环保工程师考试资料

第2篇水污染防治工程基础与实践第1章污水物理化学处理工程基础水中污染物分类：按污染物在水中的存在状态分为：悬浮物、胶体、溶解物按化学特性分为：无机物、有机物按处理方法分为：物理法、化学法、生物法1.1混凝大纲要求：掌握混凝的技术和方法概念：通过投加混凝剂使水中难以沉淀的胶体物质以及细小的悬浮物聚集成较大的颗粒，使之能与水分离的过程。1.1.1胶体的基本性质胶体的表面电荷与胶体的稳定性1.1.2混凝动力学I⑴异向絮凝：细小颗粒在水分子无规则热运动的撞击下做布朗运动所造成的颗粒间碰撞聚集⑵同向絮凝：指由外力所造成的流体运动而产生的颗粒撞碰聚集，外力有两种方式：机械搅拌和水力搅拌。⑶混凝过程的控制指标参数：在水处理中，使胶体脱稳的过程称为“凝聚”，脱稳胶体相互聚集的过程称为“絮凝”，混凝是两者的统称。凝聚的设备为混合设备，絮凝的设备为絮凝池，要掌握其控制参数混合池：速度梯度G=500～1000S-1，水力停留时间T=10～60S，GT=（1～3）×104絮凝池：G=20～70S-1，水力停留时间T=15～20S，GT=104～1051.1.3混凝工艺⑴混凝机理：①电性中和：由于异号离子、异号电荷或高分子带异号电荷部位与胶核表面的静电吸附，中和了胶体原来所带电荷，从而使胶体脱稳。②吸附架桥：利用高分子的长链结构来连接胶粒形成“胶粒-高分子-胶粒”的絮状体。③沉淀物的卷扫（网捕）：以铝盐和铁盐为滋凝剂时，所产生的氢氧化铝和氢氧化铁在沉淀过程中，能够以卷扫（网捕）形成，使水中的胶体微粒随其一起下沉。关于混凝工艺今年考了一道题：题目是阴离子型有机高分子絮凝剂去除水中胶体粒子的主要作用机理：选项为a压缩双电层；b电性中和；c吸附架桥；d沉淀网捕，根据教材中29至31页的内容可知应该选择c吸附架桥，即投加的有机高分子絮凝剂的某一基团与胶粒表面某一部位互相吸附后，该高分子的其余部位则伸展在溶液中，可以与表面有空位的胶粒吸附，这样形成了一个“胶粒-高分子-胶粒”的絮状体，高分子起到了对胶粒进行架桥连接的作用。⑵影响混凝的主要因素：①水温：水温低影响混凝效果②PH值：对于不同混凝剂的影响程度不同③碱度：应保证一定的碱度④水中杂质的性质、组成和浓度：大小不一的颗粒有利于凝聚⑶混凝剂的配制与投加：①混凝剂与助凝剂：助凝剂是为了改善或强化混凝过程而投加的一些辅助药剂。②混凝剂的配制与投加溶解池（储液池）容积：W1=（0.2～0.3）W2溶液池容积：W2=计量设备：定量投药泵、转子流量计、电磁流量计、孔口计量设备等药剂投加：重力投加、压力投加1.1.4混合和絮凝的基本要求和方式影响混合的因素：药剂的品种、浓度、原水的温度、水中颗粒的性质和大小等，混合方式基本上可分为水力混合和机械搅拌混合两类。完成絮凝的两个主要条件：具有充分絮凝能力的颗粒和保证颗粒获得适当的碰撞接触而不致破碎的水力条件。1.2沉淀、澄清及浓缩大纲要求：掌握沉淀、澄清及污泥浓缩的技术和方法1.2.1沉淀原理和分类⑴沉淀原理：利用某些悬浮颗粒的密度大于水的特性，将其从水中去除。⑵沉淀分类①自由沉淀②絮凝沉淀③拥挤沉淀④压缩沉淀在城市污水处理流程中，在沉砂池中砂粒的沉淀一般为自由沉淀，活性污泥在二沉池中为絮凝沉淀，二沉池下部污泥的沉淀为拥挤沉淀，活性污泥在污泥浓缩池中的浓缩过程为压缩沉淀，这部分内容今年也出了一道题目，题目的内容大致是关于沉淀分类的论述哪一项是正确的：4个选项内容为：a沉砂池是自由沉淀；b混凝沉淀为絮凝沉淀；c二沉池底部应该是压缩沉淀，与污泥浓缩池一样；d浓缩池是压缩沉淀，从选项内容来看，abd都是正确的，c选项中二沉淀下部污泥的沉淀为拥挤沉淀，不是压缩沉淀，所以c错误。⑶沉淀颗粒的沉速低流速的离散性颗粒，在水中受到重力、浮力和水的阻力三个力的作用，其合力决定颗粒在水中的加速度和沉速。⑷沉淀试验①自由沉淀试验②絮凝沉淀（干扰沉淀）试验③拥挤沉淀试验1.2.2沉淀池⑴沉淀池的分类按池内水流方向的不同，可以分为平流式沉淀池、辐流式沉淀池和竖流式沉淀池按在工艺流程中位置不同，可分为初沉池和二沉池按截除颗粒沉降距离不同，可分为一般沉淀池和浅层沉淀池⑵平流式沉淀池：①构造：进水区、出水区、沉淀区、缓冲层、污泥区及排泥装置②平流式沉淀池的工作原理掌握沉淀池的设计计算：根据静置沉淀试验所求得的沉速和表面负荷等数据来计算。（P41～P42的公式）掌握污泥区的计算公式缓冲水层（位于污泥区和澄清区之间）的深度可取0.3～0.5m沉淀池的个数宜在2个以上。③掌握平流式沉淀池的进出水装置和排泥斗形式以及平流式沉淀池的设计技术参数的选择（见第三章内容）④平流沉淀池的优缺点⑶辐流式沉淀池可作为初沉池或二沉池①构造②优缺点③设计要求和参数选择（掌握设计参数）⑷竖流式沉淀池掌握设计要求和参数选择：例如设计中心管流速不大于30mm/s等⑸斜板（管）沉淀池①分类：侧向流、同向流、异向流斜板（管）沉淀池②掌握设计要求和参数的选择③掌握其应用条件：例如其不宜作为二沉池使用，主要原因是活性污泥的黏度大，易因污泥的黏附而影响沉淀效果。1.2.3澄清池⑴原理是利用高浓度的活性泥渣层的接触絮凝作用，将水中杂质阻留，使水得到澄清。⑵类型与特点①循环（回流）泥渣型澄清池是利用机械或水力的作用，使部分沉淀泥渣循环回流以增加和水中杂质的接触碰撞和吸附机会，提高混凝的效果。包括机械搅拌澄清池和水力循环澄清池等a机械搅拌澄清池特点：单位面积处理量较大，但设备的日常管理和维修工作量较大，适用于较大的处理规模。适用条件：无机械刮泥时，进水浊度一般不超过500度，有机械刮泥时，一般为500～3000度b水力循环澄清池由于絮凝不够充分，对水质和水温适应能力较差，目前应用不太多，适用于中、小型处理规模。②悬浮泥渣型澄清池工作原理：是使上升水流的流速等于絮粒在静水中靠重力沉降的速度，絮粒处于既不沉淀又不随水流上升的悬浮状态，当絮粒集结到一定厚度时，就构成泥渣悬浮层，原水通过时，水中杂质与絮粒碰撞接触，并被悬浮泥渣层的絮粒吸附、过滤而截留下来。包括悬浮澄清池和脉冲澄清池等。a悬浮澄清池适用于中、小处理规模，对进水水量、水温及加药量较敏感，可建成单层式或双层式，单层式适用于原水浊度长期低于3000度以下，双层式可适用原水浊度超过3000度左右。单池面积不宜超过150㎡b脉冲澄清池澄清效率高，具有脉冲的快速混合、缓慢充分的絮凝、大阻力配水系统而使布水较均匀、水流垂直上升和池体利用较充分等优点，多用于处理原水浊度小于3000度的水。一般脉冲澄清池的脉冲周期可采用30～40s，充放时间比为3：1～4：11.2.4污泥浓缩其工艺有重力浓缩、气浮浓缩和离心浓缩三种方式，国内一般采用重力浓缩。⑴浓缩的目的污泥的含水率非常高，达95%以上，因而其体积非常大，浓缩的目的在于减容，例如含水率由99%降到96%时，体积可减小3/4，可为后续的污泥处理创造条件。⑵重力浓缩池①间歇式②连续式⑶重力浓缩池的设计其工艺设计见第3章。1.3沉砂大纲要求：掌握沉砂的技术和方法1.3.1沉砂目的及原理目的是在泵站或初沉池前去除城市污水比重约为2.65的砂粒以及工业废水中的金属粉粒等比重较大的无机颗粒物，以减轻颗粒物对泵和管道的磨损以及减轻初沉池的负荷，保证后续处理构筑物的正常运行。（颗粒物的沉淀为自由沉淀）1.3.2沉砂池的类型及特点⑴平流沉砂池构造：由入流渠、出流渠、闸板、水流部分及沉砂斗组成。污水在沉淀区水平流动，通过控制流速等参数理论上让无机颗粒进行自由沉淀。设计参数：设计流量、水平流速、水力停留时间、沉砂池有效水深、分格数、每一格沉砂池的宽度、沉砂量以及沉砂池超高等，第3章进行讲解。⑵曝气沉砂池原理：利用侧向鼓入的空气的作用使池内水做旋流运动，增加了无机颗粒之间的互相碰撞、磨擦的机会和强度，导致颗粒表面附着的有机物脱落，比重大的被甩向池的外侧下沉，而比重较轻的有机物则被水流带走，克服了平流沉砂池中约夹杂有15%有机物的缺点。设计参数：最大旋流速度（0.25～0.3m/s）、水平前进流速（0.06～0.12m/s）、停留时间（1～2min）、有效水深（2～3m）、宽深比（1.0～1.5）、长宽比（5）和曝气量（0.1～0.2m3/m3污水）等，具体在第3章讲解。⑶钟式沉砂池是旋流沉砂池的一种，目前应用较广泛，利用机械力控制沉砂池内水流流态与流速，加速砂粒的沉淀，污水由流入口切线方向流入沉砂区，利用电动机及传动装置带动叶片将比重大的砂粒在离心力的作用下甩向池壁，掉入砂斗，有机物则留在污水中。最佳沉砂效果可由调整转速来控制。关于沉砂池的内容07年的考试内容也有涉及，是关于曝气沉砂池的三道连锁题，第一道是有关曝气沉砂池的参数论述，这个内容好查，在设计规范中有，第二道是计算供氧量，第三题记不清了，这几道题的计算过程应参照本书285页的内容，咱们第三章再详细学习。另外，本节也可能出这样的题，如题目为：沉砂池的主要功能是（），选项A去除密度较大的有机颗粒，B去除密度较小的有机颗粒，C去除密度较小的无机颗粒，D去除密度较大的无机颗粒，从本书50页的内容可知应选D：去除密度较大的无机颗粒。1.4隔油大纲要求：掌握隔油的技术和方法含油废水主要来源于石油、石油化工、钢铁、焦化、煤气发生站、机械加工等。1.4.1油品在废水中的状态（主要包括四种状态）⑴悬浮状态：油珠粒径一般大于100μm⑵乳化状态：油珠粒径小于10μm，一般为0.1～2μm⑶溶解状态：油珠粒径比乳化状态的小，有的可小到几纳米，溶于水⑷重油：可用沉淀法去除比重大于1的重油对于含油废水的处理，一般采用重力分离法去除悬浮状态的油和重油，其构筑物为隔油装置，对于乳化状态的油一般采用破乳—混凝—气浮工艺进行处理。1.4.2隔油原理粒径较大的浮油的上浮规律遵从斯托克斯公式，应掌握公式中参数的确定。1.4.3隔油池构造和工作原理⑴平流式隔油池废水从池的一端流入，从另一端流出，其中比重小于1且粒径较大的油珠上浮到水面上，而比重大于1的杂质则沉于池底，上浮的油可油刮板刮到出水端，由集油管排出，沉渣则可通过排泥管排出。优点是构造简单，便于运行管理，除油效果稳定，缺点是池体大，占地面积多。⑵斜板隔油池采用波纹形斜板，废水沿板面向下流动，从出水堰排出，水中的油珠沿板的下表面向上流动，然后经集油管收集排出，水中的悬浮物沉降到板上表面，落到池底可经排泥管排出。目前我国一些含油废水处理站，多采用这种形式的隔油池。1.4.4隔油池的设计参数⑴平流式隔油池（去除油珠粒径不小于150μm）污水停留时间（1.5～2h），污水的水平流速（2～5m/s），单格池宽不大于6m，长宽比不小于4，有效水深不应大于2m，超高不小于0.4m，刮泥机的刮板移动速度不大于2m/min，排泥管的直径不小于200mm，集油管直径宜为200～300mm，池底坡度为0.01～0.02，污泥斗倾角为45°，考虑加热及灭火设施。⑵斜板隔油池（去除油珠粒径不小于80μm）表面水力负荷（0.6～0.8m3/㎡h），斜板的净距为40mm左右且倾角不应小于45°。1.5气浮1.5.1气浮原理⑴向水中通入空气，产生微细的气泡，使水中的细小悬浮物黏附在空气泡上，随气泡一起上浮到水面，形成浮渣，达到去除水中悬浮物，改善水质的目的。⑵气浮的影响因素及提高气浮效果的措施气泡直径越小，数量越多，气浮的效果越好；水中的无机盐类会加速气泡的破裂和合并，降低气浮效果；投加混凝剂会促进悬浮物凝聚，使其黏附在气泡而上浮；可加入浮选剂使亲水性颗粒表面转化为疏水性物质而黏附在气泡上，随气泡上浮1.5.2气浮法的分类和适用范围⑴分类：①电解气浮法：运行时借助电极解作用，在两个电极区不断产生氢、氧和氯气等微气泡，废水中的悬浮颗粒黏附于气泡上上浮到水面而被去除。工艺简单，设备小，但电耗大。②散气气浮法：是空气通过微细孔扩散装置或微孔管或叶轮后，以微小气泡的形式分布在污水中进行气浮处理的过程。优点：简单易行。缺点：气泡较大，气浮效果不好。③溶气气浮法：包括加压溶气气浮和溶气真空气浮，加压溶气气浮是空气在加压条件下溶于水中，而在常压下析出。（国内外较常用）溶气真空气浮是空气在常压或加压条件下溶于水中，在负压条件下析出。⑵（气浮法）适用范围：①分离悬浮油和乳化油②可代替活性污泥法的二沉池对曝气池出流混合液进行固液分离③可分离工业废水中的有用物质（如纸浆）④可分离以分子或离子状态存在的物质（如金属离子、表面活性物质等）1.5.3加压溶气气浮法⑴系统组成：包括溶气系统、空气释放装置、气浮池⑵工艺流程分类：①全溶气流程②部分溶气流程③回流加压溶气流程⑶溶气方式：水泵吸水管吸气溶气方式、水泵压水管射流溶气方式和水泵-空气压缩机组合溶气方式⑷加压溶气气浮的优点：①加压情况下，水中空气溶解度大，能提供足够的溶气量，以满足不同的气浮要求；②突然减压释放产生的气泡直径小（20～100），粒径均匀，微气泡上浮稳定，对液体的扰动小，特别适用于松散絮体和细小颗粒的固液分离；③流程简单，维护管理方便。⑸气浮池形式：①平流式气浮池：被处理的废水由池一端的下部进入接触区，微气泡与废水进行均匀混合，使其中的悬浮颗粒黏附于气泡上，废水经隔板进入气浮分离区进行分离后，水中污染物随气泡一起上浮到水面上，经刮渣设备刮除。优点：池身浅，造价低，构造简单，管理方便缺点：分离区容积利用率不高。②竖流式气浮池：优点：接触区在池中央，水流向四周分散，水力条件比平流式好，缺点：构造较复杂。⑹设计参数：有效水深、表面负荷、接触区上端和下端的水流上升速度、分离区向下的流速、气固比、气浮过程中空气的实际用量、回流比、减压释放出的微气泡直径等。1.5.4气浮法的优缺点（与沉淀法相比）⑴优点：气浮过程中增加了水中的溶解氧，浮渣含氧，不易腐化，有利于后续处理；气浮池表面负荷高，水力停留时间短，池深浅，体积小；浮渣含水率低，排渣方便；投加絮凝剂处理废水时，所需的药量较少。⑵缺点：耗电多，比每立方米废水比沉淀法多耗电0.02～0.04KWh，运营费用偏高；废水悬浮物浓度高时，减压释放器容易堵塞，管理复杂。1.5.5气浮法在废水处理中的应用在石油化工、纺织、印染、机械化工、拆船和食品等行业的废水处理中得到应用，另外在淋浴废水和城市污水处理中的应用亦增多。⑴用于含油废水处理⑵羽毛清洗废水处理某体育用品厂为处理羽毛清洗废水所选用的气浮池的参数为：溶气压力0.4MPa，回流比30%，HRT60min.经气浮处理后，废水中的COD．BOD和SS等大大减少，满足排放要求。关于气浮内容较多，有可能出题，例如某一题目为：实现气浮法不需具备的条件是（）：A向废水提供充足的微细气泡，B使废水中的污染物质能形成悬浮状态，C使气泡与悬浮物质产生黏附作用，D使用可提高悬浮颗粒表面水密性的助凝剂，从本节内容可知D是不需具备的条件，为正确答案。1.6过滤大纲要求：掌握过滤的过程和方法1.6.1过滤原理主要包括迁移、附着和脱附三个过程。1.6.2过滤周期及反冲洗⑴过滤周期工程应用中，设计和运行是以水头损失来控制过滤周期，当滤料的水头损失达到最大允许值时，就停止过滤，冲洗滤池。⑵反冲洗的方法①单独用水反冲洗：用高速水流冲洗优点：只需一套反冲洗系统。缺点：冲洗耗水量大，当冲洗强度控制不当时，可能产生砾石承托层松动，冲洗后滤料因水力分级呈上细下粗的分层结构状态。②气水联合反冲洗：采用空气和水流同时冲洗。优点：冲洗效果好，耗用水量少小，冲洗过程中不需滤层流化。缺点：需增加空气系统，与单独用水冲洗相比所需设备较多。③带表面辅助冲洗的水反冲洗在滤层表面设置高速水冲洗系统，利用高速水流对表层滤料加以搅动，增加滤料颗粒的碰撞机会，利用高速水流的剪切作用来提高反冲洗效果。1.6.3滤池的基本构造主要由滤料层、配水系统和承托层组成。⑴滤料层①颗粒滤料过滤废水处理中可用石英砂、无烟煤、陶粒、纤维球、聚氯乙烯球等作为滤料。例如以石英砂作滤料时，砂粒径为0.5～2.0mm，该值大于给水滤池的石英砂粒径（0.5mm）；反冲洗强度可取18～20L/㎡/s，亦大于给水过滤时的12～15L/㎡/s.废水悬浮物浓度高时，为了提高滤池的纳污量，延长过滤周期，可采用粗滤料、双层或三层滤料和上向流滤池。处理废水的上向流滤池为下部进水，上部出水，各层滤料截污力能完全发挥，水头损失上升缓慢。例如，处理废水的某上向流滤池的滤料级配由上而下分别为：上部细砂层，砂粒径为1～2mm，层厚1500mm；中部砂层，砂粒径为2～3mm，层厚300mm；下部粗砂层，砂粒径10～16mm，层厚100mm.②多孔滤料过滤去除毛纺、化纤和造纸等行业废水中的悬浮细纤维而采用的筛网过滤即为多孔滤料过滤。⑵配水系统和承托层配水系统一般分为大阻力配水系统和小阻力配水系统两类。承托层一般是配合管式大阻力配水系统使用，若采用中小阻力配水系统，且配水孔眼数量多、尺寸小，配水本身已很均匀，滤料本身不会从孔眼漏掉的话，承托层可以适当减小或省去。1.6.4滤池的分类滤池按滤料组成分为：单层滤料、双层滤料、多层滤料及混合滤料滤池。按水流方向分为：下向流、上向流、双向流和辐向流滤池。按滤速大小分为：慢滤池、快滤池和高速滤池。按滤池的布置或构造分为：普通快滤池、双阀滤池、无阀滤池、虹吸滤池、移动冲洗罩滤池和V型滤池。按过滤驱动力分为：重力滤池、压力滤池。1.6.5城市污水三级处理中过滤单元的设计要点（给排水设计手册第5册规定）⑴滤池的反冲洗三级处理中对滤池反冲洗的要求高，建议采用气、水反冲洗与表面冲洗相结合的联合反冲洗方式。⑵滤池池型避免选用虹吸滤池等反冲洗能力较差的池型，而应优考虑选用移动冲洗罩滤池、V型滤池和T型滤池等表面冲洗能力较强的池型。由于双阀滤池和四阀滤池具有技术成熟、运行稳定、操作可靠等优点，常被采用。⑶滤池的设计参数与给水处理中滤池的设计参数相比，在城市污水三级处理中滤层的厚度和滤料粒径都较大，但滤速则略小。在城市污水三级处理中过滤单元的主要设计参数主要为：①滤层主要有效粒径、滤层厚度、不均匀系数，当滤料不同时，参数也有变化②滤速：6～10m3/㎡h③反冲洗：采用气水联合反冲、水冲洗和表面冲洗时分别有不同的参数。④工作周期：≤12h1.6.6压力滤池和微孔筛滤机⑴压力滤池是一个密闭的钢罐，里面装有和快滤池相似的配水系统和滤料等，在压力下操作运行。在小规模的中水处理流程中过滤单元多采用压力滤罐，其特点是占地少，建设周期短，有定型产品，且运行管理方便。⑵微孔筛滤机是利用微孔筛滤网进行固液分离，过滤机理主要是机械筛滤作用。特点是占地面积小，处理量大，操作管理方便，在啤酒生产废水的预处理中获得广泛应用。设计参数：滤网孔径为35～60μm，水力负荷：0.1～0.4m3/㎡min，水头损失小于0.3～0.5m，反冲洗水量占总滤水量的1%～3%.过滤的内容非常重要，在给水处理以及城市污水三级处理中都要用到滤池的设计，所以要认真复习。出题时可能出叙述性的，也有可能结合后续章节出一些设计性的题目等。应将本节内容结合后续章节进行复习。例如某一不定项选择题，题目为：多孔材料过滤具有的优点是（），选项为：A简单、高效，B不加化学药剂、运行费低，C占地面积小，D维修方便，从过滤的基础知识可知，ABCD四个选项都是正确的。另一道不定项选择题，题目内容是：颗粒材料过滤滤料可采用（），四个选项为A石英砂、无烟煤、陶粒，B大理石、白云石，C石榴石、磁铁矿石，D纤维球、聚氯乙烯或聚丙烯球，学习过本节内容可知，废水处理中最常用的是滤料是石英砂，此外常用于双层和多层滤料中的还有无烟煤、磁铁矿、石榴石、金刚砂等，轻质滤料可以采用，聚氯乙烯球等，所以本题的正确答案是ABCD，即，题目中所列出的均可以作为颗粒材料过滤滤料。1.7吸附大纲要求：熟悉吸附的技术和方法，了解主要吸附剂的性能和影响因素吸附：溶液中的物质由一相向某种适宜的另一相界面上积累的过程。在废水处理中，用吸附作用来去除废水中的污染物质时，一般都是通过固液界面的吸附来实现的，具吸附能力的多孔性固体物质称为吸附剂。1.7.1吸附原理吸附是一种在两相界面上发生的表面现象，与物质表面张力和表面能的变化有关，符合热力学第二定律，可用吉布斯方程式表示：式中，若某溶质能降低溶液的表面张力，即为负值，为正值，产生正吸附，若某溶质能增加溶液的表面张力，则为正值，为负值，产生负吸附，称为解吸。1.7.2吸附的类型⑴物理吸附：特点是吸附热较小，低温就能进行，吸附是可逆的，吸附基本没有选择性。⑵化学吸附：特点是吸附热较大一般在较高温度下进行；当化学键力大时，吸附是不可逆的；吸附有选择性，一种吸附剂只对某种或几种吸附质发生化学吸附。⑶离子交换吸附：水处理中，吸附往往是由上述3种吸附综合作用的结果，但由于吸附质和吸附剂的不同以及其他因素的影响，可能某种吸附是主要的。1.7.3吸附等温线在温度一定的条件下，吸附容量随吸附质平衡浓度的增大而提高，吸附容量随平衡浓度而变化的曲线称为吸附等温线。常见的吸附等温线有Ⅰ型和Ⅱ型两种类型。Ⅰ型吸附等温线与朗格谬尔和弗兰德利希吸附等温式相对应，Ⅱ型吸附等温线与BET等温式相对应。应理解这几个公式，并掌握公式中各参数的计算过程。1.8.1离子交换的基本原理水处理中主要采用离子交换树脂和磺化煤用于离子交换。其中离子交换树脂应用广泛，种类多，而磺化煤为兼有强酸型和弱酸型交换基团的阳离子交换剂。离子交换树脂按结构特征，分为：凝胶型、大孔型和等孔型；按树脂母体种类，分为：苯乙烯系、酚醛系和丙烯酸系等；按其交换基团性质，分为：强酸型、弱酸型、强碱型和弱碱型。⑴离子交换树脂的构造是由空间网状结构骨架（即母体）与附属在骨架上的许多活性基团所构成的不溶性高分子化合物。活性基团遇水电离，分成两部分：固定部分，仍与骨架牢固结合，不能自由移动，构成所谓固定离子，活动部分，能在一定范围内自由移动，并与其周围溶液中的其他同性离子进行交换反应，称为可交换离子。⑵基本性能①外观呈透明或半透明球形，颜色有乳白色、淡黄色、黄色、褐色、棕褐色等，②交联度指交联剂占树脂原料总重量的百分数。对树脂的许多性能例如交换容量、含水率、溶胀性、机械强度等有决定性影响，一般水处理中树脂的交联度为7%～10%.③含水率指每克湿树脂所含水分的百分率，一般为50%，交联度越大，孔隙越小，含水率越少。④溶胀性指干树脂用水浸泡而体积变大的现象。一般来说，交联度越小，活性基团越容易电离，可交换离子的水合离子半径越大，则溶胀度越大；树脂周围溶液电解质浓度越高，树脂溶胀率就越小。在生产中应尽量保证离子交换器有长的工作周期，减少再生次数，以延长树脂的使用寿命。⑤密度分为干真密度、湿真密度和湿视密度⑥交换容量是树脂最重要的性能，是设计离子交换过程装置时所必须的数据，定量地表示树脂交换能力的大小。分为全交换容量和工作交换容量。⑦有效PH范围由于树脂的交换基团分为强酸强碱和弱酸弱碱，所以水的PH值对其电离会产生影响，影响其工作交换容量。弱碱只能在酸性溶液中以及弱酸在碱性溶液中有较高的交换能力。⑧选择性即离子交换树脂对水中某种离子能优先交换的性能。除与树脂类型有关外，还与水中湿度和离子浓度有关。⑨离子交换平衡离子交换反应是可逆反应，服从质量作用定律和当量定律。经过一定时间，离子交换体系中固态的树脂相和溶液相之间的离子交换反应达到平衡，其平衡常数也称为离子交换选择系数。降低反应生成物的浓度有利于交换反应的进行。⑩离子交换速率主要受离子交换过程中离子扩散过程的影响。其他性能：如溶解性、机械强度和耐冷热性等。离子交换树脂理论上不溶于水，机械强度用年损耗百分数表示，一般要求小于3%～7%/年。另外，温度对树脂机械强度和交换能力有影响。温度低则树脂的机械强度下降，阳离子比阴离子耐热性能好，盐型比酸碱型耐热好。⑶树脂层离子交换过程以离子交换柱中装填钠型树脂，从上而下通以含有一定浓度钙离子的硬水为例，以交换柱的深度为横坐标，以树脂的饱和度为纵坐标，可绘得某一时刻的饱和度曲线。就整个交换过程而言，树脂层的变化可分为三个阶段。1.8.2离子交换装置运行方式离子交换装置按运行方式不同，分为固定床和连续床⑴固定床的构造与压力滤罐相似，是离子交换装置中最基本的也是最常用的一种型式，其特点是交换与再生两个过程均在交换器中进行，根据交换器内装填树脂种类及交换时树脂在交换器中的位置的不同，可分为单层床、双层床和混合床。单层床是在离子交换器中只装填一种树脂，如果装填的是阳树脂，称为阳床；如果装填的是阴树脂，称为阴床。双层床是离子交换器内按比例装填强、弱两种同性树脂，由于强、弱两种树脂密度的不同，密度小的弱型树脂在上，密度大的强型树脂在下，在交换器内形成上下两层。混合床则是在交换器内均匀混杂的装填阴、阳两种树脂，由于阴、阳树脂混杂，因此原水流经树脂层时，阴、阳两种离子同时被树脂所吸附，其产物氢离子和氢氧根离子又因反应生成水而得以降低，有利于交换反应进行的彻底，使得出水水质大大提高。但其缺点是再生的阴、阳树脂很难彻底分层。于是又发明了三层混床新技术，保证在反洗时将阴、阳树脂分隔开来。根据固定床原水与再生液的流动方向，又分为两种形式，原水与再生液分别从上而下以同一方向流经离子交换器的，称为顺流再生固定床，原水与再生液流向相反的，称为逆流再生固定床。顺流再生固定床的构造简单，运行方便，但存在几个缺点：在通常生产条件下，即使再生剂单位耗量二至三倍于理论值，再生效果也不太理想；树脂层上部再生程度高，而下部再生程度差；工作期间，原水中被去除的离子首先被上层树脂所吸附，置换出来的反离子随水流流经底层时，与未再生好的树脂起逆交换反应，上一周期再生时未被洗脱出来的被去除的离子，作为泄漏离子出现在本周期的出水中，所以出水剩余被去除的离子较大；而到了了工作后期，由于树脂层下半部原先再生不好，交换能力低，难以吸附原水中所有被去除的离子，出水提前超出规定，导致交换器过早地失效，降低了工作效率。因此，顺流再生固定床只选用于设备出水较小，原水被去除的离子和含盐量较低的场合。逆流再固定床的再生有两种操作方式：一是水流向下流的方式，一是水流向上流的方式，逆流再生可以弥补顺流再生的缺点，而且出水质量显著提高，原水水质适用范围扩大，对于硬度较高的水，仍能保证出水水质，所以目前采用该法较多。总起来说，固定床有出水水质好等优点，但固定床离子交换器存在三个缺点：一是树脂交换容量利用率低，二是在同设备中进行产水和再生工序，生产不连续，三是树脂中的树脂交换能力使用不均匀，上层的饱和程度高，下层的低。为克服固定床的缺点，开发出了连续式离子交换设备，即连续床。⑵连续床又分为移动床和流动床移动床的特点是树脂颗粒不是固定在交换器内，而是处于一种连续的循环运动过程中，树脂用量可减少三分之一至二分之一，设备单位容积的处理水量还可得到提高，如双塔移动床系统和三塔移动床系统。流动床是运行完全连续的离子交换系统，但其操作管理复杂，废水处理中较少应用。1.8.3离子交换工艺的设计⑴进水预处理废水成分复杂，应进行预处理，目的是保障反应器中离子交换树脂交换容量充分得以发挥，并有效延长使用寿命。预处理的对象包括进水的水温、PH值、悬浮物、油类、有机物、引起树脂中毒的高价离子和氧化剂等。⑵树脂的选用选择树脂时应考虑交换容量、进水水质和离子交换器的运行方式等，选择合适的树脂。例如考虑进水水质时，对于只需去除进水中吸附交换能力较强的阳离子，可选用弱酸型树脂，若需去除的阳离子的吸附交换能力较弱，只能选用强酸型阳离子树脂。考虑离子交换器的运行方式时，移动床和流动床要选用耐磨、高机械强度的树脂。对于混床，要选用湿真密度相差较大的阴、阳树脂。另外，不同树脂的交换容量有差异，而同一种树脂的交换容量还受所处理废水的悬浮物、油类、高价金属离子等影响。⑶掌握工艺设计参数1.8.4离子交换法在水处理中的应用离子交换法目前废水处理中得到了广泛应用，例如⑴用于含铬废水的处理对于废水，经预处理后，可用阳树脂去除三价铬和其他阳离子，用阳树脂去除六价铬，并可回收铬酸，实现废水在生产中的循环使用。⑵含锌废水的处理化纤厂纺丝车间的酸性废水主要含有硫酸锌、硫酸和硫酸钠等，用钠离子型阳树脂交换其中的锌离子，用芒硝再生失效的树脂，即可得到硫酸锌的浓缩液。⑶电镀含氰废水的处理阴树脂对络合氰（即氰与金属离子的络合物）的结合力大，所以利用阴离子交换树脂能消除氰化物以及重金属离子的污染，并将其回收利用。⑷有机废水的处理如洗涤烟草的过程中产生的含有烟碱的废水，可以用阳树脂回收后作为杀虫剂。⑸用于水的软化处理例如利用钠离子交换软化法可以去除水中的硬度。⑹水的除盐分复床除盐和混合床除盐等系统。复床是指阳、离子交换器串联使用，常用的系统有强酸-脱气-强碱系统，强酸-弱碱-脱气系统以及强酸-脱气-弱碱-强碱系统等。混合床除盐具有水质稳定、间断运行影响小、失效终点分明等特点。1.9膜分离大纲要求：熟悉膜分离的技术和方法，了解膜及膜组件的分类和性能1.9.1膜分离法的原理及分类⑴膜：能够把流体相分隔为互不相通的两部分，这两部分之间能存在“传质”的薄的物质。⑵膜的特征：一是无论厚度多少都必须有两个界面，两个界面分别与两侧流体相接触，二是要具有选择透过性，可允许一侧流体中一种或几种物质通过，而不允许其他物质通过。⑶膜分离：利用膜的选择透过性能将离子或分子或某些微粒从水中分离出来的过程。用膜分离溶液时，使溶质通过膜的方法称为渗析，使溶剂通过膜的方法称为渗透。⑷膜分离的特点：⑸根据溶质或溶剂透过膜的推动力和膜种类不同，水处理中膜分离法通常可以分为：电渗析、反渗透、超滤、微滤。1.9.2电渗析⑴原理：在外加直流电场作用下，利用离子交换膜的透过性（即阳膜只允许阳离子透过，阴膜只允许阴离子透过），使水中的阴、阳离子作定向迁移，从而达到水中的离子与水分离的一种物理化学过程。原理是：在阴极与阳极之间，放置着若干交替排列的阳膜与阴膜，让水通过两膜及两膜与两极之间所形成的隔室，在两端电极接通直通电源后，水中阴、阳离子分别向阳极、阴极方向迁移，由于阳膜、阴膜的选择透过性，就形成了交替排列的离子浓度减少的淡室和离子浓度增加的浓室。与此同时，在两电极上也发生着氧化还原反应，即电极反应，其结果是使阴极室因溶液呈碱性而结垢，阳极室因溶液呈酸性而腐蚀。因此，在电渗析过程中，电能的消耗主要用来克服电流通过溶液、膜时所受到的阻力及电极反应。例如，用电渗析方法处理含镍废水，在直流电场作用下，废水中的硫酸根离子向正极迁移，由于离子交换膜具有选择透过性，淡水室的硫酸根离子透过阴膜进入浓水室，但浓水室内的硫酸根离子不能透过阳膜而留在浓水室内；镍离子向负极迁移，并通过阳膜进入浓水室，浓水室内的镍离子不能透过阴膜而留在浓水室中。这样浓水室因硫酸根离子、镍离子不断进入而使这两种离子的浓度不断增高；淡水室由于这两种离子不断向外迁移，浓度降低。离子迁移的结果是把电渗析器的两个电极之间隔室变成了溶液浓度不同的浓室和淡室。浓水系统是一个溶液浓缩系统，而淡水系统是一个净化系统。用电渗析法回收镍时，以硫酸钠溶液作为电极液，硫酸钠可减轻铅电极的腐蚀，浓水回用于镀槽，淡水用于清洗镀件。⑵离子交换膜和电渗析装置①离子交换膜（是电渗析的关键部件，其性能影响电渗析器的离子迁移效率、能耗、抗污染能力和使用期限等。）②电渗析离子交换膜的分类：按膜结构分为：异相膜、均相膜和半均相膜。按膜上活性基团不同分为：阳膜、阴膜和特种膜。按膜材料不同分为：有机膜和无机膜。③电渗析装置电渗析器的构造包括压板、电极托板、电极、极框、阴膜、浓水隔板、淡水隔板等部件。将这些部件按一定顺序组装并压紧，组成一定形式的电渗析器。电渗析器的辅助设备还包括水泵、整流器等，组成了电渗析装置。⑶电渗析器运行的工艺参数①电流效率电渗析析器运行时实际除盐量与理论除盐量之比称为电渗析器的电流效率。②电流密度与极化现象电渗析器工作时，单位膜面积上通过的电流称为电流密度。运行时，当电流密度达到一定值时，界面层离子的迁移速度远低于膜内离子迁移速度，迫使膜界面处水分子发生电离，依靠氢离子和氢氧根离子来传递电流，这种膜界面现象称为浓差极化，此时的电流密度称为极限电流密度。极化包括浓差极化和电极极化。极化发生后在阳膜淡室的一侧富集着过量的氢氧根离子，阳膜浓室的一侧富集着过量的氢离子；而在阴膜淡室的一侧富集着过量的氢离子，阴膜浓室的一侧富集着过量的氢氧根离子。由于浓室中离子浓度高，则在浓室阴膜的一侧发生碳酸钙等沉淀，从而增加膜电阻，加大电能消耗，减小膜的有效面积，降低出水水质，影响正常运行。⑷处理废水的电渗析器的特点目前电渗析在海水或苦咸水淡化和某些工业用水的精制等应用中都已有大型装置投入生产性运行，而在废水处理中的应用还相对较少，应注意以下三点：①在给水处理中应用的电渗析器，只回收淡水和只关注淡水水质，水的回收率一般为50%～70%；而应用电渗析处理废水时，有时淡水和浓水均可回收利用，水的回收率高，有时浓水的利用价值高于淡水。②在给水处理中应用的电渗析器只含有阳膜和阴膜，并以膜对的形式存在，而在废水处理中，电渗透析器用膜的种类较多，有阳膜、阳膜、中性膜和复合膜等，根据处理对象组成和处理目的的不同而有不同的膜组合形式。③在给水处理中，关注电渗析电极反应多半是为了防止电极反应的负面影响，而在废水处理中，有时是利用电极反应来达到处理废水和回收有用物质的目的。⑸电渗析在废水处理中的应用电镀废水中含有铜、锌、镍等重金属和氰化物，未经处理而直接排放，会污染环境，目前已经许多电镀车间应用电渗析处理电镀废水取得了较好的效果，既回收了重金属，又使水的重复利用率有较大的提高。⑹电渗析器工艺设计目前，电渗析器有系列产品规格，可根据淡水产量与处理要求确定合理的设计参数，选用所需电渗析器的台数以及并联或串联的组装方式。1.9.3反渗透⑴原理用膜法分离溶液时，使溶剂通过膜的方法称为渗透。水通过膜由稀溶液进入浓溶液的过程称为自然渗透。在浓溶液一侧施加压力，使浓溶液中的水通过膜进入称溶液的过程称为反渗透。目前的反渗透膜的传质机理有：溶解扩散理论、优先吸附——毛细孔流理论和氢键理论。⑵反渗透膜及反渗透装置①反渗透膜ⅰ结构：是一种只允许水分子通过的半透膜，厚度一般为100～200钠米，具有不对称的断面结构，主要包括三层：表面致密层，孔径约8～10埃，厚度约为1～10微米，脱盐主要在这一层，另一面为多孔支撑层，结构疏松，孔径约1000～4000埃，两者之间为中间过渡层，孔径约200埃。ⅱ性能：反渗透分离的关键是要求反渗透膜具有较高的透水速度和脱盐性能，则反渗透膜所应具有的性能为：单位膜面积的透水速度快，脱盐率高；机械强度好；化学稳定性好，耐酸碱、耐高温和微生物的侵蚀，耐污染；使用寿命长，性能衰降小，原料充沛，价格低，制膜工艺较简单。ⅲ分类：按材料分为：纤维素膜和非纤维素膜。按结构分为：不对称膜和复合膜。按外形分为：膜片和中空纤维。水处理中常用以下膜：②反渗透装置：有板框式、管式、卷式、中空纤维式、盘式或碟式等。ⅰ板框式反渗透器优点：装置牢固，能承受高压。缺点：液流状态差，易形成浓差极化，设备费用及占地面积大。ⅱ管式反渗透器优点：进水流动状态好，易安装，易清洗，易拆换。缺点：单位面积内的体积很小，占地面积较大。ⅲ卷式反渗透器优点：单位体积内的膜装载面积大，进水流动状态好，结构紧凑。缺点：进水预处理要求严格，否则易堵塞。ⅳ中空纤维式反渗透器：优点：在单位体积内的膜装载面积大，无须承压材料，结构紧凑。缺点：容易堵塞，清洗困难，对进水的预处理要求最严，污染指数要求≤3.⑶反渗透处理的工艺参数①原液状态参数：包括总含盐量、各组分含量、pH值、温度、悬浮物、黏度和微生物量等。②膜性能参数：包括膜的脱盐性能、机械强度、pH值稳定范围和耐热性等。③化学工程参数：包括产水量、产水水质、操作压力、原液流速、膜清洗、膜更换和能耗等。⑷反渗透在废水处理中的应用目前反渗透已应用在处理电镀废水（镀镍、镀铬废水）、食品加工废水、制糖废水、水产品加工废水以及某些污水的深度处理等。反渗透法对高价重金属离子有良好的脱除效果，可以回收废液中几乎全部的重金属，而且还可将水回收利用。⑸反渗透法处理工艺的特点优点：分离过程不需加热、无相变、耗能较少，设备体积少，操作简单，适用性强等。缺点：需在高压下运行，需配备高压泵和耐高压的管路；反渗透膜分离装置对进水指标有较高的要求，易产生膜污染，需定期对膜进行清洗。1.9.4超滤⑴原理超滤又称超过滤，用于截留水中胶体大小的颗粒，而水和低分子量溶质则允许透过膜。超滤的机理是：由膜表面机械筛分、膜孔阻滞和膜表面及膜孔吸附的综合效应，以筛滤为主。⑵超滤膜与超滤装置①超滤膜的种类：常用的超滤膜有：醋酸纤维素膜，聚砜膜，聚酰胺膜②超滤装置：主要有板框式、管式、卷式和中空纤维式等，与反渗透装置类似。ⅰ板框式超滤装置优点：装置牢固，适合在广泛的压力范围内工作；流道间隙大小可调，原水流道不易被杂物堵塞；具有可拆性，清洗方便；通过增减膜及支撑板的数量可处理不同水量。缺点：装置较笨重；单位体积内的有效膜面积较小；膜的强度要求较高，一般做在无纺布上，以增强膜的机械性能。ⅱ管式超滤装置优点：原液流道截留面积较大，不易堵塞；膜面的清洗比较容易，可化学清洗或擦洗。缺点：单位体积内膜的充填密度较低，占地面积大；膜管的弯头及连接件多，设备安装费时。ⅲ卷式超滤装置优点：单位体积内的有效膜面积较大，水在膜表面流动状态比较好，结构紧凑，占地面积较小。缺点：进水预处理要求严格，对所用的膜强度要求较高，使用过程中，一旦发现膜破损须更换新的膜元件。ⅳ中空纤维式超滤装置：优点：单位体积内有效膜面积最大，工作效率最高，占地面积小。中空纤维无须支撑物。缺点：膜的清洗较困难，只能用水力冲洗或化学清洗，不能用机械清洗，另外，中空纤维膜损坏后要更换整个组件。③超滤工艺参数主要参数有膜通量、膜清洗和膜寿命。在操作压力为0.11～0.6Mpa，温度小于60℃时，超滤膜的膜通量以1～500L/㎡h为宜。影响膜通量的因素有：进水流速、操作压力、温度、进水浓度和原水预处理等。膜必须定期清洗，以延长膜的寿命，正常使用的膜的寿命为12～18个月。④超滤在废水处理中的应用目前已应用在汽车制造行业喷漆废水、金属加工废水以及食品工业废水的处理及有用物质的回收。1.9.5微滤⑴原理是一种以压力为推动力，以膜的截留作用为机理的过滤技术，可以阻止水中的悬浮物、微粒和细菌等大于膜孔径的杂质。其作用属于筛分过程。⑵微滤膜和微滤装置①微滤膜微滤膜有多种类型，按膜表面的化学特性可分为疏水膜和亲水膜，按结构可分为对称膜和非对称膜，按材料可分为有机高分子膜和无机膜，根据膜孔的结构，可分为筛网型微孔滤膜和深度型微孔滤膜。②微孔滤膜过滤器主要有平板式和折叠式。平板式常用于中等液量的过滤，以去除微粒和细菌等杂质。折叠式适合大、中型水处理工程使用。③微滤的应用可用于以下的水处理电子行业：在电子工业纯水制备中主要的作用有两方面：一是在反渗透或电渗析前作为前置过滤器，用以去除细小的悬浮物，二是在阴、阳或混合交换柱后作为最后一级终端过滤装置，以滤除树脂碎片或细菌等杂质。医药卫生行业：可以经济方便地去除水中的细菌微生物和悬浮物，分离病毒、细菌、胶体及悬浮微粒，以得到无菌液体。水处理：处理城市污水和工业废水，可产出不同用途的再生水，若用于食品、酿酒业及软饮料工业中可有效地脱除水中的酵母、霉菌以及其他微生物。海水淡化：可用于海水的预处理，去除海水中的悬浮物、颗粒以及大分子有机物，为反渗透提供原料水。油田采出水处理：采用聚丙烯中空纤维微滤装置可以去除油田采出水中的杂质，以达到回灌水的要求。④微滤法的特性：具有以下特性：孔径较均匀，过滤精度高；孔隙率高，过滤速度快；膜很薄，吸附容量小；无介质脱落，保证滤液洁净；滤膜的品种多，应用面广；过滤过程中无浓缩水排放。膜分离的内容较多，其出题的内容和形式也有可能多种多样，例如：题目内容是：膜可以是（），四个选项A固态、液态或气态，B对称的或非对称的，C酸性的或碱性的，D中性的或带电的。从本节关于膜的有关内容可知，膜可是酸性的或碱性的，所以C正确。另一道关于超滤的题目是：超滤的推动力是（），四个选项是，A浓度差，B电位差，C压力差，D重力差，从前面所讲的超滤的内容有这么一句话：在操作压力为0.11～0.6Mpa，温度小于60℃时，超滤膜的膜通量以1～500L/㎡h为宜，由此可知，超滤是在一定操作压力下进行的，所以超滤的推动力为压力差，答案选C.1.10中和大纲要求：熟悉中和的技术和方法用化学法使废水的pH值达到适宜范围的过程称为中和。1.10.1中和的基本原理⑴酸性和碱性废水的来源及性质酸或碱性废水的来源广泛，化工厂、化纤厂、电镀厂、煤加工厂及金属酸洗车间等都排出酸性废水，而印染厂、造纸厂、炼油厂和金属加工厂等排出碱性废水。对于高浓度（大于3%）的酸、碱废水的处理，应首先考虑回收其中的酸或碱以及综合利用，只有当废水无回收及综合利用的价值时，才采用中和法处理。⑵中和方法的分类酸性废水的中和方法主要有：与碱性废水互相中和，药剂中和，过滤中和。碱性废水的中和方法主要有：与酸性废水互相中和以及药剂中和。⑶中和方法的选择选择中和方法时应考虑的因素：酸、碱废水所含污染物的性质、浓度、水量变化规律以及中和后水质要求，当地酸性或碱性废料来源，当地中和药剂和滤料的供应情况。1.10.2酸碱废水中和法⑴中和能力的计算应根据当量定律来进行计算。⑵中和设备主要有连续式和间歇式两大类1.10.3药剂中和法⑴酸性废水的药剂中和法指的是向酸性废水中投加碱性药剂，使废水pH值升高的方法。常采用的中和剂为石灰、石灰石、大理石、白云石、碳酸钠、苛性纳和氧化镁等。另外，石灰价廉，常被用来中和不同浓度的多种酸性废水⑵碱性废水的药剂中和法指的是向碱性废水投加酸性药剂，使废水的pH值降低的方法。常采用的中和剂有硫酸、盐酸、硝酸以及锅炉烟道气等，还应尽可能使用一些工业废酸。例如某制药厂乙炔车间排放电石渣碱性废水，利用溶剂车间排放的含硫酸废水进行中和处理，投资较少，即可解决碱性废水的污染问题。⑶中和剂的实际用量由于药剂中常含有不参与中和反应的惰性杂质，而且废水中常含有影响中和反应的杂质以及中和反应混合不均匀等，因此中和剂的实际耗量比理论耗量高，应通过试验确定。1.10.4过滤中和法指的是酸性废水流过碱性滤料时与滤料进行中和反应的方法，仅用于酸性废水的中和处理。碱性滤料主要有石灰石、大理石和白云石等。中和滤池有普通中和滤池、升流式中和滤池和过滤中和滤池三种。优点是操作简单，出水pH值较稳定，沉渣量少。缺点废水的酸浓度不能太高，这主要是因为中和过程中生成的钙盐沉淀在水中溶解度很小，易在滤料表面形成覆盖层，阻碍滤料和酸和接触反应，需定期倒床，劳动强度较高。1.11化学沉淀大纲要求：熟悉化学沉淀的技术和方法1.11.1化学沉淀的基本原理化学沉淀法指的是向工业废水中投加某种化学物质，使其和废水中溶解物质发生反应并生成难溶盐沉淀，从而去除废水中该溶解性物质的方法。可以用于处理含金属离子和某些阴离子的工业废水。一般采用氢氧化物、硫化物和碳酸盐等作为沉淀剂。1.11.2氢氧化物沉淀法大多数金属的氢氧化物在水中的溶度积很小，因此可以利用向水中投加某种化学药剂使水中金属阳离子生成氢氧化物沉淀而被去除。氢氧化物沉淀法最经济的化学药剂是石灰，一般适用于不准备回收重金属的低浓度废水处理。例如：某矿山废水含铜83.4mg/L，总铁1260mg/L，二价铁10mg/L，pH值为2.23，沉淀剂采用石灰乳，其处理过程为：废水与石灰乳在混合池内混合后进入一级沉淀池，控制，使铁先沉淀，然后加入石灰乳，控制pH值7.5～8.5范围，使铜沉淀。废水经二级化学沉淀后，出水可达到排放标准，沉淀过程中产生的铁渣和铜渣可回收利用。1.11.3硫化物沉淀法许多金属能形成硫化物沉淀，大多数金属硫化物的溶解度一般比其氢氧化物的要小很多，采用硫化物作沉淀剂可使废水中的金属得到更完全地去除。但是，由于硫化物沉淀法处理费用较高，且硫化物固液分离困难，常需投加凝聚剂，因此，此法的应用不太广泛，有时作为氢氧化物沉淀法的补充法。常用沉淀剂为硫化氢、硫化钠和硫化钾等。1.11.4碳酸盐沉淀法锌和铅等金属离子的碳酸盐的溶度积较小，可投加碳酸钠到高浓度的含锌或含铅废水中，形成锌或铅的碳酸盐沉淀，从而回收重金属。1.11.5其他沉淀处理法钡盐沉淀法主要用于含六价铬的废水处理，而铁氧体沉淀法则用于金属废水的处理与回收利用，其原理是向废水中投加适量的硫酸亚铁，加碱中和后，通入热空气使废水中各种金属离子形成具有磁性的复合金属的氧化物，即铁氧体，其特点是易沉淀分离。1.11.6化学沉淀法处理废水⑴碱性锌酸盐镀锌废水处理碱性锌酸盐镀锌工艺应用比较广泛。锌的氢氧化物兼有弱碱性和弱酸性，氢氧化锌不溶于水，但由于呈两性，在强酸或强碱中都能溶解。其处理工艺为：在反应池中用硫酸将废水的pH值调8.5～9.0，废水的锌很快转化为氢氧化锌白色沉淀，而分离出的氢氧化锌再遇到氢氧化钠溶液又溶解，可返回到镀槽再利用。⑵硫化物沉淀法处理重金属废水例如某化工厂需去除所排废液中的铅和镉污染，将含铅和镉废水调至微酸性，以符合质量要求的硫化锰固体为沉淀剂，通过反应生硫化铅和硫化镉沉淀，用过滤法去除沉淀物后，将滤液蒸发和结晶，可获得工厂制备氯化锰和硫酸锰的原料。1.12氧化还原大纲要求：了解氧化还原处理技术1.12.1氧化还原法原理氧化还原法：通过氧化还原反应将废水中的溶解性污染物质去除的方法。化学反应中，失去电子的过程叫氧化，失去电子的物质称还原剂，在反应中被氧化，得到电子的过程叫还原，而得到电子的物质叫氧化剂，在反应中被还原。每个物质都有各自的氧化态和还原态，其氧化还原电位的高低决定了该物质的氧化还原能力。废水的氧化还原处理法又可分为氧化法和还原法两类。1.12.2氧化法常用的氧化剂：空气中的氧、纯氧、臭氧、氯气、漂白粉、次氯酸钠、二氧化氯、三氯化铁、过氧化氢和电解槽的阳极等。1、氯氧化法⑴原理：氯氧化法采用氯系氧化剂，如次氯酸钠、漂白粉和液氯等，主要用于去除废水中的氰化物、硫化物、酚、醇、醛、油类以及对废水进行脱色、脱臭、杀菌等处理。⑵氯氧化法处理含氰废水电镀含氰废水中的氰主要以游离氰和络合离子氰两种形态存在。一般游离状态的毒性较大，而络合离子状态的毒性较小。氯氧化氰化物的过程分两个阶段进行：首先是在碱性条件下氰化物被氧化成毒性和氰化氢差不多的挥发性物质氯化氰，在pH值为10～11时，在10多分钟内可将氯化氰转化为毒性很小的氰酸根离子，这也称作局部氧化法。为防止处理水中含有剧毒物质氯化氰，其处理工艺条件应进行如下控制：①废水的pH值宜大于11.②废水中除含游离氰外还常常含有络合氰，考虑到废水中同时还含有其它还原性物质存在，实际氧化剂的用量要比用公式计算的理论用量有所增加，以次氯酸纳计为含氰量的5～8倍。③温度对反应的影响不大④对废水进行搅拌可以加速反应。第二阶段是进行完全氧化反应，即进一步投加氯氧化剂，破坏碳—氮键，使其转化为二氧化碳和氮气。完全氧化处理法工艺条件是：必须在局部氧化处理的基础上，一般pH值为7.5～8.5，氧化剂的用量为局部氧化法的1.1～1.2倍，药剂应分两次投加。⑶用于含酚废水的处理⑷处理设备主要要是反应池及沉淀池。2、臭氧氧化法⑴臭氧的特性臭氧是一种强氧化剂，其氧化能力仅次于氟，比氧、氯及高锰酸盐等常用的氧化剂都高。在理想的反应条件下，臭氧可以把水溶液中大多数单质和化合物氧化到它们的最高氧化态，对水中有机物有强烈的氧化降解作用，还有强烈的消毒杀菌作用。臭氧的性质主要有：①不稳定性；②溶解性；③毒性；④氧化性；⑤腐蚀性。⑵臭氧氧化的接触反应装置废水的臭氧处理是在接触反应器中进行，为了使臭氧与水中充分反应，应尽可能使臭氧化空气在水中形成微小气泡，并采用气液两相逆流操作，以强化传质过程。常用的臭氧化空气投加设备有多孔扩散器、乳化搅拌器、射流器等。⑶臭氧处理工艺设计设计内容主要有两方面：一是臭氧发生器型号和台数的确定，确定的依据是臭氧投加量，臭氧化空气中臭氧的浓度和臭氧发生器工作的压力，二是臭氧布气装置和接触反应池容积的确定，确定的依据是布气装置性能和接触反应时间，一般为5～10分钟。⑷臭氧在废水处理中的应用发展很快，近年来，随着一般公共用水污染日益严重，要求进行深度处理，国际上再次出现了以臭氧作为氧化剂的趋势。臭氧氧化法在水处理中主要是使污染物氧化分解，用于降低BOD．COD，脱色，除臭、除味、杀菌、杀藻、除铁、锰、氰、酚等。⑸臭氧氧化法的优缺点优点：氧化能力强，对脱色、除臭、杀菌、去除有机物和无机物等效果，无二次污染，制备臭氧只用空气和电能，操作管理方便；缺点：投资大，运行费用高。3、过氧化氢氧化法过氧化氢价格较高，单独使用时氧化反应过程过于缓慢，所以目前多利用投加催化剂的方法以促进氧化过程。常用的催化剂有硫酸亚铁、络合铁、铜、锰、天然酶或芬顿试剂等。过氧化氢与二价铁离子作用，能产生羟基自由基，其氧化能力仅次于氟，能使许多难于生物降解及一般化学氧化法难于氧化的有机物氧化分解。4、光氧化法目前由光分解和化学分解组合成的光催化氧化法已成为废水处理领域中的一项重要技术。常用光源为紫外光，常用氧化剂有臭氧和过氧化氢等。紫外光和臭氧法是光催化氧化法中比较成功的一种，能有效地去除水中卤代烃、苯、醇类、酚类、醛类、硝基苯、农药和腐殖酸等有机物以及细菌和病毒等，而且在处理过程中不会产生二次污染。5、湿式氧化法在高温（150～350℃）和高压（0.5～20MPa）的操作条件下，以氧气和空气作为氧化剂，将废水中的有机物转化为二氧化碳和水的过程称为湿式氧化法。⑴原理在高温和高压下，水及氧气的物理性质都发生了变化，在100℃以内，氧的溶解度随温度升高而降低，但当温度大于150℃时，氧的溶解随温度升高而增大，而且氧在水中的传质系数也增大。湿式氧化过程主要有两个过程：空气中的氧从气相到液相的传质过程以及溶解氧与基质之间的化学反应。⑵湿式氧化法的应用目前，湿式氧化法主要应用在两大方面：一是进行高浓度难降解有机废水生化处理的预处理，以提高可生化性，二是用于处理有毒有害的工业废水。⑶特点湿式氧化法由于系统设备复杂，投资大，操作管理难和运行费用高等原因而未能广泛应用。6、电解法⑴原理电解法就是利用电解原理处理废水的方法。在废水的电解处理过程中，因阴极与电源负极相连，放出电子，废水中的阳离子则在阴极上得到电子而被还原，阳极与电源正极相连，得到电子，废水中的阴离子则在阳极上失去电子而被氧化。因此，废水中的有害物质在电极上发生了氧化还原反应，生成了新的物质，新的物质则过沉积在电极表面或沉淀于水中或转化为气体而被去除。⑵法拉第电解定律电流通过电解质溶液时，在电极上发生化学反应的物质的量与通过的电量成正比，在电极上析出或溶解1mol的任何物质时，都需要96500库仑的电量，这就是法拉第电解定律。⑶电解法在废水处理中的应用利用废水中物质通过电解后能沉积在电极表面的特点，处理贵重金属废水，同时又能回收纯度较高的贵重金属，如含银、含汞废水的电解处理。利用废水中的物质通过电解后能沉积于水中的特点，处理重金属有毒废水，此时，一般以铁、铝为电极，极板溶解下来的铁、铝离子兼有混凝作用，有助于沉淀分离，如含铬废水的电解处理。利用废水中物质通过电解后生成气体的特点，处理非金属有毒废水，如含氰、含酚废水的处理。电解法处理含氰废水时，一般采石墨作为电极，当不加食盐电解质时，CN-首先在阳极被氧化为CNO-，然后CNO-再被氧化为无毒的二氧化碳和氮气，同时也有部分CNO-转化为氨离子。若投加食盐后，不但增加了废水的导电性，降低了电解电压，电解反应也发生了变化，首先水中的氯离子被氧化为具强氧化性的游离性氯，然后游离性氯再将CN-和CNO-氧化为无毒的二氧化碳和氮气，从而加速了电解反应。⑷电解槽的结构形式和极板电解槽多采用矩形，槽内水流为折流式，有回流式和翻腾式两种布置形式，其中水流在水平方向折流的称为回流式，水流在上下方向折流的为翻腾式。回流式水流程长，容积利用率高，但施工和检修困难。翻腾式的极板为悬挂式，可减少漏电现象发生。在工程应用中，应定期倒换电极，以减少电极钝化，保证电解反应正常进行，倒换时间与废水性质有关，应由试验确定。⑸微电解目前在废水处理中也采用微电解，与电解的区别是工艺过程中不需要外接电源。原理是，铁和碳在废水中形成无数个微电池，铁是阳极，碳是阴极，在酸性条件下发生电化学反应，从而去除部分COD.1.12.3还原法通过投加还原剂或利用电解槽阴极作用，使废水中有毒害作用的物质转化为无毒无害或毒害作用较小的新物质的方法称为还原法。还原法可用于处理一些特殊的废水，如含重金属离子铬、汞、铜等的废水，也用于一些特殊的纯化。常用的方法有铁屑过滤法、亚硫酸盐还原法和硫酸亚铁还原法等。例如可用硫代硫酸钠将游离氯还原成氯化物，用初生态氢或铁屑还原硝基化合物等。⑴还原法除铬应用硫酸亚铁还原法对镀铬车间含铬废水及铬酸雾处理后均可达到国家排放标准。硫酸亚铁还原法往往与其他方法联合使用，以达到更好的效果，例如用硫酸亚铁——粉煤灰法处理含铬电镀废水，六价铬去除率可以达到99%以上。⑵还原法除汞氯碱、炸药、制药和仪表等工业废水中常含有剧毒的二价汞离子，处理方法是将其还原为汞加以分离和回收。常用的还原剂是比汞活泼的金属（如铁屑、锌粒、铝粉和铜屑）、硼氢化钠、醛类和联胺等。废水中的有机汞通常先用氧化剂（比如氯）将其破坏，使之转化为无机汞以后，再用金属置换。金属还原法除汞时，将含汞废水通过金属屑滤床，或与金属粉混合反应，置换出金属汞，置换反应速度与接触面积、温度和pH等因素有关。关于氧化还原能出一些较为简单的题目，例如，某题目为：Fenton法在污水处理中通常归类于（），选项为：A污水的生化处理，B污水的化学处理，C污水的物化处理，D污水的物理处理，从本节内容的学习知道Fenton法是属于过氧化氢氧化方法的内容，由于过氧化氢单独使用时氧化反应过程过于缓慢，所以目前多利用投加催化剂的方法以促进氧化过程，常用的催化剂有硫酸亚铁、络合铁、铜、锰、天然酶或芬顿（Fenton）试剂等，而氧化法处理污水属于化学方法，所以说B污水的化学处理为正确答案。关于氧化还原的另一道不定项选择题，题目是：在废水处理中常用的还原剂有（）等，A硫酸亚铁，B氯化亚铁、铁屑，C锌粉、二氧化硫，D硼氢化钠，本节学过常用的还原剂有硫酸亚铁、亚硫酸盐、氯化亚铁、亚硫酸氢钠、铁屑、锌粒、二氧化硫、硼氢化钠等，所以说A．B．C．D四个选项都是正确的。1.13萃取、吹脱和汽提大纲要求：了解萃取、吹脱和汽提的技术要点1.13.1萃取法1、基本原理为了回收废水中的溶解物质，向废水中投加一种与水互不相溶，但能良好溶解污染物的溶剂，使其与废水充分混合接触。由于污染物在该溶剂中的溶解度大于在水中的溶解度，因而大部分污染物转移到溶剂相。然后分离废水和溶剂，即可使废水得到净化。若再将溶剂与其中的污染物分离，即可使溶剂再生，而分离的污染物可回收利用。这种分离工艺称为萃取。所用的溶剂称为萃取剂，萃取后的溶剂称为萃取液，废水称为萃余液。2、萃取剂的选择萃取剂的性质直接影响萃取效果，也影响萃取费用。在选取萃取剂时，一般应考虑以下几个方面的因素：⑴萃取能力大，即分配系数要大；⑵萃取剂物理性质：①密度；②界面张力适中；③粘度；⑶化学稳定性好，难燃难爆，毒性小，腐蚀性低，闪点高，凝固点低，蒸汽压小，便于室温下贮存和使用。⑷来源较广，价格便宜。⑸容易再生和回收溶剂3、萃取剂的再生萃取后的萃取相需经再生，将萃取物分离后，萃取剂继续使用。常用的再生方法有：蒸馏法和结晶法，蒸馏法属于物理法，而结晶则属于化学法。⑴蒸馏法：当萃取相中各组分沸点相差较大时，最宜采用蒸馏法分离。例如，用乙酸丁酯萃取废水中的单酚时，溶剂沸点为116℃，而单酚沸点为181～202.5℃，相差较大，可用蒸馏法分离。根据分离目的，可采用简单蒸馏或精馏，设备以浮阀塔效果较好。⑵结晶法：投加某种化学药剂使其与溶质形成不溶于溶剂的盐类。例如，用碱液反萃取萃取相中的酚，形成酚钠盐结晶析出，从而达到两者分离的目的。化学再生法使用的设备有离心萃取机和板式塔等。4、温度对萃取的影响一般来说，温度升高，溶质在废水及萃取剂中的溶解度都要增大，而且其在萃取剂中的溶解度比在溶质中的溶解度大，这对萃取有利，另外温度升高，液体粘度降低，也有利于萃取剂与水的分离。不过温度升高时，也会导致萃取剂在废水中的溶解度增大，萃取剂的损失增多，这对萃取是不利的，因此要根据废水的性质和所选萃取剂，通过试验确定萃取和再生时的温度。5、萃取工艺萃取工艺包括混合、分离和回收三个主要工序，生产实际中应用的的萃取工艺有单级萃取、多级错流萃取和连续逆流萃取。连续流萃取设备常用的有转盘塔和离心萃取机等。6、萃取法处理废水的应用⑴萃取法处理含酚废水焦化厂、煤气厂、石油化工厂排出的废水均含有较高的酚量（1000mg/L），为避免高酚废水污染环境，同时回收有用的酚质，常采用萃取法处理这类废水。废水先经除油、澄清和降温预处理后进入脉冲筛板塔，由塔底供入萃取剂（二甲苯），当萃取剂与废水流量之比为1时，可将酚浓度由1400mg/L降低到100～150mg/L，脱酚率为90%～96%，出水可作进一步处理。⑵萃取法处理含重金属废水多种重金属废水可以用萃取法处理。1.13.2吹脱法1、基本原理将空气通入废水中，使废水中溶解性气体和易挥发性溶质由液相转入气相，使废水得到处理的过程称为吹脱。被吹脱物质在液相和气相中的浓度差是其由液相转入气相的推动力。吹脱法的基本原理是气液相平衡和传质速度理论。2、吹脱法处理废水的工艺组成⑴预处理应对废水进行预处理，如调整废水的水温和pH值，去除悬浮物和油类等污染物。⑵回收解吸气体吹脱过程中的解吸气体的处置原则是：符合排放标准时，向大气排放；对中等浓度的有害气体，可以导入炉内燃烧；对高浓度的有害气体，应考虑回收利用，回收解吸气体的方法是吸收和吸附。①吸收：用氢氧化钠溶液吸收氰化氢或硫化氢，可生成氰化钠和硫化钠，然后再将饱和溶液蒸发结晶。②吸附：可以采用固体吸附剂吸附有害气体，吸附设备为固定床过滤装置。当吸附达到饱和状态时，用溶液浸泡吸附剂，溶解气体，并使吸附剂再生。例如：在用活性炭吸附硫化氢时，当达到吸附饱和后用亚氨基硫化物浸洗活性炭1h后进行解吸，反复浸洗数次后，再用蒸汽清洗活性炭，使其恢复吸附能力。溶剂经蒸发后，可回收其中的硫。⑶吹脱设备吹脱设备有吹脱池和吹脱塔。①吹脱池依靠池面液体与空气自然接触而脱除溶解气体的吹脱池称为自然吹脱池。它适用于溶解气体，极易挥发、水温较高、风速较大、有开阔地段和不产生二次污染的场合。此类吹脱池也兼作贮水池。②吹脱塔为提高吹脱效率，回收有用气体，防止二次污染，常采用填料塔、板式塔等高效气液分离设备。填料塔的主要特征是在塔内设置一定高度的填料层，废水从塔顶喷下，沿填料表面向下流动，空气由塔底鼓入，呈连续相由下而上同废水逆流接触。板式塔的主要特征是在塔内装置一定数量的塔板，废水水平流过塔板，经降液管流入下一层塔板。空气以鼓泡或喷射方式穿过板上水层，相互接触传质。塔内气相和水相组成沿塔高呈阶梯变化。从废水中吹脱出来的气体，可以经过吸收或吸附回收利用。例如，用氢氧化钠溶液吸收。3、吹脱法处理废水的应用吹脱法处理废水已工业化，处理实例较多，例如，石灰石中和硫酸废水出水中的二氧化碳，炼油厂从冷凝器排出的废水中的硫化氢，金属选矿厂废水中的氰化氢等，都可以用吹脱法去除，另外，焦化和化肥等企业的生产废水中含有高浓度的氨氮，吹脱除氮是该类废水处理工艺的组成之一。⑴吹脱除氮机理水中的氨氮，以氨离子和游离氨的状态存在，两者之间存在一个平衡关系，并且受pH值的影响。当pH值为7时，氨氮多以氨离子的形式存在，而当pH值为11左右时，游离氨大致在90%以上。因此，在高的pH值条件下，可获得较好的吹脱除氨效果。⑵吹脱塔塔内设塑料填料，促进空气与水的充分接触。用石灰调pH值到11，污水从顶部进入后向下喷，与填料碰撞形成细小液滴下落，塔顶风扇的抽吸作用形成气水对流，分子态的氨从水中逸出。该处理法的优点是效果好，简单易行；缺点是逸出的游离氨会造成二次污染，另外，用石灰调节pH值易在吹脱设备和管道内结垢，维修工作量大，设备更换频繁。水温下降则脱氨率会下降。改进措施是：用氢