水污染控制工程第8章污水的化学处理.ppt

第八章 污水的化学与物理化学处理 8.1 废水的混凝 混凝（絮凝）的基本概念 混凝（絮凝）：通过向污水中加入化学药剂，使废 水（污水）中的胶体颗粒或其他物质能够凝聚成大 颗粒从而与水相分离的方法，一般有混凝沉淀和混 凝气浮两大类。 混凝一级水处理流程 水果、蔬菜脱水废水处理工艺中的 混凝强化流程 序号项项目COD（mg/l）BOD5（mg/l） 1原水70001200040806960 2UASB出水14001800612696 3二沉池出水1402202528 4混凝沉淀池出水841322528 5标标准值值15030 废纸脱墨废水处理技术 格栅集水井絮凝气浮池 浮渣储槽 (提升泵) (提升泵) 加药装置 排放或回用 回用到车间 项 目原水格栅絮凝气浮总出水排放要求 COD(mg/l)1800162080.6% BOD5(mg/l)80072085% 混凝过程具有两个作用 处理对象：胶体态及难沉物 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 絮凝（flocculation） 混凝（coagulation-flocculation） 胶体颗粒的基本性质 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。 憎水性胶体，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说明。 稳定性：胶体颗粒在水中保持分散状态的性质。 混凝是废水处理中最具代表意义的技术，混凝 原理涉及界面与胶体科学的内容，目前混凝研究仍 处在瓶颈阶段。 所谓的混凝四大机理：1.压缩双电层，2.吸附 电中和，3.吸附架桥，4.沉淀网捕。其实对混凝科 学的研究帮助不大。关键问题是混凝的定量性存在 与否，定量性依据是什么的问题。 1、混凝原理及药物 胶团示意图 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 颗粒能量图 压缩双电层机理 聚合物的机理 铝盐絮凝的化学反应系列 pH值的影响 铝盐的工作相图 高分子物质的延伸现象 2 水处理混凝剂一览 最适药剂量 药剂的溶解和投加过程 混合是一种能量 耗散，促成紊流 是混合的要领。 8.2. 混合的机理和设备 混合有各种手段，衡量优劣的是混和效率 混合在多相的废水处理中是一个重要的单元操作，包括 （1）一种物质和另一种物质的完全混合。 （2）可互溶液体物质间的掺混。 （3）废水的混凝（Coagulation & Flocculation) （4）废水中悬浮体的持续维持 （5）热的传递 混合可分为（1）持续性快速混合（小于30秒） （2）持续性慢速混合（大于30秒） （3）间歇式混合 化学混凝的设备 n混凝剂的配制和投加设备； n混合设备； n反应设备； n分离设备 快速混合的 技术设备 两种方式的混合搅拌 水中颗粒物的运动方式 浆板式机械混合池 各种形式的浆片 穿孔板式混合 涡流式混合 水泵搅拌系统 反应设备 反应设备中，搅拌强度沿水流方向应逐渐减小。 思考：这样做的目的是什么？ 反应设备主要设计参数是： 搅拌强度：用速度梯度G表示。 搅拌时间：t 速度梯度G 速度梯度： 指由于搅拌在垂直水流方向上引起的速度差。 垂直水流距离 搅拌需要的功率 动力粘度系数 Gt值间接表示整个反应时间内颗粒碰撞的总次数，可 以用来控制反应效果。（104105） GtC也可以应用，C为胶体浓度。（100左右） 水平轴机械反应池 垂直轴机械反应池 全自动加药工艺流程 成套自动加药设备 自动加药设备 水射器投药 加药单元厂房内部 加药计量泵房 矾花结构的局部示意 助凝剂概念 助凝剂指用于混凝剂共同（在前、在后、 同时）使用时，可促进水的混凝过程的化学 药剂.其主要作用有： 1.调整水的pH值，例如投加酸碱，对天然水常 用的是石灰，使混凝剂处在最佳pH值范围内。 2.增大矾花的粒度，重度和结实度。 3.氧化作用。 影响混凝的主要因素 内部因素： 1.原水的水质和水温 2.混凝剂种类和投量 3.pH值 4.离子强度 外部因素： 1.药剂的配制和投放 2.混合、反应、分离和输送 混凝实验的一般步骤 巨量的烧杯实验 1.原水调查（特别是目标物质的选定，电导率） 2.原水的初试（试管实验）， 3.专项分析，确定跟踪和表征指标，电导率和吸 光度很有作用。 4.选择几种方案，比较几种药物 5.对目标药剂进行化学计量方面的实验，确定最 佳投量，比例关系，操作条件等。 6.进行机理的探讨和研究（普遍欠缺）。 7.进行混合等工程学方面的参数实验。 8.3 中和法 酸碱废水的产生和处置方法 酸和碱是常用的工业原料。而酸碱废水对排水管网有 腐蚀危害，所以必须对其进行处理。 酸性废水的处置方法大致可以用以下两种： 投加法 过滤法 投加法 如果中和剂能制成溶液或浆料，可以将其直接投入 中和池进行中和反应。 投加法的药剂工业上主要是: 石灰：熟石灰Ca(OH)2），制成乳液，浓度10左右； 电石渣：电石CaC、Ca(OH)2； 石灰石：CaCO3； 有时也用苛性钠（NaOH）和碳酸钠（Na(OH)2）。 投加方式 酸碱废水自动中和处理设备 冷轧厂酸碱废水 酸碱废水中和系统 酸 碱 中 和 系 统 过滤法 用石灰石、白云石作为中和剂时，常将其制成粗粒状 ，作为滤料，采用过滤法处理酸性废水。 以石灰石为滤料时，废水硫酸浓度一般不超 过1-2g/L。如果硫酸浓度过高，可以用回流 水稀释。 升流式膨胀滤池 当粒料粒经较小（ 3mm）时，废水上升 滤速应在5070m/h， 这样滤床膨胀，粒料互 相摩擦有助于防止结壳 。 烟气中和碱性废水 烟气中含有CO2和少量的SO2、H2S，可以中和碱性废 水。同时，该工艺其实也是烟气脱硫的方法之一。 废气和碱性废水都得到一定 净化和调节。 不过出水一般含有硫化物， 而且色度显著增加、含氧量 较低，仍需进一步处理方可 排出。 8.4 氧化还原法 1 1、氧化法、氧化法 废水处理中常用的氧化剂是：氯和臭氧。 臭氧的制备： 目前臭氧制备方法有：无声放电法、放射法、紫外线辐射 法、等离子射流法和电解法等。水处理中常用的是无声放 电法。 1、氧化法 电镀废水(氰根)的氧化处理: 加碱，pH大于10，加氯（质量浓度比CN-:Cl2=1:2.7） pH调到8.5，再加氯，质量浓度比CN-:Cl2=1:4.1计 算氯量，再过量10%，反应1小时以上。 2 高级氧化技术 种类繁多，包括臭氧氧化、过氧化氢、二氧化氯 、湿式氧化、超临界水氧化、光催化氧化等等。 1987年，Glaze等人提出：以羟基自由基（OH） 作为主要氧化剂的技术，称为高级氧化技术（ Advanced Oxidation Processes 即AOPs） 特点： 氧化性强； 反应速度快 提高生物可降解性。 过氧化氢氧化法 过氧化氢是淡蓝色粘稠液体，熔点-0.43，物理性质和水相 似，是一种弱酸，稀释水溶液呈中性，属于强氧化剂，反应 迅速。不会给反应溶液带来杂质。 1. Fenton试剂：亚铁离子和过氧化氢的组合。产 生羟基自由基，具有高氧化性，其氧化还原电 位高于臭氧。 2. 类Fenton试剂：在Fenton工艺基础上，与其他 工艺相结合的方式，如电-Fenon、光-Fenton 等等。 3. 过氧化氢单独氧化。 在 水 处 理 中 的 应 用 湿式氧化法 湿式氧化法（Wet Air Oxidation简称WAO ）是在高温、高压下， 利用氧化剂将废水中的有机物转化为二氧化碳和水，从而达到去 除污染物的目的。与常规方法相比，具有适用范围广、处理效率 高、无二次污染、氧化速度快、可回收能量及有用物料等特点。 存在的缺点主要有： 1 高温高压条件下进行，中间产物有有机酸类，对设备要求较高。 2 由于反应高温，对大量废水不经济。 3 某些有机物，如多氯联苯、小分子羧酸取出效果不理想。 4 湿式氧化可能会产生毒性更强的中间产物。 湿 式 氧 化 法 反 应 机 理 自 由 基 链 反 应 反 应 阶 段 光化学氧化 TiO2光催化的方法又称为纳米光催化氧化法。此工艺采用 半导体金属氧化物为催化剂，用氧气作为氧化剂。经过反 复的实验，大多数金属氧化物都不适合，只有TiO2具有良 好的反应特性。 氧化钛光催化剂属n型半导体，当它接受紫外线(400nm)时 ，形成电子(Electron)及电子束(Electron Hole)，生成有强 烈氧化作用的-OH及O2-，这两种物质把有机化合物进行 氧化分解，使之变成水(H2O)及二氧化碳(CO2)。 超临界水氧化技术 超临界水氧化技术（Supercritical water oxidation, SCO）在 水处理中的应用可追溯到20世纪70年代初期。 超临界水表现出弱极性,可与非极性有机物和O2、N2、CO2空气 等气体以任意比例互溶,从而使超临界水氧化反应成为均相反应, 大大减少了相间传质阻力,提高了反应速度。 水的临界温度是374.3,临界压力是22.05MPa,在此温度和压 力之上就是超临界区 。 超临界水兼具有气态和液态水的性质,具有特殊的溶解度,较低 的粘度,较高的扩散性,较低的表面张力和易改变的密度。若改 变温度和压力,可将其密度控制在气体和液体之间。 由于超临界水