水污染控制工程_第16章_污水的化学处理

1、化学或生物方法化学或生物方法二级处理二级处理去除对象：细小或胶体漂浮物及有机物，氮、磷等去除对象：细小或胶体漂浮物及有机物，氮、磷等主要方法：主要方法：混凝法、氧化还原、生物法混凝法、氧化还原、生物法第一节第一节 中和法中和法第二节第二节 化学沉淀法化学沉淀法第三节第三节 化学混凝法化学混凝法第四节第四节 消毒消毒 污水的化学处理是利用化学反应的作用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。以去除水中的杂质。 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(难于生物降解的难于生物降解的)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

2、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。 常用药剂是石灰、电石渣、石灰石等，有时也采常用药剂是石灰、电石渣、石灰石等，有时也采用苛性钠和碳酸钠。用苛性钠和碳酸钠。 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1010左右，反应在池中进行。石灰量多时，可用生石灰。左右，反应在池中进行。石灰量多时，可用生石灰。 图图16-1 中和法流程示意图中和法流程示意图二、过滤法二、过滤法 石灰石或白云石作中和剂时常呈粗粒状，可石灰石或白云石作中和剂时常呈粗粒状，可作滤料，作滤料，故用过滤法故用过滤法。图图16-4 喷淋塔喷淋塔

3、 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) 使溶液中某种离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析出，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化学沉淀在化学上称沉淀法，在化工和环境工程上称化学沉淀法。法。 废水处理中，常用化学沉淀法去除废水中的有害废水处理中，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之难溶盐和难溶氢氧化物在溶液中的离子的浓度之积积 (称溶

4、度积称溶度积Ks) 是常数，当能结合成难溶盐的两种离是常数，当能结合成难溶盐的两种离子浓度之积超过这盐的溶度积时，该盐将析出，而这子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，需要去除的离子就与水分离。两种离子的浓度将下降，需要去除的离子就与水分离。硫化物沉淀法硫化物沉淀法一、混凝对象和用途一、混凝对象和用途 混凝混凝是通过向废水中投加是通过向废水中投加 (coagulant)，破坏胶体的稳定性，使细小悬浮颗粒和胶体微粒聚破坏胶体的稳定性，使细小悬浮颗粒和胶体微粒聚集集 (aggregation) 成较粗大的颗粒而沉降与水分离，成较粗大的颗粒而沉降与水分离，使废水得到净化

5、。使废水得到净化。范围：范围：1nm 0.1 m（有时认为在（有时认为在1 m）目的：使胶体脱稳，凝聚生长成大矾花。目的：使胶体脱稳，凝聚生长成大矾花。常见胶体：粘土常见胶体：粘土 50nm 4 m 细菌细菌 0.2 m 80 m 病毒病毒 10nm 300nm 蛋白质蛋白质 1nm 50nm 腐殖酸腐殖酸二、混凝原理二、混凝原理电位离子电位离子反离子反离子 胶团边界胶团边界滑动面滑动面扩散层扩散层胶粒胶粒吸附层吸附层电位电位电位电位 胶核胶核胶体稳定性：指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮胶体稳定性：指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮 状态的特性。状态的特性。 2、胶体的稳定性、胶体的稳定性动力学

6、稳定性：无规则的布朗运动强，对抗重力影动力学稳定性：无规则的布朗运动强，对抗重力影 响的能力强。响的能力强。聚集稳定性：胶体带电相斥（憎水性胶体）聚集稳定性：胶体带电相斥（憎水性胶体） 水化膜的阻碍（亲水性胶体）水化膜的阻碍（亲水性胶体） 两者中聚集稳定性对胶体的稳定性起关键作用。两者中聚集稳定性对胶体的稳定性起关键作用。滑动面上的电位：称为滑动面上的电位：称为电位，决定憎水胶体的聚电位，决定憎水胶体的聚 集稳定性，也决定亲水胶体的水集稳定性，也决定亲水胶体的水 化膜的阻碍，当化膜的阻碍，当电位降低，水电位降低，水 化膜减薄及至消失。化膜减薄及至消失。3、混凝机理、混凝机理混凝可分为混凝可分为

7、压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥、沉压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥、沉淀物网捕淀物网捕四种机理。四种机理。(1) 压缩双电层压缩双电层 胶粒与溶液主体之间胶粒剩余电荷的存在，所胶粒与溶液主体之间胶粒剩余电荷的存在，所产生的电位，称为产生的电位，称为 电位。电位。 电位越高，胶粒也就越电位越高，胶粒也就越稳定，当稳定，当 电位为零时电位为零时, 称为等电状态，此时胶体间称为等电状态，此时胶体间斥力消失斥力消失, 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

8、朗运动的动能时，胶粒就开始产生明显的聚结，这时开始产生明显的聚结，这时电位称为临界电位。电位称为临界电位。 整个过程为：加入絮凝剂整个过程为：加入絮凝剂 与反离子同电荷与反离子同电荷离子离子 压缩双电层压缩双电层 电位电位 稳定性稳定性 胶粒脱稳胶粒脱稳 凝聚。凝聚。 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。 当分散系中加入某种絮凝剂，使胶团当分散系中加入某种絮凝剂，使胶团电位降低电位降低或消除，胶粒相互聚集成絮体，各分散的絮体又相或消除，胶粒相互聚集成絮

9、体，各分散的絮体又相互凝聚成大絮体而沉降。互凝聚成大絮体而沉降。(2) 吸附电性中和吸附电性中和 (3) 吸附架桥作用吸附架桥作用 吸附架桥作用主要是指投加的水溶性链状高分子吸附架桥作用主要是指投加的水溶性链状高分子聚合物絮凝剂，在静电力、范德华力和氢键力等作用聚合物絮凝剂，在静电力、范德华力和氢键力等作用下，通过活性部位与胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥下，通过活性部位与胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥连的过程。连的过程。高分子絮凝剂投加后，通常会出现以下两个现象：高分子絮凝剂投加后，通常会出现以下两个现象： 高分子投量过少，不足以形成吸附架桥；高分子投量过少，不足以形成吸附架桥； 但投加过多，会出

10、现但投加过多，会出现“胶体保护胶体保护”现象。现象。当铝盐或铁盐混凝剂投量很大而形成大量氢氧化当铝盐或铁盐混凝剂投量很大而形成大量氢氧化物沉淀时，可以网捕，卷扫水中胶粒以至产生沉淀分物沉淀时，可以网捕，卷扫水中胶粒以至产生沉淀分离，称为网捕或卷扫作用。这种作用基本是一种机械离，称为网捕或卷扫作用。这种作用基本是一种机械作用，所需混凝剂量与原水杂质含量呈反比。原水胶作用，所需混凝剂量与原水杂质含量呈反比。原水胶体杂质含量少时，所需混凝剂量多，反之亦然。体杂质含量少时，所需混凝剂量多，反之亦然。(4) 网捕作用网捕作用n凝聚凝聚n絮凝絮凝n混凝混凝 当混凝剂投放水中后，应立即进行剧烈搅当混凝剂投放

11、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拌，使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，靠聚合度不断增大的高聚物的吸附聚的同时，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，使混凝过程很好架桥作用，形成大的絮凝体，使混凝过程很好完成。完成。三、混凝剂和助凝剂三、混凝剂和助凝剂混凝剂混凝剂(coagulant)：一般把能起凝聚与絮一般把能起凝聚与絮凝作用的药剂统称为混凝剂。凝作用的药剂统称为混凝剂。助凝剂助凝剂(coagulant aids)：当单用混凝剂不当单用混凝剂不能取得良好

12、效果时，可投加某类辅能取得良好效果时，可投加某类辅助药剂以提高混凝效果，这种辅助助药剂以提高混凝效果，这种辅助药剂称为助凝剂。药剂称为助凝剂。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pH5.58 pH511国外多，国外多，国内少国内少 使用极少使用极少 （3）三氯化铁）三氯化铁(ferric chloride)2、助凝剂、助凝剂四、四、 影响混凝效果的主要因素影响混凝效果的主要因素（1）浊度）浊度(turbidity) 浊度低，混凝效果差。可采取加高分子助凝剂；浊度低，混凝效果差。可采取加高分子助凝剂；加粘土；投加混凝剂

13、后直接过滤。加粘土；投加混凝剂后直接过滤。 如原水悬浮物含量过高，为减少混凝剂的用量，如原水悬浮物含量过高，为减少混凝剂的用量，通常投加高分子助凝剂。如黄河高浊度水常需投加通常投加高分子助凝剂。如黄河高浊度水常需投加有机高分子絮凝剂作为助凝剂。有机高分子絮凝剂作为助凝剂。（2）pH值值在混凝过程中，都有一个相对最佳在混凝过程中，都有一个相对最佳pH值存在，值存在，使混凝反应速度最快，絮体溶解度最小使混凝反应速度最快，絮体溶解度最小。不同混不同混凝剂最佳凝剂最佳pH值要通过试验确定。值要通过试验确定。 当投加金属盐类凝聚剂时，其水解会生成当投加金属盐类凝聚剂时，其水解会生成H+，但水中碱度有缓冲

14、作用，当碱度不够时需要投加石但水中碱度有缓冲作用，当碱度不够时需要投加石灰。灰。（4）共存杂质）共存杂质 (impurities) 有些杂质的存在能促进混凝过程。而有些物质有些杂质的存在能促进混凝过程。而有些物质则不利于混凝的进行。则不利于混凝的进行。五、五、 化学混凝设备化学混凝设备n投药方法有投药方法有干投法干投法(dry) 和湿投法和湿投法(wetted) 。n干投法是把易溶解的药剂经过破碎直接投入废水中。干投法是把易溶解的药剂经过破碎直接投入废水中。n干投法占地面积小，但对药剂的粒度要求较严，投干投法占地面积小，但对药剂的粒度要求较严，投加量较难控制，对机械设备的要求较高，目前应用加量

15、较难控制，对机械设备的要求较高，目前应用较少。较少。n湿投法是将混凝剂和助凝剂配成一定浓度的溶液，湿投法是将混凝剂和助凝剂配成一定浓度的溶液，然后按处理水量定量添加。混凝剂的湿法投加包括然后按处理水量定量添加。混凝剂的湿法投加包括药剂配制、药剂计量和药剂投加药剂配制、药剂计量和药剂投加三个过程三个过程。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 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

16、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处理地水量，处理地水量，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。(2) 混凝剂溶液的投加混凝剂溶液的投加计计量量设设备备转子转子流量流量计计电磁电磁流量流量计计投加方式泵前重力投加水射器投加混凝剂投加量

17、自动控制混凝剂投加量自动控制混凝剂投加量自动控制混凝剂投加量自动控制2、 混合设备混合设备3、 反应设备反应设备机械搅拌、隔板反应池、涡流式机械搅拌、隔板反应池、涡流式反应池以及网格反应池反应池以及网格反应池 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。优点：优点：缺点：缺点：第四节第四节 消毒消毒 消毒：消毒：指部分破坏致病菌过程。与灭菌的区指部分破坏致病菌过程。与灭菌的区别是后者指破坏全部细菌的

18、过程。别是后者指破坏全部细菌的过程。 人类肠道致病菌（细菌、原生动物卵囊虫及人类肠道致病菌（细菌、原生动物卵囊虫及胞囊、蠕虫和病毒）具有高传染性，因此，去除胞囊、蠕虫和病毒）具有高传染性，因此，去除病原体是废水处理的重要任务，其中消毒是最重病原体是废水处理的重要任务，其中消毒是最重要的处理方法。要的处理方法。 1、消毒方法和手段、消毒方法和手段 (1) 化学药剂法：化学药剂法：在废水中添加消毒剂。常用在废水中添加消毒剂。常用氧化剂，氯是应用最普遍的一种，臭氧是一种高氧化剂，氯是应用最普遍的一种，臭氧是一种高效消毒剂，高酸性和高碱性的水也能破坏致病菌。效消毒剂，高酸性和高碱性的水也能破坏致病菌。

19、 (2) 物理介质法：物理介质法：可采用热、光和声波。饮料可采用热、光和声波。饮料和奶品工业普遍用热消毒，在欧洲巴氏消毒法广和奶品工业普遍用热消毒，在欧洲巴氏消毒法广泛用于污泥消毒。日光（电磁光谱中紫外线）也泛用于污泥消毒。日光（电磁光谱中紫外线）也是很好的消毒介质。发射紫外线的特制灯已成功是很好的消毒介质。发射紫外线的特制灯已成功应用于水和废水的消毒。应用于水和废水的消毒。 (3) 机械手段：机械手段：过过 程程去除率去除率过过 程程去除率去除率粗筛网粗筛网05化学沉淀化学沉淀4080细筛网细筛网1020生物熄池生物熄池 9095 沉砂池沉砂池1025活性污泥法活性污泥法9098自然沉淀自然

20、沉淀2575出水加氯出水加氯9899.999表表1-1 不同处理过程对细菌的去除或破坏不同处理过程对细菌的去除或破坏 (4) 特殊射线照射法：主要有电磁、声波和微特殊射线照射法：主要有电磁、声波和微粒。粒。射线（放射性同位素射线（放射性同位素Co-60发射发射) 穿透力强，穿透力强，已用于水和废水的消毒已用于水和废水的消毒(灭菌灭菌)。 2、消毒剂的作用机理、消毒剂的作用机理 (1) 破坏细胞壁。破坏细胞壁。 (2) 改变细胞的渗透性。改变细胞的渗透性。 (3) 改变原生质的胶体性质。改变原生质的胶体性质。 (4) 改变有机体的改变有机体的DNA或或RNA。 (5) 抑制酶的活性。抑制酶的活性

21、。 3、 常用消毒剂常用消毒剂 废水处理常用的氯化物：氯、次氯酸钠、次氯废水处理常用的氯化物：氯、次氯酸钠、次氯酸钙和二氧化氯。酸钙和二氧化氯。 (1) 氯：以液氯形式储存在压力容器中，压力氯：以液氯形式储存在压力容器中，压力容器的选择取决于氯的消耗速率、价格、处理设施容器的选择取决于氯的消耗速率、价格、处理设施的要求以及使用的可靠性等因素。的要求以及使用的可靠性等因素。 它的持续应用已引起广泛关注？它的持续应用已引起广泛关注？ 运输氯的车辆易发生事故；运输氯的车辆易发生事故； 氯的剧毒性对操作人员潜在的卫生危险；氯的剧毒性对操作人员潜在的卫生危险； 氯与水中有机物作用的副产物，很多具有氯与水

22、中有机物作用的副产物，很多具有“三致三致”作用；作用； 水中的余氯对水生生物有毒。水中的余氯对水生生物有毒。 （2）次氯酸钠：）次氯酸钠：有效氯有效氯1217，含量高时，含量高时易分解，易受光和热的作用，或就地制备，或冷易分解，易受光和热的作用，或就地制备，或冷处用防腐容器储存。药剂费用高，有腐蚀性，有处用防腐容器储存。药剂费用高，有腐蚀性，有氯雾产生，应用过程需要特殊设计。氯雾产生，应用过程需要特殊设计。 （3）次氯酸钙：）次氯酸钙：高级次氯酸盐至少含高级次氯酸盐至少含70有有效氯。干式次氯酸钙可为灰白色的粉末、颗粒状效氯。干式次氯酸钙可为灰白色的粉末、颗粒状或压缩药片或药丸。应存放在干冷地

23、点的防腐容或压缩药片或药丸。应存放在干冷地点的防腐容器中。易结晶，可能堵塞计量泵、管道、阀门。器中。易结晶，可能堵塞计量泵、管道、阀门。在小型设施中应用较多。在小型设施中应用较多。 （4）二氧化氯：）二氧化氯：消毒能力与氯相当或更强，消毒能力与氯相当或更强，灭活病毒的有效性超过氯。不稳定，通常在应用前灭活病毒的有效性超过氯。不稳定，通常在应用前就地制备。氯的水溶液与次氯酸钠溶液混合，反应就地制备。氯的水溶液与次氯酸钠溶液混合，反应如下：如下：2NaClO + Cl2 = 2ClO2 + 2NaCl 二氧化氯具有高的氧化势位，投入废水往往按二氧化氯具有高的氧化势位，投入废水往往按下列反应还原为氯

24、：下列反应还原为氯：ClO2 + e- ClO2- 消毒所需二氧化氯的剂量取决于消毒所需二氧化氯的剂量取决于pH和特定有和特定有机体。机体。投加量投加量(mgL)作用时间作用时间(s)pH值值杀灭大肠杀灭大肠杆菌杆菌()0.5606.5990.25158.599表表 二氧化氯对大肠杆菌消毒效果二氧化氯对大肠杆菌消毒效果 二氧化氯消毒主要的副产品为次氯酸盐和氯二氧化氯消毒主要的副产品为次氯酸盐和氯酸盐，两者郭有潜在的毒性。次氯酸盐的形成可酸盐，两者郭有潜在的毒性。次氯酸盐的形成可通过管理原料控制，或加大投氯剂量，使之超过通过管理原料控制，或加大投氯剂量，使之超过化学计算量。此外，可采用亚铁或亚硫

25、酸盐法去化学计算量。此外，可采用亚铁或亚硫酸盐法去除次氯酸离子。除次氯酸离子。 消毒后水中余氯的去除：低度余氯可能对水消毒后水中余氯的去除：低度余氯可能对水生生物有潜在的毒害效应。脱氯可用还原剂，如生生物有潜在的毒害效应。脱氯可用还原剂，如用二氧化硫或亚硫酸钠与余氯作用，或用活性炭用二氧化硫或亚硫酸钠与余氯作用，或用活性炭吸附。用二氧化氯消毒时可用二氧化硫脱氯。吸附。用二氧化氯消毒时可用二氧化硫脱氯。 臭氧是有效的杀病毒剂，比氯更有效。臭氧臭氧是有效的杀病毒剂，比氯更有效。臭氧氧化不产生溶解性固体，且不受铵离子和进水氧化不产生溶解性固体，且不受铵离子和进水pH值影响。臭氧消毒系统包括电源、配料

26、气准备设值影响。臭氧消毒系统包括电源、配料气准备设施、臭氧发生设施、臭氧与消毒液体的接触设施、施、臭氧发生设施、臭氧与消毒液体的接触设施、尾气破坏设施等。尾气破坏设施等。 （1）臭氧接触池）臭氧接触池 采用深而有盖的接触池。用多孔扩散器或注采用深而有盖的接触池。用多孔扩散器或注射器由第一室底部引入，在第一室发生快速氧化射器由第一室底部引入，在第一室发生快速氧化反应。然后废水与臭氧混合体进入第二室进行缓反应。然后废水与臭氧混合体进入第二室进行缓慢的反应。一般消毒作用在第二室中发生。慢的反应。一般消毒作用在第二室中发生。4、臭氧消毒、臭氧消毒图图1-5 典型的臭氧消毒系统流程典型的臭氧消毒系统流程

27、1.液氧储柜液氧储柜 2.蒸发单元蒸发单元 3.臭氧发生器臭氧发生器 4.接触反应器接触反应器 5.臭氧扩散器臭氧扩散器（2）尾气的处理）尾气的处理 接触池排出的尾气必须处理，以破坏残余臭氧接触池排出的尾气必须处理，以破坏残余臭氧 （3）臭氧消毒所需剂量）臭氧消毒所需剂量 当当Uq时时 N/N0 = (U/q)-n (当当Uq时，时，N/q=1) D = U(100/TE)N是消毒后残留的有机体数；是消毒后残留的有机体数；N0是消毒前存在的有是消毒前存在的有机体数；机体数；q是当是当N/N0=1或或lgN/N0=0时的时的x截距值；截距值；n是计量反应曲线斜率；是计量反应曲线斜率；D是所需臭氧

28、总剂量是所需臭氧总剂量(mg/L)；U是用掉的臭氧剂量是用掉的臭氧剂量(mg/L)；TE是臭氧的传输效率是臭氧的传输效率()，典型的臭氧传输效率约为，典型的臭氧传输效率约为80-90。 （4）臭氧法消毒的优缺点）臭氧法消毒的优缺点 剩余臭氧可能对水生物有剧毒。臭氧氧化能剩余臭氧可能对水生物有剧毒。臭氧氧化能产生某些致突变或致癌变化合物，不过并不稳定，产生某些致突变或致癌变化合物，不过并不稳定，在臭氧氧化的水中只存在几分钟。臭氧氧化时是在臭氧氧化的水中只存在几分钟。臭氧氧化时是否形成有毒的中间物，取决于剂量、接触时间以否形成有毒的中间物，取决于剂量、接触时间以及母体化合物的性质。及母体化合物的性质。 优点：由于臭氧在投加后很快分解为氧从而优点：由于臭氧在投加后很快分解为氧从而出水中溶解氧含量接近于饱和，没有必要对出水出水中