水处理原理与工艺化学处理法

1、1会计学水处理原理与工艺化学处理法水处理原理与工艺化学处理法2第三章第三章 化学处理法工艺原理化学处理法工艺原理31、中和化学处理法 多用在废水处理的预处理或深度处理中；在自来水的常规工艺中，主要涉及的是化学消毒工艺以及化学沉淀（石灰软化）。3、氧化还原2、化学沉淀4、化学消毒41、中和中和的目的：中和废水中过量的酸或碱以及调中和的目的：中和废水中过量的酸或碱以及调整废水的酸碱度，使中和后的废水呈中性或接整废水的酸碱度，使中和后的废水呈中性或接近中性，以适宜下一步处理或外排的要求。近中性，以适宜下一步处理或外排的要求。5中和法是利用碱性药剂或酸性药剂将废中和法是利用碱性药剂或酸性药剂将废水从酸

2、性或碱性调整到中性附近的一类水从酸性或碱性调整到中性附近的一类处理方法。处理方法。 中和处理发生的主要中和处理发生的主要反应是酸与碱生成盐和水反应是酸与碱生成盐和水的的中和反应中和反应。 酸性废水中常见的酸性废水中常见的酸性物质酸性物质有硫酸有硫酸、硝酸、盐酸、氢氟酸、磷酸等无机酸、硝酸、盐酸、氢氟酸、磷酸等无机酸及醋酸、甲酸、柠檬酸等有机酸，并常及醋酸、甲酸、柠檬酸等有机酸，并常溶解有金属盐。溶解有金属盐。 碱性废水中常见的碱性废水中常见的碱性物质碱性物质有苛性有苛性钠、碳酸钠、硫化钠及胺类等。钠、碳酸钠、硫化钠及胺类等。67 酸性废水 酸性污水和碱性污水互相中和 药剂中和法 过滤中和碱性废

3、水 酸性污水和碱性污水互相中和 药剂中和 烟道气中和8910酸类名称酸类名称 中和中和1g酸所需碱性物质的量酸所需碱性物质的量/gCaOCa(OH)2CaCO3MgCO3CaCO3- MgCO3硫酸硫酸/H2SO40.5710.7551.020.860.94盐酸盐酸/HCl0.771.011.371.151.29硝酸硝酸/HNO30.4450.590.7950.6680.732醋酸醋酸/HCH3COOH0.4660.6160.830.69511碱类名称碱类名称 中和中和1g碱所需酸性物质的量碱所需酸性物质的量/gH2SO4HClHNO3100%98%100%98%100%98%NaOH1.22

4、1.240.912.531.372.42KOH0.880.900.651.801.131.74Ca(OH)20.321.340.992.741.702.62NH32.882.932.125.903.715.701213常用：集水井、混合槽、连续流中和池、间歇常用：集水井、混合槽、连续流中和池、间歇式中和池等式中和池等14电石渣电石渣白云石白云石1 1、投加药剂、投加药剂 常用的碱性常用的碱性中和剂有中和剂有石灰、石灰、电石渣和石灰石电石渣和石灰石、白云石、白云石，有时，有时也可用也可用NaOH、Na2CO3。投药投药量按化学反应计量按化学反应计算或实验确定。算或实验确定。1516OHCaClO

5、HCaHClOHNOCaOHCaHNOOHCaSOOHCaSOH22222323242422)(22)(2)(以石灰为主要药剂的反应：采用石灰石中和硫酸时，会产生石膏。224342COOHCaSOCaCOSOH17()aKQ ccG中和药剂的投加量，可按化学反应式估算（P168，式11-1）。 式中 Ga总耗药量， kg/d； Q 酸性废水量, m3/d； c、c废水中酸的浓度和酸性盐的浓度， kg/m3； 、中和lkg酸和酸性盐所需的碱量， kg/kg； K 不均匀系数； 中和剂的纯度，。 18 中和过程中形成的沉渣体积庞大，约占处理水体积的中和过程中形成的沉渣体积庞大，约占处理水体积的2

6、2，脱水麻烦，应及时清除，以防堵塞管道。一搬可采用，脱水麻烦，应及时清除，以防堵塞管道。一搬可采用沉淀池或气浮池进行分离。沉渣量（干基）可根据试验确沉淀池或气浮池进行分离。沉渣量（干基）可根据试验确定，也可按下式计算（定，也可按下式计算（教材教材P169，式，式11-2）：GGa(Y十十b)十十Q(S-y-d) 式中 G沉渣量， kg/ d Y消耗单位药剂产生的盐量， kg/kg， b单位药剂中杂质含量， kg/kg； Q酸性废水量，m3/d; S 废水中悬浮物浓废， kg/m3； y 中和后溶于废水中的盐量，kg/m3； d中和后出水悬浮物浓度， kg/m3。 19废水的预处理废水的预处理中

7、和药剂的制备与投配中和药剂的制备与投配、混合与反应混合与反应中和产物的分离中和产物的分离泥渣的处理与利用泥渣的处理与利用20干法干法湿法湿法21干投法：废水量小时，一般干投，间歇处理特点：设备简单，但反应速度慢、不彻底、投药量大、石灰破碎、筛分等劳动强度大。22湿投法：废水量中、大时，一般湿投，连续处理 特点：设备多，但反应迅速、彻底、投药量较小23240aVV消解槽的容积消解槽的容积（m3）计算（）计算（P170，式，式11-3）：）： 式中 V0 一次配制的药剂量， m3； 容积系数，一般取25石灰乳贮槽的容积石灰乳贮槽的容积（m3）计算（）计算（P170，式，式11-4）：）： 100a

8、bGVnrw式中 Ga 石灰消耗量， t/d； n 每天搅拌的次数，人工搅拌按3次计算，机械搅拌按6次计算； r石灰的容重，一般取0.91.1t/m3; w石灰乳质量分数，一般取510%。25管式反应器管式反应器带折流板的带折流板的管式反应器管式反应器带搅拌的混带搅拌的混合反应器合反应器26仪器配置合理，实现了小型化。仪器配置合理，实现了小型化。 带有多项功能的数字式带有多项功能的数字式pHpH调节仪调节仪 电磁式定量泵电磁式定量泵 小型中和装置小型中和装置 27对于流量较大的废液常采用连续式处理系统，欲使对于流量较大的废液常采用连续式处理系统，欲使其获得稳定可靠的中和效果，对于连续式系统，应

9、其获得稳定可靠的中和效果，对于连续式系统，应采用多级式采用多级式pH值自动控制系统。值自动控制系统。28 药剂中和法是一种应用广泛的中和方法，此法可中和任何性质、任何浓度的酸性废水，废水中允许有较多的悬浮杂质，对水质水量波动适应性强，且中和药剂利用率高，中和过程易调节。 该法的缺点是劳动卫生条件差，操作管理复杂，制备溶液、投配药剂需要较多的机械设备。采用石灰质药剂时，其明显的缺点是质量难于保证，灰渣较多，沉渣体积大，且不易脱水。291、碱性滤料、碱性滤料石灰石石灰石（CaCO3）大理石（大理石（CaCO3）白云石白云石CaCO3MgCO3 优点是操作管理简单，优点是操作管理简单，不影响环境卫生

10、，允许不影响环境卫生，允许费用低，劳动条件好，费用低，劳动条件好，出水出水pHpH值较稳定，沉渣值较稳定，沉渣最少最少( (只有废水体积的只有废水体积的0.10.1) )，缺点是需要控，缺点是需要控制进水的硫酸浓度。制进水的硫酸浓度。 滤料的选择与中和产物的溶解度有关。如果中和产物滤料的选择与中和产物的溶解度有关。如果中和产物的溶解度很小，易在滤料表面形成不溶性的硬壳，阻止的溶解度很小，易在滤料表面形成不溶性的硬壳，阻止反应的进行。反应的进行。303、适用范围、适用范围各种酸在中和后形成的盐具有各种酸在中和后形成的盐具有不同的溶解度，其顺序大致为不同的溶解度，其顺序大致为：Ca(NO3)2 C

11、aCl2MgSO4 CaSO4 CaCO3 . MgCO3 由此可见：中和处理硝酸、盐酸时，滤料选用石灰由此可见：中和处理硝酸、盐酸时，滤料选用石灰石、大理石或白云石都行；中和处理石、大理石或白云石都行；中和处理碳酸时，不宜采用碳酸时，不宜采用过滤中和法过滤中和法；中和处理硫酸时，最好选用含镁的中和滤；中和处理硫酸时，最好选用含镁的中和滤料（白云石）。料（白云石）。 因此，过滤中和法因此，过滤中和法适用于处理不含其他杂质的盐酸适用于处理不含其他杂质的盐酸废水、硝酸废水和浓度不大于废水、硝酸废水和浓度不大于23g/L的硫酸废水的硫酸废水等生成等生成易溶盐的各种酸性废水。易溶盐的各种酸性废水。31

12、4、中和滤池、中和滤池普通中和滤池普通中和滤池升流式膨胀中和滤池升流式膨胀中和滤池滚筒式中和滤池滚筒式中和滤池 滚筒式中和滤池滚筒式中和滤池开流式膨胀中和滤池开流式膨胀中和滤池3233一般是固定床重力式，有平流式和竖流式（升流式和降流式）两种。由于滤速低（小于5m/h），滤料粒径大（35cm），当进水硫酸浓度较大时，极易在滤料表面结垢且不易冲掉，从而阻碍中和反应进程。这种滤池的中和效果较差。34废水从滤池的底部进入，由池顶流出，使滤料处于膨胀状态。35将石灰石滤料置于旋转着的滚筒中，使酸性废水流经滚筒进行中和反应。装于滚筒中的滤料随滚筒一起转动，滤料之间产生激烈的摩擦碰撞，及时剥落由中和产物形

13、成的覆盖层，从而加快反应速度。该法能处理较高浓度的酸性废水（硫酸浓度可达33.5g/L），且滤料不必破碎到很小的粒径，但构造复杂，动力费用高，设备噪声大，同时对耐腐蚀性能要求较高，故很少采用。36 滚筒式中和滤池滚筒用钢板制成，内衬防腐层。筒为卧滚筒式中和滤池滚筒用钢板制成，内衬防腐层。筒为卧式，长度为直径的式，长度为直径的6 67 7倍。装料体积占筒体体积的一半，筒倍。装料体积占筒体体积的一半，筒内壁设有挡板，带动滤料一起翻滚，使沉淀物外壳难以形成内壁设有挡板，带动滤料一起翻滚，使沉淀物外壳难以形成，并加快反应速度。为避免滤料流失，在滚简出水处设有穿，并加快反应速度。为避免滤料流失，在滚简出

14、水处设有穿孔板。孔板。375、过滤中和法产物的处理、过滤中和法产物的处理中和反应均产生CO2，CO2溶解于水即为碳酸，使得出水pH在5左右，通常采用空气曝气和出水跌落自然曝气等方法脱掉CO2，以提高pH.38在同时存在酸性废水和碱性废水在同时存在酸性废水和碱性废水（废渣）的情况下，可以（废渣）的情况下，可以以废治以废治废废，互相中和。此法在可能的情，互相中和。此法在可能的情况下况下应优先考虑应优先考虑，以节省处理费，以节省处理费用与药剂消耗。用与药剂消耗。碱渣包括电石渣（含碱渣包括电石渣（含Ca(OH)Ca(OH)2 2）、碳酸钙渣等。、碳酸钙渣等。39天然水体及土壤中的重碳酸盐可用来中和酸性

15、废水，但必须持慎重态度，对其长远影响进行观察。401.1.药剂中和法药剂中和法（投酸：硫酸（投酸：硫酸、盐酸盐酸、硝酸、硝酸）2.2.利用酸性废水及废利用酸性废水及废气中和法气中和法 采用烟道气中和采用烟道气中和碱性废水，一般在喷碱性废水，一般在喷淋塔等装置中进行，淋塔等装置中进行，使废水处理与消烟除使废水处理与消烟除尘、气体的净化结合尘、气体的净化结合起来。起来。处理方法处理方法碱性废水主要来源碱性废水主要来源 ：粘胶厂、：粘胶厂、印染厂、炼油厂、造纸厂、金印染厂、炼油厂、造纸厂、金属加工厂等。属加工厂等。 4142434445思考题与习题：46概念：向废水中投入某种化学药剂，使之与废水中溶

16、解态的污染物直接发生化学反应，形成难溶盐沉淀下来，从而降低水中溶解性污染物浓度的方法。2、化学沉淀适用范围：去除废水中的重金属离子（如汞、镉、铅、锌、镍、铬等）去除废水中的碱土金属离子（如钙、镁）去除某些非金属（如砷、氟、硫、氰、硼等）沉淀除磷（正磷酸盐）工业给水处理中的石灰软化法分类：根据使用的沉淀剂的不同，常用的化学沉淀法主要有氢氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、碳酸盐沉淀法和钡盐沉淀法等。474849505152535455565758 化学沉淀除磷只适用于去除正磷酸盐，对于以聚磷酸盐和有机磷形式存在的磷，需先转化为正磷酸盐后才能用化学沉淀法去除。59思考题：60 利用废水中利用废水中的污染物

17、在化学的污染物在化学反应过程中能被反应过程中能被氧化或还原的性氧化或还原的性质，将它转变成质，将它转变成无毒或微毒的，无毒或微毒的，或易于从水中分或易于从水中分离出来的新物质离出来的新物质，从而将其从废，从而将其从废水中除去的方法水中除去的方法。3、氧化还原61626364656667682 2）反应物的浓度）反应物的浓度3 3）温度）温度1 1）反应剂和还原）反应剂和还原剂的本性；剂的本性；5 5）溶液的）溶液的PHPH值值4 4）催化剂及某些）催化剂及某些不纯物的存在不纯物的存在影响处理能力影响处理能力的动力学因素的动力学因素69常用氧化剂常用氧化剂空气、臭氧、氯气空气、臭氧、氯气、次氯酸

18、钠及漂白、次氯酸钠及漂白粉粉常用还原剂常用还原剂硫酸亚铁、亚硫酸硫酸亚铁、亚硫酸氢钠、硼氢化钠、氢钠、硼氢化钠、水合肼及铁屑等水合肼及铁屑等70（1 1）应用条件）应用条件（2 2）适用范围）适用范围（3 3）反应设备）反应设备用用O2进行氧化反应，进行氧化反应，在常温、常压、无在常温、常压、无催化剂时，空气氧催化剂时，空气氧化法（曝气法）所化法（曝气法）所需反应时间很长，需反应时间很长，使其使其应用受到限制，应用受到限制，如加高温、高压、如加高温、高压、r r射线辐照等，氧化射线辐照等，氧化反应速度将大大加反应速度将大大加快。快。主要用于主要用于含硫含硫()（S2-、HS-、H2S）废水处理

19、废水处理，来自，来自于石油炼制厂、于石油炼制厂、石油化工厂、皮石油化工厂、皮革厂、制药厂等；革厂、制药厂等；此外，也用于此外，也用于地地下水氧化除下水氧化除Fe2+、Mn2+。可在各密封塔体可在各密封塔体（空塔、板式塔、（空塔、板式塔、填料塔等）中进填料塔等）中进行。行。“曝气曝气- -过滤除过滤除铁除锰铁除锰”可在曝可在曝气塔、滤池中进气塔、滤池中进行。行。71含硫()（S2-、HS-、H2S）废水处理72反应设备（图13-1）73空气氧化除铁和锰74OOO75臭氧的特性76臭氧的特性77臭氧的特性7879臭氧的特性80 （1 1）制备臭氧的方法）制备臭氧的方法 产生臭氧的方法很多，有产生臭

20、氧的方法很多，有电解法、电解法、化学法、高能射线辐射法、无声放电化学法、高能射线辐射法、无声放电法法等。目前在工业上常用干燥空气或等。目前在工业上常用干燥空气或氧气经氧气经无声放电无声放电制取。制取。 臭氧的制备8182（2 2）常用的臭氧发生器）常用的臭氧发生器1 1）管式臭氧发生器）管式臭氧发生器2 2）板式臭氧发生器（微孔扩散板式）板式臭氧发生器（微孔扩散板式反应器）反应器）3 3）金属格网式臭氧发生器）金属格网式臭氧发生器83管式臭氧发生器管式臭氧发生器84管式臭氧发生器管式臭氧发生器85板式臭氧发生器板式臭氧发生器86 （1 1）接触反应器的选择）接触反应器的选择 水的臭氧处理在水的

21、臭氧处理在接触反应器接触反应器内进行。臭内进行。臭氧加入水中，水为吸收剂，臭氧为吸收质，氧加入水中，水为吸收剂，臭氧为吸收质，在气液两相进行传质，同时发生臭氧氧化反在气液两相进行传质，同时发生臭氧氧化反应。应。 接触反应器的作用有两个：接触反应器的作用有两个：促进气、水促进气、水扩散混合扩散混合；使气、水充分接触，迅速反应使气、水充分接触，迅速反应。臭氧接触反应器87 （1 1）接触反应器的选择）接触反应器的选择 因此，应根据臭氧分子因此，应根据臭氧分子在水中的扩散速率和在水中的扩散速率和与污染物的反应速率与污染物的反应速率来选择接触反应器的型式。来选择接触反应器的型式。 1）当扩散速率较大，

22、反应速率为速率控制步骤时，臭氧接触反应器应有利于反应的充分进行多孔扩散板反应器、塔板式反应器（污染物有表面活性剂、焦油、氨氮等）； 2）当反应速率较大，扩散速率为控速步骤时，臭氧接触反应器应有利于臭氧的加速扩散静态混合器（污染物有酚、氰、亲水性染料、铁、锰、细菌等）88 （2 2）多孔扩散式反应器）多孔扩散式反应器 有穿孔管、穿孔板、微孔滤板等89 （3 3）静态混合器）静态混合器 又称管式混合器，是在一根管子内安装许多螺旋桨叶片，相邻两片螺旋桨叶片有着相反的方向，水流在旋转分割运行中与臭氧接触而产生许多微小漩涡，使气水充分混合。90 （4 4）尾气处理）尾气处理 从臭氧接触反应器排出的尾气中

23、残存臭氧体积分数一般为（5003000）10-6，应对这部分尾气进行妥善处理，以防止对大气环境的污染。常用的处理方法有：活性炭吸附法：活性炭固定床，适用于低浓度臭氧药剂法：采用亚铁盐、亚硫酸钠、硫代硫酸钠等还原，或者采用氢氧化钠分解；燃烧法：加热温度大于27091 由于臭氧具有很强的氧化性，可分解一由于臭氧具有很强的氧化性，可分解一般氧化剂难于破坏的有机物，而且般氧化剂难于破坏的有机物，而且反应速度反应速度快；出水无嗅无味，不产生污泥；原料快；出水无嗅无味，不产生污泥；原料( (空空气气) )来源广来源广，制备臭氧的电和空气不需储存，制备臭氧的电和空气不需储存和运输，因此臭氧氧化法在水处理中是

24、很有和运输，因此臭氧氧化法在水处理中是很有前途的。前途的。 目前，主要目前，主要用于消毒杀菌、饮用水净化用于消毒杀菌、饮用水净化和工业废水的氧化处理和工业废水的氧化处理。臭氧在水处理中的应用929394 （1 1）氯系氧化剂）氯系氧化剂（2 2）氯氧化法的应用）氯氧化法的应用氯类氧化剂包括氯类氧化剂包括气态氯、气态氯、液态氯、次氯酸钠、次氯液态氯、次氯酸钠、次氯酸钙、二氧化氯酸钙、二氧化氯等。氯气等。氯气既可用作既可用作消毒剂消毒剂，能杀灭，能杀灭细菌、有害生物、消除有细菌、有害生物、消除有毒物质的毒性。同时也可毒物质的毒性。同时也可以以氧化污染物氧化污染物，广泛用于，广泛用于废水处理。废水处

25、理。1）碱性氯化法处理含氰）碱性氯化法处理含氰废水废水2）氯化法除酚，最后被）氯化法除酚，最后被氧化为氧化为CO2和和H2O3）氯化法脱色、除臭杀）氯化法脱色、除臭杀藻藻9596979899 （1 1）概述）概述 废水处理的新技术，可以解决有毒害但无废水处理的新技术，可以解决有毒害但无法生物降解的物质。法生物降解的物质。 光化学反应光化学反应是指在光的作用进行的化学反应，是指在光的作用进行的化学反应，利用光化学反应降解污染物，又称之为利用光化学反应降解污染物，又称之为光降解光降解。光降解反应包括光降解反应包括无催化剂无催化剂和和有催化剂有催化剂的两种，前的两种，前者称为者称为光化学氧化光化学氧

26、化，后者称为，后者称为光催化氧化光催化氧化。100 （2 2）光化学氧化）光化学氧化 通过氧化剂（如O3、H2O2等）在光辐射下产生强氧化能力的羟基自由基HO.而进行的。羟基自由基的氧化性很强，其标准氧化还原电位为2.85V，在常见的氧化剂中仅次于氟（3.06V）。羟基自由基具有较高的电负性，因此能够有选择地与废水中的污染物发生反应；羟基自由基是高级氧化过程的中间产物，作为引发剂诱发后面的链反应，对难降解有机物质特别适用；羟基自由基氧化反应条件温和，容易得到应用。101 （2 2）光化学氧化）光化学氧化光化学氧化技术与其他氧化方法相比，反应过程产生大量的羟基自由基，对有机物的降解速率快，而且对

27、许多难降解有机物的矿化效果好；光氧化的反应条件对温度、压力没有特别要求；作为生物处理技术的前处理，可以大大提高难生物降解废水的可生化性。UV-H2O2反应：UV-O3反应；UV-O3-H2O2反应UV-US（超声）反应；光化学氧化系统：重点集中在光源的选取、光学材料的应用以及光化学反应器结构的改进三个方面。102 （3 3）均相光催化氧化）均相光催化氧化均相光催化氧化主要指UV-Fenton氧化，以Fe2+或Fe3+及H2O2为介质，通过光-Fenton反应产生HO.对污染物进行氧化。优点：可降低Fe2+的用量，保持H2O2较高的利用率，紫外光和Fe2+对H2O2催化分解存在着协同效应；可以使

28、有机物矿化程度更充分，因为Fe3+与有机物降解过程的中间产物形成的络合物是光活性物质，可在紫外光作用下迅速还原为Fe2+。103 （4 4）非均相光催化氧化）非均相光催化氧化非均相光催化氧化主要指在体系中投加光敏半导体材料如TiO2、ZnO等作为催化剂，使其在光的照射下激发产生电子-空穴对，吸附在催化剂上的溶解氧/水分子与电子-空穴对作用，产生HO.等氧化性强的自由基对污染物进行氧化。与均相系统相比，非均相的优点：不需要消耗如H2O2和O3这样的氧化剂；光催化剂在反应过程中不被消耗；自然光，即太阳能直接被加以利用。104 湿式氧化法湿式氧化法（WAO）是在高温高压下，利）是在高温高压下，利用空

29、气将废水中的有机物氧化成用空气将废水中的有机物氧化成CO2和水和水，从而，从而达到去除污染物的目的。达到去除污染物的目的。 与常规氧化方法相比，湿式氧化法具有适用与常规氧化方法相比，湿式氧化法具有适用范围广、处理效率高、二次污染低、氧化速率快、范围广、处理效率高、二次污染低、氧化速率快、装置占地小、可回收能量等优点。装置占地小、可回收能量等优点。105 湿式氧化主要用于各类高浓度废水及污泥处理，尤其是毒性大、难以用生化方法处理的农药废水、染料废水、制药废水、造纸黑液以及城市污泥及垃圾渗滤液等，也用于还原性无机物如CN-、SCN-、S2-和放射性废物的处理。湿式氧化的局限性：要求在高温高压下进行

30、，其中间产物往往为无机酸，故要求设备能耐高温、高压，并耐腐蚀，因此费用较高；适用于高浓度小流量的废水处理，对低浓度大流量的废水则很不经济；即使在高温高压条件下，对某些有机物如多氯联苯等仍难以做到完全氧化。106 （1 1）催化湿式氧）催化湿式氧化（化（CWAO）在传统的湿式氧化处理工艺中加入适宜的催化剂以降低反应所需的温度和压力，并提高氧化分解能力，缩短时间，防止设备的腐蚀并降低成本。目前应用于湿式氧化的催化剂主要包括过渡金属及其氧化物、复合氧化物和盐类，催化剂也分为均相催化剂和非均相催化剂两类。107 （2 2）超临界水氧化）超临界水氧化（SCWO）为彻底去除一些湿式氧化难以去除的有机物，将

31、反应温度和压力进一步提高至水的临界点以上，利用超临界水的良好特性来加速反应进程。超临界水是一种超临界流体。108109110 （1 1）概述）概述通过投加还原剂，将废水中的有毒物质转化为无毒或毒性较小的物质的方法称为还原法。常用的还原剂有：铁屑、锌粉、硼氢化钠、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、水合肼（N2H4.H2O）、硫酸亚铁、氯化亚铁、硫化氢、二氧化硫等；还原法主要用于处理一些特殊的废水，如含汞、含铬、含铜和含硝基苯废水。111 （2 2）还原法除铬）还原法除铬电镀、制革、冶炼、化工等工业废水中常含有剧毒的Cr(VI)，在酸性条件下(pH7.6)，主要以CrO42-形式存在。六价铬的毒性比三价铬大1

32、00倍左右。还原法除铬一般分两步：第一步是用还原剂将六价铬还原为毒性较低的三价铬（酸性条件下）；第二步是在碱性条件下将三价铬生成氢氧化铬沉淀去除。铁屑（或锌粉）过滤硫酸亚铁-石灰还原法（硫酸亚铁-粉煤灰法）亚硫酸盐还原法水合肼还原法112 （2 2）还原法除铬）还原法除铬如厂区同时有含铬废水和含氰废水时，可互相进行氧化还原反应，以废治废，其反应为：近年来试验研究了用活性炭吸附处理含铬()废水的方法。当pH值很低时，本质上仍是一种还原法：113 （3 3）还原法除汞）还原法除汞氯碱、炸药、制药、仪表等工业废水中常含有剧毒的Hg2+，处理方法是将Hg2+还原为Hg加以分离和回收。常用的还原剂为比汞

33、活泼的金属（铁屑、锌粒、铝粉、铜屑等）、硼氢化钠、醛类、联胺等。废水中的有机汞通常先用氧化剂（如氯）将其破坏，使之转化为无机汞后，再用金属置换。硼氢化钠还原法（NaBH4）：碱性条件金属还原法：铁屑过滤，pH=69 据某厂试验，用工业铁粉去除酸性废水中的汞()，在5060，混合反应11.5h，经过滤分离，废水中所含汞量可去除90以上114 就是就是利用电解的基本利用电解的基本原理，使废水中原理，使废水中有害物质通过电有害物质通过电解过程，在解过程，在阴阳阴阳两极分别发生氧两极分别发生氧化和还原反应化和还原反应，以转化成无害物以转化成无害物，达到净化水质，达到净化水质的目的。的目的。 115 （

34、1 1）电解之阳极氧化作用）电解之阳极氧化作用阳极氧化作用：电解槽中阳极与电源的正极相连，阳极既可通过直接的电极反应过程，使污染物氧化破坏（如CN-的阳极氧化），也可通过某些阳极反应产物（如Cl-、ClO-、O2、H2O2等）间接的破坏污染物（如阳极产物Cl2除氰、脱色） 应用：去除水中氰、酚以及COD、S2-、有机农药等，也有利用阳极产物Ag+离子进行消毒处理。其中电解除氰属于直接氧化作用；电解除酚属于间接氧化作用，因需要投加食盐，利用食盐电解产生的氯离子阳极产物分子氯，然后水解生成次氯酸，进行氧化分解酚。116 （2 2）电解之阴极还原作用）电解之阴极还原作用阴极还原作用：电解槽中阴极与电

35、源的负极相连，能使废水中的离子直接得到电子被还原，发生直接还原作用，此外，在阴极还有H+接收电子还原成氢气，也具有很强的还原作用，使废水中的某些物质被还原。 应用：电解除铬，及电沉积法去除与回收废水中的重金属离子。一般认为，电解除铬时阳极溶解产生的亚铁离子的间接还原反应是主要因素，而在阴极上直接将六价铬还原为三价铬是很次要的。因此，必须采用铁做阳极材料。117 （3 3）电解凝聚作用与电解气浮作用）电解凝聚作用与电解气浮作用电解凝聚作用：电解槽用铁或铝板做阳极，通电后受到电化学腐蚀，具有可溶性。Al或Fe以离子状态融入溶液中，经过水解反应而生成羟基络合物，这类络合物可起混凝剂作用，将废水中的悬

36、浮物与胶体杂质通过混凝加以去除。电解气浮作用：电解时，在阴极和阳极表面产生H2和O2等气体，这些气体以微气泡形式逸出，比表面积很大，在上升过程中可以粘附水中的杂质及油类浮至水面，产生气浮作用。118电解法处理废水所用电解槽，按水流方向可分为翻腾式、回流式及竖流式三种。 （4 4）电解槽）电解槽119 （5 5）电解法的应用）电解法的应用电解法的优缺点：装置紧凑，占地面积小，节省一次投资；自动控制水平高，易于实现自动化；药剂用量少，废液量少；通过调节槽电压和电流，可以适应较大幅度的水量与水质变化冲击。但电耗和可溶性阳极材料消耗较大，副反应多，电极易钝化。电极法可以处理：1）各种离子状态的污染物，

37、如CN-、AsO2-、Cr6+、Cd2+、Pb2+、Hg2+等；2）各种有机和无机的耗氧物质，如硫化物、氨、酚、油、有色物质等；3）致病微生物。120 （5 5）电解法的应用）电解法的应用处理无机污染物：含铬废水、含氰废水等处理有机污染物：染料废水、印染废水等，主要在生物毒性和难降解有机物的去除方面；电解消毒：间接电解消毒（利用电解原理制造次氯酸钠或者氯气等消毒剂）；直接电解消毒（次氯酸杀菌、电场作用、高效氧化剂消毒，如羟基自由基）121思考题：122消毒的目的是杀灭水中对人体健康有害的绝大部分病源微生物，包括病菌、病毒、原生动物的包囊等，以防止通过水传播疾病。4、化学消毒消毒是饮用水处理中必

38、不可少的工艺：目的是使处理后饮用水的微生物学指标达到饮用水水质标准，把饮水导致的水致疾病的风险降到可以接受的安全范围。（总大肠菌群、耐热大肠菌群、细菌总数、隐孢子虫、贾地鞭毛虫、剩余消毒剂浓度）废水处理中，消毒虽非必须，但通常是废水排入水体前或进行再利用前的最后一个处理步骤，目的是安全排放或回用。消毒不同于灭菌，消毒仅要求杀灭致病微生物，而灭菌要求杀灭所有微生物。123 消毒的种类（表消毒的种类（表7-17-1）物理法： 加热、光照射、超声波，废水处理中很少用。化学法： 采用消毒剂进行消毒，常用的消毒剂有（表7-1）：多种氧化剂（氯、臭氧、溴、碘、高锰酸钾等）；某些重金属离子（银、铜等）；阳离

39、子型表面活性剂、酚类124 消毒剂对水进行消毒的过程：消毒剂达到微生物体表；渗入细胞壁；与特定的酶发生反应，中断细胞的代谢过程。 4.1 化学消毒原理 消毒机理：破坏细胞壁，使其通透性增加，导致细胞内物质漏出；损害细胞膜的生化活性，影响其吸收与保留作用；对细胞的重要代谢功能造成损害，破坏酶的活性；损坏核酸组分；改变有机体的RNA、DNA；改变原生质的胶体性质等。 125 氧化型消毒剂可以通过氧化以多种途径产生灭活作用； 紫外照射能使RNA中相邻的胸腺嘧啶或DNA中相邻的尿嘧啶形成共价的二聚体，破坏复制过程，从而使生物体不能再繁殖，以致灭活； 加热可以使细胞蛋白变性，失去原生质的胶体性质，产生致

40、死效应。126影响消毒效率的因素：1）致病微生物的种类及存在状态 不同微生物对消毒剂的耐受能力不同。一般而言，病毒比细菌较难杀灭，有芽孢的细菌比无芽孢的细菌教难杀灭（废水中的致病菌多无芽孢）。单个细菌易受消毒剂的致毒作用，而成团细菌的内部菌体因受保护而难以被杀死。2）消毒剂的种类和浓度 一般来说，浓度愈高，杀菌效果愈好。3）接触时间 接触时间越长，致病微生物的杀灭率越高。 127影响消毒效率的因素：4）水质特征 温度越高，杀菌越好；pH值对氯的杀菌作用影响大，而对臭氧的影响不大；悬浮物能掩蔽菌体，使之不受消毒剂的影响；有机物的存在，消耗氧化性的消毒剂；氨能降低氯的杀菌强度，但却能维持其持久性。

41、 128 氯消毒以液氯、漂白粉或次氯酸钠为消毒剂。水厂氯消毒一般采用液氯；小型消毒如游泳池水消毒，多采用次氯酸钠发生器；临时性消毒多采用漂白粉。氯消毒的化学反应 在不含氨的水中加入氯后，即产生下列反应： Cl2+H2O ClO-+H+Cl- HOCl H+ClO- 水中HOCl和ClO-的比例与水的pH值和温度有关（图7-1），可以根据式7-10进行计算。水的pH值提高，则ClO-所占比例增大，在pH6的条件下，水中的氯基本上以HOCl形式存在。4.2 氯消毒法129 氯的消毒是通过氧化作用实现的，HClO和OCl-都有氧化能力，但HClO是中性分子，可以扩散到带负电的细菌表面，并渗入细菌体内

42、，借氯原子的氧化作用破坏菌体内的酶，从而使细菌死亡，而ClO-带负电，难于靠近带负电的细菌，所以虽有氧化能力，也很难起消毒作用。因此，水中的pH值越低，消毒效果越好。 尽管ClO-消毒效果低于HOCl，但是由于水中存在HOCl与ClO-的平衡关系，当HOCl被消耗后，ClO-就会转化为HOCl，继续进行消毒反应，因此，在计算时，HOCl与ClO-都被计入，并通称为游离性氯或自由性氯（游离氯） 130 当水中有氨时，会生成氯胺： NH3+HClO NH2Cl+H2O NH3+2HClO NHCl2+2H2O NH3+3HClO NCl3+3H2O NH2Cl、NHCl2和NCl3分别是一氯胺、二

43、氯胺和三氯胺（三氯化氮），统称为氯胺。氯胺所含的氯总量称为化合性氯。 氯胺的存在形式同氯和氨的比例以及水的pH值有关。 氯胺也具有氧化性，有对微生物的消毒效果，但其氧化能力较弱，因此需要较长的接触时间和较大的投药量。131氯胺消毒的优点：氯胺较稳定，在水中的存留时间长；能减少三卤甲烷和氯酚的产生，可使氯酚臭味减轻；防止管网中铁细菌的繁殖。 游离氯和化合氯都具有消毒能力，两者之和称为有效氯，简称总氯； 经一定接触时间后水中剩余的有效氯称为余氯，保留一定余氯的目的是为了保证自来水出厂后还具有持续的杀菌力，氯胺的杀菌能力不及HClO强，而且也较缓慢，所以对于余氯量的要求要高一些，与水的接触时间也要长

44、一些。一般来说，游离性氯与水的接触时间应为1530min，化合性氯与水的接触时间应不少于12h。132 新版生活饮用水卫生标准和建设部行业标准城市供水水质标准对此作出了明确规定：采用游离氯消毒的，与水接触至少30min后出厂，出厂水中游离性余氯不低于0.3mg/L，管网末梢水不低于0.05mg/L；对于采用氯胺消毒的，与水接触至少2h后出厂，出厂水中总余氯不低于0.5mg/L，管网末梢水不低于0.05mg/L。 另外，从感官形状和卫生学安全考虑，出厂水的余氯也不能过高，新版生活饮用水卫生标准规定出厂水中游离性余氯最高限值4mg/L。133加氯量与加氯点 消毒时向水中加入氯的量可以分为两部分，即

45、需氯量和余氯量。需氯量指在接触时间内因杀灭微生物、氧化水中的有机物和还原性无机物所消耗的氯的量。 加氯量由加氯试验或根据相似水厂运行经验确定。加氯试验得到的结果称为加氯曲线（加氯量为横坐标，余氯量为纵坐标）（图7-2、图7-3），加氯曲线中的450虚线代表的是需氯量为零的假设情况（即水中无任何消耗氯的物质，包括细菌、有机物或还原性物质等）。 当水中含氨氮和不含氨氮时得到的加氯曲线是不同的，分别为图7-2和图7-3所示。134当水中不含氨氮时，加氯量等于需氯量和余氯量之和。所有余氯均以游离性余氯的形式存在，根据预定出厂水余氯浓度要求，就可以从该接触时间测定的加氯曲线上查处所需加氯量。135对于含

46、有氨氮的水样，加氯曲线的形式较为复杂，可以分为四个区：第一区：无余氯区，加氯量过小，加入的氯全部被其他杂质所消耗，余氯量为零，此时消毒效果不可靠；136第二区：化合性余氯区，所加入的氯与水中的氨氮反应形成了氯胺，有一定消毒效果，达到峰值时水中的氨全部转化为氯胺；137第三区：化合性余氯分解区，部分氯胺被投入的氯氧化分解为不起消毒作用的N2、NO、N2O等，化合性余氯减少，最后达到最低点，称为折点；138第四区：折点后区，表示此时已经没有消耗氯的杂质了，所增加的投氯量都是以游离性余氯存在，消毒效果最好。根据预定的出厂水游离性余氯的浓度要求，就可以从该区查出所需加氯量。此种消毒方法称为折点氯化法。

47、139折点氯化法：给水处理中，对于氨氮浓度较低（小于0.3mg/L）的原水，通常投氯量超过折点B，维持一定游离余氯量；对于氨氮浓度较高（大于0.5mg/L）的原水，投氯量控制在第二区峰值前即可，此时的化合余氯已足够消毒，没必要增大投氯量，投氯量增加还会导致消毒副产物的问题。 不同废水的水质和消毒要求差别很大，应通过试验确定投氯量。140氯化消毒应注意的问题折点加氯时氯的大量投加，使pH值下降，不仅影响排放或会用，还会腐蚀管道和设备，因此需要调整pH值；对于水源受到污染的水来说，氯化消毒时，水中有机物会与氯生成有毒且难降解的有机氯化物（消毒副产物），因此对这类水源应尽可能少用折点氯化法，特别是不

48、要使用折点预氯化法，应通过强化常规处理、增加预处理或深度处理来去除水中有机物（消毒副产物的前体物）；141氯化消毒应注意的问题折点氯化后，有时需要进行后处理，去除有机氯化物及过量的氯，常用的后处理方法有二氧化硫法和活性碳吸附及还原法；煤气站废水中含有SCN-、CN-等离子和酚等化学物质，如在生物处理后进行氯化消毒，会生成剧毒的CNCl和氯酚，危害性更大。142加氯设备水厂加氯消毒普遍采用液氯，由液氯瓶直接供给消毒所需要的氯。干燥的氯气和液氯对铁、铜、铅、钢都没有腐蚀性，但氯溶液对一般金属腐蚀性很大，因此，使用液氯瓶时，要严防水通过加氯设备进入氯瓶内。玻璃、陶瓷不受氯溶液的腐蚀，氯对塑料和橡胶也

49、由腐蚀作用，且易使之老化。采用液氯消毒的加氯设备包括：加氯机、氯瓶、加氯检测与自控设备等。143加氯机的功能：从氯瓶送来的氯气在加氯机中先流过转子流量计，再通过压力水的水射器使氯气与水混合，把氯溶在水中形成高含氯水，再被输送至加氯点处投加。1441454.3 其他消毒法二氧化氯消毒 二氧化氯消毒也是一种氯消毒法，但它与通常的液氯消毒有不同之处：二氧化氯一般只起氧化作用，不起氯化作用，与水中杂质形成的三氯甲烷等消毒副产物比氯消毒要少得多；二氧化氯不与氨反应，在pH值为610范围内的杀菌效率几乎不受pH值的影响；二氧化氯的消毒能力次于臭氧，但高于氯。具有很强的除酚能力。146除此之外，二氧化氯消毒

50、的优点还有：对细菌和病毒的消毒效果好，能分解细胞结构，并能杀死孢子；在水中的稳定性次于氯胺，但高于游离氯，能在管网中保存较长时间，起剩余保护作用；二氧化氯消毒的缺点：二氧化氯分解的中间产物亚氯酸盐对人体健康有害；费用较高，且二氧化氯的制备、使用也还存在一些技术问题，二氧化氯发生过程操作复杂，试剂价格高或纯度低，二氧化氯的运输、储藏的安全性较差。147二氧化氯的制备：亚氯酸钠加酸制取法： 5NaClO2+4HCl 4ClO2+5NaCl+2H2O5NaClO2+2H2SO4 4ClO2+2Na2SO4+NaCl+2H2O此法所生成的二氧化氯不含游离性氯，属于纯二氧化氯，但是，费用较高。148二氧

51、化氯的制备：亚氯酸钠加氯制取法： Cl2+H2O HOCl+HCl 2NaClO2+HOCl+HCl 2ClO2+2NaCl+H2O 为了防止未起反应的亚氯酸盐进入到所处理的水中，需要加入比理论值更多的过量氯，使亚氯酸盐反应完全，其结果是在产物中含有部分游离氯。 此法在瓷环反应器内进行，从加氯机出来的氯溶液与用计量泵投加的亚氯酸盐稀溶液共同进入反应器中，经过约1min的反应，就得到二氧化氯水溶液。此法在国外大型水厂应用较多，但因价格较高在我国尚很少使用。149二氧化氯的制备：氯酸钠盐酸复合式二氧化氯制取法： 2NaClO3+4HCl 2ClO2+Cl2+2NaCl+2H2O 此法的产物中二氧化

52、氯和氯气物质的量比为2:1，因此称为复合式。反应的最佳温度70左右，此法的优点是：生产成本低（约为亚氯酸钠为原料生产纯二氧化氯的1/41/3）、安全性好（氯酸钠比亚氯酸钠性能稳定），不足之处是复合式制取法所产生的游离氯仍会形成一定量的消毒副产物。150二氧化氯的制备：电解法二氧化氯发生器： 适用于小型消毒场所，如游泳池消毒、二次供水的补充消毒等。该法通过电解食盐水的方法，现场制取含有二氧化氯和次氯酸钠的水溶液，在总有效氯中，二氧化氯的含量一般在1020，其余为次氯酸钠。因此，该发生器实际上是二氧化氯和次氯酸钠的混合发生器。151二氧化氯的制备：稳定型二氧化氯溶液： 稳定型二氧化氯是一种可以保存

53、的化工产品，其生产方法是将生成的二氧化氯通入含有稳定剂的液体（如碳酸钠、硼酸钠及过氯化物的水溶液）中而制成的二氧化氯溶液。产品中二氧化氯的含量约为2，20kg深色塑料桶装，储存期2年，使用前需再加活化剂，如柠檬酸，活化后的药剂应当天用完。因价格较贵，只用于个别小型消毒场所。152 二氧化氯的投加量与原水水质和投加用途有关。 对于给水厂消毒处理，投加量一般在0.20.5mg/L，以满足二氧化氯浓度出厂水0.1mg/L，管网末梢水0.02mg/L； 当用于混凝前的二氧化氯预氧化，进行氧化有机物、除臭、除藻、除铁、除锰时，投加量需由试验确定，一般在0.52mg/L范围。153臭氧消毒 臭氧消毒在法国

54、、瑞士、德国等欧洲国家的水厂使用的较多，它的优势：杀菌力很强，特别是对病毒、芽孢等有很大的杀伤效果，杀菌作用快；不受水中氨氮和pH的影响，而且也不像一般的氯消毒有可能生成三氯甲烷等消毒副产物；能同时控制水中铁、锰、色、味、嗅。154臭氧的投加量：用于消毒过滤水时，投加量一般不大于1mg/L；用于去色和除臭时，投加量可增加至45mg/L； 剩余臭氧量和接触时间是决定臭氧处理效果的主要因素，一般来说，维持剩余臭氧量为0.4mg/L，接触时间为15min时，消毒效果良好。155156紫外线消毒在污水处理上，紫外线消毒由于可以瞬间完成，不需要消毒接触池，不产生氯代消毒副产物，因此成为城市污水处理厂消毒

55、工艺的首选技术；在饮用水处理上，紫外线消毒已成为控制水中隐孢子虫和贾第虫的主要技术，在欧美国家大量采用，我国尚处于起步阶段。157紫外线消毒的优点：1）对致病微生物有广谱消毒效果、消毒效率高；2）对隐孢子虫卵囊有特效消毒作用；3）不改变水的理化性质，不产生有毒、有害副产物；4）能降低嗅、味和降解微量有机污染物；5）占地面积小、消毒效果受水温、pH影响小。158紫外线消毒的缺点主要有：1）没有持续消毒效果、需与氯配合使用；2）石英管壁易结垢，降低消毒效果；3）消毒效果受水中SS和浊度影响较大；4）被杀灭的细菌有可能复活；5）国内使用经验较少。159 随着饮用水水源普遍受到污染，常规水处理工艺无法

56、有效去除水体中的微量有机物，在加氯消毒时这些有机物会与消毒剂产生有副作用的消毒副产物（disinfection by-products, DBPs），从而产生了消毒副产物问题。4.4 消毒副产物及其控制160消毒副产物的种类 消毒副产物的种类与水中污染物质的性质和所用消毒剂的种类有关。1）氯化消毒副产物：主要有三卤甲烷类、卤乙酸类、其他氯化消毒副产物，如卤代乙腈、卤化氰、卤代苦碱、卤代乙醛、卤代酚、卤代酮、氯代乙醛类、氯硝基甲烷类等。2）臭氧副产物：若水中含有一定量溴离子，臭氧消毒会产生溴酸盐；3）二氧化氯消毒副产物：主要是分解中间产物亚氯酸盐。161消毒副产物的控制措施1）水源保护，减少有机物污染；2）改进水处理工艺，降低消毒副产物前体物的含量： 饮用水水源中含有的主要消毒副产物的前体物包括天然腐殖质中的腐殖酸、富丽酸等，以及来自工