第四章节.废水的化学处理法课件

1、第三章 废水的化学处理法第一节 混凝法第二节 中和法第三节 氧化还原法第四节 化学沉淀法第五节 电解法7/17/20221污水的化学处理是利用化学反应的作用以去除水中的杂质。处理对象主要是污水中无机的或有机的(难于生物降解的)溶解物质或胶体物质。对于污水中的容易生物降解的有机溶解物质或胶体物质，尤其是当水量较大时，一般都采用生物处理的方法。因为生物处理法不仅有效，而且处理费用低廉。7/17/20222第一节 混凝法一混凝法的基本原理二混凝剂三混凝工艺四混凝设备7/17/20223一混凝法的基本原理（一）概述（二）胶体颗粒的结构及特性（三）混凝的原理（四）影响混凝的因素7/17/20224（一）

2、概 述化学混凝所处理的对象，主要是废水中的细小悬浮颗粒和胶体微粒，大颗粒的悬浮物由于受重力的作用而下沉，可以用自然沉淀法除去；但是，微小粒径的悬浮物和胶体，能在水中长期保持分散悬浮状态，即使静置数十小时以上也不会自然沉降。混凝法是废水处理中经常采用的方法，可以用来降低废水的浊度和色度，去除多种高分子有机物。此外，混凝法还能改善污泥的脱水性能。7/17/20225悬浮物粒径通常大于l微米，大颗较的悬浮物由于受重力的作用而下沉，可以通过沉淀除去。实际上，根据Stokes公式计算，粒径10微米的微粒在水中下沉1m水深约需100min，而当粒径由10微米缩小为l微米时，其理论沉降时间将变为10000m

3、in，因此不能靠自然沉降的方法把这类微粒从水中去除。7/17/20226 混凝目的：投加混凝剂使胶体脱稳，相互凝聚生长成大矾花。 水处理中主要杂质：粘土（50nm-4 m） 细菌（0.2m-80m） 病毒（10nm-300nm） 蛋白质（1nm-50nm）、腐殖酸7/17/20227凝聚与絮凝目前的文献中，有关凝聚和絮凝的含义存在着四种不同的用法：1、把两者当作同义词，不加区别，可以互相通用。2、把凝聚认为是胶体的脱稳阶段，而絮凝则是胶体脱稳后结或大颗粒聚体的阶段(前一阶段相当于加药混合后的极短一段时间，可能在1s以内)。3、由LaMer于1964年提出的，凝聚指由于压缩双电层所产生的脱稳过程

4、，而絮凝则由于胶体颗粒被吸附在长链状的有机高分子上所起的脱稳作用(即架桥作用)。4、weber在水质控制物理化学方法一书中所采用的，凝聚指胶体脱稳及结成聚体的整个过程，絮凝仅指结成絮体这一阶段。由于目前尚无一恰当的、统一的名词兼具凝聚与絮凝两种含义。7/17/20228其中紧靠电位离子的反离子被电位离子牢固地吸引着，当胶核运动时，它也随着一起运动，组成了吸附层，他和电位离子一起组成胶团的固定层。固定层以外的反离子，由于热运动和液体溶剂作用而向外扩散，因此，受电位离子的引力较弱，不随胶核一起运动，而围着吸附层形成了扩散层。固定层与扩散层之间的交界面成为滑动面，滑动面以内的部分（胶核+吸附层）称为

5、胶粒，它是带电微粒。胶粒与扩散层一起构成了电中性的胶团。 7/17/2022107/17/202211表面电荷的发生(1)晶格取代 黏土由铝氧八面体和硅氧四面体的晶格组成。天然黏土中A13+(或Si3+)的晶格点往往被一部分低价的Mg2+和Ca2+所取代，结果使黏土晶格带负电。(2)结构缺陷 某些离子型结晶物质的Schotty缺陷(指某种离子可以在晶体内自由运动)，在晶体表面产生过量的阳离子或阴离子，因面在表面带正电或负电。（3)吸附 固相表面对水中某种离子特异吸附面获得电荷。例如AgI胶休对Ag+或I-的吸附而使其表面带上正或负电荷。溶胶颗粒的带电多属这种类型。 (4)固体表面的电离 这种原

6、因带电的情况很多。原来中性的固体表面，在不同的pH值条件下，受到溶液中H+和OH-作用而发生不同形式的电离，最后导致其表面带电。情况将随溶液PH值而变化。7/17/202212 上述胶体及胶粒表面双电层结构，可用Al(OH)3溶胶为例表述如下： 7/17/2022132.稳定性动力学稳定性：布朗运动对抗重力。 聚集稳定性：胶体带电相斥（憎水性胶体） 水化膜的阻碍（亲水性胶体） 两者之中，聚集稳定性对胶体稳定性的影响起关键作用。 7/17/202214胶粒与溶液主体之间胶粒剩余电荷的存在，所产生的电位，称为电位。电位越高，带电量越大，胶粒也就越稳定，不易沉降；若电位越低或接近于零，胶粒就很少带电

7、或不带电，分散系就不稳定，易于相互接触粘合而沉降。分散系的稳定性主要是同类胶体分散系微粒带同号电荷，它们之间的静电斥力阻止了微粒间彼此接近而聚合成教大的颗粒；其次，带电荷的胶体与反离子都能与周围的水分子发生水化作用，形成一层水化壳，也阻碍了各胶体的聚合。当分散系中加入某种絮凝剂，使胶团电位降低或消除，胶粒相互聚集成絮体，各分散的絮体又相互凝聚成大絮体而沉降。7/17/202215（三）混凝的原理废水中的胶粒具有一定的稳定性，要使它们凝聚成大的颗粒从而自然下沉，必须破坏其稳定性，向废水中投加混凝剂的过程就是破坏胶体颗粒稳定性的过程。其原理主要有：压缩双电层吸附电中和作用吸附架桥作用网捕作用。7/

8、17/2022161.压缩双电层胶体颗粒带有同号电荷，因此存在着静电斥力，但同时胶粒之间又存在着范德华引力，胶体的稳定性就取决于二者谁占优势，当距离很近时，合力为范德华力，因此表现为吸引，胶体颗粒能互相吸住，胶体脱稳，若距离较远时，静电斥力占优势，胶体系统将保持稳定。在水处理中使胶体凝聚的主要方法是向水中投加电解质，如胶体颗粒带负电，则投加带有正电荷的电解质，（即与反离子电性相同），这些电解质就会挤入反离子的吸附层，则吸附层变厚，中和了胶核的电性，扩散层变薄，颗粒间距变小，范德华力占优势，当大量电解质进入吸附层致使扩散层完全消失时，则胶体颗粒则完全不带电，使胶粒容易脱稳，这种作用叫压缩双电层。

9、7/17/2022177/17/2022182.吸附电中和作用：是指胶粒表面对异号离子异号胶粒或链状高分子集中的异号电荷的部位有强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中和了它的部分或全部电荷，减少了静电斥力，因而容易脱稳。7/17/2022197/17/2022203.吸附架桥作用： 吸附架桥主要是指投加的水溶性链状高分子聚合物絮凝剂，在静电力、范德华力和氢键力等的作用下，将胶体和悬浮颗粒吸附、架桥形成一串串絮体（矾花）相互融合聚结为大絮体而沉降的过程。 高分子投量过少，不足以形成吸附架桥，但投加过多，会出现“胶体保护”现象。胶体微粒表面高分子覆盖率为12时的絮凝效果最好、但在实际水处理中，胶体表面

10、覆盖率无法测定，故高分子混凝剂投量通常由试验决定。7/17/2022217/17/2022227/17/2022234.沉淀网捕作用：向水中投加含金属离子的化学药剂后，由于金属离子的水解和聚合，会以水中的胶粒为晶核形成胶体状沉淀物；或者在这种沉淀物从水中析出的过程中，会吸附和网捕胶粒而共同沉降下来，这称为沉淀网捕作用。7/17/2022247/17/202225（四）影响混凝的因素浊度 值 水温 共存杂质 水力条件的影响 混凝剂的影响 7/17/2022261.浊度 浊度过高或过低都不利于絮凝，浊度不同，所需的絮凝用量也不同。 7/17/2022272.值 值对絮凝作用的影响是非常大的，值对胶

11、体颗粒的表面电荷的电位、絮凝剂的性质和作用以及絮凝作用都有很大的影响。对溶胶的影响表现在胶体的电荷和电泳速度随而变化。例如，降低时阳性溶胶由于吸附多量的，而使颗粒的电荷增大，电泳速度也随之加快，升高则得到与之相反的结果。对于阴性溶胶，若上升，颗粒群吸附离子增多，电荷增多，电泳速度加快，下降所得结果与之相反。对上述颗粒电荷的影响，最终归结为对絮体成长和沉降量的影响。 7/17/2022283.水温 水温会影响无机盐类的水解，水温低，水解反应慢。另外水温低，水的粘度增大，布朗运动减弱，混凝效果下降。这也是冬天混凝剂用量比夏天多的缘故。但温度也不是越高越好，当温度超过时，易使高分子絮凝剂老化或水解生

12、成不溶性物质，反而降低混凝效果。 7/17/2022294.共存杂质 有些杂质的存在能促进混凝过程。比如硫、磷化合物以外的其他各种无机金属盐，均能压缩胶体粒子的扩散层厚度，促进胶体凝聚。且浓度越高，促进能力越强，并可使混凝范围扩大。有些物质则会不利于混凝的进行。如磷酸离子、亚硫酸离子、高级有机酸离子会阻碍高分子絮凝作用。另外，氯、螯合物、水溶性高分子物质和表面活性物质都不利于混凝。 7/17/2022305.水力条件的影响 混合阶段的要求是使药剂迅速均匀地扩散到全部水中以创造良好的水解和聚合条件，使胶体脱稳并借颗粒的布朗运动和紊动水流进行凝聚,并不要求形成大的絮凝体。混合要求快速和剧烈搅拌，在

13、几秒钟或一分钟内完成。对于高分子混凝剂，由于它们在水中的形态不象无机盐混凝剂那样受时间的影响，混合的作用主要是使药剂在水中均匀分散，混合反应可以在很短的时间内完成，而且不宜进行过份剧烈的搅拌。反应阶段的要求是使混凝剂的微粒通过絮凝形成大的具有良好沉淀性能的絮凝体。反应阶段的搅拌强度或水流速度应随着絮凝体的结大而逐渐降低，以免结大的絮凝体被打碎。如果在化学混凝以后不经沉淀处理而直接进行接触过滤或是进行气浮处理，反应阶段可以省略。7/17/202231一般，搅拌速度以40-80r/min为宜，不要超过100r/min;搅拌时间以2-4min为宜，不超过5min。搅拌的速度过快，时间过长，能将大颗粒

14、的固体搅碎，成小颗粒，使能够沉淀的颗粒变成不能沉淀的颗粒，降低絮凝效果。当然，如果搅拌速度过慢，时间过短，也不利于絮凝剂捕集胶体颗粒，而且絮凝剂的浓度分布也不均匀，更不利于发挥絮凝剂的作用。7/17/2022326.混凝剂的影响 混凝剂种类、投加量和投加顺序都对混凝效果产生影响 。7/17/202233混凝剂种类和投加顺序凝剂的选择主要取决于胶体和细微悬浮物的性质、浓度。如水中污染物主要呈胶体状态，且电位较高，则应先投加无机混凝剂使其脱稳凝聚，如絮体细小，还须投加高分子混凝剂或配合使用活性硅酸等助凝剂。很多情况下，将无机混凝剂与高分子混凝剂并用，可明显提高混凝效果，扩大应用范围。对于高分子混凝

15、剂而言，链状分子上所带电荷量越大，电荷密度越高，链状分子越能充分延伸，吸附架桥的空间范围也就越大，絮凝作用就越好 。7/17/202234混凝剂投加量 投加量除与水中微粒种类、性质、浓度有关外，还与混凝剂品种、投加方式及介质条件有关。对任何废水的混凝处理，都存在最佳混凝剂和最佳投药量的问题，应通过实验确定。一般的投加量范围是：普通铁盐、铝盐为10-30mg/L；聚合盐为普通盐的1/2-1/3；有机高分子混凝剂通常只需1-5mg/L，且投加量过量，很容易造成胶体的再稳。由于混凝过程的复杂关系，不通过实验就不能选择任何一种废水的最适宜的混凝剂，以及决定最佳投加量和最佳控制条件。 7/17/2022

16、35二混凝剂（一）混凝剂的分类（二）混凝剂的选择及应用条件（三）助凝剂7/17/202236（一）混凝剂的分类在水处理中为使胶体脱稳沉淀而投加的电解质称为混凝剂。混凝剂可分为：无机混凝剂 有机混凝剂 再根据它们的分子量的高低、官能团的特征及官能团离解后所带电荷的性质，将其进一步分为：高分子、低分子、阳离子型、阴离子型和非离子型混凝剂等。 7/17/202237无机铝系 硫酸铝、明矾、聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铝（PAS） 适宜pH：5.58 铁系 三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铁、聚合硫酸铁、聚合氯化铁 适宜pH：511，但腐蚀性强 有机人工合成 阳离子型：含氨基、亚氨基的聚合物 阴离子型：水解

17、聚丙烯酰胺（HPAM） 天然 淀粉、动物胶、树胶、甲壳素等 。微生物絮凝剂 7/17/2022381.无机盐类混凝剂 应用最广的是铝盐和铁盐。前者主要有硫酸铝、明矾等；后者主要有三氯化铁、硫酸亚铁等。硫酸铝Al2(SO4)318H2O 三氯化铁FeCl36H2O ，硫酸亚铁FeSO47H2O 7/17/2022392. 无机高分子混凝剂 聚合氯化铝 （碱式氯化铝）（英文简称PAC）：其化学通式为Al2(OH)nCl6-nm,式中n5,m10。它是当前国内外使用比较广泛的一种无机高分子混凝剂，以铝灰或含铝矿物作原料 。聚合硫酸铁（碱式硫酸铁）(简写PFS)：其化学通式为Fe2(OH)n(SO4)

18、3- (n/2)m式中n10。 7/17/202240聚合硫酸铝（英文简称PAS）：其化学通式为Al2(OH)n(SO4)3-(n /2)m，式中1n6,m10%，含碱5%者，称作酸碱废液，可考虑综合利用，合理调度，重复使用。（用金属的酸洗废水含（H2SO4 3-5% Fe2SO4 15-25%）与废铁屑反应制造FeSO4,也可利用废硫酸和氨水中和制得硫铵。7/17/202273含酸3% ，含碱 1%者，为低浓度酸碱废水，在没有经济有效的回收方法之前，一般采用中和处理，以便废水重复利用或进行后续处理或安全排放。7/17/202274四概念及原理利用化学药剂，使废水的PH值达到中性左右的过程称为

19、中和处理。中和法的原理是： 7/17/202275五、酸性废水的处理方法 利用碱性废水或碱性废渣（如电石渣）等进行中和，达到以废制废的目的。（酸碱废水相互中和）。投加碱性药剂（投药中和）。通过有中和性能的滤料过滤中和。回收利用 。7/17/2022761、碱性中和剂 A碱性矿物：石灰石、大理石、白云石、氧化钙镁、生石灰等。B 碱性废渣：电石渣（Ca(OH)2 CaCO3 ）、废渣（含（Ca(OH)2）、炉灰渣（含CaO+MgO）其它碱性中和剂：NaOH Na2CO3 NH4OH等 7/17/2022772.投药中和法 可选用药剂：石灰、苛性钠、碳酸钠、石灰石、白云石等。优点：可中和任何浓度的酸

20、性废水； 容许废水中含有较高浓度的悬浮物 ； 容许废水水量变化幅度大； 中和剂利用率高； 中和过程易控制调节 7/17/202278缺点：建筑投资大 ；惰性杂质多，不宜脱水； 操作条件差； 配置和投配需较多设备，维护管理麻烦。7/17/2022793.石灰投加法（干投和湿投） a 干投法： 原理：是根据废水含酸、含盐量将破碎、筛分后的石灰（粒径要求0.5mm），直接投入废水中的方法。7/17/202280为保证石灰能均匀地投入渠道，可装设石灰振荡设备（如电磁振荡器）。在渠道内经过隔板混合槽折流（或其它混合设备）混合0.5-1分钟，进入沉淀池，将泥渣分离。工艺如图：7/17/2022817/17

21、/202282干投法特点：设备简单，但反应缓慢且不彻底，中和剂投加量大，约为理论值1.4-1.5倍，要求石灰洁净，干燥。石灰破碎，筛分劳动强度大。7/17/202283b湿投法是将石灰制备成一定浓度的乳液而定量加入废水中的方法。工艺如图：7/17/2022847/17/2022857/17/202286湿投法特点：湿投法设备较多，反应迅速，彻底。中和剂投加量较低，约为理论值1.05-1.1倍。注意：当酸性废水中含有重金属盐类时，例如铝、锌、铜等，计算中和药量时，应增加与金属化合产生沉淀的药量。7/17/2022874过滤中和法 利用石灰石、白云石、大理石等难溶物质做滤料，让酸性废水从中通过，获

22、得中和。 要求: a. 对废水中的悬浮物，油脂等进行预处理，以防止堵塞。当含有大量悬浮物，油脂，重金属盐和其它毒物时，不宜采用此法。b. 滤料的颗粒不宜过大。c.失效的滤渣应及时清除和更换 。7/17/202288(1).滤料的选择原则： 滤料的选择和中和产物的溶解度有密切的关系。（因中和反应发生在滤料颗粒的表面，如果中和产物的溶解度很小，就在滤料颗粒表面形成不溶性硬壳，阻止中和反应的继续进行，招致中和处理的失效。） 7/17/202289（1）盐酸和硝酸废水，它们的钙盐，镁盐有较大的溶解度，可用大理石，石灰石或白云石作滤料。（1）盐酸和硝酸废水7/17/202290（2）硫酸废水各种硫酸盐的

23、溶解度相差很大，20时MgSO4最大，Na2SO4次之，CaSO4最小，因此中和硫酸废水时最宜选用含镁的中和滤料（白云时）。但白云石来源少，成本高，在此情况下，如能正确控制硫酸浓度时，生成产物CaSO4的量不超过溶解度。采用石灰石或大理石也能妥善处理好硫酸废水，如20时，CaSO4溶解度1.6g/L，为了避免石灰石表面被生成的石膏所覆盖，废水中的硫酸浓度理论上应低于1.698/136=1.149g/L7/17/202291（3）弱酸如醋酸废水（3）弱酸如醋酸废水 因反应慢，中和时间长，不宜用碳酸盐中和，应选用氢氧化物，如石灰等。7/17/202292(2).工艺：中和滤池类型： 普通中和滤池

24、升流式中和滤池 滚筒式中和滤池 a.最早采用普通滤池，由于滤料粒径较大（30-50mm）和滤速小（ Hg2+ Ag+ As3+ Bi3+ Cu2+ Pb2+ Cd2+ Sn2+ Co2+ Zn2+ Ni2+ Fe2+ Mn2+常用的沉淀剂有：Na2S NaHS K2S H2S 等。 7/17/2022140例如：对于无机汞 2 Hg+ + S2 Hg2S PH 8-10较宜 Hg2+ + S2 HgS 对于有机汞化合物，经氯化处理后，也可用硫化钠除汞。用硫化物沉淀法处理含汞废水时，S2量不能过量太多，因过量S2与HgS生成HgS22络离子而溶解，影响汞的去除。 7/17/2022141碳酸盐沉

25、淀法 此法可去除或回收Ca2+、Mg2+(水软化)，Mn2+、Zn2+、Pb2+、Cu2+ 可供选用的沉淀剂：Na2CO3、NaHCO3、NH4HCO3、CaCO3等。 7/17/2022142例如：Ca2+ + CO32 = CaCO3 Mn2+ + NH4HCO3 = MnCO3 + 2 NH4+ + CO2 + H2O Zn2+ + Na2CO3 = ZnCO3 + 2Na+ Pb2+ + CO32 = PbCO3 2Ca2+ + CO32+ 2OH = Ca2(OH)2CO3 7/17/2022143卤化物沉淀法 如利用AgCl沉淀回收银，利用CaF2沉淀去除FAg+ Cl = AgC

26、l Ca2+ +2F=CaF2 7/17/2022144铁氧体沉淀法 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。 7/17/2022145特点：优点：一次脱除废水中多种金属离子Cr、Fe、As、Pb、Zn、Cd、Hg、Cu、Mn、Ni、Bi、Sn等。设备简单，操作方便。硫酸亚铁的投加范围大，对水质的适应性强。沉淀易于分离，以处置。出水水质好，能达到排放标准。缺点：不能单独回收有用金属 消耗FeSO4和NaOH成本较高。 需加热 出水SO42含量高。7/17/2022146磷酸盐沉淀法对于可溶性磷酸盐的废水

27、可以通过加入铁盐或铝盐以生成不溶二磷酸盐沉淀去除。 7/17/2022147 还原沉淀法 如：对于含铬废水的处理（制革行业），六价铬必须先还原成三价铬，然后再用石灰沉淀。这种方法称为还原沉淀法。此法已广泛应用于含铬废水的处理，经济上合算，去除效率高(98-99%),另外处理水可以回用 。7/17/2022148这种方法包括：PH调整、还原和沉淀三个步骤： 先将含铬废水用硫酸将PH调至2-3，在此PH值下Cr6+可以有效地被还原为Cr3+；也可以应用从其它厂排放出的酸性废水混合，以减少处理费用。含铬废水处理常用的还原剂有：硫酸亚铁、焦亚硫酸钠、硫化钠、也常用工业废气中的SO2作还原剂。 沉淀7/17/2022149注意：还原效率与PH、反应时间及还原剂的性质有关。由于铬的还原在PH偏酸性条件下最有效，所以具有酸性的还原剂最理想。Cr6+ + Fe2+ + H+ Cr3+ + Fe3+Cr6+ + SO2 + H+ Cr3+ + SO42 7/17/2022150*钡盐沉淀法钡盐沉淀法用于去除含六价铬的废水。主要沉淀剂为： BaCO3 BaCl2 Ba(NO3)2 Ba(OH)等。 BaCO3 + K2Cr2O7 = 2BaCrO4 +K2CO3 + CO2 7/17/2022151特点：优点是反应速度快，反应彻底（因铬酸钡溶度积值小）。缺点是生成六价铬泥沉淀，产生二次污染。7/