廢水的化學(xué)及物理化學(xué)處理

關(guān)于廢水的化學(xué)及物理化學(xué)處理4.1中和法酸性廢水中常見的酸性物質(zhì)有硫酸、硝酸、鹽酸、氫氟酸、磷酸等無機(jī)酸及醋酸、甲酸、檸檬酸等有機(jī)酸，并常溶解有金屬鹽。堿性廢水中常見的堿性物質(zhì)有苛性鈉、碳酸鈉、硫化鈉及胺類等。中和法是利用堿性藥劑或酸性藥劑將廢水從酸性或堿性調(diào)整到中性附近的一類處理方法。

中和原理中和處理發(fā)生的主要反應(yīng)是酸與堿生成鹽和水的中和反應(yīng)。一、中和法概述第2頁,共78頁，2024年2月25日，星期天二、酸性廢水的中和處理（一）投藥中和法1.投加藥劑常用的堿性中和劑有石灰、電石渣和石灰石、白云石，有時也可用NaOH、Na2CO3。投藥量按化學(xué)反應(yīng)計(jì)算或?qū)嶒?yàn)確定。電石渣白云石第3頁,共78頁，2024年2月25日，星期天2.工藝過程廢水的預(yù)處理中和藥劑的制備與投配、混合與反應(yīng)中和產(chǎn)物的分離泥渣的處理與利用第4頁,共78頁，2024年2月25日，星期天1）干法2）濕法3.投加石灰方式第5頁,共78頁，2024年2月25日，星期天4.中和槽類型1）帶攪拌的混合反應(yīng)器2）帶折流板的管式反應(yīng)器（器中攪拌時間很短）管式反應(yīng)器第6頁,共78頁，2024年2月25日，星期天▲儀器配置合理，實(shí)現(xiàn)了小型化。▲帶有多項(xiàng)功能的數(shù)字式pH調(diào)節(jié)儀▲電磁式定量泵小型中和裝置第7頁,共78頁，2024年2月25日，星期天5.適用范圍及特點(diǎn)此法可中和任何性質(zhì)、任何濃度的酸性廢水。該法的缺點(diǎn)是勞動衛(wèi)生條件差，操作管理復(fù)雜，制備溶液、投配藥劑需要較多的機(jī)械設(shè)備。采用石灰質(zhì)藥劑時，其明顯的缺點(diǎn)是質(zhì)量難于保證，灰渣較多，沉渣體積大，且不易脫水。第8頁,共78頁，2024年2月25日，星期天（二）過濾中和法1.堿性濾料石灰石（CaCO3）、大理石（CaCO3）、白云石（CaCO3·MgCO3）等。2.特點(diǎn)過濾中和法的優(yōu)點(diǎn)是操作管理簡單，出水pH值較穩(wěn)定，沉渣最少(只有廢水體積的0.1％)，缺點(diǎn)是需要控制進(jìn)水的硫酸濃度。第9頁,共78頁，2024年2月25日，星期天3.適用范圍各種酸在中和后形成的鹽具有不同的溶解度，其順序大致為：Ca(NO3)2

、CaCl2

＞MgSO4

＞＞CaSO4

＞CaCO3

、MgCO3

由此可見：中和處理硝酸、鹽酸時，濾料選用石灰石、大理石或白云石都行；中和處理碳酸時，不宜采用過濾中和法；中和處理硫酸時，最好選用含鎂的中和濾料（白云石）。第10頁,共78頁，2024年2月25日，星期天4.常用設(shè)備滾筒式中和濾池。開流式膨脹中和濾池第11頁,共78頁，2024年2月25日，星期天（三）利用堿性廢水和廢渣的中和法在同時存在酸性廢水和堿性廢水的情況下，可以以廢治廢，互相中和。（四）利用天然水體及土壤中堿度的中和法天然水體及土壤中的重碳酸鹽可用來中和酸性廢水，但必須持慎重態(tài)度，對其長遠(yuǎn)影響進(jìn)行觀察。第12頁,共78頁，2024年2月25日，星期天三、堿性廢水的中和處理處理方法：1.投酸中和法；2.利用酸性廢水及廢氣中和法。采用煙道氣中和堿性廢水，一般在噴淋塔等裝置中進(jìn)行，使廢水處理與消煙除塵、氣體的凈化結(jié)合起來。第13頁,共78頁，2024年2月25日，星期天4.2混凝法

是指在混凝劑的作用下，使廢水中的膠體和細(xì)微懸浮物凝聚為絮凝體，然后予以分離除去的水處理法。通過混凝法，可以去除廢水中難以用沉降法去除的細(xì)分散固體顆粒、乳狀油及膠體物質(zhì)等?！盎炷笔悄酆托跄目偡Q（即混合和反應(yīng)）注；膠體是顆粒粒徑在0.1μm～1nm之間。膠體失去穩(wěn)定性的過程脫穩(wěn)膠體相互聚集第14頁,共78頁，2024年2月25日，星期天二、膠體的穩(wěn)定性

膠粒在水中的相互作用受以下三方面的影響：①帶相同電荷的膠粒產(chǎn)生靜電斥力，而且電動電位愈高，膠粒間的靜電斥力愈大；②受水分子熱運(yùn)動的撞擊，使微粒在水中作不規(guī)則的運(yùn)動，即“布朗運(yùn)動”；③膠粒之間還存在著相互引力——范德華引力。當(dāng)間距較大時，此引力略去不計(jì)。第15頁,共78頁，2024年2月25日，星期天三、混凝原理

1.壓縮雙電層理論2.電性中和作用3.吸附架橋作用4.網(wǎng)捕作用注：在廢水實(shí)際處理中，上述各種機(jī)理往往同時或交叉發(fā)揮作用，只是依條件的不同而以其中的某一種起主導(dǎo)作用而已。第16頁,共78頁，2024年2月25日，星期天四、混凝劑和助凝劑類別名稱劑量范圍mg/L最佳PH值范圍應(yīng)用特點(diǎn)無機(jī)鹽類硫酸鋁Al2(SO4)35～506左右混凝效果較好，使用方便；最佳PH值范圍窄；使用水溫：20～30℃硫酸亞鐵FeSO45～508.5～11.0適用堿度及硬度均較高的水；水溫對混凝效果影響較??；絮凝體形成快，較穩(wěn)定；產(chǎn)品及溶液腐蝕性強(qiáng)氯化鐵FeCl34～408.5～11.0處理高濁度水；絮凝體較堅(jiān)固，沉淀性較好；固體產(chǎn)品吸濕性強(qiáng)，對包裝運(yùn)輸不利有機(jī)鹽類聚合氯化鋁（PAC）2～205～9適用于低溫低濁及高濁度水；投藥量少，混凝效果好；適用PH值范圍廣；產(chǎn)品腐蝕性強(qiáng)聚合硫酸鐵20～605～11適用于低溫低濁及高濁度水；易溶于水；適用PH值范圍廣；凈化后水的PH值與堿度變化幅度較小；宜當(dāng)日配置當(dāng)日投加有機(jī)高分子混凝劑聚丙烯酰銨（PAM）聚氧化乙烯（PEO）5以下視不同離子情況而定聚合度高；對膠體表面有強(qiáng)吸附作用，在膠粒之間形成橋聯(lián)第17頁,共78頁，2024年2月25日，星期天五、影響混凝效果的主要因素1.水溫2.廢水的PH值

PH值的高低不但直接影響著污染物存在的形態(tài)和表面性質(zhì)，而且影響著混凝劑的水解平衡及產(chǎn)物的存在形態(tài)和時間。3.混凝劑的種類和加量4.攪拌強(qiáng)度和攪拌時間混合階段攪拌強(qiáng)度大，時間短；反應(yīng)階段攪拌強(qiáng)度小，時間長。第18頁,共78頁，2024年2月25日，星期天1.混凝劑的配制和投加設(shè)備（1）混凝劑的溶解和配制。溶解池：溶解池應(yīng)有攪拌裝置，以加速藥劑的溶解。溶液池：藥劑完全溶解后，將濃藥液送人溶液池，用清水稀釋到一定的濃度備用。（2）混凝劑溶液的投加。藥劑投入廢水中必須有計(jì)量及定量設(shè)備，并能隨時調(diào)節(jié)投加量。計(jì)量設(shè)備可以用轉(zhuǎn)子流量計(jì)、電磁流量計(jì)等。投加方式可以采用重力投加、水射器投加、及計(jì)量泵投加。六、化學(xué)混凝的設(shè)備第19頁,共78頁，2024年2月25日，星期天玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)塑料轉(zhuǎn)子流量計(jì)第20頁,共78頁，2024年2月25日，星期天電磁流量計(jì)第21頁,共78頁，2024年2月25日，星期天混凝投藥自控技術(shù)第22頁,共78頁，2024年2月25日，星期天（3）混合設(shè)備①水泵混合見P60圖4.6②隔板混合見P61圖4.8③機(jī)械混合見P61圖4.9（4）反應(yīng)設(shè)備①隔板反應(yīng)池見P62圖4.10②機(jī)械攪拌反應(yīng)池見P62圖4.11第23頁,共78頁，2024年2月25日，星期天混凝機(jī)械攪拌裝置混凝氣浮裝置第24頁,共78頁，2024年2月25日，星期天混凝裝置第25頁,共78頁，2024年2月25日，星期天高效渦流混凝沉淀設(shè)備第26頁,共78頁，2024年2月25日，星期天4.3氧化還原法

第27頁,共78頁，2024年2月25日，星期天一、氧化還原法

利用廢水中的污染物在化學(xué)反應(yīng)過程中能被氧化或還原的性質(zhì)，將它轉(zhuǎn)變成無毒或微毒的，或易于從水中分離出來的新物質(zhì)，從而將其從廢水中除去的方法。第28頁,共78頁，2024年2月25日，星期天2.常用氧化劑——空氣、臭氧、氯氣、次氯酸鈉及漂白粉；常用還原劑——硫酸亞鐵、亞硫酸氫鈉、硼氫化鈉、水合肼及鐵屑等。第29頁,共78頁，2024年2月25日，星期天3.影響處理能力的動力學(xué)因素

1）反應(yīng)劑和還原劑的本性；2）反應(yīng)物的濃度；3）溫度；4）催化劑及某些不純物的存在；5）溶液的PH值。第30頁,共78頁，2024年2月25日，星期天二、氧化法（一）空氣（及純氧）氧化法1.應(yīng)用條件用O2進(jìn)行氧化反應(yīng)，在常溫、常壓、無催化劑時，空氣氧化法（曝氣法）所需反應(yīng)時間很長，使其應(yīng)用受到限制，如加高溫、高壓、r射線輻照等，氧化反應(yīng)速度將大大加快。2.適用范圍：含硫（Ⅱ）廢水處理3.反應(yīng)設(shè)備可在各密封塔體（空塔、篩板塔、填料塔等）中進(jìn)行。第31頁,共78頁，2024年2月25日，星期天（二）氯氧化法1.氯系氧化劑氯類氧化劑包括氣態(tài)氯、液態(tài)氯、次氯酸鈉、次氯酸鈣、二氧化氯等。在廢水處理中，氯氣被廣泛用作消毒劑，能殺滅細(xì)菌、在害生物，消除有毒物質(zhì)的毒性。2.氯氧化法在廢水處理中的應(yīng)用1）堿性氯化法處理含氰廢水2）氯化法除酚，最后被氧化為CO2和H2O3）氯化法脫色第32頁,共78頁，2024年2月25日，星期天（三）臭氧氧化法1.制備臭氧的方法：產(chǎn)生臭氧的方法很多，有電解法、化學(xué)法、高能射線輻射法、無聲放電法等。目前在工業(yè)上常用干燥空氣或氧氣經(jīng)無聲放電制取。2.工業(yè)生產(chǎn)中常用的臭氧發(fā)生器1）管式臭氧發(fā)生器

2）板式臭氧發(fā)生器（微孔擴(kuò)散板式反應(yīng)器）第33頁,共78頁，2024年2月25日，星期天（四）高錳酸鹽氧化法在廢水處理中，應(yīng)用于去除酚、H2S、CN-等；在給水處理中，可用于消滅藻類、除臭、除味、除鐵（Ⅱ）、除錳（Ⅱ）等。（五）光輻射或放射性輻射強(qiáng)化氧化過程第34頁,共78頁，2024年2月25日，星期天三、還原法（一）硫酸亞鐵—石灰法除鉻向含六價鉻廢水中加入硫酸亞鐵還原劑后，六價鉻被還原為三價鉻，再加入石灰，即形成氫氧化鉻沉淀，與廢水分離。（二）還原除汞工業(yè)含汞廢水的處理，一般采用的還原劑是比汞活潑的金屬(鐵、鋅等邊角廢料)或醛類等。碎屑中汞的回收，則采用隔絕空氣加熱，產(chǎn)生的汞蒸氣，經(jīng)冷卻后即可回收。注：廢水中的有機(jī)汞通常先用氧化劑（如氯）將其破壞，使之轉(zhuǎn)化為無機(jī)汞后，再用金屬置換。第35頁,共78頁，2024年2月25日，星期天管式臭氧發(fā)生器第36頁,共78頁，2024年2月25日，星期天板式臭氧發(fā)生器第37頁,共78頁，2024年2月25日，星期天4.4電解法

第38頁,共78頁，2024年2月25日，星期天電解法就是利用電解的基本原理，使廢水中有害物質(zhì)通過電解過程，在陰陽兩極分別發(fā)生氧化和還原反應(yīng)，以轉(zhuǎn)化成無害物，達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。第39頁,共78頁，2024年2月25日，星期天一、電解氧化還原法（一）電解氧化法主要用于去除水中氰、酚、以及COD、S2-、有機(jī)農(nóng)藥等。在處理中通常加入一定量的食鹽，以增加溶液導(dǎo)電性。（二）電解還原法1.電解還原法處理含鉻廢水當(dāng)原水含鉻在100mg/L以下時，采用電解法的處理費(fèi)用不比化學(xué)還原法高。此法主要缺點(diǎn)是鋼材消耗量大，污泥處理及利用問題尚未解決。2.電沉積法去除與回收廢水中的重金屬離子第40頁,共78頁，2024年2月25日，星期天二、電解浮上和電解凝聚（一）電解浮上法廢水電解時，由于水的電解及有機(jī)物的電解氧化，在電極上會有氣體（如H2、O2、CO2、Cl2等）析出。借助于電極上析出的微小氣泡而浮上分離疏水性雜質(zhì)微粒的處理技術(shù)。第41頁,共78頁，2024年2月25日，星期天（二）電解凝聚法電解凝聚（也稱電混凝）是以鋁、鐵等金屬為陽極，在直電流的作用下，陽極被溶蝕，產(chǎn)生Al3+、Fe2+等離子，再經(jīng)一系列水解、聚合及亞鐵的氧化過程，發(fā)展成為各種羥基絡(luò)和物，多核羥基絡(luò)和物以至氫氧化物，使廢水中的膠態(tài)雜質(zhì)，懸浮雜質(zhì)凝聚沉淀而分離。第42頁,共78頁，2024年2月25日，星期天三、電解槽電解法處理廢水所用電解槽，按水流方向可分為翻騰式、回流式及豎流式三種。第43頁,共78頁，2024年2月25日，星期天4.5離子交換法

第44頁,共78頁，2024年2月25日，星期天一、離子交換法及其原理

離子交換法是利用固相離子交換劑功能基團(tuán)所帶的可交換離子，與接觸交換劑的溶液中相同電性的離子進(jìn)行交換反應(yīng)，以達(dá)到離子置換、分離、去除、濃縮等目的。第45頁,共78頁，2024年2月25日，星期天第46頁,共78頁，2024年2月25日，星期天離子交換劑第47頁,共78頁，2024年2月25日，星期天離子交換樹脂的選擇性是廢水處理中，選擇樹脂和確定處理工藝的主要依據(jù)之一。三、離子交換劑的特點(diǎn)

（1）交換作用嚴(yán)格按等當(dāng)量進(jìn)行（2）交換作用具有可逆性（3）交換劑對交換離子有選擇性第48頁,共78頁，2024年2月25日，星期天四、離子交換法工藝過程（一）交換階段利用離子交換樹脂的交換能力，從廢水中分離脫除需要去除的離子。（二）反沖洗階段目的是松動樹脂，使再生液能均勻滲入層中，與交換劑顆粒充分接觸；把過濾過程中產(chǎn)生的破碎粒子和截留的污物沖走。（三）再生階段（四）清洗階段洗滌殘留的再生液和再生時可能出現(xiàn)的反應(yīng)產(chǎn)物。第49頁,共78頁，2024年2月25日，星期天五、離子交換設(shè)備

1.固定床床層固定不變，水流由上而下流動2.移動床工作時，定期從交換柱排出部分失效樹脂，送到再生柱再生，同時補(bǔ)充等量的新鮮樹脂參與工作。3.流動床交換樹脂再連續(xù)移動中實(shí)現(xiàn)交換和再生。第50頁,共78頁，2024年2月25日，星期天六、影響離子交換能力的因素

（1）廢水中懸浮物——堵塞、包裹（2）有機(jī)物——與固定離子牢固結(jié)合（3）高價金屬離子——引起樹脂中毒。（4）pH值強(qiáng)酸和強(qiáng)堿樹脂交換能力基本上與pH無關(guān)。弱酸或弱堿性樹脂在pH高或低時才能得到較大的交換能力。（5）氧化劑——加速樹脂的老化與分解第51頁,共78頁，2024年2月25日，星期天固定床離子交換器第52頁,共78頁，2024年2月25日，星期天移動床離子交換器第53頁,共78頁，2024年2月25日，星期天流動床離子交換器第54頁,共78頁，2024年2月25日，星期天4.6吸附法

第55頁,共78頁，2024年2月25日，星期天一、吸附原理1.物理吸附：吸附劑與被吸附物質(zhì)之間是通過分子間引力(即范德華力)而產(chǎn)生吸附，稱為物理吸附。一般在低溫下進(jìn)行的吸附主要是物理吸附。2.化學(xué)吸附：吸附劑與被吸附物質(zhì)之間產(chǎn)生化學(xué)作用，生成化學(xué)鍵引起吸附，稱為化學(xué)吸附。化學(xué)吸附是有選擇性的，且不易吸附與解吸，達(dá)到平衡慢?；瘜W(xué)吸附速度隨溫度升高而增加，故常在高溫下進(jìn)行。第56頁,共78頁，2024年2月25日，星期天3.離子交換吸附：一種吸附質(zhì)的離子，由于靜電引力，被吸附在吸附劑表面的帶電點(diǎn)上。如果吸附質(zhì)的濃度相同，離子帶的電荷越多，吸附就越強(qiáng)。對電荷相同的離子，水化半徑越小，越能緊密的接近吸附點(diǎn)，越有利于吸附。4.吸附作用的可逆過程：一方面是吸附質(zhì)的粒子被吸附劑的表面所吸附；另一方面則是有部分被吸附的粒子，由于熱運(yùn)動脫離吸附劑的表面而解吸。第57頁,共78頁，2024年2月25日，星期天二、影響吸附的因素

1.吸附劑的物理化學(xué)性質(zhì)2.吸附質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)

3.廢水的PH值4.溫度吸附是放熱過程，低溫有利于吸附的進(jìn)行。5.共存物的影響起干擾作用，如懸浮物，油類物質(zhì)。6.接觸時間吸附劑與吸附質(zhì)要有足夠的接觸時間才能達(dá)到平衡。第58頁,共78頁，2024年2月25日，星期天三、吸附劑的種類

在工業(yè)廢水中用到的吸附劑有活性炭、磺化煤、木炭、焦炭、硅藻土、爐渣、木屑以及粘土等。一般吸附劑均呈松散多孔性結(jié)構(gòu)，具有巨大的比表面積。不同的吸附劑對處理吸附質(zhì)會有不同的效果，使用時應(yīng)注意選擇?；钚蕴茧x子吸附樹脂第59頁,共78頁，2024年2月25日，星期天四、吸附運(yùn)轉(zhuǎn)方式

1.吸附的工藝過程吸附劑與廢水接觸吸附吸附劑與廢水分離吸附劑的再生或更新。2.運(yùn)轉(zhuǎn)方式一般可分為間歇與連續(xù)兩種。第60頁,共78頁，2024年2月25日，星期天3.吸附操作方式（1）固定床動態(tài)吸附采用兩個固定床裝置并聯(lián)，使用一個時，則另一個備用。（2）移動床吸附在移動床中吸附劑不斷移動，流進(jìn)流出，不斷再生補(bǔ)充。（3）流化床吸附吸附劑在塔內(nèi)處于膨脹狀態(tài)，懸浮于由下而上的水流中，膨脹床的吸附率高，適于處理懸浮物含量較高的廢水。第61頁,共78頁，2024年2月25日，星期天吸附塔第62頁,共78頁，2024年2月25日，星期天4.7膜分離法第63頁,共78頁，2024年2月25日，星期天一、擴(kuò)散滲析法擴(kuò)散滲析是使高濃度溶液中的溶質(zhì)透過薄膜向低濃度溶液中遷移的過程，擴(kuò)散滲析的推動力是薄膜兩側(cè)的濃度差。第64頁,共78頁，2024年2月25日，星期天第65頁,共78頁，2024年2月25日，星期天二、電滲析1.電滲析的基本原理是：電滲析是利用離子選擇性半透膜處理廢水，在外加直流電場作用下，水中帶電荷離子在電場作用下作定向遷移，利用陰、陽離子交換膜對水中離子的選擇透過性（陽離子交換膜只允許陽離子透過；陰離子交換膜只允許陰離子透過），使一部分溶液中的離子遷移到另一部分溶液中去，同時達(dá)到濃縮、分離的目的。第66頁,共78頁，2024年2月25日，星期天2.離子交換膜的性能要求（1）選擇透過性高，要求在95％以上；（2）導(dǎo)電性好，要求其導(dǎo)電能力應(yīng)大于溶液的導(dǎo)電能力；（3）交換容量大；（4）溶脹率和含水率適量；（5）化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)；（6）機(jī)械強(qiáng)度大。第67頁,共78頁，2024年2月25日，星期天3.在廢水處理中的應(yīng)用（1）海水淡化制取飲用水和工業(yè)用水；（2）處理堿法造紙廢液，從濃液中回收堿，從淡液中回收木質(zhì)素；（3）從含金屬離子的廢水中分離和濃縮重金屬離子，然后對濃縮液進(jìn)一步處理或回收利用；（4）從放射性廢水中分離放射性元素，將其濃縮；（5）從芒硝廢液中制取硫酸和氫氧化鈉；（6）從酸洗廢液中制取硫酸及沉積重金屬離子；（7）處理電鍍廢水和廢液等。第68頁,共78頁，2024年2月25日