三废处理之化学法

3.1物理法

3.2化学法

3.3物理化学法3.4生物法第3章废水处理原理与设备1

化学法:向水中投加化学药剂，使之与污染物质发生化学反响，形成新物质而将其除去的废水处理方法。转化处理通过改变污染物的本性，使其变为无害的、易于别离的新物质23.2.1中和法3.2.2化学沉淀法3.2.2氧化复原法本讲主要内容3适用对象废水中溶解性或胶体性(难于生物降解)的污染物质。分为中和法、化学沉淀法、氧化复原法。化学沉淀法：主要用于重金属离子〔铜、镍、铬、锌、铅等〕的处理，氧化复原法：主要用于含氰和含铬废水处理。4适合酸洗车间和电镀车间排出的大量酸碱废水。3.2.1中和法①均衡法在均衡池中将酸、碱废水相混合，利用酸碱废水的自然中和作用，使废水pH值在6.5~8.5之间即可排放。②pH值直接控制法

常用：酸、碱废水相互中和法、投药中和法和过滤中和法等5一、投加中和法常用药剂是石灰、电石渣、石灰石等，有时也采用苛性钠和碳酸钠。中和药剂的投加量，可按化学反响式进行估算。石灰常使用熟石灰，配制成石灰乳液，浓度在10％左右，反响在池中进行。为了防止产生沉淀，石灰乳槽均装有搅拌设备。6石灰乳法:将石灰溶解成石灰乳后投加，由于Ca〔OH〕2对废水中的杂质具有凝聚作用，因此适用于含杂质多的酸性废水。

7二、过滤中和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。8〔1〕投加化学沉淀剂，发生化学反响，生成

难溶的化学物质，使污染物呈沉淀析出；

〔2〕通过凝聚、沉降、浮选、过滤、离心、吸

附等方法，将沉淀从溶液中别离出来；

〔3〕污泥的处理和回收利用。化学沉淀工艺向废水中投加某些化学沉淀剂，使之与废水中欲除去的污染物发生直接的化学反响，形成难溶的固体物而别离除去的方法。化学沉淀法9①气体沉淀剂

NH3、CO2、SO2、H2S等。②液体沉淀剂

可以加酸破坏废水中的络合离子，使沉淀析出。③固体沉淀剂

固体沉淀剂是指在溶液中呈固体存在的沉淀剂，例如悬浊的氢氧化钙、固体的碳酸钡等。沉淀剂按形态分类废水处理中，常用化学沉淀法去除废水中有害离子，阳离子如:Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cr6+，阴离子如:SO42-、PO43-。10水中的难溶盐服从溶度积原那么。在一定温度下，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常数-----溶度积常数，记为Ksp.MmNn=mMn＋＋nNm－Ksp＝[Mn＋]m[Nm－]n

废水中的溶解盐类发生沉淀的必要条件：其离子积大于溶度积.当[Mn＋]m•[Nm－]n＞Ksp时，溶液过饱和，超过饱和那局部将析出沉淀。当[Mn＋]m•[Nm－]n＜Ksp时，溶液不饱和，难溶盐将溶解。1.化学沉淀原理11

为了去除废水中的Mn＋离子，向水中投加具有Nm－离子的某种化合物，使[Mn＋]m[Nm－]n＞Ksp

形成MmNn沉淀，从而降低水中Mn＋的离子的浓度。为了最大限度地使[Mn＋]m

值降低，也就是使Mn＋离子更完全地去除，可以考虑增大[Nm－]n

值，也就是增大沉淀剂的用量。一般不超过理论用量的20～50％。12假设用氢氧化物做沉淀剂，废水中的金属离子加碱后的反响为：Mn＋＋nOH－M(OH)n↓设氢氧化物M(OH)n的溶度积为Ksp，金属离子初始浓度为[Mn＋]，那么溶度积Ksp＝[Mn＋][OH－]n水的离子积Kw＝[OH－][H＋]=10－14(25℃)[OH－]＝Kw/[H＋]13将上式代入溶度积计算式，两边取负对数得：－1g[H＋]=－(1g10－14－1g

)－1g[H＋]=14－(1g[Mn＋]－1gKsp)即lg[Mn＋]＝lgKsp＋14n－npH

由上式可知：一种难溶金属的氢氧化物是否从溶液中沉淀出来，主要取决于溶液的pH值。从理论上可以计算出金属离子浓度一定时生成沉淀的相应pH值。14各种废水都是以水为分散介质的分散体系。根据分散相粒度不同，废水可分为三类：粒度在0.1~1μm

之间----真溶液；粒度在1~100μm

之间----胶体溶液或悬浮液，采用混凝处理；粒度大于100μm----悬浮液，采用沉淀或过滤处理。2.混凝沉淀法15投加化学药品来破坏胶体和细微悬浮颗粒在水中形成的稳定体系，使水中细小颗粒相互碰撞和互聚形成有明显沉淀性能的絮凝体，从而由水中别离出来。适应对象处理一些细微悬浮物和以胶体颗粒形式存在的污染物废水〔1〕混凝过程16指微粒通过吸附，卷带和桥连而成长为更大絮凝体的过程。凝聚絮凝混凝法指胶体和超胶体脱稳，并聚集为微絮粒子的过程；17溶于水后能形成长链状分子〔有时出现分枝〕，从而可以吸附和卷带胶粒的物质。凝聚剂絮凝剂混凝剂在水中形成高价离子使胶体进行凝聚，又可形成带异号电荷的另一种胶体使电性相反的两种胶体进行异体凝聚的物质。〔2〕混凝剂18要求混凝剂效果良好对人体健康无害价廉易得使用方便影响混凝效果主要因素水温pH水中杂质成分、性质和浓度水力条件19无机混凝剂：

铝盐--硫酸铝、明矾、聚合氯化铝等；

铁盐--硫酸亚铁、硫酸铁、三氯化铁等。有机混凝剂：水溶性高分子化合物,如聚丙烯酰胺.混凝剂种类20硫酸铝AL2(SO4)3.18H2O制造工艺复杂，水解作用缓慢；含无水硫酸铝50%—52%(精制)；适用于水温为20—40℃

当pH=4～7时，主要去除有机物；pH=5.7～7.8时，主要去除悬浮物；pH=6.4～7.8时，处理浊度高，色度低〔小于30度〕的水。无机混凝剂21明矾〔十二水合硫酸铝钾KAl〔SO4〕2·12H2O〕

净水剂——明矾溶于水后电离产生了Al3+，Al3+与水电离产生的OHˉ结合生成了氢氧化铝，氢氧化铝胶体粒子带有正电荷，与带负电的泥沙胶粒相遇，彼此电荷被中和。失去了电荷的胶粒，很快就会聚结在一起。2.灭火剂——1mol/L的明矾溶液和约1mol/L的NaHCO3〔小苏打〕溶液〔还有起泡剂〕，两种溶液的体积比约为11:2，释放出足量的二氧化碳，以到达灭火的目的。3.药物——明矾性寒味酸涩，具有较强的收敛作用。4.其他作用——制备铝盐、油漆、鞣料、媒染剂、造纸、防水剂5.微毒性6.膨化剂22无机高分子多价聚合电解质絮凝剂，有固、液两类产品。特点：强烈的凝聚除浊功能广泛的pH适用范围较好的絮凝沉降效果投量少、效果佳、价格低聚合氯化铝〔PolyaluminiumChloride〕简称PAC2324生产地：辽宁辽阳市净水厂、山东聊城凤民净水原料有限公司、巩义市富源净水等等。特点:

净水效果明显，絮凝沉淀速度快、沉降快、活性好、不需加碱性助剂。适应PH范围宽：对管道设备腐蚀性低；能有效去除水中色质SS、COD、BOD

及砷、汞等重金属离子.用途：广泛用于饮水、工业用水和污水处理领域.25聚合硫酸铁〔简称聚铁〕

PolymericFerricSulfate缩写〔PFS〕高效无机高分子絮凝剂能快速中和水中胶体微粒外表的负电荷使之脱稳，又能在粒子间架桥或起吸附作用而产生絮凝作用。所产生絮凝物比重大，沉淀速度快，絮凝效果好，与其它无机絮凝剂相比，具有较高的净化能力。

广泛用于生活饮用水、城镇污水及脱泥水、各种工业废水的净化处理。26絮凝剂是由有机高分子聚合物架构中，嵌有高分子无机物的络合大分子集团化合物。絮凝剂在参加漂染污水中，会立即发生电化学一系列的反响〔胶体电荷〕-----凝聚〔絮凝架桥〕-----吸附〔复合物形体〕-----脱色〔截断、吸附〕-----沉淀〔絮凝加固〕。有机混凝剂27

聚丙烯酰胺〔Polyacrylamide〕缩写〔PAM〕有机高分子絮凝剂水溶性较好的高分子白色颗粒聚合物。由于其分子链中带有一定数量的阴性、中性、阳性电荷和强有力的吸附基因，可中和废水中的悬浮物胶体颗粒外表的电荷，破坏其稳定性。脱稳后的胶体颗粒在高分子聚合物活性基团的架桥作用下相互吸附，迅速形成较大的絮团下沉，从而起到固液别离的最终目的。28产品种类：阴离子型、阳离子型、非离子型、两性离子型，分子量在400-3800万之间，产品外观为白色或略带黄色粉末，液态为无色粘稠胶体状，易溶于水,温度超过120℃时易分解。聚丙烯酰胺分子中具有阳性基团〔-CONH2〕，能与分散于溶液中的悬浮粒子吸附和架桥，有着极强的絮凝作用.作用：PAM用作污水处理，对水中有机物去除效率高，用量少，沉降速度快，制水本钱低，是其它絮凝剂无法替代的产品。生产地：邹城美可利环境材料、济南泺润水处理科技、北京明建科技、巩义市瑞华供水材料等等。29

胶体溶液具有稳定性，而废水中的混浊液多具有胶体溶液的性质,即

带有同种电荷具有强烈的吸附性能水化作用

〔3〕混凝原理30胶体结构的中心是由数十到数千个不溶于水的分散物质分子组成的胶核。双电层的内层.双电层的外层.反离子吸收层，它和电位离子组成胶团的固定层。扩散层。胶粒与扩散层一起构成了电中性的胶团图3–18胶体界面扩散双电层双电层的内层双电层的外层反离子吸收层电位离子ξ电位总电位31双电层的内层电位离子反离子吸收层双电层的外层当胶粒运动时，扩散层中的大局部反离子会脱离胶团，向溶液主体扩散。其结果必然使胶粒产生剩余电荷，使胶粒与扩散层之间形成一个电位差，此电位称为ξ电位。总电位ξ电位胶体的稳定性32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。而布朗运动的动能缺乏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。33名称方法特点压缩双电层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。胶体脱稳凝聚机理和方法34名称方法特点吸附和电位中和向溶液中加入铁盐或铝盐，使形成络离子，产生吸附并中和电位，使胶体脱稳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。吸附桥连作用当加入链状高分子聚合物时，使其链节吸附不同胶粒，产生架桥作用，形成大颗粒而沉降胶体脱稳凝聚机理和方法35将高分子絮凝剂干粉状固体配置成低浓度药剂，具有体积小、效率高、连续配置等特点。

性能参数：

配置能力：6立方/小时

配比浓度：1～3‰

加干粉量：2～6kg/h

整机功率：4kW〔4〕混凝设备36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37(2)混凝剂溶液的投加38混合设备(1)水泵混合(2)隔板混合(3)机械混合39反响设备(1)隔板反响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。40(2)机械反响池41通过氧化复原反响可以把有毒的污染物变成无毒害或微毒害的污染物，从而到达净化处理的目的。氧化复原反响是一种可逆反响，通式如下：氧化剂+复原剂复原剂+氧化剂氧化复原法假设投加药剂在反响中作为复原剂，称为复原处理法；假设投加药剂在反响中作为氧化剂，称为氧化处理法。42某种物质能否表现出氧化剂或复原剂的作用，主要由反响双方的氧化复原能力的比照情况来决定。氧化复原能力就是指某种物质失去或取得电子的难易程度，可以统一用氧化复原电位作为指标。常见物质的标准氧化复原电位值E0见表3-9，由负值到正值，依次排列。凡位置在前者可以作为位置在后者的复原剂，放出电子；而位置在后者可以作为位置在前者的氧化剂，得到电子。氧化剂与复原剂的电位差越大，反响越容易发生，而且进行得越完全。

431〕药剂氧化法处理对象：废水中的CN–、S2–、Fe2+、Mn2+等离子及造成色度、味、嗅、BOD、COD的有机物以及致病微生物，电镀废水中主要用以处理含氰废水。常用氧化剂：包括氯气、氯的含氧酸等。442)药剂复原法处理对象：废水中的Cr6+和Hg2+等重金属离子，在电镀废水中主要用以处理含铬废水。常用的复原剂有：气态或烟道器中的SO2、液态的水合肼、固态的硫酸亚铁、亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、焦亚硫酸钠等。453.2化学法小结中和法化学沉淀法氧化复原法46一、某县水文及地质资料〔1〕水源地：水库水。〔2〕水质资料：浊度50NTU，色度35度，pH值6.9，总硬度160mg/Ｌ〔以CaCO3计〕，细菌总数600个/Ｌ，大肠菌群76个/Ｌ。〔3〕水温：多年统计，月平均4.5~26.8℃。工程地质条件良好。〔4〕其他：年平均气温11.3~13.6℃，年雨量529~638mm，最地气温-10.3℃，最高气温40.3℃，最大冻土深度0.45m。第三次作业絮凝池斜管沉淀池普通快滤池清水池二级泵站原水出水→↓→→→↓氯消毒↓水处理工艺流程47二、初步设计按上述流程对以江河作水源的水〔含一些细微悬浮物和以胶体颗粒形式存在的污染物〕进行处理，上网了解混凝剂种类、特点、应用、价格及山东省市场供给情况。〔1〕确定在絮凝池中投加什