工业废水的化学处理方法省公开课一等奖全国示范课微课金奖

内容提要1第一节中和第二节化学沉淀3第三节药剂氧化还原第四节臭氧氧化45第五节电解2第三章工业废水化学处理1/54一、概述二、酸碱废水相互中和法三、药剂中和法四、过滤中和法第三章工业废水化学处理1第一节中和2/54第一节中和一、概述1、酸碱废水起源与处置●酸性废水：化工厂、化纤厂、电镀厂、煤加工厂几金属酸洗车间等；●碱性废水：印染厂、金属加工厂、炼油厂、造纸厂等；●当酸或碱废水浓度很高时，如在3%-5%以上时，应考虑回用和综合利用可能性；当浓度不高，如小于3%时，才考虑中和处理。3/54第一节中和一、概述2、中和法适用情况●在废水排入水体之前，因为水生生物对pH值改变极其敏感，当大量废水排入后使水体pH值变得偏酸或偏碱时，会产生不良影响；●在废水排入城市排水管道之前，因为酸、碱对排水管道产生腐蚀作用，普通城市排水管道对排入工业废水pH值都有明确要求；●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最正确值。对于生物处理，废水pH值通常应维持在6.5—8.5范围内，以确保处理构筑物内微生物维持最正确活性。4/54第一节中和一、概述3、中和药剂●酸性废水中和处理采取中和药剂：石灰、石灰石、白云石、苏打、苛性钠等；●碱性废水中和处理采取中和药剂：盐酸和硫酸等；●中和剂单位消耗量见表1及表2.5/54表1碱性中和剂单位消耗量酸类名称中和1g所需碱性物质量/gCaOCa(OH)2CaCO3MgCO3CaCO3-MgCO3硫酸H2SO40.5710.7551.020.860.94盐酸HCl0.771.011.371.151.29硝酸HNO30.4450.590.7950.6680.732醋酸HCH3COOH0.4660.6160.830.695-碱类名称中和1g碱所需酸性物质量/gH2SO4HClHNO3100%98%100%98%100%98%NaOH1.221.240.912.531.372.42KOH0.880.900.651.801.131.74Ca（OH）20.321.340.992.741.702.62NH32.882.932.125.903.715.70表2酸性中和剂单位消耗量6/54第一节中和一、概述4、中和方法●废水中和方法有酸性废水与碱性废水相互中和、药剂中和和过滤中和3种方法；●中和方法选择应考虑：‧含酸或含碱废水所含酸类或碱类性质、浓度、水量及其改变规律；‧首先应寻找能就地取材酸性或碱性废料，并尽可能加以利用；‧当地域中和药剂和滤料（如石灰石、白云石等）供给情况；‧接纳废水水体性质、城市下水道能容纳废水条件，后续处理（如生物处理）对pH值要求等。7/54第一节中和二、酸碱废水相互中和法1、要求：●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。●依据质量守恒原理计算酸、碱废水混合百分比或流量，而且使实际需要量略大于计算量。●当酸、碱废水流量和浓度经常改变，而且波动很大时，应该设调整池加以调整，中和反应则在中和池进行，其容积应按1.5—2.0h废水量考虑。8/54第一节中和二、酸碱废水相互中和法2、废水需要量计算：

中和时酸性废水和碱性废水酸和碱当量数应相等，即按当量定律来计算：

Q1C1=Q2C2式中Q1，Q2-酸性、碱性废水流量，L/h；

C1，C2-酸性、碱性废水当量浓度，克当量/h。●在中和过程中，酸碱双方当量恰好相等时称为中和反应等当点；●强酸强碱相互中和时，因为生成强酸强碱盐不发生水解，所以等当点即中性点，溶液PH值等于7.0；●若中和一方为弱酸或弱碱时，因为中和过程所生成盐水解，尽管到达等当点，但溶液并非中性，PH值大小取决于所生成盐水解度。9/54第一节中和例12-1(1)百分比浓度―――当量浓度百分比浓度为重量之比，故１Ｌ1.4%ＮaOH中占1.4%*1000=14gNaOH，当量浓度为14/40.01=0.3499geq/L(2)克当量流量Ｑ＝8m3/h=8000L/h=8000*0.3499=2799.20geq/hHCl-NaOH=2808.49-2799.20=9.29geq/h(3)混合后废水当量浓度9.29/(8+16.3)=0.38geq/m3=0.38*10-3geq/L(4)混合后废水pH值ＨＣl全部电离，且当量浓度＝摩尔浓度，故[H+]=0.38*10-3mol/L，pH=-lg[H+]=3.42(5)中和池有效容积

反应时间取2hW=(8+16.3)*2=48.6m310/54第一节中和二、酸碱废水相互中和法3、中和设备：●当水质水量改变较小或后续处理对PH要求较宽时，可在集水井（或管道、混合槽）内进行连续混合反应；●当水质水量改变不大或后续对PH要求较高时，可设连续流中和池。中和时间视水质水量改变情况确定，普通采取1-2h；●当水质水量改变较大，且水量较小时，连续流无法确保出水PH要求，或出水中还含有其它杂质或重金属离子时，多采取间歇式中和池。池有效容积可按污水排放周期（如一班或一昼夜）中废水量来计算。11/54第一节中和三、药剂中和法1、酸性废水药剂中和处理●中和剂及其用量

中和剂：惯用石灰.石灰乳有凝聚作用,适用处理杂质多高浓度酸性废水.可选取工业废渣.

用量：书中表12-2：中和酸所需碱、盐量，同时要考虑纯度和不均匀性问题12/54第一节中和三、药剂中和法●中和反应石灰能够中和不一样浓度酸性废水，在用石灰乳时，中和反应方程式以下：废水中含有其它金属盐类，如铁、铅、锌、铜等也消耗石灰乳用量，反应以下：13/54第一节中和三、药剂中和法●药剂中和处理工艺流程●主要装置Ⅰ投药装置Ⅱ混合反应装置Ⅲ沉淀池Ⅳ沉渣脱水装置出水14/54第一节中和三、药剂中和法Ⅰ投药装置采取石灰做中和剂时，s能够采取干投或湿投，普通采取湿投，见右图。石灰经消解后，形成石灰乳排至溶液槽。消解采取人工和机械法。采取机械搅拌、空气搅拌、水泵搅拌。石灰乳投配装置15/54第一节中和三、药剂中和法Ⅱ混合反应装置混合时间：用石灰和酸性废水时，采取2-5min。其它采取5-10min，以下列图,四室隔板反应池，采取压缩空气搅拌。四室隔板反应池Ⅲ沉淀池采取竖流式(沉渣量少时)或平流式(排泥困难时)。沉渣用污泥泵排出。Ⅳ沉渣脱水装置采取机械脱水或干化场脱水16/54第一节中和三、药剂中和法2、碱性废水药剂中和处理●中和剂硫酸、盐酸、硝酸、烟道气●中和反应以含氢氧化钠和氢氧化铵碱性废水为例，中和剂用工业硫酸，其化学反应以下：假如硫酸铵浓度足够，可考虑回收利用。以含氢氧化钠碱性废水为例，用烟道气中和，烟道气中含CO2量可达24%。其化学反应以下：17/54第一节中和四、过滤中和法●定义：酸性废水流过碱性滤料时与滤料进行中和反应方法。●适用对象：用于酸性废水中和处理。●滤料：石灰石、大理石、白云石。●类型：普通中和滤池、升流式膨胀中和滤池、滚筒中和滤池。18/54第一节中和1、普通中和滤池●适用范围对硫酸废水，因中和过程中生成硫酸钙在水中溶解度很小，易在滤料表面形成覆盖层，妨碍滤料和酸接触反应。硫酸极限浓度：用石灰石时为2g/L，白云石为5g/L硝酸和盐酸极限浓度：20g/L四、过滤中和法19/54第一节中和四、过滤中和法普通中和滤池●形式分为升流式和降流式。参数：滤料直径为30-50mm，过滤速度1-1.5m/h，接触时间不少于10min，滤床厚度为1-1.5m.。●中和滤池计算自学20/54第一节中和2、升流式膨胀中和滤池●废水从滤池底部进入，从池顶流出，使滤料处于膨胀状态。●分类：恒滤速＋变滤速恒滤速升流式膨胀中和滤池采取大阻力或小阻力布水系统进水。大阻力布水系统底部装有栅状配管，干管与支管下部开有孔眼，下设卵石承托层，滤层高度普通为1.0m~1.2m，总高度普通为3~3.5m。为使滤料处于膨胀状态并相互摩擦，不结垢，防止堵塞，流速采取60~80m/h，膨胀率保持在50%左右。上清水区高度为0.5m。变滤速膨胀中和滤池下部横截面积小，上部大。上滤速下部为130~150m/h，上部为40~60m/h，使滤层全部都能膨胀，上部出水可少带料，克服了恒速膨胀滤池下部膨胀不起来，上部带出小颗粒滤料缺点。●应用实例：自学四、过滤中和法21/54第一节中和3、滚筒中和滤池●这种装置优点是进水硫酸浓度可超出极限浓度值数倍，滤料无须破碎到很小粒径，但结构复杂，动力费用高，运行时设备噪音较大。四、过滤中和法22/54一、概述二、氢氧化物沉淀法三、硫化物沉淀法四、钡盐沉淀法第三章工业废水化学处理2第二节化学沉淀23/54第二节化学沉淀

化学沉淀法是指向水中投加沉淀剂，使之与废水中污染物发生沉淀反应，形成难溶固体，然后进行固液分离，从而除去废水中污染物一个方法。普通用于处理含金属离子工业废水。一、概述

在一定温度下，难溶化合物AmBn饱和溶液中，其沉淀-溶解平衡可表示为：令AmBn溶解度为S(mol/l)，则：24/54第二节化学沉淀

依据溶度积能够判断沉淀生成与溶解，判断水中离子是否能用化学沉淀法处理以及分离程度：一、概述25/54第二节化学沉淀1．原理

水中金属离子很轻易生成各种氢氧化物，它们生成条件和存在状态与溶液PH有直接关系。假如水中金属离子以Mn+表示，则其氢氧化物溶解平衡为：二、氢氧化物沉淀法

因为水在25℃离子积：

由此可见：●金属离子浓度相同时，溶度积越小，则开始析出氢氧化物沉淀PH值越低；●同一金属离子，浓度越大，开始析出氢氧化物沉淀PH值愈低。26/54第二节化学沉淀2．氢氧化物沉淀法在废水处理中应用二、氢氧化物沉淀法

某矿山废水含铜83.4mg/L，总铁1260mg/L，二价铁10mg/L，PH为2.23，沉淀剂采取石灰乳，其工艺流程图以下所表示。一级化学沉淀控制PH为3.47，使铁先沉淀，铁渣含铁32.84%，含铜0.148%；第二级化学沉淀控制PH在7.5-8.5范围，使铜沉淀，铜渣含铜3.06%，含铁1.38%。废水经二级化学沉淀后，出水可到达排放标准，铁渣和铜渣可回收利用。27/54第二节化学沉淀三、硫化物沉淀法●含汞废水处理，因为生成硫化汞颗粒很小，沉淀物分离困难，常投加适量凝聚剂，进行共沉，这种方法叫硫化物共沉法。先加硫化钠，生成HgS和Hg沉淀后，再投加适量FeSO4，形成FeS和Fe(OH)2沉淀●惯用沉淀剂：硫化氢、硫化钠、硫化钾28/54第二节化学沉淀四、钡盐沉淀法●用于处理六价铬；●沉淀剂：碳酸钡、氯化钡、硝酸钡、氢氧化钡等。●BaCO3+CrO42-＝BaCrO4+CO32------沉淀转化●过量钡可用石膏法去除。29/54一、药剂氧化法氯氧化法空气氧化法高锰酸钾氧化法二、药剂还原法原理亚硫酸盐硫酸亚铁水合肼第三章工业废水化学处理3第三节药剂氧化还原●氧化：得电子――价位降低－―氧化剂（氧、臭氧、氯、漂白粉、三氯化铁）●还原：失电子――价位升高――还原剂（Fe2+、SO42-、铁、锌、SO2等）经过药剂与污染物氧化还原反应，把废水中有毒害污染物转化为无毒或微毒物质处理方法称为药剂氧化还原法。30/54第三节药剂氧化还原一、药剂氧化法●向废水中投加氧化剂，氧化废水中有毒有害物质，使其转变为无毒无害或毒性小新物质方法称为氧化法；●氯系氧化剂包含氯气、氯含氧酸及其钠盐、钙盐以及二氧化氯；●氯氧化法：用于去除氰化物、硫化物、酚、醇、醛、油类、脱色、脱臭、杀菌等；●含氰废水：起源于电镀车间和一些化工厂，如氰化钠、氰化钾、氰化铵等，氰离子为CN-。31/541.碱式氯化法基本原理

利用次氯酸根氧化作用(ClO-)

漂白粉2CaOCl2+H2O=2HClO+Ca(OH)2+CaCl2氯气Cl2+H2O=HCl+HClO第三节药剂氧化还原一、药剂氧化法32/541.碱式氯化法基本原理●局部氧化法氰化物在碱性条件下被氯氧化成氰酸盐。CN-+ClO-+H2O――――CNCl+2OH-与pH值无关CNCl+OH-――――CNO-+Cl-+H2OpH越高反应越快用量：a.破坏游离氰所需氧化剂理论用量为：CN:Cl2=1:2.73CN:NaOCl=1:2.85CN:漂白粉(有效氯20%～25%)=1:4～5b.破坏络离子用量：CN:NaOCl=1:3.22c.还有其它还原物质，故若用NaOCl计，用量为含氰量5～8倍。第三节药剂氧化还原一、药剂氧化法33/54第三节药剂氧化还原一、药剂氧化法1.碱式氯化法基本原理

●完全氧化法将生成氰酸根CNO-深入氧化成N2和CO2，消除氰酸盐对环境污染。2NaCNO+3HOCl+H2O=2CO2+N2+2NaCl+HCl+H2O2CNCl+2HOCl+H2O=2CO2+N2+5HClpH控制pH小于12用量a.氧化剂用量普通为局部法1.1－1.2倍；b.药剂分两次投加，分步进行，以确保有效地破坏氰酸盐；c.适当搅拌可加速反应进行。34/54第三节药剂氧化还原一、药剂氧化法2.碱式氯化法处理含氰废水工艺流程

含氰废水调整池絮凝沉淀池加碱滤池排放冲洗排水加凝聚剂加氧化剂冲洗水搅拌污泥脱水污泥一级氧化处理含氰废水基本工艺流程35/54第三节药剂氧化还原一、药剂氧化法2.碱式氯化法处理含氰废水工艺流程

两级氧化处理含氰废水基本工艺流程含氰废水调整池一级絮凝池加碱滤池排放冲洗排水加凝聚剂加氧化剂冲洗水搅拌污泥脱水污泥沉淀池二级絮凝池搅拌36/54第三节药剂氧化还原一、药剂氧化法

3.碱式氯化法注意事项：●宜用于电镀废水，氰离子含量小于50mg/L；●普通情况下采取一级氧化处理，特殊采取二级氧化处理，氧化剂分级投加。●设有调整池，宜设两格，有效容积按2-4h平均废水量计算，并设除油、去除沉淀物等设施；间歇处理两格沉淀池交替使用时可不设调整池；●可采取水力搅拌或机械搅拌；●氧化剂可采取次氯酸钠、漂白粉、液氯等，其投加量按试验确定或按氰离子与活性氯重量比计算确定，一级氧化1:3-1:4，两级氧化1:7-1:8；●一级氧化处理时，采取次氯酸钠、漂白粉、漂粉精时，废水PH控制在10-11，采取液氯时PH控制在11-11.5，反应时间30min；两级氧化时，一级氧化废水PH值控制在10-11，反应时间10-15min，二级氧化PH6.5-7.0，反应时间10-15min。37/541.药剂还原法处理含铬废水基本原理●含铬废水起源：电镀厂、制革厂、一些化工厂●原理：在酸性条件下，利用化学还原剂将六价铬还原成三价铬，然后用碱使三价铬成为氢氧化铬沉淀去除。六价铬：CrO42-和Cr2O72-在酸性条件下，主要以Cr2O72-形式存在CrO42-+2H+＝＝Cr2O72-＋H2O在碱性条件下，主要以CrO42-形式存在Cr2O72-＋2OH-＝＝2CrO42-+2H2O●惯用还原剂有：亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠、硫代硫酸钠、硫酸亚铁、二氧化硫、水合肼、铁屑、铁粉等。第三节药剂氧化还原二、药剂还原法38/542.亚硫酸盐还原法六价铬与亚硫酸氢钠或亚硫酸钠反应后，生成三价铬Cr3+，在碱性条件下再形成Cr(OH)3沉淀，中和剂为NaOH和石灰。3．硫酸亚铁还原法在酸性条件下，用硫酸亚铁还原六价铬，形成Cr3+和Fe3+，用石灰乳中和沉淀，形成混合沉淀物CaSO4、Cr(OH)3和Fe(OH)3，称为硫酸亚铁石灰法，无回收价值。4．水合肼还原法水合肼N2H4.H2O在中性或微碱性条件下，能快速感觉还原六价铬并生成氢氧化铬沉淀。4CrO3+3N2H4＝＝4Cr(OH)3+3N2可处理镀铬生产线第二回收槽带出含铬废水，也可处理铬酸盐钝化工艺中产生含铬漂洗水。第三节药剂氧化还原二、药剂还原法39/544第四节臭氧氧化第三章工业废水化学处理一、臭氧理化性质二、臭氧制备三、臭氧接触反应设备四、尾气处理四、臭氧废水处理系统计算四、臭氧在废水处理中应用四、臭氧氧化优缺点40/54第四节臭氧氧化一、臭氧理化性质

臭氧O3是氧同素异构体，是一个含有鱼腥味淡紫色气体。沸点-112.5℃；密度2.144kg／m3，另外，臭氧还含有以下一些主要性质。●不稳定性：在常温下轻易分解成为氧气并放出热量。●溶解性：在水中溶解度比纯氧高10倍，比空气高25倍。●毒性：高浓度臭氧是有毒气体，有强烈刺激作用●氧化性：一个强氧化剂，氧化还原电位与pH值相关。●腐蚀性臭氧含有强腐蚀性。

41/54第四节臭氧氧化二、臭氧制备●空气中臭氧是氧气吸收太阳波长小于185nm紫外线后形成。反应为3O2+hν=2O3当用波长25nm紫外线照射臭氧时，它又分解成氧气。试验室可用其它方法制取少许臭氧。比如，用浓H2SO4与BaO2作用可制得臭氧。●氧气在无声放电或紫外线作用下，有一部分转变成臭氧3O2=2O3试验室里用感应圈进行无声放电。生成臭氧用淀粉—碘化钾溶液或淀粉—碘化钾试纸来检验O3+2KI+H2O=I2+2KOH+O242/54第四节臭氧氧化二、臭氧制备2、臭氧制备过程1、臭氧发生器43/5444/54第四节臭氧氧化三、臭氧接触反应设备

普通依据臭氧化空气与水接触方式分为：气泡式（应用较多）：水膜式；水滴式45/54第四节臭氧氧化四、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℃以上马上分解。46/54第四节臭氧氧化五、臭氧废水处理系统设计（1）发生器臭氧需要量：Qo3=1.06QC(g/h)Q:处理废水量，m3/hC:臭氧投量。经过试验确定（2）臭氧接触反应器容积计算：V=QT/60（3）气源冷却和除尘设备选择适当冷凝器。（4）干燥器47/54第四节臭氧氧化六、臭氧在水处理中应用

水经臭氧处理，可到达降低COD、杀菌、增加溶解氧、脱色除臭、降低浊度几个目标。臭氧消毒能力比氯更强。对脊髓灰质炎病毒，用氯消毒，保持O.5～1mg/L余氯量，需1.5～2h，而到达一样效果，用臭氧消毒，保持O.045～O.45mgO3，只需2min。