水处理I-第三章：水的化学处理

1、 3.1 3.1 化学混凝法化学混凝法3 1 化学混凝法化学混凝法(Cogulation) 3 1.1 混凝原理混凝原理 （1）胶体结构（双电层结构）胶体结构（双电层结构） A、电位离子层：胶核表面，吸附了一层带同号电、电位离子层：胶核表面，吸附了一层带同号电 荷的离子；荷的离子； B、反离子层、反离子层 ：电位离子层外吸附了电量与电位离：电位离子层外吸附了电量与电位离 子层总电量相同，而电性相反的离子；子层总电量相同，而电性相反的离子； 吸附层吸附层 扩散层扩散层 C、滑动面：、滑动面： 吸附层与扩散层的交界面；吸附层与扩散层的交界面； D、胶体的电动电位胶体的电动电位 ： 指胶粒与扩散层之

2、间的电位差；指胶粒与扩散层之间的电位差； E、总电位：、总电位： 胶核表面的电位离子与溶液主体之间电位差；胶核表面的电位离子与溶液主体之间电位差； F、胶体粒子的结构式、胶体粒子的结构式lFe（OH)3 胶体分散系胶团结构 ：(AgI)mI-I-I-I-I-I-I-I-K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+AgNO3 + KI AgI + KNO3KI过量(AgI)m nI-,(n-x)K+x- xK+胶核胶粒胶团吸附层扩散层（2）胶体的稳定性）胶体的稳定性 A 定义：定义： 胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性; B 分类：分类： 动力学稳定性：

3、动力学稳定性： 颗粒颗粒布朗运动布朗运动对抗重力影响的能力对抗重力影响的能力； 粒子越小，动力学稳定性越强；粒子越小，动力学稳定性越强； 聚集稳定性：聚集稳定性： 胶体粒子之间不能相互聚集的特性胶体粒子之间不能相互聚集的特性； 和和的作用阻碍胶体粒子的聚合，的作用阻碍胶体粒子的聚合， 胶体的稳定性关键在于胶体的稳定性关键在于聚集稳定性聚集稳定性； 胶体的电动电位越高，胶体的稳定性越高胶体的电动电位越高，胶体的稳定性越高；（3）DLVO理论理论 德加根（德加根（Derjaguin）、兰道（）、兰道（Landon） 伏维（伏维（Verwey）、奥贝克（）、奥贝克（Overbeek） 胶体的稳定性和

4、凝聚：胶体的稳定性和凝聚： 可由两胶粒间的相互作用和距离来评价可由两胶粒间的相互作用和距离来评价 距离距离 OA OA ( (稳定稳定) ) 静电斥力占优势静电斥力占优势 距离距离 OA OA ( (凝聚凝聚) ) 范德华引力占优势范德华引力占优势（4）混凝机理）混凝机理 胶核表面直接吸附带异号电荷的离子、胶粒等来降胶核表面直接吸附带异号电荷的离子、胶粒等来降低低 高分子物质和胶粒，以及胶粒与胶粒之间的架桥；高分子物质和胶粒，以及胶粒与胶粒之间的架桥；高分子絮凝剂投加后，通常可能出现以下两个现象：高分子絮凝剂投加后，通常可能出现以下两个现象：高分子投量过少，不足以形成吸附架桥；高分子投量过少，

5、不足以形成吸附架桥；但投加过多，会出现但投加过多，会出现“胶体保护胶体保护”现象现象； 金属氢氧化物形成过程中对胶粒的网捕；金属氢氧化物形成过程中对胶粒的网捕；（5）混凝过程：凝聚和絮凝）混凝过程：凝聚和絮凝 凝聚：指使胶体脱稳并聚集为微絮粒（凝聚：指使胶体脱稳并聚集为微絮粒（10 m）的过程；）的过程； 特点：剧烈搅拌，瞬间完成；特点：剧烈搅拌，瞬间完成； 絮凝：指微絮粒通过吸附、卷带和桥连而成长为更大絮凝：指微絮粒通过吸附、卷带和桥连而成长为更大 的絮体（的絮体（0.6-1.2mm）的过程。）的过程。 特点：需要一定时间，搅拌从强到弱；特点：需要一定时间，搅拌从强到弱；（6）混凝剂和助凝剂

6、）混凝剂和助凝剂 I、混凝剂、混凝剂 基本要求：基本要求： 混凝效果好；混凝效果好； 对人体健康无害；对人体健康无害； 使用方便；使用方便； 货源充足，价格低廉；货源充足，价格低廉； 分类分类：无机、有机、微生物类无机、有机、微生物类 聚丙烯酰胺简称聚丙烯酰胺简称PAM (PAM (PolyacrylamidePolyacrylamide) ) PAM PAM的分子结构通式为：的分子结构通式为： PAMPAM是线状水溶性高分子，其分子量在是线状水溶性高分子，其分子量在300-1800300-1800万万CH2CHCONH2n 阳离子聚丙烯酰胺阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)(CPAM)(Catio

7、nicCationic PolyacrylamidePolyacrylamide) )阴离子聚丙烯酰胺（阴离子聚丙烯酰胺（APAMAPAM）( (AnionicAnionic PolyacrylamidePolyacrylamide) )CH2CHCH2CHCH2C=ONH2C=OONaCH2CHCH2CHCH2C=ONHC=ONH2CCH3CH2N(CH3)ClCH3- -+ +- -+ + II、助凝剂、助凝剂 酸碱类：酸碱类： 调整水的调整水的pH值，如石灰、硫酸；值，如石灰、硫酸； 加大矾花的粒度和结实性：加大矾花的粒度和结实性： 如活化硅酸、骨胶等；如活化硅酸、骨胶等； 氧化剂类：氧

8、化剂类： 破坏干扰混凝的物质（有机物）；破坏干扰混凝的物质（有机物）； 如投加如投加Cl2和和O3等；等；(7) 混凝影响因素混凝影响因素 水温；水温； 无机盐混凝剂水解是无机盐混凝剂水解是，低温水混凝剂水解困难；，低温水混凝剂水解困难； ，碰撞，碰撞 机会减少，不利胶体脱稳凝聚；机会减少，不利胶体脱稳凝聚； 水温低时，水温低时，妨碍胶体凝聚；，妨碍胶体凝聚； 水的水的pH； 无机盐水解造成无机盐水解造成pH的下降，影响水解产物形态；的下降，影响水解产物形态； 最佳最佳pH处的混凝效果最好、反应速度最快；处的混凝效果最好、反应速度最快； 水中杂质；水中杂质； 水中杂质浓度低，颗粒间碰撞机会减少

9、，混凝效果差；水中杂质浓度低，颗粒间碰撞机会减少，混凝效果差； 对策：对策： 1）加高分子助凝剂；）加高分子助凝剂； 2）加粘土；）加粘土； 水力条件水力条件 搅拌强度搅拌强度 搅拌时间搅拌时间 （8）混凝动力学）混凝动力学 -； I、异向絮凝（、异向絮凝（Perikinetic Flocculation） 由布朗运动造成的碰撞由布朗运动造成的碰撞； 颗粒的碰撞速率：颗粒的碰撞速率：;/,;/,;,;./.1038. 1 ,;/,;/1 ,38322216332cmgscmKTKscmgKcmnscmNKTnNpp水的密度水的运动粘度水的绝对温度波兹曼常数个颗粒数量浓度向絮凝中的碰撞速率单位体

10、积中的颗粒在异 II、同向絮凝、同向絮凝 (Orthokinetic Flocculation) 由水力或机械搅拌产生的流体运动造成的碰撞由水力或机械搅拌产生的流体运动造成的碰撞； 颗粒的碰撞速率：颗粒的碰撞速率：;/8 . 9 ,;/,;,;,;,;/,;/1 ,34221330220smgscmsTmhsGcmnscmNTghGGdnN重力加速度水的运动粘度留时间水流在混凝设备中的停混凝设备中的水头损失速度梯度个颗粒数量浓度向絮凝中的碰撞速率单位体积中的颗粒在同 III、混凝控制指标、混凝控制指标 ； 混合（凝聚）过程：混合（凝聚）过程： 平均平均G=500-1000s-1 时间时间T=1

11、0-30s； 絮凝过程：絮凝过程： 平均平均G=10-100s-1； 时间时间T=10-30 min； 平均平均GT=104-105 ；3.1.2 混凝工艺一般流程混凝工艺一般流程 混凝剂混凝剂配制配制定量投加定量投加原水原水混合混合反应反应处处理理水水泥渣泥渣混凝工艺流程混凝工艺流程 固液分离固液分离3.1.3 化学混凝的设备化学混凝的设备 I、投配设备、投配设备 （1）溶解池：）溶解池： A、作用：完成混凝剂的溶解、作用：完成混凝剂的溶解 B、搅拌装置：、搅拌装置： 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： （2）溶液池：用于贮备已溶解好的混凝剂溶液）溶液池：用

12、于贮备已溶解好的混凝剂溶液（3）计量设备）计量设备: （4）药剂投加设备：）药剂投加设备：II、混合设备、混合设备（1）水泵混合：利用水泵叶轮高速旋转混合。）水泵混合：利用水泵叶轮高速旋转混合。（2）隔板式混合）隔板式混合: 急剧的收缩和扩散急剧的收缩和扩散,形成涡流形成涡流,实现充分混合实现充分混合;（3）机械混合：）机械混合： 用电动机带动桨板或螺旋桨进行强烈搅拌；用电动机带动桨板或螺旋桨进行强烈搅拌； III、反应设备、反应设备（1）隔板反应池）隔板反应池（2）机械搅拌反应池）机械搅拌反应池 3.1.4 化学混凝的应用化学混凝的应用 （1）混凝沉淀法处理丝绸印染废水；）混凝沉淀法处理丝绸

13、印染废水； （2）混凝沉淀法处理造纸废水）混凝沉淀法处理造纸废水 3. 2 中和法中和法(Neutralization) 3.2.1 概述概述 I酸碱废水的来源及其危害酸碱废水的来源及其危害 酸性废水：酸性废水： 化工厂、化纤厂、电镀厂、煤加工厂及化工厂、化纤厂、电镀厂、煤加工厂及 金属酸洗车间金属酸洗车间 碱性废水：碱性废水： 印染厂印染厂、金属加工厂、炼油厂、金属加工厂、炼油厂、造纸厂造纸厂 危害：危害： (1) 腐蚀管道腐蚀管道 (2) 毁坏农作物毁坏农作物 (3) 危害渔业生产危害渔业生产 (4) 破坏生物处理系统的正常运行破坏生物处理系统的正常运行II中和方法中和方法（1）酸性废水的

14、中和方法可分为酸性废水的中和方法可分为： 、酸性废水与碱性废水互相中和；、酸性废水与碱性废水互相中和； 、药剂中和；、药剂中和； 、过滤中和；、过滤中和；（2）碱性废水的中和方法可分为碱性废水的中和方法可分为： 、碱性废水与酸性废水互相中和；、碱性废水与酸性废水互相中和； 、药剂中和（加酸）、药剂中和（加酸） 、烟道气中和；、烟道气中和；III、中和剂、中和剂 A、酸性废水中和剂：、酸性废水中和剂： 苏打、苛性钠、石灰、石灰石、苏打、苛性钠、石灰、石灰石、 白云石等白云石等 B、 碱性废水中和剂：碱性废水中和剂： 盐酸、硫酸、酸性废气；盐酸、硫酸、酸性废气； 3 2.2 酸碱污水相互中和；酸碱

15、污水相互中和；（1）酸性或碱性废水需要量）酸性或碱性废水需要量 aQ1C1=bQ2C2 式中式中 Q1酸性废水流量，酸性废水流量，Lh； C1酸性废水酸的摩尔浓度，酸性废水酸的摩尔浓度，molL； Q2碱性废水流量，碱性废水流量，Lh； C2碱性废水碱的摩尔浓度，碱性废水碱的摩尔浓度，molL。 a，b分别碱和酸的反应系数；分别碱和酸的反应系数；（2）中和设备）中和设备 。 3 2.3 投药中和法；投药中和法； I. 酸性废水的药剂中和处理酸性废水的药剂中和处理（1）酸性废水中和剂：石灰、石灰石、大理石、白云）酸性废水中和剂：石灰、石灰石、大理石、白云 石、碳酸钠、苛性钠、氧化镁等。常用者为石

16、、碳酸钠、苛性钠、氧化镁等。常用者为。（2）中和反应）中和反应 H2SO4+Ca(OH)2=CaSO4+2H2O 2HNO3+Ca(OH)2=Ca(NO3)2+2H2O 2HCl+Ca(OH)2=CaCl2+2+2H2O 2H3PO4+3Ca(OH)2=Ca3(PO4)2+6H2O 2CH2COOH+Ca(OH)2=Ca(CH2COO)2+2 H2O FeCl2+Ca(OH)2=Fe(OH)2+CaCl2 PbCl2+Ca(OH)2=Pb(OH)2+CaCl2（3）中和剂用量）中和剂用量 )(2211aCaCKQG 式中：式中： Ga药剂总消耗量，药剂总消耗量，kg/d； Q酸性废水量，酸性废

17、水量，m3/d； C1废水含酸浓度，废水含酸浓度，kg/m3； C2废水中需中和的酸性盐浓度，废水中需中和的酸性盐浓度，kg/m3； a1中和中和1kg酸所需的碱量，酸所需的碱量，kg/kg； a2中和中和1kg酸性盐所需的碱性药剂量，酸性盐所需的碱性药剂量，kg/kg； K不均匀系数；一般为不均匀系数；一般为1.05-1.10 中和剂的纯度，中和剂的纯度，%（4）药剂中和处理工艺流程）药剂中和处理工艺流程 中和剂中和剂沉淀池沉淀池机械脱水或污机械脱水或污泥赶干化场泥赶干化场出水出水废水废水 混合反应池混合反应池图图3-10 药剂中和处理工艺流程药剂中和处理工艺流程（5）主要装置）主要装置 A

18、、投药装置、投药装置 B 、混合反应装置、混合反应装置 C 、沉淀池、沉淀池 D 、沉渣脱水装置、沉渣脱水装置 污泥污泥II、碱性废水的药剂中和处理、碱性废水的药剂中和处理（1）中和剂）中和剂 硫酸、盐酸、硝酸等。常用的药剂为硫酸、盐酸、硝酸等。常用的药剂为， 工业废水酸更经济。有条件时，也可以采取向碱性工业废水酸更经济。有条件时，也可以采取向碱性 废水中通入废水中通入的办法加以中和。的办法加以中和。（2）中和反应）中和反应 ： 2NaOH+H2SO4 Na2SO4+2H2O 2NH4OH +H2SO4 (NH4)2SO4+2H2O 2NaOH+CO2+H2O Na2CO3+2H2O 2NaO

19、H+SO2+H2O Na2SO3+2H2O3.2.4 过滤中和法过滤中和法 I、定义：、定义：酸性废水酸性废水流过流过碱性虑料碱性虑料时与滤料进行时与滤料进行中和反应中和反应 的方法为过滤中和法。的方法为过滤中和法。 II、适用对象：用于、适用对象：用于酸性废水酸性废水的中和处理。的中和处理。 III、滤料：石灰石、大理石、白云石。、滤料：石灰石、大理石、白云石。 IV、类型：、类型： 普通中和滤池、普通中和滤池、 升流式膨胀中和滤池、升流式膨胀中和滤池、 滚筒中和滤池。滚筒中和滤池。（1）普通中和滤池）普通中和滤池 A、类型：、类型： 平流式平流式 竖流式竖流式:升流、降流升流、降流 B、设

20、计参数、设计参数 滤料粒径一般为滤料粒径一般为30-50mm； 过滤速度一般不大于过滤速度一般不大于5m/h； 接触时间不小于接触时间不小于10min； 滤床厚度一般为滤床厚度一般为1-1.5m； C、适用范围适用范围：不适应于中和浓度高的酸性废水：不适应于中和浓度高的酸性废水（2）升流式膨胀滤池）升流式膨胀滤池 A、组成部分：、组成部分： 底部进水装置底部进水装置 卵石垫层卵石垫层 滤料层滤料层 清水层清水层 出水槽出水槽 B、作用过程：、作用过程： C、设计参数、设计参数 、底部配水装置，当采用大阻力穿孔管布水系统时，、底部配水装置，当采用大阻力穿孔管布水系统时， 孔径为孔径为912mm，

21、孔距及孔数根据计算确定。，孔距及孔数根据计算确定。 、卵石承托层厚为、卵石承托层厚为0.15-0.2m，粒径为，粒径为20-40mm。 、滤料粒径一般采用、滤料粒径一般采用0.5-3mm。 、滤层厚度在运转初期采用、滤层厚度在运转初期采用lm，每班加料，每班加料2-4次，最次，最 终换料时一般不小于终换料时一般不小于2m。滤料膨胀率采用。滤料膨胀率采用50， 顶部清水层一般为顶部清水层一般为0.5m。 、滤柱总高、滤柱总高3m左右，直径不大于左右，直径不大于2m，至少应设，至少应设1个个 备用柱以备倒床换料。备用柱以备倒床换料。 、恒速滤柱的滤速为、恒速滤柱的滤速为6070mh，变速滤柱下部滤

22、，变速滤柱下部滤 速速130150mh，上部，上部4060mh。（3）滚筒式中和滤池）滚筒式中和滤池 3.3 化学沉淀法化学沉淀法(Chemical Sedimentation Methods )3.3.1 基本原理基本原理 在一定温度下，难溶化合物在一定温度下，难溶化合物MmNn的饱和溶液中，的饱和溶液中， 其沉淀其沉淀溶解平衡可表示为：溶解平衡可表示为：nmmnSPmnnmNMKnNmMNM 令令MmNn的溶解度为的溶解度为S（mol/L），）， 则则Mn+=mS，Nm-=nS 故故Ksp=(mS)m(nS)n 沉淀形成的条件沉淀形成的条件: Mn+mNm-nKsp： 溶液为不饱和溶液溶液

23、为不饱和溶液,沉淀从溶液中析出；沉淀从溶液中析出；3.3.2 化学沉淀法类型化学沉淀法类型（1）氢氧化物沉淀法）氢氧化物沉淀法 I、基本原理、基本原理 水在水在25的离子积：的离子积：Kw=H+OH-=110-14nspnnnspnnOHKMOHMKnOHMOHM/)(nwspnHKKM/所以 npHnpKnpHKnKMspwspn14lglglg124365798111012-7-6-5-4-3-2-1Fe3+Al3+Cr3+Cu2+Zn2+Ni2+Fe2+Cd2+Mn2+LgMn+pHKspFe(OH)33.210-38Al(OH)31.310-33Cr(OH)36.310-31Cu(OH

24、)25.010-20 Mn+相同时，相同时，Ksp ，析出氢氧化物沉淀的，析出氢氧化物沉淀的pH ； 同一金属离子，同一金属离子， Mn+ ，析出氢氧化物沉淀的，析出氢氧化物沉淀的 pH ; II、氢氧化物沉淀法处理铅锌冶炼厂废水、氢氧化物沉淀法处理铅锌冶炼厂废水第一沉淀池第一沉淀池 反应池反应池第三沉淀池第三沉淀池 出出 水水水水废废 图图 铅锌冶炼厂废水处理工艺流程铅锌冶炼厂废水处理工艺流程第二沉淀池第二沉淀池石灰、漂白粉石灰、漂白粉沉渣沉渣pH=9.5-10.5（2）硫化物沉淀法）硫化物沉淀法 I、基本原理、基本原理 金属硫化物的溶解平衡式为：金属硫化物的溶解平衡式为：/2222SKMS

25、MMSsp 以硫化氢为沉淀剂时，硫化氢分两步电离，其以硫化氢为沉淀剂时，硫化氢分两步电离，其 电离方程式如下：电离方程式如下：22SHHSHSHSH1522821102 .1101 .9HSSHKSHHSHK101 .1)1 .0(101 .1101 .1101 .1:223222222222222222222MpHHKMMSHSHHKMHSHSSHSHspsp将两式相乘可得【例题分析例题分析】例例:向含镉废水中通入硫化氢气体并达到饱和向含镉废水中通入硫化氢气体并达到饱和,调整调整pH值达值达8.0，求水中剩余，求水中剩余Cd2+浓度。浓度。已知：已知：K1=9.110-8，K2=1.2 10

26、-15 ， Ksp=7.910-27CdSSCd22LmgLmolHKSHHKSHKKHKCdspspsp/1065. 7/108 . 6101 . 1)10()109 . 7(101 . 1101 . 11620232827232222222122 II、硫化物沉淀法在含汞废水处理中的应用、硫化物沉淀法在含汞废水处理中的应用 碱性条件下碱性条件下, 投加硫化钠及聚凝剂硫酸亚铁投加硫化钠及聚凝剂硫酸亚铁2224242222Fe(OH)2OHFe(4)SOFeSSFeSO(3)HgSSHg(2)HgHgSSHgS2Hg)1 (（3）钡盐沉淀法）钡盐沉淀法 A、用途：主要用于处理含、用途：主要用于

27、处理含六价铬六价铬的废水的废水 ； B、沉淀剂：碳酸钡、氯化钡、硝酸钡、氢氧化钡等、沉淀剂：碳酸钡、氯化钡、硝酸钡、氢氧化钡等 C、主要反应、主要反应: (KBaCO3=8.010-9, KBaCrO4=2.310-10) 234243COBaCrOCrOBaCO2424CaBaSOBaCaSO（4）铁氧体法）铁氧体法 (Ferrite Method) I、铁氧体：、铁氧体： 具有具有 ; 是一种重要的是一种重要的; 组成可表示组成可表示 : ，(B代表代表2价价,A代表三价金属代表三价金属) 。 II II、铁氧体沉淀法、铁氧体沉淀法 指向废水中投加指向废水中投加，通过，通过控制，使废水控制

28、，使废水中多种中多种共沉淀。采用固共沉淀。采用固液分离手段，达到去除重金属离子的目的。液分离手段，达到去除重金属离子的目的。 III、工艺过程、工艺过程 A、投加亚铁盐投加亚铁盐： 为了形成铁氧体，需要有足量的为了形成铁氧体，需要有足量的Fe2+和和 Fe3+。投加亚铁盐。投加亚铁盐(FeSO4) 的作用：的作用： B、加碱沉淀加碱沉淀：pH值控制在值控制在8-9时，各种难溶金属氢氧化物时，各种难溶金属氢氧化物 可同时沉淀析出。可同时沉淀析出。 Fe(OH)3FeOOH + H2O FeOOH + Fe(OH)2 FeOOHFe(OH)2 FeOOHFe(OH)2 + FeOOHFeOFe2O

29、3 +2H2OD、固液分离、固液分离 分离铁氧体沉渣的方法有分离铁氧体沉渣的方法有3种：种： 沉淀过滤；沉淀过滤； 离心分离；离心分离； 磁分离；磁分离；E、沉渣处理、沉渣处理 C、充氧加热，转化坏淀；、充氧加热，转化坏淀； IV、工艺特点：、工艺特点： A、优点、优点: 能一次脱除废水中的多种金属离子；能一次脱除废水中的多种金属离子； 设备简操作方便；设备简操作方便； 硫酸亚铁的投量范围大，对水质的适应性强；硫酸亚铁的投量范围大，对水质的适应性强； 沉渣易分离、易处置沉渣易分离、易处置(回收利用或贮存回收利用或贮存)； 、缺点是：、缺点是： 不能单独回收有用金属；不能单独回收有用金属； 需要

30、消耗相当多的硫酸亚铁、一定数量的氢氧化钠需要消耗相当多的硫酸亚铁、一定数量的氢氧化钠 及热能，处理成本较高；及热能，处理成本较高； 出水硫酸盐浓度高；出水硫酸盐浓度高；3.4 氧化还原法氧化还原法(Oxidation Reduction)3.4.1 氧化法氧化法 I、药剂氧化法、药剂氧化法（1）氧化剂：）氧化剂： a、活泼非金属中性分子，如、活泼非金属中性分子，如O2、O3、Cl2 b、含氧酸根阴离子及高价金属离子，、含氧酸根阴离子及高价金属离子，ClO-、Fe3+、MnO4-（2）处理对象：）处理对象： a、无机物：、无机物：、S2-、等离子；等离子； b、有机物：酚、醇、醛、油类等；、有机

31、物：酚、醇、醛、油类等；（3）空气氧化法空气氧化法 定义：就是把空气鼓入废水中，利用空气中的氧气氧化定义：就是把空气鼓入废水中，利用空气中的氧气氧化 废水中的污染物；废水中的污染物； 特点：特点： A A、 （pH=14）溶液中的半反应为：）溶液中的半反应为： 溶液中半反应为：溶液中半反应为： B B、提高温度和氧分压，可以增大电极电位、提高温度和氧分压，可以增大电极电位； C C、添加催化剂，反应活化能降低，有利于氧化反应进行、添加催化剂，反应活化能降低，有利于氧化反应进行；EpHPTHPnFRTEEOHeHOEpHPTOHPnFRTEEOHeOHOOOOO2222,ln244:,ln442

32、:40224022若中性或强酸性条件若碱性条件 应用应用 A、地下水除铁、锰：、地下水除铁、锰： )()(:)()(:)(:8)(4284:22222222222232232sMnOOsMnOMnsMnOMnsMnOMnsMnOOMnCOOHFeOHOHCOFe很慢慢慢氧化吸附氧化除锰除铁B、工业废水脱硫：、工业废水脱硫： 240.93230.582320.740.508E2420.17320.42320.50.14E2SOSOOSSS:SOHSOHOSSSH:碱性条件酸性条件OH2SO2OH2OOSOHOS2O2HS2OHOSOH2O2S224223222322232222（4）碱性氯化法（

33、用于碱性氯化法（用于CN-的去除）的去除） A、氧化剂（、氧化剂（）：次氯酸钠、漂白粉、液氯；）：次氯酸钠、漂白粉、液氯； B、氧化类型：、氧化类型： 局部氧化局部氧化 (pH=12-13) CN- + ClO- + H2O CNCl + 2OH- (slow) CNCl + 2OH- + Cl- + H2O (fast) 完全氧化完全氧化 (pH=6-7) 2NaCNO + 3HOCl = 2CO2 + N2 + 2NaCl +HCl + H2O 2CNCl + 2HOCl + H2O =2CO2 + N2 +4HCl How much Cl2 must be supplied to oxi

34、dize 130mg/lcyanide (CN-) given a flow of 10,000l/d ? (a) Consider oxidation to CNO-. (b) Consider complete oxidation to CO2 and N2 CN- + ClO- + H2O CNCl + 2OH- CNCl + 2OH- + Cl- + H2O Combine Reactions 1 and 2 to give an overall reaction of CN- to CN- + ClO- + Cl- ( Cl2 + H2O HOCl + HCl ) Cl2 = (13

35、0 / 1000) / 26= 5.0 10-3 mol/lFinally, for a 10,000l/d flow: Cl2 = (5.0 10-3 mol/l 10,000 l/d 71) /1000 =3.55 kg /d = 2CO2 + N2 + 3Cl- + H2O + H+ ( 5.0 10-3 3/2 ) (10,000 l/d) (71/1000)=5.33 kg Cl2/d Cl2= 3.55 + 5.33 = 8.88 kg / d（5 5）臭氧氧化法）臭氧氧化法(Ozone)(Ozone) 臭氧的性质臭氧的性质A A、氧化能力、氧化能力（如表如表）B B、溶解性：水中

36、溶解度比纯氧高、溶解性：水中溶解度比纯氧高1010倍，比空气高倍，比空气高2525倍倍C C、毒性：对眼及呼吸器官有强烈的刺激作用；、毒性：对眼及呼吸器官有强烈的刺激作用；D D、稳定性：易分解、稳定性：易分解E E、腐蚀性：用耐腐材料、腐蚀性：用耐腐材料各种氧化剂的电极电位各种氧化剂的电极电位臭氧的制备：无声放电制法臭氧的制备：无声放电制法 其原理为：其原理为： O O2 2 + e+ e- -2O + e2O + e- - 3OO 3OO3 3 O O2 2 + O=O+ O=O3 3 O O3 3 + O2O+ O2O2 2 特点特点： 可达到降低可达到降低 COD, 无二次污染；无二次

37、污染； 杀菌、增加溶解氧；杀菌、增加溶解氧； 脱色除臭；脱色除臭； 处理成本高；处理成本高；废水处理中的应用废水处理中的应用：用于脱色：用于脱色发色基团：不饱和的原子团；发色基团：不饱和的原子团；如：偶氮基、羧基、硝基、亚硝基等；如：偶氮基、羧基、硝基、亚硝基等；脱色机理：不饱和键的断裂；脱色机理：不饱和键的断裂；含氰废水处理含氰废水处理：2KCN + 3O2KCN + 3O3 3 2KCNO + 2O2KCNO + 2O2 2 2KCNO + H 2KCNO + H2 2O + 3OO + 3O3 3 2KHCO 2KHCO3 3 + N + N2 2 + 3O + 3O2 2 含酚废水的处

38、理含酚废水的处理（6 6）湿式氧化湿式氧化 (WAOWet Air Oxidation) A、定义：在、定义：在高温（高温（150-350C ）和高压）和高压(5-20MPa)下，下， 用空气中的氧来氧化废水中用空气中的氧来氧化废水中溶解和悬浮有机溶解和悬浮有机 物和还原性无机物物和还原性无机物的一种方法。的一种方法。 B、作用机理：、作用机理： 氧溶解度和传质系数的提高氧溶解度和传质系数的提高；自由基反应自由基反应诱导期、增殖期、退化期、结束期诱导期、增殖期、退化期、结束期 C、应用：、应用： 各类难生物降解的高浓度有机废水；各类难生物降解的高浓度有机废水； 还原性无机物还原性无机物(CN-

39、、SCN-、S2-)（1 1）诱导期）诱导期 ： RH + ORH + O2 2RR + HOO + HOO 2RH + O 2RH + O2 22R2R + H + H2 2O O2 2（2 2）增殖期：）增殖期： R R+ O+ O2 2 ROO ROO ROO ROO + RH ROOH + R + RH ROOH + R（3 3）退化期：）退化期： ROOH ROROOH RO + HO + HO ROOHRO ROOHRO + R + R + H + H2 2O O （4 4）结束期：）结束期：R R + R + R R RR R ROOROO + R + R ROOR ROOR R

40、OOROO + ROO + ROO ROH + R ROH + R1 1CORCOR2 2 + O+ O2 2、发展方向：、发展方向：催化湿式氧化（催化湿式氧化（Catalytic Wet Air Oxidation） 贵金属、稀土等作催化剂；贵金属、稀土等作催化剂；超临界超临界湿式氧化湿式氧化 (Supercritical Wet Oxidation)；Tc=400-600 C Pc=25-40MPa(超临界状态超临界状态)固体固体液体液体气体气体三相点三相点647.3K373K273.16K10MPa0.6MPa25MPa超临界超临界流体流体水的存在状态图水的存在状态图氯化有机物在超临界水

41、氧化后的分解结果氯化有机物在超临界水氧化后的分解结果超临界水与普通水溶解度的对比超临界水与普通水溶解度的对比、优点：、优点： 适用范围广适用范围广 ； 处理效率高；处理效率高； 二次污染低；二次污染低； 氧化速度快；氧化速度快； 装置小装置小 ； 可回收能量和有用物料可回收能量和有用物料 ；II、光化学氧化、光化学氧化（1）光氧化的基本原理）光氧化的基本原理 光氧化光氧化：水溶液中有机物通过直接吸收光而变为激水溶液中有机物通过直接吸收光而变为激 发态分子或直接与发态分子或直接与O2作用或裂解成自由基作用或裂解成自由基 再与再与O2作用作用 ； AY+hAY* AY*A + Y , A + Y

42、+ O2产物产物 AY* + O2产物（若干步）产物（若干步） 光化学氧化系统光化学氧化系统 A A、UV/HUV/H2 2O O2 2 反应机理：反应机理： 脱氢反应：脱氢反应： 亲电加成亲电加成 电子转移电子转移OHOHhv222RH + OH H2O + R 进一步氧化进一步氧化 OHClOHOHClOHO+ OH + HCl OH + RX RX+ + OH- B B、UV/OUV/O3 3 反应机理：反应机理： C C、UV/OUV/O3 3/H/H2 2O O2 2 反应机理：反应机理： H2O2 + H2O2 H3O+ + HO-2 O3 + H2O2 OH + HO2 + O2

43、 O3 + HO-2 OH + O-2 + O2 O3 + O-2 O-3 +O2 O-3 + H2O OH + HO- + O22HOOHHOHOOHOOHOOHOOOOhv2222222hv232hv3 D D、UV/Fenton UV/Fenton 氧化法氧化法 FentonFenton试剂：亚铁离子和过氧化氢试剂：亚铁离子和过氧化氢 H2O2 + hv 2OHFe2+ + hv Fe3+ Fe(OH)2+ (pH=5.5)Fe(OH)2+ Fe2+ + OHFe2+ + H2O2 Fe3+ + OH- +OHFe3+ + H2O2 Fe2+ + HO2 + H+Organ + OH C

44、O2 + H2O + 其他产物其他产物（）二氧化钛光催化氧化（）二氧化钛光催化氧化( (非均相体系非均相体系) ) Akira Fujishima作用机理作用机理 光催化氧化是在水中加入一定量的半导体催化剂光催化氧化是在水中加入一定量的半导体催化剂 （TiOTiO2 2或或CdSCdS），），)()()1(22222光催化还原光催化氧化nnhvMMeOHCOOHRRHOHOHOHhHOHOHhehTiO 光催化氧化的影响因素光催化氧化的影响因素 催化剂催化剂：（、ZnOZnO、CdSCdS、WOWO3 3等）等） ：金红石型、：金红石型、； 颗粒尺寸：粒径颗粒尺寸：粒径 比表面积比表面积 活性

45、活性 锐钛型锐钛型: : 四方晶系，四方晶系，每个八面体与周围每个八面体与周围8 8个八面体相连接；个八面体相连接； 连接方式：连接方式：4 4个共边，个共边，4 4 个共顶角个共顶角， 4 4个个TiO2分子组成一个晶胞。分子组成一个晶胞。 金红石型金红石型: :四方晶系，每个八面体与周围四方晶系，每个八面体与周围1010个八面体相联个八面体相联 连接方式：连接方式：2 2个共边，个共边，8 8个共顶角个共顶角， 2 2个个TiO2分子组成一个晶胞。分子组成一个晶胞。 光源和光强：光源和光强：光源：只有波长小于光源：只有波长小于390nm390nm的光子才能激发它；的光子才能激发它； 光强：

46、光强： 低光强：有机物降解速率与光强呈线性关系；低光强：有机物降解速率与光强呈线性关系； 高光强：降解速率与光强平方根呈线性关系；高光强：降解速率与光强平方根呈线性关系； pH pH值：影响有机物的降解；值：影响有机物的降解； 酸性：酸性：TiOTiO2 2表面带正电；表面带正电； 碱性：碱性： TiOTiO2 2表面带负电；表面带负电； 外加氧化剂：外加氧化剂：H H2 2O O2 2、K K2 2S S2 2O O8 8（电子浮获剂）（电子浮获剂） H2O2 + e- HO + OH- S2O82- + e- SO42- + SO4 - 盐盐 Cl-、HCO3-、CO32-HClOClOH

47、COOHHCOOHCOOHCOOH323323 光催化活性的提高光催化活性的提高 电子从电子从TiO2向金属上扩散，向金属上扩散，电子在金属上的富集电子在金属上的富集， 从而抑制了电子和空穴的复合；从而抑制了电子和空穴的复合； 对对TiOTiO2 2 进行进行等离子的掺杂，等离子的掺杂，； 等都可吸收可见等都可吸收可见 光作敏化剂光作敏化剂，吸附于光催化剂表面，从而，吸附于光催化剂表面，从而扩大激发波长扩大激发波长 范围，增加光催化反应的效率范围，增加光催化反应的效率； 能使电荷与空穴有效分离，形成更有效的光催化剂。能使电荷与空穴有效分离，形成更有效的光催化剂。 CdS/TiOCdS/TiO2

48、 2、SnOSnO2 2/TiO/TiO2 2、WOWO3 3/TiO/TiO2 2、TiOTiO2 2/Fe/Fe2 2O O3 3、 TiOTiO2 2/PbS/PbS、CdS/ZnOCdS/ZnO、SiOSiO2 2/TiO/TiO2 2 导体导体Eg g 5eV 空带空带 禁带禁带 满带满带 价带价带Eg g3eV半导体半导体绝缘体绝缘体导带导带 光电催化光电催化 废水处理中的应用废水处理中的应用 有机物降解：卤代芳烃、多环芳烃、硝基芳烃等；有机物降解：卤代芳烃、多环芳烃、硝基芳烃等； 无机物：无机物：CNCN- -、CrCr2 2O O7 72-2-、HgHg2+2+、PbPb2+2

49、+、AgAg+ +； 饮用水的深度处理：微量难降解有机物的去除；饮用水的深度处理：微量难降解有机物的去除；（）光敏化氧化（）光敏化氧化: SS*hvS*+ASA*+ 氧化剂氧化剂产物产物A*B C A*+ 氧化剂氧化剂产物产物 光氧化光氧化特点特点（1）氧化能力强，可有效分解难生物降解的有毒有机物）氧化能力强，可有效分解难生物降解的有毒有机物（2）利用光照射可以加强某些氧化剂的氧化能力；）利用光照射可以加强某些氧化剂的氧化能力；（3）通常不产生二次污染；）通常不产生二次污染；（4）工艺简单，操作方便；）工艺简单，操作方便；（5）投资大，适于小规模深度处理）投资大，适于小规模深度处理;3.4.2

50、 药剂还原法药剂还原法（1）常用的还原剂：）常用的还原剂： SO2、硫化钠、硫化氢、硫代硫、铁粉、硫代硫、硫化钠、硫化氢、硫代硫、铁粉、硫代硫 酸钠、亚硫酸钠、硫酸亚铁、酸钠、亚硫酸钠、硫酸亚铁、NaBH4或甲醛等。或甲醛等。（2）还原法除铬）还原法除铬 A、来源：电镀、冶炼、制革、化工等工业废水、来源：电镀、冶炼、制革、化工等工业废水 B、形式：、形式：CrO42- (pH7.6) 、Cr2O72- （pH4.2） OH2CrO2OH2OCrOHOCrH2CrO2224272227224 C、方法：、方法： 亚硫酸钠还原亚硫酸钠还原 H2Cr2O7+3a2SO3 + 3H2SO4 =2Cr2

51、(SO4)3+3a2SO4 + 8H2O Cr2(SO4)3+6NaOH=2 Cr(OH)3+3Na2SO4 硫酸硫酸亚铁还原亚铁还原 H2Cr2O7+6FeSO4 + 6H2SO4 =Cr2(SO4)3+3Fe2 (SO4)3 + 7H2O Cr2(SO4)3+3Ca(OH)2=2Cr(OH)3+3CaSO4 水合肼还原水合肼还原 4CrO3 + 3N2H4 =4Cr(OH)3 +3N2 （3）还原法除汞）还原法除汞 金属还原法金属还原法Hg2+ + Zn=Hg +Zn2+硼氢化钠还原法（硼氢化钠还原法（pH=9-12） Hg2+ + BH4- + 2OHOH- - = Hg = Hg +

52、3H + 3H2 2 + BO + BO2 2- -3.5 电化学法电化学法(电解电解-Electrolysis)3.5 .1概述概述 电解：电解质溶液在电流作用下，进行电化学反应的过程；电解：电解质溶液在电流作用下，进行电化学反应的过程； 阳极：得电子，使阴离子失去电子而被氧化；阳极：得电子，使阴离子失去电子而被氧化； 阴极：失电子，使阳离子得电子而被还原；阴极：失电子，使阳离子得电子而被还原； 作用类型：作用类型： 电化学氧化电化学氧化 电化学还原电化学还原 电解上浮电解上浮 电解凝聚电解凝聚;,;,;,;11移数反应中析出物的电子转法拉第常数电解时间电流强度通过的电量物质的摩尔质量量析出

53、的或溶解的物质质或nFstAICQEGEItnFGEQnFG (1) 法拉第电解定律法拉第电解定律【例题分析例题分析】例例3-1 一台一台600mm 180mm 38mm石墨板为阳极，有石墨板为阳极，有10组组双电极串联的电解食盐水发生双电极串联的电解食盐水发生NaOCl装置。阳极的电流密装置。阳极的电流密度度i为为50mA/cm2，如以，如以40%的电流效率计算，则电解装置的电流效率计算，则电解装置每昼夜可处理含氰每昼夜可处理含氰10mg/L的废水多少吨。的废水多少吨。解：解： （1）依据法拉第定律，理论上电解产生的）依据法拉第定律，理论上电解产生的Cl2为：为：gEItnFG7.17141

54、60602418. 06 . 010001050) 245.35(964872114（2）实际）实际Cl2的产量为：的产量为：17141.7 40%=6856.68g Cl2 + 2OH-=OCl- + Cl- + H2O （3）实际产生的）实际产生的OCl -的量为：的量为： 6856.68 51.45/(2 35.45)=4975.69g （4）处理含氰废水的量：）处理含氰废水的量： 2 CN2 CN- - + 5OCl + 5OCl- -=CO=CO2 2 + N + N2 2 +5Cl +5Cl- - + CO + CO3 32-2- (2/5) (4975.69/51.45) 26=

55、1005.77g 废水含氰为废水含氰为10g/m3， 则一昼夜可处理废水则一昼夜可处理废水1005.77/10=100.6 m3 (2) 分解电压分解电压 使电解正常进行时所需的最小外加电压；使电解正常进行时所需的最小外加电压； 电解槽本身就是某种原电池；电解槽本身就是某种原电池； 原电池的电动势同外加电压的方向相反；原电池的电动势同外加电压的方向相反； 分解电压必须大于原电池的电动势分解电压必须大于原电池的电动势（极化）；（极化）；极化极化浓差极化浓差极化化学极化化学极化 (3)(3)电解槽的结构形式和极板电路电解槽的结构形式和极板电路 A A、电解槽的结构形式、电解槽的结构形式 回流式：回

56、流式： 翻腾式：翻腾式： B B、极板电路、极板电路 单极性板电路单极性板电路 双极性板电路双极性板电路3.5.2 电化学氧化法（处理电化学氧化法（处理） ：阳极接受电子、相当于氧化剂，氧化水中：阳极接受电子、相当于氧化剂，氧化水中 污染物；污染物； A、CN- + 2OH- - 2e = CNO- + H2O B、 CNO- + 2 H2O =NH4+ + CO32- （副反应）（副反应） C、 2CNO- + 4OH- - 6e = N2 + 2CO2 + 2H2O ：阳极反应产生氧化剂来氧化水中污染物；：阳极反应产生氧化剂来氧化水中污染物； A、2CI- - 2e= Cl2 B、CN-

57、+ Cl2 + 2OH- = CNO- + 2CI- + H2O C、 2CNO- + 3Cl2 + 4OH- = 2CO2 + N2 + 6CI- +2H2O 3.5.2 电化学还原法电化学还原法 作用过程：电解槽作用过程：电解槽，相当于，相当于, 可使废水中的可使废水中的出来，沉积出来，沉积 于阴极，加以于阴极，加以 回收利用。回收利用。 电化学还原法处理含铬（电化学还原法处理含铬（VI）废水）废水 （1）电极材料：）电极材料：Fe （2）处理对象：）处理对象： CrO42-、Cr2O72- （3）有关反应）有关反应： 电化学还原除铬有关反应：电化学还原除铬有关反应：（a）阳极氧化：）阳极

58、氧化：Fe Fe2+ + 2e（b）间接还原：）间接还原： Cr2O72- + 6 Fe2+ + 14H+ = 2Cr3+ + 6 Fe3+ + 7H2O CrO42- + 3 Fe2+ + 8H+ = Cr3+ + 3 Fe3+ + 4H2O （c）阴极直接还原：）阴极直接还原： Cr2O72- + 14H+ + 6e = 2Cr3+ + 7H2O CrO42- + 8H+ + 3e = Cr3+ + 4H2O （d）沉淀去除：）沉淀去除： Cr3+ + 3OH-=Cr(OH)3 Fe3+ + 3OH-=Fe(OH)3 3.5.3 电解上浮和电解凝聚电解上浮和电解凝聚（1）电解上浮法：）电解

59、上浮法： A、定义：废水电解时，由于水的电解氧化，在电极上、定义：废水电解时，由于水的电解氧化，在电极上 会有气体析出。借助于电极上析出的微小气会有气体析出。借助于电极上析出的微小气 泡而浮上分离疏水杂质微粒的技术泡而浮上分离疏水杂质微粒的技术 ； 阳极阳极 4OH- - 4e = O2+2H2O 阴极阴极 2H+ + 2e=H2 B、作用：、作用： 去除细小悬浮固体物和油状物；去除细小悬浮固体物和油状物； 阳极还具有降低阳极还具有降低BOD和和COD、脱色、脱臭、消毒、脱色、脱臭、消毒 的能力，的能力， 阴极还具有沉积重金属离子的能力。阴极还具有沉积重金属离子的能力。 C、优点：、优点： 去

60、除污染物范围广；去除污染物范围广； 泥渣量少、工艺简单；泥渣量少、工艺简单； 设备小等设备小等 ； D、缺点：电耗大；、缺点：电耗大； （2）电解凝聚：）电解凝聚：A. 电极材料：电极材料：Fe、Al作阳极作阳极B.电极反应：电极反应： Fe Fe2+ + 2e Fe3+ (阳极溶出阳极溶出) Al Al3+ + 3e (阳极溶出阳极溶出) Fe3+ + 3OH- Fe(OH)3 Al3+ + 3OH- Al(OH)3 C.作用原理：凝聚和吸附作用原理：凝聚和吸附.去除对象：去除对象：胶态杂质及悬浮杂质、重金属废水胶态杂质及悬浮杂质、重金属废水 3. 消毒消毒3.1 概述概述 病原体：病原体：