第三章水污染

第三章 污水的化學(xué)處理第一節(jié) 化學(xué)混凝法處理對象 ：一、混凝原理 :污水中無機的、有機的（難于生物降解）溶解物質(zhì)或膠體物質(zhì) 。常用方法 ： 化學(xué)混凝法 中和法 化學(xué)沉淀法 氧化還原法處理對象 水中的微小懸浮物和膠體物質(zhì) 。1、膠體的穩(wěn)定性 主要 原因 ： 微粒的布朗運動 膠體間的靜電斥力 顆粒表面的水化作用動力學(xué)穩(wěn)定聚集穩(wěn)定電位離子反離子擴散層膠團邊界滑動面膠粒吸附層膠核電位 電位膠體的結(jié)構(gòu)膠體的結(jié)構(gòu) 第一節(jié) 化學(xué)混凝法膠體結(jié)構(gòu) ：膠體的雙電層結(jié)構(gòu)模型雙 電層 ： 內(nèi)層：電位離子 外層：反離子吸附一層帶同號電荷的離子靜電引力吸引異號離子膠粒 ：電位離子（膠核）反離子吸附層靠近膠核，隨膠核運動而運動擴散層離膠核較遠，受分子引力較弱，不隨膠核運動而運動固定層當(dāng)膠粒運動時，擴散層中反離子脫離膠團，形成多余電荷，膠粒與擴散層之間形成一個電位差，稱 電動電位 常稱 電位膠核表面電位離子與溶液主體的電位差，稱總電位 常稱 電位電中性膠團第一節(jié) 化學(xué)混凝法2、混凝原理：混凝過程 ：凝聚絮凝膠體顆粒的脫穩(wěn)過程。使水中原有膠體粘附在固體顆粒上的性質(zhì)。使具有粘附性的離散微粒能夠粘結(jié)成絮體 。主要作用 ：壓縮雙電 層吸附架橋和網(wǎng)捕作用 壓縮雙電層作用：原理：方法： 投加電解質(zhì)（混凝劑） 大量反離子進入擴散層甚至吸附層中和電荷，使 電位降低，擴散層變薄。 當(dāng) 電位降到膠粒間排斥的能量小于膠粒布朗運動的動能時，膠粒開始產(chǎn)生明顯的聚結(jié)。此時的 電位稱臨界電位。膠粒的穩(wěn)定性主要由 電位決定，電位越大，膠體斥力越大，膠粒越穩(wěn)定。消除或降低 電位，就有可能使微粒碰撞聚結(jié)，失去穩(wěn)定性。溶液中離子濃度與擴散層厚度的關(guān)系溶液中離子濃度低溶液中離子濃度高B A 到顆粒表面的距離反離子濃度O溶液中離子濃度低時，擴散層厚度為 OA溶液中離子濃度高時，擴散層厚度減小為 OB2、混凝原理： 壓縮雙電層作用：膠粒因 電位降低或消除以致失去穩(wěn)定性的過程，稱為 膠粒脫穩(wěn)。脫穩(wěn)膠粒相互聚結(jié) 稱凝 聚。有時可以使擴散層消失， 電位為 0，稱為等電狀態(tài)，此時靜電斥力消失，最易凝聚。適用于：無機鹽混凝劑所提供的簡單離子的脫穩(wěn)過程。 吸附 架橋作用：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)生吸附橋連的過程。三價鋁鹽、鐵鹽、高分子混凝劑溶于水后，經(jīng)水解和縮聚反應(yīng)形成長鏈狀的高分子聚合物。膠體顆粒可強烈吸附長鏈狀的高聚物。相距較遠的兩膠粒間進行吸附架橋，使顆粒逐漸結(jié)大，形成絮凝體。這種由高分子物質(zhì)吸附架橋作用而使微粒相互粘結(jié)的過程稱為 絮凝。高分子聚合物對膠體或微粒的吸附架橋作用示意圖 2、混凝原理： 壓縮雙電層作用：膠粒因 電位降低或消除以致失去穩(wěn)定性的過程，稱為 膠粒脫穩(wěn)。脫穩(wěn)膠粒相互聚結(jié) 稱凝 聚。適用于：無機鹽混凝劑所提供的簡單離子的脫穩(wěn)過程。 吸附 架橋作用：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)生吸附橋連的過程。三價鋁鹽、鐵鹽、高分子混凝劑溶于水后，經(jīng)水解和縮聚反應(yīng)形成長鏈狀的高分子聚合物。膠體顆?？蓮娏椅介L鏈狀的高聚物。相距較遠的兩膠粒間進行吸附架橋，使顆粒逐漸結(jié)大，形成絮凝體。這種由高分子物質(zhì)吸附架橋作用而使微粒相互粘結(jié)的過程稱為 絮凝。 網(wǎng)捕作用：無機鹽（三價鋁、鐵）水解過程形成沉淀物，在其自身沉淀的過程中，能集卷、網(wǎng)捕水中的膠體等微粒，使粘結(jié)。沉淀金屬氫氧化物 (如Al(OH)3、 Fe(OH)3)或帶金屬的碳酸鹽 (如 CaCO3)時，水中的膠粒和細微懸浮物可被這些沉淀物在形成時作為晶核或吸附質(zhì)所網(wǎng)捕。2、混凝原理：例：三價鋁鹽發(fā)揮混凝作用是各種形態(tài)的水解聚合物。 水解聚合物同時起 壓縮雙電層和吸附架橋 作用，充分利用二者作用，可達到優(yōu)異的混凝效果。 三價鋁離子的水解、縮聚逐步趨向沉淀物 Al（ 0H） 3 ，應(yīng)充分利用中間產(chǎn)物帶電聚合物， 混凝劑投加 立即攪拌 緩慢攪拌 再靜沉。 帶電聚合物能迅速 使脫穩(wěn)膠體順利絮凝和充分發(fā)揮均勻與膠粒接觸脫穩(wěn) 吸附架橋作用形成大的絮凝體。二、混凝劑和助凝劑 ：1、混凝劑要求 ： 對人健康無害，混凝效果好 ，價 廉易得，使用方便。1、混凝劑 無機鹽 類混凝劑分類 鋁鹽 （硫酸鋁、明礬）：硫酸鋁效果好，使用方便，無不良影響，但水溫低 ,水解困難，絮體松散，不如鐵鹽 鐵鹽 ： FeCl3 極易溶，絮體緊密易沉淀，但腐蝕性強，易吸水潮解，不易保管 。FeSO4 7H2O 無 Fe 3 較好凝聚作用，需氧化成 Fe 3 ， 且過量水呈綠色 。 高分子 混凝劑 ： 無機 ： （聚合氯化鋁 PAC和聚合氯化鐵 PFC)利用人工方法控制其形成最優(yōu)形態(tài)的 聚合物，投入水中可發(fā)揮優(yōu)良的混凝作用。適用 各種水質(zhì)， PH值范圍廣，適應(yīng)低水溫，絮體大、重，用量少 有機： 天然 F691（刨花木、白膠粉）；人工（聚丙烯酰胺） PAM主要靠有機高聚物的極強吸附作用，如未脫穩(wěn)有礙吸附架橋，陽離子型對負電膠體不僅吸附同是有電中和作用 。2、助凝劑：單用混凝劑作用不太好時，投加助凝劑調(diào)節(jié)和改善混凝條件： pH、絮凝體結(jié)構(gòu) 。常用 聚丙烯酰胺、活化硅酸、骨膠、海藻酸鈉、紅花樹等。三、影響混凝效果的主要因素 ：1、水溫：無機鹽類混凝劑水解是吸熱反應(yīng)，水溫低、粘度大，不利水解，不利脫穩(wěn)、絮凝，不易結(jié)大。對策：投加高分子助凝劑或用氣浮法代替沉淀法，作為后續(xù)處理。2、 pH值：無機鹽類受 pH值影響較大： 確定 pH值范圍達到確定的效果，使設(shè)備、操作復(fù)雜 。高分子混凝劑受 pH影響小 。3、水中雜質(zhì)的成分、性質(zhì)和濃度影響過程復(fù)雜，主要通過試驗確定合適的混凝劑及其用量。三、影響混凝效果的主要因素 ：1、水溫： 2、 PH值： 混合階段 使藥劑迅速、均勻擴散到全部水中 得到良好水解、聚 合條件。無機鹽類： 快速、劇烈、攪拌高分子混凝劑 :主要是藥劑在水中均勻分散，不宜進行過份劇烈的攪拌。3、水中雜質(zhì)的成分、性質(zhì)和濃度4、水力條件： 反應(yīng)階段 攪拌強度逐漸降低（過濾或氣浮時，可省反應(yīng)階段 ）。四、化學(xué)混凝的設(shè)備 : 混凝劑的配制和投加設(shè)備 混合設(shè)備 反應(yīng)設(shè)備1、混凝劑的配制和投加設(shè)備投加方法 ： 干投法濕投法固體藥劑破碎成粉末后定量投加先溶解，再配制成一定濃度的溶液后定量投加1、混凝劑的配制和投加設(shè)備溶解池 +攪拌裝置（機械、壓縮空氣、水泵攪拌） 溶液池 葉輪 通壓縮氣 形成循環(huán)水 混凝劑的溶解和配制無機鹽類溶解池應(yīng)設(shè)防腐措施和材料。溶解 加水稀釋 一定濃度備用。 (無機 10 20%，有機 0.5 1.0%) 溶液池 溶解池混凝劑的水力調(diào)制設(shè)備混凝劑的壓縮空氣調(diào)制混凝劑的機械調(diào)制設(shè)備1、混凝劑的配制和投加設(shè)備計量、定量設(shè)備 可隨時調(diào)節(jié)投加量。（轉(zhuǎn)子流量計，電磁流量計） 混凝劑的投加轉(zhuǎn)子流量計轉(zhuǎn)子流量計 電磁流量計 計量泵計量泵1、混凝劑的配制和投加設(shè)備 混凝劑的投加投加方式 泵前重力投加、水射器投加、計量泵投加2、混合設(shè)備利用葉輪高速轉(zhuǎn)動達到快速劇烈的混合。需防腐、管線長、易絮凝、絮體斷 水泵混合 隔板混合利用水流過隔板產(chǎn)生急劇的收縮、擴散，形成渦流，使其充分混合。多孔隔板式混合槽2、混合設(shè)備利用葉輪高速轉(zhuǎn)動達到快速劇烈的混合。需防腐、管線長、易絮凝、絮體斷 水泵混合 隔板混合利用水流過隔板產(chǎn)生急劇的收縮、擴散，形成渦流，使其充分混合。 機械混合電動機帶動槳板進行攪拌（ 強度可調(diào)機動，缺點：有機械設(shè)備，增加維護保養(yǎng)和動力消耗 ）3、反應(yīng)設(shè)備（水力攪拌） 隔板反應(yīng)池水流斷面流速不均造成顆粒相互碰撞而絮凝，為避免結(jié)成絮體被打碎，流速降低優(yōu)點 構(gòu)造簡單、管理方便、效果較好。缺點 反應(yīng) 時間 長， 體積 大。 隔板間距過小，難于施工，維修。適用 處理水量大 設(shè)計參數(shù)： 起始 V=0.5 0.6m/s 末端 V=0.15 0.2m/s， 隔板間距逐漸 增大。 反應(yīng) t=20 30min 間距 0.5 0.7m , i=0.02 0.03 轉(zhuǎn)彎處 斷面面積 為隔板 1.2 1.5倍 h損 0.3 0.5m渦流式反應(yīng)池進水出水3、反應(yīng)設(shè)備渦流式反應(yīng)池進水出水3、反應(yīng)設(shè)備渦流式反應(yīng)池進水出水3、反應(yīng)設(shè)備（機械攪拌） 機械反應(yīng)池設(shè)計參數(shù)： 槳板總面積 =水流截面積的 10% 20%槳板長葉輪直徑 75%，寬 =10 30cm 葉輪旋轉(zhuǎn)線速度漸小 反應(yīng)時間 t=15 20min水平軸式、垂直軸式第二節(jié) 中和法適用 酸性、堿性廢水的處理。一般將 pH值調(diào)到 7反應(yīng)方式 投加法 中和劑能制成溶液和漿料時。 過濾法 中和劑能制成粒料或塊料時。 塔式反應(yīng)器 煙道氣中和堿性廢水。中和所需條件： 排入水體后會對水生生物有影響。 會對排水管道產(chǎn)生腐蝕作用。 化學(xué)或生物處理之前。 堿性 石灰、電石渣、石灰石、白云石。 酸性 廢酸、粗制酸、煙道氣。中和劑：第二節(jié) 中和法1、投加法常用藥劑 石灰、電石渣、石灰石、苛性鈉、碳酸鈉用量 按反應(yīng)式估算或試驗堿性藥劑投加量：第二節(jié) 中和法1、投加法中和池反應(yīng)方式： 連續(xù)