)用易溶的化學(xué)藥（沉淀劑）使溶液中某種粒子以它的一種難溶的鹽或氫氧化物從溶液中析出，在化學(xué)上稱沉淀法。 廢水處理中，常用化學(xué)沉淀法去除廢水中有害離子，如陽離子Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cr6+，陰離子SO42-、PO43-、CrO42-。第25頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四化學(xué)沉淀法原理溶度積（Ks）： 難溶鹽和難溶氫氧化物在溶液中的離子的濃度之積。是常數(shù)（溶解平衡常數(shù)）。溶解鹽類是否產(chǎn)生沉淀的必要條件

10、 當(dāng)能結(jié)合成難溶鹽的兩種離子的濃度之積超過這鹽的溶度積（Ks)時(shí)，這鹽將析出，而這兩種離子的濃度將下降，需要去除的離子就與水分離。第26頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四第三節(jié) 化學(xué)沉淀法根據(jù)使用沉淀劑的不同： 氫氧化物沉淀法 硫化物沉淀法 碳酸鹽沉淀法 鐵氧體沉淀法第27頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四第四節(jié) 氧化還原法 氧化還原法在廢水處理中不多見。原理：投加氧化劑和還原劑，經(jīng)過與污染物質(zhì)的氧化還原反應(yīng)使有毒物質(zhì)向無毒或微毒物質(zhì)的轉(zhuǎn)變。電鍍廢水處理中去除鉻酸根和氰根含汞廢水亦可用氧化還原法回收汞第28頁，共61頁，2022年，5月20日，1

11、3點(diǎn)16分，星期四第四節(jié) 氧化還原法一、化學(xué)氧化法氯系氧化法-氫化物、硫化物的去除（印染廢水）空氣氧化法-含硫廢水（石油煉廠廢水）臭氧氧化法-煉油廢水光氧化法-印染廢水二、化學(xué)還原法含鉻廢水（電鍍廢水）-硫酸亞鐵、二氧化硫、 鐵屑、亞硫酸鈉含汞廢水硼氫化鈉第29頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四課程內(nèi)容概論污水的物理處理污水的生化處理污水的化學(xué)處理污水的物理化學(xué)處理城市污水回用污泥的處理和處置水處理工藝設(shè)計(jì)第30頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四污水的物理化學(xué)處理 是利用物理、化學(xué)的原理和化工單元操作以去除水中的雜質(zhì)。處理對(duì)象 廢水中無機(jī)或有機(jī)的

12、溶解性物質(zhì)和膠體物質(zhì)（難生物降解的）。適用場(chǎng)合 回收利用-雜質(zhì)濃度很高（蒸發(fā)、蒸餾、結(jié)晶）深度處理-雜質(zhì)濃度很高低（吸附、離子交換、 萃取、膜分離）第31頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四目 錄第一節(jié) 吸附法第二節(jié) 離子交換法第三節(jié) 萃取法第四節(jié) 膜分離法第32頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四第一節(jié) 吸附法一、吸附理論1、吸附的一般概念吸附：在相界面上，物質(zhì)的濃度自動(dòng)發(fā)生累積或濃 集的現(xiàn)象。固液界面上的吸附 吸附劑：具有吸附能力的多孔性固體物質(zhì)（固相）吸附質(zhì)：廢水中被吸附的物質(zhì)（液相）吸附法本質(zhì)：吸附質(zhì)吸附在吸附劑表面，予以回收 或取出的方法。

13、是一種傳質(zhì)現(xiàn)象。第33頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四 2、吸附的分類 根據(jù)吸附劑表面吸附力的不同：物理吸附化學(xué)吸附離子交換吸附（可逆的化學(xué)吸附）一、吸附理論第一節(jié) 吸附法第34頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四項(xiàng)目物理吸附化學(xué)吸附作用力分子引力剩余化學(xué)鍵力選擇性可吸附多種吸附質(zhì)有選擇性吸附層單分子、多分子吸附層形成單分子吸附層吸附熱放熱反應(yīng)吸附熱較小4.19kJ/mol吸熱反應(yīng)吸附熱較大 83.7418.7kJ/mol吸附速度快（幾乎不需活化能）慢（需一定活化能生成化學(xué)鍵力）可逆性是可逆過程（吸附解吸）不可逆（吸附解吸）溫度低溫高溫第35頁，

14、共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四3、影響吸附的因素吸附劑性質(zhì)（吸附能力、吸附速度）吸附能力的大小可用吸附量來衡量。吸附速度：?jiǎn)挝恢亓课絼┰趩挝粫r(shí) 間內(nèi)所吸附的物質(zhì)量。吸附質(zhì)性質(zhì)（吸附等溫式）系統(tǒng)環(huán)境條件（PH、溫度、共存物質(zhì)）系統(tǒng)運(yùn)行條件第一節(jié) 吸附法一、吸附理論第36頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四1、吸附平衡 吸附速度=解吸速度 吸附量：吸附平衡時(shí)單位重量吸附劑上吸附的 吸附質(zhì)重量（g/g)。(q=y/m)2、吸附等溫式 表明被吸附物的量與濃度之間的關(guān)系式 弗勞德利希(Freundlich)吸附等溫式 朗格繆爾(Langmuir)吸附等溫式

15、。二、吸附平衡及吸附等溫式第37頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四 弗勞德利希等溫式 朗格繆爾等溫式 （被吸附物質(zhì)僅為單分子層的假定）c第38頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四常用是活性炭和腐植酸類吸附劑。 1、活性炭 （多環(huán)芳香族組成的層面晶格結(jié)構(gòu)） 備制：原料-碳化-氧化（活化） （孔隙率、比表面積 ）種類：粉末狀、顆粒狀三、吸附劑第39頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四2、腐植酸類吸附劑天然的富含腐植酸的風(fēng)化煤、泥煤、褐煤等可以直接使用或經(jīng)簡(jiǎn)單處理后使用。（將富含腐植酸的物質(zhì)用適當(dāng)?shù)恼澈蟿┲苽涑傻母菜嵯禈渲?。）腐?/p>

16、酸類物質(zhì)能吸附工業(yè)廢水中的許多金屬離子，如汞、鉻、鋅、鎘、鉛、銅等。腐植酸類物質(zhì)在吸附重金屬離子后，可以用H2SO4、HCl、NaCl等進(jìn)行解吸。 三、吸附劑第40頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四吸附劑的再生1、定義在吸附劑基本身結(jié)構(gòu)不發(fā)生或很少發(fā)生變化的情況下，用某種方法把吸附質(zhì)從吸附劑微孔中去除，恢復(fù)其吸附能力，以達(dá)到重復(fù)使用目的。2、再生方法加熱再生藥劑再生化學(xué)氧化法生物再生法第41頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四吸附工藝:(多孔性吸附劑的吸附過程)基本上可分為三個(gè)階段：顆粒外部擴(kuò)散階段-即吸附質(zhì)從溶液中擴(kuò)散到吸附劑表面；孔隙擴(kuò)散階段-

17、即吸附質(zhì)在吸附劑孔隙中繼續(xù)向吸附點(diǎn)擴(kuò)散；吸附反應(yīng)階段-吸附質(zhì)被吸附在吸附劑孔隙內(nèi)的吸附點(diǎn)表面。一般，吸附速度主要取決于外部擴(kuò)散速度和孔隙擴(kuò)散速度。四、吸附工藝和設(shè)備第42頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四四、吸附工藝和設(shè)備設(shè)備：吸附塔或吸附柱 吸附的操作方式：間歇式和連續(xù)式。 間歇式（靜態(tài)吸附） 連續(xù)式（動(dòng)態(tài)吸附）固定床（升流式、降流式）移動(dòng)床流化床第43頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四 第44頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四吸附法除汞 活性炭有吸附汞和汞化合物的性能，但因其吸附能力有限，只適宜于處理含汞量低的廢水。煉

18、油廠、印染廠廢水的深度處理 某煉油廠含油廢水，經(jīng)隔油，氣浮和生物處理后，再經(jīng)砂濾和活性炭過濾深度處理 五、吸附法在污水處理中的應(yīng)用第45頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四第二節(jié) 離子交換法一、概述定義 吸附質(zhì)離子靜電引力吸附劑表面帶電活動(dòng)中心 吸附劑（離子交換劑）放出等當(dāng)量可交換離子 進(jìn)行等量同性離子交換反應(yīng)。實(shí)質(zhì)：特殊的吸附過程，是可逆性化學(xué)吸附。去除對(duì)象：溶解性離子水處理中軟化和除鹽的主要方法之一。去除或回收重金屬離子。第46頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四在平衡狀態(tài)下（正反反應(yīng)速度相等）樹脂中及溶液中的反應(yīng)物濃度符合下列關(guān)系式：K-離子交

19、換選擇性系數(shù) 離子交換是可逆反應(yīng)，其反應(yīng)式可表為：第47頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四二、離子交換劑離子交換樹脂 人工合成的高分子聚合物，由樹脂本體(又稱母體或骨架)和活性基團(tuán)兩個(gè)部分組成。分類： (1)按活性基團(tuán)的不同可分為含有酸性基團(tuán)的陽離子交換樹脂（強(qiáng)酸、弱酸性）含有堿性基團(tuán)的陰離子交換樹脂（強(qiáng)堿、弱堿性）按母體材質(zhì)的不同有機(jī)、無機(jī)第48頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四(2)按活性基團(tuán)中酸堿的強(qiáng)弱分為:強(qiáng)酸性(strong acid)陽離子交換樹脂 活性基團(tuán)一般為SO3H （磺酸型陽離子交換樹脂）弱酸性(weak acid)陽離子交換

20、樹脂 活性基團(tuán)一般為COOH （羧酸型陽離子交換樹脂）強(qiáng)堿性(strong base)陰離子交換樹脂 活性基團(tuán)一般為NOH （季胺型陰離子交換樹脂）二、離子交換劑第49頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四離子交換樹脂的選用1.離子交換樹脂的有效pH值范圍2.交換容量(是離子交換樹脂最重要的性能) 定量地表示樹脂交換能力的大小。交換容量的單位是mol/kg（干樹脂）或mol/L（濕樹脂）。全交換容量:一定量的樹脂所具有的活性基團(tuán)或可交換離子的 總數(shù)量。工作交換容量:指樹脂在給定工作條件下實(shí)際的交換能力。3.交聯(lián)度（7%-10%）4.交換勢(shì)二、離子交換劑第50頁，共61頁，2

21、022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四 三、離子交換的工藝和設(shè)備 按照進(jìn)行方式的不同，可分為固定床和連續(xù)床兩大類：第51頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四離子交換的工藝過程離子交換方式可分為靜態(tài)交換與動(dòng)態(tài)交換兩種。 靜態(tài)交換-將廢水與交換劑同置于一耐腐蝕的容器內(nèi)，使它們充分接觸（可進(jìn)行不斷攪拌）直至交換反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。此法適用于平衡良好的交換反應(yīng)。 動(dòng)態(tài)交換-指廢水與樹脂發(fā)生相對(duì)移動(dòng)，它又有塔式(column)（柱式）與連續(xù)式之分。在離子交換系統(tǒng)中多采用柱式交換法。第52頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四離子交換工藝過程示意圖樹脂反洗廢水反

22、洗水反洗樹脂再生液再生廢液再生樹脂產(chǎn)品水正洗廢液正洗樹脂進(jìn)水產(chǎn)品水交換第53頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四第三節(jié) 萃取法一、概述萃取的定義： 用適當(dāng)?shù)娜軇┓蛛x混合物的過程。分類： 液液萃?。夯旌衔餅槿芤?固液萃?。夯旌衔餅楣腆w使用的溶劑叫萃取劑，提出的物質(zhì)叫萃取物。第54頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四萃取法的實(shí)質(zhì)（原理）萃取劑的特點(diǎn)：不溶于水（或溶解度很低），但能夠溶解廢水中某種物質(zhì)，對(duì)其他物質(zhì)的溶解度很低。在廢水處理上，利用廢水中的雜質(zhì)在水中和有機(jī)萃取劑中溶解度的不同，可以采用萃取的方法，將雜質(zhì)提取出來 用萃取法處理廢水時(shí)，有三個(gè)步驟： 混合 分離 回收、再生 技術(shù)上可靠，經(jīng)濟(jì)上合理，生產(chǎn)才能采用。第55頁，共61頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)16分，星期四二、萃取劑1、選擇原