污水的化学处理

复习引入提问1.污水的处理方法有（）（）（）。2.污水的物理指标有哪些？3.污水的物理处理方法有哪些？4.沉淀的基本原理？5.沉淀的类型？6.水污染类型有（）（）（）。复习引入引入污水的污染类型第3章水污染控制的化学法3.1中和法3.2混凝3.3化学沉淀3.4化学氧化还原3.5电解3.6消毒3.1中和3.1.1概述中和法是利用化学酸碱中和的原理消除污水中过量的酸和碱，使其pH值达到中性或接近中性的过程。是所有的酸性废水或者碱性废水都直接中和吗？1949-19601960-19701970-19801980-19901990-2010

50年代淘米洗菜

70年代水质变坏80年代鱼虾绝代90年代拉稀生癌时代的变迁、工业的发展、人类文明的进步、环境意识的提高促进清洁生产的发展。60年代洗衣灌溉时间直接排放稀释排放末端治理末端治理结合废物综合利用清洁生产社会发展环境和环境问题3.1中和是否能回收利用？酸含量大于3%~5%的废酸碱含量大于1%~3%的废碱液回收利用酸含量小于3%~5%的废酸碱含量小于1%~3%的废碱液中和处理处理的目标是什么？污水综合排放标准！酸性废水中和处理法3.1中和Title酸碱污水相互中和法Title投药中和法Title过滤中和法碱性废水中和处理法3.1中和Title酸碱污水相互中和法Title投药中和法酸碱中和基本原理（请学生讲解）3.1中和3.1.2酸碱污水的相互中和

酸碱污水相互中和是一种既简单又经济的以废治废的处理方法。两种污水相互中和时，由于水量和浓度难以保持稳定，所以给操作带来困难。在此情况下，一般在混合反应池前设有均质池。（1）考虑工业布局，工业布局合理的话能达到以废治废的目的（2）注意控制浓度，以防止处理过度，二次用酸中和以废治废典型案例

烟道气中和碱性废水3.1中和分析烟道气的成分：24%左右的CO2、少量的SO2和H2S

特点：都是酸性气体学生设计合理方案，有何优缺点？

吸收3.1中和3.1.3投药中和法投药中和法是应用广泛的一种中和方法。此法可处理各种酸性污水。

投药中和法的工艺过程主要包括:中和药剂的制备与投配、混合与反应、中和产物的分离、泥渣的处理与利用。酸性污水投药中和流程如图3-1所示。图3-1酸性污水投药中和流程酸性污水投药中和之前，有时需要进行预处理。预处理包括悬浮杂质的澄清、水质及水量的均和。前者可以减少投药量,后者可以创造稳定的处理条件。投加石灰有干投法和湿投法两种方式。图3-3石灰湿投法示意图

图3-2石灰干投法示意图

3.1中和3.1中和碱性药剂中和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，占处理水量的2％，且不易脱水。碱性废水的投药中和法药剂中和法就是通过向污水中投加化学药剂，使其与污染物发生化学反应。碱性污水的中和剂，常用的为工业硫酸，因为硫酸价格较低。

3.1.4过滤中和法过滤中和法是指用碱性滤料形成的滤床来处理酸性污水，当酸性污水流过滤床的碱性滤料时，酸性污水即被中和。这种方法适用于含酸浓度不大于2～3mg/L、并生成易溶盐的各种酸性污水的中和处理。当污水含有大量悬浮物、油脂、重金属盐和其他毒物时，不宜采用过滤中和法。

3.1中和

（1）普通过滤中和滤池普通过滤中和滤池中水的流向有平流和竖流两种，竖流又分升流式和降流式两种，如图3-4所示。

图3-4普通过滤中和滤池3.1中和

（2）恒流速升流式膨胀中和滤池恒流速升流式膨胀中和滤池如图3-5所示。

该滤池由底部大阻力穿孔管进水装置、卵石垫层、滤料层（石灰石滤料）、清水层和出水槽等组成。水由下向上流动，整个筒体过水断面不变，故上升流速为恒定。由于在中和反应过程中产生CO2气体的作用，使滤料互相碰撞摩擦，滤料面不断更新，滤料利用率高，中和效果较好。

图3-5恒流速升流式膨胀中和滤池3.1中和

（3）变流速升流式膨胀中和滤池该滤池是把上述恒流速升流式膨胀滤池的直筒形设计成倒圆锥状，水流上升速度逐渐减小，这样可以防止小滤料被出水带走，使滤料反应更加完全。3.1中和

投药中和法和过滤中和法比较3.1中和中和法比较投药中和法：优点：可以处理任何物质，任何浓度的酸性废水，当投加石灰时，氢氧化钙对废水中的杂质还具有凝聚作用。缺点：劳动卫生条件差，操作管理复杂，制备浓度，投配药剂需要较多的机械设备；石灰质量往往不能保证，灰渣较多，沉渣体积庞大，脱水麻烦。过滤中和法：优点：操作管理简单，出水PH值较稳定，不影响环境卫生，沉渣少。缺点：进水硫酸浓度受到限制。拓展学习——典型案例小结与测试1.酸性废水中和方法有哪些？2.投药中和法和过滤中和法的优缺点各是什么？复习引入提问（复习）：1.废水的污染类型有哪些？2.废水的处理方法有哪些？3.废水的化学处理方法有哪些？4.中和的基本原理？5.酸性废水的中和处理方法有哪些？引入：在污水的物理处理中沉淀要去除的是悬浮物，但是如果悬浮物的粒径太小就不能直接用沉淀的方法去除，那么如何处理呢？能否找到一种方法把小颗粒变大呢？第3章水污染控制的化学法3.1中和法3.2混凝3.3化学沉淀3.4化学氧化还原3.5电解3.6消毒3.2混凝投加化学药剂来破坏胶体和悬浮颗粒在水中形成的稳定分散体系，使其聚集为具体明显沉降性能的絮凝体，然后才能用重力沉降法予以分离。包括凝聚和絮凝两个步骤，统称为混凝。凝聚是指使胶体脱稳并聚集为微絮粒的过程。絮凝则是指微絮粒通过吸附、卷带和桥连而成长为更大的絮体的过程。24混凝去除对象：胶体及部分细小的悬浮物尺寸范围:

1nm~0.1m（有时认为在1m）水处理中主要杂质:

粘土（50nm-4m）细菌（0.2m-80m）病毒(10nm-300nm)

蛋白质（1nm-50nm）

253.2混凝混凝目的：投加混凝剂使胶体脱稳，相互凝聚生长成大矾花,以便在后续沉淀工艺中去除。

以地面水为水源的给水处理工艺：原水混凝沉淀过滤消毒饮用水

混凝沉淀二级生物处理出水过滤废水深度处理：263.2混凝1637年我国开始使用明矾净水1884年

西方才开始使用1.胶体性质2.混凝剂在水中溶解与形态混凝过程：

3.胶体与混凝剂的相互作用273.2混凝胶体的双电层结构动电位粘土=-15~-40mV细菌=-30~-70mV

电位形成离子

异号电荷吸附层扩散层28胶体的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）1微米的颗粒沉淀10厘米需要20小时。293.2.1混凝机理胶体的凝聚（脱稳）：

降低静电斥力电位

势垒

脱稳凝聚加入电解质只适用于憎水性胶体303.2.1混凝机理

（1）压缩双电层加入电解质加入，形成与反离子同电荷离子，产生压缩双电层作用，使ξ电位降低，从而胶体颗粒失去稳定性，产生凝聚作用。压缩双电层机理适用于叔采－哈代法则，即：凝聚能力离子价数6。该机理认为电位最多可降至0。因而不能解释以下两种现象：①混凝剂投加过多，混凝效果反而下降；②与胶粒带同样电号的聚合物或高分子也有良好的混凝效果。3.2.1混凝机理（2）吸附-电性中和作用机理范德华力、氢键及共价键力++吸附异号离子高分子＋＋＋＋＋＋＋＋＋异号胶粒吸附作用中和了部分或者全部电荷，减少了静电斥力，因而容易和其他颗粒接近而相互吸附。323.2.1混凝机理

（3）吸附架桥吸附架桥作用是指高分子物质和胶粒，以及胶粒与胶粒之间的架桥，架桥模型示意见图6-5。高分子絮凝剂投加后，通常可能出现以下两个现象：

①高分子投量过少，不足以形成吸附架桥；

②但投加过多，会出现“胶体保护”现象；

3.2.1混凝机理（4）沉淀物网捕或卷扫金属氢氧化物在形成过程中对胶粒的网捕与卷扫。所需混凝剂量与原水杂质含量成反比，即当原水胶体含量少时，所需混凝剂多，反之亦然。3.2.1混凝机理水的混凝机理小结在水与废水中体系复杂（大小、成份）胶体化学单一体系在水与废水中体系复杂（大小、成份）胶体化学单一体系凝聚（Coagulation）：胶体脱稳、凝聚絮凝（Flocculation）：脱稳胶体变大混凝：包括两者353.2.1混凝机理在实际水处理过程中，往往是四种机理

综合作用。目前仅限于定性描述，有关定量研究近年也已开始。低分子电解质以混凝剂，以双电层作用产生凝聚为主；故低分子电解质称为凝聚剂；高分子聚合物则以架桥联结产生絮凝为主，高分子聚合物称为絮凝剂。3.2.1混凝机理水的特性：温度、pH及碱度、杂质性质与浓度混凝剂种类水力条件（搅拌）37

混凝影响因素3.2.1混凝机理（1）pH及碱度

视混凝剂品种而异。无机盐水解，造成pH下降，影响水解产物形态。根据水质、去除对象，最佳pH范围也不同。需碱度来调整pH，碱度不够时需投加石灰。383.2.1混凝机理（2）温度

低温，混凝效果差，原因是：无机盐水解吸热温度降低，粘度升高――布朗运动减弱胶体颗粒水化作用增强，妨碍凝聚对策：提高投药量、添加高分子助凝剂393.2.1混凝机理（3）水中共存杂质

杂质浓度低，颗粒间碰撞机率下降，混凝效果差。对策：

加高分子助凝剂加粘土等矿物颗粒投加混凝剂后直接过滤如果原水悬浮物含量过高，为减少混凝剂的用量，通常投加高分子助凝剂。如黄河高浊度水常需投加有机高分子絮凝剂作为助凝剂。

“低温低浊”----混凝困难403.2.1混凝机理（4）混凝剂的种类、投加量、投加次序

（1）混凝剂种类混凝剂的选择主要取决于胶体和细微悬浮物的性质、浓度。

（2）混凝剂投加量对任何污水的混凝处理，都存在最佳混凝剂和最佳投药量的问题，应通过实验确定。

（3）混凝剂投加顺序选择混凝剂和种类和投加量时，需要充分考虑水中杂质的成分、性质和浓度对混凝效果的影响。投加量有一最佳值。当使用多种混凝剂时，其最佳投加次序通过实验确定。413.2.1混凝机理（5）水力条件（搅拌）

搅拌的目的是帮助混合反应、凝聚和絮凝，过于激烈的搅拌会打碎已经凝聚和絮凝的絮状沉淀物，反而不利于混凝沉淀,因此搅拌一定要适当，即要控制搅拌强度和搅拌时间。搅拌强度常用相邻现两水层的速度梯度G来表示，G实质上反映了颗粒碰撞的机会或次数。为确定最佳的工艺条件，一般情况下，可以用烧杯搅拌法进行混凝的模拟实验。423.2.1混凝机理3.2.1混凝机理一、混凝剂(Coagulant)

无机混凝剂铁盐形成的絮体比铝盐絮体密实，但腐蚀性强，有颜色。443.2.2混凝剂和助凝剂m：聚合度，10n（碱化度）＝[OH]/3[Al]×100%（50-80%）事先已水解聚合，有效成份多，投加量少。对pH变化适应性强。机理：吸附电中和与吸附架桥协同作用聚合氯化铝PAC：[Al2(OH)nCl6-n]m453.2.2混凝剂和助凝剂发展方向：

聚合硫酸铝铁（PFAS）聚合氯化铝铁（PFAC）聚合硫酸氯化铁（PFSC）聚合硫酸氯化铝（PASC）聚合铝硅（PASi）聚合铁硅（PFSi）聚合硅酸铝（PSA）聚合硅酸铁（PSF）无机复合聚合物混凝剂

传统无机约占20%，无机聚合物占70%，有机约占10%。463.2.2混凝剂和助凝剂无机－有机复合：

聚合铝/铁-聚丙烯酰胺、聚合铝/铁-甲壳素、聚合铝/铁-天然有机高分子、聚合铝/铁-其它合成有机高分子高分子絮凝剂：

阳离子有机化合物天然改性高分子：无毒易降解，如甲壳素等多功能絮凝剂：絮凝、缓蚀阻垢、杀菌灭藻微生物絮凝剂473.2.2混凝剂和助凝剂二、助凝剂

pH调整剂：如石灰、硫酸等加大矾花粒度和结实性：如活化硅酸（SiO2nH2O）、骨胶、高分子絮凝剂氧化剂类：破坏干扰混凝的物质，如有机物。如投加Cl2、O3等。/wunijianliang3.2.2混凝剂和助凝剂整个混凝沉淀处理工艺过程包括混凝剂的配制与投加、混合、反应及沉淀分离几个部分。3.2.3混凝工艺及设备

1.混凝剂的配制与投加混凝剂的投配方法有干投法和湿投法。干投法就是将固体混凝剂（如硫酸铝）破碎成粉末后定量地投入待处理水中。湿投法是将混凝剂和助凝剂先溶解配成一定浓度的溶液，然后按处理水量大小定量投加。此法应用较多。3.2.3混凝工艺及设备

（1）混凝剂溶液的配制混凝剂溶液的配制过程包括溶解与调制两步。溶解一般在溶解池（溶药池）中进行，其作用是把块状或粒状的药剂溶解成浓溶液。调制则在溶液池中进行，其作用是把浓溶液配成一定浓度的溶液。溶解池容积W1：W1=（0.2~0.3）W2

式中W2为溶液池容积。式中：W2——溶液池容积，m3Q——处理的水量m3/ha——混凝剂最大投加量，mg/Lc——溶液浓度，一般取5%~20%n——每日调制次数，一般不超过3次3.2.3混凝工艺及设备（2）混凝剂的投加混凝剂的投加有两种方式，即重力投加和压力投加。①重力投加当采用水泵进行混合时，药剂加在泵前吸水井或吸水管处，一般采用重力投加，即所谓的泵前重力投加。

②压力投加压力投加又分为两种形式：

一是泵投加，采用耐酸泵配以转子或电磁流量计，这是广泛采用的方法，或者直接用计量泵，将药液送到投药点；

二是水射器投加，水射器利用高压水通过喷嘴和喉管之间的真空抽吸作用将药液吸入，同时随水的余压注入原水管中。

3.2.3混凝工艺及设备泵前重力投加1-溶解池；2-提升泵；3-溶液池；4-恒位箱；5-浮球阀；6-投药苗嘴；7-水封箱8-吸水管；9-水泵；10-压水管3.2.3混凝工艺及设备

2.混合混合的作用是将药剂迅速均匀地扩散到污水中，达到充分混合，以确保混凝剂的水解与聚合，使胶体颗粒脱稳，并互相聚集成细小的矾花。

（1）借水泵的吸水管或压力管混合当泵站与絮凝反应设备距离很近时，将药液加于泵吸水管或吸水井中，通过水泵叶轮高速转动达到快速而剧烈混合目的.当泵站与反应池距离较远时，可将药液投入离反应池前一定距离（应不小于50倍管道直径）的进水管中，使药剂与水在管道内混合，也有较好的凝聚效果。

3.2.3混凝工艺及设备

（2）在专用混合设备中进行混合

①机械混合这是用电动机带动桨板或螺旋桨进行强烈搅拌的一种有效的混合方法。

②水力混合水力混合是通过水的流动以达到药剂与水的混合。水力混合池有多种形式，常见的有隔板混合池、穿孔板式混合池、涡流式混合池等。水力混合池的主要优点:是混合效果较好，某些池型能调节水头高低、适应流量变化，操作简单，广泛用于大中型水处理厂中