废水的化学处理1课件

水污染控制工程第三章废水的化学处理

废水的化学处理方法是借助化学反应来去除水中污染物，从而达到改善水质、控制污染的目的。第一节中和法第二节化学沉淀法第三节氧化与还原法第四节电解法第五节消毒1、何谓离心分离？磁分离？

2、何谓离心分离因素？

3、按离心力产生方式不同，离心分离设备分为有

和

两种类型。4、试述中和方法选择时的原则。习题：

你知道吗

用化学方法去除废水中过量的酸或碱以及调整废水的酸、碱度，使其pH值达到中性左右的过程即为中和。

中和的概念第一节中和中和法与pH调节的区别A、中和法的目的是使废水呈中性；B、pH调节的目的是为某种特殊要求，把废水的pH值调整到特定范围。碱化——把pH值由中性或酸性调到碱性；酸化——把pH值由中性或碱性调到酸性。第一节中和二.在工业废水处理中，中和法应用以下情况（1）在废水排入水体之前，因为水生生物对pH值的变化极其敏感，当大量废水排入后使水体的pH值变得偏酸或偏碱时，会产生不良影响；（2）在废水排入城市排水管道之前，由于酸、碱对排水管道产生腐蚀作用，一般城市排水管道对排入工业废水的pH值都有明确的规定；（3）在废水需要进行化学或生物处理之前，对于化学处理（如混凝、除磷等），要求废水pH值升高或降低到某一需要的最佳值。对于生物处理，废水的pH值通常应维持在6.5—8.5范围内，以保证处理构筑物内的微生物维持最佳活性。石灰有生石灰和熟石灰。生石灰的主要成分是CaO，一般呈块状，纯的为白色，含有杂质时为淡灰色或淡黄色。生石灰吸潮或加水就成为消石灰，消石灰也叫熟石灰，它的主要成分是Ca(OH)2。白云石的主要成份为CaCO3和MgCO3。

基本原理1.强酸强碱互相中和时，由于生成的强酸强碱盐不发生水解，因此溶液的pH值等于7。2.中和的一方为弱酸或弱碱，由于生成的盐发生水解，尽管达到等当点，但溶液并非中性。

pH值大小取决于所生成盐的水解度。

四.中和方法

酸性废水的中和方法：有酸性废水与碱性废水相互中和、药剂中和、过滤中和3种方法；

碱性废水的中和方法：有碱性废水与酸性废水相互中和、投酸中和、烟道气中和3种方法。⑴酸、碱性废水中和法

是将酸性废水和碱性废水共同引入中和池中，并在池内进行混合搅拌。中和结果，应该使废水呈中性或弱碱性。

根据质量守恒原理计算酸、碱废水的混合比例或流量，并且使实际需要量略大于计算量。当酸、碱废水的流量和浓度经常变化，而且波动很大时，应该设调节池加以调节，中和反应则在中和池进行，其容积应按1.5—2.0h的废水量考虑。1、酸性废水中和法P473例12-1⑵药剂中和法

石灰作中和剂能够处理任何浓度的酸性废水；氢氧化钙对废水杂质具有混凝作用，适用于含杂质多的酸性废水。

最常采用的是石灰乳法。石灰不仅能够中和酸，同时还可以与废水中的金属盐类（如铁盐、铅盐、锌盐、铜盐等）生成沉淀。计算中和药剂的投量时，应增加与重金属化合产生沉淀的含量。1、酸性废水中和法A、药剂中和法中和反应

石灰可以中和不同的酸性废水，在采用石灰乳时，中和反应式如下：H2SO4+Ca(OH)2=CaSO4+2H2O2HNO3+Ca(OH)2=Ca(NO3)2+2H2O2HCl+Ca(OH)2=CaCl2+2H2O2H3PO4+3Ca(OH)2=Ca3(PO4)2+6H2O1、酸性废水中和法C、药剂中和处理工艺流程1）投药装置采用石灰作中和剂时，药剂投配方法分干投和湿投。

干投是将石灰粉直接计量投入水中。投加时，使用具有电磁振荡装置的石灰投配器。

湿投法湿投法设备较多，反应迅速彻底，投药量少，仅为理论值的1.05-1.10倍。

投加方法比较：

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），计量投放。

设备多，但反应迅速，投量省。

⑵药剂中和法D、药剂中和法的优缺点1）优点：适用于任何浓度、性质的酸性废水；对水质水量的波动适应性强，中和剂利用率高，中和过程容易调节。2）缺点：劳动条件差，药剂配制和投加设备多，基建投资大，泥渣多且脱水困难。⑶过滤中和法

仅适用于含硫酸浓度不大于2—3g/L和生成易溶盐的各种酸性废水的中和处理。滤料常采用石灰石、白云石、大理石等。

过滤中和时，废水中不宜有浓度过高的重金属离子或惰性物质，要求重金属离子含量小于50mg/L，以免在滤料表面生成覆盖物，使滤料失效，或堵塞滤层。含HF的废水中和过滤时，因CaF2溶解度很小，要求HF浓度小于300mg/L。如浓度超过限值，宜采用石灰乳进行中和。1、酸性废水中和法优点：是操作管理简单，出水pH值较稳定，不

影响环境卫生，沉渣少，一般少于废水

体积的0.1%；缺点：进水酸的浓度受到限制（从高、低两个

方面考虑），需定期换床。1、酸性废水中和法⑶过滤中和法A.普通中和滤池1）适用范围适用于含酸浓度不高，并生成易溶盐的各种酸性废水的中和处理。当废水中含有大量悬浮物、重金属盐和其他毒物时不宜采用。2）普通中和滤池的形式

普通中和滤池为固定床。目前多采用竖流式，竖流式又分为升流式和降流式两种。滤料粒径一般为30-50mm，过滤速度一般不大于5m/h，接触时间不小于10min，滤床厚度一般为1-1.5m。

B.升流式膨胀中和滤池1）基本构造：滤池分为四部分。2）类型①等速升流式膨胀滤池。②变速升流式膨胀滤池C．滚筒中和滤池优点:进水硫酸浓度可超过极限值数倍，滤料不必破碎到很小滤径.缺点:构造复杂，动力费用高，设备噪音较大。①控制进水硫酸浓度不大于2—3g/L，防止表面生成覆盖物，并适当增加过滤速度和水温，消除硬壳。②排除①情况后出水pH值低于正常控制值，应定时补充滤料，维持有效滤料层高。③当滤料层高度达允许装料高度后，须倒床更新，清除无效成分（先降低滤速，充分反应，用抓斗排渣）

中和滤池的运行问题④采用碳酸盐为滤料时，发现滤料表面由气膜阻碍反应进行，出水水质变差。——酸的浓度过大，产生的CO2气体过多，在滤料表面形成气膜。控制酸的浓度。——过滤速度过小，不能把生成的气体及时随水流带出。加大过滤速度；采用升流过滤方式。中和滤池的运行问题2、碱性废水的中和处理（1）药剂中和药剂中和，通常采用93%—96%的工业浓硫酸。若处理水量较小时，可用盐酸中和。

在投加酸之前，一般先将酸稀释成10%左右，然后按设计要求的投量经计量泵计量后加入。酸稀释时应考虑腐蚀。2、碱性废水的中和处理（2）烟道气中和烟道气中含有CO2和SO2，溶于水中形成H2CO3、H2SO3，可中和碱性废水。

用烟道气中和的方法有两种，一是将碱性废水作为湿式除尘器的喷淋水，另一种是使烟道气通过碱性废水。

优点：处理效果良好；以废治废；经济

缺点：会使处理后的废水中悬浮物含量增加，硫化物和色度增加。1、用石灰处理酸性废水时，药剂投配方法分

和

两种。

2、试述过滤中和方法的适用条件。3、试述确定酸碱废水相互中和设施的基本原则（方法）。习题：

你知道吗第二节化学沉淀一、化学沉淀法概述

向废水中投加某种化学物质，使它和其中某些溶解物质发生化学反应，生成难溶的盐或氢氧化物而沉淀下来，这种方法称之为化学沉淀法。化学沉淀法经常用于处理含汞、铅、铜、锌、六价铬、硫、氰、氟、砷等有毒化合物的废水。

根据使用的沉淀剂的不同，通常使用的化学沉淀法主要有氢氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、碳酸盐沉淀法和钡盐沉淀法等。二、基本原理

水中的难溶盐（或难溶氢氧化物）的溶解性质服从溶度积原则，即在一定温度下，在含有难溶盐（或难溶氢氧化物）MmNn（固体）的饱和溶液中，各种离子浓度的乘积为一常数，称为溶度积常数，计作记为LMmNn

：

上式对各种难溶盐都应成立。而当[Mn+]m[Nm-]n＞LMmNn时，溶液呈过饱和，超过饱和那部分溶质将析出沉淀，直到符合LMmNn=[Mn+]m[Nm-]n时为止；如果[Mn+]m[Nm-]n＜LMmNn，溶液不饱和，难溶盐将还可以继续溶解，也直到符合LMmNn＝[Mn+]m[Nm-]n时为止，两者均是一种动态的平衡。根据这种原理，去除废水中的金属阳离子Mn+或酸根阴离子Nm-。

例如向水中投加Nm-离子的某种化合物，使[Mn+]m×[Nm-]n>L，形成MmNn沉淀，从而降低废水中的Mn+离子浓度。三、氢氧化物沉淀法采用氢氧化物作沉淀剂使工业废水中的许多重金属离子生成氢氧化物沉淀而得以去除，这种方法一般称作氢氧化物沉淀法。因此用氢氧化物沉淀法去除重金属离子。

常用的沉淀剂有石灰、碳酸钠等。

若以M(OH)n表示金属氢氧化物，则

M(OH)n=Mn++nOH-LM(OH)n=[Mn+][OH-]n

三、氢氧化物沉淀法

氢氧化物沉淀与pH值有很大的关系，金属氢氧化物的生成条件和存在状态与溶液的pH值有直接关系。根据水的离子积KH2O=[H+][OH-]=1×10-14

则得到：

pH=14－1/n(㏒[Mn+]－㏒LM(OH)n)

用氢氧化物法分离废水中的重金属时，废水的pH值是操作的一个重要条件。

此外，有些金属如Zn、Pb、Cr、Al等的氢氧化物为两性化合物，如pH值过高，它们会重新溶解。如：氢氧化物沉淀法试验结果两种以上金属离子共存时，采用氢氧化物沉淀法去除时往往分步进行，以便回收泥渣。P485应用四、硫化物沉淀法

工业废水中的许多重金属离子可以形成硫化物沉淀而得以去除。由于大多数金属硫化物的溶解度一般比其氢氧化物的要小得多，采用硫化物可使重金属得到较完全的去除。

硫化物沉淀法是向废液中加入硫化氢、硫化铵或碱金属的硫化物，使要去除的金属离子生成难溶的硫化物沉淀。以达到分离纯化的目的。

常用的沉淀剂有H2S、Na2S、KS、(NH4)2S等。四、硫化物沉淀法

注意事项：S2-能与许多金属离子形成络合阴离子，从而使金属硫化物的溶解度增大，不利于重金属的沉淀去除，因此必须控制沉淀剂的投加量。重金属离子的浓度和pH有关，随着pH值增加而降低。虽然硫化物法比氢氧化物法可更完全地去除重金属离子，但是由于它的处理费用较高，硫化物沉淀困难，常常需要采用共沉法或投加凝聚剂以加强去除效果，因此，采用得并不广泛，有时仅作为氢氧化物沉淀法的补充方法使用。此外，在使用过程中还应注意避免造成硫化物的二次污染问题。

五、其他沉淀法1．钡盐沉淀法

主要用于处理六价铬的废水

采用的沉淀剂有碳酸钡、氯化钡、硝酸钡等。如以碳酸钡处理含铬废水，则反应如下：

BaCO3+CrO42-=BaCrO4↓+CO32-

为了提高除铬效果，投加过量的碳酸钡，反应时间25-30min。出水中过量的Ba2+用石膏去除。

CaSO4+Ba2+=BaSO4↓+Ca2+

BaCO3与BaCrO4均为沉淀，但BaCrO4的溶度积比BaCO3小得多，属于沉淀转化。2．碳酸盐沉淀法

金属离子的碳酸盐的溶度积很小，对于高浓度的重金属废水，可以用投加碳酸钠的方法加以回收或去除。如：①含锌废水：

某些化工厂排出的废水中含锌离子，若不进行处理将污染环境。用碳酸钠与之反应，生成碳酸锌沉淀。沉渣用清水漂洗后，再经真空抽滤筒抽干，可以回收或回用生产。其化学反应如下：2．碳酸盐沉淀法②含铜废水：某些含铜工业废水也可以采用碳酸盐沉淀法回收，对于其沉淀下来的铜，一般还应进一步回收利用。③含铅废水：对于某些含铅工业废水利用碳酸盐沉淀法处理，对于其沉淀下来的废渣，应该送固体废物处理中心或在本单位进行无害化处理，以保证不对环境造成二次污染。反应式为：

Pb2++CO32-→PbCO3↓

3．铁氧体沉淀法

铁氧体是具有一定晶体结构的复合氧化物，不溶于酸、碱、盐溶液，也不溶于水。污水中的重金属可以通过形成MxFe3-xO4的尖晶石型铁氧体而去除。重金属废水+硫酸亚铁+碱→铁氧体晶粒↾空气化学沉淀法的工艺流程和设备与化学混凝法相类似，包括：①化学药剂(沉淀剂)的配制和投加设备；②混合反应装置，③使沉淀物与水分离的设备(沉淀池或气浮池等)。思考题：针对废水中的重金属设计相应的处理流程。第三节氧化还原一、氧化还原基本原理

把溶解于废水中的有毒有害物质，经过氧化还原反应，转化为无毒无害的物质，或转化为气体或固体容易从水中分离出去，这种废水的处理方法称为氧化还原法。1．无机物的化学氧化还原过程的实质是电子转移。物质的氧化还原能力的强度可以用相应的氧化还原电位的数值来比较。2．有机物的氧化还原过程，由于涉及共价键，许多反应并不发生电子的直接转移。目前化学氧化还原法仅用于饮用水处理、特种工业用水处理、有毒工业废水处理和以回用为目的的废水深度处理等有限场合。

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。在选择处理药剂和方法时，应当遵循下面一些原则

：(1)处理效果好，反应产物无毒无害，不需进行二次处理。(2)处理费用合理，所需药剂与材料易得。(3)操作特性好，在常温和较宽的pH值范围内具有较快的反应速度，当提高反应温度和压力后，其处理效率和速度的提高能克服费用增加的不足。当负荷变化后，通过调整操作参数，可维持稳定的处理效果。(4)与前后处理工序的目标一致，搭配方便。二、化学氧化（一）空气氧化（P513）

空气氧化法是以空气中的氧作为氧化剂来氧化有机物或还原性物质的方法。

目前常用的是空气氧化法处理含硫废水和给水中以地下水为水源时除铁。

二、化学氧化（一）空气氧化（P513）

空气氧化法处理含硫废水。向废水中同时注入空气和热蒸汽，硫化物转化为无毒的硫代硫酸盐或硫酸盐。

2S2-+2O2+H2O→S2O32-+2OH-2HS-+2O2→S2O32-+H2OS2O32-+2O2+2OH-→2SO42-+H2O

碱性条件下空气氧化法脱硫效果较好。

空气氧化除铁：

Fe2+

Fe3+

曝气后过滤(普通石英砂，锰砂或新型滤料滤池、滤器)可去除水中的铁（地下水作为水源的给水处理）（一）空气氧化二、化学氧化（二）臭氧氧化(P494)

臭氧氧化法是利用臭氧的强氧化能力，使污水中的污染物氧化分解成低毒或无毒的化合物。它不仅可降低水中BOD、COD，而且还可起脱色、除臭、除味、杀菌等功能。1．臭氧的物理化学性质分子式O3，常温下淡蓝色气体，有特殊臭味。臭氧不稳定，水中易分解成氧气，分解速度主要与水的温度和pH值有关，所以臭氧不易贮存。

2．臭氧的制备方法

常见的制备方法:无声放电法、放射法、紫外线辐射法、等离子射流法和电解法。

无声放电法又有气相中放电和液相中放电两种。

在水处理中多采用气相中无声放电法。1、何谓化学沉淀法？其应用的主要对象是什么？2、何谓氧化还原法？其应用的主要领域是什么？3、在应用氧化还原法时，选择处理药剂和方法应当遵循哪些基本原则？

习题：

你知道吗3。臭氧接触反应设备

分为气泡式、水膜式和水滴式三种反应器。（1）气泡式反应器

气泡产生的方式有多孔扩散式、机械表面曝气及塔板式三种。①多孔扩散式反应器多孔扩散装置有穿孔管、穿孔板和微孔滤板等。根据气和水的流向不同分为同向流和异向流。多孔扩散装置有穿孔管、穿孔板和微孔滤板等。根据气和水的流向不同分为同向流和异向流。②机械表面曝气式反应器

适合臭氧投量低的场合，缺点是能耗大。③塔板式反应器

塔板式反应器有筛板塔和泡罩塔。

（2）水膜式臭氧接触反应器

塔内装拉西环或鞍状填料，该反应器不论处理规模大小以及反应快满都能适应，但废水悬浮物高时易堵塞。

（3）水滴式臭氧接触反应器

优点：设备简单，造价低。缺点：对臭氧的吸收能力低，喷头易堵塞，预处理要求高。喷雾塔4.尾气处理

活性碳法：2C+O3⇀CO2+CO

药剂法:

亚铁盐等使其还原；氢氧化钠使其分解。

燃烧法：在3000℃以上立即分解。5.废水臭氧氧化处理系统设计

臭氧需要量：QO3=1.06QC

反应器容积:V=Qt/60

注：臭氧投加量C与HRT两个参数具有一定的相关性，需针对待处理的废水通过实验加以确定。6．臭氧氧化法在废水处理中的应用用途：主要用于印染废水处理、含氰或含酚废水的处理等。优点：氧化能力强，对除臭、脱色、杀菌、去除无机物和有机物都有显著的效果；无二次污染，无污泥；设备操作运行方便。缺点：臭氧发生装置造价高，臭氧生产产率低，臭氧利用率相对低；废水处理成本高。（1）印染废水处理

主要用于脱色。臭氧能将染料分子中的不饱和键打开，最后生成有机酸和醛类等分子较小的物质，使之失去显色能力。（2）含氰废水处理（电镀废水）

氰与臭氧的反应为：

2KCN+2O3→2KCNO+2O2↑2KCNO+H2O+3O3→2KHCO3+N2↑+3O2↑

第一步生成的氰酸根离子（CNO-）的毒性为氰根离子的1%，反应第二步达到无害化状态。

（三）氯氧化(P488)

氯系氧化剂有：液氯、漂白粉、氯气、次氯酸钠等。其基本原理都是利用产生的次氯酸根的强氧化作用。其作用是去除COD、色度、气味和氰化物等。

主要用于氰化物、硫化物、酚、醇、醛、油类的氧化去除及脱色、脱臭、杀菌、防腐等。。

氯氧化法常用来处理含氰废水，国内外比较成熟的工艺是碱性氯氧化法。

氰离子的氧化分两阶段进行。1．第一阶段：CN-被氧化为CNO-：在碱性条件下：

CN-+ClO-+H2O→CNCl+2OH-→CNO-+Cl-+H2O

工艺条件为：pH≥

11，当CN-浓度高于100mg/L时，pH值最好控制在12-13。2．第二阶段：CNO-可在不同的pH值条件下，进一步氧化水解（pH=6.5-7.0）：

2CNO-+3ClO-+H2O=N2↑+3Cl-+2HCO3-※碱性氯化法处理含氰废水的工艺流程

碱性氯化法处理含氰电镀废水大多数采用一级氧化处理，有特殊要求时可采用两级。处理工艺流程有连续处理和间歇处理。

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、次氯酸盐、过氧化氢等，常用氯气。光源多用紫外光，但应注意不同波长的光对特定物质有效。（四）光氧化(P514)

是工业废水处理的新技术，可以解决有毒害但无法生物降解的物质。1、类型：（1）光激化氧化法以臭氧、过氧化氢、氧和空气作为氧化剂，将氧化作用和光化学辐射相结合，产生氧化能力很强的自由基。（2）光催化氧化法在水溶液中加入一定量的半导体催化剂，在紫外线辐射下产生强氧化能力的自由基。2、光化学反应器的设计目前成品市场较少（1）紫外光源的选择选取对水处理最有效的波段范围。（2）水的紫外光吸收系数和穿透深度吸收系数：只有水吸收光时，才能进行光化学反应。穿透深度：紫外光在水中透射时，受水质和水深因素的影响。3、光强和剂量光强：功率的大小。剂量：作用在单位面积上的能量。三、化学还原

常用硫酸亚铁和亚硫酸盐还原处理含铬废水。（1）硫酸亚铁还原法

H2Cr2O7+6H2SO4+6FeSO4→Cr2(SO4)3+3Fe2(SO4)3+7H2OCr2(SO4)3+Fe2(SO4)3+12NaOH→2Cr(OH)3↓+2Fe(OH)3↓+6Na2SO4

硫酸亚铁石灰还原法的主要设计参数：废水中六价铬浓度控制在50-100mg/L；

pH值1～3、反应时间>30min、中和沉淀pH7～9

还原剂用量：FeSO4·7H2O:Cr6+=25-30:1。硫酸亚铁还原法处理含铬废水工艺流程（2）亚硫酸盐还原法

常用亚硫酸钠、亚硫酸氢钠或焦亚硫酸钠作为还原剂。焦亚硫酸钠水解后生成亚硫酸氢钠。

H2Cr2O7+3Na2SO3+3H2SO4=Cr2(SO4)3+3Na2SO4+4H2O2H2Cr2O7+6NaHSO3+3H2SO4=2Cr2(SO4)3+3Na2SO4+8H2O

亚硫酸盐还原法的主要设计参数：废水中六价铬浓度控制在100-1000mg/L；

pH2～3、反应时间30min、中和沉淀pH7～8。还原剂用量：亚硫酸钠(亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠):Cr6+(摩尔比)=4(4、3):1。

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。

金属还原法第四节电解法1、定义

利用电解的原理，使污染物质在电解过程中沉积于电极表面或沉淀下来或生成气体来处理废水的方法叫电解法。2、电解槽的结构形式

(1)回流式（P507)

优点：水流沿极板折流前进，流程长，有利于离子扩散，电解槽容积利用率高。缺点：施工和检修困难。（2）翻腾式极板悬挂，水流顺着板面前进，减少漏电。3、电解处理法的作用

（1）氧化作用电解产生O2，可以氧化有机物和无机物。

（2）还原作用电解产生