污水的化学与物理化学处理

1、会计学1污水的化学与物理化学处理污水的化学与物理化学处理蒸发、蒸馏、结晶蒸发、蒸馏、结晶混混凝凝沉沉淀淀池池图图3.1胶体结构及电位示意图胶体结构及电位示意图不同情况下高聚物对胶体的吸附架桥作用不同情况下高聚物对胶体的吸附架桥作用 混凝过程混凝过程二二.混凝剂、助凝剂混凝剂、助凝剂 常用无机盐混凝剂及其主要性能常用无机盐混凝剂及其主要性能聚合硫酸铁（PFS） Fe2(OH)n(SO4)3-n/2m天然高分子物质：淀粉、树胶、动物胶等铝盐铁盐无机类有机类硫酸铝 Al2(SO4)318H2O明 矾 Al2(SO4)3K2SO424H2O聚合氯化铝（PAC） Al2(OH)nCl6-nm硫酸亚铁 F

2、eSO47H2O三氯化铁 FeCl36H2O阴离子型 聚丙烯酸钠阳离子型 乙烯吡啶共聚物非离子型 聚丙烯酰胺（PAM）人工合成polyacrylamidePolymeric ferric sulfatePolyaluminium Chloride明明 矾矾 聚合硫酸铁聚合硫酸铁聚聚丙丙烯烯酰酰胺胺淀淀粉粉海海藻藻酸酸钠钠骨胶骨胶P295-296P297高位溶液池重力投加高位溶液池重力投加计量泵压力投加计量泵压力投加P299P300折板絮凝池折板絮凝池网格絮凝池网格絮凝池P288P302 表表16-1三、沉淀类型三、沉淀类型 铁氧体法铁氧体法 四、沉淀原理和影响因素四、沉淀原理和影响因素v六、化

3、学沉淀法的优缺点六、化学沉淀法的优缺点v 技术方法成熟、操作简单技术方法成熟、操作简单v 可选择性回收金属，产生一定收益可选择性回收金属，产生一定收益v 处理后可能存在大量二次污染。处理后可能存在大量二次污染。沉淀剂用量的计算沉淀剂用量的计算 P303 第四节第四节 氧化和还原法氧化和还原法目目录录1 1 直接氧化法直接氧化法2 2 高级氧化技术高级氧化技术3 3 还原法还原法引言HOHFeOHOFe4)(2521232222322328)(4284COOHFeOHOHCOFe2222OpOHFekdtFed氧化速度与氢氧根浓度平方成正比。在氧化速度与氢氧根浓度平方成正比。在pH6.5条件下，

4、氧化速度相当缓慢。条件下，氧化速度相当缓慢。反应动力学方程反应动力学方程：考虑碱度影响考虑碱度影响)(222sMnOOMn慢)()(2222sMnOMnsMnOMn快22222)(MnOOsMnOMn很慢氧化吸附氧化空气深井泵除铁除锰装置水塔出水管进水管反冲洗排水管流量计人孔射流器除铁、除锰工艺流程图4217. 0324 . 02325 . 014. 020SOHSOHOSSSHE 2493. 02358. 023274. 0508. 02SOSOOSSS酸性溶液酸性溶液碱性溶液碱性溶液OHSOOHOOSOHOSOHSOHOSOHOS22422322232223222222222222含硫废水

5、123456出水压缩空气蒸汽废气1-隔油池，2-泵，3-换热器，4-射流器，5-空气氧化塔，6-分离器空气氧化法处理含硫废水流程4 5 6 7 8 9 10 1110090807060504030201000102030405060708090100pHNHCl2,HOCl(%)NH2Cl, OCl-(%)HOCl0HOCl20氯胺氯胺25HOCl、OCl-所占的百分数与所占的百分数与pH值值和水温的关系和水温的关系OClHHOClHClHOClOHCl22氯气与水发生歧化反应，次氯氯气与水发生歧化反应，次氯酸在水中离解：酸在水中离解：电离常数电离常数K=H+OCl-/HOClpHKHOClO

6、CllglgHOCl 与与OCl-在溶液中的比例随在溶液中的比例随pH值变化，关系如右图值变化，关系如右图在酸性溶液中：在酸性溶液中：HOCl H+2eCl-+H2O E0=1.49v在碱性溶液中：在碱性溶液中：OCl- H2O +2eCl-+ 2OH- E0=0.9v在中性溶液中：在中性溶液中：E0=1.2vHOCl 比比OCl-的氧化能力强得多，的氧化能力强得多， OCl-带带电，影响接触，氯氧化法在酸性溶液中较电，影响接触，氯氧化法在酸性溶液中较为有利为有利氯氧化（消毒）原理氯氧化（消毒）原理OHClNHHOClNH223OHNHClHOClClNH222NH2Cl与与NHCl2的分布由

7、如下平衡决定：的分布由如下平衡决定：4222NHNHClHClNHNHCl2的杀菌能力比的杀菌能力比NH2Cl强，氯胺消毒还是依靠强，氯胺消毒还是依靠HOCl，当水中当水中HOCl消耗后，上式反应向左进行，释放出消耗后，上式反应向左进行，释放出HOCl，因而氯胺消毒比因而氯胺消毒比HOCl慢慢氯胺也是常用的消毒剂，主要包括一氯胺、二氯胺和三氯胺（氯胺也是常用的消毒剂，主要包括一氯胺、二氯胺和三氯胺（NH2Cl，NHCl2和和NCl3）加氯量mg/L余氯量mg/L游离性余氯化合性余氯BA0Ha1a2a3a4b1b2b3b41区2区3区4区需氯量试验结果需氯量试验结果图中虚线（该线，与坐标图中虚线

8、（该线，与坐标轴成轴成45角）表示水中无角）表示水中无杂质时加氯量与余氯量的杂质时加氯量与余氯量的关系。实线表示氯与杂质关系。实线表示氯与杂质化合后的情况，化合后的情况，b值即需值即需氯量氯量被氯氧化的杂质，被氯氧化的杂质，a代表余氯量，代表余氯量，a加加b即加即加氯量。氯量。1区区：氧化还原性物质，：氧化还原性物质，余氯为零；余氯为零；2区区：氯与氨：氯与氨化合，产生氯胺，有余氯，化合，产生氯胺，有余氯，是化合氯；是化合氯；3区区：加氯量：加氯量增加，氯胺被氧化成不起增加，氯胺被氧化成不起消毒作用的氯，余氯减少，消毒作用的氯，余氯减少，到折点到折点B；4区区：完全是游完全是游离性余氯。离性余

9、氯。折点加折点加氯氯氯电磁阀水电磁阀水射器沉淀池虹吸管接触池余氯测试仪排放缓冲瓶真空泵压力表氯瓶给水水压0.25MPa废水投氯花管投氯池加氯机隔水瓶氯氧化系统第一阶段：要求第一阶段：要求pH值值1011，需要，需要5分钟，控制分钟，控制10-15分钟分钟OHClCNOOHCNClOHCNClOHOClCNOClHHOCl2222第二阶段：要求第二阶段：要求pH值值88.5，需要，需要1小时小时232232CONCOOClCNO理论值：理论值： CN-:Cl2:NaOH=1:6.8:6.2实际控制投加实际控制投加CN-:Cl2=1:8P30453臭氧与有机物反应臭氧与有机物反应：1. 直接反应直

10、接反应（1）偶极加成）偶极加成（2）亲电取代）亲电取代2. 间接反应间接反应 OH223424234)(2OOHSOFeSOHOFeSO242322342OSOHMnOHOHOMnSO4232223222332334332322222SOHOSHSOOHOSHONKHCOOKCNOOKCNOOKCNOHCONOCONHNHCONHNHNHCNONHCOOHHCNOOCNOOCN22232222442223223222322222COHONOOHHCN例例5：无机物的去除：无机物的去除将铁锰氧化为高价化合物：将铁锰氧化为高价化合物：氧化硫化物、氰化物氧化硫化物、氰化物：氰化物在酸性条件下水中的实

11、际反应过程可用下列反应式表示：氰化物在酸性条件下水中的实际反应过程可用下列反应式表示：总反应式为：总反应式为：24233422642332642243232223313124)(21345)(213128)(21313)(222222OHOCNSOKOHFeOSOHOHCNFeKOHOCNKOHOHFeOOHCNFeKOSOCNOOSOCNOHOSOCNOOHCNSR2C=CR2+O3R2COOHGR2CO+OH+O3OHOHOHOHOOOCO-OHCOO-OH-OHOHCOOHCOOH+COOHCOOHO3O3O3R2N-CHCH2-RR2NC=ORC-OH+HO+烯烃类双键化合物烯烃类双键

12、化合物芳香族化合物芳香族化合物有机胺有机胺臭氧可氧化硫氰化物离子和复杂的氰化物：臭氧可氧化硫氰化物离子和复杂的氰化物：例例6：有机物的去除：有机物的去除P304v例例7：工业废水的深度处理：工业废水的深度处理v例例8：臭氧消毒：臭氧消毒臭氧处理闭路系统空气压缩机排气循环电源配电装置变压器废水冷却水接触器计量装置净化装置净化装置o3臭氧发生系统及接触反应器臭氧发生系统及接触反应器臭氧不稳定，现场随制随用；臭氧不稳定，现场随制随用；发生器：板式和管式两种发生器：板式和管式两种接触反应器：鼓泡塔、螺旋混合器、涡轮注入器、射流器接触反应器：鼓泡塔、螺旋混合器、涡轮注入器、射流器COD去除率：85.6%

13、;丙烯腈：99.9%;SCN-100%（4）其他氧化剂氧化）其他氧化剂氧化高锰酸盐氧化高锰酸盐氧化能与水中能与水中Fe2+、Mn2+、S2-、CN-、酚及其它至臭味有机物很好地酚及其它至臭味有机物很好地反应，能杀死很多藻类和微生物，与臭氧处理一样，出水无异味。反应，能杀死很多藻类和微生物，与臭氧处理一样，出水无异味。过氧化氢氧化过氧化氢氧化2 高级氧化技术高级氧化技术定义定义（1987年年Glaze提出）提出） 任何以任何以产生羟基自由基产生羟基自由基（OH） 为目的的过程均是高级氧化工为目的的过程均是高级氧化工艺艺特点特点 反应速率快反应速率快：由于羟基自由基具有极强的氧化性，这使得它可：由

14、于羟基自由基具有极强的氧化性，这使得它可以与绝大多数有机物和无机物在水中迅速反应。以与绝大多数有机物和无机物在水中迅速反应。 氧化效率高氧化效率高：绝大多数有机物可以被彻底氧化。：绝大多数有机物可以被彻底氧化。62 Fenton反应反应 H2O2/UV过程过程 湿式氧化（湿式氧化（WO）和催化湿式氧化（）和催化湿式氧化（CWO） UV/TiO2催化氧化催化氧化 臭氧高级氧化过程臭氧高级氧化过程 超声波高级氧化超声波高级氧化 电化学氧化电化学氧化 高能电子辐射高能电子辐射 过硫酸盐氧化过硫酸盐氧化Wet OxidationCatalytic Wet Oxidation32222222233222

15、FeOHOHFeOHROHOHROHROHRHOHHFeOHFeOHOHFeOHFeFenton试剂氧化有机物反应历程试剂氧化有机物反应历程 Fenton试剂试剂 亚铁盐（亚铁盐（Fe2+）和过氧化氢（）和过氧化氢（H2O2） 一般控制一般控制pH为为3例例1：处理垃圾渗滤液：处理垃圾渗滤液P306P306n废水泵空气气体分离器热交换器已氧化的液体空压机反应器贮存罐湿式氧化法基本流程贮存罐废水热交换器器的液体已氧化空气废气水蒸汽再沸器循环泵高压泵透平机空压机器离分器离分应反湿式氧化处理浓废液流程68臭氧与有机物反应臭氧与有机物反应：1. 直接反应直接反应（1）偶极加成）偶极加成（2）亲电取代）

16、亲电取代2. 间接反应间接反应 OH69右表中的有机物（右表中的有机物（国标限制的国标限制的） 与与O3的反应速率的反应速率: 107 M-1s-1对右表中的对右表中的每一种有机物每一种有机物而而言，其与言，其与OH的反应速率与的反应速率与O3的反应速率之比的反应速率之比: 105 倍倍 高级氧化技术对污水中难生降物质及不能生降的有毒有害物质具有显著的功效高级氧化技术对污水中难生降物质及不能生降的有毒有害物质具有显著的功效，成为近年来的研究热点，成为近年来的研究热点，由于成本的限制，目前只能用于特种废水的处理或作为生物处理的预处理由于成本的限制，目前只能用于特种废水的处理或作为生物处理的预处理

17、OHSOCrSOHOCrH2342327224)(34323423)(2)(3)(CaSOOHCrOHCaSOCr例例1：还原除铬：还原除铬把把Cr6+还原成毒性较低的还原成毒性较低的Cr3+ 铁屑过滤除铬铁屑过滤除铬 酸性条件下酸性条件下FeFe2+，Cr6+Cr3+，反应进行中消耗氢离子使得反应进行中消耗氢离子使得pH升高，升高，Cr(OH)3，Fe(OH)3同时去除同时去除 牺牲阳极（铁）除铬牺牲阳极（铁）除铬 亚硫酸铁亚硫酸铁石灰法除铬石灰法除铬P307P307-308 第五节第五节 吸附法吸附法目目录录1 1 基本概念基本概念2 2 吸附剂吸附剂3 3 吸附工艺与设备吸附工艺与设备4

18、 4 吸附法在水处理中的应用吸附法在水处理中的应用硅胶硅胶 吸附有很强的选择性；吸附有很强的选择性； 吸附速率较漫，达到吸附平衡需要的时间长；吸附速率较漫，达到吸附平衡需要的时间长； 升高温度可以提高吸附速率；升高温度可以提高吸附速率； 放出的放出的“吸附热吸附热” ” 多。多。吸附过程吸附过程吸附等温线有多种类型，吸附等温线有多种类型， 常见的两种类型如下图所示。常见的两种类型如下图所示。型的吸附等温线可用型的吸附等温线可用Langmuir 公式处理公式处理;型等温线可用型等温线可用Branauer、 Emmett及及Teller（简称简称BET）公式处理公式处理。单单位位吸吸附附剂剂的的吸

19、吸附附量量吸附质在液吸附质在液体中的浓度体中的浓度nefCKmx1feKCnmxlglg1lg求求Freundlich公式的常数公式的常数 v 与界膜厚度成反比；与界膜厚度成反比；v 与单位体积床层中吸附剂颗粒的外与单位体积床层中吸附剂颗粒的外表面积表面积a成正比；成正比；v 与流体主体中吸附质的浓度与流体主体中吸附质的浓度c成正成正比；比；v 与吸附剂颗粒外表面上流体中吸附与吸附剂颗粒外表面上流体中吸附质浓度质浓度ci成正比。成正比。)( a)( aiiLccDccKNa()isNKqq 1 1溶质（吸附质）的性质溶质（吸附质）的性质 (1)(1)溶质与溶剂之间的作用力；溶质与溶剂之间的作用

20、力； (2)(2)溶质分子的大小；溶质分子的大小； (3)(3)电离和极性；电离和极性； 2 2吸附剂的性质吸附剂的性质 表面积、种类，制造方法等；表面积、种类，制造方法等； 3 3溶液的性质溶液的性质 (1)pH(1)pH； (2)(2)温度；温度； (3)(3)共存物质；共存物质；P313314P314活性炭活性炭块状块状球状球状柱状柱状硅藻土硅藻土沸石分子筛沸石分子筛腐殖酸类吸附剂腐殖酸类吸附剂吸附树脂吸附树脂 P316P316固定床吸附操作示意图固定床吸附操作示意图a.a.单床式；单床式；b.b.多床串联式；多床串联式；c.c.多床并联式多床并联式降流式固定床型吸附塔降流式固定床型吸附

21、塔（4 4）流化床吸附装置）流化床吸附装置 流化床是吸附剂处于流化状态操作的吸附装置。流化床是吸附剂处于流化状态操作的吸附装置。移动床吸附操作装置图移动床吸附操作装置图再生剂再生剂图图16-8 16-8 吸附法除汞流程示意图吸附法除汞流程示意图Ca(OH)2. Na2S.FeSO4压缩空气压缩空气含汞废水含汞废水反应池反应池沉淀池沉淀池吸附池吸附池1 1吸附池吸附池2 2排放排放HgSHgO压缩空气压缩空气 P318 第六节第六节 离子交换法离子交换法目目录录1 1离子交换剂离子交换剂2 2离子交换树脂的选用离子交换树脂的选用3 3离子交换的工艺和设备离子交换的工艺和设备4 4 离子交换法在水

22、处理中的应用离子交换法在水处理中的应用 2.离子交换树脂离子交换树脂 离子交换树脂是人工合成的高分子聚合物，由离子交换树脂是人工合成的高分子聚合物，由树脂本体（骨架树脂本体（骨架）和和活性基团活性基团（包括固定离子和活动离子）两部分组成。（包括固定离子和活动离子）两部分组成。离子交换树脂离子交换树脂 表表16-4 各类型交换树脂的有效各类型交换树脂的有效pH范围范围树脂类型树脂类型有效有效pH值范围值范围强酸性离子强酸性离子 交换树脂交换树脂11451411217弱酸性离子弱酸性离子 交换树脂交换树脂强碱性离子强碱性离子 交换树脂交换树脂弱碱性离子弱碱性离子 交换树脂交换树脂Eop（6080）

23、Et。全交换容量全交换容量EtEt：工作交换容量工作交换容量EopEop：烯质量二乙烯苯质量聚苯乙二乙烯苯的质量苯乙烯树脂的交联度100离子交换装置离子交换装置连续床连续床固定床固定床混合床混合床双层床双层床单层床单层床移动床移动床流动床流动床 离子交换的运行操作包括四个步骤：交换、反洗、再生、清洗。离子交换的运行操作包括四个步骤：交换、反洗、再生、清洗。P323-325P324图图16-916-9含铬废水离子交换处理流程含铬废水离子交换处理流程P326-3273. 3.水的软化、水的软化、DIDI水的制备水的制备 第七节第七节 萃取法萃取法目目录录1 1萃取剂的选择萃取剂的选择2 2萃取工艺

24、过程萃取工艺过程3 3萃取设备萃取设备4 4 萃取法在水处理中的应用萃取法在水处理中的应用相中的平衡浓度萃取物（溶质）在萃余相中的平衡浓度萃取物（溶质）在萃取K P327P331图图 转盘塔转盘塔图图 脉冲筛板塔脉冲筛板塔P334 填料萃取塔填料萃取塔图图 萃取塔脱酚工艺流程萃取塔脱酚工艺流程P335 第八节第八节 膜析法膜析法目目录录1 1 类型及特征类型及特征2 2（扩散）渗析法（扩散）渗析法3 3 电渗析法电渗析法4 4 反渗透法反渗透法5 5 超滤法超滤法是通过一种特殊的半透膜分离水中离子和分子的技术是通过一种特殊的半透膜分离水中离子和分子的技术例：渗析法处理钢铁厂酸洗废水，例：渗析法处理钢铁厂酸洗废水，P337例：海水淡化、回收处理酸洗废水中的硫酸和铁，例：海水淡化、回收处理酸洗废水中的硫酸和铁，