水污染控制工程 1-5 (24)

1、123 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。451酸性污水化工厂、化纤厂、电镀厂，金属加工厂酸性污水化工厂、化纤厂、电镀厂，金属加工厂等酸性污水等酸性污水pH14，腐蚀性强，改变水体的，腐蚀性强，改变水体的PH值，值，影响水生植物。影响水生植物。2碱性污水印染厂、

2、造纸厂、炼油厂的碱性污水碱性污水印染厂、造纸厂、炼油厂的碱性污水PH1014，腐蚀危害小于酸性水，影响水生植物。，腐蚀危害小于酸性水，影响水生植物。 酸碱污水在浓度高时酸碱污水在浓度高时(3%(3%5 5以上以上) )，应考虑回，应考虑回收和综合利用，制造硫酸亚铁、硫酸铁、在浓度不高收和综合利用，制造硫酸亚铁、硫酸铁、在浓度不高时方可采用时方可采用中和法中和法进行处理。进行处理。6中和法原理：中和法原理：用碱或碱性物质中和酸性废水，或用酸用碱或碱性物质中和酸性废水，或用酸或酸性物质中和碱性废水，将废水的或酸性物质中和碱性废水，将废水的pH调至调至7左右。左右。71酸碱污水相互中和法酸碱污水相互

3、中和法2、药剂中和法、药剂中和法3过滤中和法（多用于原料所在地）过滤中和法（多用于原料所在地）4、烟道气中和法、烟道气中和法8电镀厂的酸性污水和印染厂的碱性污水相互混合，电镀厂的酸性污水和印染厂的碱性污水相互混合，达到中和目的。达到中和目的。根据化学反应等当量原理，根据化学反应等当量原理，Q1C1=Q2C2 计算污水中计算污水中酸碱的含量及污水量，使酸碱污水等当量混合，达酸碱的含量及污水量，使酸碱污水等当量混合，达到等当量中和并略偏于碱性。到等当量中和并略偏于碱性。91酸碱污水相互中和法酸碱污水相互中和法2、药剂中和法、药剂中和法3过滤中和法（多用于原料所在地）过滤中和法（多用于原料所在地）4

4、、烟道气中和法、烟道气中和法10可外加碱性、酸性物质作为中和剂进行处理。可外加碱性、酸性物质作为中和剂进行处理。1）酸性污水的中和剂：）酸性污水的中和剂： 苏打苏打NaCONaCO3 3和苛性钠和苛性钠NaOHNaOH具有组成均匀，易于具有组成均匀，易于贮存，反应迅速，易溶于水，但价格较高。贮存，反应迅速，易溶于水，但价格较高。 石灰石灰Ca(OH)Ca(OH)2 2 来源广泛，价格便宜。（但产生杂来源广泛，价格便宜。（但产生杂质多，浮渣多，难处理，一般用于水量较小的水厂）质多，浮渣多，难处理，一般用于水量较小的水厂） 石灰石石灰石CaCOCaCO3 3，白云石，白云石CaCOCaCO3 3M

5、gCOMgCO3 3是开发的是开发的石料，在产地价格便宜，可以作为一种中和材料，主石料，在产地价格便宜，可以作为一种中和材料，主要用于滤床使用。要用于滤床使用。11可外加用碱性、酸性物质作为中和剂进行处理。可外加用碱性、酸性物质作为中和剂进行处理。2）碱性污水的中和剂：）碱性污水的中和剂： 硫酸、盐酸、烟道气（含硫酸、盐酸、烟道气（含COCO2 2，SOSO2 2) )。12投加方式：干投、湿投投加方式：干投、湿投l 干投法干投法用机械将药剂粉碎，直径用机械将药剂粉碎，直径0.5mm，然后直接投入水中。然后直接投入水中。l 湿投法湿投法将药剂溶解成液体，用计量设备控制将药剂溶解成液体，用计量设

6、备控制投加量，可节省药剂。投加量，可节省药剂。13 湿投加法湿投加法 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。 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。为了防止产生沉淀，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。石灰乳槽均装有搅拌设备。14 湿投加法湿投加法151酸碱污水相互中和法酸碱污水相互中

7、和法2、药剂中和法、药剂中和法3过滤中和法（多用于原料所在地）过滤中和法（多用于原料所在地）4、烟道气中和法、烟道气中和法16 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。 使污水流经装填有使污水流经装填有石灰石石灰石、白云石、大理石等、白云石、大理石等滤料的滤池，产生中和作用。滤料的滤池，产生中和作用。17生成硫酸钙微溶于水，生成硫酸钙微溶于水，18时溶解度为时溶解度为1.6g/L，采用石灰石能中和硫酸浓度为：采用石灰石能中和硫酸浓度为：1.6:136x:98 x=1.15g/L18由上述的计算说明：由上述的计算说明：1

8、）当进水硫酸浓度大于）当进水硫酸浓度大于1.15 g/L，中和反应生成的，中和反应生成的CaSO4浓度大于浓度大于1.6 g/L，超过浓度积，会析出，超过浓度积，会析出CaSO4沉积，形成硫酸钙外壳。沉积，形成硫酸钙外壳。2）由于存在盐效应的过饱和现象，一般进水的硫酸）由于存在盐效应的过饱和现象，一般进水的硫酸浓度可提高到浓度可提高到2.0 g/L。3）应用中要注意进水的硫酸浓度。）应用中要注意进水的硫酸浓度。4）采用升流式膨胀床可以减少硫酸钙结壳）采用升流式膨胀床可以减少硫酸钙结壳19 白云石中含有白云石中含有MgCO3 ，可生成溶解度较大的，可生成溶解度较大的MgSO4，可以适当提高进水硫

9、酸浓度。，可以适当提高进水硫酸浓度。20采用升流式膨胀床可以减少硫酸钙结壳采用升流式膨胀床可以减少硫酸钙结壳21升流式膨胀中和滤池升流式膨胀中和滤池221酸碱污水相互中和法酸碱污水相互中和法2、药剂中和法、药剂中和法3过滤中和法（多用于原料所在地）过滤中和法（多用于原料所在地）4、烟道气中和法、烟道气中和法23 烟道气体中和碱性污水的方法烟道气体中和碱性污水的方法方便实用，费用较低。方便实用，费用较低。 烟道气中含有烟道气中含有CO2和和SO2，溶，溶于水中形成于水中形成H2CO3和和H2SO4，使碱，使碱性污水被中和。性污水被中和。4碱性污水中和处理（烟道气中和）碱性污水中和处理（烟道气中和

10、）242516371637年年 我国开始使用明矾净水我国开始使用明矾净水18841884年年 西方才开始使用西方才开始使用 262728混凝去除对象尺寸范围：混凝去除对象尺寸范围：1nm0.1 m（有时认为在（有时认为在1 m）水处理中主要杂质：水处理中主要杂质： 粘土（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 （10nm） 29混凝目的：投加混凝剂使混凝目的：投加混凝剂使胶体脱稳胶体脱稳，相互凝聚，相互凝聚生长成大矾花生长成大矾花, ,以便在后续沉淀工艺中去除。以便在后续沉淀工艺中去除。

11、 30以地面水为水源的给水处理工艺：以地面水为水源的给水处理工艺：原水原水 混凝混凝 沉淀沉淀 过滤过滤 消毒消毒 饮用水饮用水 混凝沉淀混凝沉淀二级生物二级生物处理出水处理出水过滤过滤废水深度处理：废水深度处理：31电动电位电动电位 粘土粘土 =-15-40mV细菌细菌 =-30-70mV 电位离子电位离子 异号电荷异号电荷固定层固定层扩散层扩散层三三、混凝原理混凝原理1. 胶体的稳定性胶体的稳定性32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

12、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

13、使胶体不能相互聚结。水化作用也使胶体不能相互聚结。33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

14、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。34降低静降低静电斥力电斥力 电位电位 脱脱稳稳 352. 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吸混凝剂提供大量正离子会涌入胶体扩散层甚至吸附层附层, 使扩散层减薄，使扩散层减薄，电位降低。当扩散层完全消失电位降低。当扩散层完全消失时时，。此时胶

15、体间斥力消失。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间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，胶粒就开始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，这时的产生明显的聚结，这时的电位称为电位称为 胶粒因胶粒因电位电位降低或消除以至失去稳定性的过电位电位降低或消除以至失去稳定性的过程，称为程，称为3637(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。2. 混凝原理混凝原理38(3) 网捕作用网捕作用

16、 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。2. 混凝原理混凝原理39以硫酸铝为例讨论混凝过程以硫酸铝为例讨论混凝过程40 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+。 硫酸铝硫酸铝Al2(SO4)3 18H2O Al(H2O)63+ 41 水合铝离子进一步水解，形成单羟基单核络合水合铝离子进一步水解，形成单羟基单核络合物：物：OHO)Al(OH)(HOHO)Al(H32

17、522362 单羟基单核络合物又进一步水解：单羟基单核络合物又进一步水解：OHO)(HAl(OH)OHO)Al(OH)(H34222252OHO)(HAl(OH)OHO)(HAl(OH)33232422 上述反应中，降低水中上述反应中，降低水中H+(或或H3O+)浓度或提高浓度或提高pH，使反应趋向右方，水合羟基络合物的电荷逐渐，使反应趋向右方，水合羟基络合物的电荷逐渐降低，最终生成中性氢氧化铝难溶沉淀物。降低，最终生成中性氢氧化铝难溶沉淀物。42 当当pH4时，水解受到抑制，水中存在的主要是时，水解受到抑制，水中存在的主要是Al(H2O)63+ 。 当当pH45时，水中有时，水中有Al(OH

18、)(H2O)52+、Al(OH)2(H2O)4+及少量及少量Al(OH)3(H2O)3。 当当pH78时，水中主要是时，水中主要是Al(OH)3(H2O)3沉淀沉淀物。物。 但在某一特定但在某一特定pH时，水解产物还有许多复杂的时，水解产物还有许多复杂的高聚物和络合物同时共存。高聚物和络合物同时共存。 因为初步水解产物中的羟基因为初步水解产物中的羟基OH-具有桥键性质。具有桥键性质。43 在由在由Al(H2O)63+转向转向Al(OH)3(H2O)3的中间过程的中间过程中，羟基可将单核络合物通过桥键缩聚成多核络合物：中，羟基可将单核络合物通过桥键缩聚成多核络合物：OHO)Al(HOHO)Al(

19、HO)Al(OH)(HO)Al(H255252252362 两个单羟基络合物通过羟基桥联可缩合成双羟基两个单羟基络合物通过羟基桥联可缩合成双羟基双核络合物：双核络合物：O2HO)(H(OH)AlO)2Al(OH)(H24822223244H2OH2OH2OH2OAlOHOHH2OH2OH2OH2OAl45 带有正电的水解聚合物，同时起到带有正电的水解聚合物，同时起到压缩双电层的压缩双电层的脱稳和吸附架桥脱稳和吸附架桥的作用。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

20、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，脱稳胶体在相互脱稳，随后，脱稳胶体在相互凝聚凝聚的同时，靠聚合度的同时，靠聚合度不断增大的高聚物的吸附架桥作用，形成大的不断增大的高聚物的吸附架桥作用，形成大的絮凝絮凝体，体，使使混凝混凝过程很好完成。过程很好完成。 从上述反应可以看出，三价铝盐发挥混凝作用的从上述反应可以看出，三价铝盐发挥混凝作用的是各种形态的水解聚合物。是各种形态的水解聚合物。46凝聚、絮凝和混凝这三个词常引起混淆。凝聚、絮凝和混凝这三个词常引起

21、混淆。l 凝聚凝聚(coagulation)是指胶体被压缩双电层而脱稳的是指胶体被压缩双电层而脱稳的过程；过程；l 絮凝絮凝(flocculation)则指胶体由于高分子聚合物的吸则指胶体由于高分子聚合物的吸附架桥作用聚结成大粒絮体的过程；附架桥作用聚结成大粒絮体的过程；l 混凝混凝（coagulation - flocculation）则包括凝聚与絮）则包括凝聚与絮凝两种过程。凝两种过程。47二、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48(1) 无机盐类混凝剂无机盐类混凝剂铁盐和铝盐铁

22、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二、混凝剂和助凝剂二、混凝剂和助凝剂1. 混凝剂混凝剂49(1) 无机盐类混凝剂无机盐类混凝剂l 三氯化铁三氯化铁 (ferric chloride)无 水 物 、 结 晶 水 物 和 液 体 ， 其 中 常 用 的 是无 水 物 、 结 晶 水 物 和 液 体 ， 其 中 常 用 的 是FeCl36H2O，极易溶于水。，极易溶于水。：形成的矾花沉降性好，处理低温水或低浊度：形成的矾花沉降性好，处理低温水或低浊度水效果比铝盐好，适宜的水效果比铝盐好，适宜的pH值范围较宽；值范围较宽；：处理后的水的色度比铝盐的高，腐蚀性大。：处理后的水

23、的色度比铝盐的高，腐蚀性大。50l 硫酸亚铁硫酸亚铁 (ferrous sulfate) FeSO47H2O是半透明绿色晶体，易溶于水，在水温是半透明绿色晶体，易溶于水，在水温2O时溶解度为时溶解度为21。 硫酸亚铁离解出的硫酸亚铁离解出的Fe2只能生成最简单的单核络合物，只能生成最简单的单核络合物，因此，不如三价铁盐混凝效果好。因此，不如三价铁盐混凝效果好。 残留在水中的残留在水中的Fe2会使处理后的水带色，会使处理后的水带色，Fe2与水中与水中的某些有色物质作用后，会生成颜色更深的溶解物。因此，的某些有色物质作用后，会生成颜色更深的溶解物。因此，使用硫酸亚铁时应将二价铁先氧化为三价铁，然后

24、再起混使用硫酸亚铁时应将二价铁先氧化为三价铁，然后再起混凝作用。凝作用。(1) 无机盐类混凝剂无机盐类混凝剂51l 硫酸铝硫酸铝(aluminum sulfate, alum) 工业产品有精制和粗制两种。精制硫酸铝是白色结晶工业产品有精制和粗制两种。精制硫酸铝是白色结晶体。粗制硫酸铝的体。粗制硫酸铝的Al2O3含量不少于含量不少于14.516.5，不溶，不溶杂质含量不大于杂质含量不大于2430。优点：优点：价格较低，使用方便，混凝效果好。价格较低，使用方便，混凝效果好。缺点：缺点：当水温低时硫酸铝水解困难，形成的絮体较松散。当水温低时硫酸铝水解困难，形成的絮体较松散。由于杂质含量高，所以渣量大

25、。由于杂质含量高，所以渣量大。(1) 无机盐类混凝剂无机盐类混凝剂52(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二、混凝剂和助凝剂二、混凝剂和助凝剂1. 混凝剂混凝剂53(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二、混凝剂和助凝剂二、混凝剂和助凝剂1. 混凝剂混凝剂54l 聚合氯化铝聚合氯化铝(poly-aluminum chloride, PAC) 聚合氯化铝是一种高分子混凝剂，其化学式可写为聚合氯化铝是一种高分子混凝剂，其化学式可写为Al2(OH)nCl6-n

26、m，式中，式中n可取可取1到到5中间的任何整数，中间的任何整数，m为为 10的整数。这个化学式实际是指的整数。这个化学式实际是指 m个个Al2(OH)nCl6-n单体单体的聚合物。的聚合物。 聚合氯化铝中聚合氯化铝中OH与与Al的比值对混凝效果有很大关系，的比值对混凝效果有很大关系，一般可用碱化度一般可用碱化度B表示：表示：B=OH100/3Al，例如，例如n4时，碱化度时，碱化度B=4/（32）100=66.7。一般要求。一般要求B为为4060。(2) 高分子混凝剂高分子混凝剂55l 聚合氯化铝聚合氯化铝(poly-aluminum chloride, PAC)优点：优点：(a)(a) 应用

27、范围广，对各种废水都可以获得较好的混凝效果。应用范围广，对各种废水都可以获得较好的混凝效果。(b)(b) 易快速形成大的矾花，沉降性能好，投药量一般比硫酸易快速形成大的矾花，沉降性能好，投药量一般比硫酸铝低，过量投加时也不会像硫酸铝那样造成水浑浊。铝低，过量投加时也不会像硫酸铝那样造成水浑浊。(c)(c) 适宜的适宜的pHpH值范围较宽值范围较宽( (在在5 59 9之间之间) )，且处理后水的，且处理后水的pHpH值值和碱度下降较小。和碱度下降较小。(d)(d) 水温低时，仍可保持稳定的混凝效果。水温低时，仍可保持稳定的混凝效果。(e)(e) 其碱化度比其它铝盐、铁盐为高，因此药液对设备的侵

28、蚀其碱化度比其它铝盐、铁盐为高，因此药液对设备的侵蚀作用小。作用小。(2) 高分子混凝剂高分子混凝剂56l 聚合硫酸铁聚合硫酸铁(poly-ferric sulfate, PFS)化学式为化学式为Fe2(OH)n(SO4)3-n/2m优点：投加剂量小，絮体生成快，对水质的适应范围广以及优点：投加剂量小，絮体生成快，对水质的适应范围广以及水解时消耗水中碱度少。水解时消耗水中碱度少。 它与聚合铝盐都是具有一定碱化度的无机高分子聚合物，它与聚合铝盐都是具有一定碱化度的无机高分子聚合物，且作用机理也颇为相似。且作用机理也颇为相似。(2) 高分子混凝剂高分子混凝剂57(2) 高分子混凝剂高分子混凝剂 有

29、机高分子混凝剂分为天然和人工两种，其中天有机高分子混凝剂分为天然和人工两种，其中天然高分子混凝剂的应用远不如人工的广泛，主要然高分子混凝剂的应用远不如人工的广泛，主要原因是电荷密度小，分子量较低，且容易发生降原因是电荷密度小，分子量较低，且容易发生降解而失去活性。解而失去活性。 根据高分子聚合物所带基团能否离解及离解后所根据高分子聚合物所带基团能否离解及离解后所带离子的电性，有机高分子混凝剂可分为带离子的电性，有机高分子混凝剂可分为阴离子阴离子型型(anionic)、阳离子型阳离子型(cationic)和和非离子型非离子型(nonionic)有机高分子混凝剂有机高分子混凝剂58(2) 高分子混

30、凝剂高分子混凝剂l 特点：高分子混凝剂一般为链状结构，各单体间以共特点：高分子混凝剂一般为链状结构，各单体间以共价键结合。溶于水中，将生成大量的线形高分子。价键结合。溶于水中，将生成大量的线形高分子。l 单体的总数称为聚合度，高分子混凝剂的聚合度约为单体的总数称为聚合度，高分子混凝剂的聚合度约为10005000，甚至更高。，甚至更高。 l 作用机理：作用机理：（a）由于氢键结合、静电结合、范德华力等作用对胶粒）由于氢键结合、静电结合、范德华力等作用对胶粒的吸附结合；的吸附结合；（b）线型高分子在溶液中的吸附架桥作用）线型高分子在溶液中的吸附架桥作用有机高分子混凝剂有机高分子混凝剂59(2) 高

31、分子混凝剂高分子混凝剂 在一般情况下，不论混凝剂为何种离子型，对不同在一般情况下，不论混凝剂为何种离子型，对不同电性的胶体和细微悬浮物都是有效的。但如为离子型，电性的胶体和细微悬浮物都是有效的。但如为离子型，且电性与胶粒电性相反，就能起降低电位和吸附架桥双且电性与胶粒电性相反，就能起降低电位和吸附架桥双重作用，可明显提高絮凝效果。重作用，可明显提高絮凝效果。有机高分子混凝剂有机高分子混凝剂60(2) 高分子混凝剂高分子混凝剂l 产量占高分子混凝剂总产量的产量占高分子混凝剂总产量的80，l 按性状，聚丙烯酰胺产品有胶状按性状，聚丙烯酰胺产品有胶状(含量含量510)、片状、片状 (含量含量2030

32、)和粉状和粉状(含量含量9095)三种。其聚合度可达三种。其聚合度可达21049104。相应的相对分子质量高达。相应的相对分子质量高达1.51066.0106。l 聚丙烯酰胺也常作为助凝剂与其他混凝剂一起使用，可产生较聚丙烯酰胺也常作为助凝剂与其他混凝剂一起使用，可产生较好的混凝效果。聚丙烯酰胺的投加次序与废水水质有关。好的混凝效果。聚丙烯酰胺的投加次序与废水水质有关。有机高分子混凝剂有机高分子混凝剂聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺 (polyacrylamides, PAM)CH2CH CONH2 n61l 当废水浊度低时，宜先投加其他混凝剂，再投加当废水浊度低时，宜先投加其他混凝剂，再投加聚丙烯酰胺，

33、使胶体颗粒先脱稳到一定程度，为聚丙烯酰胺，使胶体颗粒先脱稳到一定程度，为聚丙烯酰胺的絮凝作用创造有利条件；聚丙烯酰胺的絮凝作用创造有利条件；l 当废水浊度高时，应先投加聚丙烯酰胺，再投加当废水浊度高时，应先投加聚丙烯酰胺，再投加其它混凝剂，以让聚丙烯酰胺先在高浊度水中充其它混凝剂，以让聚丙烯酰胺先在高浊度水中充分发挥作用，吸附部分胶粒，使浊度下降，其余分发挥作用，吸附部分胶粒，使浊度下降，其余胶粒由其它混凝剂脱稳，再由聚丙烯酰胺吸附，胶粒由其它混凝剂脱稳，再由聚丙烯酰胺吸附，这样可以降低其它絮凝剂的用量。这样可以降低其它絮凝剂的用量。(2) 高分子混凝剂高分子混凝剂有机高分子混凝剂有机高分子混

34、凝剂聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺 (polyacrylamides, PAM)62二、混凝剂和助凝剂二、混凝剂和助凝剂1. 混凝剂混凝剂2. 助凝剂助凝剂（1 1）pHpH调整剂调整剂 常用的常用的pHpH调整剂包括石灰、硫酸、氢氧化钠、调整剂包括石灰、硫酸、氢氧化钠、碳酸钠等。碳酸钠等。（2 2）絮体结构改良剂）絮体结构改良剂 如活性硅酸、骨胶、聚丙烯酰氨和粘土等。如活性硅酸、骨胶、聚丙烯酰氨和粘土等。（3 3）氧化剂）氧化剂 可投加氯气、次氯酸钠、臭氧等氧化剂，以可投加氯气、次氯酸钠、臭氧等氧化剂，以提高混凝效果。提高混凝效果。63三、三、 影响混凝效果的主要因素影响混凝效果的主要因素1. 水温水

35、温2. pH3. 水中杂质的成分、性质和浓度水中杂质的成分、性质和浓度4. 水力条件水力条件5. 混凝剂混凝剂641 1、水温、水温 低温，混凝效果差低温，混凝效果差原因：原因： 无机盐水解吸热；无机盐水解吸热；温度降低，粘度升高温度降低，粘度升高布朗运动减弱；布朗运动减弱；胶体颗粒水化作用增强，妨碍凝聚。胶体颗粒水化作用增强，妨碍凝聚。对策：对策：提高投药量、添加高分子助凝剂提高投药量、添加高分子助凝剂 三、三、 影响混凝效果的主要因素影响混凝效果的主要因素652 2、pHpH及碱度及碱度 l 视混凝剂品种而异。视混凝剂品种而异。l根据水质、去除对象，最佳根据水质、去除对象，最佳pH范围也不

36、同。范围也不同。l 需碱度来调整需碱度来调整pH，碱度不够时需投加石灰。，碱度不够时需投加石灰。三、三、 影响混凝效果的主要因素影响混凝效果的主要因素663 3、水中杂质浓度、水中杂质浓度 有些杂质的存在能促进混凝过程。而有些物质则不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。利于混凝的进行。三、三、 影响混凝效果的主要因素影响混凝效果的主要因素674 4、水力条件、水力条件 水力条件对混凝效果有重要影响。水力条件对混凝效果有重要影响。两个主要的控制指标是两个主要的控制指标是搅拌强度搅拌强度和和搅拌时间搅拌时间。混合阶段：混合阶段：要求混凝剂与废水迅速均匀混合，剧烈要求混凝剂与

37、废水迅速均匀混合，剧烈搅拌，搅拌时间应在搅拌，搅拌时间应在1030s，最多不超过，最多不超过2分钟。分钟。反应阶段：反应阶段：既要创造足够的碰撞机会和良好的吸附既要创造足够的碰撞机会和良好的吸附条件让絮体有足够的成长机会，又要防止生成的小条件让絮体有足够的成长机会，又要防止生成的小絮体被打碎，因此搅拌强度要逐渐减小，而反应时絮体被打碎，因此搅拌强度要逐渐减小，而反应时间要长，为间要长，为1530min。三、三、 影响混凝效果的主要因素影响混凝效果的主要因素685 5、混凝剂的影响、混凝剂的影响（1）混凝剂种类）混凝剂种类 混凝剂的选择主要取决于胶体和细微悬浮物的混凝剂的选择主要取决于胶体和细微

38、悬浮物的性质、浓度。性质、浓度。 如水中污染物主要呈胶体状态，且如水中污染物主要呈胶体状态，且 电位较高，电位较高，则应先投加无机混凝剂使其脱稳凝聚，如絮体细小，则应先投加无机混凝剂使其脱稳凝聚，如絮体细小，还需投加高分子混凝剂或配合使用活性硅酸等助凝还需投加高分子混凝剂或配合使用活性硅酸等助凝剂。剂。 很多情况下，将无机混凝剂与高分子混凝剂并很多情况下，将无机混凝剂与高分子混凝剂并用，可明显提高混凝效果，扩大应用范围。用，可明显提高混凝效果，扩大应用范围。三、三、 影响混凝效果的主要因素影响混凝效果的主要因素695 5、混凝剂的影响、混凝剂的影响（2）混凝剂投加量）混凝剂投加量 投加量除与水

39、中微粒种类、性质、浓度有关外，投加量除与水中微粒种类、性质、浓度有关外，还与混凝剂品种、投加方式及介质条件有关。还与混凝剂品种、投加方式及介质条件有关。 对任何废水的混凝处理，都存在最佳混凝剂和对任何废水的混凝处理，都存在最佳混凝剂和最佳投药量的问题，应通过试验确定最佳投药量的问题，应通过试验确定。三、三、 影响混凝效果的主要因素影响混凝效果的主要因素70混凝烧杯试验混凝烧杯试验 6联搅拌机联搅拌机71混凝剂投加量混凝剂投加量浊度浊度最佳混凝剂投加量最佳混凝剂投加量72四、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

40、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73 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：wn417AQwn10001000AQ10024V1 溶解池的容积：溶解池的容积：12V3020V).(式中式中: V1溶液池容积，溶液池容积，m3； Q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; w溶液浓度，；溶液浓度，

41、； n每天配置次数，一般为每天配置次数，一般为26次。次。74(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投加加方方式式泵前重泵前重力投加力投加水射器水射器投加投加75玻璃转子流量计玻璃转子流量计塑料转子流量计塑料转子流量计76电磁流量计电磁流量计77混凝投药自控技术混凝投药自控技术782. 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793. 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

42、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。80(2) 机械反应池机械反应池81混凝气浮装置混凝气浮装置82混凝装置混凝装置8384 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

43、如害离子，阳离子如Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cr6+，阴离子如，阴离子如SO42-、PO43-。 难溶盐或难溶氢氧化物在溶液中的离子的浓度难溶盐或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。85原理：根据化学沉淀的必要条件，一定温度下，难溶原理：根据化学沉淀的必要条件，一定温度下，难溶盐盐MmNn在

44、饱和溶液下，沉淀和溶解反应如下：在饱和溶液下，沉淀和溶解反应如下：m、n分别表示离子分别表示离子Mn+、Nm-的系数。的系数。根据质量作用原理，溶度积常数可表示为根据质量作用原理，溶度积常数可表示为KMmNn86 1）同名离子效应）同名离子效应：当沉淀溶解平衡后，如果向溶液中：当沉淀溶解平衡后，如果向溶液中加入含有某一离子的试剂，则沉淀溶解度减少向沉淀方向移加入含有某一离子的试剂，则沉淀溶解度减少向沉淀方向移动动 2）盐效应）盐效应：在有强电解质存在状况下，溶解度随强电：在有强电解质存在状况下，溶解度随强电解质浓度的增大而增加，反应向溶解方向转移。解质浓度的增大而增加，反应向溶解方向转移。 3

45、）酸效应）酸效应：溶液的：溶液的pH值可影响沉淀物的溶解度，称为值可影响沉淀物的溶解度，称为酸效应。酸效应。 4）络合效应）络合效应：若溶液中存在可能与离子生成可溶性络：若溶液中存在可能与离子生成可溶性络合物的络合剂，则反应向相反方向进行，沉淀溶解，甚至不合物的络合剂，则反应向相反方向进行，沉淀溶解，甚至不发生沉淀。发生沉淀。溶度积常数溶度积常数KMmNn的影响因素：的影响因素：87应用：应用： 如果污水中含有大量的如果污水中含有大量的Mn+离子，要降低浓度，离子，要降低浓度，可向污水中投入化学物质，提高污水中可向污水中投入化学物质，提高污水中Nm-浓度，使浓度，使离子积大于溶度积离子积大于溶

46、度积K，结果，结果MmNn从污水中沉淀折出，从污水中沉淀折出，降低降低Mn+浓度。浓度。88金属氢氧化物的溶解度与污水的金属氢氧化物的溶解度与污水的PH值关系很大。值关系很大。M(OH)n表示金属的氢氧化物，表示金属的氢氧化物，Mm+表示金属离子。表示金属离子。一、氢氧化物沉淀法一、氢氧化物沉淀法89将重金属离子的溶解度与将重金属离子的溶解度与PH值关系绘成曲线，从值关系绘成曲线，从曲线中可以得到，重金属离子的浓度值。曲线中可以得到，重金属离子的浓度值。一、氢氧化物沉淀法一、氢氧化物沉淀法 采用氢氧化法处理污水，采用氢氧化法处理污水，PH值是一个重要因值是一个重要因素，处理污水中的素，处理污水

47、中的Fe2+离子时，离子时，PH值大于值大于9则可完则可完全沉淀，而处理污水中全沉淀，而处理污水中AL3离子时，离子时，PH值严格值严格为为5.5，否则，否则AL(OH)3沉淀物又会溶解。沉淀物又会溶解。90金属的硫化物溶解度一般比氢氧化物的溶解度小得金属的硫化物溶解度一般比氢氧化物的溶解度小得多，可以采用硫化物沉淀法。多，可以采用硫化物沉淀法。二、硫化物沉淀法二、硫化物沉淀法采用硫化物沉淀法常用的药剂为硫化氢，硫化钠，采用硫化物沉淀法常用的药剂为硫化氢，硫化钠，硫化钾等。硫化氢在水中分两步电离。硫化钾等。硫化氢在水中分两步电离。91 在处理含铬污水时，可用钡盐为沉淀剂，以在处理含铬污水时，可

48、用钡盐为沉淀剂，以碳酸钡为例，它与污水中铬酸进行反应，生成难碳酸钡为例，它与污水中铬酸进行反应，生成难溶的铬酸钡。溶的铬酸钡。 碳酸钡是难溶的物质，但铬酸钡的溶度积更碳酸钡是难溶的物质，但铬酸钡的溶度积更小一些，更难溶于水，像这样一种沉淀转化为另小一些，更难溶于水，像这样一种沉淀转化为另一种沉淀的过程为沉淀的转移一种沉淀的过程为沉淀的转移三、钡盐沉淀法三、钡盐沉淀法92沉淀法分析：沉淀法分析：1沉淀和溶解是暂时的，有条件的。沉淀和溶解是暂时的，有条件的。2只要条件改变，沉淀和溶解就能相互转移。只要条件改变，沉淀和溶解就能相互转移。3如果离子积大于溶度积就会发生沉淀。如果离子积大于溶度积就会发生

49、沉淀。 4反之离子积小于溶度积就会溶解。反之离子积小于溶度积就会溶解。9394利用废水中的污利用废水中的污染物在化学反应染物在化学反应过程中过程中能被氧化能被氧化或还原的性质或还原的性质，将它转变成无毒将它转变成无毒或微毒的，或易或微毒的，或易于从水中分离出于从水中分离出来的新物质，从来的新物质，从而将其从废水中而将其从废水中除去的方法。除去的方法。95一、氧化法一、氧化法氧化剂是一种能氧化其他物质而本身被还原的物质。氧化剂是一种能氧化其他物质而本身被还原的物质。l 非金属单质氧化剂：如非金属单质氧化剂：如F2、O3、Cl2、Br2、I2、N2、S等；等；l 金属的阳离子氧化剂：如金属的阳离子

50、氧化剂：如Fe3+、Ag+、Cu2+等；等；l 弱氧化性酸：如盐酸、稀硫酸等；弱氧化性酸：如盐酸、稀硫酸等；l 强氧化性酸：如浓强氧化性酸：如浓H2SO4、浓、浓HNO3、稀、稀HNO3、HClO、KMnO4、K2Cr2O7、KNO3、Na2O2、MnO2等。等。l 既可做氧化剂又可做还原剂：例如，既可做氧化剂又可做还原剂：例如，Na2O2、H2O2、S、SO2等，但它们以一种性质为主，等，但它们以一种性质为主，Na2O2、H2O2、S主要做氧化剂；主要做氧化剂；Fe2+、SO2主要做还原剂。主要做还原剂。1、氧化剂、氧化剂96一、氧化法一、氧化法 臭氧能够氧化许多有机物，如蛋白质、氨基臭氧能

51、够氧化许多有机物，如蛋白质、氨基酸、有机胺、链型不饱和化合物、芳香族、木质酸、有机胺、链型不饱和化合物、芳香族、木质素、腐殖质等，目前在水处理中，采用素、腐殖质等，目前在水处理中，采用CODCr和和BOD5作为测定这些有机物的指标，臭氧在氧化作为测定这些有机物的指标，臭氧在氧化这些有机物的过程中，将生成一系列中间产物，这些有机物的过程中，将生成一系列中间产物，这些中间产物的这些中间产物的CODCr和和BOD5值有的比原反应值有的比原反应物更高。物更高。2、臭氧氧化法、臭氧氧化法97一、氧化法一、氧化法 臭氧是非常有效的消毒剂。臭氧杀菌效果好、臭氧是非常有效的消毒剂。臭氧杀菌效果好、速度快，而且

52、对消灭病毒也很有效。臭氧消毒的速度快，而且对消灭病毒也很有效。臭氧消毒的效果主要决定于接触设备出口处的剩余量和接触效果主要决定于接触设备出口处的剩余量和接触时间，其受时间，其受pH值、水温及水中氨量的影响较小。值、水温及水中氨量的影响较小。但也有一定的选择性，如绿霉菌、青霉菌之类对但也有一定的选择性，如绿霉菌、青霉菌之类对臭氧具有抗药性，需较长时间才能杀死它们。臭氧具有抗药性，需较长时间才能杀死它们。2、臭氧氧化法、臭氧氧化法98一、氧化法一、氧化法臭氧氧化工艺的应用：臭氧氧化工艺的应用：l 臭氧可以用来对汽车制造厂综合废水（一级处理后的臭氧可以用来对汽车制造厂综合废水（一级处理后的出水）进行

53、深度处理，且处理效果明显；出水）进行深度处理，且处理效果明显；l 臭氧对印染废水的臭氧对印染废水的CODCr值去除率不高，而对色度的值去除率不高，而对色度的去除效果显著；去除效果显著；l 与传统的氯气氧化、吸附、混凝等脱色方法相比，用与传统的氯气氧化、吸附、混凝等脱色方法相比，用臭氧脱色有着脱色程度高、无二次污染等优点。臭氧脱色有着脱色程度高、无二次污染等优点。2、臭氧氧化法、臭氧氧化法99一、氧化法一、氧化法高级氧化法（高级氧化法（advanced oxidation processes，AOPs）主要有常温常压下的催化氧化和高温高压下的湿式主要有常温常压下的催化氧化和高温高压下的湿式催化氧

54、化、光催化氧化等。通过催化途径产生氧化催化氧化、光催化氧化等。通过催化途径产生氧化能力极强的能力极强的OH（羟基自由基）。（羟基自由基）。 OH 氧化电位为氧化电位为2.80V，仅次于氟的，仅次于氟的2.87V。3、高级氧化法、高级氧化法100一、氧化法一、氧化法3、高级氧化法、高级氧化法氧化剂氧化剂半反应半反应氧化电位氧化电位/VOH3.06O32.07H2O21.77HClO1.63Cl21.36OHOeHO22322OHeHOH222222OHCleHHClO222222OHeHOH2CleCl222101高级氧化法在降解废水时具有以下特点：高级氧化法在降解废水时具有以下特点： OH是高级氧化过程的中间产物，作为引发剂诱发是高级氧化过程的中间产物，作为引发剂诱发后面的链反应发生，对难降解的物质的开环、断键，将后面的链反应发生，对难降解的物质的开环、断键，将难降解的污染物变成低分子或易生物降解的物质；难降解的污染物变成