化学物理化学处理

1、关于化学物理化学处理第1页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四根据污水处理程度一级处理 只去除漂浮物和易沉物，使城市污水排入水体时不致立即出现不洁现象。二级处理 去除漂浮物和易沉物外，进而稳定污水中的有机物，基本上消除污水的耗氧性能。使水体接纳污水后不至于出现严重缺氧情况，水体生态系统将基本上维持原有的平衡状态。三级处理残留微量的悬浮固体和溶解的有害物。第2页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四课程内容概论污水的物理处理污水的生化处理污水的化学处理污水的物理化学处理城市污水回用污泥的处理和处置水处理工艺设计第3页，共61页，2022年，5月20日，13点

2、16分，星期四污水的化学处理 是利用化学反应的作用以去除水中的杂质。处理对象 废水中无机或有机的溶解性物质和胶体物质。（难生物降解的） 第4页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四目 录第一节 化学混凝法第二节 中和法第三节 化学沉淀法第四节 氧化还原法第5页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四去除对象水处理中常见胶体： 粘土颗粒（对于d4m），大部分细菌（0.280nm），病毒（10300nm），蛋白质。胶体可分为憎水性、亲水性胶体或介于两者之间对憎水性胶体，其稳定性可用双电层结构来说明。对于亲水性胶体，其稳定性主要由于它所吸附的大量水分子所构成的水壳来

3、说明。第一节 化学混凝法第6页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四 胶体物质难沉淀的原因（稳定性）胶体物质的形成 难容物质从液体中析出： 离子聚集形成微粒物质表面-吸附能力 电离后的颗粒表面-带电性能（负电荷）难沉淀（稳定）的原因同性相斥（静电斥力）-微粒状态表面水化层-分散状态稳定性：胶体颗粒在水中保持分散状态 的性质。第7页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第一节 化学混凝法混凝过程具有两个作用： 第一个作用：使水中原有的离散微粒首先具有粘附在固 体颗粒上的性质凝聚（coagulation） 第二个作用：使这些具有粘附性的离散微粒能够粘结成絮 体絮

4、凝（flocculation）混凝（coagulation-flocculation）第8页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四电位离子反离子扩散层胶团边界滑动面胶粒吸附层胶核电位电位第9页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四 胶体的脱稳及凝聚（混凝原理） 压缩双电层作用（凝聚作用）:水中投加电解质等混凝剂，消除或降低胶粒的地位，使颗粒碰撞聚结，失去稳定性（凝聚）。第10页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四 胶体的脱稳及凝聚（混凝原理） 压缩双电层作用（凝聚作用）: 吸附架桥作用（絮凝作用）：高分子混凝剂溶于水水解和缩聚反应高分子聚

5、合物两端吸附颗粒，在相距较远的两胶粒间进行吸附架桥，使颗粒逐渐结大，形成肉眼可见的粗大絮凝体（絮凝）。 网捕作用（过滤作用）：三价铝盐或铁盐等水解而生成沉淀物。这些沉淀物在自身沉降过程中，能集卷、网捕水中的胶体等颗粒，使胶体粘结。第11页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四二、常用混凝剂和助凝剂1、混凝剂（1）无机盐类混凝剂： 铝盐（硫酸铝、明矾）、铁盐（三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铁）。（2) 高分子混凝剂： 无机类（聚合氯化铝、聚合氯化铁） 有机类（聚丙烯酰胺）。第12页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四二、常用混凝剂和助凝剂 2、助凝剂：酸碱类：调节

6、碱度（石灰、海藻酸钠）增加絮体性能类：密实性和沉降性（活性炭）氧化剂类：破坏混凝过程中的有干扰的 有机物质 （氯气）作用：提高沉淀效果 提高澄清效果 第13页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四三、影响混凝效果的主要因素水温水解速率非常缓慢。粘度大，不利于脱稳胶粒相互絮凝。PH 用硫酸铝去除水中浊度时，最佳pH值范围在6.5-7.5 ；用于除色时，pH值在4.5-5之间水中杂质的成分、性质和浓度水力条件混凝过程中的水力条件对絮凝体的形成影响极大。整个混凝过程可以分为两个阶段：混合和反应。第14页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四四、化学混凝的设备化学混

7、凝的设备包括：混凝剂的配置和投加设备混合设备反应设备第15页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四混凝剂的配置和投加设备调配方法：干法、湿法调配设备：溶解池、溶液池投加设备：泵前重力投加 水射器投加 计量泵投加计量设备：转子流量计，电磁流量计第16页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第17页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四混合设备水泵混合隔板混合机械混合反应设备根据搅拌方式的不同：水力搅拌反应设备机械搅拌反应设备第18页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第19页，共61页，2022年，5月20日，13点16分

8、，星期四 第20页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第21页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第二节 中和法酸性和碱性废水的处理-中和法。一、酸性废水中和碱性废水、废渣投药中和（石灰、电石渣和石灰石等中和剂能配制成溶液或浆料）过滤中和（石灰石、白云石、大理石等中和剂为粒料或块料时）第22页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第二节 中和法二、碱性废水中和酸性废水、废液商品酸（工业硫酸、盐酸）酸性废气（烟道气）第23页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四目 录第一节 化学混凝法第二节 中和法第三节 化学沉淀法第四

9、节 氧化还原法第24页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第三节 化学沉淀法（chemical precipitation)用易溶的化学药（沉淀剂）使溶液中某种粒子以它的一种难溶的盐或氢氧化物从溶液中析出，在化学上称沉淀法。 废水处理中，常用化学沉淀法去除废水中有害离子，如阳离子Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cr6+，阴离子SO42-、PO43-、CrO42-。第25页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四化学沉淀法原理溶度积（Ks）： 难溶盐和难溶氢氧化物在溶液中的离子的浓度之积。是常数（溶解平衡常数）。溶解盐类是否产生沉淀的必要条件

10、 当能结合成难溶盐的两种离子的浓度之积超过这盐的溶度积（Ks)时，这盐将析出，而这两种离子的浓度将下降，需要去除的离子就与水分离。第26页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第三节 化学沉淀法根据使用沉淀剂的不同： 氢氧化物沉淀法 硫化物沉淀法 碳酸盐沉淀法 铁氧体沉淀法第27页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第四节 氧化还原法 氧化还原法在废水处理中不多见。原理：投加氧化剂和还原剂，经过与污染物质的氧化还原反应使有毒物质向无毒或微毒物质的转变。电镀废水处理中去除铬酸根和氰根含汞废水亦可用氧化还原法回收汞第28页，共61页，2022年，5月20日，1

11、3点16分，星期四第四节 氧化还原法一、化学氧化法氯系氧化法-氢化物、硫化物的去除（印染废水）空气氧化法-含硫废水（石油炼厂废水）臭氧氧化法-炼油废水光氧化法-印染废水二、化学还原法含铬废水（电镀废水）-硫酸亚铁、二氧化硫、 铁屑、亚硫酸钠含汞废水硼氢化钠第29页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四课程内容概论污水的物理处理污水的生化处理污水的化学处理污水的物理化学处理城市污水回用污泥的处理和处置水处理工艺设计第30页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四污水的物理化学处理 是利用物理、化学的原理和化工单元操作以去除水中的杂质。处理对象 废水中无机或有机的

12、溶解性物质和胶体物质（难生物降解的）。适用场合 回收利用-杂质浓度很高（蒸发、蒸馏、结晶）深度处理-杂质浓度很高低（吸附、离子交换、 萃取、膜分离）第31页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四目 录第一节 吸附法第二节 离子交换法第三节 萃取法第四节 膜分离法第32页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第一节 吸附法一、吸附理论1、吸附的一般概念吸附：在相界面上，物质的浓度自动发生累积或浓 集的现象。固液界面上的吸附 吸附剂：具有吸附能力的多孔性固体物质（固相）吸附质：废水中被吸附的物质（液相）吸附法本质：吸附质吸附在吸附剂表面，予以回收 或取出的方法。

13、是一种传质现象。第33页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四 2、吸附的分类 根据吸附剂表面吸附力的不同：物理吸附化学吸附离子交换吸附（可逆的化学吸附）一、吸附理论第一节 吸附法第34页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四项目物理吸附化学吸附作用力分子引力剩余化学键力选择性可吸附多种吸附质有选择性吸附层单分子、多分子吸附层形成单分子吸附层吸附热放热反应吸附热较小4.19kJ/mol吸热反应吸附热较大 83.7418.7kJ/mol吸附速度快（几乎不需活化能）慢（需一定活化能生成化学键力）可逆性是可逆过程（吸附解吸）不可逆（吸附解吸）温度低温高温第35页，

14、共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四3、影响吸附的因素吸附剂性质（吸附能力、吸附速度）吸附能力的大小可用吸附量来衡量。吸附速度：单位重量吸附剂在单位时 间内所吸附的物质量。吸附质性质（吸附等温式）系统环境条件（PH、温度、共存物质）系统运行条件第一节 吸附法一、吸附理论第36页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四1、吸附平衡 吸附速度=解吸速度 吸附量：吸附平衡时单位重量吸附剂上吸附的 吸附质重量（g/g)。(q=y/m)2、吸附等温式 表明被吸附物的量与浓度之间的关系式 弗劳德利希(Freundlich)吸附等温式 朗格缪尔(Langmuir)吸附等温式

15、。二、吸附平衡及吸附等温式第37页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四 弗劳德利希等温式 朗格缪尔等温式 （被吸附物质仅为单分子层的假定）c第38页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四常用是活性炭和腐植酸类吸附剂。 1、活性炭 （多环芳香族组成的层面晶格结构） 备制：原料-碳化-氧化（活化） （孔隙率、比表面积 ）种类：粉末状、颗粒状三、吸附剂第39页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四2、腐植酸类吸附剂天然的富含腐植酸的风化煤、泥煤、褐煤等可以直接使用或经简单处理后使用。（将富含腐植酸的物质用适当的粘合剂制备成的腐植酸系树脂。）腐植

16、酸类物质能吸附工业废水中的许多金属离子，如汞、铬、锌、镉、铅、铜等。腐植酸类物质在吸附重金属离子后，可以用H2SO4、HCl、NaCl等进行解吸。 三、吸附剂第40页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四吸附剂的再生1、定义在吸附剂基本身结构不发生或很少发生变化的情况下，用某种方法把吸附质从吸附剂微孔中去除，恢复其吸附能力，以达到重复使用目的。2、再生方法加热再生药剂再生化学氧化法生物再生法第41页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四吸附工艺:(多孔性吸附剂的吸附过程)基本上可分为三个阶段：颗粒外部扩散阶段-即吸附质从溶液中扩散到吸附剂表面；孔隙扩散阶段-

17、即吸附质在吸附剂孔隙中继续向吸附点扩散；吸附反应阶段-吸附质被吸附在吸附剂孔隙内的吸附点表面。一般，吸附速度主要取决于外部扩散速度和孔隙扩散速度。四、吸附工艺和设备第42页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四四、吸附工艺和设备设备：吸附塔或吸附柱 吸附的操作方式：间歇式和连续式。 间歇式（静态吸附） 连续式（动态吸附）固定床（升流式、降流式）移动床流化床第43页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四 第44页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四吸附法除汞 活性炭有吸附汞和汞化合物的性能，但因其吸附能力有限，只适宜于处理含汞量低的废水。炼

18、油厂、印染厂废水的深度处理 某炼油厂含油废水，经隔油，气浮和生物处理后，再经砂滤和活性炭过滤深度处理 五、吸附法在污水处理中的应用第45页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第二节 离子交换法一、概述定义 吸附质离子静电引力吸附剂表面带电活动中心 吸附剂（离子交换剂）放出等当量可交换离子 进行等量同性离子交换反应。实质：特殊的吸附过程，是可逆性化学吸附。去除对象：溶解性离子水处理中软化和除盐的主要方法之一。去除或回收重金属离子。第46页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四在平衡状态下（正反反应速度相等）树脂中及溶液中的反应物浓度符合下列关系式：K-离子交

19、换选择性系数 离子交换是可逆反应，其反应式可表为：第47页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四二、离子交换剂离子交换树脂 人工合成的高分子聚合物，由树脂本体(又称母体或骨架)和活性基团两个部分组成。分类： (1)按活性基团的不同可分为含有酸性基团的阳离子交换树脂（强酸、弱酸性）含有碱性基团的阴离子交换树脂（强碱、弱碱性）按母体材质的不同有机、无机第48页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四(2)按活性基团中酸碱的强弱分为:强酸性(strong acid)阳离子交换树脂 活性基团一般为SO3H （磺酸型阳离子交换树脂）弱酸性(weak acid)阳离子交换

20、树脂 活性基团一般为COOH （羧酸型阳离子交换树脂）强碱性(strong base)阴离子交换树脂 活性基团一般为NOH （季胺型阴离子交换树脂）二、离子交换剂第49页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四离子交换树脂的选用1.离子交换树脂的有效pH值范围2.交换容量(是离子交换树脂最重要的性能) 定量地表示树脂交换能力的大小。交换容量的单位是mol/kg（干树脂）或mol/L（湿树脂）。全交换容量:一定量的树脂所具有的活性基团或可交换离子的 总数量。工作交换容量:指树脂在给定工作条件下实际的交换能力。3.交联度（7%-10%）4.交换势二、离子交换剂第50页，共61页，2

21、022年，5月20日，13点16分，星期四 三、离子交换的工艺和设备 按照进行方式的不同，可分为固定床和连续床两大类：第51页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四离子交换的工艺过程离子交换方式可分为静态交换与动态交换两种。 静态交换-将废水与交换剂同置于一耐腐蚀的容器内，使它们充分接触（可进行不断搅拌）直至交换反应达到平衡状态。此法适用于平衡良好的交换反应。 动态交换-指废水与树脂发生相对移动，它又有塔式(column)（柱式）与连续式之分。在离子交换系统中多采用柱式交换法。第52页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四离子交换工艺过程示意图树脂反洗废水反

22、洗水反洗树脂再生液再生废液再生树脂产品水正洗废液正洗树脂进水产品水交换第53页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第三节 萃取法一、概述萃取的定义： 用适当的溶剂分离混合物的过程。分类： 液液萃取：混合物为溶液 固液萃取：混合物为固体使用的溶剂叫萃取剂，提出的物质叫萃取物。第54页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四萃取法的实质（原理）萃取剂的特点：不溶于水（或溶解度很低），但能够溶解废水中某种物质，对其他物质的溶解度很低。在废水处理上，利用废水中的杂质在水中和有机萃取剂中溶解度的不同，可以采用萃取的方法，将杂质提取出来 用萃取法处理废水时，有三个步骤： 混合 分离 回收、再生 技术上可靠，经济上合理，生产才能采用。第55页，共61页，2022年，5月20日，13点16分，星期四二、萃取剂1、选择原