水处理课件 第十一至十三章+中和沉淀氧化还原

第十一章、中和法第一节、中和反应和中和试剂第二节、药剂中和第三节、过滤中和第四节、烟道气中和1中和法概述适用情况废水pH超过排放标准工业废水排入城市下水道系统前化学处理或生物处理之前处理方法酸性废水：与碱性废水中和、药剂中和、过滤中和碱性废水：与酸性废水中和、药剂中和、烟气中和2第一节、中和反应和中和试剂中和原理：酸与碱生成盐和水的中和反应酸性废水常见酸性物质：无机酸：硫酸、硝酸、盐酸、氢氟酸、磷酸有机酸：醋酸、甲酸、柠檬酸常溶解有金属盐。中和试剂：石灰(CaO)、石灰石(CaCO3)、白云石(MgCO3•CaCO3)、苛性钠(NaOH)、苏打(Na2CO3)3电石渣白云石4碱性废水常见碱性物质苛性钠、碳酸钠、硫化钠及胺类等中和试剂：硫酸、盐酸、硝酸、烟道气（含CO2、SO2)等。5中和设备集水井和混合槽适用于废水的水质水量变化小，或废水缓冲能力比较大的情况连续流中和池适用于废水的水质水量变化不大，并且废水有一定的缓冲能力间歇式中和池适用于废水水质水量变化较大的情况6第二节、药剂中和适用于任何浓度、任何性质的酸性废水中和反应原理与酸反应：Ca(OH)2+2H+→Ca2++2H2O与金属反应：

FeCl2+Ca(OH)2→Fe(OH)2+CaCl2PbCl2+Ca(OH)2→Pb(OH)2+CaCl27Q:废水流量，m3/dK：不均匀系数。用石灰乳中和硫酸：K1.05~1.10；以干投或石灰浆投加：K1.4~1.5；中和硝酸、盐酸：K1.05α:中和剂的纯度c:废水中含酸质量浓度，kg/m3c’:废水中需中和的酸性盐质量浓度，kg/m3µ:中和剂理论比耗量(中和1kg酸所需的碱量)，kg/kgµ’:中和1kg酸性眼泪物质所需碱性药剂量，kg/kg药剂用量82x36.5741kg1x74/73=1.02kg例：有一含8g/LHCl的酸性废水，日产生量为70m3,现以消石灰中和，其Ca(OH)2的有效成分为65％，中和效率为95％，求其用量为多少？9废水的预处理中和药剂的制备与投配、混合与反应中和产物的分离泥渣的处理与利用杂质的澄清，水质及水量均和干投、湿投沉淀脱水、干化工艺流程10酸性废水隔板混合槽石灰粉贮斗电磁震荡设备设备简单，但反应速度慢、不彻底、投药量大(理论值的1.4–1.5倍)，同时要粉碎筛分石灰的劳动强度大投药–干投法11设备较多;但反应速度迅速彻底、投药量较少(理论值的1.05–1.10)投药–湿投法12药剂中和特点对废水浓度和性质无特殊要求，废水中允许有较多的悬浮杂质，对水质、水量波动适应性强中和药剂利用率高，中和过程易调节劳动条件差，药剂配置及投加设备较多，基建投资大，泥渣多且脱水难13第三节、过滤中和让含酸废水流过碱性滤料，以达到中和废水的目的。适用废水：酸浓度不高油、重金属盐浓度不高主要滤料：石灰石(CaCO3)大理石(CaCO3)白云石(CaCO3•MgCO3)14普通中和滤池15

滤料粒径小(0.5–3.0mm)

滤速高(60–70m/h)，滤料可悬浮起来，使表面形成的硬壳易剥离。废水从下往上流，CO2易排出，剥离的硬壳易随水流流走，滤床不易堵塞。

恒滤速升流式膨胀中和滤池16滤池下部横截面积小，上部大。下部滤速为130-150m/h,上部滤速为40–60m/h。滤层能全部膨胀，细小滤料又不致流失，使滤料尺寸的使用范围大。变速升流式膨胀滤池17滤料随滚筒转动，滤料间产生激烈摩擦，使得表面形成的硬壳能及时剥落，加快中和反应速度。能处理浓度较高的酸性废水。构造复杂，动力费用高，对设备的耐腐蚀性能要求高。滚筒中和滤池18第四节、烟道气中和烟道气：含碳燃料燃烧时所产生而从烟道或烟囱出来的气体。主要成分：CO2、SO2、H2S等。中和机理：19例：从一个石灰窑排出的废水中含有一定量的Ca(OH)2，且PH＝11.0，现通入酸性CO2气体，使废水中的Ca(OH)2全部转化为Ca(HCO3)2，问对每吨废水需要通入多少CO2

？20[OH-]:0.001M[Ca(OH)2]:0.0005M一吨废水含Ca(OH)2:

20.5mol 1mol需CO2:21烟道气出水喷淋塔液体再分布板尾气碱性废水填填料料

可结合废水中和及消烟除尘处理后的废水硫化物、色度、耗氧量均有显著增加。22第十二章、化学沉淀法第一节：概述第二节：氢氧化物沉淀法第三节：其它化学沉淀法23第一节、概述化学沉淀法投加化学药剂(沉淀剂)

化学药剂与污染物发生化学反应，生成难溶于水的盐类沉淀下来。处理对象：重金属离子：Hg,Cd,Pb,Zn,Ni,Cr,Fe,Cu碱土金属：Ca，Mg某些非金属：As,F,S,CN,B某些有机污染。24化学沉淀法原理25分子式Ksp

pKsp

(-lgKsp)分子式Ksp

pKsp

(-lgKsp)AgCl1.8×10-109.75Fe(OH)3

4.0×10-38

37.4Ag2CO3

8.1×10-1211.09Hg2Cl21.3×10-1817.88AgOH2.0×10-87.71Hg2CO38.9×10-1716.05Al(OH)34.57×10-3332.34Hg2(OH)2

2.0×10-2423.7BaCO3

5.1×10-98.29MgCO33.5×10-87.46BaSO41.1×10-109.96Mg(OH)2

1.8×10-1110.74CaCO3

2.8×10-98.54NiCO36.6×10-98.18CaF2

2.7×10-1110.57Ni(OH)2(新)2.0×10-1514.7CaSO4

3.16×10-65.04PbCl2

1.6×10-54.79CdCO3

5.2×10-1211.28PbCO3

7.4×10-1413.13CuCl1.2×10-6

5.92Pb(OH)2

1.2×10-1514.93CuCO3

2.34×10-10

9.63PbS1.0×10-2828.00Cu(OH)2

4.8×10-20

19.32Zn3(AsO4)2

1.3×10-2827.89FeCO3

3.2×10-11

10.50ZnCO3

1.4×10-1110.84Fe(OH)2

8.0×10-16

15.1Zn(OH)22.09×10-1615.6826当溶液中同时存在Ba2+，SO42-,CrO4-：同级沉淀当溶液中数种离子都能和同一种离子生成沉淀时，它们生成沉淀的顺序称为分级沉淀。BaSO4先沉淀同时沉淀BaCrO4先沉淀27第二节、氢氧化物沉淀法[Mn+]相同：Ksp越小，则开始析出氢氧化物沉淀的pH越低同一种金属离子：浓度越大，开始析出的pH越低28Ksp(Cu(OH)2)=4.8×10-20Ksp(Fe(OH)2)=8.0×10-16

[Cu2+]=[Fe2+]=10-4MCu：pH=(lg(4.8×10-20)+14×2–lg[10-4])/n=6.34Fe：pH=(lg(8.0×10-16)+14×2–lg[10-4])/n=8.45例：29金属离子Fe3+Al3+Cr3+Cu2+Zn2+Ni2+Pb2+Cd2+Fe2+Mn2+沉淀的最佳pH6~125.5~88~9>89~10>9.59~9.5>10.55~1210~14加碱溶解的pH>8.5>9>10.5>9.5>12.5部分金属氧化物沉淀析出的pH值范围30例：含〔Cd2+〕浓度为20g/m3的废水，水量Q＝100m3/d,排放前将废水调节到pH=10.0,此时水中大部分镉转化为Cd(OH)2沉淀得以除去。问经过如此处理后每天随废水排放的镉量还有多少？生成的沉淀量又是多少？已知Cd(OH)2的溶度积常数KSP=4.0x10―1431每天随废水排放的镉：每天生成的Cd(OH)2沉淀量：32第三节、其它化学沉淀法硫化物沉淀法：碳酸盐沉淀法：33氯化物沉淀法：氟化物沉淀法磷酸盐沉淀法：卤化物沉淀法：34第十三章、氧化还原法第一节：氧化法第二节：还原法第三节：电化学法35氧化还原法：将废水中的污染物氧化或还原成无毒或微毒，或易于从水中分离出来的新物质。氧化还原反应过程中，发生电子转移：氧化：失e-还原：得e-36Table1.

StandardElectrodeReductionandOxidationPotentialValuesReactionsEo(V)Ca2++2e-→Ca-2.87Al3++3e-→Al-1.66Mn2++2e-→Mn-1.182H2O+2e-→H2+2OH--0.83Zn2++2e-→Zn-0.76Fe2++2e-→Fe-0.44Cr3++3e-→Cr-0.41Cd2++2e-→Cd-0.40Ni2++2e-→Ni-0.25Pb2++2e-→Pb-0.13Fe3++3e-→Fe-0.042H++2e-→H20.00Cu2++2e-→Cu0.34O2+2H2O+4e-→4OH-(pH=14)0.40Fe3++e-→Fe2+0.77O2+4H++4e-→2H2O(pH=0)1.23Cr2O72-+14H++6e-→2Cr3++7H2O1.33MnO4-+8H++5e-→Mn2++4H2O1.52E0=E0ox-E0red

=0-（-0.44）=0.44V∆G0=-nFE0<0标准点位37e.g.计算1mol/LHCl溶液中，C(Ce4+)=1.0010-2mol/L,C(Ce3+)=1.0010-3mol/L时，Ce4+/Ce3+电对的电位。能斯特方程：38第一节、氧化法空气氧化法臭氧氧化法氯氧化法高级氧化法(AOP)39空气氧化法用途：含硫(S2-,HS-,H2S)废水的处理。碱性条件下，各电对有较强的还原能力。因此，利用分子氧氧化硫化物，以碱性条件较好。40臭氧氧化法用途：含处理含酚、氰废水印染、染料废水脱色印染、染料废水水中铁、锰等金属离子。41氯氧化法采用氯系氧化剂，如NaClO、漂白粉和液氯用途：废水中的氰化物、硫化物、酚、醇、醛、油类对废水进行脱色、脱臭、杀菌等处理。42连续式完全氧化工艺流程43氧化剂反应氧化电位(V)·OH·OH+H++e-→H2O3.06O3O3+2H++2e-→O2+H2O2.07H2O2H2O2+2H++2e-→2H2O1.77HClOHClO+H++2e-→Cl-+H2O1.63Cl2Cl2+2e-→2Cl-1.36高级氧化法(AdvancedOxidationProcessesAOPs)以羟基自由基(·OH)为主要氧化剂，处理难以生物降解或对生物有毒害作用的有机污染物。44AOPs特点高氧化性氧化方式不受化合物或基团限制，几乎可以氧化所有的还原性物质反应速率快：反应速率常数：O3---0.01~1000L/(mols)·OH----108~1010L/(mols)提高可生物降解性，减少三卤甲烷(THMs)和溴酸盐的生成45Secondorderrateconstants

ofO3andHOforsomeorganiccompounds

DataobtainedfromB.Legubeet.al,CatalysisToday,53(1999)61-72andR.Andreozziet.al,CatalysisToday,53(1999)51-59OrganiccompoundRateconstant((M-1s-1)O3HOSalicylicacid31031.61010Benzene27.8109Toluene147.8109m-xylene947.5109Chlorobenzene0.754109Trichloroethylene174109Nitrobenzene0.093.9109Tetrachloroethylene<0.11.7109n-Butanol0.634.6109Formicacid51.3108Oxalateion<410-27.710646AOPs工艺–Fenton试剂

链引发反应：H2O2+Fe2+─→HO·+Fe3++OH-(1)

链传递反应：Fe2++HO·─→Fe3++OH-

(2) H2O2+Fe3+─→HO2·+Fe2++H+(3)Fe3++HO2·→Fe2++O2+H+

(4)HO·+H2O2→HO2·+H2O(5)HO·+R-H→R·+H2O (6)HO·+R-H→[R-H]+·+HO-(7)Fenton试剂：Fe(II)+H2O247AOPs工艺–Fenton试剂(con’d)

链终止反应：

2HO·→H2O2(8)2HO2·→H2O2+O2(9)Fe3++HO2·→Fe2++H++O2(10)HO2·+Fe2++H+→Fe3++H2O2(11)

HO·+R1-CH=CH-R2

→R1-C(OH)H=CH-R2(12)48

Fenton试剂处理酒精废水

酒精废水经厌氧-好氧生化处理后，出水中残存的难降解有机物以溶解性物质为主常规的化学混凝处理投药量过高(900mg/L以上)，且对COD和色度的处理效果相当有限。COD（mg/L）BOD（mg/L）B/CpH760-82090-1100.12-0.137.0-7.249

Fenton试剂处理酒精废水(con’d)

芬顿氧化的COD和色度处理效果明显优于化学混凝处理。其药剂费用与化学混凝处理相当。50AOPs工艺–H2O2/UV51AOPs工艺–O3/UV52AOPs工艺--H2O2/O353AOPs工艺--TiO2催化氧化54第二节、还原法还原法除铬:投加FeSO4+石灰：55

还原法除汞pH9~1156第三节