废水的化学及物理化学处理

长沙环境保护职业技术学院,4 废水的化学及物理化学处理,4.1 中 和 法,酸性废水中常见的酸性物质有硫酸、硝酸、盐酸、氢氟酸、磷酸等无机酸及醋酸、甲酸、柠檬酸等有机酸，并常溶解有金属盐。碱性废水中常见的碱性物质有苛性钠、碳酸钠、硫化钠及胺类等。,一、中和法概述,二、酸性废水的中和处理,（一）投药中和法1.投加药剂常用的碱性中和剂有石灰、电石渣和石灰石、白云石，有时也可用NaOH、Na2CO3。投药量按化学反应计算或实验确定。,电石渣,白云石,2.工艺过程,废水的预处理,中和药剂的制备与投配、混合与反应,中和产物的分离,泥渣的处理与利用,1）干法2）湿法,3.投加石灰方式,4.中和槽类型1）带搅拌的混合反应器2）带折流板的管式反应器（器中搅拌时间很短）,管式反应器,仪器配置合理，实现了小型化。,带有多项功能的数字式pH调节仪,电磁式定量泵,小型中和装置,5.适用范围及特点 此法可中和任何性质、任何浓度的酸性废水。该法的缺点是劳动卫生条件差，操作管理复杂，制备溶液、投配药剂需要较多的机械设备。采用石灰质药剂时，其明显的缺点是质量难于保证，灰渣较多，沉渣体积大，且不易脱水。,（二）过滤中和法1.碱性滤料 石灰石（CaCO3）、大理石（CaCO3）、白云石（CaCO3MgCO3）等。2.特点 过滤中和法的优点是操作管理简单，出水pH值较稳定，沉渣最少(只有废水体积的0.1)，缺点是需要控制进水的硫酸浓度。,3.适用范围 各种酸在中和后形成的盐具有不同的溶解度，其顺序大致为：Ca(NO3)2 、CaCl2 MgSO4 CaSO4 CaCO3 、MgCO3 由此可见：中和处理硝酸、盐酸时，滤料选用石灰石、大理石或白云石都行；中和处理碳酸时，不宜采用过滤中和法；中和处理硫酸时，最好选用含镁的中和滤料（白云石）。,4.常用设备,滚筒式中和滤池。,开流式膨胀中和滤池,（三）利用碱性废水和废渣的中和法 在同时存在酸性废水和碱性废水的情况下，可以以废治废，互相中和。（四）利用天然水体及土壤中碱度的中和法 天然水体及土壤中的重碳酸盐可用来中和酸性废水，但必须持慎重态度，对其长远影响进行观察。,三、碱性废水的中和处理,处理方法：1.投酸中和法；2.利用酸性废水及废气中和法。 采用烟道气中和碱性废水，一般在喷淋塔等装置中进行，使废水处理与消烟除尘、气体的净化结合起来。,4.2 混 凝 法,是指在混凝剂的作用下，使废水中的胶体和细微悬浮物凝聚为絮凝体，然后予以分离除去的水处理法。通过混凝法，可以去除废水中难以用沉降法去除的细分散固体颗粒、乳状油及胶体物质等。“混凝”是凝聚和絮凝的总称（即混合和反应）,注；胶体是颗粒粒径在0.1m1nm之间。,二、胶体的稳定性,胶粒在水中的相互作用受以下三方面的影响：带相同电荷的胶粒产生静电斥力，而且电动电位愈高，胶粒间的静电斥力愈大；受水分子热运动的撞击，使微粒在水中作不规则的运动，即“布朗运动”；胶粒之间还存在着相互引力范德华引力。当间距较大时，此引力略去不计。,三、混凝原理,1.压缩双电层理论2. 电性中和作用 3. 吸附架桥作用 4. 网捕作用 注：在废水实际处理中，上述各种机理往往同时或交叉发挥作用，只是依条件的不同而以其中的某一种起主导作用而已。,四、混凝剂和助凝剂,五、影响混凝效果的主要因素,1. 水温2.废水的PH值 PH值的高低不但直接影响着污染物存在的形态和表面性质，而且影响着混凝剂的水解平衡及产物的存在形态和时间。3.混凝剂的种类和加量4.搅拌强度和搅拌时间 混合阶段搅拌强度大，时间短；反应阶段搅拌强度小，时间长。,1.混凝剂的配制和投加设备（1）混凝剂的溶解和配制。 溶解池：溶解池应有搅拌装置，以加速药剂的溶解。溶液池：药剂完全溶解后，将浓药液送人溶液池，用清水稀释到一定的浓度备用。（2）混凝剂溶液的投加。 药剂投入废水中必须有计量及定量设备，并能随时调节投加量。计量设备可以用转子流量计、电磁流量计等。投加方式可以采用重力投加、水射器投加、及计量泵投加。,六、化学混凝的设备,玻璃转子流量计,塑料转子流量计,电磁流量计,混凝投药自控技术,（3）混合设备水泵混合 见P60图4.6隔板混合 见P61图4.8 机械混合 见P61图4.9（4）反应设备隔板反应池 见P62图4.10机械搅拌反应池 见P62图4.11,混凝机械搅拌装置,混凝气浮装置,混凝装置,高效涡流混凝沉淀设备,4.3 氧 化 还 原 法,一、氧化还原法,利用废水中的污染物在化学反应过程中能被氧化或还原的性质，将它转变成无毒或微毒的，或易于从水中分离出来的新物质，从而将其从废水中除去的方法。,2.常用氧化剂空气、臭氧、氯气、次氯酸钠及漂白粉； 常用还原剂硫酸亚铁、亚硫酸氢钠、硼氢化钠、水合肼及铁屑等。,3.影响处理能力的动力学因素,二、氧化法,（一）空气（及纯氧）氧化法1.应用条件 用O2进行氧化反应，在常温、常压、无催化剂时，空气氧化法（曝气法）所需反应时间很长，使其应用受到限制，如加高温、高压、r射线辐照等，氧化反应速度将大大加快。2.适用范围：含硫（）废水处理3.反应设备 可在各密封塔体（空塔、筛板塔、填料塔等）中进行。,（二）氯氧化法1.氯系氧化剂 氯类氧化剂包括气态氯、液态氯、次氯酸钠、次氯酸钙、二氧化氯等。在废水处理中，氯气被广泛用作消毒剂，能杀灭细菌、在害生物，消除有毒物质的毒性。2.氯氧化法在废水处理中的应用1）碱性氯化法处理含氰废水2）氯化法除酚，最后被氧化为CO2和H2O3）氯化法脱色,（三）臭氧氧化法1.制备臭氧的方法： 产生臭氧的方法很多，有电解法、化学法、高能射线辐射法、无声放电法等。目前在工业上常用干燥空气或氧气经无声放电制取。2.工业生产中常用的臭氧发生器1）管式臭氧发生器 2）板式臭氧发生器（微孔扩散板式反应器）,（四）高锰酸盐氧化法 在废水处理中，应用于去除酚、H2S、CN-等；在给水处理中，可用于消灭藻类、除臭、除味、除铁（）、除锰（）等。（五）光辐射或放射性辐射强化氧化过程,三、还原法,（一） 硫酸亚铁石灰法除铬 向含六价铬废水中加入硫酸亚铁还原剂后，六价铬被还原为三价铬，再加入石灰，即形成氢氧化铬沉淀，与废水分离。（二）还原除汞 工业含汞废水的处理，一般采用的还原剂是比汞活泼的金属(铁、锌等边角 废料)或醛类等。 碎屑中汞的回收，则采用隔绝空气加热，产生的汞蒸气，经冷却后即可回收。 注：废水中的有机汞通常先用氧化剂（如氯）将其破坏，使之转化为无机汞后，再用金属置换。,管式臭氧发生器,板式臭氧发生器,4.4 电 解 法,电解法就是利用电解的基本原理，使废水中有害物质通过电解过程，在阴阳两极分别发生氧化和还原反应，以转化成无害物，达到净化水质的目的。,一、电解氧化还原法,（一）电解氧化法 主要用于去除水中氰、酚、以及COD、S2-、有机农药等。 在处理中通常加入一定量的食盐，以增加溶液导电性。（二）电解还原法1.电解还原法处理含铬废水 当原水含铬在100mg/L以下时，采用电解法的处理费用不比化学还原法高。此法主要缺点是钢材消耗量大，污泥处理及利用问题尚未解决。2. 电沉积法去除与回收废水中的重金属离子,二、电解浮上和电解凝聚,（一）电解浮上法 废水电解时，由于水的电解及有机物的电解氧化，在电极上会有气体（如H2、O2、CO2、Cl2等）析出。借助于电极上析出的微小气泡而浮上分离疏水性杂质微粒的处理技术。,（二）电解凝聚法 电解凝聚（也称电混凝）是以铝、铁等金属为阳极，在直电流的作用下，阳极被溶蚀，产生Al3+、Fe2+等离子，再经一系列水解、聚合及亚铁的氧化过程，发展成为各种羟基络和物，多核羟基络和物以至氢氧化物，使废水中的胶态杂质，悬浮杂质凝聚沉淀而分离。,三、电解槽 电解法处理废水所用电解槽，按水流方向可分为翻腾式、回流式及竖流式三种。,4.5 离 子 交 换 法,一、离子交换法及其原理,离子交换法是利用固相离子交换剂功能基团所带的可交换离子，与接触交换剂的溶液中相同电性的离子进行交换反应，以达到离子置换、分离、去除、浓缩等目的。,离子交换剂,离子交换树脂的选择性是废水处理中，选择树脂和确定处理工艺的主要依据之一。,三、离子交换剂的特点,四、离子交换法工艺过程,（一）交换阶段 利用离子交换树脂的交换能力，从废水中分离脱除需要去除的离子。（二）反冲洗阶段 目的是松动树脂，使再生液能均匀渗入层中，与交换剂颗粒充分接触；把过滤过程中产生的破碎粒子和截留的污物冲走。（三）再生阶段（四）清洗阶段 洗涤残留的再生液和再生时可能出现的反应产物。,五、离子交换设备,1.固定床床层固定不变，水流由上而下流动2.移动床 工作时，定期从交换柱排出部分失效树脂，送到再生柱再生，同时补充等量的新鲜树脂参与工作。3.流动床交换树脂再连续移动中实现交换和再生。,六、影响离子交换能力的因素,（1）废水中悬浮物 堵塞、包裹（2）有机物 与固定离子牢固结合（3） 高价金属离子 引起树脂中毒。（4） pH值 强酸和强碱树脂交换能力基本上与pH无关。 弱酸或弱碱性树脂在pH高或低时才能得到较大的交换能力。（5）氧化剂 加速树脂的老化与分解,固定床离子交换器,移动床离子交换器,流动床离子交换器,4.6 吸 附 法,一、吸附原理,1.物理吸附：吸附剂与被吸附物质之间是通过分子间引力(即范德华力)而产生吸附，称为物理吸附。一般在低温下进行的吸附主要是物理吸附。2.化学吸附：吸附剂与被吸附物质之间产生化学作用，生成化学键引起吸附，称为化学吸附。 化学吸附是有选择性的，且不易吸附与解吸，达到平衡慢。化学吸附速度随温度升高而增加，故常在高温下进行。,3.离子交换吸附： 一种吸附质的离子，由于静电引力，被吸附在吸附剂表面的带电点上。 如果吸附质的浓度相同，离子带的电荷越多，吸附就越强。对电荷相同的离子，水化半径越小，越能紧密的接近吸附点，越有利于吸附。4.吸附作用的可逆过程： 一方面是吸附质的粒子被吸附剂的表面所吸附；另一方面则是有部分被吸附的粒子，由于热运动脱离吸附剂的表面而解吸。,二、影响吸附的因素,1.吸附剂的物理化学性质2.吸附质的物理化学性质 3.废水的PH值4.温度 吸附是放热过程，低温有利于吸附的进行。5.共存物的影响 起干扰作用，如悬浮物，油类物质。6.接触时间 吸附剂与吸附质要有足够的接触时间才能达到平衡。,三、吸附剂的种类,在工业废水中用到的吸附剂有活性炭、磺化煤、木炭、焦炭、硅藻土、炉渣、木屑以及粘土等。一般吸附剂均呈松散多孔性结构，具有巨大的比表面积。不同的吸附剂对处理吸附质会有不同的效果，使用时应注意选择。,活性碳,离子吸附树脂,四、吸附运转方式,1.吸附的工艺过程,吸附剂与废水接触吸附,吸附剂与废水分离,吸附剂的再生或更新。,2.运转方式 一般可分为间歇与连续两种。,3.吸附操作方式（1）固定床动态吸附 采用两个固定床装置并联，使用一个时，则另一个备用。（2）移动床吸附 在移动床中吸附剂不断移动，流进流出，不断再生补充。（3）流化床吸附 吸附剂在塔内处于膨胀状态，悬浮于由下而上的水流中，膨胀床的吸附率高，适于处理悬浮物含量较高的废水。,吸附塔,4.7 膜 分 离 法,一、扩散渗析法 扩散渗析是使高浓度溶液中的溶质透过薄膜向低浓度溶液中迁移的过程，扩散渗析的推动力是薄膜两侧的浓度差。,二、电渗析,1.电渗析的基本原理是：电渗析是利用离子选择性半透膜处理废水，在外加直流电场作用下，水中带电荷离子在电场作用下作定向迁移，利用阴、阳离子交换膜对水中离子的选择透过性（阳离子交换膜只允许阳离子透过；阴离子交换膜只允许阴离子透过），使一部分溶液中的离子迁移到另一部分溶液中去，同时达到浓缩、分离的目的。,2.离子交换膜的性能要求（1）选择透过性高，要求在95以上；（2）导电性好，要求其导电能力应大于溶液的导电能力；（3）交换容量大；（4）溶胀率和含水率适量；（5）化学稳定性强；（6）机械强度大。,3.在废水处理中的应用（1）海水淡化制取饮用水和工业用水；（2）处理碱法造纸废液，从浓液中回收碱，从淡液中回收木质素；（3）从含金属离子的废水中分离和浓缩重金属离子，然后对浓缩液进一步处理或回收利用；（4）从放射性废水中分离放射性元素，将其浓缩；（5）从芒硝废液中制取硫酸和氢氧化钠；（6）从酸洗废液中制取硫酸及沉积重金属离子；（7）处理电镀废水和废液等。,三、反渗透,2.反渗透过程的实现必须具备两个条件： 其一必须有一种高选择性和高透水性的半透膜； 其二操作压力必须大于溶液的渗透压。,如果将纯水和盐水用半透膜隔开，在溶液的一侧施加压力，并且超过它的渗透压，则溶液中的水就会透过半透膜，流向纯水一侧，而溶质被截留在溶液一侧，这种方法就是反渗透法(或称逆渗透法)。,3.反渗透膜： 醋酸纤维素膜（CA膜）、芳香族聚酰胺膜、聚苯并咪唑膜（PBI膜）。,图为胡克手持新型反渗透膜和纳米复合材料,4.在废水处理中的应用（1）反渗透法处理酸性尾矿水；（2）纸浆及造纸废水处理；（3）丝绸染整厂废水处理。,四、超滤法,1.原理： 超滤是与反渗透法极相似