水污染控制工程第十六章精.ppt

水污染控制工程第十六章第1页，本讲稿共34页 污水的化学处理是利用化学反应的作用以去除水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。中的杂质。处理对象主要是污水中无机的或有机的处理对象主要是污水中无机的或有机的(难于生物难于生物降解的降解的)溶解物质或胶体物质。溶解物质或胶体物质。常用的化学处理方法有化学混凝、中和法、化学沉淀常用的化学处理方法有化学混凝、中和法、化学沉淀法和氧化还原法。法和氧化还原法。第2页，本讲稿共34页第 一 节 中 和 法第3页，本讲稿共34页一、一、投加法投加法 常用药剂是石灰、电石渣、石灰石等，有时也采用常用药剂是石灰、电石渣、石灰石等，有时也采用苛性钠和碳酸钠。苛性钠和碳酸钠。中和药剂的投加量，可按化学反应式进行估算。中和药剂的投加量，可按化学反应式进行估算。石灰常使用熟石灰，配制成石灰乳液，浓度在石灰常使用熟石灰，配制成石灰乳液，浓度在10左右，反应在池中进行。左右，反应在池中进行。石灰量多时，可用生石灰。石灰量多时，可用生石灰。为了防止产生沉淀，石灰乳槽均装有搅拌设备。为了防止产生沉淀，石灰乳槽均装有搅拌设备。第4页，本讲稿共34页第5页，本讲稿共34页二、过滤法二、过滤法 石灰石或白云石作中和剂时常呈粗粒状，可作滤石灰石或白云石作中和剂时常呈粗粒状，可作滤料，故用过滤法。料，故用过滤法。第6页，本讲稿共34页第二节 化学混凝法第7页，本讲稿共34页一一、混凝原理混凝原理 化学混凝处化学混凝处理的对象主要是理的对象主要是水中的微小悬浮水中的微小悬浮物和胶体杂质。物和胶体杂质。1.胶体的稳定性胶体的稳定性第8页，本讲稿共34页胶体所胶体所受影响受影响 由于上述的胶体带电现象，带相同电由于上述的胶体带电现象，带相同电荷的胶粒产生静电斥力，而且荷的胶粒产生静电斥力，而且电位越高，电位越高，胶粒间的静电斥力越大胶粒间的静电斥力越大 受水分子热运动的撞击，使微粒在水受水分子热运动的撞击，使微粒在水中作不规则的运动，即中作不规则的运动，即“布朗运动布朗运动”胶粒之间还存在着相互引力胶粒之间还存在着相互引力范徳范徳华引力华引力 胶体间的相互斥力不仅与胶体间的相互斥力不仅与电位有关，还与胶粒的间电位有关，还与胶粒的间距有关，距离越近，斥力越大。而布朗运动的动能不足以距有关，距离越近，斥力越大。而布朗运动的动能不足以将两颗胶粒推进到使范徳华引力发挥作用的距离。因此，将两颗胶粒推进到使范徳华引力发挥作用的距离。因此，胶体微粒不能相互聚结而长期保持稳定的分散状态。胶体微粒不能相互聚结而长期保持稳定的分散状态。水化作用也使胶体不能相互聚结。水化作用也使胶体不能相互聚结。第9页，本讲稿共34页2.混凝原理混凝原理(1)压缩双电层作用压缩双电层作用 混凝剂提供大量正离子会涌入胶体扩散层甚至吸混凝剂提供大量正离子会涌入胶体扩散层甚至吸附层附层,使使电位降低。当电位降低。当电位为零时电位为零时,称为等电状态。称为等电状态。此时胶体间斥力消失此时胶体间斥力消失,胶粒最易发生聚结。胶粒最易发生聚结。实际上，实际上，电位电位只要降至某一程度而使胶粒间排斥电位电位只要降至某一程度而使胶粒间排斥的能量小于胶粒布朗运动的动能时，胶粒就开始产生明显的的能量小于胶粒布朗运动的动能时，胶粒就开始产生明显的聚结，这时的聚结，这时的电位称为临界电位。电位称为临界电位。胶粒因胶粒因电位电位降低或消除以至失去稳定性的过程，电位电位降低或消除以至失去稳定性的过程，称为胶体脱稳。脱稳的胶粒相互聚结，称为凝聚。称为胶体脱稳。脱稳的胶粒相互聚结，称为凝聚。第10页，本讲稿共34页第11页，本讲稿共34页(2)吸附架桥作用吸附架桥作用 由高分子物质吸附架桥作用而使微粒相互粘结的由高分子物质吸附架桥作用而使微粒相互粘结的过程。过程。(3)网捕作用网捕作用 沉淀物在自身沉降过程中，能集卷、网捕水中的沉淀物在自身沉降过程中，能集卷、网捕水中的胶体等微粒，使胶体粘结。胶体等微粒，使胶体粘结。以硫酸铝为例讨论混凝过程以硫酸铝为例讨论混凝过程 硫酸铝硫酸铝Al2(SO4)318H2O溶于水后，离解出溶于水后，离解出Al3+，并结合有并结合有6个配位水分子，成为水合铝离子个配位水分子，成为水合铝离子Al(H2O)63+。第12页，本讲稿共34页 水合铝离子进一步水解，形成单羟基单核络合物：水合铝离子进一步水解，形成单羟基单核络合物：单羟基单核络合物又进一步水解：单羟基单核络合物又进一步水解：上述反应中，降低水中上述反应中，降低水中H+(或或H3O+)浓度或提高浓度或提高pH，使，使反应趋向右方，水合羟基络合物的电荷逐渐降低，最终生成反应趋向右方，水合羟基络合物的电荷逐渐降低，最终生成中性氢氧化铝难溶沉淀物。中性氢氧化铝难溶沉淀物。第13页，本讲稿共34页 当当pH4时，水解受到抑制，水中存在的主要是时，水解受到抑制，水中存在的主要是Al(H2O)33+。当当pH45时，水中有时，水中有Al(OH)(H2O)52+、Al(OH)2(H2O)4+及少量及少量Al(OH)3(H2O)3。当当pH78时，水中主要是时，水中主要是Al(OH)3(H2O)3沉淀物。沉淀物。但在某一特定但在某一特定pH时，水解产物还有许多复杂的高聚物和时，水解产物还有许多复杂的高聚物和络合物同时共存。络合物同时共存。因为初步水解产物中的羟基因为初步水解产物中的羟基OH-具有桥键性质。具有桥键性质。第14页，本讲稿共34页 在由在由Al(H2O)63+转向转向Al(OH)3(H2O)3的中间过程中，的中间过程中，羟基可将单核络合物通过桥键缩聚成多核络合物：羟基可将单核络合物通过桥键缩聚成多核络合物：或或 两个单羟基络合物通过羟基桥联可缩合成双羟基双核络两个单羟基络合物通过羟基桥联可缩合成双羟基双核络合物：合物：第15页，本讲稿共34页 从上述反应可以看出，三价铝盐发挥混凝作用的是从上述反应可以看出，三价铝盐发挥混凝作用的是各种形态的水解聚合物。各种形态的水解聚合物。带有正电的水解聚合物，同时起到压缩双电层的脱带有正电的水解聚合物，同时起到压缩双电层的脱稳和吸附架桥的作用。稳和吸附架桥的作用。为使硫酸铝达到优异的混凝效果，应尽量使胶体脱稳和为使硫酸铝达到优异的混凝效果，应尽量使胶体脱稳和吸附架桥作用都得到充分发挥。吸附架桥作用都得到充分发挥。当混凝剂投放水中后，应立即进行剧烈搅拌，使带电聚当混凝剂投放水中后，应立即进行剧烈搅拌，使带电聚合物迅速均匀地与全部胶体杂质接触，使胶体脱稳，随后，合物迅速均匀地与全部胶体杂质接触，使胶体脱稳，随后，脱稳胶体在相互凝聚的同时，靠聚合度不断增大的高聚物的脱稳胶体在相互凝聚的同时，靠聚合度不断增大的高聚物的吸附架桥作用，形成大的絮凝体，使混凝过程很好完成。吸附架桥作用，形成大的絮凝体，使混凝过程很好完成。第16页，本讲稿共34页二、混凝剂和助凝剂二、混凝剂和助凝剂1.混凝剂混凝剂要求要求混凝剂效果良好混凝剂效果良好对人体健康无害对人体健康无害价廉易得价廉易得使用方便使用方便第17页，本讲稿共34页2.助凝剂助凝剂三、三、影响混凝效果的主要因素影响混凝效果的主要因素1.水温水温2.pH3.水中杂质的成分、性质和浓度水中杂质的成分、性质和浓度4.水力条件水力条件(1)无机盐类混凝剂无机盐类混凝剂铁盐和铝盐铁盐和铝盐(2)高分子混凝剂高分子混凝剂有机和无机有机和无机第18页，本讲稿共34页四、四、化学混凝的设备化学混凝的设备1.混凝剂的配制和投加设备混凝剂的配制和投加设备(1)混凝剂的溶液和配制混凝剂的溶液和配制混凝剂在溶解池中进行溶解混凝剂在溶解池中进行溶解:搅拌搅拌加速药加速药剂溶解剂溶解机械搅拌机械搅拌压缩空气搅拌压缩空气搅拌水泵搅拌水泵搅拌第19页，本讲稿共34页 药剂溶解完全后，将浓药液送入溶液池，用清水稀药剂溶解完全后，将浓药液送入溶液池，用清水稀释到一定的浓度备用。释到一定的浓度备用。溶液池的容积可按下式计算：溶液池的容积可按下式计算：溶解池的容积：溶解池的容积：式中式中:V1溶液池容积，溶液池容积，m3；Q处理地水量，处理地水量，m3/h;A混凝剂地最大投加量，混凝剂地最大投加量，mg/L;w溶液的质量分数，；溶液的质量分数，；n每天配置次数，一般为每天配置次数，一般为26次。次。第20页，本讲稿共34页(2)混凝剂溶液的投加混凝剂溶液的投加计量计量设备设备转子转子流量流量计计电磁电磁流量流量计计投加投加方式方式泵前重泵前重力投加力投加水射器水射器投加投加第21页，本讲稿共34页2.混合设备混合设备(1)水泵混合水泵混合(2)隔板混合隔板混合(3)机械混合机械混合第22页，本讲稿共34页3.反应设备反应设备(1)隔板反应池隔板反应池 利用水流断面利用水流断面上流速分布不均所上流速分布不均所造成的速度梯度，造成的速度梯度，促进颗粒相互碰撞促进颗粒相互碰撞进行絮凝。进行絮凝。为避免结成的为避免结成的絮凝体被打碎，隔絮凝体被打碎，隔板中的流速应逐渐板中的流速应逐渐减小。减小。第23页，本讲稿共34页(2)机械反应池机械反应池第24页，本讲稿共34页第三节 化学沉淀法第25页，本讲稿共34页 用易溶的化学药剂用易溶的化学药剂(可称沉淀剂可称沉淀剂)使溶液中某种离子使溶液中某种离子以它的一种难溶的盐和氢氧化物形式从溶液中析出，在化以它的一种难溶的盐和氢氧化物形式从溶液中析出，在化学上称沉淀法，在化工和环境工程上称化学沉淀法。学上称沉淀法，在化工和环境工程上称化学沉淀法。废水处理中，常用化学沉淀法去除废水中的有废水处理中，常用化学沉淀法去除废水中的有害离子，阳离子如害离子，阳离子如Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cr6+，阴离子如，阴离子如SO42-、PO43-。难溶盐和难溶氢氧化物在溶液中的离子的浓度之难溶盐和难溶氢氧化物在溶液中的离子的浓度之积积(称溶度积称溶度积Ks)是常数，当能结合成难溶盐的两种离子是常数，当能结合成难溶盐的两种离子的浓度之积超过这盐的溶度积时，该盐将析出，而这两的浓度之积超过这盐的溶度积时，该盐将析出，而这两种离子的浓度将下降，需要去除的离子就与水分离。种离子的浓度将下降，需要去除的离子就与水分离。第26页，本讲稿共34页第四节 氧化还原法第27页，本讲稿共34页一、一、氧化法氧化法 电镀废水往往含有电镀废水往往含有CN-,可加氯氧化为可加氯氧化为N2和和CO2。对某些工业废水用臭氧进行深度处理对某些工业废水用臭氧进行深度处理二、二、高级氧化技术高级氧化技术 用自由羟基作为主要氧化剂。用自由羟基作为主要氧化剂。用两种或多种氧化剂联用发生协同效应，或者与催化用两种或多种氧化剂联用发生协同效应，或者与催化剂联用，提高剂联用，提高.OH的生成量和速率，加快反应过程，提高的生成量和速率，加快反应过程，提高处理效率和出水水质。处理效率和出水水质。第28页，本讲稿共34页高级氧化工艺的特点高级氧化工艺的特点1.高氧化性。其氧化能力比一般氧化剂高。高氧化性。其氧化能力比一般氧化剂高。2.反应速率快。氧化反应的生成速率主要是由羟基反应速率快。氧化反应的生成速率主要是由羟基自由基的产生速率决定。自由基的产生速率决定。3.提高可生物降解性，减少提高可生物降解性，减少THMs和溴酸盐的生成。和溴酸盐的生成。第29页，本讲稿共34页几种有代表性的高级氧化工艺几种有代表性的高级氧化工艺1.Fenton试剂试剂由亚铁盐和过氧化氢组成，在由亚铁盐和过氧化氢组成，在pH低时在亚铁离子的低时在亚铁离子的催化作用下过氧化氢分解产生羟基自由基，从而引发催化作用下过氧化氢分解产生羟基自由基，从而引发链式反应。链式反应。H2O2、UV工艺工艺利用紫外光和过氧化氢联用产生羟基自由基。利用紫外光和过氧化氢联用产生羟基自由基。第30页，本讲稿共34页湿式氧化和催化湿式氧化湿式氧化和催化湿式氧化通常用于不可生物降解的废水处理，当进水通常用于不可生物降解的废水处理，当进水COD浓度大于浓度大于20g/L时，这两种方法在能量上可以自我时，这两种方法在能量上可以自我维持。湿式氧化一般形成的最终产物是小分子羧酸。维持。湿式氧化一般形成的最终产物是小分子羧酸。乙酸和丙酸对湿式氧化具有抗性，因此他们的氧化乙酸和丙酸对湿式氧化具有抗性，因此他们的氧化需要借助催化剂。通过催化剂，可以实现有机污染需要借助催化剂。通过催化剂，可以实现有机污染物的高效降解，并降低反应所需的温度和压力，节物的高效降解，并降低反应所需的温度和压力，节省能和设备投资。省能和设备投资。第31页，本讲稿共34页还原法还原法废水中有些有机物，如六价铬毒性很大，可以用还原废水中有些有机物，如六价铬毒性很大，可以用还原的方法还原成毒性较小的三价铬，再使其生成氢氧化的方法还原成毒性较小的三价铬，再使其生成氢氧化铬沉淀去除。铬沉淀去除。含铬废水的处理；含铬废水的处理；用金属铁还原法处理硝基苯类废水；（铁粉法、铁用金属铁还原法处理硝基苯类废水；（铁粉法、铁碳发、铁屑法，其主要是原电池作用）碳发、铁屑法，其主要是原电池作用）用用Cu/Fe催化还原法处理难生物降解工业废水。催化还原法处理难生物降解工业废水。第32页，本讲稿共34页金属铁还原法降解水中污染物的机理金属铁还原法降解水中污染物的机理:铁的还原作用铁的还原作用氢氧化亚铁的还原作用氢氧化亚铁的还原作用氢的还原作用。氢的还原作用。电电极极反反应应第33页，本讲稿共34页铁屑还原法的缺点铁屑还原法的缺点铁粉成本高，容易流失，循环再生利用率低，容易铁粉成本高，容易流失，循环再生利用率低，容易板结成块，影响使用。板结成块，影响使用。为了提高处理效率，要在酸性条件下进行，且要曝为了提高处理效率，要在酸性条件下进行，且要曝气充氧，处理成本高，且增大了沉淀污泥的产生。气充氧，处理成本高，且增大了沉淀污泥的产生。铁屑处理装置运行一段时间后，形成大量铁泥，结铁屑处理装置运行一段时间后，形成大量铁泥，结块结板，产生腐蚀钝化，是处理效果大幅下降。块结板，产生腐蚀钝化，是处理效果大幅下降。第34页，本讲稿共34页