环境工程基础20094

2.3废水的化学处理方法与过程2.3.1混凝法2.3.2中和法2.3.3氧化还原法2.3.4化学沉淀法

2.3.1混凝法混凝可去除的颗粒大小是胶体及部分细小的悬浮物，是一种化学方法。一般认为粒径小于10的颗粒不可能依靠沉淀进行分离去除颗粒粒径范围在：1nm~0.1

m（有时认为在1

m）

混凝目的：投加混凝剂使胶体脱稳，相互凝聚生长成大矾花。水处理中主要杂质：粘土（50nm-4

m）

细菌（0.2

m-80

m）

病毒（10nm-300nm）

蛋白质（1nm-50nm）、腐殖酸

混凝流程：

混凝剂－溶解池－溶液池－计量设备－投加设备－混合设备－沉淀（或气浮）分离

胶体稳定——细小颗粒带电现象胶体表面优先吸附有共同成分的离子胶体本身成分表面电离静电斥力大于等于重力，胶体稳定不沉降。胶体带电现象实证——电泳现象胶体脱稳方法——加入反电性高价电解质，压缩双电层。电泳现象胶体的双电层混凝机理固体悬浮物与胶体物质带负电性，颗粒带电同性相斥，导致细小悬浮物在废水中处于稳定状态。通过投加电解质、高分子表面活性物质，使带电颗粒双电层压缩，电性降低，产生颗粒团聚作用，颗粒长大后通过沉淀去除。混凝过程包括凝聚与絮凝两个过程：凝聚指胶体脱稳，微小颗粒聚集；絮凝指小絮凝颗粒通过吸附、卷带和桥联而形成大的絮体。混凝剂混凝剂分为无机与有机两大类。混凝剂无机类：氯化铁、硫酸铁、氯化铝、硫酸铝、聚合氯化铝、聚合硫酸铁等。有机类：中性聚丙烯酰胺，阳离子型聚丙烯酰胺，阴离子型聚丙烯酰胺等胶体表面电位与胶体稳定高分子絮凝剂结构混凝工艺与设备混凝处理工艺包括：混合、反应、絮体分离三个阶段。从工艺上分：分开式—混合池与反应池、沉淀池分开综合式—将絮体的絮凝过程与沉淀分离过程安排在同一构筑物内完成。 影响因素分析SS浓度：SS过大与过小都对混凝不利，因此在SS过小的情况下经常要另外加入一些絮凝絮体或颗粒物。水温：温度降低会对混凝沉降产生不利影响，增加混凝剂用量加药种类与加药量：无机絮凝剂主要作用为使得带电颗粒脱稳，而有机絮凝剂主要使颗粒架桥及长大，因此要在加药种类及加药量上合理调节。流速：废水在反应池与沉淀池的流速过大，会破坏已经长大的絮体，因此要保持废水流速在一个较低的水平应用场合与特点废水预处理、中间处理环节、深度处理目标：去除SS、去除废水色度、去除部分重金属离子优点：设备简单、处理效果好、运行相对稳定缺点：絮凝剂投加量大、运行费用高、产生的污泥处理困难。工艺计算方法常用标准试验进行混凝剂优化使用条件确定，然后进行放大计算。标准混凝试验装置混凝计算药剂投加量计算计算依据：以实验测定相应条件下水样的混凝剂与污染物去除效果曲线来确定单位废水药剂投加量。

例：某针织厂废水TOC为50－60mg/L，pH值为7.5。采用PAC混凝剂，投加量为140mg/L时，TOC去除率为68％。PAC价格为3000元／吨，该厂废水量为200m3/d,求每年的药剂量及药剂费用。解：每年药剂量w=140*10-6*200*365=10.22吨每日药剂费用＝3000*10.22=36600元2.3.2中和法

中和法原理中和法就是利用酸碱中和生成盐的化学原理将废水从酸性与碱性条件下校正到中性附近，以便于结合其他手段处理。中和法设备包括反应池、加药泵、搅拌机、沉淀池、过滤池等中和流程投药中和流程：适用于各种中和处理情况，但药剂及运行费用较高。过滤中和流程：适用于有固体中和滤料的场合。该流程结构简单，运行费用低，而且在合适条件下处理效果良好。中和法应用场合酸性废水处理：石灰乳液＋酸性废水，费用较低廉。NaOH、Na2CO3、氨水溶液＋酸性废水，碱液均匀，中和效果好，但是药剂费用高。石灰石过滤中和工艺碱性废水处理：常用废酸、酸性废水、烟道气（含有CO2)对碱性废水进行接触及中和反应，工艺过程比较简单。中和法的计算原则:可溶性中和剂:酸碱等当量计算,中和剂不可过量。不溶性中和剂:中和剂可过量,并主要考虑表面反应动力学速度是否达到废水流量要求。2.3.3氧化还原法

氧化还原法原理氧化法：向废水中投加氧化剂，氧化废水中的有毒有害物质，使之转化为毒害性较小物质或无毒化。还原法：采用还原剂改变有毒有害物质价态，使之转化为毒害性较小物质或无毒化。氧化法应用举例氯化消毒：通过向废水中加氯、或者加次氯酸钠等溶液，可以对废水中细菌灭活，并能够降低BOD及消除异味。氯易溶于水中，在清水中，发生下列反应： Cl2+H2O

HOCl+H++Cl-

HOCl

H++OCl-

HOCl和OCl-的比例与水中温度和pH有关。pH高时，OCl-较多。 pH>9，OCl-接近100%。 pH<6，HOCl接近100%。 pH=7.54,[HOCl]=[OCl-]

HOCl和OCl-都有氧化能力，但细菌是带负电的，所以一般认为主要是通过HOCl的作用来消毒的。只有它才能扩散到细菌表面，并穿透细胞壁到细菌内部，破坏细菌酶系统。实践也表明pH越低，消毒作用越强。

氯化消毒的主要基团为次氯酸，次氯酸能够在水中长期稳定存在，因此在给水中保持一定的余氯以防止给水中细菌的生长。臭氧消毒：臭氧是一种强氧化剂，对各种有机基团均有较强的氧化能力。作用：既是氧化剂，又是消毒剂，渗入细胞壁。作为消毒剂，不会产生三卤甲烷副产物，杀菌和氧化能力比氯强。但由于臭氧在水中不稳定，易散失，因此在O3之后，往往需要投加少量的氯等。废水经臭氧处理后臭氧迅速分解，因此不产生二次污染。但是臭氧不稳定，不能作为细菌防止药剂。高级氧化技术：分解、消除毒性难降解有机物。往往在高温高压下进行。

还原法应用举例常用的还原剂有铁粉、锌粉、硫酸亚铁以及电解阴极等还原法最主要用于对高价铬的处理。以亚硫酸氢钠还原六价铬，将之降价为毒性较低的三价铬，再通过碱沉淀去除的方法，其的反应方程为：2.3.4化学沉淀法化学沉淀法原理投加某种化学药剂（沉淀剂）→使与水中的溶解物质发生反应→生成难溶盐类→→降低水中溶解性物质的含量→→一般用于处理含重金属废水利用溶度积原则。难溶盐在饱和溶液中溶解与沉淀的平衡：

MmNn=mMn++nNm-平衡常数K＝[Mn+]m[Nm-]n/[MmNn]

溶度积L＝[Mn+]m[Nm-]n化学沉淀法是指向废水中投加某些化学药剂，使其与废水中的溶解性污染物发生沉淀反应，形成难溶盐，从水中沉淀分离的方法。化学沉淀法多用于去除水中的钙镁离子及重金属离子，如汞、镉、铅、锌等。难溶盐共沉淀可以夹带沉淀出比溶度积计算更多的沉淀离子。化学沉淀法应用石灰软化法除硬度：CaO+H2O=Ca(OH)2CO2+Ca(OH)2---CaCO3↓+H2OCa(HCO3)2+Ca(OH)2---2CaCO3↓+2H2OMg(HCO3)2+2Ca(OH)2---2CaCO3↓+Mg(OH)2↓+2H2O去除重金属氢氧化物沉淀法M(OH)n=Mn++nOH-金属氢氧化物的溶度积

硫化物沉淀法金属硫化物比氢氧化物更难溶解。沉淀剂：H2S，Na2S，KSMS――M2++S2-2.4.1吸附法2.4.2离子交换法2.4.3膜分离法2.4.4萃取法2.4.5吹脱法2.4废水的物化处理方法与过程2.4.1吸附法

吸附法是指水中的一种或多种物质被吸附在固体表面（吸附剂）而被去除的方法。吸附法原理一种物质附着在另一种物质表面上的过程―吸附，是一种相界面上的反应。可以发生在气－液界面、气－固、液－固在水处理中，主要讨论的是液－固界面。固相物质：吸附剂，一般为多孔性物质液相中被吸附物质：吸附质

吸附行为可分为以下三种类型：1）物理吸附：分子间的作用力所引起的。·吸附热较小，可在低温下进行。·过程是可逆的，易解吸（被吸附的分子由于热运动还会离开吸附剂表面）·相对没有选择性，可吸附多种吸附质（由于分子力是普遍存在的），但吸附质极性不同，吸附量不同。·可形成单分子吸附层或多分子吸附层

2）化学吸附：由化学键力引起的――产生化学反应。如石灰吸附CO2→CaCO3·吸附热大，一般在较高温下进行。·具有选择性，单分子层吸附。·化学键力大时，吸附不可逆。

3）离子交换吸附静电引力，吸附质的离子→吸附剂表面的带电点上，同时吸附剂也放出一个等当量离子。·离子电荷越多，吸附越强。·离子水化半径越小，越易被吸附。在水处理中，三种吸附的综合表现。影响吸附的因素1．吸附剂的性质·细孔分布：活性炭的情况微孔<2nm，占总比表面的95％：主要支配吸附量过渡孔2-100nm，<5％：起通道和吸附作用大孔100-10000nm，不足1％：主要起通道作用，影响吸附速度。2．吸附质的性质·溶解度：对活性炭而言，溶解度越低，越易被吸附·界面张力：越使溶液界面张力减小的物质越易被吸附。·极性：活性炭易吸附非极性或极性很低的物质。·分子量和不饱和度：与沸石相比，活性炭易吸附分子较大的饱和化合物，但分子量一般不超过1000。·溶质浓度3．操作条件：pH值：对吸附剂及吸附质都有影响。活性炭一般在酸性溶液中有较高的吸附率。温度：物理吸附是防热过程。共存物质：竞争吸附接触时间：取决于吸附速度吸附剂具有一定吸附能力的多孔物质都可以作吸附剂。有活性炭、活化煤、焦炭、煤渣。。。。活性碳是水处理中应用最为广泛的吸附剂。原料：木材、煤，经高温炭化和活化而成。碳化：把原料热解成碳渣，温度：300－400度，活化：形成发达的细孔。两种办法。气体法：通入水蒸汽，温度在920－960度；药剂法：加入氧化锌、硫酸、磷酸等。吸附操作方式

静态：搅拌池（全混流反应器） 动态：固定床、移动床、流化床吸附柱（固定床）穿透曲线示意图穿透曲线2.4.2离子交换法

离子交换平衡

离子交换也是一种化学反应，存在交换平衡。

RA+B-=RB+A+其中B为需要去除的污染物离子离子交换选择系数为：

KAB=[RB][A+]/[RA][B+]该值>1，有利于交换反应的进行。离子交换剂： 磺化煤（煤磨碎后经浓硫酸处理得到） 离子交换树脂离子交换剂主要性能

交换容量选择性填充密度离子交换树脂：母体（骨架）：高分子化合物和交联剂经聚合反应而生成的共聚物根据组成母体的单体材料：苯乙烯（最广泛）、丙烯酸、酚醛系列活性基团：遇水电离，称为固定部分和活动部分具有交换性（可交换离子）如聚苯乙烯磺化――磺酸基团（－SO3H）

一种强酸性阳离子树脂微孔形态：凝胶型、大孔型、等孔型等

离子交换装置固定床：单床、双层床、混合床连续床：移动床和流动床树脂再生：在再生阶段提供高浓度解吸液反洗，使反应RA+B-=RB+A+向左进行。2.4.3膜分离

定义在某种推动力的作用下，利用某种隔膜特定的透过性能，使溶质或溶剂分离的方法称为膜分离。分离溶质时一般叫渗析；分离溶剂时一般叫渗透。

膜分离的特点：可在一般温度下操作，没有相变；浓缩分离同时进行；不需投加其他物质，不改变分离物质的性质；适应性强，运行稳定。分类与特点

根据推动力的不同，膜分离有下列几种：浓度差：扩散渗析电位差：电渗析压力差：反渗透(RO,reverseosmosis)：MW<100,0.2-0.3nm,2－3A0

纳滤(NF,nanofiltration)：MW:100-1000,0.5-5nm

超滤(UF,ultrafiltration)：MW:1000—百万,5nm-0.2

m微滤(MF,microfiltration)：0.2-1

m超滤

方法