三廢處理之化學(xué)法

3.1物理法

3.2化學(xué)法

3.3物理化學(xué)法3.4生物法第3章廢水處理原理與設(shè)備1

化學(xué)法:向水中投加化學(xué)藥劑，使之與污染物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反響，形成新物質(zhì)而將其除去的廢水處理方法。轉(zhuǎn)化處理通過(guò)改變污染物的本性，使其變?yōu)闊o(wú)害的、易于別離的新物質(zhì)23.2.1中和法3.2.2化學(xué)沉淀法3.2.2氧化復(fù)原法本講主要內(nèi)容3適用對(duì)象廢水中溶解性或膠體性(難于生物降解)的污染物質(zhì)。分為中和法、化學(xué)沉淀法、氧化復(fù)原法?；瘜W(xué)沉淀法：主要用于重金屬離子〔銅、鎳、鉻、鋅、鉛等〕的處理，氧化復(fù)原法：主要用于含氰和含鉻廢水處理。4適合酸洗車間和電鍍車間排出的大量酸堿廢水。3.2.1中和法①均衡法在均衡池中將酸、堿廢水相混合，利用酸堿廢水的自然中和作用，使廢水pH值在6.5~8.5之間即可排放。②pH值直接控制法

常用：酸、堿廢水相互中和法、投藥中和法和過(guò)濾中和法等5一、投加中和法常用藥劑是石灰、電石渣、石灰石等，有時(shí)也采用苛性鈉和碳酸鈉。中和藥劑的投加量，可按化學(xué)反響式進(jìn)行估算。石灰常使用熟石灰，配制成石灰乳液，濃度在10％左右，反響在池中進(jìn)行。為了防止產(chǎn)生沉淀，石灰乳槽均裝有攪拌設(shè)備。6石灰乳法:將石灰溶解成石灰乳后投加，由于Ca〔OH〕2對(duì)廢水中的雜質(zhì)具有凝聚作用，因此適用于含雜質(zhì)多的酸性廢水。

7二、過(guò)濾中和法石灰石或白云石作中和劑時(shí)常呈粗粒狀，可作濾料，故用過(guò)濾法。8〔1〕投加化學(xué)沉淀劑，發(fā)生化學(xué)反響，生成

難溶的化學(xué)物質(zhì)，使污染物呈沉淀析出；

〔2〕通過(guò)凝聚、沉降、浮選、過(guò)濾、離心、吸

附等方法，將沉淀從溶液中別離出來(lái)；

〔3〕污泥的處理和回收利用?；瘜W(xué)沉淀工藝向廢水中投加某些化學(xué)沉淀劑，使之與廢水中欲除去的污染物發(fā)生直接的化學(xué)反響，形成難溶的固體物而別離除去的方法。化學(xué)沉淀法9①氣體沉淀劑

NH3、CO2、SO2、H2S等。②液體沉淀劑

可以加酸破壞廢水中的絡(luò)合離子，使沉淀析出。③固體沉淀劑

固體沉淀劑是指在溶液中呈固體存在的沉淀劑，例如懸濁的氫氧化鈣、固體的碳酸鋇等。沉淀劑按形態(tài)分類廢水處理中，常用化學(xué)沉淀法去除廢水中有害離子，陽(yáng)離子如:Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cr6+，陰離子如:SO42-、PO43-。10水中的難溶鹽服從溶度積原那么。在一定溫度下，在含有難溶鹽MmNn(固體)的飽和溶液中，各種離子濃度的乘積為常數(shù)-----溶度積常數(shù)，記為Ksp.MmNn=mMn＋＋nNm－Ksp＝[Mn＋]m[Nm－]n

廢水中的溶解鹽類發(fā)生沉淀的必要條件：其離子積大于溶度積.當(dāng)[Mn＋]m?[Nm－]n＞Ksp時(shí)，溶液過(guò)飽和，超過(guò)飽和那局部將析出沉淀。當(dāng)[Mn＋]m?[Nm－]n＜Ksp時(shí)，溶液不飽和，難溶鹽將溶解。1.化學(xué)沉淀原理11

為了去除廢水中的Mn＋離子，向水中投加具有Nm－離子的某種化合物，使[Mn＋]m[Nm－]n＞Ksp

形成MmNn沉淀，從而降低水中Mn＋的離子的濃度。為了最大限度地使[Mn＋]m

值降低，也就是使Mn＋離子更完全地去除，可以考慮增大[Nm－]n

值，也就是增大沉淀劑的用量。一般不超過(guò)理論用量的20～50％。12假設(shè)用氫氧化物做沉淀劑，廢水中的金屬離子加堿后的反響為：Mn＋＋nOH－M(OH)n↓設(shè)氫氧化物M(OH)n的溶度積為Ksp，金屬離子初始濃度為[Mn＋]，那么溶度積Ksp＝[Mn＋][OH－]n水的離子積Kw＝[OH－][H＋]=10－14(25℃)[OH－]＝Kw/[H＋]13將上式代入溶度積計(jì)算式，兩邊取負(fù)對(duì)數(shù)得：－1g[H＋]=－(1g10－14－1g

)－1g[H＋]=14－(1g[Mn＋]－1gKsp)即lg[Mn＋]＝lgKsp＋14n－npH

由上式可知：一種難溶金屬的氫氧化物是否從溶液中沉淀出來(lái)，主要取決于溶液的pH值。從理論上可以計(jì)算出金屬離子濃度一定時(shí)生成沉淀的相應(yīng)pH值。14各種廢水都是以水為分散介質(zhì)的分散體系。根據(jù)分散相粒度不同，廢水可分為三類：粒度在0.1~1μm

之間----真溶液；粒度在1~100μm

之間----膠體溶液或懸浮液，采用混凝處理；粒度大于100μm----懸浮液，采用沉淀或過(guò)濾處理。2.混凝沉淀法15投加化學(xué)藥品來(lái)破壞膠體和細(xì)微懸浮顆粒在水中形成的穩(wěn)定體系，使水中細(xì)小顆粒相互碰撞和互聚形成有明顯沉淀性能的絮凝體，從而由水中別離出來(lái)。適應(yīng)對(duì)象處理一些細(xì)微懸浮物和以膠體顆粒形式存在的污染物廢水〔1〕混凝過(guò)程16指微粒通過(guò)吸附，卷帶和橋連而成長(zhǎng)為更大絮凝體的過(guò)程。凝聚絮凝混凝法指膠體和超膠體脫穩(wěn)，并聚集為微絮粒子的過(guò)程；17溶于水后能形成長(zhǎng)鏈狀分子〔有時(shí)出現(xiàn)分枝〕，從而可以吸附和卷帶膠粒的物質(zhì)。凝聚劑絮凝劑混凝劑在水中形成高價(jià)離子使膠體進(jìn)行凝聚，又可形成帶異號(hào)電荷的另一種膠體使電性相反的兩種膠體進(jìn)行異體凝聚的物質(zhì)?！?〕混凝劑18要求混凝劑效果良好對(duì)人體健康無(wú)害價(jià)廉易得使用方便影響混凝效果主要因素水溫pH水中雜質(zhì)成分、性質(zhì)和濃度水力條件19無(wú)機(jī)混凝劑：

鋁鹽--硫酸鋁、明礬、聚合氯化鋁等；

鐵鹽--硫酸亞鐵、硫酸鐵、三氯化鐵等。有機(jī)混凝劑：水溶性高分子化合物,如聚丙烯酰胺.混凝劑種類20硫酸鋁AL2(SO4)3.18H2O制造工藝復(fù)雜，水解作用緩慢；含無(wú)水硫酸鋁50%—52%(精制)；適用于水溫為20—40℃

當(dāng)pH=4～7時(shí)，主要去除有機(jī)物；pH=5.7～7.8時(shí)，主要去除懸浮物；pH=6.4～7.8時(shí)，處理濁度高，色度低〔小于30度〕的水。無(wú)機(jī)混凝劑21明礬〔十二水合硫酸鋁鉀KAl〔SO4〕2·12H2O〕

凈水劑——明礬溶于水后電離產(chǎn)生了Al3+，Al3+與水電離產(chǎn)生的OHˉ結(jié)合生成了氫氧化鋁，氫氧化鋁膠體粒子帶有正電荷，與帶負(fù)電的泥沙膠粒相遇，彼此電荷被中和。失去了電荷的膠粒，很快就會(huì)聚結(jié)在一起。2.滅火劑——1mol/L的明礬溶液和約1mol/L的NaHCO3〔小蘇打〕溶液〔還有起泡劑〕，兩種溶液的體積比約為11:2，釋放出足量的二氧化碳，以到達(dá)滅火的目的。3.藥物——明礬性寒味酸澀，具有較強(qiáng)的收斂作用。4.其他作用——制備鋁鹽、油漆、鞣料、媒染劑、造紙、防水劑5.微毒性6.膨化劑22無(wú)機(jī)高分子多價(jià)聚合電解質(zhì)絮凝劑，有固、液兩類產(chǎn)品。特點(diǎn)：強(qiáng)烈的凝聚除濁功能廣泛的pH適用范圍較好的絮凝沉降效果投量少、效果佳、價(jià)格低聚合氯化鋁〔PolyaluminiumChloride〕簡(jiǎn)稱PAC2324生產(chǎn)地：遼寧遼陽(yáng)市凈水廠、山東聊城鳳民凈水原料有限公司、鞏義市富源凈水等等。特點(diǎn):

凈水效果明顯，絮凝沉淀速度快、沉降快、活性好、不需加堿性助劑。適應(yīng)PH范圍寬：對(duì)管道設(shè)備腐蝕性低；能有效去除水中色質(zhì)SS、COD、BOD

及砷、汞等重金屬離子.用途：廣泛用于飲水、工業(yè)用水和污水處理領(lǐng)域.25聚合硫酸鐵〔簡(jiǎn)稱聚鐵〕

PolymericFerricSulfate縮寫(xiě)〔PFS〕高效無(wú)機(jī)高分子絮凝劑能快速中和水中膠體微粒外表的負(fù)電荷使之脫穩(wěn)，又能在粒子間架橋或起吸附作用而產(chǎn)生絮凝作用。所產(chǎn)生絮凝物比重大，沉淀速度快，絮凝效果好，與其它無(wú)機(jī)絮凝劑相比，具有較高的凈化能力。

廣泛用于生活飲用水、城鎮(zhèn)污水及脫泥水、各種工業(yè)廢水的凈化處理。26絮凝劑是由有機(jī)高分子聚合物架構(gòu)中，嵌有高分子無(wú)機(jī)物的絡(luò)合大分子集團(tuán)化合物。絮凝劑在參加漂染污水中，會(huì)立即發(fā)生電化學(xué)一系列的反響〔膠體電荷〕-----凝聚〔絮凝架橋〕-----吸附〔復(fù)合物形體〕-----脫色〔截?cái)?、吸附?----沉淀〔絮凝加固〕。有機(jī)混凝劑27

聚丙烯酰胺〔Polyacrylamide〕縮寫(xiě)〔PAM〕有機(jī)高分子絮凝劑水溶性較好的高分子白色顆粒聚合物。由于其分子鏈中帶有一定數(shù)量的陰性、中性、陽(yáng)性電荷和強(qiáng)有力的吸附基因，可中和廢水中的懸浮物膠體顆粒外表的電荷，破壞其穩(wěn)定性。脫穩(wěn)后的膠體顆粒在高分子聚合物活性基團(tuán)的架橋作用下相互吸附，迅速形成較大的絮團(tuán)下沉，從而起到固液別離的最終目的。28產(chǎn)品種類：陰離子型、陽(yáng)離子型、非離子型、兩性離子型，分子量在400-3800萬(wàn)之間，產(chǎn)品外觀為白色或略帶黃色粉末，液態(tài)為無(wú)色粘稠膠體狀，易溶于水,溫度超過(guò)120℃時(shí)易分解。聚丙烯酰胺分子中具有陽(yáng)性基團(tuán)〔-CONH2〕，能與分散于溶液中的懸浮粒子吸附和架橋，有著極強(qiáng)的絮凝作用.作用：PAM用作污水處理，對(duì)水中有機(jī)物去除效率高，用量少，沉降速度快，制水本錢(qián)低，是其它絮凝劑無(wú)法替代的產(chǎn)品。生產(chǎn)地：鄒城美可利環(huán)境材料、濟(jì)南濼潤(rùn)水處理科技、北京明建科技、鞏義市瑞華供水材料等等。29

膠體溶液具有穩(wěn)定性，而廢水中的混濁液多具有膠體溶液的性質(zhì),即

帶有同種電荷具有強(qiáng)烈的吸附性能水化作用

〔3〕混凝原理30膠體結(jié)構(gòu)的中心是由數(shù)十到數(shù)千個(gè)不溶于水的分散物質(zhì)分子組成的膠核。雙電層的內(nèi)層.雙電層的外層.反離子吸收層，它和電位離子組成膠團(tuán)的固定層。擴(kuò)散層。膠粒與擴(kuò)散層一起構(gòu)成了電中性的膠團(tuán)圖3–18膠體界面擴(kuò)散雙電層雙電層的內(nèi)層雙電層的外層反離子吸收層電位離子ξ電位總電位31雙電層的內(nèi)層電位離子反離子吸收層雙電層的外層當(dāng)膠粒運(yùn)動(dòng)時(shí)，擴(kuò)散層中的大局部反離子會(huì)脫離膠團(tuán)，向溶液主體擴(kuò)散。其結(jié)果必然使膠粒產(chǎn)生剩余電荷，使膠粒與擴(kuò)散層之間形成一個(gè)電位差，此電位稱為ξ電位?？傠娢沪坞娢荒z體的穩(wěn)定性32膠體所受影響

由于上述的膠體帶電現(xiàn)象，帶相同電荷的膠粒產(chǎn)生靜電斥力，而且ξ電位越高，膠粒間的靜電斥力越大

受水分子熱運(yùn)動(dòng)的撞擊，使微粒在水中作不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，即“布朗運(yùn)動(dòng)”

膠粒之間還存在著相互引力——范徳華引力膠體間的相互斥力不僅與ξ電位有關(guān)，還與膠粒的間距有關(guān)，距離越近，斥力越大。而布朗運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能缺乏以將兩顆膠粒推進(jìn)到使范徳華引力發(fā)揮作用的距離。因此，膠體微粒不能相互聚結(jié)而長(zhǎng)期保持穩(wěn)定的分散狀態(tài)。

水化作用也使膠體不能相互聚結(jié)。33名稱方法特點(diǎn)壓縮雙電層混凝劑提供大量正離子會(huì)涌入膠體擴(kuò)散層甚至吸附層,使ξ電位降低。當(dāng)ξ電位為零時(shí),稱為等電狀態(tài)。此時(shí)膠體間斥力消失,膠粒最易發(fā)生聚結(jié)。實(shí)際上，ξ電位只要降至某一程度而使膠粒間排斥的能量小于膠粒布朗運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能時(shí)，膠粒就開(kāi)始產(chǎn)生明顯的聚結(jié)，這時(shí)的ξ電位稱為臨界電位。膠粒因ξ電位降低或消除以至失去穩(wěn)定性的過(guò)程，稱為膠體脫穩(wěn)。脫穩(wěn)的膠粒相互聚結(jié)，稱為凝聚。膠體脫穩(wěn)凝聚機(jī)理和方法34名稱方法特點(diǎn)吸附和電位中和向溶液中加入鐵鹽或鋁鹽，使形成絡(luò)離子，產(chǎn)生吸附并中和電位，使膠體脫穩(wěn)網(wǎng)捕作用沉淀物在自身沉降過(guò)程中，能集卷、網(wǎng)捕水中的膠體等微粒，使膠體粘結(jié)。吸附橋連作用當(dāng)加入鏈狀高分子聚合物時(shí)，使其鏈節(jié)吸附不同膠粒，產(chǎn)生架橋作用，形成大顆粒而沉降膠體脫穩(wěn)凝聚機(jī)理和方法35將高分子絮凝劑干粉狀固體配置成低濃度藥劑，具有體積小、效率高、連續(xù)配置等特點(diǎn)。

性能參數(shù)：

配置能力：6立方/小時(shí)

配比濃度：1～3‰

加干粉量：2～6kg/h

整機(jī)功率：4kW〔4〕混凝設(shè)備36混凝劑的配制和投加設(shè)備(1)混凝劑的溶液和配制混凝劑在溶解池中進(jìn)行溶解:攪拌加速藥劑溶解機(jī)械攪拌壓縮空氣攪拌水泵攪拌37(2)混凝劑溶液的投加38混合設(shè)備(1)水泵混合(2)隔板混合(3)機(jī)械混合39反響設(shè)備(1)隔板反響池利用水流斷面上流速分布不均所造成的速度梯度，促進(jìn)顆粒相互碰撞進(jìn)行絮凝。40(2)機(jī)械反響池41通過(guò)氧化復(fù)原反響可以把有毒的污染物變成無(wú)毒害或微毒害的污染物，從而到達(dá)凈化處理的目的。氧化復(fù)原反響是一種可逆反響，通式如下：氧化劑+復(fù)原劑復(fù)原劑+氧化劑氧化復(fù)原法假設(shè)投加藥劑在反響中作為復(fù)原劑，稱為復(fù)原處理法；假設(shè)投加藥劑在反響中作為氧化劑，稱為氧化處理法。42某種物質(zhì)能否表現(xiàn)出氧化劑或復(fù)原劑的作用，主要由反響雙方的氧化復(fù)原能力的比照情況來(lái)決定。氧化復(fù)原能力就是指某種物質(zhì)失去或取得電子的難易程度，可以統(tǒng)一用氧化復(fù)原電位作為指標(biāo)。常見(jiàn)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)氧化復(fù)原電位值E0見(jiàn)表3-9，由負(fù)值到正值，依次排列。凡位置在前者可以作為位置在后者的復(fù)原劑，放出電子；而位置在后者可以作為位置在前者的氧化劑，得到電子。氧化劑與復(fù)原劑的電位差越大，反響越容易發(fā)生，而且進(jìn)行得越完全。

431〕藥劑氧化法處理對(duì)象：廢水中的CN–、S2–、Fe2+、Mn2+等離子及造成色度、味、嗅、BOD、COD的有機(jī)物以及致病微生物，電鍍廢水中主要用以處理含氰廢水。常用氧化劑：包括氯氣、氯的含氧酸等。442)藥劑復(fù)原法處理對(duì)象：廢水中的Cr6+和Hg2+等重金屬離子，在電鍍廢水中主要用以處理含鉻廢水。常用的復(fù)原劑有：氣態(tài)或煙道器中的SO2、液態(tài)的水合肼、固態(tài)的硫酸亞鐵、亞硫酸氫鈉、亞硫酸鈉、焦亞硫酸鈉等。453.2化學(xué)法小結(jié)中和法化學(xué)沉淀法氧化復(fù)原法46一、某縣水文及地質(zhì)資料〔1〕水源地：水庫(kù)水?！?〕水質(zhì)資料：濁度50NTU，色度35度，pH值6.9，總硬度160mg/Ｌ〔以CaCO3計(jì)〕，細(xì)菌總數(shù)600個(gè)/Ｌ，大腸菌群76個(gè)/Ｌ?！?〕水溫：多年統(tǒng)計(jì)，月平均4.5~26.8℃。工程地質(zhì)條件良好。〔4〕其他：年平均氣溫11.3~13.6℃，年雨量529~638mm，最地氣溫-10.3℃，最高氣溫40.3℃，最大凍土深度0.45m。第三次作業(yè)絮凝池斜管沉淀池普通快濾池清水池二級(jí)泵站原水出水→↓→→→↓氯消毒↓水處理工藝流程47二、初步設(shè)計(jì)按上述流程對(duì)以江河作水源的水〔含一些細(xì)微懸浮物和以膠體顆粒形式存在的污染物〕進(jìn)行處理，上網(wǎng)了解混凝劑種類、特點(diǎn)、應(yīng)用、價(jià)格及山東省市場(chǎng)供給情況?！?〕確定在絮凝池中投加什