廢水的化學(xué)處理和物化處理

廢水的化學(xué)處理和物化處理第1頁/共63頁4.1中和法

在化工、煉油企業(yè)中，對于低濃度的含酸、含堿廢水，在無回收及綜合利用價值時，往往采用中和的方法進行處理。中和法也常用于廢水的預(yù)處理，調(diào)整廢水的pH。

中和也即pH調(diào)整，或稱為酸堿度的調(diào)整。就是酸堿相互作用生成鹽和水。例如：2第2頁/共63頁

對含酸或含堿廢水、濃度在4%（含酸濃度；含堿濃度為2%）以下時，如果不能進行經(jīng)濟有效的回收、利用，則應(yīng)經(jīng)過中和，將廢水的pH調(diào)整到呈中性狀態(tài)，才能夠排放。而對含酸、含堿濃度高的廢水，則必須考慮回收及開展綜合利用的方法。3第3頁/共63頁中和酸性或堿性廢水的方法1.酸性廢水的中和處理方法使酸性廢水通過石灰石濾床；與石灰乳混合；投加燒堿或純堿溶液；與堿性廢水混合，使廢水pH近于中性；投加堿性廢渣。4第4頁/共63頁中和法注意事項：值得注意兩點：（1）采用中和法時，中和時間一般要長。（2）中和后，應(yīng)避免生產(chǎn)大量沉渣，否則會影響處理效果，同時又帶來沉渣的處理問題，故生成的鹽要有一定大小的溶解度。5第5頁/共63頁2.堿性廢水處理方法向堿性廢水中鼓人煙道廢氣；向堿性廢水注入壓縮的二氧化碳氣體；向堿性廢水投入酸或酸性廢水等；在堿性廢水中產(chǎn)生一氧化碳。

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用煙道氣中和堿性廢水，主要是利用煙道氣中的CO2和SO2兩種酸性和氣體對堿性廢水進行中和。這是一種以廢治廢，開展綜合利用的很好辦法，既可以降低廢水的pH，又可以去除煙道氣中的灰塵，并使煙道氣中的CO2及SO2氣體從煙氣中分離出去，防止煙道氣污染大氣。第6頁/共63頁4.2混凝沉淀法混凝原理混凝劑為電解質(zhì)，在廢水里形成膠團，與廢水中的膠體物質(zhì)發(fā)生電中和，形成絨粒沉降。（1）去除廢水中的粒徑為10-3-10-6mm的細小懸浮顆粒；（2）去除色度、油分、微生物、氮和磷等富營養(yǎng)物質(zhì)、重金屬以及有機物等。7第7頁/共63頁

廢水中投入混凝劑后，膠體因ζ電位降低或消除，破壞了顆粒的穩(wěn)定狀態(tài)（稱脫穩(wěn)）。脫穩(wěn)的顆粒相互聚集為較大顆粒的過程稱為凝聚。未經(jīng)脫穩(wěn)的膠體也可形成大的顆粒，這種現(xiàn)象稱為絮凝。不同的化學(xué)藥劑能使膠體以不同的方式脫穩(wěn)、凝聚或絮凝。按機理，混凝可分為壓縮雙電層、吸附電中和、吸附架橋、沉淀物網(wǎng)捕四種。8第8頁/共63頁（1）電性中和機理膠粒表面對異號離子、異號膠粒、鏈狀離子或分子帶異號電荷的部位有強烈的吸附作用，由于這種吸附作用中和了電位離子所帶電荷，減少了靜電斥力，降低了ζ電位，使膠體的脫穩(wěn)和凝聚易于發(fā)生。（2）吸附架橋機理吸附架橋作用主要是指鏈狀高分子聚合物在靜電引力、范德華力和氫鍵力等作用下，通過活性部位與膠粒和細微懸浮物等發(fā)生吸附橋聯(lián)的過程。在相距較遠的兩膠粒間進行吸附架橋，使顆粒逐漸變大，形成粗大絮凝體。9第9頁/共63頁10第10頁/共63頁

低分子電解質(zhì)的混凝劑，以雙電層作用產(chǎn)生凝集為主；高分子聚合劑則以架橋聯(lián)結(jié)產(chǎn)生絮凝為主。故通常將低分子電解質(zhì)稱為混凝劑，而把高分子聚合物單獨稱為絮凝劑。11第11頁/共63頁影響混凝效果的因素①水樣的影響對不同水樣，由于廢水中的成分不同，同一種混凝劑的處理效果可能會相差很大。②藥劑投加量的影響藥劑投加量有其最佳值，混凝劑投加量不足，則水中雜質(zhì)未能充分脫穩(wěn)去除，加入太多則會再穩(wěn)定。12第12頁/共63頁③水溫的影響

a.影響藥劑在水中堿度起化學(xué)反應(yīng)的速度，對金屬鹽類混凝劑影響很大，因其水解是吸熱反應(yīng)；b.影響礬花的形成和質(zhì)量。水溫較低時，絮凝體形成緩慢，結(jié)構(gòu)松散，顆粒細小；c.水溫低時水的粘度大，布朗運動強度減弱，不利于脫穩(wěn)膠粒相互凝聚，水流剪力也增大，影響絮凝體的成長。該因素主要影響金屬鹽類的混凝，對高分子混凝劑影響較小。13第13頁/共63頁④pH值的影響金屬鹽類，因其混凝過程中水解產(chǎn)生大量H+離子，造成pH下降，以至降到最優(yōu)混凝條件以下，保持一定堿度則使反應(yīng)過程中pH基本保持恒定；對于高分子混凝劑，因其作用并非靠大量水解來實現(xiàn)的，且水中均會保持有一定的堿度，故對其最佳投加量影響不大。對金屬鹽類，pH影響其在水中水解產(chǎn)物的種類與數(shù)量，一般在pH為5.5-8.0時有較高脫除率；對人工合成高分子混凝劑，則影響其活性基團的性質(zhì)。14第14頁/共63頁⑤水力條件的影響混凝的過程是混凝劑與膠粒發(fā)生反應(yīng)并逐步凝聚在一起的過程，水流紊動過于緩慢，則混凝劑與膠粒反應(yīng)速率太小，紊動過于激烈則使結(jié)成的絮體重新破裂。15第15頁/共63頁混凝劑和助凝劑

混凝劑的品種目前不下二三百種，按其化學(xué)成分可分為無機及有機兩大類。無機鹽主要是鋁和鐵的鹽類及其水解聚合物，有機類品種很多，主要是高分子化合物，可分為天然的及人工合成的兩部分。無機混凝劑主要是利用其中的強水解基團水解形成的微絮體使脫粒脫穩(wěn)以其價格低廉，原料易得等優(yōu)點得以大量運用。16第16頁/共63頁

為了提高混凝沉淀的效果，通常在使用混凝劑時還需加入一些助凝劑。1）pH調(diào)節(jié)劑：是用來調(diào)整廢水的pH，以達到混凝劑使用的最佳。常用的有石灰等。2)活化劑：用來改善絮凝體的結(jié)構(gòu)，增加混凝劑的活性，如活性炭、粘土和活化硅酸等。3)氧化劑：用來破壞其他對混凝劑有干擾的有機物質(zhì)，如氯等。17第17頁/共63頁混凝處理流程18第18頁/共63頁氧化還原法廢水經(jīng)過氧化還原處理，可使廢水中所含的有機物質(zhì)和無機物質(zhì)轉(zhuǎn)變成無毒或毒性不大的物質(zhì)，從而達到廢水處理的目的。由標準氧化還原電位可以判斷氧化劑和還原劑的氧化還原能力。一般用得比較多的氧化劑主要是O2、Cl2、O3等。19第19頁/共63頁常用的氧化法如下：（1）空氣氧化法空氣氧化法是利用空氣中的氧氣氧化廢水中的有機物和還原性物質(zhì)的一種處理方法?？諝庖蜓趸芰Ρ容^弱，主要用于含還原性較強物質(zhì)的廢水處理，如煉油廠的含硫廢水。20第20頁/共63頁（2）氯氧化法氯是普遍使用的氧化劑，既用于給水消毒，又用于廢水氧化，主要是起到消毒殺菌的作用。21第21頁/共63頁1）處理含酚廢水向含酚廢水中加入氯、次氯酸鹽或二氧化氯等，可將酚破壞。根據(jù)理論計算投加的氯量與水中的含酚量之比為6：1時，即可使酚完全破壞，但由于廢水中存在其他化合物也與氯發(fā)生反應(yīng)，實際上氯的需要量要超過理論量許多倍，一般要超出10倍左右。2）處理含氰廢水用氯氧化法處理含氰廢水時，是將次氯酸鈉直接投入廢水中，也可以將氫氧化鈉和氯氣同時加入廢水中，氫氧化鈉與氯氣反應(yīng)生成次氯酸鈉。22第22頁/共63頁(3)臭氧氧化法臭氧O3是氧的同素異構(gòu)體，在常溫常壓下是一種具有魚腥味的淡紫色氣體。沸點-112.5°C；密度2.144kg/m3是氧的1.5倍。

23第23頁/共63頁不穩(wěn)定性臭氧不穩(wěn)定，在常溫下容易自行分解成為氧氣并釋放出熱量。

MnO2、PbO2、Pt、C等催化劑的存在或經(jīng)紫外輻射都會促使臭氧分解。臭氧在空氣中的分解速度與臭氧濃度和溫度有關(guān)。

24第24頁/共63頁2）溶解性臭氧在水中的溶解度要比純氧高10倍，比空氣高25倍。3）毒性當臭氧在空氣中的濃度達到0.1cm3/m3時，即可以使人的眼、鼻和喉感到刺激，當臭氧濃度達到1-10cm3/m3時可引起頭痛、惡心等癥狀。4）氧化性臭氧可使有機物質(zhì)被氧化，可使烯烴、炔烴及芳香烴化合物被氧化成醛類或有機酸。25第25頁/共63頁

臭氧主要用于廢水的三級處理，其作用是：降低廢水中的COD和去除BOD；殺菌消毒；增加水中的溶解氧；脫色和脫臭味；降低濁度。26第26頁/共63頁27第27頁/共63頁電解法原理電解是利用直流電進行溶液氧化還原反應(yīng)的過程。電解時，把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的裝置為電解槽。在電解槽中，與電源正極相連接的極稱為陽極，與電源負極相連接的極稱為陰極。28第28頁/共63頁當接通直流電源后，電解槽的陰極和陽極之間發(fā)生了電位差，驅(qū)使正離子移向陰極，在陰極取得電子，進行還原反應(yīng)；負離子移向陽極，在陽極放出電子，進行氧化反應(yīng)。從而使得廢水中的污染物在陽極被氧化，在陰極被還原，或者與電極反應(yīng)產(chǎn)物作用，轉(zhuǎn)化為無害成分被分離除去。一般按照污染物的凈化機理可以分為電解氧化法、電解還原法、電解凝聚法和電解浮上法；29第29頁/共63頁30第30頁/共63頁電解氧化還原法電解氧化是指廢水中污染物在電極槽的陽極失去電子被氧化外，水中的Cl-、OH-等也可在陽極放電，生成Cl2、H2O而間接地氧化破壞污染物。為了強化陽極的氧化作用，減少電解槽的內(nèi)阻，往往在廢水電解槽中常加一些食鹽，進行所謂的電氯化，食鹽投加后在陽極可生成氯和次氯酸根，對水中的無機和有機物也有較強的氧化作用。31第31頁/共63頁電極還原主要用于處理陽離子污染物，如Cr6+、Hg2+等。目前在生產(chǎn)應(yīng)用中，都是以鐵板為電極，由于鐵板溶解，金屬離子在陽極還原沉積而回收除去。32第32頁/共63頁物理化學(xué)處理法

廢水經(jīng)過物理方法處理后，仍會含有某些細小的懸浮物以及溶解的有機物。為了進一步去除殘存在水中的污染物，可以進一步采用物理化學(xué)方法進行處理。常用的物理化學(xué)方法有吸附、浮選、電滲析、反滲透、超過濾等。33第33頁/共63頁吸附法在廢水處理中，吸附法處理的主要對象是廢水中用生化法難于降解的有機物或用一般氧化法難于氧化的溶解性有機物，包括木質(zhì)素、氯或硝基取代的芳烴化合物、雜環(huán)化合物、洗滌劑、合成染料、除莠劑、DDT等。當用活性炭等對這類廢水進行處理時，它不但能夠吸附這些難于分解的有機物，降低COD，還能使廢水脫色、脫臭，把廢水處理到可重復(fù)利用的程度。34第34頁/共63頁吸附法是利用多孔性固體物質(zhì)作為吸附劑，以吸附劑的表面吸附廢水中的某種污染物的方法。常用的吸附劑有活性炭、硅藻土、鋁礬土、磺化煤、礦渣以及吸附用的樹脂等。其中以活性炭最為常用。35第35頁/共63頁鋁礬土第36頁/共63頁37鋁礬土第37頁/共63頁38硅藻土第38頁/共63頁磺化煤39第39頁/共63頁磺化煤40第40頁/共63頁第41頁/共63頁（1）吸附的原理吸附劑和被吸附物質(zhì)之間的作用力有三種不同類型。即分子間力、化學(xué)鍵力和靜電引力。由于這三種不同的作用力，結(jié)果形成三種不同形式的吸附。即物理吸附、化學(xué)吸附和交換吸附。在廢水處理中，主要是物理吸附，有時是幾種吸附形式的綜合作用。42第42頁/共63頁（2）吸附平衡在吸附過程中，固、液兩相經(jīng)過充分的接觸后，一方面吸附劑不斷地吸附吸附質(zhì)，另一方面吸附質(zhì)由于熱運動又不斷地脫離吸附劑表面而解吸，最終將達到吸附與解吸的動態(tài)平衡。達到平衡時，單位吸附劑所吸附的物質(zhì)的數(shù)量稱為平衡吸附量，這種狀態(tài)稱為吸附平衡。43第43頁/共63頁（3）吸附劑及其再生吸附劑的選擇還必須滿足以下要求：①吸附能力強；②吸附選擇性好；③吸附平衡濃度低；④容易再生和再利用；⑤機械強度好；⑥來源容易；⑦化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；⑧價格便宜。44

常用：活性炭、硅膠、活化炭、白土、硅藻土、活性氧化鋁、焦炭、樹脂吸附劑、腐殖酸、爐渣、木屑、煤灰及煤粉等。第44頁/共63頁吸附劑的吸附能力常用靜活性來表示，即在一定的溫度及平衡濃度的靜態(tài)吸附條件下，每單位質(zhì)量或單位體積吸附劑所能吸附的最大吸附質(zhì)量。影響吸附過程的因素主要可以歸納為三方面的影響因素，即吸附劑的性質(zhì)、污染物的性質(zhì)以及吸附過程的條件。吸附劑的物理及化學(xué)性質(zhì)，對吸附效果有決定性的影響。活性炭的吸附效果決定于吸附性、比表面積、孔隙結(jié)構(gòu)、孔徑分布等。45第45頁/共63頁吸附劑在達到飽和吸附后，必須進行脫附再生，才能重復(fù)使用。脫附是吸附的逆過程，即在吸附劑結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化或變化極小的情況下，用某種方法將吸附劑從吸附劑孔隙中除去，恢復(fù)吸附劑的吸附功能。目前吸附劑的再生方法主要有加熱再生、藥劑再生、化學(xué)氧化再生、濕式氧化再生、生物再生等。在選擇再生方法時，主要考慮三方面的因素：①吸附質(zhì)的物理性質(zhì)；②吸附機理；③吸附質(zhì)的回收使用價值。46第46頁/共63頁（4）吸附工藝及設(shè)備在設(shè)計吸附工藝和裝置時，應(yīng)首先確定采用何種吸附劑，選擇何種吸附和再生操作方法以及廢水的預(yù)處理和后處理措施。一般需通過靜態(tài)和動態(tài)試驗來確定處理效果、吸附容量、設(shè)計參數(shù)和技術(shù)經(jīng)濟指標。47第47頁/共63頁48第48頁/共63頁膜分離法（1）電滲析原理電滲析是在直流電流電場的作用下，利用陰、陽離子交換膜對溶液中陰、陽離子的選擇透過性（即陽膜只允許陽離子通過，陰膜只允許陰離子通過），而使溶液中的溶質(zhì)與水分離的一種物理化學(xué)過程。49第49頁/共63頁50第50頁/共63頁第51頁/共63頁（2）電滲析在廢水處理中的應(yīng)用電滲析法最先用于海水淡化制取飲用水和工業(yè)用水，海水濃縮制取食鹽，以及其他單元技術(shù)組合制取高純水，利用電滲析法去除水中的鹽分使水淡化，具有投資少、建設(shè)時間短、方便易行等優(yōu)點，直流電耗量為1-5kw·h/m3淡水。52第52頁/共63頁

我國從1958年開始，進行電滲析技術(shù)的研究，最初是應(yīng)用在海水、苦咸水等的淡化方面的電滲析研究，隨后應(yīng)用范圍逐漸擴大到冶金、化工、紡織、造紙、電鍍、運輸?shù)雀鞣N工業(yè)中。

電滲析方法應(yīng)用到環(huán)境保護方面進行廢水處理，已取得良好的效果。但是由于目前其耗電量很高，多數(shù)還是僅限于在以回收為目的的情況下使用。53第53頁/共63頁反滲透反滲透：是利用半滲透膜進行分子過濾來處理廢水的一種新的方法，所以又稱為膜分離技術(shù)。半滲透膜可以使水通過，但不能使水中懸浮物及溶質(zhì)通過，所以這種膜稱為半滲透膜。利用它可以除去水中的溶解固體、大部