第3章三廢處理之化學(xué)法

1、1,3.1 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,2,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)反應(yīng)，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、易于分離的新物質(zhì),3,3.2.1 中和法 3.2.2 化學(xué)沉淀法 3.2.2 氧化還原法,本講主要內(nèi)容,4,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、氧化還原法。 化學(xué)沉淀法：主要用于重金屬離子（銅、鎳、鉻、鋅、鉛等）的處理， 氧化還原法：主要用于含氰和含鉻廢水處理。,5,適合酸洗車間和電鍍車間

2、 排出的大量酸堿廢水。,3.2.1 中和法, 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 6.58.5 之間即可排放。, pH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,6,一、 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)反應(yīng)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，反應(yīng)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。,7,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。,8

3、,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。,9,（1）投加化學(xué)沉淀劑，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，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，將沉淀從溶液中分離出來(lái)；（3）污泥的處理和回收利用。,化 學(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)反應(yīng)，形成難溶的固體物而分離除去的方法。,3.2.2 化學(xué)沉淀法,10, 氣體沉淀劑 NH3、CO2、SO2、H2S等。 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。 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

4、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: Hg 2+、Cd 2+、Pb 2+、Cu 2+、Zn 2+、Cr6+， 陰離子如: SO42-、PO43-。,11,水中的難溶鹽服從溶度積原則。 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 =mMnnNm KspMn m Nmn 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)MnmNmnKsp時(shí)，溶液過(guò)飽和，超過(guò)飽和那部分將析出沉淀。 當(dāng)MnmNmnKsp時(shí)，溶液不飽和，難溶鹽將溶解。,

5、1. 化學(xué)沉淀原理,12,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 Mnm NmnKsp 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Mnm 值降低，也就是使Mn離子更完全地去除，可以考慮增大Nmn 值，也就是增大沉淀劑的用量。 一般不超過(guò)理論用量的2050。,13,若用氫氧化物做沉淀劑，廢水中的金屬離子加堿后的反應(yīng)為： M n 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M n，則 溶度積 KspM nOHn 水的離子積 KwOHH=1014 ( 25) OHKw /H,14,將上式代入溶度積計(jì)算式，兩邊取負(fù)對(duì)

6、數(shù)得： 1gH= (1g1014 1g ) 1gH=14 (1gM n 1gKsp) 即 lgM nlg Ksp14nnpH,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。,15,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0.11m 之間-真溶液； 粒度在1 100m 之間-膠體溶液或懸浮液， 采用混凝處理； 粒度大于100m -懸浮液，采用沉淀或過(guò)濾處理。,2. 混凝沉淀法,16,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

7、撞和互聚形成有明顯沉淀性能的絮凝體，從而由水中分離出來(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,17,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；,18,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)。,（2）混凝劑,19,20,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

8、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,21,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2040 當(dāng)pH=47時(shí)，主要去除有機(jī)物； pH=5.77.8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,22,明礬（十二水合硫酸鋁鉀 KAl（SO4）212H2O） 凈水劑明礬溶于水后電離產(chǎn)生了Al 3+，Al 3+與水電離產(chǎn)生 的OH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

9、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，以達(dá)到滅火的目的。 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,23,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（Polyaluminium Chloride） 簡(jiǎn)稱PAC,24,25,生產(chǎn)地：遼寧遼陽(yáng)市凈水廠、山東聊城鳳民凈水原

10、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.,26,聚合硫酸鐵（簡(jiǎn)稱聚鐵） Polymeric Ferric Sulfate 縮寫（PFS）,高效無(wú)機(jī)高分子絮凝劑 能快速中和水中膠體微粒表面的負(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

11、水的凈化處理。,27,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。 絮凝劑在加入漂染污水中，會(huì)立即發(fā)生電化學(xué)一系列的反應(yīng)（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,28,聚丙烯酰胺（Polyacrylamide）縮寫（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表面的電荷，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，從而起到固液分

12、離的最終目的。,29,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，制水成本低，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)境材料有限公司、濟(jì)南濼潤(rùn)水處理科技有限公司、北京明建科技有限公司、鞏義市瑞華供水材料有限公司等等。,30,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

13、 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,31,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318 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,32,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)散層中的大部分反離子會(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，此電位稱為電位。,膠體的穩(wěn)定性,33,膠體間的相互斥力不僅

14、與電位有關(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)能不足以將兩顆膠粒推進(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)。,34,膠體脫穩(wěn)凝聚機(jī)理和方法,35,膠體脫穩(wěn)凝聚機(jī)理和方法,36,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：13加干粉量：26kg/h整機(jī)功率：4kW,（4）混凝設(shè)備,37,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:,38,(2) 混凝劑溶液的投加,39,混合設(shè)備,(1) 水泵混

15、合,(2) 隔板混合,(3) 機(jī)械混合,40,反應(yīng)設(shè)備,(1) 隔板反應(yīng)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。,41,(2) 機(jī)械反應(yīng)池,42,通過(guò)氧化還原反應(yīng)可以把有毒的污染物變成無(wú)毒害或微毒害的污染物，從而達(dá)到凈化處理的目的。 氧化還原反應(yīng)是一種可逆反應(yīng)，通式如下： 氧化劑 + 還原劑 還原劑 + 氧化劑,3.2.3 氧化還原法,若投加藥劑在反應(yīng)中作為還原劑，稱為還原處理法； 若投加藥劑在反應(yīng)中作為氧化劑，稱為氧化處理法。,43,某種物質(zhì)能否表現(xiàn)出氧化劑或還原劑的作用，主要由反應(yīng)雙方的氧化還原能力的對(duì)比情況來(lái)決定。 氧化還原能力就是指某種物質(zhì)失去或取得電

16、子的難易程度，可以統(tǒng)一用氧化還原電位作為指標(biāo)。,常見(jiàn)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位值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還原劑，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。 氧化劑與還原劑的電位差越大，反應(yīng)越容易發(fā)生，而且進(jìn)行得越完全。,44,1）藥劑氧化法 處理對(duì)象：廢水中的CN、S2、Fe 2+、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。,45,2) 藥劑還原法 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

17、含鉻廢水。 常用的還原劑有：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。,46,3.2 化學(xué)法小結(jié),中和法 化學(xué)沉淀法 氧化還原法,47,一、某縣水文及地質(zhì)資料 （1）水源地：水庫(kù)水。 （2）水質(zhì)資料：濁度50NTU，色度35度，pH值6.9，總硬度160 mg/ （以CaCO3 計(jì)），細(xì)菌總數(shù)600個(gè)/，大 腸菌群76個(gè)/。 （3）水溫：多年統(tǒng)計(jì)，月平均4.526.8。工程地質(zhì)條件良好。 （4）其他：年平均氣溫11.313.6，年雨量529638mm，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),水處理工藝流程,48,二、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)供應(yīng)情況。 （1）確定在絮凝池中投加什么藥劑使水中的污染物形成絮凝體? （2）斜管沉淀池在流程中起什么作用，簡(jiǎn)述沉淀過(guò)程. （3）確定采用的普通快濾池類型，濾料如何布置？,49,三、設(shè)備設(shè)計(jì) 斜板沉淀池是一種極有發(fā)展前途的高效能沉淀設(shè)備， 調(diào)查： （1）此設(shè)備處理廢水的適用場(chǎng)合？研究現(xiàn)狀? （2）查閱了哪些資料？存在什么問(wèn)題？設(shè)計(jì)難點(diǎn)？ （3）斜板沉淀