常見(jiàn)廢水處理技術(shù)方法物理化學(xué)法

常見(jiàn)廢水處理技術(shù)方法物理化學(xué)法（1）了解離子交換法：離子交換反應(yīng)原理、離子交換劑的種類和性質(zhì)離子交換樹(shù)脂的原理離子交換樹(shù)脂是一類具有離子交換功能的高分子材料。在溶液中它能將本身的離子與溶液中的同號(hào)離子進(jìn)行交換。按交換基團(tuán)性質(zhì)的不同，離子交換樹(shù)脂可分為陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和陰離子交換樹(shù)脂兩類。陽(yáng)離子交換樹(shù)脂大都含有磺酸基（—SO3H）、羧基（—COOH）或苯酚基（—C6H4OH）等酸性基團(tuán)，其中的氫離子能與溶液中的金屬離子或其他陽(yáng)離子進(jìn)行交換。例如苯乙烯和二乙烯苯的高聚物經(jīng)磺化處理得到強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，其結(jié)構(gòu)式可簡(jiǎn)單表示為R—SO3H，式中R代表樹(shù)脂母體，其交換原理為2R—SO3H＋Ca2+—（R—SO3）2Ca＋2H+這也是硬水軟化的原理。陰離子交換樹(shù)脂含有季胺基[-N（CH3）3OH]、胺基（—NH2）或亞胺基（—NH2）等堿性基團(tuán)。它們?cè)谒心苌蒓H-離子，可與各種陰離子起交換作用，其交換原理為R—N（CH3）3OH＋Cl-R—N（CH3）3Cl＋OH-由于離子交換作用是可逆的，因此用過(guò)的離子交換樹(shù)脂一般用適當(dāng)濃度的無(wú)機(jī)酸或堿進(jìn)行洗滌，可恢復(fù)到原狀態(tài)而重復(fù)使用，這一過(guò)程稱為再生。陽(yáng)離子交換樹(shù)脂可用稀鹽酸、稀硫酸等溶液淋洗；陰離子交換樹(shù)脂可用氫氧化鈉等溶液處理，進(jìn)行再生。離子交換樹(shù)脂的用途很廣，主要用于分離和提純。例如用于硬水軟化和制取去離子水、回收工業(yè)廢水中的金屬、分離稀有金屬和貴金屬、分離和提純抗生素等。離子交換樹(shù)脂的基本類型(１)強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂這類樹(shù)脂含有大量的強(qiáng)酸性基團(tuán)，如磺酸基－SO3H，容易在溶液中離解出H+，故呈強(qiáng)酸性。樹(shù)脂離解后，本體所含的負(fù)電基團(tuán)，如SO3－，能吸附結(jié)合溶液中的其他陽(yáng)離子。這兩個(gè)反應(yīng)使樹(shù)脂中的H+與溶液中的陽(yáng)離子互相交換。強(qiáng)酸性樹(shù)脂的離解能力很強(qiáng)，在酸性或堿性溶液中均能離解和產(chǎn)生離子交換作用。樹(shù)脂在使用一段時(shí)間后，要進(jìn)行再生處理，即用化學(xué)藥品使離子交換反應(yīng)以相反方向進(jìn)行，使樹(shù)脂的官能基團(tuán)回復(fù)原來(lái)狀態(tài)，以供再次使用。如上述的陽(yáng)離子樹(shù)脂是用強(qiáng)酸進(jìn)行再生處理，此時(shí)樹(shù)脂放出被吸附的陽(yáng)離子，再與H+結(jié)合而恢復(fù)原來(lái)的組成。(２)弱酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂這類樹(shù)脂含弱酸性基團(tuán)，如羧基－COOH，能在水中離解出H+而呈酸性。樹(shù)脂離解后余下的負(fù)電基團(tuán)，如R-COO－(R為碳?xì)浠鶊F(tuán))，能與溶液中的其他陽(yáng)離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陽(yáng)離子交換作用。這種樹(shù)脂的酸性即離解性較弱，在低pH下難以離解和進(jìn)行離子交換，只能在堿性、中性或微酸性溶液中(如pH5～14)起作用。這類樹(shù)脂亦是用酸進(jìn)行再生(比強(qiáng)酸性樹(shù)脂較易再生)。（3）強(qiáng)堿性陰離子樹(shù)脂這類樹(shù)脂含有強(qiáng)堿性基團(tuán)，如季胺基(亦稱四級(jí)胺基)－NR3OH(R為碳?xì)浠鶊F(tuán))，能在水中離解出OH－而呈強(qiáng)堿性。這種樹(shù)脂的正電基團(tuán)能與溶液中的陰離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陰離子交換作用。這種樹(shù)脂的離解性很強(qiáng)，在不同pH下都能正常工作。它用強(qiáng)堿(如NaOH)進(jìn)行再生。(４)弱堿性陰離子樹(shù)脂這類樹(shù)脂含有弱堿性基團(tuán)，如伯胺基(亦稱一級(jí)胺基)-NH2、仲胺基(二級(jí)胺基)-NHR、或叔胺基(三級(jí)胺基)-NR2，它們?cè)谒心茈x解出OH－而呈弱堿性。這種樹(shù)脂的正電基團(tuán)能與溶液中的陰離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陰離子交換作用。這種樹(shù)脂在多數(shù)情況下是將溶液中的整個(gè)其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性條件(如pH1～9)下工作。它可用Na2CO3、NH4OH進(jìn)行再生。(５)離子樹(shù)脂的轉(zhuǎn)型以上是樹(shù)脂的四種基本類型。在實(shí)際使用上，常將這些樹(shù)脂轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌x子型式運(yùn)行，以適應(yīng)各種需要。例如常將強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂與NaCl作用，轉(zhuǎn)變?yōu)殁c型樹(shù)脂再使用。工作時(shí)鈉型樹(shù)脂放出Na+與溶液中的Ca2+、Mg2+等陽(yáng)離子交換吸附，除去這些離子。反應(yīng)時(shí)沒(méi)有放出H+，可避免溶液pH下降和由此產(chǎn)生的副作用(如蔗糖轉(zhuǎn)化和設(shè)備腐蝕等)。這種樹(shù)脂以鈉型運(yùn)行使用后，可用鹽水再生(不用強(qiáng)酸)。又如陰離子樹(shù)脂可轉(zhuǎn)變?yōu)槁刃驮偈褂?，工作時(shí)放出Cl－而吸附交換其他陰離子，它的再生只需用食鹽水溶液。氯型樹(shù)脂也可轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓釟湫?HCO3－)運(yùn)行。強(qiáng)酸性樹(shù)脂及強(qiáng)堿性樹(shù)脂在轉(zhuǎn)變?yōu)殁c型和氯型后，就不再具有強(qiáng)酸性及強(qiáng)堿性，但它們?nèi)匀挥羞@些樹(shù)脂的其他典型性能，如離解性強(qiáng)和工作的pH范圍寬廣等。離子交換樹(shù)脂的構(gòu)造和特性（2）熟悉膜分離技術(shù)：電滲析、反滲透、超濾A、電滲析原理滲析是指溶液中溶質(zhì)通過(guò)半透膜的現(xiàn)象。自然滲析的推動(dòng)力是半透膜兩側(cè)溶質(zhì)的濃度差。在直流電場(chǎng)的作用下，離子透過(guò)選擇性離子交換膜的現(xiàn)象稱為電滲析。離子交換膜是由高分子材料制成的對(duì)離子具有選擇透過(guò)性的薄膜。主要分陽(yáng)離子交換膜（CM，簡(jiǎn)稱陽(yáng)膜）和陰離子交換膜（AM，簡(jiǎn)稱陰膜）兩種。陽(yáng)膜由于膜體固定基帶有負(fù)電荷離子，可選擇透過(guò)陽(yáng)離子；陰膜由于膜體固定基帶有正電荷離子，可選擇透過(guò)陰離子。陽(yáng)膜透過(guò)陽(yáng)離子，陰膜透過(guò)陰離子的性能稱為膜的選擇透過(guò)性。電滲析過(guò)程最基本的工作單元稱為膜對(duì)。一個(gè)膜對(duì)構(gòu)成一個(gè)脫鹽室和一個(gè)濃縮室。一臺(tái)實(shí)用電滲析器由數(shù)百個(gè)膜對(duì)組成。圖3.2-1簡(jiǎn)明地示出電滲析器工作原理。電滲析器的主要部件為陰、陽(yáng)離子交換膜，隔板與電極三部分。隔板構(gòu)成的隔室為液流經(jīng)過(guò)的通道。淡水經(jīng)過(guò)的隔室為脫鹽室，濃水經(jīng)過(guò)的隔室為濃縮室。若把陰、陽(yáng)離子交換膜與濃、淡水隔板交替排列，重復(fù)疊加，再加上一對(duì)端電極，就構(gòu)成了一臺(tái)實(shí)用電滲析器。若電滲析器各系統(tǒng)進(jìn)液都為NaCl溶液，在通電情況下，淡水隔室中的Na+向陰極方向遷移，Cl－向陽(yáng)極方向遷移，Na+與Cl－就分別透過(guò)CM與AM遷移到相鄰的隔室中去。這樣淡水隔室中的NaCl溶液濃度便逐漸降低。相鄰隔室，即濃水隔室中的NaCl溶液濃度相應(yīng)逐漸升高，從電滲析器中就能源源不斷地流出淡化液與濃縮液。淡水水路系統(tǒng)、濃水水路系統(tǒng)與極水水路系統(tǒng)的液流由水泵供給，互不相混，并通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的布、集水機(jī)構(gòu)使其在電滲析內(nèi)部均勻分布，穩(wěn)定流動(dòng)。從供電網(wǎng)供給的交流電，經(jīng)整流器變?yōu)橹绷麟?，由電極引入電滲析器。經(jīng)過(guò)在電極溶液界面上的電化學(xué)反應(yīng)，完成由電子導(dǎo)電轉(zhuǎn)化為離子導(dǎo)電的過(guò)程。用夾緊板緊固在一起的膜堆部分稱為電滲析器。電滲析要進(jìn)行工作，必須有水泵、整流器等輔助設(shè)備，還必須有進(jìn)水預(yù)處理設(shè)施。通常把電滲析器及輔助設(shè)備總稱為電滲析裝置。就過(guò)程基本原理而言，電滲析技術(shù)至少有以下四方面的用途。（1）從電解質(zhì)溶液中分離出部分離子，使電解質(zhì)溶液的濃度降低。如海水、苦咸水淡化制取飲用水與工業(yè)用水；工業(yè)用初級(jí)純水的制備；廢水處理等。特別苦咸水淡化是目前電滲析技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域。（2）把溶液中部分電解質(zhì)離子轉(zhuǎn)移到另一溶液系統(tǒng)中去，并使其濃度增高。海水濃縮制鹽是這方面成功應(yīng)用的典型例子。又如化工產(chǎn)品的精制、工業(yè)廢液中有用成分的回收等也屬于這方面的應(yīng)用。（3）從有機(jī)溶液中去除電解質(zhì)離子。目前主要用于食品和醫(yī)藥工業(yè)。在乳清脫鹽、糖類脫鹽和氨基酸精制中應(yīng)用得比較成功。（4）電解質(zhì)溶液中同電性具有不同電荷的離子的分離和同電性同電荷離子的分離。使用只允許一價(jià)離子透過(guò)的離子交換膜濃縮海水制鹽，是前者工業(yè)化應(yīng)用的實(shí)例；后者因無(wú)實(shí)用的膜，處于開(kāi)發(fā)研究階段，如鹵水中鋰的分離已研究多年。B、反滲透原理反滲透又稱逆滲透，一種以壓力差為推動(dòng)力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作。對(duì)膜一側(cè)的料液施加壓力，當(dāng)壓力超過(guò)它的滲透壓時(shí)，溶劑會(huì)逆著自然滲透的方向作反向滲透。從而在膜的低壓側(cè)得到透過(guò)的溶劑，即滲透液；高壓側(cè)得到濃縮的溶液，即濃縮液。若用反滲透處理海水，在膜的低壓側(cè)得到淡水，在高壓側(cè)得到鹵水。反滲透裝置（簡(jiǎn)稱RO裝置）在除鹽系統(tǒng)中屬關(guān)鍵設(shè)備，裝置利用膜分離技術(shù)除去水中大部份離子、SiO2等，大幅降低TDS、減輕后續(xù)除鹽設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷。RO是將原水中的一部分沿與膜垂直的方向通過(guò)膜，水中的鹽類和膠體物質(zhì)將在膜表面濃縮，剩余一部分原水沿與膜平行的方向?qū)饪s的物質(zhì)帶走，在運(yùn)行過(guò)程中自清洗。膜元件的水通量越大，回收率越高則其膜表面濃縮的程度越高，由于濃縮作用，膜表面處的物質(zhì)溶度高于主體水流中物質(zhì)濃度，產(chǎn)生所謂的濃差極化現(xiàn)象。濃差極化會(huì)使膜表面鹽的濃度高，增大膜的滲透壓，引起鹽透過(guò)率增大，為提高給水的壓力而需要多消耗能量，因此在運(yùn)行過(guò)程中必須采用合適的措施（例如增大濃水側(cè)水的湍流度）減少濃差極化的程度。RO膜進(jìn)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)水壓力≥0.2MPa進(jìn)水溫度5~40℃進(jìn)水pH=4~9總?cè)芙庑怨腆wTDS≤1000mg/L余氯≤0.05mg/LSDI≤5總鐵Fe≤0.1mg/LCOD≤1.5mg/LTOC≤2mg/LNTU≤0.5mg/L影響反滲透性能的因素進(jìn)水水質(zhì)的影響a、色度、濁度和膠體有機(jī)物：懸浮物和膠體物質(zhì)非常容易堵塞RO膜，使透水率很快下降，脫鹽率降低;b、氧化劑：氧化劑會(huì)使復(fù)合膜性能惡化，水中含游離氯時(shí)，通常用活性炭吸附或加注還原劑，使游離氯還原到指標(biāo)值以下;c、PH值：控制PH值的目的主要是防止(CaCO3)析出后形成水垢;d、鐵、錳、鋁等重金屬氧化物：其含量高時(shí)，在膜表面易形成氫氧化物膠體，產(chǎn)生沉積現(xiàn)象;e、細(xì)菌、微生物：細(xì)菌繁殖會(huì)污染膜并惡化水質(zhì);f、硫酸根(SO42-)，二氧化硅(SiO2)：水中含有多量硫酸根時(shí)，易產(chǎn)生硫酸鈣沉淀，含有多量SiO2時(shí)，也易產(chǎn)生沉淀，為防止沉淀，當(dāng)濃水CaSO4溶度積>19×10-5時(shí),可加注六偏磷酸鈉,盡量避免濃水中SiO2含量超過(guò)100mg/L。運(yùn)行因素的影響a、壓力滲透液通量隨作用壓力成線型增加，而滲透液的含鹽量隨作用壓力而減少。b、溫度若其他參數(shù)保持固定只增加溫度，滲透液通量及鹽通過(guò)量都隨之增加，但滲透液通量變化更為明顯(見(jiàn)圖3)，一般來(lái)說(shuō)，溫度每提高1℃，透水量增加1-3%，而一般膜的額定通量是在25℃時(shí)給出的,下表8標(biāo)示了不同溫度下產(chǎn)水量修正系數(shù)。實(shí)際產(chǎn)水量=額定產(chǎn)水量(25℃時(shí))/修正系數(shù)。C、超濾原理超濾是采用中空纖維過(guò)濾新技術(shù)，配合三級(jí)預(yù)處理過(guò)濾清除自來(lái)水中雜質(zhì)；超濾微孔小于0.01微米，能徹底濾除水中的細(xì)菌、鐵銹、膠體等有害物質(zhì)，保留水中原有的微量元素和礦物質(zhì)。超濾是一種加壓膜分離技術(shù)，即在一定的壓力下，使小分子溶質(zhì)和溶劑穿過(guò)一定孔徑的特制的薄膜，而使大分子溶質(zhì)不能透過(guò)，留在膜的一邊，從而使大分子物質(zhì)得到了部分的純化。超濾原理也是一種膜分離過(guò)程原理，超濾利用一種壓力活性膜，在外界推動(dòng)力(壓力)作用下截留水中膠體、顆粒和分子量相對(duì)較高的物質(zhì)，而水和小的溶質(zhì)顆粒透過(guò)膜的分離過(guò)程。通過(guò)膜表面的微孔篩選可截留分子量為30000—10000的物質(zhì)。當(dāng)被處理水借助于外界壓力的作用以一定的流速通過(guò)膜表面時(shí)，水分子和分子量小于300—500的溶質(zhì)透過(guò)膜，而大于膜孔的微粒、大分子等由于篩分作用被截留，從而使水得到凈化。也就是說(shuō)，當(dāng)水通過(guò)超濾膜后，可將水中含有的大部分膠體硅除去，同時(shí)可去除大量的有機(jī)物等。超濾原理并不復(fù)雜。在超濾過(guò)程中，由于被截留的雜質(zhì)在膜表面上不斷積累，會(huì)產(chǎn)生濃差極化現(xiàn)象，當(dāng)膜面溶質(zhì)濃度達(dá)到某一極限時(shí)即生成凝膠層，使膜的透水量急劇下降，這使得超濾的應(yīng)用受到一定程度的限制。為此，需通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行研究，以確定最佳的工藝和運(yùn)行條件，最大限度地減輕濃差極化的影響，使超濾成為一種可靠的反滲透預(yù)處理方法。（3）了解其它：萃取法、吹脫法、汽體法一、吹脫法吹脫法的基本原理是：將空氣通入廢水中，改變有毒有害氣體溶解于水中所建立的氣液平衡關(guān)系，使這些揮發(fā)物質(zhì)由液相轉(zhuǎn)為氣相，然后予以收集或者擴(kuò)散到大氣中去。吹脫過(guò)程屬于傳質(zhì)過(guò)程；其推動(dòng)力為廢水中揮發(fā)物質(zhì)的濃度與大氣中該物質(zhì)的濃度差。

吹脫法用于去除廢水中的CO2、H2S、HCN、CS2等溶解性有毒有害氣體。吹脫曝氣既可以脫除原來(lái)存于廢水中的溶解氣體，也可以脫除化學(xué)轉(zhuǎn)化而形成的溶解氣體。例如，廢水中的硫化鈉和氰化鈉是固態(tài)鹽在水中的溶解物，在酸性條件下，由于它們離解生成的S2-和CN-離子能和H+離子反應(yīng)生成H2S和HCN，經(jīng)過(guò)曝氣吹脫，就可以將它們以氣體形式脫除。這種吹脫曝氣稱為轉(zhuǎn)化吹脫法。用吹脫法處理廢水的過(guò)程中，污染物不斷地由液相轉(zhuǎn)入氣相，易引起二次污染，防止的方法有以下三類：(1)中等濃度的有害氣體，可以導(dǎo)入爐內(nèi)燃燒；(2)高濃度的有密氣體應(yīng)回收利用；(3)符合排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可以向大氣排放。吹脫設(shè)備類型很多，經(jīng)常使用的為強(qiáng)化式吹脫池(鼓泡池)和塔式吹脫裝置(吹脫塔)。二、汽提法汽提法的基本原理與吹脫法相同，只是所使用的介質(zhì)不是空氣而是水蒸氣。即使用水蒸氣與廢水直接接觸，將廢水中的揮發(fā)性有毒有害物質(zhì)按一定比例擴(kuò)散到氣相中去，從而達(dá)到從廢水中分離污染物的目的。汽提法分離污染物的機(jī)理視活染物的性質(zhì)而異；一般可歸納為以下兩種：(1)簡(jiǎn)單蒸餾

對(duì)于與水互溶的揮發(fā)性物質(zhì)，利用其在氣液平衡條件下，在氣相中的濃度大于在液相中的濃度這一特性，通過(guò)蒸氣直接加熱，使其在沸點(diǎn)(水與揮發(fā)物兩沸點(diǎn)之間的某一溫度)下按一定比例富集于氣相。(2)蒸氣蒸餾

對(duì)于與水不互溶或幾乎不互溶的揮發(fā)性污染物質(zhì)，利用混合液的沸點(diǎn)低于兩組分沸點(diǎn)這一特性，可將高沸點(diǎn)揮發(fā)物在較低溫度下加以分離除去。例如，廢水今的松節(jié)油、苯胺、酚、硝基苯等物質(zhì)，在低于100℃的條件下，應(yīng)用蒸氣蒸餾法可將其有效脫除。

汽提通常都在封閉的塔內(nèi)進(jìn)行。重要的汽提塔有兩大類：填料塔和板式塔。本節(jié)將重點(diǎn)介紹各種板式塔。板式塔是一種傳質(zhì)效率比填料塔更高的設(shè)備。這稱塔的關(guān)鍵部件是塔板。根據(jù)塔板結(jié)構(gòu)的不同，又可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔、舌形塔和浮動(dòng)噴射塔等，其中前三種應(yīng)用較廣。三、萃取法廢水萃取處理法是廢水物理化學(xué)處理法之一種。利用萃取劑，通過(guò)萃取作用使廢水凈化的方法。根據(jù)一種溶劑對(duì)不同物質(zhì)具有不同溶解度這一性質(zhì)，可將溶于廢水中的某些污染物完全或部分分離出來(lái)。向廢水中投加不溶于水或難溶于水的溶劑（萃取劑），使溶解于廢水中的某些污染物（被萃取物）經(jīng)萃取劑和廢水兩液相間界面轉(zhuǎn)入萃取劑中以凈化廢水的方法。萃取處理法一般用于處理濃度較高的含酚或含苯胺、苯、醋酸等工業(yè)廢水。萃取方法和設(shè)備液－液萃取操作流程分為三個(gè)步驟：混合：使廢水和萃取劑最大限度地接觸；分離：使輕、重液層完全分離；萃取劑再生：萃取后，分離出被萃取物，回收萃取劑，重復(fù)使用。按廢水和萃取劑的接觸情況，萃取操作分為間歇萃取和連續(xù)萃取兩類。間歇萃取一般采用多段逆流方式，使待萃取的廢水與將近飽和的萃取劑相遇，而新的萃取劑與經(jīng)過(guò)幾段萃取后的稀廢水相遇。這種方式采用的設(shè)備多為攪拌萃取器，容器中裝有旋槳式或渦輪式攪拌器,通過(guò)攪拌,使兩液相充分混合、接觸,然后靜置一段時(shí)間,輕重液分層，分別放出。這種方法設(shè)備簡(jiǎn)單,可節(jié)省萃取劑,但生產(chǎn)能力低，可用于處理間歇排出的少量廢水。連續(xù)萃取多采用塔式裝置，常用的有往復(fù)篩板萃取塔、轉(zhuǎn)盤萃取塔和離心萃取機(jī)等。①往復(fù)篩板萃取塔：分三個(gè)部分，塔上下兩部