第三章 水的物理化学处理法

1、第三章第三章 水的物理化学处理法（1）水中粗大颗粒物的去除：对象、原理、方法及设备（2）水中悬浮物和胶体物质的去除：对象、原理、方法及设备（3）水中溶解物质的去除：对象、原理、方法及设备（4）水中有害微生物的去除：对象、原理、方法及设备（5）水的其他物理化学处理方法：对象、原理、方法及设备重点重点沉淀、过滤、混凝、气浮、离子交换、膜法、加氯消毒等内容内容污水的物化处理预处理生物法出水处理预处理生物处理备注：CASS是SBR工艺的改进型，使间歇式进水实现连续进水 污泥处理污水处理流程第一节 中和法第二节 化学混凝法第三节 化学沉淀法第四节 氧化还原法第五节 吸附法第六节 离子交换法第七节 萃取法

2、第八节 膜析法第九节 超临界处理技术第一节第一节 中和法中和法定义：定义：酸和碱反应生成酸和碱反应生成盐和水称为盐和水称为。天津王稳庄镇污水横流天津王稳庄镇污水横流 水塘蓄满酸性黑水水塘蓄满酸性黑水 早在早在2005年，天津市就被评为年，天津市就被评为“国家环境保护模范城市国家环境保护模范城市”。而西青区王稳庄镇是。而西青区王稳庄镇是天津市远近闻名的鱼米之乡，过去因盛产小站稻而驰名，还是天津市最大的鱼、肉、天津市远近闻名的鱼米之乡，过去因盛产小站稻而驰名，还是天津市最大的鱼、肉、蛋无公害生产基地，但这里的河流基本上都因为众多小五金厂严重的污染变成了黄蛋无公害生产基地，但这里的河流基本上都因为众

3、多小五金厂严重的污染变成了黄色或者黑色。色或者黑色。 独流减河王稳庄段堤北侧的巨大黄色污水河独流减河王稳庄段堤北侧的巨大黄色污水河 唐津高速下西兰坨村农田边上的污水沟唐津高速下西兰坨村农田边上的污水沟 王稳庄村里上百亩污水塘，蓄满强酸性黑色污水王稳庄村里上百亩污水塘，蓄满强酸性黑色污水 小金庄村一家无名小五金厂正向八路河内排放强酸性污水小金庄村一家无名小五金厂正向八路河内排放强酸性污水 小泊扬水站长年向独流减河排放污水留下的黄色印迹小泊扬水站长年向独流减河排放污水留下的黄色印迹 为什么要中和？定义：酸和碱反应生成盐和水称为。中和处理适用于废水处理中的下列情况：（1）废水排入受纳水体受纳水体前，

4、pH超标，此时应该采取中和处理，减少水生生物的影响；（2）工业废水排入排水管网前，避免对管道造成腐蚀管道造成腐蚀；（3）在生物处理法之前，调节废水pH在6.58.5范围，确保最确保最佳的生物活性佳的生物活性。为什么要中和？酸性废水酸性废水利用碱性废水中和，向酸性废水中投加碱性废渣，以及通过碱性滤料层过滤中和等。碱性废水碱性废水可利用酸性废水中和，向碱性废水投加中和剂，以及利用烟道气中和等。60年代中国发展了高速率石灰高速率石灰石滤料中和滤塔石滤料中和滤塔，用来处理低浓度酸性废水，效果很好。中和处理首先考虑以废治废的原则。 其次考虑采用中和剂。常用的碱性中和剂有石灰(CaO)、电石渣Ca(OH)

5、2和石灰石CaCO3、白云石 。常用的酸性中和剂有废酸、粗制酸和烟道气。概述33MgCOCaCO 一、酸碱污水的产生1酸性污水化工厂、化纤厂、电镀厂，金属加工厂等酸性污水pH14，腐蚀性强，改变水体的PH值，影响水生植物。2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。酸碱污水在浓度高时(3%5以上)，应考虑回收和综合利用，制造硫酸亚铁、硫酸铁、在浓度不高时方可采用处理的方法。二、中和剂1酸性污水的中和剂：苏打 NaCO3和苛性钠NaOH具有组成均匀，易于贮存，反应迅速，易溶于水，但价格较高。石灰 Ca(OH)2 来源广泛，价格便宜，但产生杂质多，浮渣

6、多，难处理，一般用于水量较小的水厂。沉淀量大，运输不便，石灰的粉末极易飘散，劳动卫生条件差。石灰石 CaCO3，白云石 CaCO3MgCO3是开发的石料，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。2碱性污水的中和剂：硫酸、盐酸、烟道气（含CO2，SO2)。二、中和剂3、选择中和剂的标准：（1）反应速率；（2）污泥产量和污泥处理方法；（3）加药和储存安全方便；（4）化学进料和存放总设备的总费用；（5）副反应的发生：盐的溶解、水沟产生和热副反应的发生：盐的溶解、水沟产生和热；（6）加药过量；（7）中和剂选取的粒径大小是否会阻塞滤床中和剂选取的粒径大小是否会阻塞滤床等等；三、中和设备中

7、和设备有集水井、混合槽、连续流中和池以及间歇式中和池。（1）水质水量变化不大或者废水的缓冲能力较好，后续构筑物对水质pH要求不是很严格情况下：（2）水质水量变化较大，但是水量较小，或废水中还含有其他杂志的金属离子，出水水质要求较高情况下：（3）水质水量变化不大，废水有一定的缓冲能力，但是出水pH要求很严格情况下：不单独设置中和池不单独设置中和池管道混合管道混合槽内连续式反应槽内连续式反应间歇式中和池，先后间歇式中和池，先后完成混合、反应、沉完成混合、反应、沉淀、排泥工序淀、排泥工序连续流中和池连续流中和池管道混合槽内连续式反应管道混合槽内连续式反应四、中和方法分类1酸碱污水相互中和法2、药剂中

8、和法3过滤中和法（多用于原料所在地多用于原料所在地）4、烟道气中和法1 1酸碱污水相互中和法酸碱污水相互中和法电镀厂的酸性污水和印染厂的碱性污水相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。互混合，达到中和目的。根根 据据 化化 学学 反反 应应 等等 当当 量量 原原 理理 ，QQ1 1C C1 1=Q=Q2 2C C2 2计算污水中酸碱的含量及污水量，使酸碱污计算污水中酸碱的含量及污水量，使酸碱污水等当量混合，达到等当量中和并略偏于碱水等当量混合，达到等当量中和并略偏于碱性。性。2 2药剂中和法药剂中和法用碱性、酸性物质为中和剂处理，常采用用碱性、酸性物质为中和剂处理，常采用

9、石灰石灰处处理酸性污水，石灰还是混凝剂，可凝聚水中的杂质，对理酸性污水，石灰还是混凝剂，可凝聚水中的杂质，对于含杂质多的酸性污水有利。于含杂质多的酸性污水有利。当污水中含有重金属离子时，加入石灰，碱性增大当污水中含有重金属离子时，加入石灰，碱性增大使水中重金属离子积大于溶度积产生沉淀。使水中重金属离子积大于溶度积产生沉淀。H 2 SO4 + + Ca(OH ) 2 CaSO4 + + 2 H 2O2 HNO4 + + Ca(OH ) 2 Ca( NO3 ) 2 + + 2 H 2OFe 2+ + + + Ca(OH ) 2 Fe(OH ) 2 + + Ca 2+ +Pb 2+ + + + Ca

10、(OH ) 2 Pb(OH ) 2 + + Ca 2+ +投药中和法的工艺过程主要包括：投药中和法的工艺过程主要包括：废水的预处理；中和药剂的制合与投配、混合与反应；中和废水的预处理；中和药剂的制合与投配、混合与反应；中和产物的分离；泥渣的处理与利用。产物的分离；泥渣的处理与利用。废水的预处理包括悬浮杂质的澄清，水质及水量的均和。前废水的预处理包括悬浮杂质的澄清，水质及水量的均和。前者可以减少投药量，后者可以创造稳定的处理条件。者可以减少投药量，后者可以创造稳定的处理条件。 投药中和法的工艺流程投药中和法的工艺流程酸性废水投药中和流程图酸性废水投药中和流程图投加装置投加装置 ：干投、湿投：干投

11、、湿投 药剂中和（混合池）：停留时间药剂中和（混合池）：停留时间5 5分分钟（给水反应池的停留时间是钟（给水反应池的停留时间是分分钟）钟） 沉淀池和污泥干化：停留时间沉淀池和污泥干化：停留时间1 12 2小小时时 污泥是污水的体积污泥是污水的体积 2-52-5脱水干化。脱水干化。 干投法：机械将药剂粉碎，干投法：机械将药剂粉碎，直径直径0.5mm0.5mm，然后，然后直接投入水中。直接投入水中。 用具有电磁振荡装置的石灰投配器将用具有电磁振荡装置的石灰投配器将石灰扮直接投入废水中。石灰扮直接投入废水中。 干投法设备简单，药剂的制备与投配干投法设备简单，药剂的制备与投配容易，但反应缓慢，容易，但

12、反应缓慢，中和药剂耗用量中和药剂耗用量大大(约为理论用量的约为理论用量的1.4.5倍倍)。 投加装置投加装置 ：干投、湿投：干投、湿投 生石灰在消解槽内消解为浓度生石灰在消解槽内消解为浓度404050%50%的乳液的乳液，排人石灰乳贮，排人石灰乳贮槽，并配成浓度为槽，并配成浓度为5 510%10%的工作的工作液液，然后投加。，然后投加。 投加量可用投配器的投加量可用投配器的孔口开度孔口开度来来控制，亦可通过投加阀的开度来控制，亦可通过投加阀的开度来控制控制(pH(pH计自动控制或手动控制计自动控制或手动控制) )。 石灰乳贮槽及消解槽可用机械搅石灰乳贮槽及消解槽可用机械搅拌或水泵循环搅拌，以防

13、止沉淀。拌或水泵循环搅拌，以防止沉淀。搅拌不宜采用压缩空气搅拌不宜采用压缩空气，因其中，因其中的的COCO2 2易与易与CaOCaO反应生成反应生成CaCOCaCO3 3沉淀，既浪费中和药剂，又易引沉淀，既浪费中和药剂，又易引起堵塞。起堵塞。加药间加药间工作液用泵送到投配槽，经过投配器投入到混合设备。工作液用泵送到投配槽，经过投配器投入到混合设备。投配系统采用投配系统采用溢流循环方式溢流循环方式，即石灰乳输运，即石灰乳输运到投配槽中的量大于投加量，剩余量沿溢流到投配槽中的量大于投加量，剩余量沿溢流管流回管流回石灰乳贮槽石灰乳贮槽，这样可维持投配槽内液，这样可维持投配槽内液面稳定不变，投加量只由

14、孔口或阀门开度大面稳定不变，投加量只由孔口或阀门开度大小控制，还可以防止沉淀和堵塞。小控制，还可以防止沉淀和堵塞。 投配器投配器 采用石灰中和酸性废水时，采用石灰中和酸性废水时，混合反应时间一般为混合反应时间一般为2-5min，但是废水如果含有金属盐类或者但是废水如果含有金属盐类或者其他的毒物时，还应该考虑去除其他的毒物时，还应该考虑去除金属及其毒物的要求。金属及其毒物的要求。 中和槽有两种类型，应用广泛的是中和槽有两种类型，应用广泛的是。池中常设置隔板将其分成多室，以利混合反应。反应池的容池中常设置隔板将其分成多室，以利混合反应。反应池的容积通常按积通常按520min的停留时间设计。的停留时

15、间设计。 另一种是另一种是，器中混和搅拌的时间，器中混和搅拌的时间很短，仅适用于中和产物溶解度大、反应速度快的中和过程。很短，仅适用于中和产物溶解度大、反应速度快的中和过程。 中和过程中形成的各种泥渣中和过程中形成的各种泥渣(如石膏、铁矾等如石膏、铁矾等)应及时分离，应及时分离，以防止堵塞管道。分离设备可采用沉淀池或浮上池。分离以防止堵塞管道。分离设备可采用沉淀池或浮上池。分离出来的沉淀出来的沉淀(或浮渣或浮渣)尚需进一步浓缩、脱水。尚需进一步浓缩、脱水。 投药中和法：投药中和法：和和 通常，水量少时通常，水量少时(例如每小时几立例如每小时几立方米到十几立方米方米到十几立方米)采用间歇式处理。

16、采用间歇式处理。水量再大时，就采用连续式处理。水量再大时，就采用连续式处理。此时，欲获得稳出可靠的中和效果，此时，欲获得稳出可靠的中和效果，应采用多级式应采用多级式pH自动控制系统。自动控制系统。 投药中和法：投药中和法：1、可处理任何浓度、任何性质的酸性废水；、可处理任何浓度、任何性质的酸性废水；2、废水中容许有较多的悬浮杂质，对水质、水量的波、废水中容许有较多的悬浮杂质，对水质、水量的波动适应性强；动适应性强；3、并且中和剂利用率高；、并且中和剂利用率高；4、中和过程容易调节。、中和过程容易调节。劳动条件差，药剂配制及投加设备较多，基建投资大，劳动条件差，药剂配制及投加设备较多，基建投资大

17、，泥渣多且脱水难。泥渣多且脱水难。 3 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）酸性废水流过碱性滤料时使废水中和酸性废水流过碱性滤料时使废水中和 主要的碱性滤料有三种：石灰石、大理石、白云石。前两种的主要的碱性滤料有三种：石灰石、大理石、白云石。前两种的主要成分是主要成分是CaCOCaCO3 3，后一种的主要成分是，后一种的主要成分是CaCOCaCO3 3MgCOMgCO3 3。三、中和方法分类三、中和方法分类白云石与硫酸反应白云石与硫酸反应H 2 SO4 + + CaCO3 CaSO4 + + H 2O + + CO2 3 3 4 4 22H2 SO4 + + CaCO

18、 + +MgCO CaSO + +MgSO + + H2O + + CO 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 不会不会造成反应中滤池的堵塞，产生的造成反应中滤池的堵塞，产生的 CaSO4 CaSO4 是石灰石中和产生的是石灰石中和产生的5050，影响小一些，可以适当提高进水硫酸浓度。，影响小一些，可以适当提高进水硫酸浓度。3 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）使污水流经具有中和能力的滤池，例如石灰石、白云石、大理石使污水流经具有中和能力的滤池，例如石灰石、白云石、大理石等，产生中和作用。等，产生中和作用。石灰石

19、与硫酸反应石灰石与硫酸反应2HCl + + CaCO3 CaCl2 + + H 2O + + CO2 一、滤料的选择 滤料的选择和中和产物的溶解度有密切的关系。滤料的中和反应发生在颗粒表面上，如果中和产物的溶解度很小，就在滤料颗粒表面形成不溶性的硬壳，阻止中和反应的继续进行，使中和处理失败。 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，含钙或镁的中和剂都不行，不宜采用过滤中和法； 中和硫酸时，最好选用含镁的中和滤料(白云石)。 但是，白云石的来源少、成本高，反应速度慢，所以，如能正确但是，白云石的来源少、成本高，反应速度慢，所以，如能正确控制硫酸浓度，使中和产物

20、控制硫酸浓度，使中和产物(CaSO(CaSO4 4) )的生成量不超过其溶解度，则也的生成量不超过其溶解度，则也可以采句石灰石或大理石。可以采句石灰石或大理石。 根据硫酸钙的溶解度数据可以算根据硫酸钙的溶解度数据可以算出，以石灰石为滤料时，硫酸允许出，以石灰石为滤料时，硫酸允许浓度在浓度在。 如硫酸浓度超过上述允许值，可使如硫酸浓度超过上述允许值，可使处理后的出水回流，用以稀释原水；处理后的出水回流，用以稀释原水；或改用白云石滤料。或改用白云石滤料。 另外，过滤中和产物另外，过滤中和产物COCO2 2溶于水使出水溶于水使出水pHpH值约为值约为5 5，经曝，经曝气吹脱气吹脱COCO2 2，则，

21、则pHpH值可上升到值可上升到6 6左右。左右。 脱气方式可用穿孔管曝气吹脱、多级跌落自然脱气，板条脱气方式可用穿孔管曝气吹脱、多级跌落自然脱气，板条填料淋水脱气等。填料淋水脱气等。 必须限制进水中悬浮杂质的浓度，以防堵塞滤料。滤料的必须限制进水中悬浮杂质的浓度，以防堵塞滤料。滤料的粒径也不宜过大。另外，失效的滤渣应及时清除，并随时粒径也不宜过大。另外，失效的滤渣应及时清除，并随时补加滤料，直至例床换料。补加滤料，直至例床换料。 采用碳酸盐做中和滤料，均有采用碳酸盐做中和滤料，均有COCO2 2气体产生，气体产生，它能附着在滤料表面，形成气体薄膜，阻碍反它能附着在滤料表面，形成气体薄膜，阻碍反

22、应的进行。酸的浓度愈大，产生的气体就愈多，应的进行。酸的浓度愈大，产生的气体就愈多，阻碍作用也就越严重。阻碍作用也就越严重。二、中和滤池二、中和滤池普通中和滤池普通中和滤池 普通中和滤池一般是为固定床重力式，水的流向分平流式和竖流普通中和滤池一般是为固定床重力式，水的流向分平流式和竖流式（又分升流式和降流式），滤料粒径一般为式（又分升流式和降流式），滤料粒径一般为30-50mm，不得混，不得混有粉料杂质，当废水中含有可能堵塞滤料的物质时，应进行预处有粉料杂质，当废水中含有可能堵塞滤料的物质时，应进行预处理，过滤速度一般不大于理，过滤速度一般不大于5 m/h，接触时间不小于，接触时间不小于10m

23、in，滤床厚，滤床厚度一般为度一般为1-1.5m。 98 10098 100136 18136 18生成硫酸钙微溶于水，生成硫酸钙微溶于水，1818时溶解度为时溶解度为1.6g/L1.6g/L，采用石灰石能中，采用石灰石能中和硫酸浓度为：和硫酸浓度为：1.6:1361.6:136x:98 x=1.15g/Lx:98 x=1.15g/L分析：分析：1 1）当进水硫酸浓度大于）当进水硫酸浓度大于1.15g/L1.15g/L，中和反应生成的，中和反应生成的CaSOCaSO4 4浓度大浓度大于于1.6g/L1.6g/L，超过浓度积，超过浓度积，。2 2）由于存在盐效应的过饱和现象，一般进水的硫酸浓度可

24、提）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高到2.0-2.4g/L2.0-2.4g/L。3 3）应用中要注意进水的硫酸浓度，不使滤池堵塞。）应用中要注意进水的硫酸浓度，不使滤池堵塞。4 4）计算：石灰石与硫酸反应生成硫酸钙。计算：石灰石与硫酸反应生成硫酸钙。H 2 SO4 + + CaCO3 CaSO4 + + H 2O升流式膨胀中和滤池升流式膨胀中和滤池（恒速）（恒速）由于粒径小，就由于粒径小，就；由于流速大，滤科可以悬浮起来，通过互相碰撞，使由于流速大，滤科可以悬浮起来，通过互相碰撞，使，从而可以适当增大进水中硫酸的允许含量；，从而可以适当增大进水中硫酸的允许含量；由于是升

25、流运动，剥离的硬壳容易随水流走，由于是升流运动，剥离的硬壳容易随水流走，CO2气体易排出，气体易排出，。滤料层厚度在运行初期为滤料层厚度在运行初期为11.2m，最终换料时为，最终换料时为2m，滤料膨胀率保持，滤料膨胀率保持50。池底设。池底设0.150.2m的卵石垫层，池项保持的卵石垫层，池项保持0.5m的清水区。的清水区。 升流式膨胀中和滤的特点是升流式膨胀中和滤的特点是滤料粒径小滤料粒径小(0.53mm)、滤速、滤速高高(6670mk)、废水由下向、废水由下向上流动。上流动。变速升流式膨胀中和滤池变速升流式膨胀中和滤池如果改变升流式滤池的结构，采用变截面中和滤池，如果改变升流式滤池的结构，

26、采用变截面中和滤池，使下部滤速仍保持使下部滤速仍保持6070mh，而上部滤速减为，而上部滤速减为1520mh，则可获双重好处：，则可获双重好处：既保持较高的过滤速度，又不致于使细既保持较高的过滤速度，又不致于使细小滤料随水流失，使滤抖尺寸的适用范小滤料随水流失，使滤抖尺寸的适用范围增大。围增大。 升流式滤池要求布水均匀，因此常采用大阻力配水系统和比较升流式滤池要求布水均匀，因此常采用大阻力配水系统和比较均匀的集水系统。此外，要求池子直径不能太大，一般不大于均匀的集水系统。此外，要求池子直径不能太大，一般不大于1.52.0m。滚筒可用钢板制成，内衬防腐层，直径滚筒可用钢板制成，内衬防腐层，直径l

27、m或更大，长度约为直径的或更大，长度约为直径的67倍。筒内壁有不高的纵向隔条，推动滤料旋转。滚筒转速约每分钟倍。筒内壁有不高的纵向隔条，推动滤料旋转。滚筒转速约每分钟10转，转轴倾斜转，转轴倾斜0.5010。滤料的粒径较大。滤料的粒径较大(达十几毫米达十几毫米)，装科体积约占，装科体积约占转简体积的一半；转简体积的一半；是进水的硫酸浓度可以超过允许浓度数倍，而滤料粒径却不是进水的硫酸浓度可以超过允许浓度数倍，而滤料粒径却不必破碎得很小，硫酸质量浓度可以达到必破碎得很小，硫酸质量浓度可以达到是负荷率低、是负荷率低、(约为约为36m3m2h)、构造复杂、动力费用较高、运、构造复杂、动力费用较高、运

28、转时噪音较大，同时对设备材料的耐蚀性能要求高。转时噪音较大，同时对设备材料的耐蚀性能要求高。滚筒式中和滤池滚筒式中和滤池 装于滚筒中的滤料随滚筒一起转动，使滤科装于滚筒中的滤料随滚筒一起转动，使滤科互相碰撞，及时剥离由中和产物形成的覆盖层，互相碰撞，及时剥离由中和产物形成的覆盖层，可以加快中和反应速度。废水由滚筒的一端流可以加快中和反应速度。废水由滚筒的一端流入，由另一端流出。入，由另一端流出。喷淋塔喷淋塔 利用烟道气中和碱性印染废利用烟道气中和碱性印染废水是一种经济有效的中和方水是一种经济有效的中和方法。烟道气中含有高达法。烟道气中含有高达24的的CO2，有时还含有少量，有时还含有少量SO2

29、及及H2S等酸性气体。等酸性气体。 将烟道气通入碱性废水，或将烟道气通入碱性废水，或利用碱性废水作为除尘的喷利用碱性废水作为除尘的喷淋水淋水 但处理后废水中的悬浮物含但处理后废水中的悬浮物含量大为增加，硫化物、耗氧量大为增加，硫化物、耗氧量和色度也都有所增加，还量和色度也都有所增加，还需对废水进行补充处理。需对废水进行补充处理。第三节 化学沉淀法用易溶的化学药用易溶的化学药( (沉淀剂）使溶液中某种粒子以它的沉淀剂）使溶液中某种粒子以它的一种难溶的盐或氢氧化物从溶液中析出，在化学上一种难溶的盐或氢氧化物从溶液中析出，在化学上称称沉淀法沉淀法（chemical precipitation)che

30、mical precipitation)。废水处理中，常用化学沉淀法去除废水中有害离废水处理中，常用化学沉淀法去除废水中有害离子子阳离子阳离子HgHg2+2+、CdCd2+2+、PbPb2+2+、CuCu2+2+、ZnZn2+2+、CrCr2+2+阴离子阴离子SOSO42-42-、PO4PO43-3-、CrOCrO42-42-。匈牙利毒水泄露引发严重生态灾难匈牙利西南部一座铝工厂的有毒废水从贮存水塘决堤外匈牙利西南部一座铝工厂的有毒废水从贮存水塘决堤外泄，至少流入七座村庄，造成四人死亡六人失踪。泄，至少流入七座村庄，造成四人死亡六人失踪。 匈牙利连续几个星期豪雨不停，造成西南部一座铝工厂贮存有

31、毒废水的水塘决堤，匈牙利连续几个星期豪雨不停，造成西南部一座铝工厂贮存有毒废水的水塘决堤，这些含有碱性重金属的红色有毒洪流大量倾泄，当局紧急撤离居民，政府也宣布受灾的这些含有碱性重金属的红色有毒洪流大量倾泄，当局紧急撤离居民，政府也宣布受灾的三个郡县进入紧急状态。由于这些有毒废水可能流入三个郡县进入紧急状态。由于这些有毒废水可能流入“多瑙河多瑙河”，当局出动五百名军警，当局出动五百名军警救难人员，全力防止这场生态灾难进一步扩散。救难人员，全力防止这场生态灾难进一步扩散。 救援人员身穿防护服清理有毒泥浆救援人员身穿防护服清理有毒泥浆 环保官员表示，这是有史以来，匈牙利发生的最严重化工业意外。灾后

32、清理可能需要十八个环保官员表示，这是有史以来，匈牙利发生的最严重化工业意外。灾后清理可能需要十八个月的时间，同时必须耗费大量金钱，匈牙利正考虑向欧盟请求技术及财政上的援助。月的时间，同时必须耗费大量金钱，匈牙利正考虑向欧盟请求技术及财政上的援助。 钼（钼）钼（钼）m 一种金属元素。可用来生产特种钢，是电子工业的重要材料一种金属元素。可用来生产特种钢，是电子工业的重要材料 约约100万立方米含有钼、铅等重金属的有毒废水涌向附近村镇和河流，万立方米含有钼、铅等重金属的有毒废水涌向附近村镇和河流，已造成已造成4死死3失踪、至少失踪、至少120伤伤 一家水质监测机构的官员称，匈牙利一家铝厂泄漏出的有毒

33、废水已经流入多一家水质监测机构的官员称，匈牙利一家铝厂泄漏出的有毒废水已经流入多瑙河，这条著名河流的生态系统将面临重大考验。瑙河，这条著名河流的生态系统将面临重大考验。 云南曲靖村民拿出被云南曲靖村民拿出被铬铬污染的桔子污染的桔子 被重金属污染的农田被重金属污染的农田原理：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MMmmNNn n在饱和溶在饱和溶液下，沉淀和溶解反应如下。液下，沉淀和溶解反应如下。mm、n n分别表示离子分别表示离子MMn+n+、NNm-m-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

34、K KMmNnMmNnmM n + + + + nN m - -MmNn溶度积常数 当能结合成为难溶盐的两种离子的浓度之积时，该当能结合成为难溶盐的两种离子的浓度之积时，该盐将会析出，而这两种离子的浓度将下降，需要去除盐将会析出，而这两种离子的浓度将下降，需要去除的离子就与水分离。的离子就与水分离。溶度积常数溶度积常数溶度积常数溶度积常数K KMmNnMmNn的影响因素：的影响因素：1 1）同名离子效应同名离子效应：当沉淀溶解平衡后，如果向溶液中加：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动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2 2）盐

35、效应盐效应：在有强电解质存在状况下，溶解度随强电解：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。质浓度的增大而增加，反应向溶解方向转移。3 3）酸效应酸效应：溶液的：溶液的PHPH值可影响沉淀物的溶解度，称为酸效应。值可影响沉淀物的溶解度，称为酸效应。4 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合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，甚至不发生物的络合剂，则反应向相反方向进行，沉淀溶解，甚至不发生沉淀。沉淀。应用：如果污水中含有大量的应用：如果污水中含有大量的MMn+n+离子，要降低浓度，可离子，要降

36、低浓度，可向污水中投入化学物质，提高污水中向污水中投入化学物质，提高污水中NNm-m-浓度，使离子积大于溶浓度，使离子积大于溶度积度积 K K，结果，结果MMmmNNn n从污水中沉淀折出，降低从污水中沉淀折出，降低 MMn+n+浓度。浓度。一、氢氧化物沉淀法一、氢氧化物沉淀法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PHPH值关系很大。值关系很大。M(OH)M(OH)n n表示金属的氢氧化物，表示金属的氢氧化物，MMm+m+表示金属离子。表示金属离子。则电离方程式则电离方程式其溶度积为其溶度积为M n + + + + n(OH - -) M (OH ) nK M ( OH )

37、n = = M n + + OH - - n同时水发生电离同时水发生电离H 2O H + + + + OH - -水的离子积为水的离子积为K H 2O H + + OH - - = = 110-14K H 2O代入上式代入上式将上式取对数将上式取对数(K M (OH ) n+ + )n H M n + + = = 重金属离子的重金属离子的溶解度与溶解度与pHpH值关系绘成曲线值关系绘成曲线，从曲线中可，从曲线中可以得到，重金属离子的浓度值。以得到，重金属离子的浓度值。 处理污水中的处理污水中的Fe2+Fe2+离子时，离子时，pHpH值大于值大于9 9则可完全沉淀则可完全沉淀 处理污水中处理污水

38、中Al3Al3离子时，离子时，pHpH值严格为值严格为 5.55.5，否则，否则AL(OH)3AL(OH)3沉淀物又会溶解。沉淀物又会溶解。一、氢氧化物沉淀法一、氢氧化物沉淀法一、氢氧化物沉淀法一、氢氧化物沉淀法化学式Ksp化学式Ksp化学式KspAgOHAl(OH)3Ba(OH)2Ca(OH)2Cd(OH)2Co(OH)2Cr(OH)21.610-81.310-33510-35.510-62.210-141.610-15210-16Cr(OH)3Cu(OH)2Fe(OH)2Fe(OH)3Hg(OH)2Mg(OH)2Mn(OH)26.310-315.010-201.010-153.210-38

39、4.810-261.810-111.110-13Ni(OH)2Pb(OH)2Sn(OH)2Th(OH)4Ti(OH)3Zn(OH)22.010-151.210-156.310-274.010-45110-407.110-18注：表中所列溶度积，均为活度积，但应用时一般作为溶度积，不加区注：表中所列溶度积，均为活度积，但应用时一般作为溶度积，不加区别。别。某些金属氢氧化物的溶度积某些金属氢氧化物的溶度积金属氢氧化物的溶解度对数图确定金属离子沉淀的条件。以Cd2+为例，若Cd2+=0.1mol/L，则由图上查出，使氢氧化镉开始沉淀出来的pH值应为7.7；若欲使溶液残余Cd2+浓度达10-5mol/

40、L，则沉淀终了的pH值应为9.7。二、硫化物沉淀法二、硫化物沉淀法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。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。电离方程式：电离方程式：采用硫化物沉淀法常用的药剂为硫化氢，硫化钠，硫化钾等。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。硫化氢在水中分两步电离。电离常数电离常数M 2+ + = =MS M 2+ + + + S 2- -K MSS 2 H2S H + + + + S 2- -H 2 S H + + + + HS - -= = 1.2 1015= = 9.1

41、 10 8 H + + S 2- - HS- K 2 = = H + + HS- H 2 S K1 = = H + + S 2 S = =1.1 10 H 2 S M = =1.110 H 2 S / H + + 21.110 H 2 S M = =1.110 0.1在在1 1大气压，大气压，2525条件下，硫化氢在水中的饱和浓度为条件下，硫化氢在水中的饱和浓度为0.1M0.1M，则，则上式上式由上式可知，金属离子在水中溶解度与由上式可知，金属离子在水中溶解度与K KMSMS和和pHpH值有关值有关= = 22 H + + 2= = K1 K 2 = = 1.1 10 222 H 2 S K

42、总总 2代入代入 M 2+ + = = K /S 2 得得K MSK MS H + + 2 22 222+ += =2 + += =K MS H + + 21.110 23K MS H + + 2 22二、硫化物沉淀法二、硫化物沉淀法由上二式可得总电离常数由上二式可得总电离常数三、钡盐沉淀法三、钡盐沉淀法在处理含铬污水时，可用钡盐为沉淀剂，以碳酸钡为在处理含铬污水时，可用钡盐为沉淀剂，以碳酸钡为例，它与污水中铬酸进行反应，生成难溶的铬酸钡。例，它与污水中铬酸进行反应，生成难溶的铬酸钡。碳酸钡是难溶的物质，但铬酸钡的溶度积更小一些，更难碳酸钡是难溶的物质，但铬酸钡的溶度积更小一些，更难溶于水溶于

43、水.一种沉淀转化为另一种沉淀的过程为一种沉淀转化为另一种沉淀的过程为沉淀的转移沉淀的转移。BaCO3 + + H 2 CrO4 BaCrO4 + +CO2 + + H 2O四、分析四、分析1 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 2只要条件改变，沉淀和溶解就只要条件改变，沉淀和溶解就能相互转移。能相互转移。3 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沉淀。4 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。第三节第三节 化学混凝法化学混凝法混凝过程具有两个作用：混凝过程具有两个作用： 使水中原有的离散微粒首先具有粘附在固体颗粒上

44、的性使水中原有的离散微粒首先具有粘附在固体颗粒上的性质质 凝聚（凝聚（coagulationcoagulation） 使这些具有粘附性的离散微粒能够粘结成絮凝体使这些具有粘附性的离散微粒能够粘结成絮凝体絮凝絮凝（flocculationflocculation）混凝（混凝（coagulation-flocculationcoagulation-flocculation）一、混凝原理一、混凝原理1 1、胶体的稳定性、胶体的稳定性 水处理中常见胶体：粘土颗粒（对于水处理中常见胶体：粘土颗粒（对于d4mdClOClO2 2HOClOCl-NHClHOClOCl-NHCl2 2NHNH2 2ClCl臭

45、氧杀菌效果好、速度快，而且对消灭病毒也很有效。臭氧杀菌效果好、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时间，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时间，其受其受pHpH、水温及水中氨量的影响较小。但也有一定的选择性，、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、青霉菌之类对臭氧具有抗药性，需较长时间才能杀死如绿霉菌、青霉菌之类对臭氧具有抗药性，需较长时间才能杀死它们。它们。4.4.臭氧氧化工艺的应用臭氧氧化工艺的应用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

46、行深度处理，且处理效果明显；臭氧对印染废水的深度处理，且处理效果明显；臭氧对印染废水的CODCODCrCr值去除率值去除率不高，而对色度的去除效果显著，与传统的氯气氧化、吸附、混不高，而对色度的去除效果显著，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。优点。高级氧化过程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高级氧化过程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化、光催化氧化等。通过催化途径产生氧化能力极强的化、光催化氧化等。通过催化途径产生氧化能力极强的OHOH羟基自由基羟基

47、自由基。OHOH氧化电位为氧化电位为2.80V2.80V，仅次于氟的，仅次于氟的2.87V2.87V，故它在降解废水时具有以下特，故它在降解废水时具有以下特点：点：OHOH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，将难降解的污染物变成低分子或易生生，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特别适用；物降解的物质特别适用；OHOH几乎无选择地与废水中的任何污染物反应，直接将其氧化为几乎无选择地与废水中的任何污染物反应，直接将其氧化为CO2CO2、水或盐，不会产生二次污

48、染；、水或盐，不会产生二次污染；它是一种物理它是一种物理- -化学处理过程，很容易控制，以满足各种处理要求；化学处理过程，很容易控制，以满足各种处理要求；反应条件温和，是一种高效节能型的废水处理技术。反应条件温和，是一种高效节能型的废水处理技术。三、高级氧化法三、高级氧化法 FentonFenton试剂试剂 FentonFenton试剂是亚铁离子和过氧化氢的组合，该试剂作为强试剂是亚铁离子和过氧化氢的组合，该试剂作为强氧化剂的应用已具有一百多年的历史，在精细化工、医药氧化剂的应用已具有一百多年的历史，在精细化工、医药化工、医药卫生、环境污染治理等方面得到广泛的应用。化工、医药卫生、环境污染治理

49、等方面得到广泛的应用。 过氧化氢单独氧化过氧化氢单独氧化产品稳定，储存时每年活性氧的损失低于产品稳定，储存时每年活性氧的损失低于1%1%；安全，没有腐蚀性，能较容易地处理液体安全，没有腐蚀性，能较容易地处理液体; ;与水完全混溶，避免了溶解度的限制或排出泵产生气栓；与水完全混溶，避免了溶解度的限制或排出泵产生气栓；无二次污染，能满足环保排放要求；无二次污染，能满足环保排放要求；氧化选择性高，特别是在适当条件下选择性更高。氧化选择性高，特别是在适当条件下选择性更高。高级氧化法主要方法3 3）湿式氧化法）湿式氧化法1. 1.湿式氧化基本原理湿式氧化基本原理 湿式氧化法（湿式氧化法（Wet Air

50、Wet Air OxidationOxidation，WAOWAO）是）是在高温、高压下，利用在高温、高压下，利用氧化剂将废水中的有机氧化剂将废水中的有机物氧化成二氧化碳和水，物氧化成二氧化碳和水，从而达到去除污染物的从而达到去除污染物的目的。目的。 具有适用范围广、处理具有适用范围广、处理效率高、极少有二次污效率高、极少有二次污染、氧化速率快、可回染、氧化速率快、可回收能量及有用物料等特收能量及有用物料等特点。点。 还原法还原法含铬废水还原处理：含铬废水还原处理：FeSOFeSO4 4和石灰法处理和石灰法处理或电解还原法处理或电解还原法处理金属铁还原法处理硝基苯类废水金属铁还原法处理硝基苯类

51、废水用铜铁催化还原法处理难降解工业废水用铜铁催化还原法处理难降解工业废水第五节吸 附 法一、一、 吸附原理吸附原理二、吸附速度二、吸附速度三、影响吸附的因素三、影响吸附的因素四、吸附剂再生四、吸附剂再生五、吸附剂五、吸附剂六、六、 吸附工艺和设备吸附工艺和设备一、 吸附原理物理吸附物理吸附化学吸附化学吸附吸附剂：固体表面有吸附水中溶解及胶体物质的能吸附剂：固体表面有吸附水中溶解及胶体物质的能力力, ,比表面积很大的活性炭等具有很高的吸附能力。比表面积很大的活性炭等具有很高的吸附能力。吸附剂与吸附物质之间是通过吸附剂与吸附物质之间是通过分子间引力分子间引力( (即范德华力即范德华力) )而产而产

52、生的吸附生的吸附吸吸附附吸附剂与被吸附物质之间产吸附剂与被吸附物质之间产生化学作用，生成生化学作用，生成化学键化学键引引起吸附起吸附吸附过程是可逆的，当吸附速度和解吸速度相等时，则吸附质在溶液吸附过程是可逆的，当吸附速度和解吸速度相等时，则吸附质在溶液中的浓度和吸附剂表面上的浓度都不改变而达到平衡，此时吸附质中的浓度和吸附剂表面上的浓度都不改变而达到平衡，此时吸附质在溶液中的浓度称为在溶液中的浓度称为平衡浓度平衡浓度。吸附剂吸附能力的大小以吸附剂吸附能力的大小以吸附量吸附量q q表示，指单位重量的吸附表示，指单位重量的吸附剂所吸剂所吸附的吸附质的重量。附的吸附质的重量。q = V (Cq =

53、V (Co oC) / WC) / W式中式中 V V废水容积废水容积；WW吸吸附剂投量；附剂投量；C Co o原水吸附质浓度；原水吸附质浓度；C C吸吸附平衡时水中剩余的吸附质浓度。附平衡时水中剩余的吸附质浓度。吸附平衡 一定的吸附剂所吸附物质的数量与此物质的性质、浓度和温度有关。表明被吸附物质的量与浓度之间的关系式称为吸附等温式。吸附等温式 亨利吸附等温式 朗格缪尔（Langmuir）吸附等温式 弗劳德利希（Freundlich)吸附等温式 BED方程1.亨利吸附等温式:q = Hcm式中：q吸附量吸附剂吸附的物质总量，mgm投加的吸附剂量，mgc到达平衡时溶液中被吸附物的浓度，mg/LH

54、亨利常数，L/mg。= +2.朗格缪尔（Langmuir）吸附等温式k c1+ k1c=qm k1c1+ k1cq = =m111q qm k1c qm取倒数变形得式中： 吸附剂吸附的物质总量，mgm投加的吸附剂量，mgc到达平衡时溶液中被吸附物的浓度，mg/Lk、k1经验常数。3.弗劳德利希（Freundlich)吸附等温式1nq = kcm1nlgq =lgc + lgk两边取对数：式中：q吸附量吸附剂吸附的物质总量，mgm投加的吸附剂量，mgc到达平衡时溶液中被吸附物的浓度，mg/LK、n经验常数。 n值在正常条件下大于1。二、吸附速度通常吸附反应阶段速度非常快，总的过程速度由第一、二阶

55、段速度所控制。在一般情况下，吸附过程开始时往往由膜扩散控制，而在吸附接近终了时，内扩散起决定作用。吸附速度是指单位重量的吸附剂在单位时间内所吸附的物质量。吸附过程可分为3个阶段。吸附吸附阶段阶段颗粒外部颗粒外部扩散阶段扩散阶段孔隙扩散孔隙扩散阶段阶段吸附反应吸附反应阶段阶段吸附质从溶液中扩散到吸附剂吸附质从溶液中扩散到吸附剂表面表面吸附质在吸附剂孔隙中继续向吸附质在吸附剂孔隙中继续向吸附点扩散吸附点扩散吸附质被吸附在吸附剂孔隙内吸附质被吸附在吸附剂孔隙内的吸附点表面的吸附点表面三、影响吸附的因素衡量衡量指标指标吸附能力吸附能力吸附速度吸附速度固体吸附剂用固体吸附剂用吸附量吸附量衡量衡量单位质量

56、吸附剂在单位单位质量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量时间内所吸附的物质量吸附速度主要取决于吸附速度主要取决于外部扩散速度和孔隙扩散速度外部扩散速度和孔隙扩散速度。与溶液浓度成正比与溶液浓度成正比外部扩外部扩散速度散速度孔隙扩孔隙扩散速度散速度与吸附剂的比表面积的大小成正比与吸附剂的比表面积的大小成正比吸附剂颗粒直径越小，速度越快吸附剂颗粒直径越小，速度越快增加溶液与颗粒间的相对运动速度，增加溶液与颗粒间的相对运动速度，可提高速度可提高速度吸附剂颗粒越小，速度越快吸附剂颗粒越小，速度越快影响吸附的因素影响吸附的因素1 1废水的废水的pHpH值值废水的废水的pHpH值影响吸附剂及吸附质的性质。值影

57、响吸附剂及吸附质的性质。2 2共存物质共存物质物理吸附时吸附剂可吸附多种吸附质。一般共存多种吸附质时，吸附剂物理吸附时吸附剂可吸附多种吸附质。一般共存多种吸附质时，吸附剂对某种吸附质的吸附能力比只含该种吸附质时的吸附能力差。对某种吸附质的吸附能力比只含该种吸附质时的吸附能力差。3 3温度温度因为物理吸附过程是放热过程，温度升高吸附量减少，反之吸附量增因为物理吸附过程是放热过程，温度升高吸附量减少，反之吸附量增加。加。4 4接触时间接触时间在进行吸附时，应保证吸附质与吸附剂有一定的接触时间，使吸附接近在进行吸附时，应保证吸附质与吸附剂有一定的接触时间，使吸附接近平衡，充分利用吸附能力。平衡，充分

58、利用吸附能力。1 1、加热再生法、加热再生法在高温条件下，提高了吸附质分子的能量，使其易于从活性炭的活性点脱在高温条件下，提高了吸附质分子的能量，使其易于从活性炭的活性点脱离；而吸附的有机物则在高温下氧化和分解，成为气态逸出或断裂成低分子。离；而吸附的有机物则在高温下氧化和分解，成为气态逸出或断裂成低分子。2 2、化学再生法、化学再生法通过化学反应，使吸附质转化为易溶于水的物质而解析下来。常用的有机溶剂通过化学反应，使吸附质转化为易溶于水的物质而解析下来。常用的有机溶剂有苯、丙酮、甲醇、乙醇、异丙醇、卤代烷等。无机酸碱也是很好的再生剂。例有苯、丙酮、甲醇、乙醇、异丙醇、卤代烷等。无机酸碱也是很

59、好的再生剂。例如，吸附了苯酚的活性炭，可用氢氧化钠溶液浸泡，使形成酚钠盐而解析。如，吸附了苯酚的活性炭，可用氢氧化钠溶液浸泡，使形成酚钠盐而解析。五、吸附剂五、吸附剂1 1、活性炭：、活性炭： 比表面积比表面积可达可达8008002000m2000m2 2/g/g，有很高的吸附能力。，有很高的吸附能力。 一般可制成一般可制成粉末状或颗粒状粉末状或颗粒状。 粉末状活性炭吸附能力强，制备容易，价格降低，但再生困粉末状活性炭吸附能力强，制备容易，价格降低，但再生困难，一般不能重复使用。难，一般不能重复使用。 颗粒状活性炭价格较贵，但可再生重复使用，并且使用时劳颗粒状活性炭价格较贵，但可再生重复使用，

60、并且使用时劳动条件较好，操作管理方便动条件较好，操作管理方便2. 2. 腐植酸类吸附剂腐植酸类吸附剂 种类：天然的种类：天然的富含腐植酸的风化煤、富含腐植酸的风化煤、泥煤、褐煤等泥煤、褐煤等；将富含腐植酸的物质；将富含腐植酸的物质用适当的黏合剂制备成的腐植酸系树用适当的黏合剂制备成的腐植酸系树脂。脂。 腐植酸是一组芳香结构的，性质与酸腐植酸是一组芳香结构的，性质与酸性物质相似的复杂混合物。性物质相似的复杂混合物。 腐植酸对阳离子的吸附，包括离子交腐植酸对阳离子的吸附，包括离子交换、螯合、表面吸附、凝聚等作用。换、螯合、表面吸附、凝聚等作用。 腐植酸类物质能吸附汞、铬、锌、镉、腐植酸类物质能吸附