化学物理化学处理

关于化学物理化学处理第一页，共六十一页，编辑于2023年，星期日根据污水处理程度一级处理

只去除漂浮物和易沉物，使城市污水排入水体时不致立即出现不洁现象。二级处理

去除漂浮物和易沉物外，进而稳定污水中的有机物，基本上消除污水的耗氧性能。使水体接纳污水后不至于出现严重缺氧情况，水体生态系统将基本上维持原有的平衡状态。三级处理残留微量的悬浮固体和溶解的有害物。第二页，共六十一页，编辑于2023年，星期日课程内容概论污水的物理处理污水的生化处理污水的化学处理污水的物理化学处理城市污水回用污泥的处理和处置水处理工艺设计第三页，共六十一页，编辑于2023年，星期日污水的化学处理

是利用化学反应的作用以去除水中的杂质。处理对象

废水中无机或有机的溶解性物质和胶体物质。（难生物降解的）第四页，共六十一页，编辑于2023年，星期日目录第一节化学混凝法第二节中和法第三节化学沉淀法第四节氧化还原法第五页，共六十一页，编辑于2023年，星期日去除对象水处理中常见胶体：粘土颗粒（对于d<4μm），大部分细菌（0.2～80nm），病毒（10～300nm），蛋白质。胶体可分为憎水性、亲水性胶体或介于两者之间对憎水性胶体，其稳定性可用双电层结构来说明。对于亲水性胶体，其稳定性主要由于它所吸附的大量水分子所构成的水壳来说明。第一节化学混凝法第六页，共六十一页，编辑于2023年，星期日

胶体物质难沉淀的原因（稳定性）胶体物质的形成

难容物质从液体中析出：

⑴离子聚集形成微粒物质表面---吸附能力⑵电离后的颗粒表面---带电性能（负电荷）难沉淀（稳定）的原因同性相斥（静电斥力）--微粒状态表面水化层--分散状态稳定性：胶体颗粒在水中保持分散状态的性质。第七页，共六十一页，编辑于2023年，星期日第一节化学混凝法混凝过程具有两个作用：●第一个作用：使水中原有的离散微粒首先具有粘附在固体颗粒上的性质—凝聚（coagulation）●第二个作用：使这些具有粘附性的离散微粒能够粘结成絮体—絮凝（flocculation）混凝（coagulation-flocculation）第八页，共六十一页，编辑于2023年，星期日电位离子反离子扩散层胶团边界滑动面胶粒吸附层胶核ξ电位Ψ电位第九页，共六十一页，编辑于2023年，星期日胶体的脱稳及凝聚（混凝原理）⑴压缩双电层作用（凝聚作用）:水中投加电解质等混凝剂，消除或降低胶粒的ζ地位，使颗粒碰撞聚结，失去稳定性（凝聚）。第十页，共六十一页，编辑于2023年，星期日胶体的脱稳及凝聚（混凝原理）⑴压缩双电层作用（凝聚作用）:⑵吸附架桥作用（絮凝作用）：高分子混凝剂溶于水→水解和缩聚反应→高分子聚合物→两端吸附颗粒，在相距较远的两胶粒间进行吸附架桥，使颗粒逐渐结大，形成肉眼可见的粗大絮凝体（絮凝）。⑶网捕作用（过滤作用）：三价铝盐或铁盐等水解而生成沉淀物。这些沉淀物在自身沉降过程中，能集卷、网捕水中的胶体等颗粒，使胶体粘结。第十一页，共六十一页，编辑于2023年，星期日二、常用混凝剂和助凝剂1、混凝剂（1）无机盐类混凝剂：铝盐（硫酸铝、明矾）、铁盐（三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铁）。（2)高分子混凝剂：无机类（聚合氯化铝、聚合氯化铁）有机类（聚丙烯酰胺）。第十二页，共六十一页，编辑于2023年，星期日二、常用混凝剂和助凝剂

2、助凝剂：酸碱类：调节碱度（石灰、海藻酸钠）增加絮体性能类：密实性和沉降性（活性炭）氧化剂类：破坏混凝过程中的有干扰的有机物质（氯气）作用：提高沉淀效果提高澄清效果第十三页，共六十一页，编辑于2023年，星期日三、影响混凝效果的主要因素水温水解速率非常缓慢。粘度大，不利于脱稳胶粒相互絮凝。PH

用硫酸铝去除水中浊度时，最佳pH值范围在6.5-7.5；用于除色时，pH值在4.5-5之间水中杂质的成分、性质和浓度水力条件混凝过程中的水力条件对絮凝体的形成影响极大。整个混凝过程可以分为两个阶段：混合和反应。第十四页，共六十一页，编辑于2023年，星期日四、化学混凝的设备化学混凝的设备包括：混凝剂的配置和投加设备混合设备反应设备第十五页，共六十一页，编辑于2023年，星期日混凝剂的配置和投加设备调配方法：干法、湿法调配设备：溶解池、溶液池投加设备：泵前重力投加水射器投加计量泵投加计量设备：转子流量计，电磁流量计第十六页，共六十一页，编辑于2023年，星期日第十七页，共六十一页，编辑于2023年，星期日混合设备水泵混合隔板混合机械混合反应设备根据搅拌方式的不同：水力搅拌反应设备机械搅拌反应设备第十八页，共六十一页，编辑于2023年，星期日第十九页，共六十一页，编辑于2023年，星期日

第二十页，共六十一页，编辑于2023年，星期日第二十一页，共六十一页，编辑于2023年，星期日第二节中和法酸性和碱性废水的处理--中和法。一、酸性废水中和碱性废水、废渣投药中和（石灰、电石渣和石灰石等中和剂能配制成溶液或浆料）过滤中和（石灰石、白云石、大理石等中和剂为粒料或块料时）第二十二页，共六十一页，编辑于2023年，星期日第二节中和法二、碱性废水中和酸性废水、废液商品酸（工业硫酸、盐酸）酸性废气（烟道气）第二十三页，共六十一页，编辑于2023年，星期日目录第一节化学混凝法第二节中和法第三节化学沉淀法第四节氧化还原法第二十四页，共六十一页，编辑于2023年，星期日第三节化学沉淀法

（chemicalprecipitation)用易溶的化学药（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，在化学上称沉淀法。废水处理中，常用化学沉淀法去除废水中有害离子，如阳离子Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cr6+，阴离子SO42-、PO43-、CrO42-。第二十五页，共六十一页，编辑于2023年，星期日化学沉淀法原理溶度积（Ks）：难溶盐和难溶氢氧化物在溶液中的离子的浓度之积。是常数（溶解平衡常数）。溶解盐类是否产生沉淀的必要条件当能结合成难溶盐的两种离子的浓度之积超过这盐的溶度积（Ks)时，这盐将析出，而这两种离子的浓度将下降，需要去除的离子就与水分离。第二十六页，共六十一页，编辑于2023年，星期日第三节化学沉淀法根据使用沉淀剂的不同：氢氧化物沉淀法硫化物沉淀法碳酸盐沉淀法铁氧体沉淀法第二十七页，共六十一页，编辑于2023年，星期日第四节氧化还原法

氧化还原法在废水处理中不多见。原理：投加氧化剂和还原剂，经过与污染物质的氧化还原反应使有毒物质向无毒或微毒物质的转变。电镀废水处理中去除铬酸根和氰根含汞废水亦可用氧化还原法回收汞

第二十八页，共六十一页，编辑于2023年，星期日第四节氧化还原法一、化学氧化法氯系氧化法--氢化物、硫化物的去除（印染废水）空气氧化法--含硫废水（石油炼厂废水）臭氧氧化法--炼油废水光氧化法--印染废水二、化学还原法含铬废水（电镀废水）--硫酸亚铁、二氧化硫、铁屑、亚硫酸钠含汞废水—硼氢化钠第二十九页，共六十一页，编辑于2023年，星期日课程内容概论污水的物理处理污水的生化处理污水的化学处理污水的物理化学处理城市污水回用污泥的处理和处置水处理工艺设计第三十页，共六十一页，编辑于2023年，星期日污水的物理化学处理

是利用物理、化学的原理和化工单元操作以去除水中的杂质。处理对象

废水中无机或有机的溶解性物质和胶体物质（难生物降解的）。适用场合

回收利用--杂质浓度很高（蒸发、蒸馏、结晶）深度处理--杂质浓度很高低（吸附、离子交换、萃取、膜分离）第三十一页，共六十一页，编辑于2023年，星期日目录第一节吸附法第二节离子交换法第三节萃取法第四节膜分离法第三十二页，共六十一页，编辑于2023年，星期日第一节吸附法一、吸附理论1、吸附的一般概念吸附：在相界面上，物质的浓度自动发生累积或浓集的现象。固—液界面上的吸附

吸附剂：具有吸附能力的多孔性固体物质（固相）

吸附质：废水中被吸附的物质（液相）吸附法本质：吸附质吸附在吸附剂表面，予以回收或取出的方法。是一种传质现象。第三十三页，共六十一页，编辑于2023年，星期日

2、吸附的分类根据吸附剂表面吸附力的不同：物理吸附化学吸附离子交换吸附（可逆的化学吸附）一、吸附理论第一节吸附法第三十四页，共六十一页，编辑于2023年，星期日项目物理吸附化学吸附作用力分子引力剩余化学键力选择性可吸附多种吸附质有选择性吸附层单分子、多分子吸附层形成单分子吸附层吸附热放热反应吸附热较小≤4.19kJ/mol吸热反应吸附热较大83.7～418.7kJ/mol吸附速度快（几乎不需活化能）慢（需一定活化能生成化学键力）可逆性是可逆过程（吸附≒解吸）不可逆（吸附→解吸）温度低温高温第三十五页，共六十一页，编辑于2023年，星期日3、影响吸附的因素吸附剂性质（吸附能力、吸附速度）＊吸附能力的大小可用吸附量来衡量。＊吸附速度：单位重量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量。吸附质性质（吸附等温式）系统环境条件（PH、温度、共存物质）系统运行条件第一节吸附法一、吸附理论第三十六页，共六十一页，编辑于2023年，星期日1、吸附平衡吸附速度=解吸速度吸附量：吸附平衡时单位重量吸附剂上吸附的吸附质重量（g/g)。(q=y/m)2、吸附等温式表明被吸附物的量与浓度之间的关系式弗劳德利希(Freundlich)吸附等温式朗格缪尔(Langmuir)吸附等温式。二、吸附平衡及吸附等温式第三十七页，共六十一页，编辑于2023年，星期日⑴弗劳德利希等温式

⑵朗格缪尔等温式

（被吸附物质仅为单分子层的假定）c第三十八页，共六十一页，编辑于2023年，星期日常用是活性炭和腐植酸类吸附剂。

1、活性炭（多环芳香族组成的层面晶格结构）备制：原料--碳化--氧化（活化）（孔隙率、比表面积）种类：粉末状、颗粒状三、吸附剂第三十九页，共六十一页，编辑于2023年，星期日2、腐植酸类吸附剂天然的富含腐植酸的风化煤、泥煤、褐煤等可以直接使用或经简单处理后使用。（将富含腐植酸的物质用适当的粘合剂制备成的腐植酸系树脂。）腐植酸类物质能吸附工业废水中的许多金属离子，如汞、铬、锌、镉、铅、铜等。腐植酸类物质在吸附重金属离子后，可以用H2SO4、HCl、NaCl等进行解吸。三、吸附剂第四十页，共六十一页，编辑于2023年，星期日吸附剂的再生1、定义在吸附剂基本身结构不发生或很少发生变化的情况下，用某种方法把吸附质从吸附剂微孔中去除，恢复其吸附能力，以达到重复使用目的。2、再生方法加热再生药剂再生化学氧化法生物再生法第四十一页，共六十一页，编辑于2023年，星期日吸附工艺:(多孔性吸附剂的吸附过程)基本上可分为三个阶段：颗粒外部扩散阶段---即吸附质从溶液中扩散到吸附剂表面；孔隙扩散阶段----即吸附质在吸附剂孔隙中继续向吸附点扩散；吸附反应阶段---吸附质被吸附在吸附剂孔隙内的吸附点表面。一般，吸附速度主要取决于外部扩散速度和孔隙扩散速度。四、吸附工艺和设备第四十二页，共六十一页，编辑于2023年，星期日四、吸附工艺和设备设备：吸附塔或吸附柱吸附的操作方式：间歇式和连续式。⑴间歇式（静态吸附）⑵连续式（动态吸附）固定床（升流式、降流式）移动床流化床第四十三页，共六十一页，编辑于2023年，星期日

第四十四页，共六十一页，编辑于2023年，星期日吸附法除汞活性炭有吸附汞和汞化合物的性能，但因其吸附能力有限，只适宜于处理含汞量低的废水。炼油厂、印染厂废水的深度处理某炼油厂含油废水，经隔油，气浮和生物处理后，再经砂滤和活性炭过滤深度处理五、吸附法在污水处理中的应用第四十五页，共六十一页，编辑于2023年，星期日

第二节离子交换法一、概述定义吸附质离子—静电引力—吸附剂表面带电活动中心

吸附剂（离子交换剂）放出等当量可交换离子

进行等量同性离子交换反应。实质：特殊的吸附过程，是可逆性化学吸附。去除对象：溶解性离子＊水处理中软化和除盐的主要方法之一。＊去除或回收重金属离子。第四十六页，共六十一页，编辑于2023年，星期日在平衡状态下（正反反应速度相等）树脂中及溶液中的反应物浓度符合下列关系式：K--离子交换选择性系数离子交换是可逆反应，其反应式可表为：第四十七页，共六十一页，编辑于2023年，星期日二、离子交换剂离子交换树脂

人工合成的高分子聚合物，由树脂本体(又称母体或骨架)和活性基团两个部分组成。

分类：

(1)按活性基团的不同可分为＊含有酸性基团的阳离子交换树脂（强酸、弱酸性）＊含有碱性基团的阴离子交换树脂（强碱、弱碱性）按母体材质的不同＊有机、无机第四十八页，共六十一页，编辑于2023年，星期日(2)按活性基团中酸碱的强弱分为:强酸性(strongacid)阳离子交换树脂活性基团一般为－SO3H

（磺酸型阳离子交换树脂）弱酸性(weakacid)阳离子交换树脂活性基团一般为－COOH

（羧酸型阳离子交换树脂）强碱性(strongbase)阴离子交换树脂活性基团一般为NOH

（季胺型阴离子交换树脂）二、离子交换剂第四十九页，共六十一页，编辑于2023年，星期日※离子交换树脂的选用1.离子交换树脂的有效pH值范围2.交换容量(是离子交换树脂最重要的性能)

定量地表示树脂交换能力的大小。交换容量的单位是mol/kg（干树脂）或mol/L（湿树脂）。全交换容量:一定量的树脂所具有的活性基团或可交换离子的总数量。工作交换容量:指树脂在给定工作条件下实际的交换能力。3.交联度（7%-10%）4.交换势二、离子交换剂第五十页，共六十一页，编辑于2023年，星期日

三、离子交换的工艺和设备

按照进行方式的不同，可分为固定床和连续床两大类：第五十一页，共六十一页，编辑于2023年，星期日离子交换的工艺过程离子交换方式可分为静态交换与动态交换两种。静态交换--将废水与交换剂同置于一耐腐蚀的容器内，使它们充分接触（可进行不断搅拌）直至交换反应达到平衡状态。此法适用于平衡良好的交换反应。动态交换--指废水与树脂发生相对移动，它又有塔式(column)（柱式）与连续式之分。在离子交换系统中多采用柱式交换法。第五十二页，共六十一页，编辑于2023年，星期日离子交换工艺过程示意图树脂反洗废水反洗水反洗树脂再生液再生废液再生树脂产品水正洗废液正洗树脂进水产品水交换第五十三页，共六十一页，编辑于2023年，星期日第三节萃取法一、概述萃取的定义：用适当的溶剂分离混合物的过程。分类：液—液萃取：混合物为溶液固—液萃取：混合物为固体使用的溶剂叫萃取剂，提出的物质叫萃取物。第五十四页，共六十一页，编辑于2023年，星期日萃取法的实质（原理）萃取剂的特点：不溶于水（或溶解度很低），但能够溶解废水中某种物质，对其他物质的溶解度很低。在废水处理上，利用废水中的杂质在水中和有机萃取剂中溶解度的不同，可以采用萃取的方法，将杂质提取出来

用萃取法处理废水时，有三个步骤：①混合②分离③回收、再生

※技术上可靠，经济上合理，生产才能采用。第五十五页，共六十一页，编辑于2023