第八章化学处理法

1、水污染控制工程水污染控制工程第第8章章 污水的化学处理污水的化学处理目录第一节 化学混凝法第二节 中和法第三节 化学沉淀法第四节 氧化还原法第一节 化学混凝法混凝过程具有两个作用：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上的性质 凝聚（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体 絮凝（絮凝（flocculation）混凝（混凝（coagulation-flocculation）一、混凝原理一、混凝原理1

2、.、胶体的稳定性、胶体的稳定性 水处理中常见胶体：粘土颗粒（对于水处理中常见胶体：粘土颗粒（对于d4m），大部分细菌），大部分细菌（0.280nm），病毒（），病毒（10300nm），蛋白质。），蛋白质。 稳定性：胶体颗粒在水中保持分散状态的性质。稳定性：胶体颗粒在水中保持分散状态的性质。 胶体可分为憎水性胶体，亲水性胶体或介于两者之间。胶体可分为憎水性胶体，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胶体，其稳定性主要由于它所吸附的大量水分子所

3、构成的水壳来说明。明。2.（憎水性）胶体的双电层结构及其稳定性（憎水性）胶体的双电层结构及其稳定性2.1颗粒表面电荷的产生颗粒表面电荷的产生 水中胶体表面都带有电荷，在一般水质中，粘土、细菌、病毒水中胶体表面都带有电荷，在一般水质中，粘土、细菌、病毒等都是带负电的胶体。而氢氧化铝或氢氧化铁等微晶体都是带等都是带负电的胶体。而氢氧化铝或氢氧化铁等微晶体都是带正电的胶体，其表面电荷的产生有如下四个机理：正电的胶体，其表面电荷的产生有如下四个机理： 极难溶的离子型晶体与它溶解下来的离子产物之间有一平衡关极难溶的离子型晶体与它溶解下来的离子产物之间有一平衡关系，（这一平衡关系由溶度积来确定），这使得晶

4、体表面有了一定系，（这一平衡关系由溶度积来确定），这使得晶体表面有了一定符号的电荷。铁、铝、氢、氧化物颗粒表面电荷可以是依此机理产符号的电荷。铁、铝、氢、氧化物颗粒表面电荷可以是依此机理产生的。由于金属氧化物或氢氧化物的溶解沉淀反应与溶液生的。由于金属氧化物或氢氧化物的溶解沉淀反应与溶液pH值有值有关，因此，这类颗粒的表面电荷和电势受关，因此，这类颗粒的表面电荷和电势受pH控制；控制； 固相表面对水中某种离子的特异吸附；固相表面对水中某种离子的特异吸附；以上四个机理不是截然可分的，不同情况下由其中一个或几个机理以上四个机理不是截然可分的，不同情况下由其中一个或几个机理起作用。起作用。 颗粒表面

5、离子化颗粒表面离子化 能团的离解，特别是高分子有机物因其极性能团的离解，特别是高分子有机物因其极性 能团的酸碱离解而使表面带上电荷；（受能团的酸碱离解而使表面带上电荷；（受pH控制）（如蛋白质：控制）（如蛋白质：COOH R NH2） 某些离子型晶体（结晶物质）的某些离子型晶体（结晶物质）的Schottky缺陷在晶体表面产生缺陷在晶体表面产生过量的阳或阴离子，而在其表面呈带正电或负电。（粘土及其它铝过量的阳或阴离子，而在其表面呈带正电或负电。（粘土及其它铝硅酸盐矿物晶体的表面电荷成因）硅酸盐矿物晶体的表面电荷成因）2.2胶体的双电层结构胶体的双电层结构 胶核荷电示意图胶核荷电示意图电位离子反离

6、子扩散层扩散层胶团边界胶团边界滑动面滑动面胶粒胶粒吸附层吸附层胶核胶核电位电位电位电位3.胶体的脱稳及凝聚（混凝原理）胶体的脱稳及凝聚（混凝原理）o压缩双电层作用:通过向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）。243342SO3Al2)SO(AlOH)OOH)(HALOH)OH(Al32522362（OH4)O(HOH)ALOH)OH(Al(OH)3222252（OH)OH()OH(AlOH)OH()OH(Al33232422o吸附架桥作用：三价铝盐或铁盐以及其他高分子混凝剂溶于水后，经水解和缩聚反应形成具有线性结构高分子聚合物，当它一端吸附某一颗粒后

7、，另一端又吸附另一颗粒，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）。o网捕作用：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。二、常用混凝剂和助凝剂二、常用混凝剂和助凝剂当Al2(SO4)3配制为1020%溶液使用时，pH4，发生下列离解反应：243342SO3Al2)SO(Al 当其投加到水中后，发生如下水解反应，水的pH也随之改变： HAl(OH)OHAln3n23nn1.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

8、氯化铝、聚合氯化铁）、有机类（聚丙烯酰胺）。 同时，还在水解过程中产生许多聚合离子，这是由于羟基架桥作用而产生。其最简单的形式是：O2HO)Al(HAlO)(HOHO)2Al(H244242252OH OH 在水解过程中会形成无数的其它聚合离子，某些经研究认为存在可能性极大而受到重视， 53413(OH)Al4177(OH)Al3187(OH)Al4208(OH)Al等。等。水处理中铝盐适用的水处理中铝盐适用的pH范围为范围为68.5， 以以Al2(SO4)314H2O计的投量为：计的投量为： 混凝混凝+过滤过滤10100mg/L， 直接过滤直接过滤0.55mg/L。铁盐与铝盐有相似的水解过程

9、。适用铁盐与铝盐有相似的水解过程。适用pH范围范围68.5，以以FeCl3计投量为：计投量为：混凝混凝+过滤过滤770mg/L，直接过滤直接过滤0.55mg/L。2.助凝剂：当单用助凝剂不能取得良好效果时，可投加某些辅某些辅助药剂助药剂以提高絮凝效果。如调节碱度的石灰或重碳酸钠；氧化剂氯气；增加吸附架桥作用的高分子助凝剂：聚丙烯酰胺、活化龟胶、骨胶、海藻酸钠、红花树等。三、影响混凝效果的主要因素三、影响混凝效果的主要因素1.水温因无机盐类混凝剂的水解是吸热反应，水温低时（尤其低于5），水解速率非常缓慢。且水湿温低时，粘度大，不利于脱稳胶粒相互絮凝，影响絮凝体的结大，进而影响后续的陈岱年处理的效

10、果。改善办法有投加助凝剂或采用气浮法代替沉淀法作为后续处理。2.PH水的PH值对混凝剂的影响程度视混凝剂的品种而异。3.水中杂质的成分、性质和浓度水中杂质的成分、性质和浓度对混凝效果有明显的影响。如天然水中含粘土类杂质，需投加的混凝剂量较少；而污水中含有大量有机物时，需投加的混凝剂量较多，约10-103mg/l。在生产实际中，主要靠混凝试验来选择合适的混凝剂和最佳投药量。4.水力条件混凝过程可分为混合和反应两个阶段。混合阶段要求快速和剧烈搅拌，在几秒钟或一分钟内完成。而反应阶段搅拌强度或水流速度应随着絮凝体的结大而逐渐降低，以免打碎结大的絮凝体。四、化学混凝的设备四、化学混凝的设备o混凝剂的配

11、置和投加设备：溶解池、溶液池、计量设备（转子流量计，电磁流量计）、投加设备（泵前重力投加、水射器投加、计量泵投加）。化学混凝的设备包括：混凝剂的配置和投加设备、混合设备和反应设备o混合设备：水泵混合、隔板混合、机械混合。平均速度梯度 1s1000500Gt=1030s o反应设备：隔板反应池和机械搅拌池1s7020Gt=1530min 平均速度梯度五、絮凝处理工艺五、絮凝处理工艺水处理中，常规的混凝处理工艺过程为（混合、反应、分离）：o 混凝+沉淀o 混凝+沉淀+过滤o 澄清池：是在该池中同时完成混合反应、絮体沉降过程。包括：混合室、反应室、导流室、分离室四个功能区。第二节 中和法o酸性和碱性

12、废水的处理常用中和法。o常用的碱性中和剂有石灰、电石渣和石灰石、白云石。o常用的酸性中和剂有废酸、粗制酸和烟道气。o中和剂能配制成溶液或浆料时，可用投加法中和。o中和剂为粒料或块料时，可用过滤法中和。第三节 化学沉淀法o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（chemical precipitation)。o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-。第四节 氧化还原法o1.加氯氧化CN-根OH2CNClOHClOCN2OHClCNOOH2CNCl22322COCl3NCOClO3CNO2ClN2COCl