第十二章污水(废水)化学处理方法aa

第12章污水的化学处理方法 12 1中和法 Neutralization 12 1 1概述酸碱废水的来源及其危害来源 酸性废水 化工厂 化纤厂 电镀厂 煤加工厂及金属酸洗车间 碱性废水 印染厂 金属加工厂 炼油厂 造纸厂 危害 1 腐蚀管道 2 毁坏农作物 3 危害渔业生产 4 破坏生物处理系统的正常运行 II 中和方法 1 酸性废水的中和方法可分为 酸性废水与碱性废水互相中和 药剂中和 过滤中和 2 碱性废水的中和方法可分为 碱性废水与酸性废水互相中和 药剂中和 加酸 烟道气中和 III 中和剂A 酸性废水中和剂 苏打 苛性钠 石灰 石灰石 白云石等B 碱性废水中和剂 盐酸 硫酸 酸性废气 12 1 2酸碱污水相互中和1 酸性或碱性废水需要量aQ1C1 bQ2C2式中 Q1 酸性废水流量 L h C1 酸性废水酸的摩尔浓度 mol L Q2 碱性废水流量 L h C2 碱性废水碱的摩尔浓度 mol L a b 分别碱和酸的反应系数 P473例题12 1 12 1 3投药中和法I 酸性废水的药剂中和处理 1 酸性废水中和剂 石灰 石灰石 大理石 白云石 碳酸钠 苛性钠 氧化镁等 常用者为石灰 2 中和反应H2SO4 Ca OH 2 CaSO4 2H2O2HNO3 Ca OH 2 Ca NO3 2 2H2O2HCl Ca OH 2 CaCl2 2 2H2O2H3PO4 3Ca OH 2 Ca3 PO4 2 6H2O2CH2COOH Ca OH 2 Ca CH2COO 2 2H2OFeCl2 Ca OH 2 Fe OH 2 CaCl2PbCl2 Ca OH 2 Pb OH 2 CaCl2 3 中和剂用量 式中 Ga 药剂总消耗量 kg d Q 酸性废水量 m3 d C1 废水含酸浓度 kg m3 C2 废水中需中和的酸性盐浓度 kg m3 a1 中和1kg酸所需的碱量 kg kg a2 中和1kg酸性盐所需的碱性药剂量 kg kg K 不均匀系数 一般为1 05 1 10 中和剂的纯度 4 药剂中和处理工艺流程 中和剂 图12 1药剂中和处理工艺流程 5 主要装置A 投药装置B 混合反应装置C 沉淀池D 沉渣脱水装置 污泥 II 碱性废水的药剂中和处理 1 中和剂硫酸 盐酸 硝酸等 常用的药剂为工业硫酸 工业废水酸更经济 有条件时 也可以采取向碱性废水中通入烟道气的办法加以中和 2 中和反应 2NaOH H2SO4Na2SO4 2H2O2NH4OH十H2SO4 NH4 2SO4 2H2O2NaOH CO2 H2ONa2CO3 2H2O2NaOH十SO2 H2ONa2SO3 2H2O 12 1 4过滤中和法定义 酸性废水流过碱性虑料时与滤料进行中和反应的方法为过滤中和法 适用对象 用于酸性废水的中和处理 滤料 石灰石 大理石 白云石 类型 普通中和滤池升流式膨胀中和滤池滚筒中和滤池 1 普通中和滤池A 类型 平流式竖流式 升流式 降流式 B 设计参数 滤料粒径一般为30 50mm 过滤速度一般不大于5m h 接触时间不小于10min 滤床厚度一般为1 1 5m C 适用范围 不适应于中 高浓度的酸性废水 2 升流式膨胀滤池A 组成部分 底部进水装置卵石垫层滤料层清水层出水槽B 作用过程 C 设计参数 3 滚筒式中和滤池 12 2化学沉淀法 ChemicalSedimentationMethods 1基本原理在一定温度下 难溶化合物MmNn的饱和溶液中 其沉淀 溶解平衡可表示为 令MmNn的溶解度为S mol L 则 Mn mS Nm nS故Ksp mS m nS n 沉淀形成的条件 Mn m Nm nKsp 溶液为不饱和溶液 沉淀从溶液中析出 2化学沉淀法类型 1 氢氧化物沉淀法I 基本原理 水在25 的离子积 Kw H OH 1 10 14 Mn 相同时 Ksp 析出氢氧化物沉淀的pH 同一金属离子 Mn 析出氢氧化物沉淀的pH II 氢氧化物沉淀法处理铅锌冶炼厂废水 出 水 图铅锌冶炼厂废水处理工艺流程 石灰 漂白粉 沉渣 9 9 11 0 0 022 0 1 0 09 1 79 0 6 处理后 mg L 6 4 7 8 0 73 2 20 0 55 1 68 10 23 83 48 2 02 1 06 19 68 处理前 mg L pH CN As Cd Zn pb 水质取样 pH 9 5 10 5 2 硫化物沉淀法I 基本原理金属硫化物的溶解平衡式为 以硫化氢为沉淀剂时 硫化氢分两步电离 其电离方程式如下 例题分析 II 硫化物沉淀法在含汞废水处理中的应用碱性条件下 投加硫化钠及聚凝剂硫酸亚铁 3 钡盐沉淀法A 用途 主要用于处理含六价铬的废水 B 沉淀剂 碳酸钡 氯化钡 硝酸钡 氢氧化钡等C 主要反应 KBaCO3 8 0 10 9 KBaCrO4 2 3 10 10 4 铁氧体法 FerriteMethod I 铁氧体 具有高的导磁率和高的电阻率 具有一定晶体结构 复合氧化物 是一种重要的磁性介质 组成可表示 BO A2O3 B代表2价 A代表三价金属 如磁铁矿 FeO Fe2O3 就是一种天然的尖晶石型铁氧体 II 铁氧体沉淀法指向废水中投加亚铁盐 通过工艺条件控制 使废水中多种重金属离子与铁盐形成稳定铁氧体共沉淀 采用固液分离手段 达到去除重金属离子的目的 III 工艺过程A 投加亚铁盐 为了形成铁氧体 需要有足量的Fe2 和Fe3 投加亚铁盐 FeSO4 的作用 补充Fe2 通过氧化 补充Fe3 如水中含Cr6 则将其还原为Cr3 作为形成铁氧体的原料之一 B 加碱沉淀 pH值控制在8 9时 各种难溶金属氢氧化物可同时沉淀析出 C 充氧加热 转化坏淀 IV 工艺特点 A 优点 能一次脱除废水中的多种金属离子 设备简操作方便 硫酸亚铁的投量范围大 对水质的适应强 沉渣易分离 易处置 回收利用或贮存 缺点 不能单独回收有用金属 需要消耗相当多的硫酸亚铁 一定数量的氢氧化钠及热能 处理成本较高 出水硫酸盐浓度高 12 3氧化还原法 OxidationReduction 1氧化法I 药剂氧化法 1 氧化剂 a 活泼非金属中性分子 如O2 O3 Cl2b 含氧酸根阴离子及高价金属离子 ClO Fe3 MnO4 2 处理对象 a 无机物 CN S2 Fe2 Mn2 等离子 b 有机物 酚 醇 醛 油类等 3 空气氧化法 定义 就是把空气鼓入废水中 利用空气中的氧气氧化废水中的污染物 特点 A 降低pH值 有利于空气氧化 强碱性 pH 14 溶液中的半反应为 O2 2H2O 4e 4OH E0 0 401v中性和强酸性溶液中半反应为 O2 4H 4e 2H2O中性 pH 7 E0 0 815v强酸性 pH 0 E0 1 229v B 提高温度和氧分压 可以增大电极电位 C 添加催化剂 反应活化能降低 有利于氧化反应进行 应用A 地下水除铁 锰 B 工业废水脱硫 4 碱性氯化法 用于CN 的去除 A 氧化剂 ClO 次氯酸钠 漂白粉 液氯 B 氧化类型 局部氧化 pH 12 13 CN ClO H2O CNCl 2OH slow CNCl 2OH CNO Cl H2O fast 完全氧化 pH 6 7 2NaCNO 3HOCl 2CO2 N2 2NaCl HCl H2O2CNCl 2HOCl H2O 2CO2 N2 HCl 12 4臭氧氧化法 Ozone 臭氧的性质A 氧化能力 如表 B 溶解性 水中溶解度比纯氧高10倍 比空气高25倍C 毒性 对眼及呼吸器官有强烈的刺激作用 D 稳定性 易分解E 腐蚀性 用耐腐材料 臭氧的制备 无声放电制法其原理为 O2 e 2O e 3O O3O2 O O3O3 O 2O2 特点 可达到降低COD 无二次污染 杀菌 增加溶解氧 脱色除臭 处理成本高 废水处理中的应用 印染废水处理 用于脱色发色基团 不饱和的原子团 如 偶氮基 羧基 硝基 亚硝基等 脱色机理 不饱和键的断裂 含氰废水处理 2KCN 3O3 2KCNO 2O2 2KCNO H2O 3O3 2KHCO3 N2 3O2 含酚废水的处理 6 湿式氧化 WAO WetAirOxidation A 定义 在高温 150 350C 和高压 5 20MPa 下 用空气中的氧来氧化废水中溶解和悬浮有机物和还原性无机物的一种方法 B 作用机理 氧溶解度和传质系数的提高 自由基反应诱导期 增殖期 退化期 结束期C 应用 各类难生物降解的高浓度有机废水 还原性无机物 CN SCN S2 发展方向 催化湿式氧化 CatalyticWetAirOxidation 贵金属 稀土等作催化剂 超临界湿式氧化 SupercriticalWetOxidation Tc 374 3C Pc 22 05MPa 超临界状态 优点 适用范围广 处理效率高 二次污染低 氧化速度快 装置小 可回收能量和有用物料 II 光化学氧化 1 光氧化的基本原理 光氧化 水溶液中有机物通过直接吸收光而变为激发态分子或直接与O2作用或裂解成自由基再与O2作用 AY h AY AY A Y A Y O2 产物AY O2 产物 若干步 光化学氧化系统A UV H2O2反应机理 脱氢反应 亲电加成 电子转移 RH OH H2O R 进一步氧化 OH HCl OH RX RX OH B UV O3反应机理 C UV O3 H2O2反应机理 H2O2 H2O2 H3O HO 2O3 H2O2 OH HO2 O2O3 HO 2 OH O 2 O2O3 O 2 O 3 O2O 3 H2O OH HO O2 D UV Fenton氧化法Fenton试剂 亚铁离子和过氧化氢H2O2 hv 2 OHFe2 hv Fe3 Fe OH 2 pH 5 5 Fe OH 2 Fe2 OHFe2 H2O2 Fe3 OH OHFe3 H2O2 Fe2 HO2 H Organ OH CO2 H2O 其他产物 二氧化钛光催化氧化 非均相体系 AkiraFujishima 作用机理光催化氧化是在水中加入一定量的半导体催化剂 TiO2或CdS 催化剂在紫外光辐射下产生自由基 氧化有机污染物和无机污染物 光催化氧化的影响因素 催化剂 N型半导体 TiO2 ZnO CdS WO3等 TiO2 金红石型 锐钛型 催化活性高 颗粒尺寸 粒径 比表面积 活性 光源和光强 光源 只有波长小于390nm的光子才能激发它 光强 低光强 有机物降解速率与光强呈线性关系 高光强 降解速率与光强平方根呈线性关系 pH值 影响有机物的降解 外加氧化剂 H2O2 K2S2O8 电子浮获剂 盐Mn2 Fe2 抑制四氯乙烯的光催化降解 HCO3 对三氯甲烷降解有明显的干扰作用 光催化活性的提高 贵金属的表面沉积 电子从TiO2向金属上扩散 电子在金属上的富集 从而抑制了电子和空穴的复合 半导体中掺杂影响对TiO2进行Cr6 Cu2 Fe3 V4 Ru3 Mn2 Pb2 W6 等离子的掺杂 将激发光的波长范围扩大到可见光区促进TiO2微粒光生电子 空穴对的有效分离 TiO2光敏化有机染料 叶绿素 腐殖酸 富里酸等都可吸收可见光作敏化剂 吸附于光催化剂表面 从而扩大激发波长范围 增加光催化反应的效率 TiO2与其它半导体复合能使电荷与空穴有效分离 形成更有效的光催化剂 CdS TiO2 SnO2 TiO2 WO3 TiO2 TiO2 Fe2O3 TiO2 PbS CdS ZnO SiO2 TiO2 废水处理中的应用 有机物降解 卤代芳烃 多环芳烃 硝基芳烃等 无机物 CN Cr2O72 Hg2 Pb2 Ag 饮用水的深度处理 微量难降解有机物的去除 光敏化氧化 光氧化特点 1 氧化能力强 可有效分解难生物降解的有毒有机物 2 利用光照射可以加强某些氧化剂的氧化能力 3 通常不产生二次污染 4 工艺简单 操作方便 5 投资大 适于小规模深度处理 2药剂还原法 1 常用的还原剂 SO2 硫化钠 硫化氢 硫代硫 铁粉 硫代硫酸钠 亚硫酸钠 硫酸亚铁 NaBH4或甲醛等 2 还原法除铬A 来源 电镀 冶炼 制革 化工等工业废水B 形式 CrO42 pH 7 6 Cr2O72 pH 4 2 C 方法 亚硫酸钠还原H2Cr2O7 3 a2SO3 3H2SO4 2Cr2 SO4 3 3 a2SO4 8H2OCr2 SO4 3 6NaOH 2Cr OH 3 3Na2SO4 硫酸亚铁还原H2Cr2O7 6FeSO4 6H2SO4 Cr2 SO4 3 3Fe2 SO4 3 7H2OCr2 SO4 3 3Ca OH 2 2Cr OH 3 3CaSO4 水合肼还原4CrO3 3N2H4 4Cr OH 3 3N2 3 还原法除汞 金属还原法Hg2 Zn Hg Zn2 硼氢化钠还原法 pH 9 12 Hg2 BH4 2OH Hg 3H2 BO2 12 5电化学法 电解 Electrolysis 1概述 电解 电解质溶液在电流作用下 进行电化学反应的过程 阳极 得电子 使阴离子失去电子而被氧化 阴极 失电子 使阳离子得电子而被还原 作用类型 电化学氧化 电化学还原 电解上浮 电解凝聚 1 法拉第电解定律 例题分析 2 分解电压 如图 使电解正常进行时所需的最小外加电压 电解槽本身就是某种原电池 原电池的电动势同外加电压的方向相反 分解电压必须大于原电池的电动势 极化 3 电解槽的结构形式和极板电路A 电解槽的结构形式 回流式 翻腾式 B 极板电路 单极性板电路 双极性板电路 4 电解槽的工艺设计计算 电解槽容积 电流强度 极板面积 电压 极板间电压降 电能消耗 2电化学氧化法 处理含氰废水 直接氧化 阳极接受电子 相当于氧化剂 氧化水中污染物 A CN 2OH 2e CNO H2OB CNO 2H2O NH4 CO32 副反应 C 2CNO 4OH 6e N2 2CO2 2H2O 间接氧化 阳极反应产生氧化剂来氧化水中污染物 A 2CI 2e Cl2B CN Cl2 2OH CNO 2CI H2OC 2CNO 3Cl2 4OH 2CO2 N2 6CI 2H2O 2电化学还原法 作用过程 电解槽阴极可以给出电子 相当于还原剂 可使废水中的重金属离子还原出来 沉积于阴极 加以回收利用 电化学还原法处理含铬 VI 废水 1 电极材料 Fe 2 处理对象 CrO42 Cr2O72 3 有关反应 3电解上浮和电解凝聚 1 电解上浮法 A 定义 废水电解时 由于水的电解氧化 在电极上会有气体析出 借助于电极上析出的微小气泡而浮上分离疏水杂质微粒的技术 阳极4OH 4e O2 2H2O阴极2H 2e H2 B 作用 去除细小悬浮固体物和油状物 阳极还具有降低BOD和COD 脱色 脱臭 消毒的能力 阴极还具有沉积重金属离子的能力 C 优点 去除污染物范围广 泥渣量少 工艺简单 设备小等 D 缺点 电耗大 2 电解凝聚 A 电极材料 Fe Al作阳极B 电极反应 Fe Fe2 2e Fe3 阳极溶出 Al Al3 3e 阳极溶出 Fe3 3OH Fe OH 3 Al3 3OH Al OH 3 C 作用原理 凝聚和吸附 去除对象 胶态杂质及悬浮杂质 重金属废水 12 5消毒 1概述 病原体 病原性细菌 伤寒杆菌 痢疾杆菌 霍乱弧菌 结核杆菌 肠道病毒 脊髓灰质炎病毒 肝炎病毒 口蹄疫病毒等 蠕虫卵 蛔虫卵 钩虫卵 蛲虫卵 我国 生活饮用水卫生标准 要求 细菌总数不超过100个 mL 大肠茵群数不超过3个 L 消毒 杀灭水中病原细菌和其它对人体健康有害微生物 灭菌 杀灭水中的一切微生物 方法 氯及氯化物消毒 液氯 次氯酸钠 漂白粉 二氧化氯 臭氧消毒 重金属消毒 物理消毒 紫外线 加热 2氯消毒 1 氯消毒原理Cl2 H2O HOCl HClHOCl H OCl 分布图 消毒机制 HOCl穿透到细菌内部破坏细菌酶系统 消毒效果 pH越低 消毒越好 细菌带负电 消毒副反应 水中有氨氮 NH3 HOCl NH2Cl H2ONH2Cl HOCl NHCl2 H2ONHCl2 HOCl NCl3 H2O 2 加氯量加氯量 需氯量 余氯 实验确定 I 需氯量 用于灭活水中微生物 氧化有机物和还原性物质 II 余氯 抑制病原微生物的再度繁殖 确保持续的杀菌能力 余氯在接触30min后不低于0 3mg L 管网末梢不应低于0 05mg L III 加氯曲线 无微生物 有机物 还原性无机物时 加氯量 余氯 第1区OA段 余氯为零 消毒效果不可靠 第2区AH段 氯与氨反应 有余氯存在 余氯为化合性余氯 NH2Cl 有一定消毒效果 第3区HB段 仍然是化合性余氯 加氯量增加 氯氨被氧化成不起消毒作用的化合物 余氯减少 第4区BC段 没有氯的消耗 出现游离性余氯 消毒最好 折点加氯 加氯量超过折点需要量 3 余氯脱除 目的 降低处理水对后续处理系统的危害 降低对受纳水体生物的毒性 方法 二氧化硫脱余氯SO2 HOCl H2O HCl H2SO4 活性炭脱除余氯 C Cl2 2H2O 4HCl CO2 4 氯消毒优缺点优点 具持续的消毒作用 成本低 操作简单 不需要庞大的设备 缺点 有机物含量高会产生有机氯化物 处理出水有氯和氯酚味 3二氧化氯消毒 1 二氧化氯的性质 常温下为一种具刺激性气味的黄氯色气体 极不稳定 气态和液态均易爆炸 易溶于水 2 二氧化氯的制备 亚氯酸钠和氯制取 Cl2 2NaClO2 2ClO2 2NaCl 用酸与亚氯酸钠制取 5NaClO2 4HCl 4ClO2 5NaCl 2H2O 3 二氧化氯在水中与某些物质的反应 与无机物反应2ClO2 5Mn2 6H2O 5MnO2 2Cl 12H 2ClO2 5Fe HCO3 2 6H2O 5Fe OH 3 10CO2 HCl 与有机物反应有效氧化苯酚 而不形成氯酚 4 二氧化氯消