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废水的化学处理交流学习,一 中和法,三 化学沉淀法,四 氧化还原法五 电解法六 膜过滤七 水处理图集,二 化学混凝法,化学处理法是通过化学反应来分离、去除废水中呈溶解、胶体状态的污染物质或将其转化为无害物质的废水处理法。,处理对象主要是污水中无机的或有机的(难于生物降解的)溶解物质或胶体物质。,在化学处理法中，以投加药剂产生化学反应为基础的处理单元是：中和、混凝、氧化还原等。,一 中 和 法,1、在工业废水处理中，中和法应用以下情况:（1）在废水排入水体之前，因为水生生物对pH值的变化极其敏感，当大量废水排入后使水体的pH值变得偏酸或偏碱时，会产生不良影响；（2）在废水排入城市排水管道之前，由于酸、碱对排水管道产生腐蚀作用，一般城市排水管道对排入工业废水的pH值都有明确的规定；（3）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的最佳值。对于生物处理，废水的pH值通常应维持在6.58.5范围内，以保证处理构筑物内的微生物维持最佳活性。,2、工业废水的中和处理 1）酸和碱反应生成盐和水称为中和反应 2）酸碱废水的产生酸性污水化工厂、化纤厂、电镀厂，金属加工厂等酸性污水 PH14，腐蚀性强，改变水体的PH值，影响水生植物。碱性污水印染厂、造纸厂、炼油厂的碱性污水PH1014，腐蚀危害 小于酸性水，影响水生植物。3）处置:酸碱污水在浓度高时3%5以上，应考虑回收和综合利用，制造硫酸亚铁、硫酸铁；在浓度不高时(3%)可采用处理的方法。4）中和剂：酸性污水的中和剂：苏打 NaCO3和苛性钠NaOH具有组成均匀，易于贮存，反应迅速，易溶于水，但价格较高。石灰 Ca(OH)2 来源广泛，价格便宜。石灰石 CaCO3，白云石 CaCO3MgCO3是开发的石料，在产地价格便宜，可以作为一种中和材料，主要用于滤床使用。碱性污水的中和剂硫酸、盐酸、烟道气。,3、中和方法分类,1)碱性污水中和处理 常用于酸性污水中和、投酸中和、烟道气中和碱性污水，碱性污水中和处理需具备采用方法的条件，投加酸中和方法简单，但费用过高，烟道气体中和方便实用。投酸中和，通常采用93%96%的工业硫酸。若处理水量较小时，可用盐酸中和。在投加酸之前，一般先将酸稀释成10%左右，然后按设计要求的投量经计量泵计量后加入。酸稀释时应考虑腐蚀。烟道气中和。烟道气中含有CO2和SO2，溶于水中形成H2CO3、H2SO3，可中和碱性废水。用烟道气中和的方法有两种，一是将碱性废水作为湿式除尘器的喷淋水，另一种是使烟道气通过碱性废水。优点：处理效果良好；以废治废；经济。缺点：会使处理后的废水中悬浮物含量增加，硫化物和色度增加。,碱性废水中和处理采用的中和药剂：盐酸和硫酸。酸性中和剂的单位消耗量，参见表,2)酸性污水中和处理 用碱性物质为中和剂，常采用石灰处理酸性污水，石灰还是混凝剂，可凝聚水中的杂质，对于含杂质多的酸性污水有利。当污水中含有重金属离子时，加入石灰，碱性增大使水中重金属离子产生沉淀。干投法用机械将药剂粉碎，直径0.5mm，然后直接投入水中。湿投法将药剂溶解成液体，用计量设备控制投加量，可节省药剂。,酸性废水中和处理采用的中和药剂：石灰、石灰石、白云石、苏打、苛性钠等.,过滤中和法处理酸性污水 使污水流经具有中和能力的滤池，例如石灰石、白云石、大理石等，产生中和作用。石灰石与盐酸反应 白云石与硫酸反应 白云石中含有,可生成溶解度较大的 不会造成反应中滤池的堵塞，产生的 是石灰石中和产生的50%，影响小一些。,CaSO4,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。,水流由下向上流动，加上产生的CO2气体的作用，使滤料相互碰撞摩擦，表面不断更新，处理效果良好。,中和方法的选择应考虑：含酸或含碱废水所含酸类或碱类的性质、浓度、水量及其变化规律；首先应寻找能就地取材的酸性或碱性废料，并尽可能加以利用；本地区中和药剂和滤料（如石灰石、白云石等）的供应情况；接纳废水水体性质、城市下水道能容纳废水的条件，后续处理（如生物处理）对pH值的要求等。,酸碱废水相互中和的设施：当水质水量变化较小，或废水缓冲能力较大时，可不单独设中和池，而在集水井或管道内进行连续流式混合；当水质水量变化不大，废水也有一定缓冲能力时，应单设连续流式中和池；当水质水量变化较大，且水量较小时，应采用间歇流式中和池。每池的有效容积可按废水排放周期中的废水量计算。一般至少设两座，以便交替使用。,4)酸碱污水相互中和法 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。例如，电镀厂的酸性污水和印染厂的碱性污水相互混合，达到中和目的。根据化学反应等当量原理，Q1C1=Q2C2 计算污水中酸碱的含量及污水量，使酸碱污水等当量混合，达到等当量中和并略偏于碱性。,日常管理：出水PH值，加药设备、中和设备、机械、电子控制设备、岗位操作记录等。,二 化学混凝法,一、混凝原理,化学混凝处理的对象主要是水中的微小悬浮物和胶体杂质。,1.胶体的稳定性,2.混凝原理,(1)压缩双电层作用,混凝剂提供大量正离子会涌入胶体扩散层甚至吸附层,使电位降低。当电位为零时,称为等电状态。此时胶体间斥力消失,胶粒最易发生聚结。,胶粒因电位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。,上述反应中，降低水中H+(或H3O+)浓度或提高pH，使反应趋向右方，水合羟基络合物的电荷逐渐降低，最终生成中性氢氧化铝难溶沉淀物。,当pH4时，水解受到抑制，水中存在的主要是Al(H2O)33+。,当pH45时，水中有Al(OH)(H2O)52+、Al(OH)2(H2O)4+及少量Al(OH)3(H2O)3。,当pH78时，水中主要是Al(OH)3(H2O)3沉淀物。,但在某一特定pH时，水解产物还有许多复杂的高聚物和络合物同时共存。,因为初步水解产物中的羟基OH-具有桥键性质。,从上述反应可以看出，三价铝盐发挥混凝作用的是各种形态的水解聚合物。,当混凝剂投放水中后，应立即进行剧烈搅拌，使带电聚合物迅速均匀地与全部胶体杂质接触，使胶体脱稳，随后，脱稳胶体在相互凝聚的同时，靠聚合度不断增大的高聚物的吸附作用，形成大的絮凝体，使混凝过程很好完成。,二、混凝剂和助凝剂,1.混凝剂,2.助凝剂,三、影响混凝效果的主要因素,1.水温,2.pH,3.水中杂质的成分、性质和浓度,4.水力条件,四、化学混凝的设备,1.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,(2)混凝剂溶液的投加方式,2.混合设备,(1)水泵混合,(2)隔板混合,(3)机械混合,三 化学沉淀法,用易溶的化学药剂(可称沉淀剂)使溶液中某种离子以它的一种难溶的盐和氢氧化物形式从溶液中析出，在化学上称沉淀法，在化工和环境工程上称化学沉淀法。,废水处理中，常用化学沉淀法去除废水中的有害离子，尤其是重金属离子，如Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cr6+。,根据使用的沉淀剂的不同，通常使用的化学沉淀法主要有氢氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、碳酸盐沉淀法和钡盐沉淀法等。,1、氢氧化物沉淀法 采用氢氧化物作沉淀剂使工业废水中的许多重金属离子生成氢氧化物沉淀而得以去除，这种方法一般称作氢氧化物沉淀法。氢氧化物沉淀与pH值有很大的关系，金属氢氧化物的生成条件和存在状态与溶液的pH值有直接关系。此外，有些金属如 Zn、Pb、Cr、Al等的氢氧化物为两性化合物，如 pH值过高，它们会重新溶解。如：,2、硫化物沉淀法 工业废水中的许多重金属离子可以形成硫化物沉淀而得以去除。由于大多数金属硫化物的溶解度一般比其氢氧化物的要小得多，采用硫化物可使重金属得到较完全的去除。硫化物沉淀法常用的沉淀剂有硫化氢、硫化钠、硫化钾等。重金属离子的浓度和pH有关，随着pH值增加而降低。虽然硫化物法比氢氧化物法可更完全地去除重金属离子，但是由于它的处理费用较高，硫化物沉降困难，常常需要投加凝聚剂以加强去除效果，因此，采用得并不广泛，有时仅作为氢氧化物沉淀法的补充方法使用。此外，在使用过程中还应注意避免造成硫化物的二次污染问题。,3、碳酸盐沉淀法 金属离子的碳酸盐的溶度积很小，对于高浓度的重金属废水，可以用投加碳酸钠的方法加以回收。如：含锌废水：某些化工厂排出的废水中含锌离子，若不进行处理将污染环境。用碳酸钠与之反应，生成碳酸锌沉淀。沉渣用清水漂洗后，再经真空抽滤筒抽干，可以回收或回用生产。其化学反应如下：,含铜废水：某些含铜工业废水也可以采用碳酸盐沉淀法回收，对于其沉淀下来的铜，一般还应进一步回收利用。含铅废水：对于某些含铅工业废水利用碳酸盐沉淀法处理，对于其沉淀下来的废渣，应该送固体废物处理中心或在本单位进行无害化处理，以保证不对环境造成二次污染。反应式为：Pb2+CO32-PbCO3,4、钡盐沉淀法主要用于处理含六价铬的废水。沉淀剂：碳酸钡、氯化钡、硝酸钡、氢氧化钡等。以碳酸钡为例：BaCO3+CrO42-BaCrO4+CO32-为了提高除铬效果，应投加过量的碳酸钡，反应时间应保持2530min。投加过量的碳酸钡会使出水中含有一定数量的残钡。在回用前可用石膏法去除：CaSO4+Ba2+BaSO4+Ca2+,5、铁氧体沉淀法 废水+硫酸亚铁+碱 铁氧体晶粒 空气,主要设备：加药装置、PLC自动控制、混合装置、稳定沉淀池、出水装置，除渣装置,日常管理：出水中污染物浓度、机械电子设备运行是否正常，除渣是否正常，岗位记录等,四 氧化还原法,定义：氧化还原法：利用溶解于废水中的有毒物质，在氧化还原反应中能被氧化或还原的性质，把它转化为无毒无害的新物质的方法。目的：剧毒或有毒 无毒、低毒 常用的氧化剂：空气中的氧、纯氧、臭氧、氯气、漂白粉、次氯酸钠、三氯化铁等；常用的还原剂：硫酸亚铁、亚硫酸盐、氯化亚铁、铁屑、锌粉、二氧化硫、硼氢化钠等。,1、药剂氧化法 定义：向废水中投加氧化剂，氧化废水中的有毒有害 物质，使其转变为无毒无害的或毒性小的新物 质的方法。作用：主要去除废水中的氰化物、硫化物、酸、醇、油类污染物及脱色、脱嗅、杀菌等。例：含氰废水，氰化钠、氰化钾易析出CN(剧毒）加入氧化剂后转化为络合物，不易析出CN，表现为较低的毒性。,2、药剂还原法 定义：向废水中投加还原剂，氧化废水中的有毒有害物 质，使其转变为无毒无害的或毒性小的新物质的方法。作用：主要处理含铬、含汞废水。例一：硫酸亚铁石灰法除铬 废水中的六价铬主要以两种形式存在：铬酸根CrO42-和重铬酸根CrO72-在水中：2 CrO42-+2H+CrO72-+H2O pH4时，主要以CrO72-存在投加硫酸亚铁时：Cr6+Cr3+（还原）Fe2+Fe3+(氧化)在投加石灰，使pH为7.5-9.0 可以生成Cr(OH)3+Fe(OH)3,例二：亚硫酸钠法处理含铬污水 含铬污水主要来自电镀厂，污水中含有的铬酸根和重铬酸根形式存在的高价铬，其比例大小与PH有关。在酸性条件下水中投加亚硫酸氢钠，将六价铬还原成三价铬，然后投石灰，生成氢氧化物沉淀。反应时控制PH值7.5-9.0,3、臭氧氧化,1）臭氧性质氧化能力：强氧化剂，仅次于氟，比氧、氯都高。溶解度：与压力成正比（符合亨利定律）。分解：在空气中会自行分解。毒性和腐蚀性：除金和铂外所有金属都有腐蚀性。但不含碳的铬铁合金不受腐蚀，用来制造设备。2）臭氧的制备 无声放电；放射法；紫外线辐射法；等离子射流法。,3）臭氧接触反应设备 一般根据臭氧化空气与水的接触方式分为：气泡式（应用较多）；水膜式；水滴式。4）尾气处理 活性碳法：2C+O3CO2+CO 药剂法:亚铁盐等使其还原；氢氧化钠使其分解。燃烧法：在300以上立即分解。,5）具体应用 印染废水处理：主要脱色。含氰废水处理；含酚废水处理。6）优点：对除臭、脱色、杀菌去除有机物和无机物有显 著效果。不产生二次污染。制备臭氧的电和空气不需储存和运输 不产生污泥。缺点：造价高，处理成本高。,4、二氧化氯氧化法,1）性质：黄色略带辛辣的气体。在水溶液中无 害，具有强大的脱色和漂白功能。2）作用：主要杀菌，常用于医院废水处理。（最早用液氯，现用二氧化氯替代）3）制造：用氯或盐酸与次氯酸钠反应制造；二氧化氯协同发生器。,5、光氧化法,是工业废水处理的新技术，可以解决有毒害但无法生物降解的物质。1）类型：光激化氧化法 以臭氧、过氧化氢、氧和空气作为氧化剂，将氧化作用和光化学辐射相结合，产生氧化能力很强的自由基。光催化氧化法 在水溶液中加入一定量的半导体催化剂，在紫外线辐射下产生强氧化能力的自由基。,2）光化学反应器的设计 目前成品市场较少 紫外光源的选择 选取对水处理最有效的波段范围。水的紫外光吸收系数和穿透深度 吸收系数：只有水吸收光时，才能进行光化学反应。穿透深度：紫外光在水中透射时，受水质和水深因素 的影响。3）光强和剂量 光强：功率的大小。剂量：作用在单位面积上的能量。,Fenton试剂氧化,芬顿（Fenton）氧化技术是以芬顿试剂进行化学氧化的废水处理方法。Fenton试剂是由H2O2和Fe2+混合而成的一种氧化能力很强的氧化剂。其氧化机理主要是在酸性条件下(一般pH3.5)，利用Fe2+作为H2O2的催化剂，生成具有很强氧化电性且反应活性很高的OH，羟基自由基在水溶液中与难降解有机物生成有机自由基使之结构破坏，最终氧化分解。同时Fe2+被氧化成Fe3+产生混凝沉淀，将大量有机物凝结而去除。芬顿氧化法可有效地处理含硝基苯、ABS等有机物的废水以及用于废水的脱色、除恶臭。,Fenton处理工艺图,应用：处理难降解有机废水，石油化工、造纸黑液、印染、制革、焦化等。,五 电 解 法,1、定义 利用电解的原理，使污染物质在电解过程中沉积于电极表面、或沉淀下来、或生成气体来处理废水的方法叫电解法。2、电解槽的结构形式（1）回流式 优点：水流沿极板折流前进，流程长，有利于离子扩散，电解槽容积利用率高。缺点：施工和检修困难。,（2）翻腾式 极板悬挂，水流顺着板面前进，减少漏电。3、电解处理法的作用（1）氧化作用 电解产生O2，可以氧化有机物和无机物。（2）还原作用 电解产生H2，可以还原某些物质，如脱色。（3）混凝作用 失去电子的金属离子易水解生成羟基络合物。（4）浮选作用 产生气体，以微气泡形式逸出，使杂质上浮。,电解氧化法处理含氰废水时，CN可在阳极直接被氧化，其电极反应分两步进行，第一步将CN氧化为CNO，第二步将CNO氧化为N2和CO2(HCO3-)。CN的阳极氧化需在碱性条件下进行，这是因为酸性条件下形成的HCN在阳极上放电十分困难，而碱性条件下形成的CN易于在阳极放电；同时阳极反应也需要有OH离子参加。但pH太高，将发生OH放电析出O2的副反应，与氰的氧化破坏无关，却使电流效率降低。,4、电解氧化法：,含氰废水处理 1）含氰废水的来源：氰化电镀 2）碱性氯化法：碱性氯化法分一级处理和二级处理，其原理为：利用OCI-的氧化作用。一级处理：包括两个主要反应，CN-+OCI-+H2O=CNCI+2OH-CNCI+2OH-=CNO-+CI-+H2O二级处理 NaCNO+3HOCI+H2O=2CO2+N2+3NaCI+HCI+H2O CNCI+2HOCI+H2O=2CO2+N2+5HCI,碱性氯化法间歇处理含氰废水工艺流程,碱性氯化法连续处理含氰废水工艺流程,5、电解还原法：铬通常以Cr2O72-的形态存在于废水中，直流电作用下，向阳极迁移，被铁阳极产物Fe2+离子所还原。阴极还直接还原一部分六价铬。由于H+离子在阴极放电，使废水的pH值逐渐提高，Cr3+和Fe3+便形成Cr(OH)3及Fe(OH)3沉淀。生成的氢氧化铁有凝聚作用，能促进氢氧化铬迅速沉淀。,含铬废水处理 1.含铬废水的来源：镀铬、钝化、铝阳极氧化等镀件的清洗水。2.用电解法处理含铬废水，不论是单独使用还是在闭路循环系统中与其它单元操作组合使用，都具有普遍性。一般认为，该法用来回收铬是经济合理的，当废水含铬l00mg/L，回收铬的价值完全可以抵偿处理费。,铁碳微电解,铁碳微电解是当将铁屑和碳颗粒浸没在酸性废水中时，由于铁和碳之间的电极电位差，废水中会形成无数个微原电池。这些细微电池是以电位低的铁成为阳极,电位高的碳做阴极,在含有酸性电解质的水溶液中发生电化学反应的。,反应的结果是铁受到腐蚀变成二价的铁离子进入溶液。由于铁离子有混凝作用,它与污染物中带微弱负电荷的微粒异性相吸,形成比较稳定的絮凝物(也叫铁泥)而去除，为了增加电位差，促进铁离子的释放,在铁-碳床中加入一定比例铜粉或铅粉。其中电位低的铁成为阳极，电位高的碳成为阴极，在酸性充氧条件下发生电化学反应，其反应过程如下：阳极(Fe):Fe-2e Fe2+,阴极(C):2H+2e 2HH2,铁碳微电解工艺,应用：处理难降解有机废水，石油化工、造纸黑液、印染、制革、焦化等。,六、膜过滤,超滤（简称UF）是以压力为推动力，利用超滤膜不同孔径对液体进行分离的物理筛分过程。其分子切割量（CWCO）一般为6000到50万，孔径为20-100nm（纳米）。超滤同反渗透技术类似，是以压力为推动力的膜分离技术。居于纳滤（NF）与微滤（MF）之间。是新兴的水处理技术，随着技术的发展、膜成本的降低，将对水处理产生革命性的影响。,膜过滤示意图,www.vito.be,管状膜和纤维膜,管状膜单元,纤维膜组件,陶瓷膜,平板膜,螺旋 RO/NF 组件,Flow IN,Spacer,Membrane,Permeate,Concentrate,