水污染控制工程第16章课件

水污染控制工程第16章水污染控制工程第16章 污水的化学处理是利用化学反应的作用以去除污水的化学处理是利用化学反应的作用以去除水中的杂质。水中的杂质。 处理对象主要是污水中无机的或有机的处理对象主要是污水中无机的或有机的(难于生难于生物降解的物降解的)溶解物质或胶体物质。溶解物质或胶体物质。 常用的化学处理方法有中和法、化学混凝、化常用的化学处理方法有中和法、化学混凝、化学沉淀法和氧化还原法。学沉淀法和氧化还原法。水污染控制工程第16章水污染控制工程第16章水污染控制工程第16章 常用碱式中和药剂是石灰、电石渣、石灰石等，常用碱式中和药剂是石灰、电石渣、石灰石等，有时也采用苛性钠和碳酸钠。酸式中和药剂为废酸、有时也采用苛性钠和碳酸钠。酸式中和药剂为废酸、粗制酸、粗制酸、烟道气烟道气等。等。 中和药剂的投加量，可按化学反应式进行估算。中和药剂的投加量，可按化学反应式进行估算。 石灰常使用熟石灰，配制成石灰乳液，浓度在石灰常使用熟石灰，配制成石灰乳液，浓度在10左右，反应在池中进行。左右，反应在池中进行。 石灰量多时，可用生石灰。石灰量多时，可用生石灰。 为了防止产生沉淀，石灰乳槽均装有搅拌设备。为了防止产生沉淀，石灰乳槽均装有搅拌设备。水污染控制工程第16章一、一、 投加法投加法 中和药剂的投加量，可按化学反应式进行估算。中和药剂的投加量，可按化学反应式进行估算。 为了防止产生沉淀，石灰乳槽均装有搅拌设备。为了防止产生沉淀，石灰乳槽均装有搅拌设备。G=(K/P)(Qc1a1+ Qc2a2)式中，式中，Q：废水流量；：废水流量；c1：废水含酸量；：废水含酸量；a1：中和：中和1kg酸所需要的碱性药剂；酸所需要的碱性药剂； a2：中和：中和1kg酸性盐类所酸性盐类所需要的碱性药剂；需要的碱性药剂； c2：废水中需中和的酸性盐类量；：废水中需中和的酸性盐类量；含酸量；含酸量；K：反应加大系数；：反应加大系数；P：药剂的有效成分含：药剂的有效成分含量量水污染控制工程第16章水污染控制工程第16章酸性废水投药中和流程酸性废水投药中和流程水污染控制工程第16章二、过滤法二、过滤法 石灰石或白云石作中和剂时常呈粗粒状，可作石灰石或白云石作中和剂时常呈粗粒状，可作滤料，故用过滤法。滤料，故用过滤法。水污染控制工程第16章水污染控制工程第16章水污染控制工程第16章过滤中和设备过滤中和设备水污染控制工程第16章水污染控制工程第16章水污染控制工程第16章水污染控制工程第16章中和滤池运行中的注意事项中和滤池运行中的注意事项水污染控制工程第16章水污染控制工程第16章一一、混凝原理混凝原理 化学混凝化学混凝处理的对象主处理的对象主要是水中的微要是水中的微小悬浮物和胶小悬浮物和胶体杂质。体杂质。1. 胶体的稳定性胶体的稳定性水污染控制工程第16章胶体所胶体所受影响受影响 由于上述的胶体带电现象，带相同电由于上述的胶体带电现象，带相同电荷的胶粒产生静电斥力，而且荷的胶粒产生静电斥力，而且电位越高，电位越高，胶粒间的静电斥力越大胶粒间的静电斥力越大 受水分子热运动的撞击，使微粒在水受水分子热运动的撞击，使微粒在水中作不规则的运动，即中作不规则的运动，即“布朗运动布朗运动” 胶粒之间还存在着相互引力胶粒之间还存在着相互引力范徳范徳华引力华引力 胶体间的相互斥力不仅与胶体间的相互斥力不仅与电位有关，还与胶粒的电位有关，还与胶粒的间距有关，距离越近，斥力越大。而布朗运动的动能间距有关，距离越近，斥力越大。而布朗运动的动能不足以将两颗胶粒推进到使范徳华引力发挥作用的距不足以将两颗胶粒推进到使范徳华引力发挥作用的距离。因此，胶体微粒不能相互聚结而长期保持稳定的离。因此，胶体微粒不能相互聚结而长期保持稳定的分散状态。分散状态。 水化作用也使胶体不能相互聚结。水化作用也使胶体不能相互聚结。水污染控制工程第16章2. 混凝原理混凝原理(1) 压缩双电层作用压缩双电层作用 混凝剂提供大量正离子会涌入胶体扩散层甚至混凝剂提供大量正离子会涌入胶体扩散层甚至吸附层吸附层, 使使电位降低。当电位降低。当电位为零时电位为零时, 称为等电状称为等电状态。此时胶体间斥力消失态。此时胶体间斥力消失, 胶粒最易发生聚结。胶粒最易发生聚结。 实际上，实际上，电位电位只要降至某一程度而使胶粒电位电位只要降至某一程度而使胶粒间排斥的能量小于胶粒布朗运动的动能时，胶粒就间排斥的能量小于胶粒布朗运动的动能时，胶粒就开始产生明显的聚结，这时的开始产生明显的聚结，这时的电位称为临界电位。电位称为临界电位。 胶粒因胶粒因电位电位降低或消除以至失去稳定性的电位电位降低或消除以至失去稳定性的过程，称为胶体脱稳。脱稳的胶粒相互聚结，称为过程，称为胶体脱稳。脱稳的胶粒相互聚结，称为凝聚。凝聚。水污染控制工程第16章(2) 吸附架桥作用吸附架桥作用 由高分子物质吸附架桥作用而使微粒相互粘结的由高分子物质吸附架桥作用而使微粒相互粘结的过程。过程。水污染控制工程第16章(3) 网捕作用网捕作用 沉淀物在自身沉降过程中，能集卷、网捕水中的沉淀物在自身沉降过程中，能集卷、网捕水中的胶体等微粒，使胶体粘结。胶体等微粒，使胶体粘结。以硫酸铝为例讨论混凝过程以硫酸铝为例讨论混凝过程 硫酸铝硫酸铝Al2(SO4)318H2O溶于水后，离解出溶于水后，离解出Al3+，并结合有并结合有6个配位水分子，成为水合铝离子个配位水分子，成为水合铝离子Al(H2O)63+。水污染控制工程第16章 可以看出，三价铝盐发挥混凝作用的是各种形态可以看出，三价铝盐发挥混凝作用的是各种形态的水解聚合物。的水解聚合物。 带有正电的水解聚合物，同时起到压缩双电层的带有正电的水解聚合物，同时起到压缩双电层的脱稳和吸附架桥的作用。脱稳和吸附架桥的作用。 为使硫酸铝达到优异的混凝效果，应尽量使胶体为使硫酸铝达到优异的混凝效果，应尽量使胶体脱稳和吸附架桥作用都得到充分发挥。脱稳和吸附架桥作用都得到充分发挥。 当混凝剂投放水中后，应立即进行剧烈搅拌，使当混凝剂投放水中后，应立即进行剧烈搅拌，使带电聚合物迅速均匀地与全部胶体杂质接触，使胶体带电聚合物迅速均匀地与全部胶体杂质接触，使胶体脱稳，随后，脱稳胶体在相互凝聚的同时，靠聚合度脱稳，随后，脱稳胶体在相互凝聚的同时，靠聚合度不断增大的高聚物的吸附架桥作用，形成大的絮凝体，不断增大的高聚物的吸附架桥作用，形成大的絮凝体，使混凝过程很好完成。使混凝过程很好完成。水污染控制工程第16章二、混凝剂和助凝剂二、混凝剂和助凝剂1. 混凝剂混凝剂要求要求混凝剂效果良好混凝剂效果良好对人体健康无害对人体健康无害价廉易得价廉易得使用方便使用方便水污染控制工程第16章2. 助凝剂助凝剂(1) 无机盐类混凝剂无机盐类混凝剂铁盐和铝盐铁盐和铝盐(2) 高分子混凝剂高分子混凝剂有机和无机有机和无机水污染控制工程第16章1. 混凝剂混凝剂水污染控制工程第16章水污染控制工程第16章水污染控制工程第16章水污染控制工程第16章水污染控制工程第16章水污染控制工程第16章水污染控制工程第16章水污染控制工程第16章水污染控制工程第16章水污染控制工程第16章注意注意水污染控制工程第16章2. 助凝剂助凝剂水污染控制工程第16章水污染控制工程第16章混凝剂与助凝剂混凝剂与助凝剂注意区分注意区分水污染控制工程第16章水污染控制工程第16章三、三、 影响混凝效果的主要因素影响混凝效果的主要因素水污染控制工程第16章三、三、 影响混凝效果的主要因素影响混凝效果的主要因素水污染控制工程第16章三、三、 影响混凝效果的主要因素影响混凝效果的主要因素水污染控制工程第16章三、三、 影响混凝效果的主要因素影响混凝效果的主要因素水污染控制工程第16章三、三、 影响混凝效果的主要因素影响混凝效果的主要因素水污染控制工程第16章四、四、 化学混凝的设备化学混凝的设备1. 混凝剂的配制和投加设备混凝剂的配制和投加设备(1) 混凝剂的溶液和配制混凝剂的溶液和配制混凝剂在溶解池中进行溶解混凝剂在溶解池中进行溶解:搅拌搅拌加速药加速药剂溶解剂溶解机械搅拌机械搅拌压缩空气搅拌压缩空气搅拌水泵搅拌水泵搅拌水污染控制工程第16章 药剂溶解完全后，将浓药液送入溶液池，用清药剂溶解完全后，将浓药液送入溶液池，用清水稀释到一定的浓度备用。水稀释到一定的浓度备用。 溶液池的容积可按下式计算：溶液池的容积可按下式计算：cnAqcnAqW4171000100010024VV1 溶解池的容积：溶解池的容积：12) 3 . 02 . 0(WW 式中式中: W1溶液池容积，溶液池容积，m3； qv处理的水量，处理的水量，m3/h; A混凝剂地最大投加量，混凝剂地最大投加量，mg/L; c溶液浓度，；溶液浓度，； n每天配置次数，一般为每天配置次数，一般为26次。次。水污染控制工程第16章(2) 混凝剂溶液的投加混凝剂溶液的投加计量计量设备设备转子流转子流量计量计电磁流电磁流量计量计投加投加方式方式泵前重泵前重力投加力投加水射器水射器投加投加水污染控制工程第16章2. 混合设备混合设备(1) 水泵混合水泵混合(2) 隔板混合隔板混合(3) 机械混合机械混合水污染控制工程第16章3. 反应设备反应设备(1) 隔板反应池隔板反应池 利用水流断面利用水流断面上流速分布不均所上流速分布不均所造成的速度梯度，造成的速度梯度，促进颗粒相互碰撞促进颗粒相互碰撞进行絮凝。进行絮凝。 为避免结成的为避免结成的絮凝体被打碎，隔絮凝体被打碎，隔板中的流速应逐渐板中的流速应逐渐减小。减小。水污染控制工程第16章(2) 机械反应池机械反应池水污染控制工程第16章混凝工艺流程混凝工艺流程水污染控制工程第16章水污染控制工程第16章 用易溶的化学药剂用易溶的化学药剂(可称沉淀剂可称沉淀剂)使溶液中某种使溶液中某种离子以它的一种难溶的盐和氢氧化物形式从溶液中离子以它的一种难溶的盐和氢氧化物形式从溶液中析出，在化学上称沉淀法，在化工和环境工程上称析出，在化学上称沉淀法，在化工和环境工程上称化学沉淀法。化学沉淀法。 废水处理中，常用化学沉淀法去除废水中的有废水处理中，常用化学沉淀法去除废水中的有害离子，阳离子如害离子，阳离子如Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cr6+，阴离子如，阴离子如SO42-、PO43-。 难溶盐和难溶氢氧化物在溶液中的离子的浓度难溶盐和难溶氢氧化物在溶液中的离子的浓度之积之积(称溶度积称溶度积Ks)是常数，当能结合成难溶盐的两是常数，当能结合成难溶盐的两种离子的浓度之积超过这盐的溶度积时，该盐将析种离子的浓度之积超过这盐的溶度积时，该盐将析出，而这两种离子的浓度将下降，需要去除的离子出，而这两种离子的浓度将下降，需要去除的离子就与水分离。就与水分离。水污染控制工程第16章化学沉淀法分类化学沉淀法分类 氢氧化物沉淀法 硫化物沉淀法 碳酸盐沉淀法 铬酸盐沉淀法 卤化物沉淀法 铁氧体沉淀法等。水污染控制工程第16章1、氢氧化物沉淀法、氢氧化物沉淀法 很多金属的氢氧化物难溶于水，例如铜、很多金属的氢氧化物难溶于水，例如铜、铬、镉、铅、铁等重金属的氢氧化物的铬、镉、铅、铁等重金属的氢氧化物的溶度积一般度很小。因此，可采用氢氧溶度积一般度很小。因此，可采用氢氧化物沉淀法去除水溶液中的重金属离子。化物沉淀法去除水溶液中的重金属离子。常用的沉淀剂由石灰、碳酸钠、苛性钠常用的沉淀剂由石灰、碳酸钠、苛性钠等。氢氧化物沉淀法采用的沉淀剂原料等。氢氧化物沉淀法采用的沉淀剂原料来源广，价格较低，因而在生产实践中来源广，价格较低，因而在生产实践中应用广。应用广。水污染控制工程第16章2、硫化物沉淀法、硫化物沉淀法 很多金属硫化物的溶度积都很小，因此很多金属硫化物的溶度积都很小，因此常用硫化物去除废水中的重金属离子。常用硫化物去除废水中的重金属离子。溶度积越小的物质，越易形成硫化物沉溶度积越小的物质，越易形成硫化物沉淀析出，主要金属硫化物的顺序如下：淀析出，主要金属硫化物的顺序如下： Hg2+Ag+As+Cu2+Pb2+Cd2+Zn2+ Fe2+水污染控制工程第16章3、碳酸盐沉淀法、碳酸盐沉淀法 碳酸盐沉淀法时向废水中投加某种沉淀碳酸盐沉淀法时向废水中投加某种沉淀剂，使其与金属离子生成碳酸盐沉淀。剂，使其与金属离子生成碳酸盐沉淀。 水污染控制工程第16章4、铬酸盐沉淀法 铬酸盐沉淀法仅用于去除废水中的六价铬，使用的沉淀剂有BaCl2、BaCO3、BaS等，因此也称为钡盐法除铬 。 BaCO3+H2CrO4=BaCrO4+CO2+H2O 2BaCO3+K2Cr2O7=2BaCrO4+K2CO3+CO2铬酸盐沉淀法除铬的原理水污染控制工程第16章5、卤化物沉淀法 a、钙盐沉淀法脱氟 b、氯化物沉淀法除银水污染控制工程第16章a、钙盐沉淀法脱氟 含氟废水的处理方法有离子交换法、电凝聚法、钙盐沉淀法等。其中，钙盐沉淀法可用于去除杂质多、含氟浓度高的废水。如废水中还含有Mg2+等金属离子，可先加石灰调pH值至911，此时废水中同时生成氟化钙氟化钙和氢氧化鎂等沉淀物，由于氢氧化鎂兼具吸附和沉淀氢氧化鎂兼具吸附和沉淀双重功能，可使废水中的含氟浓度降至8mg/L以下。 水污染控制工程第16章b、氯化物沉淀法除银 氯化物沉淀法通常用于去除镀银和照相工艺中产生的氯化物沉淀法通常用于去除镀银和照相工艺中产生的含银废水。采用氯化物除银，应注意一下几点：含银废水。采用氯化物除银，应注意一下几点： （1）当废水中的银含量很高时，例如氰化镀银银槽中）当废水中的银含量很高时，例如氰化镀银银槽中含银浓度高达含银浓度高达1345 g/L，那么先用电解法回收废水中，那么先用电解法回收废水中的银，并将银浓度降至的银，并将银浓度降至100500 mg/L，然后再用氯化，然后再用氯化物沉淀法，使银浓度降至几物沉淀法，使银浓度降至几mg/L。 （2）沉淀剂的投加量不能太多，以免沉淀的氯化银又）沉淀剂的投加量不能太多，以免沉淀的氯化银又与氯离子产生络合反应，使部分固体氯化银又重新溶与氯离子产生络合反应，使部分固体氯化银又重新溶解。解。 （3）当处理电镀含银废水时，一般先采用氯化法氧化）当处理电镀含银废水时，一般先采用氯化法氧化氰，反应过程中释放出来的氯离子再与银离子发生沉氰，反应过程中释放出来的氯离子再与银离子发生沉淀反应。淀反应。水污染控制工程第16章6、铁氧体沉淀法 铁氧体是一类具有一定晶体结构的复合铁氧体是一类具有一定晶体结构的复合氧化物，是一种重要的磁性介质。其化氧化物，是一种重要的磁性介质。其化学组成主要是由二价金属氧化物与三家学组成主要是由二价金属氧化物与三家金属氧化物构成。铁氧体沉淀法就是采金属氧化物构成。铁氧体沉淀法就是采用适宜的处理工艺，是废水中的各种金用适宜的处理工艺，是废水中的各种金属离子形成属离子形成不溶性的铁氧体晶粒沉淀不溶性的铁氧体晶粒沉淀析析出，从而达到去除废水中金属离子的方出，从而达到去除废水中金属离子的方法。法。 水污染控制工程第16章水污染控制工程第16章一、一、 加氯氧化加氯氧化CN- 电镀废水往往含有电镀废水往往含有CN-,可加氯氧化为可加氯氧化为N2和和CO2。重点掌握重点掌握水污染控制工程第16章一阶段反应，一阶段反应，pH值越高，反应速度越快，值越高，反应速度越快，pH值小于值小于8.5则则有放出剧毒物有放出剧毒物CNCl的危险。的危险。 CNO在低在低pH条件下易水解生成条件下易水解生成NH3，且有重新溢出，且有重新溢出CNCl的危险。的危险。 水污染控制工程第16章（3） 臭氧氧化法在水处理中的应用 水经臭氧处理，可达到降低水经臭氧处理，可达到降低COD、杀菌、增加、杀菌、增加溶解氧、脱色除臭、降低浊度几个目的。溶解氧、脱色除臭、降低浊度几个目的。 臭氧的消毒能力比氯更强。对脊髓灰质炎病毒，臭氧的消毒能力比氯更强。对脊髓灰质炎病毒，用氯消毒，保持用氯消毒，保持0.51mg/L余氯量，需余氯量，需1.52h,而达到同样效果，用臭氧消毒，保持而达到同样效果，用臭氧消毒，保持0.0450.45mg/L剩余剩余O3，只需，只需2min。若初始。若初始O3超过超过1mg/L ,经经1min接触病毒去除率可达到接触病毒去除率可达到99.99。水污染控制工程第16章臭氧法处理炼油废水效果： 某炼油厂利用某炼油厂利用O3处理重油裂解废水，废处理重油裂解废水，废水含酚水含酚45mg/L，CN- 46 mg/L,S2- 45mg/L，油，油1530mg/L，COD 400500mg/L，pH11，水温，水温45。投加。投加O3280mg/L，接触，接触12min，处理出水含酚，处理出水含酚0.005mg/L，CN- 0.10.2mg/L，S2- 0.30.4mg/L，COD 90120mg/L，油，油23mg/L。水污染控制工程第16章臭氧法特点： 将混凝或活性污泥法与臭氧化联合，可以有效地去除色度和难降解的有机物。紫外线照射可以激活O3分子和污染物分子，加快反应速度，增强氧化能力，降低臭氧消耗量。目前臭氧氧化法存在的缺点是电耗大，成本高。水污染控制工程第16章二 、高级氧化技术 一般地，将涉及到羟基自由基（OH）的氧化过程称为高级氧化流程；广义地，也包括一些反应机理不确定但羟基自由基可能起重要作用的新型氧化过程。水污染控制工程第16章 基于过氧化氢的催化氧化基于过氧化氢的催化氧化： H2O2/UV， H2O2/O3/UV，Fenton试剂法（H2O2/Fe2+） 催化臭氧氧化：催化臭氧氧化：UV或固体催化剂的联合使用。 高铁酸盐氧化：KFeO4、 NaFeO4 光催化氧化法 超临界水氧化技术超临界水氧化技术高级氧化工艺高级氧化工艺水污染控制工程第16章光催化氧化法当能量等于或大于禁带当能量等于或大于禁带的光照射半导体时，价的光照射半导体时，价带上的电子被激发跃迁带上的电子被激发跃迁到导带，同时在价带上到导带，同时在价带上产生相应的空穴，形成产生相应的空穴，形成具有强活性的电子具有强活性的电子空穴对，其中光电子可空穴对，其中光电子可以还原电子受体，而空以还原电子受体，而空穴则可夺取催化剂表面穴则可夺取催化剂表面吸附的吸附的H H2 2O,OHO,OH- -、有机物、有机物等的电子，最终都有可等的电子，最终都有可能生成氧化能力极强的能生成氧化能力极强的羟基自由基羟基自由基OHOH 光催化反应机理水污染控制工程第16章1、化学还原法处理含铬废水 电镀、冶炼、制革、化工等工业废水中常含有电镀、冶炼、制革、化工等工业废水中常含有剧毒的剧毒的Cr6+,以以CrO42-或或Cr2O72-形式存在。在酸形式存在。在酸性条件下（性条件下（pH7.6），只有），只有CrO42-存在。存在。 利用还原剂把利用还原剂把Cr6+还原成毒性较低的还原成毒性较低的Cr3+,是最是最早采用的一种治理方法。采用的还原剂有早采用的一种治理方法。采用的还原剂有SO2、H2SO3、Na2SO3 、NaHSO3、FeSO4等。等。三、化学还原法三、化学还原法水污染控制工程第16章 硫酸亚铁还原法硫酸亚铁还原法 向含铬废水中投加硫酸亚铁作为还原剂，亚铁离向含铬废水中投加硫酸亚铁作为还原剂，亚铁离子起还原作用，在酸性条件下子起还原作用，在酸性条件下(pH值值=23)，使，使废水中六价铬还原为三价铬。然后再加碱中和，废水中六价铬还原为三价铬。然后再加碱中和，调调pH值到值到7.58.5，生成氢氧化铬和氢氧化铁沉，生成氢氧化铬和氢氧化铁沉淀，其反应式为：淀，其反应式为： H2Cr2O7+6H2SO4+6FeSO4Cr2(SO4)3+3Fe2(SO4)3+7H2O Cr2(SO4)3+Fe2(SO4)3+12NaOH2Cr(OH)32Fe(OH)36Na2SO4水污染控制工程第16章 亚硫酸盐还原法亚硫酸盐还原法 常用亚硫酸钠、亚硫酸氢钠或焦亚硫酸钠作为常用亚硫酸钠、亚硫酸氢钠或焦亚硫酸钠作为还原剂。焦亚硫酸钠水解后生成亚硫酸氢钠。还原剂。焦亚硫酸钠水解后生成亚硫酸氢钠。六价铬与亚硫酸钠的反应：六价铬与亚硫酸钠的反应： H2Cr2O73Na2SO33H2SO4Cr2(SO4)33Na2SO44H2O（pH=23）六价铬与亚硫酸氢钠反应：六价铬与亚硫酸氢钠反应： 2H2Cr2O76NaHSO33H2SO42Cr2(SO4)33Na2SO48H2O（pH=23） 还原后用氢氧化钠中和至还原后用氢氧化钠中和至pH78，生成氢氧，生成氢氧化铬沉淀。化铬沉淀。水污染控制工程第16章四、四、 电解法电解法 直流电通过电解质溶液时，在两个电极上引起直流电通过电解质溶液时，在两个电极上引起的化学变化称电解。的化学变化称电解。 可用于处理含可用于处理含CrO42-、Hg的废水。的废水。五、五、 置换法置换法 电动序中电位较高的金属能取代水溶液中电位电动序中电位较高的金属能取代水溶液中电位较低的金属的离子，前者析出而后者溶入水中。较低的金属的离子，前者析出而后者溶入水中。水污染控制工程第16章