化學及物理化學部分.ppt

1、4 廢水的化學及物理化學處理,4.1 中和法,4.2 混凝法,4.3 氧化還原法,4.4 電解法,4.5 離子交換法,4.6 吸附法,4.7 膜分離法,4.1 中和法,中和原理 中和處理發(fā)生的主要反應是酸與堿生成鹽和水的中和反應,一、中和法概述,酸性廢水中常見的酸性物質(zhì)有硫酸、硝酸、鹽酸、氫氟酸、磷酸等無機酸及醋酸、甲酸、檸檬酸等有機酸，并常溶解有金屬鹽。 堿性廢水中常見的堿性物質(zhì)有苛性鈉、碳酸鈉、硫化鈉及胺類等,電石渣,白云石,二、酸性廢水的中和處理,一）投藥中和法,1、投加藥劑 常用的堿性中和劑有石灰、電石渣和石灰石、白云石，有時也可用NaOH、Na2CO3。投藥量按化學反應計算或?qū)嶒灤_定

2、,廢水的預處理,中和藥劑的制備與投配、 混合與反應,中和產(chǎn)物的分離,泥渣的處理與利用,2、工藝過程,3、投加石灰方式,干法,濕法,管式反應器,4、中和槽類型,帶折流板的管式反應器,帶攪拌的混合反應器,儀器配置合理，實現(xiàn)了小型化,帶有多項功能的數(shù)字式pH調(diào)節(jié)儀,電磁式定量泵,小型中和裝置,5、適用范圍及特點,此法可中和任何性質(zhì)、任何濃度的酸性廢水。該法的缺點是勞動衛(wèi)生條件差，操作管理復雜，制備溶液、投配藥劑需要較多的機械設備。采用石灰質(zhì)藥劑時，其明顯的缺點是質(zhì)量難于保證，灰渣較多，沉渣體積大，且不易脫水,二）過濾中和法,1、堿性濾料,2、特點,3、適用范圍,石灰石（CaCO3） 大理石（CaCO

3、3） 白云石（CaCO3MgCO3）等,過濾中和法的優(yōu)點是操作管理簡單，出水pH值較穩(wěn)定，沉渣最少(只有廢水體積的0.1)，缺點是需要控制進水的硫酸濃度,各種酸在中和后形成的鹽具有不同的溶解度，其順序大致為： Ca(NO3)2 、CaCl2 MgSO4 CaSO4 CaCO3 、MgCO3,由此可見：中和處理硝酸、鹽酸時，濾料選用石灰石、大理石或白云石都行；中和處理碳酸時，不宜采用過濾中和法；中和處理硫酸時，最好選用含鎂的中和濾料（白云石,滾筒式中和濾池,開流式膨脹中和濾池,4、常用設備,三）利用堿性廢水和廢渣的中和法,四）利用天然水體及土壤中堿度的中和法,在同時存在酸性廢水和堿性廢水的情況下

4、，可以以廢治廢，互相中和,天然水體及土壤中的重碳酸鹽可用來中和酸性廢水，但必須持慎重態(tài)度，對其長遠影響進行觀察,三、堿性廢水的中和處理,1.投酸中和法,2.利用酸性廢水及廢氣中和法 采用煙道氣中和堿性廢水，一般在噴淋塔等裝置中進行，使廢水處理與消煙除塵、氣體的凈化結(jié)合起來,處理方法,4.2 混凝法,一、混凝法概述,是指在混凝劑的作用下，使廢水中的膠體和細微懸浮物凝聚為絮凝體，然后予以分離除去的水處理法。通過混凝法，可以去除廢水中難以用沉降法去除的細分散固體顆粒、乳狀油及膠體物質(zhì)等。 “混凝”是凝聚和絮凝的總稱（即混合和反應,膠體失去穩(wěn)定 性的過程,脫穩(wěn)膠體 相互聚集,注；膠體是顆粒粒徑在0.1

5、m1nm之間,二、膠體的穩(wěn)定性,帶相同電荷的膠粒產(chǎn)生靜電斥力，而且電動電位愈高，膠粒間的靜電斥力愈大,受水分子熱運動的撞擊，使微粒在水中作不規(guī)則的運動，即“布朗運動,膠粒之間還存在著相互引力范德華引力。當間距較大時，此引力略去不計,膠粒在水中的相互作用受以下三方面的影響,三、混凝原理,注：在廢水實際處理中，上述各種機理往往同時或交叉發(fā)揮作用，只是依條件的不同而以其中的某一種起主導作用而已,1.壓縮雙電層理論,4. 網(wǎng)捕作用,2. 電性中和作用,3. 吸附架橋作用,四、混凝劑和助凝劑,五、影響混凝效果的主要因素,1. 水溫,3.混凝劑的種類和加量,2.廢水的PH值 PH值的高低不但直接影響著污染

6、物存在的形態(tài)和表面性質(zhì)，而且影響著混凝劑的水解平衡及產(chǎn)物的存在形態(tài)和時間,4.攪拌強度和攪拌時間 混合階段攪拌強度大，時間短；反應階段攪拌強度小，時間長,22,1）混凝劑的溶解和配制,2）混凝劑溶液的投加,4）反應設備,3）混合設備,溶解池：溶解池應有攪拌裝置，以加速藥劑的溶解。 溶液池：藥劑完全溶解后，將濃藥液送人溶液池，用清水稀釋到一定的濃度備用,藥劑投入廢水中必須有計量及定量設備，并能隨時調(diào)節(jié)投加量。計量設備可以用轉(zhuǎn)子流量計、電磁流量計等。投加方式可以采用重力投加、水射器投加、及計量泵投加,水泵混合 見P60圖4.6 隔板混合 見P61圖4.8 機械混合 見P61圖4.9,隔板反應池 見

7、P62圖4.10 機械攪拌反應池 見P62圖4.11,1.混凝劑的配制和投加設備,六、化學混凝的設備,玻璃轉(zhuǎn)子流量計,塑料轉(zhuǎn)子流量計,電磁流量計,混凝投藥自控技術(shù),26,1）混凝劑的溶解和配制,2）混凝劑溶液的投加,4）反應設備,3）混合設備,溶解池：溶解池應有攪拌裝置，以加速藥劑的溶解。 溶液池：藥劑完全溶解后，將濃藥液送人溶液池，用清水稀釋到一定的濃度備用,藥劑投入廢水中必須有計量及定量設備，并能隨時調(diào)節(jié)投加量。計量設備可以用轉(zhuǎn)子流量計、電磁流量計等。投加方式可以采用重力投加、水射器投加、及計量泵投加,水泵混合 見P60圖4.6 隔板混合 見P61圖4.8 機械混合 見P61圖4.9,隔板

8、反應池 見P62圖4.10 機械攪拌反應池 見P62圖4.11,1.混凝劑的配制和投加設備,混凝機械攪拌裝置,混凝氣浮裝置,28,1）混凝劑的溶解和配制,2）混凝劑溶液的投加,4）反應設備,3）混合設備,溶解池：溶解池應有攪拌裝置，以加速藥劑的溶解。 溶液池：藥劑完全溶解后，將濃藥液送人溶液池，用清水稀釋到一定的濃度備用,藥劑投入廢水中必須有計量及定量設備，并能隨時調(diào)節(jié)投加量。計量設備可以用轉(zhuǎn)子流量計、電磁流量計等。投加方式可以采用重力投加、水射器投加、及計量泵投加,水泵混合 見P60圖4.6 隔板混合 見P61圖4.8 機械混合 見P61圖4.9,隔板反應池 見P62圖4.10 機械攪拌反應

9、池 見P62圖4.11,1.混凝劑的配制和投加設備,混凝裝置,高效渦流混凝沉淀設備,4.3 氧化還原法,一、氧化還原法,利用廢水中的污染物在化學反應過程中能被氧化或還原的性質(zhì)，將它轉(zhuǎn)變成無毒或微毒的，或易于從水中分離出來的新物質(zhì)，從而將其從廢水中除去的方法,常用氧化劑 空氣、臭氧、氯氣、次氯酸鈉及漂白粉,常用還原劑 硫酸亞鐵、亞硫酸氫鈉、硼氫化鈉、水合肼及鐵屑等,2）反應物的濃度,3）溫度,1）反應劑和還原劑的本性,5）溶液的PH值,4）催化劑及某些不純物的存在,影響處理能力的動力學因素,二、氧化法,用O2進行氧化反應，在常溫、常壓、無催化劑時，空氣氧化法（曝氣法）所需反應時間很長，使其應用受

10、到限制，如加高溫、高壓、r射線輻照等，氧化反應速度將大大加快,一）空氣（及純氧）氧化法,含硫（）廢水處理,可在各密封塔體（空塔、篩板塔、填料塔等）中進行,氯類氧化劑包括氣態(tài)氯、液態(tài)氯、次氯酸鈉、次氯酸鈣、二氧化氯等。在廢水處理中，氯氣被廣泛用作消毒劑，能殺滅細菌、在害生物，消除有毒物質(zhì)的毒性,1）堿性氯化法處理含氰廢水 2）氯化法除酚，最后被氧化為CO2和H2O 3）氯化法脫色,二）氯氧化法,產(chǎn)生臭氧的方法很多，有電解法、化學法、高能射線輻射法、無聲放電法等。目前在工業(yè)上常用干燥空氣或氧氣經(jīng)無聲放電制取,1）管式臭氧發(fā)生器 2）板式臭氧發(fā)生器（微孔擴散板式反應器,三）臭氧氧化法,管式臭氧發(fā)生器

11、,產(chǎn)生臭氧的方法很多，有電解法、化學法、高能射線輻射法、無聲放電法等。目前在工業(yè)上常用干燥空氣或氧氣經(jīng)無聲放電制取,1）管式臭氧發(fā)生器 2）板式臭氧發(fā)生器（微孔擴散板式反應器,三）臭氧氧化法,板式臭氧發(fā)生器,四）高錳酸鹽氧化法 在廢水處理中，應用于去除酚、H2S、CN-等；在給水處理中，可用于消滅藻類、除臭、除味、除鐵（）、除錳（）等,五）光輻射或放射性輻射強化氧化過程,三、還原法,一） 硫酸亞鐵石灰法除鉻 向含六價鉻廢水中加入硫酸亞鐵還原劑后，六價鉻被還原為三價鉻，再加入石灰，即形成氫氧化鉻沉淀，與廢水分離,還原法,ThemeGallery is a Design Digital Conte

12、nt & Contents mall developed by Guild Design Inc,二）還原除汞 工業(yè)含汞廢水的處理，一般采用的還原劑是比汞活潑的金屬(鐵、鋅等邊角 廢料)或醛類等。碎屑中汞的回收，則采用隔絕空氣加熱，產(chǎn)生的汞蒸氣，經(jīng)冷卻后即可回收,注：廢水中的有機汞通常先用氧化劑（如氯）將其破壞，使之轉(zhuǎn)化為無機汞后，再用金屬置換,4.4 電解法,電解法就是利用電解的基本原理，使廢水中有害物質(zhì)通過電解過程，在陰陽兩極分別發(fā)生氧化和還原反應，以轉(zhuǎn)化成無害物，達到凈化水質(zhì)的目的,一）電解氧化法 主要用于去除水中氰、酚、以及COD、S2-、有機農(nóng)藥等。 在處理中通常加入一定量的食鹽，以

13、增加溶液導電性,二）電解還原法 1.電解還原法處理含鉻廢水 當原水含鉻在100mg/L以下時，采用電解法的處理費用不比化學還原法高。此法主要缺點是鋼材消耗量大，污泥處理及利用問題尚未解決。 2. 電沉積法去除與回收廢水中的重金屬離子,一、電解氧化還原法,二、電解浮上和電解凝聚,ThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc,ThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guil

14、d Design Inc,一）電解浮上法 廢水電解時，由于水的電解及有機物的電解氧化，在電極上會有氣體（如H2、O2、CO2、Cl2等）析出。借助于電極上析出的微小氣泡而浮上分離疏水性雜質(zhì)微粒的處理技術(shù),二）電解凝聚法 電解凝聚（也稱電混凝）是以鋁、鐵等金屬為陽極，在直電流的作用下，陽極被溶蝕，產(chǎn)生Al3+、Fe2+等離子，再經(jīng)一系列水解、聚合及亞鐵的氧化過程，發(fā)展成為各種羥基絡和物，多核羥基絡和物以至氫氧化物，使廢水中的膠態(tài)雜質(zhì)，懸浮雜質(zhì)凝聚沉淀而分離,三、電解槽,電解法處理廢水所用電解槽，按水流方向可分為翻騰式、回流式及豎流式三種,4.5 離子交換法,一、離子交換法及其原理,離子交換法,利

15、用固相離子交換劑功能基團所帶的可交換離子，與接觸交換劑的溶液中相同電性的離子進行交換反應，以達到離子置換、分離、去除、濃縮等目的,二、離子交換劑的種類,離子交換劑,三、離子交換劑的特點,1）交換作用嚴格按等當量進行,2）交換作用具有可逆性,3）交換劑對交換離子有選擇性,離子交換樹脂的選擇性是廢水處理中，選擇樹脂和確定處理工藝的主要依據(jù)之一,四、離子交換法工藝過程,一） 交換階段,利用離子交換樹脂的交換能力，從廢水中分離脫除需要去除的離子,二） 反沖洗階段,三） 再生階段,四） 清洗階段,目的是松動樹脂，使再生液能均勻滲入層中，與交換劑顆粒充分接觸；把過濾過程中產(chǎn)生的破碎粒子和截留的污物沖走,洗

16、滌殘留的再生液和再生時可能出現(xiàn)的反應產(chǎn)物,五、離子交換設備,固定床,床層固定不變，水流由上而下流動,固定床離子交換器,五、離子交換設備,固定床,移動床,床層固定不變，水流由上而下流動,工作時，定期從交換柱排出部分失效樹脂，送到再生柱再生，同時補充等量的新鮮樹脂參與工作,移動床離子交換器,五、離子交換設備,固定床,移動床,流動床,床層固定不變，水流由上而下流動,工作時，定期從交換柱排出部分失效樹脂，送到再生柱再生，同時補充等量的新鮮樹脂參與工作,交換樹脂再連續(xù)移動中實現(xiàn)交換和再生,流動床離子交換器,六、影響離子交換能力的因素,堵塞、包裹,廢水中懸浮物,與固定離子牢固結(jié)合,有機物,引起樹脂中毒,高

17、價金屬離子,強酸和強堿樹脂交換能力基本上與pH無關(guān)。 弱酸或弱堿性樹脂在pH高或低時才能得到較大的交換能力,pH值,加速樹脂的老化與分解,氧化劑,4.6 吸附法,吸附劑與被吸附物質(zhì)之間是通過分子間引力(即范德華力)而產(chǎn)生吸附，稱為物理吸附。一般在低溫下進行的吸附主要是物理吸附,1、物理吸附,吸附劑與被吸附物質(zhì)之間產(chǎn)生化學作用，生成化學鍵引起吸附，稱為化學吸附。 化學吸附是有選擇性的，且不易吸附與解吸，達到平衡慢?；瘜W吸附速度隨溫度升高而增加，故常在高溫下進行,2、化學吸附,一、吸附原理,一種吸附質(zhì)的離子，由于靜電引力，被吸附在吸附劑表面的帶電點上。 如果吸附質(zhì)的濃度相同，離子帶的電荷越多，吸附

18、就越強。對電荷相同的離子，水化半徑越小，越能緊密的接近吸附點，越有利于吸附,3、離子交換吸附,一方面是吸附質(zhì)的粒子被吸附劑的表面所吸附；另一方面則是有部分被吸附的粒子，由于熱運動脫離吸附劑的表面而解吸,4、吸附作用的可逆過程,二、影響吸附的因素,影響因素,2、吸附質(zhì)的物理化學性質(zhì),5、共存物的影響,6、接觸時間,1、吸附劑的物理化學性質(zhì),3、廢水的PH值,4、溫度,活性碳,離子吸附樹脂,三、吸附劑的種類,在工業(yè)廢水中用到的吸附劑有活性炭、磺化煤、木炭、焦炭、硅藻土、爐渣、木屑以及粘土等。一般吸附劑均呈松散多孔性結(jié)構(gòu)，具有巨大的比表面積。不同的吸附劑對處理吸附質(zhì)會有不同的效果，使用時應注意選擇,

19、1.吸附的工藝過程,四、吸附運轉(zhuǎn)方式,吸附劑與廢水接觸吸附,吸附劑與廢水分離,吸附劑的再生或更新,2.運轉(zhuǎn)方式,一般可分為間歇與連續(xù)兩種,采用兩個固定床裝置并聯(lián)，使用一個時，則另一個備用,1）固定床動態(tài)吸附,在移動床中吸附劑不斷移動，流進流出，不斷再生補充,2）移動床吸附,吸附劑在塔內(nèi)處于膨脹狀態(tài)，懸浮于由下而上的水流中，膨脹床的吸附率高，適于處理懸浮物含量較高的廢水,3）流化床吸附,3.吸附操作方式,吸附塔,4.7 膜分離法,一、擴散滲析法,擴散滲析是使高濃度溶液中的溶質(zhì)透過薄膜向低濃度溶液中遷移的過程，擴散滲析的推動力是薄膜兩側(cè)的濃度差,二、電滲析,電滲析的基本原理：電滲析是利用離子選擇性半透膜處理廢水，在外加直流電場作用下，水中帶電荷離子在電場作用下作定向遷移，利用陰、陽離子交換膜對水中離子的選擇透過性（陽離子交換膜只允許陽離子透過；陰離子交換膜只允許陰離子透過），使一部分溶液中的離子遷移到另一部分溶液中去，同時達到濃縮、分離的目的,離子交換膜的性能要求 （1）選