污水的化学处理.pptx

污水的化学处理是利用化学反应的作用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。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处理对象主要是污水中无机的或有机的(难于生物降解的难于生物降解的)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中和法、化学混凝、化常用的化学处理方法有中和法、化学混凝、化学沉淀法和氧化还原法。学沉淀法和氧化还原法。第1页/共76页第 一 节 中 和 法 酸性和碱性废水除予以利用外，常用的处理方法是中和法。所用的参数是pH值，用碱或碱性物质中和酸性废水时，把废水的pH值调升到7；用酸或酸性物质中和碱性废水时，把废水的pH调低到7。第2页/共76页一、投加法 常用药剂是石灰、电石渣、石灰石等，有时也采常用药剂是石灰、电石渣、石灰石等，有时也采用苛性钠和碳酸钠。用苛性钠和碳酸钠。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1010左右，反应在池中进行。石灰量多时，可用生石灰。左右，反应在池中进行。石灰量多时，可用生石灰。为防止产生沉淀，石灰乳槽均装有搅拌设备。为防止产生沉淀，石灰乳槽均装有搅拌设备。第3页/共76页图16-1 中和法流程示意图第4页/共76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，可石灰石或白云石作中和剂时常呈粗粒状，可作滤料，作滤料，故用过滤法故用过滤法。第5页/共76页图16-4 喷淋塔第6页/共76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，子以它的一种难溶的盐和氢氧化物形式从溶液中析出，在化学上称沉淀法，在化工和环境工程上称化学沉淀在化学上称沉淀法，在化工和环境工程上称化学沉淀法。法。废水处理中，常用化学沉淀法去除废水中的有害废水处理中，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是常数，当能结合成难溶盐的两种离子浓度之积超过这盐的溶度积时，该盐将析出，而这子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。两种离子的浓度将下降，需要去除的离子就与水分离。第二节 化学沉淀法第7页/共76页化学沉淀法的主要类型化学沉淀法的主要类型 氢氧化物沉淀法氢氧化物沉淀法 硫化物沉淀法硫化物沉淀法 碳酸盐沉淀法碳酸盐沉淀法 钡盐沉淀法钡盐沉淀法 氢氧化物沉淀法氢氧化物沉淀法n n注意控制pH值，像Zn、Pb、Cr、Al等的氢氧化物为两性化合物。n n最常用的也是最经济的药剂。第8页/共76页硫化物沉淀法硫化物沉淀法n n金属硫化物的溶解度一般比其氢氧化物的要小的多n n常用的沉淀剂为：硫化氢、硫化钠、硫化钾n n硫化物沉淀困难，常需投加絮凝剂加强去除效果。费用较高，常作为氢氧化物沉淀法的补充。第9页/共76页碳酸盐沉淀法碳酸盐沉淀法金属碳酸盐的溶度积很小，对于高浓度的重金金属碳酸盐的溶度积很小，对于高浓度的重金属废水，可以投加碳酸钠加以回收。属废水，可以投加碳酸钠加以回收。常用于处理：常用于处理：含锌废水含锌废水 含铜废水含铜废水 含铅废水含铅废水第10页/共76页钡盐沉淀法钡盐沉淀法 主要用于处理含六价铬的废水。主要用于处理含六价铬的废水。采用的沉淀剂有：采用的沉淀剂有：碳酸钡碳酸钡 氯化钡氯化钡 硝酸钡硝酸钡 氢氧化钡氢氧化钡为达到除铬效果，应投加过量的碳酸钡，残留的为达到除铬效果，应投加过量的碳酸钡，残留的钡可用石膏法钡可用石膏法(CaSO4)去除去除第11页/共76页一、混凝对象和用途一、混凝对象和用途第三节 化学混凝法 混凝是通过向废水中投加混凝剂混凝剂(coagulant)，破坏胶体的稳定性，使细小悬浮颗粒和胶体微粒聚集(aggregation)成较粗大的颗粒而沉降与水分离，使废水得到净化。范围：范围：1nm 0.1 m（有时认为在（有时认为在1 m）目的：使胶体脱稳，凝聚生长成大矾花。目的：使胶体脱稳，凝聚生长成大矾花。常见胶体：粘土常见胶体：粘土 50nm 4 m 细菌细菌 0.2 m 80 m 病毒病毒 10nm 300nm 蛋白质蛋白质 1nm 50nm 腐殖酸腐殖酸第12页/共76页二、混凝原理二、混凝原理1 1、胶胶体体的的结结构构胶核荷电示意图胶核荷电示意图电位离子电位离子反离子反离子 胶团边界胶团边界滑动面滑动面扩散层扩散层胶粒胶粒吸附层吸附层电位电位电位电位 胶核胶核第13页/共76页Fe（OH)3 胶体分散系胶团结构：第14页/共76页胶体稳定性：指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮胶体稳定性：指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮 状态的特性。状态的特性。2、胶体的稳定性、胶体的稳定性动力学稳定性：无规则的布朗运动强，对抗重力影动力学稳定性：无规则的布朗运动强，对抗重力影 响的能力强。响的能力强。聚集稳定性：胶体带电相斥（憎水性胶体）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）水化膜的阻碍（亲水性胶体）两者中聚集稳定性对胶体的稳定性起关键作用。两者中聚集稳定性对胶体的稳定性起关键作用。滑动面上的电位：称为滑动面上的电位：称为电位，决定憎水胶体的聚电位，决定憎水胶体的聚 集稳定性，也决定亲水胶体的水集稳定性，也决定亲水胶体的水 化膜的阻碍，当化膜的阻碍，当电位降低，水电位降低，水 化膜减薄及至消失。化膜减薄及至消失。第15页/共76页3、混凝机理、混凝机理混凝可分为混凝可分为压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥、沉压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥、沉淀物网捕淀物网捕四种机理。四种机理。(1)压缩双电层压缩双电层 胶粒与溶液主体之间胶粒剩余电荷的存在，所胶粒与溶液主体之间胶粒剩余电荷的存在，所产生的电位，称为产生的电位，称为 电位。电位。电位越高，胶粒也就越电位越高，胶粒也就越稳定，当稳定，当 电位为零时电位为零时,称为等电状态，此时胶体间称为等电状态，此时胶体间斥力消失斥力消失,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聚结，这时开始产生明显的聚结，这时电位称为临界电位。电位称为临界电位。第16页/共76页 整个过程为：加入絮凝剂整个过程为：加入絮凝剂 与反离子同电荷与反离子同电荷离子离子 压缩双电层压缩双电层 电位电位 稳定性稳定性 胶粒脱稳胶粒脱稳 凝聚。凝聚。胶粒因胶粒因电位电位降低或消除以至失去稳定性的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，称为过程，称为胶体脱稳。脱稳的胶粒相互聚结，称为凝聚。凝聚。当分散系中加入某种絮凝剂，使胶团当分散系中加入某种絮凝剂，使胶团电位降低电位降低或消除，胶粒相互聚集成絮体，各分散的絮体又相或消除，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。互凝聚成大絮体而沉降。第17页/共76页(2)吸附电性中和吸附电性中和 胶粒表面对胶粒表面对异号离子、异号胶粒、链状离子或分子带异号电荷的部位有强烈异号离子、异号胶粒、链状离子或分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用的吸附作用，由于这种吸附作用中和了电位离子所带电荷，减少了静电斥力，降，由于这种吸附作用中和了电位离子所带电荷，减少了静电斥力，降低了低了 电位，使胶体脱稳和凝聚易于发生。电位，使胶体脱稳和凝聚易于发生。特点：当药剂投加量过多时，特点：当药剂投加量过多时，电位可反号。电位可反号。第18页/共76页(3)吸附架桥作用吸附架桥作用 吸附架桥作用主要是指投加的水溶性链状高分子吸附架桥作用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作用聚合物絮凝剂，在静电力、范德华力和氢键力等作用下，通过活性部位与胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥下，通过活性部位与胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥连的过程。连的过程。高分子絮凝剂投加后，通常会出现以下两个现象：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。第19页/共76页高分子聚合物对胶体或微粒的高分子聚合物对胶体或微粒的吸附架桥作用示意图吸附架桥作用示意图 第20页/共76页 吸附架桥吸附架桥 (絮凝剂）絮凝剂）絮结絮结+吸附吸附架桥架桥胶体粒子胶体粒子 絮凝絮凝小颗粒小颗粒粒子表面的电中和粒子表面的电中和小于小于0.0.1m1m 悬浮粒子悬浮粒子粗大颗粒粗大颗粒吸附架桥吸附架桥大于大于1m1m高分子聚合物对胶体或微粒的高分子聚合物对胶体或微粒的吸附架桥作用示意图吸附架桥作用示意图第21页/共76页 胶体保护示意图胶体保护示意图高分子聚合物对胶体或微粒的高分子聚合物对胶体或微粒的吸附架桥作用示意图吸附架桥作用示意图第22页/共76页 当铝盐或铁盐混凝剂投量很大而形成大量氢氧化物沉淀时，可以网捕，卷扫水中胶粒以至产生沉淀分离，称为网捕或卷扫作用。这种作用基本是一种机械作用，所需混凝剂量与原水杂质含量呈反比。原水胶体杂质含量少时，所需混凝剂量多，反之亦然。(4)网捕作用网捕作用 以上介绍的混凝的四种机理，在水处理中往往可能是同时或交叉发挥作用的，只是在一定情况下以某种机理为主而已。第23页/共76页凝聚、絮凝和混凝三词常引起混淆n凝聚 (coagulation)(coagulation)是指胶体被压缩双电层而脱稳的是指胶体被压缩双电层而脱稳的 过程；过程；n絮凝 (flocculation)(flocculation)则指胶体由于高分子聚合物的吸则指胶体由于高分子聚合物的吸 附架桥作用聚结成大粒絮体的过程；附架桥作用聚结成大粒絮体的过程；n n凝聚是瞬时的，所需的时间是将化学药剂扩散到全部水中的时间。凝聚是瞬时的，所需的时间是将化学药剂扩散到全部水中的时间。n n絮凝则与凝聚作用不同，它需要一定的时间让絮体长大，但在一般情况下两者絮凝则与凝聚作用不同，它需要一定的时间让絮体长大，但在一般情况下两者难以截然分开。难以截然分开。n混凝 (coagulation-flocculation)(coagulation-flocculation)则包括凝聚与絮凝则包括凝聚与絮凝 两种过程两种过程。第24页/共76页 当混凝剂投放水中后，应立即进行剧烈搅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，脱稳胶体在相互凝接触，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吸附聚的同时，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，使混凝过程很好架桥作用，形成大的絮凝体，使混凝过程很好完成。完成。第25页/共76页三、混凝剂和助凝剂三、混凝剂和助凝剂混凝剂混凝剂(coagulant)：一般把能起凝聚与絮一般把能起凝聚与絮凝作用的药剂统称为混凝剂。凝作用的药剂统称为混凝剂。助凝剂助凝剂(coagulant aids)：当单用混凝剂不当单用混凝剂不能取得良好效果时，可投加某类辅能取得良好效果时，可投加某类辅助药剂以提高混凝效果，这种辅助助药剂以提高混凝效果，这种辅助药剂称为助凝剂。药剂称为助凝剂。第26页/共76页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目前混凝剂的种类有不少于200300种，常用混凝剂按化学组成可分为无机盐类和有机高分子类。第27页/共76页 常用的混凝剂无无无无机机机机铝铝铝铝系系系系 硫酸铝、明矾；硫酸铝、明矾；硫酸铝、明矾；硫酸铝、明矾；聚合氯化铝聚合氯化铝聚合氯化铝聚合氯化铝(PAC)(PAC)、聚合硫酸铝、聚合硫酸铝、聚合硫酸铝、聚合硫酸铝(PAS)(PAS)pH5.58 铁铁铁铁系系系系 三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铁（国内少）三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铁（国内少）三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铁（国内少）三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铁（国内少）聚合硫酸铁、聚合氯化铁聚合硫酸铁、聚合氯化铁聚合硫酸铁、聚合氯化铁聚合硫酸铁、聚合氯化铁 pH511有有有有机机机机 人人人人工工工工合合合合成成成成 阳离子型：含氨基、亚氨基的聚合物阳离子型：含氨基、亚氨基的聚合物阳离子型：含氨基、亚氨基的聚合物阳离子型：含氨基、亚氨基的聚合物 国外多，国外多，国内少国内少 阴离子型：水解聚丙烯酰胺（阴离子型：水解聚丙烯酰胺（阴离子型：水解聚丙烯酰胺（阴离子型：水解聚丙烯酰胺（HPAMHPAM）非离子型：聚丙烯酰胺非离子型：聚丙烯酰胺非离子型：聚丙烯酰胺非离子型：聚丙烯酰胺(PAM)(PAM)、聚氧化乙烯聚氧化乙烯聚氧化乙烯聚氧化乙烯(PEO)(PEO)两性型：两性型：两性型：两性型：使用极少使用极少 天天天天然然然然 淀粉、动物胶、树胶、甲壳素等淀粉、动物胶、树胶、甲壳素等淀粉、动物胶、树胶、甲壳素等淀粉、动物胶、树胶、甲壳素等 微生物絮凝剂微生物絮凝剂微生物絮凝剂微生物絮凝剂 第28页/共76页（1）硫酸铝）硫酸铝(aluminum sulfate)工业产品有精制和粗制两种。精制硫酸铝是白色工业产品有精制和粗制两种。精制硫酸铝是白色结晶体。粗制硫酸铝的结晶体。粗制硫酸铝的Al203含量不少于含量不少于14.516.5，不溶杂质含量不大于，不溶杂质含量不大于2430。优点：价格较低、使用方便、混凝效果好。优点：价格较低、使用方便、混凝效果好。缺点：水温低时水解困难，形成的絮体较缺点：水温低时水解困难，形成的絮体较 松散。由于杂质含量高，渣量大。松散。由于杂质含量高，渣量大。无机盐类第29页/共76页（2）聚合氯化铝）聚合氯化铝(poly-aluminum chloride,PAC)聚合氯化铝聚合氯化铝是一种高分子混凝剂，其化学式可写是一种高分子混凝剂，其化学式可写为为Al2(OH)nCl6-nm，式中，式中n可取可取1到到5中间的任何中间的任何整数，整数，m为为 10的整数。这个化学式实际是指的整数。这个化学式实际是指 m个个 Al2(OH)nCl6-n 单体的聚合物。单体的聚合物。聚聚合合氯氯化化铝铝中中OH与与Al的的比比值值对对混混凝凝效效果果有有很很大大关关系系，一一般般可可用用碱碱化化度度B表表示示：B=0H100/3Al，例例如如n4时时，碱碱化化度度B=4/(32)100=66.7。一般要求。一般要求B为为4060。第30页/共76页聚合氯化铝优点：聚合氯化铝优点：(a)应用范围广，对各种废水都可以获得较好的应用范围广，对各种废水都可以获得较好的混混 凝效果。凝效果。(b)易快速形成大的矾花，沉降性能好，投药量易快速形成大的矾花，沉降性能好，投药量一一 般比硫酸铝低，过量投加时也不会象硫酸般比硫酸铝低，过量投加时也不会象硫酸 铝铝那样造成水浑浊。那样造成水浑浊。(c)适宜的适宜的pH值范围较宽值范围较宽(在在59之间之间)，且处理，且处理后水的后水的pH值和碱度下降较小。值和碱度下降较小。(d)水温低时，仍可保持稳定的混凝效果。水温低时，仍可保持稳定的混凝效果。(e)其碱化度比其它铝盐、铁盐为高，因此药液其碱化度比其它铝盐、铁盐为高，因此药液对设备的侵蚀作用小。对设备的侵蚀作用小。第31页/共76页无无水水物物、结结晶晶水水物物和和液液体体，其其中中常常用用的的是是FeCl36H2O，极易溶于水。，极易溶于水。优优点点：形形成成的的矾矾花花沉沉降降性性好好，处处理理低低温温水水或或低低浊浊度度水水效效果果比比铝铝盐盐好好，适适宜宜的的pH值值范范围围较较宽；宽；缺缺点点：处处理理后后水水的的色色度度比比铝铝盐盐的的高高，腐腐蚀蚀性性大。大。（3）三氯化铁(ferric chloride)第32页/共76页（4）硫酸亚铁）硫酸亚铁(ferrous sulfate)FeSO47H2O是是半半透透明明绿绿色色晶晶体体，易易溶溶于于水水，在在水温水温2O时溶解度为时溶解度为21。硫硫酸酸亚亚铁铁离离解解出出的的Fe2只只能能生生成成最最简简单单的的单单核核络合物，因此，不如三价铁盐混凝效果好。络合物，因此，不如三价铁盐混凝效果好。残残留留在在水水中中的的Fe2会会使使处处理理后后的的水水带带色色，Fe2与与水水中中的的某某些些有有色色物物质质作作用用后后，会会生生成成颜颜色色更更深深的的溶溶解解物物。因因此此，硫硫酸酸亚亚铁铁一一般般与与氧氧化化剂剂如如氯氯气气同时使用，以便将二价铁氧化成三价铁。同时使用，以便将二价铁氧化成三价铁。第33页/共76页（5）聚合硫酸铁）聚合硫酸铁(poly-ferric sulfate,PFS)化学式为化学式为Fe2(OH)n(SO4)3-n/2m优点：投加剂量小，絮体生成快，对水质的优点：投加剂量小，絮体生成快，对水质的适应范围广以及水解时消耗水中碱度少。适应范围广以及水解时消耗水中碱度少。它与聚合铝盐都是具有一定碱化度的无机高它与聚合铝盐都是具有一定碱化度的无机高分子聚合物，且作用机理也颇为相似分子聚合物，且作用机理也颇为相似。第34页/共76页有机高分子类混凝有机高分子类混凝剂剂特点：高分子混凝剂一般为链状结构，各单体特点：高分子混凝剂一般为链状结构，各单体间以共价键结合。间以共价键结合。单体的总数称为单体的总数称为聚合度聚合度，高分子混凝剂的聚合，高分子混凝剂的聚合度约从度约从10005000，甚至更高。高分子混凝剂，甚至更高。高分子混凝剂溶于水中，将生成大量的线形高分子溶于水中，将生成大量的线形高分子。作用机理：作用机理：作用机理：作用机理：（a）由由于于氢氢键键结结合合、静静电电结结合合、范范德德华华力力等等作用作用 对胶粒的吸附结合；对胶粒的吸附结合；（b）线型高分子在溶液中的吸附架桥作用。）线型高分子在溶液中的吸附架桥作用。第35页/共76页聚丙烯酰胺简介聚丙烯酰胺简介(polyacrylamides,PAM)产量占高分子混凝剂总产量的产量占高分子混凝剂总产量的80;按性状，聚丙烯酰胺产品有胶状按性状，聚丙烯酰胺产品有胶状(含量含量510)、片状片状(含量含量2030)和粉状和粉状(含量含量9095)三三种。其聚合度可达种。其聚合度可达21049104。相应的相对分。相应的相对分子质量高达子质量高达1.51066.0106。聚丙烯酰胺也常作为助凝剂与其他混凝剂一起使聚丙烯酰胺也常作为助凝剂与其他混凝剂一起使用，可产生较好的混凝效果。聚丙烯酰胺的投加用，可产生较好的混凝效果。聚丙烯酰胺的投加次序与废水水质有关次序与废水水质有关。第36页/共76页当废水浊度低时，宜先投加其他混凝剂，再投加当废水浊度低时，宜先投加其他混凝剂，再投加聚丙烯酰胺，使胶体颗粒先脱稳到一定程度，为聚丙烯酰胺，使胶体颗粒先脱稳到一定程度，为聚丙烯酰胺的絮凝作用创造有利条件；聚丙烯酰胺的絮凝作用创造有利条件；当废水浊度高时，应先投加聚丙烯酰胺，再投加当废水浊度高时，应先投加聚丙烯酰胺，再投加其它混凝剂，以让聚丙烯酰胺先在高浊度水中充其它混凝剂，以让聚丙烯酰胺先在高浊度水中充分发挥作用，吸附部分胶粒，使浊度下降，其余分发挥作用，吸附部分胶粒，使浊度下降，其余胶粒由其它混凝剂脱稳，再由聚丙烯酰胺吸附，胶粒由其它混凝剂脱稳，再由聚丙烯酰胺吸附，这样可以降低其它絮凝剂的用量。这样可以降低其它絮凝剂的用量。第37页/共76页微生物絮凝剂微生物絮凝剂 又称第三代絮凝剂，首先在日本研制开发成又称第三代絮凝剂，首先在日本研制开发成功。是通过微生物发酵抽取，精制而成的一种高功。是通过微生物发酵抽取，精制而成的一种高效水处理药剂。与普通混凝剂相比，具有更强的效水处理药剂。与普通混凝剂相比，具有更强的凝聚性能，可使一些难降解的高浓度废水得到混凝聚性能，可使一些难降解的高浓度废水得到混凝，另外它易于固液分离，形成沉淀物少，易被凝，另外它易于固液分离，形成沉淀物少，易被微生物降解，无毒无害，无二次污染，使用范围微生物降解，无毒无害，无二次污染，使用范围广，具有除浊脱色功能。广，具有除浊脱色功能。第38页/共76页 聚谷氨酸架桥物聚谷氨酸架桥物(PG21)混凝原理：混凝原理：PG21的混凝架桥聚合物含水量约为的混凝架桥聚合物含水量约为2000-3000倍。这倍。这种物质在水中难溶解，少于种物质在水中难溶解，少于2000倍水，即倍水，即0.5gL时也不溶解。这种难溶性的物质与铝、铁等时也不溶解。这种难溶性的物质与铝、铁等金属离子相结合，进一步降低了溶解率，使其金属离子相结合，进一步降低了溶解率，使其不溶物混凝沉淀。其产生沉淀的极限浓度达不溶物混凝沉淀。其产生沉淀的极限浓度达310-4。第39页/共76页 凡能提高或改善混凝剂作用效果的化学药剂可凡能提高或改善混凝剂作用效果的化学药剂可称为助凝剂。助凝剂可参加混凝，也可不参加混凝。称为助凝剂。助凝剂可参加混凝，也可不参加混凝。广义上可分为以下几类：广义上可分为以下几类：（1）酸碱类：）酸碱类：调整水的调整水的pH，如石灰、硫酸、氢氧，如石灰、硫酸、氢氧化化 钠、碳酸钠等。钠、碳酸钠等。（2）加大矾花粒度和结实性：）加大矾花粒度和结实性：如聚丙烯酰氨、活如聚丙烯酰氨、活化化 硅酸硅酸(SiO2 nH2O)、骨胶、和粘土、骨胶、和粘土等。等。（3）氧化剂类：）氧化剂类：破坏干扰混凝的物质，可投加氯破坏干扰混凝的物质，可投加氯气、气、次氯酸钠、臭氧等氧化剂来破坏次氯酸钠、臭氧等氧化剂来破坏有机有机 物，以提高混凝效果。物，以提高混凝效果。2、助凝剂、助凝剂第40页/共76页四、四、影响混凝效果的主要因素影响混凝效果的主要因素1、废水水质的影响（1）浊度(turbidity)浊度低，混凝效果差。可采取加高分子助凝剂；浊度低，混凝效果差。可采取加高分子助凝剂；加粘土；投加混凝剂后直接过滤。加粘土；投加混凝剂后直接过滤。如原水悬浮物含量过高，为减少混凝剂的用量，如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。有机高分子絮凝剂作为助凝剂。第41页/共76页（2）pH值 在混凝过程中，都有一个相对最佳pH值存在，使混凝反应速度最快，絮体溶解度最小。不同混凝剂最佳pH值要通过试验确定。当投加金属盐类凝聚剂时，其水解会生成H+，但水中碱度有缓冲作用，当碱度不够时需要投加石灰。第42页/共76页（3）水温）水温(temperature)水水温温会会影影响响无无机机盐盐类类的的水水解解，水水温温低低，水水解解反反应应慢慢。另另外外水水温温低低，水水的的粘粘度度增增大大，布布朗朗运运动动减减弱弱，絮絮凝凝体体形形成成缓缓慢慢，絮絮凝凝颗颗粒粒细细小小、松散，混凝效果下降。松散，混凝效果下降。（4）共存杂质）共存杂质(impurities)有有些些杂杂质质的的存存在在能能促促进进混混凝凝过过程程。而而有有些些物物质质则不利于混凝的进行。则不利于混凝的进行。第43页/共76页2、混凝剂的影响、混凝剂的影响（1）混凝剂种类）混凝剂种类(kinds of coagulants)混混凝凝剂剂的的选选择择主主要要取取决决于于胶胶体体和和细细微微悬悬浮浮物物的的性性质、浓度。质、浓度。如如水水中中污污染染物物主主要要呈呈胶胶体体状状态态，且且 电电位位较较高高，则则应应先先投投加加无无机机混混凝凝剂剂使使其其脱脱稳稳凝凝聚聚，如如絮絮体体细细小小，还还需需投投加加高高分分子子混混凝凝剂剂或或配配合合使使用用活活性性硅硅酸酸等助凝剂。等助凝剂。很很多多情情况况下下，将将无无机机混混凝凝剂剂与与高高分分子子混混凝凝剂剂并并用用，可明显提高混凝效果，扩大应用范围。可明显提高混凝效果，扩大应用范围。第44页/共76页（2）混凝剂投加量）混凝剂投加量(dosage)投投加加量量除除与与水水中中微微粒粒种种类类、性性质质、浓浓度度有有关关外外，还与混凝剂品种、投加方式及介质条件有关。还与混凝剂品种、投加方式及介质条件有关。对对任任何何废废水水的的混混凝凝处处理理，都都存存在在最最佳佳混混凝凝剂剂和和最最佳投药量的问题，应通过试验确定佳投药量的问题，应通过试验确定。（3）混凝剂投加顺序）混凝剂投加顺序(sequence)当当使使用用多多种种混混凝凝剂剂时时，其其最最佳佳投投加加顺顺序序可可通通过过试试验验来来确确定定。一一般般而而言言，当当无无机机混混凝凝剂剂与与有有机机混混凝凝剂剂并并用用时时，先先投投加加无无机机混混凝凝剂剂，再再投投加加有有机机混混凝凝剂。剂。但但当当处处理理的的胶胶粒粒在在50 m以以上上时时，常常先先投投加加有有机机混混凝凝剂剂吸吸附附架架桥桥，再再加加无无机机混混凝凝剂剂压压缩缩扩扩散散层层而而使胶体脱稳。使胶体脱稳。第45页/共76页3、水力条件的影响、水力条件的影响水力条件对混凝效果有重要影响。水力条件对混凝效果有重要影响。两个主要的控制指标是两个主要的控制指标是搅拌强度和搅拌时间搅拌强度和搅拌时间。混合阶段：混合阶段：要求混凝剂与废水迅速均匀混合，为要求混凝剂与废水迅速均匀混合，为此要求速度梯度此要求速度梯度G在在5001000s1，搅拌时间，搅拌时间t应应在在1030s，最多不超过，最多不超过2分钟。分钟。反应阶段：反应阶段：既要创造足够的碰撞机会和良好的吸既要创造足够的碰撞机会和良好的吸附条件让絮体有足够的成长机会，又要防止生成附条件让絮体有足够的成长机会，又要防止生成的小絮体被打碎，因此搅拌强度要逐渐减小，而的小絮体被打碎，因此搅拌强度要逐渐减小，而反应时间要长，相应反应时间要长，相应G和和t值分别应在值分别应在2070s-1和和1530min。GtGt值在值在10104 410105 5之间之间第46页/共76页五、五、化学混凝设备化学混凝设备n投药方法有投药方法有干投法干投法(dry)和湿投法和湿投法(wetted)。n干投法是把易溶解的药剂经过破碎直接投入废水中。干投法是把易溶解的药剂经过破碎直接投入废水中。n干投法占地面积小，但对药剂的粒度要求较严，投干投法占地面积小，但对药剂的粒度要求较严，投加量较难控制，对机械设备的要求较高，目前应用加量较难控制，对机械设备的要求较高，目前应用较少。较少。n湿投法是将混凝剂和助凝剂配成一定浓度的溶液，湿投法是将混凝剂和助凝剂配成一定浓度的溶液，然后按处理水量定量添加。混凝剂的湿法投加包括然后按处理水量定量添加。混凝剂的湿法投加包括药剂配制、药剂计量和药剂投加药剂配制、药剂计量和药剂投加三个过程三个过程。第47页/共76页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48页/共76页 药剂溶解完全后，将浓药液送入溶液池，用清药剂溶解完全后，将浓药液送入溶液池，用清水稀释到一定的浓度备用。水稀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:W1溶液池容积，溶液池容积，m3；qv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;c溶液浓度，；溶液浓度，；n每天配置次数，一般为每天配置次数，一般为26次。次。第49页/共76页(2)混凝剂溶液的投加混凝剂溶液的投加计计量量设设备备转子转子流量流量计计电磁电磁流量流量计计第50页/共76页投加方式泵前重力投加水射器投加第51页/共76页混凝剂投加量自动控制 1、数学模拟法 对于某一特定水源，可根据水质、水量建立数学模型，写出程序交计算机执行调控。采用数学模型实行加药自动控制的关键是：必须要有前期大量而又可靠的生产数据，才可运用数理统计方法建立符合实际生产的数学模型。适用特定原水条件，水质仪表多，投资大。第52页/共76页 2、现场模拟试验法 采用现场模拟装置来确定和控制投药量是较简单的一种方法，常用的模拟装置是斜管沉淀器，过滤器或两者并用。原水浊度低时，常用模拟过滤器，原水浊度高时可用斜管沉淀器或过滤器串联使用。此法存在反馈滞后现象，模拟装置与生产设备存在一定的差别，但与实验室相比，更接近实际情况。混凝剂投加量自动控制混凝剂投加量自动控制第53页/共76页 3、特性参数法 影响混凝效果的因素复杂，在某种情况下、某一特性参数是影响混凝效果的主要因素，这一因素的变化反映了混凝程度的变化。流动电流检测器法和透光率脉动法属于特性参数法。混凝剂投加量自动控制混凝剂投加量自动控制第54页/共76页2、混合设备混合设备n n废水与混凝剂和助凝剂进行充分混合，是进行反应和混凝沉淀的前提。废水与混凝剂和助凝剂进行充分混合，是进行反应和混凝沉淀的前提。n n对混合要求是速度快。一般有两种混合型式：对混合要求是速度快。一般有两种混合型式：n n一种是借水泵的吸水管或压水管混合。一种是借水泵的吸水管或压水管混合。n n另一种是在混合槽内进行混合。另一种是在混合槽内进行混合。n n混合槽混合常用的有混合槽混合常用的有机械混合槽，分流隔板式混合槽，多孔隔板式混合槽。机械混合槽，分流隔板式混合槽，多孔隔板式混合槽。第55页/共76页第56页/共76页3、反应设备反应设备n n水与药剂混合后进入反应池进行反应。水与药剂混合后进入反应池进行反应。n n反反应应池池内内水水流流特特点点是是流流速速由由大大到到小小。在在较较大大的的反反应应流流速速时时，使使水水中中的的胶胶体体颗颗粒粒发发生生碰碰撞撞吸吸附附，在在较较小小的的反反应应流流速速时时，使使碰碰撞撞吸吸附附后后的的颗颗粒粒结结成成更更大大的的矾矾花。花。n n反应池的型式有反应池的型式有机械搅拌、隔板反应池、涡流式反应池以及网格反应池等。等。第57页/共76页 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58页/共76页混凝方法的优缺点优点：设备简单，维护操作易于掌握，处理效果好，间歇或连续运行均可以。设备简单，维护操作易于掌握，处理效果好，间歇或连续运行均可以。缺点：由于不断向废水中投药，经常性运行费用较高，沉渣量大，且脱水较困难。由于不断向废水中投药，经常性运行费用较高，沉渣量大，且脱水较困难。第59页/共76页第四节 消毒 消毒：指部分破坏致病菌过程。与灭菌的区别是后者指破坏全部细菌的过程。人类肠道致病菌（细菌、原生动物卵囊虫及胞囊、蠕虫和病毒）具有高传染性，因此，去除病原体是废水处理的重要任务，其中消毒是最重要的处理方法。第60页/共76页 1、消毒方法和手段 (1)化学药剂法：在废水中添加消毒剂。常用氧化剂，氯是应用最普遍的一种，臭氧是一种高效消毒剂，高酸性和高碱性的水也能破坏致病菌。(2)物理介质法：可采用热、光和声波。饮料和奶品工业普遍用热消毒，在欧洲巴氏消毒法广泛用于污泥消毒。日光（电磁光谱中紫外线）也是很好的消毒介质。发射紫外线的特制灯已成功应用于水和废水的消毒。第61页/共76页 (3)机械手段：过 程去除率过 程去除率粗筛网05化学沉淀4080细筛网1020生物熄池 9095 沉砂池1025活性污泥法9098自然沉淀2575出水加氯9899.999表1-1 不同处理过程对细菌的去除或破坏 (4)特殊射线照射法：主要有电磁、声波和微粒。射线（放射性同位素Co-60发射)穿透力强，已用于水和废水的消毒(灭菌)。第62页/共76页 2、消毒剂的作用机理 (1)破坏细胞壁。(2)改变细胞的渗透性。(3)改变原生质的胶体性质。(4)改变有机体的DNA或RNA。(5)抑制酶的活性。第63页/共76页 3、常用消毒剂 废水处理常用的氯化物：氯、次氯酸钠、次氯酸钙和二氧化氯。(1)氯：以液氯形式储存在压力容器中，压力容器的选择取决于氯的消耗速率、价格、处理设施的要求以及使用的可靠性等因素。它的持续应用已引起广泛关注？运输氯的车辆易发生事故；氯的剧毒性对操作人员潜在的卫生危险；氯与水中有机物作用的副产物，很多具有“三致”作用；水中的余氯对水生生物有毒。第64页/共76页 （2）次氯酸钠：有效氯1217，含量高时易分解，易受光和热的作用，或就地制备，或冷处用防腐容器储存。药剂费用高，有腐蚀性，有氯雾产生，应用过程需要特殊设计。（3）次氯酸钙：高级次氯酸盐至少含70有效氯。干式次氯酸钙可为灰白色的粉末、颗粒状或压缩药片或药丸。应存放在干冷地点的防腐容器中。易结晶，可能堵塞计量泵、管道、阀门。在小型设施中应用较多。第65页/共76页 （4）二氧化氯：消毒能力与氯相当或更强，灭活病毒的有效性超过氯。不稳定，通常在应用前就地制备。氯的水溶液与次氯酸钠溶液混合，反应如下：2NaClO+Cl2=2ClO2+2NaCl 二氧化氯具有高的氧化势位，投入废水往往按下列反应还原为氯：ClO2+e-ClO2-消毒所需二氧化氯的剂量取决于pH和特定有机体。第66页/共76页投加量投加量(mgL)作用时间作用时间(s)pH值值杀灭大肠杀灭大肠杆菌杆菌()0.5606.5990.25158.599表 二氧化氯对大肠杆菌消毒效果 二氧化氯消毒主要的副产品为次氯酸盐和氯酸盐，两者郭有潜在的毒性。次氯酸盐的形成可通过管理原料控制，或加大投氯剂量，使之超过化学计算量。此外，可采用亚铁或亚硫酸盐法去除次氯酸离子。第67页/共76页 消毒后水中余氯的去除：低度余氯可能对水生生物有潜在的毒害效应。脱氯可用还原剂，如用二氧化硫或亚硫酸钠与余氯作用，或用活性炭吸附。用二氧化氯消毒时可用二氧化硫脱氯。第68页/共76页 臭氧是有效的杀病毒剂，比氯更有效。臭氧氧化不产生溶解性固体，且不受铵离子和进水pH值影响。臭氧消毒系统包括电源、配料气准备设施、臭氧发生设施、臭氧与消毒液体的接触设施、尾气破坏设施等。（1）臭氧接触池 采用深而有盖的接触池。用多孔扩散器或注射器由第一室底部引入，在第一室发生快速氧化反应。然后废水与臭氧混合体进入第二室进行缓慢的反应。一般消毒作用在第二室中发生。4、臭氧消毒第69页/共76页图1-5 典型的臭氧消毒系统流程1.液氧储柜 2.蒸发单元 3.臭氧发生器 4.接触反应器 5.臭氧扩散器第70页/共76页（2）尾气的处理 接触池排出的尾气必须处理，以破坏残余臭氧 （3）臭氧消毒所需剂量 当Uq时 N/N0=(U/q)-n (当Uq时，N/q=1)D=U(100/TE)N是消毒后残留的有机体数；N0是消毒前存在的有机体数；q是当N/N0=1或lgN/N0=0时的x截距值；n是计量反应曲线斜率；D是所需臭氧总剂量(mg/L)；U是用掉的臭氧剂量(mg/L)；TE是臭氧的传输效率()，典型的臭氧传输效率约为80-90。第71页/共76页 （4）臭氧法消毒的优缺点 剩余臭氧可能对水生物有剧毒。臭氧氧化能产生某些致突变或致癌变化合物，不过并不稳定，在臭氧氧化的水中只存在几分钟。臭氧氧化时是否形成有毒的中间物，取决于剂量、接触时间以及母体化合物的性质。优点：由于臭氧在投加后很快分解为氧从而出水中溶解氧含量接近于饱和，没有必要对出水曝气，以满足溶解氧的水质标准。此外臭氧很快分解，出水中没有像余氯那样的剩余化学物需要去除。第72页/共76页 5、紫外光照射消毒 是利用紫外光能穿透细胞壁并与细胞质反应的特性，对污水进行消毒和净化的过程。（1）UV消毒系统的组成和布置 UV消毒系统主要有UV灯，放置UV灯的石英套管、支架、镇流器及电源。A.明渠消毒系统：水平式与水流方向平行，也可为竖流式并与水流方