水污染处理——化学处理法

1、第一章第一章化学处理法化学处理法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, ,从而达从而达到改善水质、控制水污染的目的。到改善水质、控制水污染的目的。 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) )溶解物溶解物质或胶体物质。质或胶体物质。 常用的化学处理方法有化学混凝、中和法、化学沉淀法和氧化常用的化学处理方法有化学混凝、中和法、化学沉淀法和氧化还原法。还原法。 化学混凝法化学混凝法10-10 10-9 10-7 10-4 粒度（粒度（m）真溶液真溶液 胶体溶液胶体溶液 悬

2、浮液悬浮液 混凝法混凝法沉淀法沉淀法 混凝澄清法，是指在混凝剂的作用下，使废水中的胶体和混凝澄清法，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细微悬浮物凝聚为絮凝体，然后予以分离除去的水处理法。 混凝通常置于固液分离设备前，与分离设备组合混凝通常置于固液分离设备前，与分离设备组合起以下作用。起以下作用。 1.有效去除原水中的悬浮物和交替物质，降低出水浊度和有效去除原水中的悬浮物和交替物质，降低出水浊度和BOD5。可用在。可用在流程的不同位置上，也可用于污泥的调理。流程的不同位置上，也可用于污泥的调理。 2.有效地去除水中微生物、病原菌和病毒。有效地

3、去除水中微生物、病原菌和病毒。 3.去除污水中的乳化油、色度、重金属离子及其它一些污染物。去除污水中的乳化油、色度、重金属离子及其它一些污染物。 4.混凝沉淀可去除污水中磷的混凝沉淀可去除污水中磷的9095，是最便宜和最高效的除磷方法。，是最便宜和最高效的除磷方法。 5.投加混凝剂可改善水质，有利于后续处理。投加混凝剂可改善水质，有利于后续处理。 6.二级处理出水经混凝沉淀处理后，可获得以下水质：二级处理出水经混凝沉淀处理后，可获得以下水质： SS7mg/l;BOD5 10mg/l;NH3-N15-30mg/l;TP-P7mg/l;混凝原理混凝原理 化学混凝处理的化学混凝处理的对象主要是水中对

4、象主要是水中的微小悬浮物和的微小悬浮物和胶体杂质。胶体杂质。 胶体的稳定性胶体的稳定性 双电层理论：双电层理论：胶核表面吸附了一层带同号电荷的离子，电位离胶核表面吸附了一层带同号电荷的离子，电位离子层为为此胶体的电中性，在电位离子层外吸附了电量相同电子层为为此胶体的电中性，在电位离子层外吸附了电量相同电性相反的离子，称为反离子层。性相反的离子，称为反离子层。 胶体表面吸附了电位形成离子与部分反离子（束缚反离子），胶体表面吸附了电位形成离子与部分反离子（束缚反离子），它紧紧吸附在胶体表面随胶体微粒移动，形成吸附层。它紧紧吸附在胶体表面随胶体微粒移动，形成吸附层。 另一部分反离子（自由反离子）由于

5、热运动和胶体溶剂化作用另一部分反离子（自由反离子）由于热运动和胶体溶剂化作用而向外扩散，当微粒运动时，与固体表面脱开而与液体一起移而向外扩散，当微粒运动时，与固体表面脱开而与液体一起移动，它们包围着吸附层而形成扩散层，滑动面即吸附层的边界动，它们包围着吸附层而形成扩散层，滑动面即吸附层的边界面。面。 胶核与溶液主体间由于表面电荷的存在所产生的电位称为全电胶核与溶液主体间由于表面电荷的存在所产生的电位称为全电位，胶粒与溶液间主体间由于胶粒剩余电荷的存在所产生的电位，胶粒与溶液间主体间由于胶粒剩余电荷的存在所产生的电位成为电动电位或位成为电动电位或电位。电位。 胶体所胶体所 受影响受影响 由于上述

6、的胶体带电现象，带相同电荷的胶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，而且粒产生静电斥力，而且电位越高，胶粒电位越高，胶粒间的静电斥力越大间的静电斥力越大 受水分子热运动的撞击，使微粒在水中作不受水分子热运动的撞击，使微粒在水中作不规则的运动，即规则的运动，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范徳徳华引力华引力 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。带电越多，间距有关，距离越近，斥力越大。带电越多，电电位越大，扩散层中反离子越多，水化作用越大，水位越大，扩散层中反离子

7、越多，水化作用越大，水化壳就越厚，因此扩散层也就越厚，越具稳定性。化壳就越厚，因此扩散层也就越厚，越具稳定性。 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，还与胶粒的间电位有关，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不足以将两颗胶粒推进到使范徳徳华引力发挥作用的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距离。因此，胶体微粒不能相互聚结而长期保持稳定的分散状态。定的分散状态。 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 要使胶体脱稳与凝聚，必须降低要使胶体脱稳与凝聚，

8、必须降低电位和破坏水化电位和破坏水化膜，并提供胶粒碰撞的动能。造成胶粒碰撞的主要膜，并提供胶粒碰撞的动能。造成胶粒碰撞的主要原因是布朗运动、流速梯度和涡流紊动。对于粒径原因是布朗运动、流速梯度和涡流紊动。对于粒径在在1m1m左右的颗粒，布朗运动已经不起作用。为此左右的颗粒，布朗运动已经不起作用。为此工程上采用投药后快速搅拌，以保持较高的碰撞次工程上采用投药后快速搅拌，以保持较高的碰撞次数，从而加快胶体的粒径增大，加快胶体颗粒的沉数，从而加快胶体的粒径增大，加快胶体颗粒的沉降降 (1) (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

9、扩散层甚至吸附层附层, , 使使电位降低。当电位降低。当电位为零时电位为零时, , 称为称为等电状态。此时胶体间斥力消失等电状态。此时胶体间斥力消失, , 胶粒最易发胶粒最易发生聚结。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，这时的就开始产生明显的聚结，这时的电位称为临界电位称为临界电位。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过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，称为程，称为胶体脱稳。脱稳

10、的胶粒相互聚结，称为凝聚。凝聚。 (2) (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。 (3) (3) 网捕作用网捕作用 沉淀物在自身沉降过程中，作为晶核，能集卷、网沉淀物在自身沉降过程中，作为晶核，能集卷、网捕水中的胶体等微粒，使胶体粘结。捕水中的胶体等微粒，使胶体粘结。 酸铝酸铝AlAl2 2(SO(SO4 4) )3 318H18H2 2O O溶于水后，离解出溶于水后，离解出AlAl3+3+，并结，并结合有合有6 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(HAl(H2 2O)O)6

11、 6 3+3+。 水合铝离子进一步水解，形成单羟基单核络合物：水合铝离子进一步水解，形成单羟基单核络合物： 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： 上述反应中，降低水中上述反应中，降低水中H H+ +( (或或H H3 3O O+ +) )浓度或提高浓度或提高pHpH，使，使反应趋向右方，水合羟基络合物的电荷逐渐降低，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。最终生成中性氢氧化铝难溶沉淀物。 当当pH4pH4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(HAl(H2 2O)O)3 3 3+3+ 。 当当pHpH

12、4 45 5时，水中有时，水中有Al(OH)(HAl(OH)(H2 2O)O)5 5 2+2+、Al(OH)Al(OH)2 2(H(H2 2O)O)4 4 + +及少量及少量Al(OH)Al(OH)3 3(H(H2 2O)O)3 3 。 当当pHpH7 78 8时，水中主要是时，水中主要是Al(OH)Al(OH)3 3(H(H2 2O)O)3 3 沉淀沉淀物。物。 但在某一特定但在某一特定pHpH时，水解产物还有许多复杂的高时，水解产物还有许多复杂的高聚物和络合物同时共存。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-OH-具有桥键性质。具有桥键性质。 在由在由

13、Al(HAl(H2 2O)O)6 6 3+3+转向转向Al(OH)Al(OH)3 3(H(H2 2O)O)3 3 的中间过的中间过程中，羟基可将单核络合物通过桥键缩聚成多程中，羟基可将单核络合物通过桥键缩聚成多核络合物：核络合物： 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： 或或 从上述反应可以看出，三价铝盐发挥混凝作用的是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。各种形态的水解聚合物。 带有正电的水解聚合物，同时起到压缩双电层的脱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。稳和吸附架

14、桥的作用。 为使硫酸铝达到优异的混凝效果，应尽量使胶体脱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。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，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架桥作用，形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，使混凝过程很好完成。成大的絮凝体，使混凝过程很好完成。 混凝剂和助凝剂混凝剂和助凝剂

15、 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 (1) (1) 无机盐类混凝剂无机盐类混凝剂 (2) (2) 高分子混凝剂高分子混凝剂 铁盐和铝盐铁盐和铝盐 有机和无机有机和无机 助凝剂助凝剂 影响混凝效果的主要因素影响混凝效果的主要因素 (1)(1)水中杂质的成分、性质和浓度水中杂质的成分、性质和浓度 (2) (2) 混凝剂的影响混凝剂的影响 (3)(3)水力条件水力条件混凝工艺一般流程及设计要点混凝工艺一般流程及设计要点 (1)(1)根据混凝处理目的，通过实验选择混凝剂品种、用根据混凝处理目的，通过实验选择混凝剂品种

16、、用量及量及pHpH； (2)(2)选择合适的混凝剂投加位置核方式，调制、条件浓选择合适的混凝剂投加位置核方式，调制、条件浓度和设备；度和设备； (3)(3)选择合适的混合、反应方法核设备选择合适的混合、反应方法核设备; ; (4)(4)考虑与上、下构筑物的衔接。考虑与上、下构筑物的衔接。 化学混凝的设备化学混凝的设备 (1) (1) 混凝剂的配制和投加设备混凝剂的配制和投加设备 a.a.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，

17、将浓药液送入溶液池，用清水药剂溶解完全后，将浓药液送入溶液池，用清水稀释到一定的浓度备用。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： 式中式中: : W W1 1溶液池容积，溶液池容积，m m3 3； q qvv处理地水量，处理地水量，m m3 3/h; /h; A A混凝剂地最大投加量，混凝剂地最大投加量，mg/L; mg/L; c c溶液浓度，；溶液浓度，； n n每天配置次数，一般为每天配置次数，一般为2 26 6次。次。 溶解池的容积：溶解池的容积： b. b. 混凝剂溶液的投加混凝剂溶液的投加 计量设备计量设备 投加方式投加方式 转子流转子流量计量计 电磁流电磁流量计量计 泵前重力泵前重力投加投加 水射器水射器投加投加 (2) (2) 混合设备混合设备 a.a.水泵混合水泵混合b.b.隔板混合隔板混合c. c. 机械混合机械混合(3) (3) 反应设备反应设备 a.a.隔板反应池隔板反应池 利用水