水污染控制工程-03污水的化学处理

第三章污水的化学处理第一节中和法第二节化学沉淀法第三节混凝与絮凝第四节氧化还原法

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。

处理对象主要是污水中无机的或有机的(难于生物降解的)溶解物质或胶体物质。

常用的化学处理方法有化学混凝、中和法、化学沉淀法和氧化还原法。第一节中和法一、概述

酸性废水有的含无机酸(如硫酸、硝酸、盐酸、磷酸、氢氟酸、氢氰酸等)，有的含有机酸(如醋酸、甲酸、柠檬酸等)。碱性废水中含有碱性物质，如苛性钠、碳酸钠、硫化钠及胺类等。酸性废水的危害程度比碱性废水要大。

酸含量大于3％–5％的高浓度含酸废水，常称为废酸液；碱含量大于1％–3％的高浓度含碱废水，常称为废碱液。废酸液、废碱液往往要采用特殊的方法回收其中的酸和碱。酸含量小于3％–5％或碱含量小于l％–3％的低浓度酸性废水与碱性废水常采用中和法处理。酸碱废水按pH值的不同可分为以下几类：强酸性废水pH<4.5

弱酸性废水pH=4.5－6.5

中性废水pH=6.5－8.5

弱碱性废水pH=8.5－10.0

强碱性废水pH>l0

酸碱废水的来源：酸性废水主要来源于化工厂、化纤厂、电镀厂、煤加工厂及金属酸洗车间等。碱性废水主要来源于印染厂、造纸厂、炼油厂和金属加工厂等。中和处理(neutralization)适用于废水处理中的下列情况：（a）废水排入受纳水体前，其pH值指标超过排放标准。这时应采用中和处理，以减少对水生生物的影响；（b）工业废水排入城市下水道系统前，为避免对管道系统造成腐蚀；（c）废水在排入前进行中和，要比与其它废水混合后的大量废水进行中和经济的多。（d）化学处理或生物处理之前。对生物处理而言，需将处理系统的pH维持在6.5－8.5范围内，以确保最佳的生物活力。对化学处理而言，也需要在一定的pH范围内才能取得好的处理效果。二、

酸碱中和过程酸＋碱＝盐＋水或H＋＋OH-

＝H2O三、酸碱废水的中和处理（1）酸碱废水相互中和主要的药剂：

石灰、苛性钠、碳酸钠、石灰石。此外，作为综合利用，也可以用碱性废渣、废液作为中和剂，如电石渣液、废碱液等。最常用的是石灰(CaO)。中和方式：干法中和和湿法中和：（2）酸性废水的中和处理1）药剂中和法

干法中和特点：设备简单；但反应较慢，而且不易彻底，投药量大(需为理论量的1.4-1.5倍)；当石灰成块状时需要破碎；干法添加时工作条件不好，劳动强度大。一般用湿法中和，即把药剂配成一定浓度的溶液添加。石灰湿法添加时石灰乳制备流程示意图石灰消化槽，浓度为40%-50%石灰乳液槽，制成浓度为5%-10%的石灰乳石灰投加槽，其中有溢流堰，保持液面恒定，并能调节流量泵，输送流量要大于需要量实际废水中和不易取得满意的效果的原因：（a）对于强酸或强碱的中和，特别是接近中性点时，pH值与中和剂用量之间的关系是非线性的。因此较难控制。L（b）使少量的中和剂与大量的废水在短时间内彻底混合很困难；（c）废水流量有时变化较大；（d）废水的pH值也随时间的变化而变化。

实际中常采用分步中和法：L强酸和强碱的中和曲线分步中和工艺示意图

进水出水石灰乳搅拌2）过滤中和定义：过滤中和(filtrationneutralization)是指使废水通过具有中和能力的滤料进行中和反应的一种方法。L适用范围：适用于含酸浓度不大于2–3g/L，并生成易溶盐的各种酸性废水的中和处理。当废水含大量悬浮物、油脂、重金属盐和其他毒物时，不宜采用。过滤法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。常用滤料：石灰石(CaCO3)、白云石、大理石等，一般最常用的是石灰石。滤料的选择原则：滤料的选择与废水中含何种酸和含酸浓度密切相关。以处理含硫酸废水为例。当采用石灰石为滤料时，硫酸浓度不应超过1－2g/L，否则就会生成硫酸钙外壳，使中和反应终止。过滤中和的设备和分类：常用设备为中和滤池。

水平流向普通中和滤池升流滤池竖流向升流式膨胀中和滤池降流式

普通中和滤池升流式降流式缺点：表面易结垢；易堵塞；过滤速度低。为克服上述缺点，出现了升流式膨胀滤池。特点：水流由下向上流动，流速高达30–70m/h，再加上生成的CO2气体的作用，使滤料互相碰撞摩擦，表面不断更新，因此中和效果较好。等速升流式膨胀中和滤池示意图配水系统作用是使废水沿整个滤池截面均匀分布卵石垫层作用是支撑滤料和使水进一步分配均匀，卵石粒径为20－40mm石灰石滤料：粒径为0.5－3mm，平均1.5mm，滤料层厚度开始1－1.2m。清水区滤料与中和后的水在此分离集水槽，中和后的水由此排出结构及优缺点：底部为进水设备：一般采用大阻力穿孔管布水，孔径9–12mm；卵石垫层：其厚度为0.15–0.2m，卵石粒径为20–40mm；石灰石滤料：粒径为0.5–3mm，平均1.5mm，滤料层厚度开始1–1.2m，最终换料时为2m；滤料膨胀率：50％，滤料的分布状态是由下向上，粒径逐渐减小。结构及优缺点：缓冲层：高度0.5m，水和滤料分离，在此区内水流速逐渐减慢；出水槽：收集过滤中和后的水。优点：滤速高，中和效果好。缺点：要求布水均匀，因此池子直径不能太大，并常采用大阻力配水系统。滤料易流失，也使出水浑浊。变速升流膨胀式中和滤池处理酸性废水的实用装置流程（3）碱性废水的中和处理利用酸性废水中和；加酸中和；利用烟道气进行中和。烟道气中的CO2含量可高达24％，此外有时还含有SO2和H2S，故可用来中和碱性废水。用烟道气中和碱性废水一般在喷淋塔中进行。喷淋塔示意图该法的优点是以废治废，投资省，运行费用低；缺点是出水中的硫化物、耗氧量和色度都会明显增加，还需进一步处理。第二节化学沉淀法

用易溶的化学药剂（沉淀剂）使溶液中某种离子以它的一种难溶的盐或氢化物从溶液中析出。

应用：

去除废水中的有害离子，Hg2+、Cd２+、Pb２+、Zn２+、Cr２+1、氢氧化物沉淀法2、硫化物沉淀法沉淀剂：H2S、Na2S、K2S

应用：处理含汞废水

当沉淀低浓度含汞废水时，HgS很少，常加FeSO4

硫化物共沉法：加过量的Na2S，生成HgS与Hg沉淀加适量的FeSO4

FeS与Fe(OH)2可作为HgS的载体，细小的HgS吸附在载体表面共沉。

4、钡盐沉淀法沉淀剂：BaCO3、BaCl2、Ba（NO3）2、Ba（OH）2应用：处理含铬废水（Cr6+）5、碳酸盐沉淀法

应用：处理高浓度重金属废水

6、水中硬度（Ca2+、Mg2+）的去除1、碳酸盐硬度的去除2、非碳酸盐硬度的去除第三节混凝（Coagulation）混凝的主要对象是废水中的细小悬浮颗粒和胶体微粒（colloidalmatters)，这些颗粒用自然沉降法很难从水中分离出去。可以用来降低废水的浊度和色度，去除多种高分子有机物、某些重金属和放射性物质。混凝法还能改善污泥的脱水性能。 一、废水中胶体颗粒的稳定性及脱稳机理1.胶体的特点：粒径小，一般直径为10-3－10-8mm；布朗运动，颗粒在废水中受水分子热运动的碰撞而作无规则的布朗运动；带电，同类胶体微粒带有同性电荷。水化膜，许多水分子被吸引在胶体微粒周围，形成水化膜。胶体的双电层结构模型胶核定位离子束缚反离子，滑动面胶团边界2.胶体的结构[胶核]电位形成离子，束缚反离子自由反离子[Fe(OH)3]m

nH＋

(n－x)Cl－x+

Cl－

胶核(nuclear)胶粒(colloidalparticle)吸附层stationarylayer扩散层diffuselayer胶团(colloidalmicelle)胶体所受影响

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ξ电位越高，胶粒间的静电斥力越大

受水分子热运动的撞击，使微粒在水中作不规则的运动，即“布朗运动”

胶粒之间还存在着相互引力——范徳华引力

胶体间的相互斥力不仅与ξ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分散状态。

水化作用也使胶体不能相互聚结。3.

混凝原理(1)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附层,使ξ电位降低。当ξ电位为零时,称为等电状态。此时胶体间斥力消失,胶粒最易发生聚结。

实际上，ξ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，胶粒就开始产生明显的聚结，这时的ξ电位称为临界电位。

胶粒因ξ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，称为凝聚。(3)

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过程。(2)

吸附电中和

加入电解质，中和了电位离子所带电荷，减少了静电斥力，降低了电位，使胶体的脱稳和凝聚易于发生。高分子聚合物对胶体或微粒的吸附架桥作用示意图

＋＋＋(4)

网捕作用

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。以硫酸铝为例讨论混凝过程硫酸铝Al2(SO4)3·18H2O溶于水后，离解出Al3+，并结合有6个配位水分子，成为水合铝离子[Al(H2O)6]3+。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：上述反应中，降低水中H+(或H3O+)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降低，最终生成中性氢氧化铝难溶沉淀物。当pH<4时，水解受到抑制，水中存在的主要是[Al(H2O)3]3+。当pH＝4~5时，水中有[Al(OH)(H2O)5]2+、[Al(OH)2(H2O)4]+及少量[Al(OH)3(H2O)3]。

当pH＝7~8时，水中主要是[Al(OH)3(H2O)3]沉淀物。

但在某一特定pH时，水解产物还有许多复杂的高聚物和络合物同时共存。

因为初步水解产物中的羟基OH-具有桥键性质。在由[Al(H2O)6]3+转向[Al(OH)3(H2O)3]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：或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：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。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。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。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，形成大的絮凝体，使混凝过程很好完成。二、混凝剂和助凝剂1.混凝剂要求混凝剂效果良好对人体健康无害价廉易得使用方便(1)无机盐类混凝剂铁盐和铝盐(2)高分子混凝剂有机和无机2.助凝剂（1）pH调整剂常用的pH调整剂包括石灰、硫酸、氢氧化钠、碳酸钠等。（2）絮体结构改良剂如活性硅酸、粘土等。（3）氧化剂可投加氯气、次氯酸钠、臭氧等氧化剂来破坏有机物，以提高混凝效果。三、影响混凝效果的主要因素1.水温2.pH3.水中杂质的成分、性质和浓度4.水力条件四、化学混凝的设备1.混凝剂的配制和投加设备(1)混凝剂的溶液和配制混凝剂在溶解池中进行溶解:搅拌加速药剂溶解机械搅拌压缩空气搅拌水泵搅拌药剂溶解完全后，将浓药液送入溶液池，用清水稀释到一定的浓度备用。溶液池的容积可按下式计算：溶解池的容积：式中:W1——溶液池容积，m3；

qv——处理地水量，m3/h;A——混凝剂地最大投加量，mg/L;c——溶液浓度，％；

n——每天配置次数，一般为2~6次。混凝剂的水力调制设备混凝剂的压缩空气调制混凝剂的机械调制设备(2)混凝剂溶液的投加计量设备转子流量计电磁流量计投加方式泵前重力投加水射器投加2.混合设备(1)水泵混合(2)隔板混合(3)机械混合3.反应设备(1)隔板反应池利用水流断面上流速分布不均所造成的速度梯度，促进颗粒相互碰撞进行絮凝。为避免结成的絮凝体被打碎，隔板中的流速应逐渐减小。(2)机械反应池第四节氧化还原法一、药剂氧化还原

利用溶解于废水中的有毒物质，在氧化还原反应中能被氧化或还原的性质，把它转化为无毒无害的新物质的方法。

目的：剧毒或有毒

→

无毒、低毒

常用的氧化剂：空气中的氧、纯氧、臭氧、氯气、漂白粉、次氯酸钠、三氯化铁等；

常用的还原剂：硫酸亚铁、亚硫酸盐、氯化亚铁、铁屑、锌粉、二氧化硫、硼氢化钠等

（一）药剂氧化法处理水中的CN-、S2-、Fe2+、Mn2+等离子。氧化剂：接受电子后还原成负离子的中性分子，如Cl2、O2、O3等带正电荷离子，接受电子后还原成负离子，如漂白粉的ClO-中Cl+变成Cl-带正电荷离子，接受电子后还原成带低正电荷离子如KMnO4中的Mn7+变成Mn２+

，Fe3+变成Fe2+

作用：主要去除废水中的氰化物、硫化物、酸、醇、油类污染物及脱色、脱嗅、杀菌等。

１、空气氧化法例：炼油厂的含硫废水

2HS-+2O2S2O32-+H2O2S2-+2O2+H2OS2O32-+2OH-S2O32-+2O2+2OH-2SO42-+H2O

有机硫化物

２、氯氧化法氯化剂：液氯、漂白粉、次氯酸钠、ClO2等例：处理含氰废水分批：加碱调PH=10~11，再加Cl2连续：第一段加氯，加酸

第二段：

处理含酚废水污水脱色去除氨氮３、臭氧氧化法

（1）臭氧的性质：不稳定溶解性毒性氧化性腐蚀性（2）臭氧的