其他处理办法水质工程学

会计学1其他处理办法水质工程学中和法概述

中和方法

第1页/共98页中和法概述一、中和的概念二、酸碱废水的来源及其危害三、中和法的适用条件四、常用中和剂

第2页/共98页中和的概念

用化学方法去除废水中的酸和碱，使其pH值达到中性左右的过程即为中和。

第3页/共98页酸碱废水的来源及危害1、来源化工生产废水中往往含有酸或碱，故工业废水排放指标中，pH值往往是需要控制的重要水质指标。工业废水中，当含酸量>3~5％时，称为废酸液；当含碱量>1~3％时，称为废碱液。应尽量回收利用和考虑综合利用的可能性；低温度的含酸、碱废水，回收价值不大，可采用中和法进行处理。

第4页/共98页酸碱废水的来源及危害2、危害①酸、碱废水排入城市下水道，具有腐蚀作用；②混凝处理对pH值有要求；③酸碱废水排入受纳水体，会造成水体pH值变化，将影响水生生物生长。第5页/共98页中和法的适用条件1、废水pH的达标治理；2、混凝时由于对pH值有一最佳要求，因此混凝处理前常投加酸碱；3、生物处理前对pH的调节。

第6页/共98页常用中和剂1、酸性废水中和剂石灰、石灰石、白云石、苏打、苛性钠等2、碱性废水中和剂盐酸、硫酸等第7页/共98页中和方法常用三种方法：酸碱废水相互中和、药剂中和、过滤中和一、酸碱废水的相互中和二、药剂中和三、过滤中和法

第8页/共98页酸碱废水相互中和1、适用条件2、酸性或碱性废水的需要量3、中和设备

第9页/共98页适用条件不同工艺过程中分别产生含酸和碱的废水

第10页/共98页酸性或碱性废水的需要量根据当量定律计算，即

（10-1）式中：Q1——酸性废水流量，m3/hQ2——碱性废水流量，m3/hC1——酸的当量浓度，eg/LC2——碱的当量浓度，eg/L第11页/共98页酸性或碱性废水的需要量

当量恰好相等的点称为等当点。强酸强碱中和时，等当点为中性点；若中和的一方为弱酸或弱碱时，等当量中和时溶液的pH值取决于生成盐的水解。

第12页/共98页中和设备应根据排放规律及水质变化确定①、水质水量变化小时：在集水井、管道、混合槽内混合；②、水质水量变化小、但对pH值要求高时：设连续流中和池，一般取水力停留时间1~2h，

V=（Q1+Q2）T（10-2）③、水质水量变化大：间歇中和（常设两格，交替使用）

第13页/共98页药剂中和1、酸性废水的中和2、碱性废水的中和

第14页/共98页酸性废水的中和（1）中和反应（2）中和剂用量（3）中和处理工艺（见图10-1-1）

第15页/共98页中和反应

常用石灰、电石渣、碳石等，有时还采用苛性纳和苏打。石灰价廉且Ca（OH）2对水中杂质有凝聚作用，故适用于杂质含量高的废水。中和方程式为：

H++OH-H2O

第16页/共98页中和反应若为硫酸废水，则

H2SO4+Ca（OH）2CaSO4+2H2OCaSO4微溶，故可降低硫酸根的含量。若废水中含有其它金属离子，中和过程实际包含有氢氧化物沉淀，如：

Fe2++2OH-Fe（OH）2

第17页/共98页中和剂用量

可按化学反应式估算(参考)，正确的方法是通过试验，根据中和曲线确定计算中和剂用量时应考虑所用药剂的纯度（α）及适当的安全系数（K），公式为：

（10-3）式中：Ga——药剂的实际使用量，kg/dQ——酸性废水流量，m3/d

第18页/共98页中和剂用量C1——废水含酸的浓度，kg/m3a1——中和1kg酸的需碱量，kg/kgC2——废水中酸性盐的浓度，kg/m3a2——中和1kg酸性盐的需碱量，kg/kgα——药剂纯度，%K——安全系数

第19页/共98页第20页/共98页中和处理工艺药剂投加方法：干法——直接将药剂投入水中，计量（设备简单，反应彻底，速度慢，投量大要求药剂清洁、干燥）湿法——配制溶液（如配制成石灰乳，见图10-1-2），计量投放，设备多，但反应迅速，投量省。

第21页/共98页中和处理工艺反应设备：混合——反应合二为一，采用隔板式或机械搅拌（见图10-1-3），沉淀池分离形成的沉淀物。优点：可以处理任何性质、浓度的酸性废水。若采用石灰，价格低，具有凝聚作用，但配药设备多，管理复杂；石灰质量不保证，沉渣多、体积大，可达2％。第22页/共98页第23页/共98页第24页/共98页碱性废水的中和

常用药剂为工业硫酸；实际中还采用烟道气（含CO2、SO2等），通过水膜除尘器用碱性废水做喷淋水以达到中和的目的。计算仍以反应方程式或实验数据为依据，若采用混合池则形式同酸性废水中和混合池。

第25页/共98页过滤中和法

仅用于酸性废水的中和处理。酸性废水流过碱性滤料时与滤料进行中和反应即为过滤中和法。采用粒状滤料，以过滤形式使酸性废水与中和剂充分接触中和。常用滤料：石灰石、大理石、白云石，前两者主要含CaCO3，后者CaCO3·MgCO3。采用的滤池有三类：普通中和滤池、升流式膨胀中和滤池、滚筒中和滤池。

第26页/共98页过滤中和法1、普通中和滤池2、升流式膨胀中和滤池

第27页/共98页普通中和滤池①适用范围不适用于处理浓度高的酸性废水，处理的极限浓度见表10-1。

滤料硫酸废水硝酸、盐酸废水石灰石2g/L20g/L白云石5g/L原因CaSO4可覆盖在滤料表面，阻止中和过程浓度太高使滤料消耗过快第28页/共98页普通中和滤池②普通中和滤池的形式常为固定床，按水流方向可分为平流式和竖流式，多用竖流式。竖流式又可分为升流式与降流式，见图10-1-4。③设计常用设计参数：滤料粒径30~50mm；滤速1~1.5m/h，不大于5m/h；接触时间大于10min；床厚1~1.5m。

第29页/共98页第30页/共98页升流式膨胀中和滤池①适用范围废水的硫酸浓度亦不能太高②滤池的形式有恒速升流式与变速升流式两种，见图10-1-5、10-1-6。高滤速8.3~19.4mm/s小粒径0.5~3mm平均1.5mm

第31页/共98页升流式膨胀中和滤池

水流自下而上，加上产生CO2气体的作用，使滤料互相碰撞摩擦，表面不断更新，效果较好。变速升流式形式可防止小颗粒滤料不致被高流速冲走，膨胀率12~20％，后接吹脱设备。

出水pH4.2~4.5吹脱后6~6.5第32页/共98页升流式膨胀中和滤池主要运行问题：①控制进水酸浓度≤2000mg/l，防止表面生成覆盖物②重金属离子浓度>50mg/l③定时补充滤料，维持有效滤料层高④倒床更新，清除无效成分（先降低滤速，充分反应，用抓斗排渣）优点：操作管理简单，出水pH稳定，不影响环境，沉渣少缺点：浓度限制，滤料要求高第33页/共98页第34页/共98页第35页/共98页化学沉淀2.1

概述

2.2氢氧化物沉淀法2.3硫化物沉淀法2.4钡盐沉淀法

第36页/共98页概述

一、定义向水中投加化学药剂，使它与废水中某些溶解性物质发生反应，生成难溶沉淀物的方法称为化学沉淀法。一般用于处理含金属离子的工业废水。第37页/共98页概述二、反应规律从普通化学知道，难溶盐在水中的浓度服从溶度积原理：即一定温度下，在含有难溶盐MmNn（固体）的饱和溶液中，各种离子浓度的乘积为一常数，称为容度积常数，记为LMmNn：

MmNnmMn++nNm-

（10-4）第38页/共98页概述

当离子积[Mn+]m[Nm-]n>LMmNn

时，溶液过饱和，超过饱和浓度的那部分将析出沉淀。按此规律，为了去除废水中的某种金属离子Mn+，可向废水中投加具有Nm-离子的化合物，使[Mn+]m[Nm-]n>LMmNn，则可以降低废水中Mn+的浓度。具有这种作用的化学物质称为沉淀剂。根据沉淀剂的不同，化学沉淀法可分为氢氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、钡盐沉淀法等。

第39页/共98页氢氧化物沉淀法向废水中投加碱（工业液碱、CaO、Ca（OH）2等），使废水pH值升高，同时OH-与废水中金属离子结合生成氢氧化物沉淀并从废水中分离的方法。金属离子的价数越高，其浓度随pH值的变化越大。对两性化合物（Zn、Pb、Cr、Sn、Al等），采用氢氧化物沉淀时，应注意pH的上限，以防止沉淀再溶解。

第40页/共98页硫化物沉淀法向废水中投加硫化物（Na2S、NaHS、H2S等），使废水中的重金属离子与S2-反应生成硫化物沉淀的方法。通常金属硫化物的溶度积远小于金属氢氧化物的溶度积，因而硫化物沉淀比氢氧化物沉淀更完全。但：硫化物沉淀法的处理费用教氢氧化物沉淀法的费用高，且生成的沉淀非常细小，需经混凝才能去除。故硫化物沉淀法的应用不如氢氧化物沉淀法广泛。

第41页/共98页钡盐沉淀法钡盐沉淀法主要用于含Cr6+的废水，沉淀剂为BaCO3、BaCl2、Ba（OH）2等。Ba2+与废水中CrO42-发生反应，生成难溶的铬酸钡沉淀：

BaCO3+CrO42-BaCrO4+CO32-

BaCO3与BaCrO4均为沉淀，但BaCrO4的溶度积比BaCO3小得多，属于沉淀转化。化学沉淀法的反应设备同混凝所用的设备，包括溶药、配药、投配及反应等设备。

第42页/共98页氧化还原法利用氧化还原反应，将废水中一些溶解性的无机和有机杂质，氧化或还原成无害物质、气体或固体从水中分离的方法称为氧化还原法。氧化法还原法电解法

第43页/共98页氧化法一、氯氧化法二、空气氧化法三、臭氧氧化法四、光氧化法

第44页/共98页氯氧化法1、适用范围用于氰化物、硫化物、酚、醇、醛、油类的氧化处理及脱色、除臭、杀菌、防腐等。2、作用去除COD、色度、气味和氰化物等。第45页/共98页氯氧化法3、氯化法除氰电镀废水中多含有CN-离子，由于其具有高毒性，因此必须加以去除，常用的方法为氯氧化法。使用的氧化剂为次氯酸钠（NaOCl）、漂白粉（CaOCl2）和液氯，起作用的成分为OCl-离子。第46页/共98页氯氧化法氯化法除氰的反应式为：局部氧化法：CN-+OCl-+H2OCNCl+2OH-CNCl+2OH-CNO-+Cl-+H2O（要求pH>11）若pH小于8.5，可释放出CNCl，毒性强于CN-，因此要求高的pH条件。

第47页/共98页氯氧化法完全氧化法：2CNCl+2HOCl+H2O2CO2+N2+5HCl2NaCNO+3HCOl2CO2+N2+2NaCl+HCl

此步骤要求严格控制pH在7.5~8.0之间。工艺流程如图10-3-1、10-3-2、10-3-3、10-3-4。

第48页/共98页第49页/共98页第50页/共98页第51页/共98页第52页/共98页空气氧化法空气氧化除铁：Fe2+

Fe3+

曝气后过滤(普通石英砂，锰砂)可去除水中的铁（地下水作为水源水的给水处理）空气氧化除硫：S2-

S2O32-

SO42-

对含硫离子的废水进行曝气或采用空气氧化脱硫塔可将废水中的硫离子氧化成硫代硫酸盐或硫酸盐而去除其毒性。

第53页/共98页臭氧氧化法1、臭氧的性质分子式O3，无色气体，有特殊臭味。氧化能力很强，在天然元素中仅次于氟，强于O2、Cl2及KMnO4等氧化剂，空气中允许浓度为0.1mg/L；具有强烈的腐蚀作用，生产上常采用不含碳的铬铁合金（含Cr25%，不锈钢）作材料。

第54页/共98页臭氧氧化法臭氧易分解，在空气中会自行分解为氧气，反应式为：O31.5O2+144.45KJ

在空气中臭氧含量大于25%时易发生爆炸。其分解速度随温度升高而加快。当含量为1%时，常温下半衰期为16h。在水中浓度为3mg/L时，半衰期仅5~30min，pH升高，分解加快。因此臭氧不易贮存，宜边生产边使用。

第55页/共98页臭氧氧化法2、臭氧的制备臭氧的制备有无声放电法、放射法、紫外线辐射法、电解法等，水处理中常用气相无声放电法，制备设备称为臭氧发生器。气相无声放电法（原理及装置见图10-3-5、10-3-6）：高电压下对进入臭氧发生器的空气或氧气进行放电，利用高速电子流将氧分解成氧原子，分离后的氧原子再合成臭氧。生成的臭氧仅占空气的0.6~1.2%（体积比），故流出臭氧发生器的为臭氧化空气或氧气。

第56页/共98页臭氧氧化法反应式为：放电

O22O3OO3

或O2+OO3进入臭氧发生器的空气（氧气）必须经过净化，以去除杂质和水分。

第57页/共98页臭氧氧化法3、臭氧接触反应设备利用臭氧氧化水中的污染物，必须保证臭氧与废水充分接触。接触反应设备的选择应以臭氧与杂质反应的速率快慢为依据。常用的接触设备有气泡式、水膜式和水滴式三类。气泡式类似于鼓风曝气设备，水膜式常采用填料塔，水滴式常为喷淋塔。（见图10-3-7、10-3-8、10-3-9、10-3-10）

第58页/共98页臭氧氧化法4、尾气处理由于O3有毒，故处理后的残余尾气中所含有的臭氧应加以处理，常用的方法有活性炭法、药剂法及燃烧法。5、适用范围同氯化法，此外还可用于饱和脂肪族化合物、合成表面洗涤剂、氨氮的氧化等等，但反应速度较慢。第59页/共98页臭氧氧化法国外目前常采用臭氧与过氧化氢（H2O2）的联合氧化工艺处理印染废水，其色度去除率可高达99%以上，但运转费较高。优点：效果显著；臭氧制备方便，操作管理简易；剩余在废水中的臭氧易分解，一般无二次污染。故应用较为广泛。问题：电耗大，有毒性，工作环境应有良好通风。

第60页/共98页第61页/共98页第62页/共98页第63页/共98页第64页/共98页第65页/共98页第66页/共98页光氧化法

利用光和氧化剂产生很强的氧化作用──光催化作用来氧化分解废水中的有机物和无机物的。氧化剂可以是O2、Cl2、HClO等，常用氯气，比单独氯化效率提高10倍。光源多用紫外光，但应注意不同波长的光对特定物质有效。

第67页/共98页还原法还原法主要用于金属离子（Cr、Hg等）的去除。

Cr在废水中常以Cr6+形式存在，提高pH后不会生成沉淀。因此若要采用化学沉淀法除铬，必须先将其还原为Cr3+。常用的还原剂为亚硫酸盐、硫酸亚铁、水合肼（N2H4·H2O）等，在电镀废水处理中经常应用。还原时主要控制废水的pH值，pH应控制在1~3之间。

第68页/共98页还原法Hg在废水中主要以Hg2+形式存在，当它与金属还原剂接触时，被还原成金属汞析出，金属还原剂本身被氧化成离子而进入水中。可用来还原汞的金属有铁、锌、铋、锡、锰、镁、铜、锑等。

第69页/共98页还原法废水处理中常采用的还原法有：1、铁屑过滤（见图10-3-11）：处理含Hg、Cr等金属的废水

2、硫酸亚铁石灰法：含铬废水

3、亚硫酸氢钠：含铬废水

4、硼氢化钠：除Hg

第70页/共98页第71页/共98页电解法

电解质溶液在电流的作用下发生电化学反应的过程称为电解。废水中的有毒物质在阳极和阴极分别被氧化和还原，生成沉淀或气体从水中分离的方法称为电解法。电解过程中，阳极发生氧化反应，阴极为还原反应。电解法可去除水中的Cr、Cd、硫、氰、有机磷和脱色。电解法常采用电解槽，其极板电路见图10-3-12。

第72页/共98页电解法例如：电解法除铬阳极（铁板）反应为：Fe-2e

Fe2+

Cr2O72-+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2OCr2O42-+3Fe2++8H+Cr3++3Fe3++4H2O阴极（惰性电极）反应为：2H++2e

H2

Cr2O72-+6e+14H+2Cr3++7H2O在此电解反应中，Fe2+是Cr6+

Cr3+的主要因素第73页/共98页第74页/共98页消毒目的氯消毒其它消毒法

第75页/共98页目的给水处理中的目的是杀灭致病菌，废水处理中消毒的目的是防止致病菌传播。常用消毒方法有：物理法（加热、紫外线、超声波）化学法（投加化学药剂：氯、臭氧等）

第76页/共98页氯消毒最常用的消毒方法优点：成本低、操作管理方便，有保护性含氯。缺点：可能产生CHCl3致癌物。一、基本原理

二、需氯量与加氯量三、加氯消毒法四、加氯点五、接触池

第77页/共98页基本原理氯气易溶于水，根据水质条件可分为两种情况讨论1、水中无氨时

Cl2+H2OHOCl+H++Cl-

HOCl

OCl-+H+

HOCl，OCl-都具氧化能力，称为自由性（游离）有效氯。消毒的主要有效成分是HOCl。第78页/共98页基本原理HOCl与OCl-的比例由水中pH值确定，因此pH值影响消毒效果。pH低，HOCl的含量增高，消毒效果较好。不同pH值与水温时的HOCl与OCl-的比例见图10-4-1。第79页/共98页基本原理2、水中含有氨Cl2水解产生的HOCl与NH3化合生成胺，其成分视水的pH值及Cl2和氨含量的比值等而定。NH3+HOClNH2Cl+H2ONH3+2HOClNHCl2+2H2ONH3+3HOClNCl3+3H2O各种产物的特性见表10-2。

第80页/共98页基本原理3、杀菌能力比较①基本概念游离性（自由性）氯：指水中HOCl与OCl-所含的氯总量。化合性氯：指氯胺中所含氯的总量。余氯：氯加入水中后，一部分被能与氯化合的杂质消耗掉，剩余部分称为余氯。与自由性氯和化合性氯对应的分别称为自由性余氯和化合性余氯。

第81页/共98页基本原理②杀菌能力（见表10-3）为了保证自来水出厂后还具有持续的杀菌能力，饮用水标准中规定：接触30min后游离性余氯≥0.3mg/L

管网末梢游离性余氯≥0.05~0.1mg/L第82页/共98页第83页/共98页名称存在时的pH值消毒作用气味NH2Cl一氯胺5~8.5有作用，安全性有效氯轻微NHCl2

二氯胺5~8.5作用较强有臭味NCl3

三氯胺<4.4作用极差，不溶于水臭味严重第84页/共98页接触时间杀菌效率自由性氯5min99%化合性氯5min60%20hr99%第85页/共98页需氯量与加氯量

需氯量：用于杀死细菌及氧化有机物、无机还原性物质消耗的氯量。加氯量：等于需氯量与余氯量的总和。一般应通过需氯量试验确定，试验结果可表示如图10-4-2。

第86页/共98页需氯量与加氯量图中有2线、3点、4区，分别介绍如下。1、2线a线：加氯量等于余氯量，表示水中无杂质时的情况。b线：余氯量曲线，表示氯与水中杂质化合的情况。

a线与b线之间的纵坐标x即为需氯量，y为余氯量，x+y为加氯量。

第87页/共98页需氯量与加氯量2、3点4区b线上的三点：A、B、C将b线分为四个区：1区：氯与水中还原性物质作用，余氯量为0；虽也杀死一些细菌，但消毒效果不可靠（0A）

2区：氯与氨开始化合，有化合性余氯，具有一定的消毒效果（AB）

第88页/共98页需氯量与加氯量3区：仍然为化合性余氯，随加氯量增加发生如下反应NH2Cl+NHCl2+HOCl

N2O+4HCl2NH2Cl+HOClN2+3HCl+H2O

使余氯减少，最后到最低点C（折点）（BC）

4区：折点C后进入4区，此时余氯量上升。从C点后投加的氯完全以自由性余氯存在，这部分余氯线与a线平行，消毒效果