第十六章 水的其他物理化学处理方法

第十六章水的其他物理化学处理方法第一页，共五十七页，编辑于2023年，星期五离心分离1.原理颗粒受到的净离心力Fc=（m-mo）ω2r颗粒在水中的净重力Fg=（m-mo）g

α——分离因素粒径为d(m)的颗粒的分离速度Uc(m/s)：接下页第二页，共五十七页，编辑于2023年，星期五

式中：ρ、ρo——分别为颗粒和水的密度，kg/m3μ——水的动力粘度，0.1pa·s当离心ρ>ρo，Uc>0，颗粒抛向周边——离心沉降。

ρ<ρo，Uc<0，颗粒被推向中心——离心上浮。当d越小，（ρ—ρo）越小，μ越大，则Uc越小，颗粒越难分离。离心分离1.原理第三页，共五十七页，编辑于2023年，星期五

离心机：高速离心机（α>3000）中速离心机（α=1000～3000）常速离心机低速离心机（α<1000）（1）常速离心机：(ρ—ρo)较大时采用，用于污泥脱水，纤维回收。（2）高速离心机：(ρ—ρo)较小时采用，用于乳化油、蛋白质回收。压力式水力旋流器

水力旋流器重力式水力旋流器离心分离2.离心原理设备：离心机、水力旋流器第四页，共五十七页，编辑于2023年，星期五压力式水力旋流器（1）构造与原理第五页，共五十七页，编辑于2023年，星期五压力式水力旋流器（1）构造与原理第六页，共五十七页，编辑于2023年，星期五压力式水力旋流器（1）构造与原理第七页，共五十七页，编辑于2023年，星期五1)确定分离器的尺寸——按经验确定园筒直径——D园筒高度——Ho=1.7D锥体高度——Hk=3Ho；锥体角度：θ=10～15°中心溢流管直径——do=(0.25～0.3)D进水管直径——d1=(0.25～0.4)D出水管直径——d2=(0.25～0.5)D；出口流速6～10m/s。锥底直径——d3=(0.5～0.8)do2)处理水量Q（L/min）Q=KDdo（g△p）1/2式中：K——流量系数，K=5.5d1/D△P——进出口压差，Mpa，△p=p1—p2，一般为0.1～0.2Mpa。g——重力加速度（m/s2）压力式水力旋流器（2）压力式水力旋流器的设计：接下页第八页，共五十七页，编辑于2023年，星期五3)分离器台数n并联使用。4)被分离颗粒的极限直径dc(cm)

式中：d1——进水管直径（cm）

φ——环流速度的变化系数，约为

μ——水的动力粘度，Pa·s

Q——处理水量，cm3/s

H——中心流束高度，cm，约为锥体高度的2/3，即h=（D—d3）/3tgθ；dc是判断水力旋流器分离效果的重要指标，极限直径dc越小，分离效果越好。q沉淀池=1.0m3/m2·h； q水力旋流器=950m3/m2·h压力式水力旋流器第九页，共五十七页，编辑于2023年，星期五1.设计：（1）表面积

（m2）式中：q——表面水力负荷：取25～30m3/m2·h要求η>80%，q=25；η<80%，q=30（2）有效水深Ho1)按停留时间t=15～20min计算：Ho=Qt/A2)按结构尺寸确定：Ho=(0.7～1.2)DD——池直径，D较大，采用较大系数，反之亦然。（3）缓冲层高度h1=0.8～1.2m（保护高度）。（4）进水管向下倾斜1～5°，管咀处流速V=0.9～1.1m/s。（5）所需水头h（水头差）。重力式旋流分离器——水力旋流沉淀池接下页第十页，共五十七页，编辑于2023年，星期五

式中：α——系数，试验确定，一般为4.5；V——管咀处流速（进口处流速）0.9～1.1m/s；ξ——局部阻力系数；V1——进水管内流速0.8～1.0m/s；

L——进水管长度，m；

I——进水管单位长度的沿程损失。（6）应用——旋流沉淀池适于小流量工业废水中比重较大的无机杂质的分离，它广泛用于回收轧钢废水中氧化铁皮和可浮油，回收率可达90～95%，出水可循环使用重力式旋流分离器——水力旋流沉淀池第十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期五1.电解槽的结构形式1）、结构形式：回流式、翻腾式如图16-2。采用直流电源电解第十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期五2）、极板电路：单极性电解槽双极性电解槽电解第十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期五2.电解法的原理与分类

1）、法拉第电解定律——耗电量的计算

式中：G——析出或溶解的物质质量，g

E——物质的化学当量，g/molQ——通过的电量,库伦（C）I——电流强度，安培（A）；t——电解时间（S）F——法拉第常数，F=96487c/mol2）、分解电压定义：能使电解正常进行时所需的最小外加电压叫分解电压EE=原电池的电动势+浓差电池电位+化学极化电位+IR（电解液电阻产生压降）。槽电压一般为4～5V电解第十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期五3.电解法在废水处理中的应用1)、电解法处理含铬废水(1)基本原理：在阳极：Fe—2e→Fe2+（铁板阳极溶解，把电子转给电源）

（主要的）

Cr2O72-+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O

CrO42-+3Fe2++8H+Cr3++4H2O+3Fe在阴级：2H++2eH2↑

（次要的）Cr2O72-+6e+14H+2Cr3++7H2O

CrO42-+3e+8H+Cr3++4H2OH+减少，废水中碱性增强，使Cr3+、Fe3+产生氢氧化物沉淀Cr3++3OHCr(OH)3↓Fe3++3OHFe(OH)3↓电解接下页第十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期五阳极起氧化剂作用阴极起还原剂作用电解接下页第十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期五减少铁阳极钝化的方法：（1）定期用钢丝刷清洗极板。（2）投加食盐：NaCl中的Cl—吸附在钝化膜表面，取代钝化膜中的氧离子→氯化铁（可溶性），导致膜溶解。（3）定期倒换阴、阳极，利用电解时阴极产生H2的撕裂还原作用，将极板上的钝化膜除掉。电解接下页第十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期五电解Fe3++3OH-Fe(OH)3↓第十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期五2．工艺流程：进水Ccr6+≤100mg/L，PH=4～6.5含铬废水处理工艺流程如图16-4所示电解调节池：按2～4h平均流量设计沉淀池：t=2h；V污泥=(5～10)%V废水或1kg干重/m3废水。第十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期五电解槽工艺设计（1）电解槽有效容积：式中：t——电解历时，Ccr6+<50mg/L；t=5～10minCcr6+=50～100mg/L；t=10～20min（2）电流强度I（A）

式中：Q——废水设计流量m3/hC——废水中Cr6+浓度，g/m3；QC=m3/h·g/m3=g/hKcr——1gCr6+还原成Cr3+所需电量，如无试验资料，可取4～5(A·h/gCr)n——电极串联次数，为串联极板数减1电解接下页第二十页，共五十七页，编辑于2023年，星期五（3）极板面积F(dm2)：普通碳素钢板，δ=3～5mm，极板间净距S=10mm；极板消耗量：4～5g/还原1gCr6+

电解接下页第二十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期五电解接下页第二十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期五（6）电能消耗N(kw·h/m3)

式中η——整流器效率，无实测数值，用0.8；Q——废水设计流量，m3/h电解第二十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期五药剂中和处理1.酸性废水的药剂中和处理强酸性废水常采用石灰乳中和，由于弱酸与石灰反应缓慢，故一般不采用。（1）中和反应：石灰乳中和H2SO4废水生成CaSO4，当用颗粒状石灰石时，导致药剂表面形成硫酸钙的复盖层，影响和阻止中和反应的继续进行，所以当用石灰石做中和剂时，颗粒粒径应小于0.5mm。（2）中和剂用量中和各种酸所需碱、盐的理论比耗量（g/g）。因为药剂中含有杂质，所以药剂的实际耗量应比理论比耗量要大。同时还要考虑金属离子及中和反应混合不均匀使实际耗量比理论耗量高，用不均匀系数K来表示。中和接下页第二十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期五中和所以药剂总耗量Ga（Kg/d）第二十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期五中和中和反应产生的沉渣量G（Kg/d）第二十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期五（3）中和工艺投药装置石灰用量<1t/d：在消解槽内人工搅拌和消解，制成（40～50）%的乳浊液，其有效容积V1（m3）：消解槽：V1=KVo式中：Vo——一次配制的药剂量，m3K——容积系数，2～5石灰用量>1t/d：采用机械方法消解。消解机有立式和卧式二种。消解后石灰乳排至溶液槽，其有效容积V2（m3）

中和第二十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期五消解后石灰乳排至溶液槽，其有效容积V2（m3）

式中：Ga——石灰消耗量，t/d；r——石灰的容重，0.9～1.1t/m3；c——石灰乳浓度，（5～10）%；n——每天搅拌次数。中和第二十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期五石灰乳投配系统与投配器1)混合反应装置

·水泵管道混合

·隔板混合反应池如图2)沉淀池3)沉渣脱水装置：机械脱水、干化场2、碱性废水的药剂中和处理（1）中和剂：H2SO4、HCl、HNO3、工业废酸、烟道气（含CO2、SO2）（2）中和反应（3）中和各种碱所需酸的理论比耗量（g/g）.中和第二十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期五2、碱性废水的药剂中和处理（1）中和剂：H2SO4、HCl、HNO3、工业废酸、烟道气（含CO2、SO2）（2）中和反应（3）中和各种碱所需酸的理论比耗量（g/g）.碱性废水的药剂中和处理第三十页，共五十七页，编辑于2023年，星期五隔板混合反应第三十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期五过滤中和处理1、普通中和滤池不适于中、高浓度的酸性废水，对H2SO4废水，用石灰石作中和剂时，其SO4浓度应≤2g/L，如用白云石（CaCP3·MgCO3）则其H2SO4浓度只能为5g/L；对HNO3、HCl废水，极限浓度20g/L。当H2SO4浓度为2～5g/L时，可用白云石作滤料，但反应速度慢。（1）普通中和滤池的形式

第三十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期五（2）中和滤池的计算1)平流式中和滤池

·滤池长度L=Ut……

式中：U——滤速：0.01～0.03m/st——废水同滤料接触时间，S

式中：K——滤料系数，试验求得。d——滤料的平均粒径，cm；U——滤速，m/sC——酸的浓度，geq/L过滤中和处理接下页第三十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期五滤池横断面积f（m2）

滤池的水头损失h=iL（m）式中：i——滤池的坡降

式中：U.d同上Po——滤料的孔隙率：0.35～0.45S——系数，与滤料d有关：过滤中和处理第三十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期五2)竖流式中和滤池

滤床最小厚度H（cm）——中和H2SO4时使用下式

式中：d——滤料粒径，mmK——滤料特征系数，试验得出n——经验系数，试验得出，一般1.47C——酸的浓度，geq/LU——滤速：4～8m/h

滤料的消耗及滤池的工作周期T

滤料的消耗量G=KQCa（kg/d）式中：K——系数，1.5a——药剂比耗量Q、C同上滤池的理论工作周期

式中：P——滤料装载量，KgG——滤料消耗量，Kg/d.过滤中和处理第三十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期五2、升流式膨胀中和滤池（1）恒滤速升流膨胀中和滤池

过滤中和处理接下页第三十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期五2、升流式膨胀中和滤池（1）恒滤速升流膨胀中和滤池

承托层厚度0.15～0.2m，φ20～40mm滤料粒径0.5～3mm，滤层高度1～1.2m（新滤料）最终换料时的滤层高度≥2m；U=60～80m/h膨胀率50%±，上部清水区高度为0.5m废水H2SO4浓度<2200mg/L时，中和后PH=4.2～5，脱气后PH=6～6.5出水PH<4.2需换料。缺点：

下部滤料膨胀不起来，上部带出小颗粒滤料。

过滤中和处理接下页第三十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期五（2）变速膨胀中和滤池

U下=130m/h～150m/hU上=40～60m/

过滤中和处理第三十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期五（3）过滤中和法的优缺点

优点：出水PH值较稳定，操作简单，沉渣量少。

缺点：废水中H2SO4浓度不能太高，定期倒床，劳动强度大。过滤中和处理第三十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期五过滤中和处理（4）过滤中和滚筒（4）过滤中和滚筒第四十页，共五十七页，编辑于2023年，星期五过滤中和处理（4）过滤中和滚筒点击看示意图滤料粒径大（几mm～+几mm），滤料体积为筒体体积的1/2。滚筒线速度0.3～0.5m/s。进水H2SO4浓度可达7～8g/L

缺点:

动力费高，设备构造复杂，噪声大。第四十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期五1、酸性或碱性废水需要量Q1C1=Q2C2——等当量反应2、中和设备（1）在集水井（或管道、混合槽）内连续混合；（2）连续流中和池：V池＝（Q1+Q2）t；t——中和时间，1～2h（3）间歇中和池：V池——一个周期内排放的废水量。酸性废水与碱性废水中和处理第四十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期五化学沉淀

1.概述1）

难溶盐的溶度积常数第四十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期五化学沉淀

1.概述

2）

沉淀剂第四十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期五2.氢氧化物沉淀法

1）原理化学沉淀

接下页第四十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期五化学沉淀

见图16－7第四十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期五2、应用石灰乳作为沉淀剂去除矿山废水的Cu和Fe金属离子。见图16-8用石灰乳和漂白粉去除铅锌冶炼厂废水中金属离子。见图16-9化学沉淀

第四十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期五铅锌冶炼厂废水第四十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期五含Hg废水

第四十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期五3.硫化物沉淀法化学沉淀

第五十页，共五十七页，编辑于2023年，星期五化学沉淀

接下页第五十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期五化学沉淀

●应用：用Na2S处理含Hg废水：第五十二页，共五十七页，编辑于2023年，