4145900水污染控制工程高廷耀第十六章

1、 污水的化學處理是利用化學反應的作用以去除污水的化學處理是利用化學反應的作用以去除水中的雜質。水中的雜質。 處理對象主要是污水中無機的或有機的處理對象主要是污水中無機的或有機的(難于生難于生物降解的物降解的)溶解物質或膠體物質。溶解物質或膠體物質。 常用的化學處理方法有化學混凝、中和法、化常用的化學處理方法有化學混凝、中和法、化學沉淀法和氧化還原法。學沉淀法和氧化還原法。一一、混凝原理混凝原理 化學混凝化學混凝處理的對象主處理的對象主要是水中的微要是水中的微小懸浮物和膠小懸浮物和膠體雜質。體雜質。1. 膠體的穩(wěn)定性膠體的穩(wěn)定性膠體所膠體所受影響受影響 由于上述的膠體帶電現象，帶相同電由于上述的

2、膠體帶電現象，帶相同電荷的膠粒產生靜電斥力，而且荷的膠粒產生靜電斥力，而且電位越高，電位越高，膠粒間的靜電斥力越大膠粒間的靜電斥力越大 受水分子熱運動的撞擊，使微粒在水受水分子熱運動的撞擊，使微粒在水中作不規(guī)則的運動，即中作不規(guī)則的運動，即“布朗運動布朗運動” 膠粒之間還存在著相互引力膠粒之間還存在著相互引力范徳范徳華引力華引力 膠體間的相互斥力不僅與膠體間的相互斥力不僅與電位有關，還與膠粒的電位有關，還與膠粒的間距有關，距離越近，斥力越大。而布朗運動的動能間距有關，距離越近，斥力越大。而布朗運動的動能不足以將兩顆膠粒推進到使范徳華引力發(fā)揮作用的距不足以將兩顆膠粒推進到使范徳華引力發(fā)揮作用的距

3、離。因此，膠體微粒不能相互聚結而長期保持穩(wěn)定的離。因此，膠體微粒不能相互聚結而長期保持穩(wěn)定的分散狀態(tài)。分散狀態(tài)。 水化作用也使膠體不能相互聚結。水化作用也使膠體不能相互聚結。2. 混凝原理混凝原理(1) 壓縮雙電層作用壓縮雙電層作用 混凝劑提供大量正離子會涌入膠體擴散層甚至混凝劑提供大量正離子會涌入膠體擴散層甚至吸附層吸附層, 使使電位降低。當電位降低。當電位為零時電位為零時, 稱為等電狀稱為等電狀態(tài)。此時膠體間斥力消失態(tài)。此時膠體間斥力消失, 膠粒最易發(fā)生聚結。膠粒最易發(fā)生聚結。 實際上，實際上，電位電位只要降至某一程度而使膠粒電位電位只要降至某一程度而使膠粒間排斥的能量小于膠粒布朗運動的動

4、能時，膠粒就間排斥的能量小于膠粒布朗運動的動能時，膠粒就開始產生明顯的聚結，這時的開始產生明顯的聚結，這時的電位稱為臨界電位。電位稱為臨界電位。 膠粒因膠粒因電位電位降低或消除以至失去穩(wěn)定性的電位電位降低或消除以至失去穩(wěn)定性的過程，稱為膠體脫穩(wěn)。脫穩(wěn)的膠粒相互聚結，稱為過程，稱為膠體脫穩(wěn)。脫穩(wěn)的膠粒相互聚結，稱為凝聚。凝聚。(2) 吸附架橋作用吸附架橋作用 由高分子物質吸附架橋作用而使微粒相互粘結的由高分子物質吸附架橋作用而使微粒相互粘結的過程。過程。(3) 網捕作用網捕作用 沉淀物在自身沉降過程中，能集卷、網捕水中的沉淀物在自身沉降過程中，能集卷、網捕水中的膠體等微粒，使膠體粘結。膠體等微粒

5、，使膠體粘結。以硫酸鋁為例討論混凝過程以硫酸鋁為例討論混凝過程 硫酸鋁硫酸鋁Al2(SO4)318H2O溶于水后，離解出溶于水后，離解出Al3+，并結合有并結合有6個配位水分子，成為水合鋁離子個配位水分子，成為水合鋁離子Al(H2O)63+。 水合鋁離子進一步水解，形成單羥基單核絡合水合鋁離子進一步水解，形成單羥基單核絡合物：物：OHO)Al(OH)(HOHO)Al(H32522362 單羥基單核絡合物又進一步水解：單羥基單核絡合物又進一步水解：OHO)(HAl(OH)OHO)Al(OH)(H34222252OHO)(HAl(OH)OHO)(HAl(OH)33232422 上述反應中，降低水中

6、上述反應中，降低水中H+(或或H3O+)濃度或提高濃度或提高pH，使反應趨向右方，水合羥基絡合物的電荷逐漸，使反應趨向右方，水合羥基絡合物的電荷逐漸降低，最終生成中性氫氧化鋁難溶沉淀物。降低，最終生成中性氫氧化鋁難溶沉淀物。 當當pH4時，水解受到抑制，水中存在的主要是時，水解受到抑制，水中存在的主要是Al(H2O)33+ 。 當當pH45時，水中有時，水中有Al(OH)(H2O)52+、Al(OH)2(H2O)4+及少量及少量Al(OH)3(H2O)3。 當當pH78時，水中主要是時，水中主要是Al(OH)3(H2O)3沉淀沉淀物。物。 但在某一特定但在某一特定pH時，水解產物還有許多復雜的

7、時，水解產物還有許多復雜的高聚物和絡合物同時共存。高聚物和絡合物同時共存。 因為初步水解產物中的羥基因為初步水解產物中的羥基OH-具有橋鍵性質。具有橋鍵性質。 在由在由Al(H2O)63+轉向轉向Al(OH)3(H2O)3的中間過程的中間過程中，羥基可將單核絡合物通過橋鍵縮聚成多核絡合物：中，羥基可將單核絡合物通過橋鍵縮聚成多核絡合物：OHO)Al(HOHO)Al(HO)Al(OH)(HO)Al(H255252252362或或OHO)Al(OH)(HO)Al(OH)(HO)Al(H25102252362 兩個單羥基絡合物通過羥基橋聯可縮合成雙羥基兩個單羥基絡合物通過羥基橋聯可縮合成雙羥基雙核絡

8、合物：雙核絡合物：O2HO)(H(OH)AlO)2Al(OH)(H248222232 從上述反應可以看出，三價鋁鹽發(fā)揮混凝作用的從上述反應可以看出，三價鋁鹽發(fā)揮混凝作用的是各種形態(tài)的水解聚合物。是各種形態(tài)的水解聚合物。 帶有正電的水解聚合物，同時起到壓縮雙電層的帶有正電的水解聚合物，同時起到壓縮雙電層的脫穩(wěn)和吸附架橋的作用。脫穩(wěn)和吸附架橋的作用。 為使硫酸鋁達到優(yōu)異的混凝效果，應盡量使膠體為使硫酸鋁達到優(yōu)異的混凝效果，應盡量使膠體脫穩(wěn)和吸附架橋作用都得到充分發(fā)揮。脫穩(wěn)和吸附架橋作用都得到充分發(fā)揮。 當混凝劑投放水中后，應立即進行劇烈攪拌，使當混凝劑投放水中后，應立即進行劇烈攪拌，使帶電聚合物迅

9、速均勻地與全部膠體雜質接觸，使膠體帶電聚合物迅速均勻地與全部膠體雜質接觸，使膠體脫穩(wěn)，隨后，脫穩(wěn)膠體在相互凝聚的同時，靠聚合度脫穩(wěn)，隨后，脫穩(wěn)膠體在相互凝聚的同時，靠聚合度不斷增大的高聚物的吸附架橋作用，形成大的絮凝體，不斷增大的高聚物的吸附架橋作用，形成大的絮凝體，使混凝過程很好完成。使混凝過程很好完成。二、混凝劑和助凝劑二、混凝劑和助凝劑1. 混凝劑混凝劑要求要求混凝劑效果良好混凝劑效果良好對人體健康無害對人體健康無害價廉易得價廉易得使用方便使用方便2. 助凝劑助凝劑三、三、 影響混凝效果的主要因素影響混凝效果的主要因素1. 水溫水溫2. pH3. 水中雜質的成分、性質和濃度水中雜質的成分

10、、性質和濃度4. 水力條件水力條件(1) 無機鹽類混凝劑無機鹽類混凝劑鐵鹽和鋁鹽鐵鹽和鋁鹽(2) 高分子混凝劑高分子混凝劑有機和無機有機和無機四、四、 化學混凝的設備化學混凝的設備1. 混凝劑的配制和投加設備混凝劑的配制和投加設備(1) 混凝劑的溶液和配制混凝劑的溶液和配制混凝劑在溶解池中進行溶解混凝劑在溶解池中進行溶解:攪拌攪拌加速藥加速藥劑溶解劑溶解機械攪拌機械攪拌壓縮空氣攪拌壓縮空氣攪拌水泵攪拌水泵攪拌 藥劑溶解完全后，將濃藥液送入溶液池，用清藥劑溶解完全后，將濃藥液送入溶液池，用清水稀釋到一定的濃度備用。水稀釋到一定的濃度備用。 溶液池的容積可按下式計算：溶液池的容積可按下式計算：cn

11、AqcnAqW4171000100010024VV1 溶解池的容積：溶解池的容積：12)3 . 02 . 0(WW 式中式中: W1溶液池容積，溶液池容積，m3； qv處理地水量，處理地水量，m3/h; A混凝劑地最大投加量，混凝劑地最大投加量，mg/L; c溶液濃度，；溶液濃度，； n每天配置次數，一般為每天配置次數，一般為26次。次。(2) 混凝劑溶液的投加混凝劑溶液的投加計計量量設設備備轉子轉子流量流量計計電磁電磁流量流量計計投投加加方方式式泵前重泵前重力投加力投加水射器水射器投加投加2. 混合設備混合設備(1) 水泵混合水泵混合(2) 隔板混合隔板混合(3) 機械混合機械混合3. 反應

12、設備反應設備(1) 隔板反應池隔板反應池 利用水流斷面利用水流斷面上流速分布不均所上流速分布不均所造成的速度梯度，造成的速度梯度，促進顆粒相互碰撞促進顆粒相互碰撞進行絮凝。進行絮凝。 為避免結成的為避免結成的絮凝體被打碎，隔絮凝體被打碎，隔板中的流速應逐漸板中的流速應逐漸減小。減小。(2) 機械反應池機械反應池一、一、 投加法投加法 常用藥劑是石灰、電石渣、石灰石等，有時也采常用藥劑是石灰、電石渣、石灰石等，有時也采用苛性鈉和碳酸鈉。用苛性鈉和碳酸鈉。 中和藥劑的投加量，可按化學反應式進行估算。中和藥劑的投加量，可按化學反應式進行估算。 石灰常使用熟石灰，配制成石灰乳液，濃度在石灰常使用熟石灰

13、，配制成石灰乳液，濃度在10左右，反應在池中進行。左右，反應在池中進行。 石灰量多時，可用生石灰。石灰量多時，可用生石灰。 為了防止產生沉淀，石灰乳槽均裝有攪拌設備。為了防止產生沉淀，石灰乳槽均裝有攪拌設備。二、過濾法二、過濾法 石灰石或白云石作中和劑時常呈粗粒狀，可作石灰石或白云石作中和劑時常呈粗粒狀，可作濾料，故用過濾法。濾料，故用過濾法。 用易溶的化學藥劑用易溶的化學藥劑(可稱沉淀劑可稱沉淀劑)使溶液中某種使溶液中某種離子以它的一種難溶的鹽和氫氧化物形式從溶液中離子以它的一種難溶的鹽和氫氧化物形式從溶液中析出，在化學上稱沉淀法，在化工和環(huán)境工程上稱析出，在化學上稱沉淀法，在化工和環(huán)境工程

14、上稱化學沉淀法?；瘜W沉淀法。 廢水處理中，常用化學沉淀法去除廢水中的有廢水處理中，常用化學沉淀法去除廢水中的有害離子，陽離子如害離子，陽離子如Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cr6+，陰離子如，陰離子如SO42-、PO43-。 難溶鹽和難溶氫氧化物在溶液中的離子的濃度難溶鹽和難溶氫氧化物在溶液中的離子的濃度之積之積(稱溶度積稱溶度積Ks)是常數，當能結合成難溶鹽的兩是常數，當能結合成難溶鹽的兩種離子的濃度之積超過這鹽的溶度積時，該鹽將析種離子的濃度之積超過這鹽的溶度積時，該鹽將析出，而這兩種離子的濃度將下降，需要去除的離子出，而這兩種離子的濃度將下降，需要去除的離子就與水分離。就與水分離。一、一、 加氯氧化加氯氧化CN-根根 電鍍廢水往往含有電鍍廢