8污水的化学与物理化学处理.ppt

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1、第 五 节 吸 附 法第 六 节 离子交换法第 七 节 萃 取 法第 八节 膜 析 法第 一 节 中 和 法第 二 节 化学混凝法第 三 节 化学沉淀法第 四 节 氧化还原法 污水的化学处理是利用化学反应的作用以去除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。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(难于生难于生物降解的物降解的)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化学混凝、中和法、化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。学沉淀法和氧化还原法。 常用的物理化学处理方法有吸附、离子交换、常用的物理

2、化学处理方法有吸附、离子交换、萃取和膜析法。萃取和膜析法。第 一 节 中 和 法一、一、 湿投加法湿投加法 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。二、过滤法二、过滤法

3、 石灰石或白云石作中和剂时常呈粗粒状，可作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。滤料，故用过滤法。第二节 化学混凝法return电位离子反离子扩散层扩散层胶团边界胶团边界滑动面滑动面胶粒胶粒固定层固定层胶核胶核电位电位电位电位return 吸附架桥作用主要是指链状高分子聚合物在静电引力、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联的过程。当三价铝盐或铁盐及其他高分子混凝剂溶于水后，经水解、缩聚反应形成高分子聚合物，具有线形结构。这类高分子物质可被胶粒所强烈吸附。聚合物在胶粒表面的吸附来源于各种物理化学作用，如范德华引力、静电引力、氢键配位键等，取决

4、于聚合物同胶粒表面二者化学结构的特点。因其线形长度较大，当它的一端吸附某一胶粒后，另一端又吸附另一胶粒，在相距较远的两胶粒间进行吸附架桥，使颗粒逐渐变大，形成粗大絮凝体。 本机理能解释当废水浊度很低时有些混凝剂效果不好的现象.因为废水中胶粒少，当聚合物伸展部分一端吸附一个胶较后，另一端因粘连不着第二个胶粒，只能与原先的胶粒粘连，就不能起架桥作用，从而达不到混凝的效果。 在废水处理中，对高分子絮凝剂投加量及搅拌时间和强度都应严格控制，如投加量过大时，一开始微粒就被若干高分子链包围，而无空白部位去吸附其他的高分子链，结果造成胶粒表面饱和产生再稳现象。已经架桥絮凝的胶粒，如受到剧烈的长时间的搅拌，架

5、桥聚合物可能从另一胶粒表面脱开，重又卷回原所在胶粒表面，造成再稳定状态。 显然，在吸附桥联过程中，肢粒并不一定要脱稳，也无需直接接触。这个机理可解释非离子型或带同号电荷的离子型高分子絮凝剂得到好的絮凝效果的现象。 当采用硫酸铝、石灰或氯化铁等高价金属盐类作凝聚剂时，当投加量大得足以迅速沉淀金属氢氧化物如Al(OH)3，Fe(OH)3)或带金属碳酸盐(如CaCO3)时,水中的胶粒和细微悬浮物可被这些沉淀物在形成时作为晶核或吸附质所网捕。水中胶粒本身可作为这些沉淀所形成的核心时，凝聚剂最佳投加量与被除去物质的浓度成反比，即胶粒越多，金属凝聚剂投加量越少。硫酸铝Al2（SO4）18H2O溶于水后，立

6、即离解出铝离子，通常是以Al(H2O)63+存在，但接着会发生水解与缩聚反应，形成不同的产物。产物包括：未水解的水合铝离子、单核羟基络合物、多核羟基络合物、氢氧化铝沉淀等。各种产物的比例多少与水解条件（水温、pH、铝盐投加量）有关。 不同pH条件下，铝盐可能产生的混凝机理不同。何种作用机理为主，决定于铝盐的投加量、pH、温度等。实际上，几种可能同时存在。 pH CrO42- 柠檬酸根柠檬酸根酒石酸根酒石酸根 NO3- AsO43- PO43- MoO42- 醋酸根、醋酸根、I-、Br- Cl- F-。 （6）对强碱性阴离子交换树脂讲，离子的交换势）对强碱性阴离子交换树脂讲，离子的交换势随树脂的

7、性质而异，没有一般性的规律。随树脂的性质而异，没有一般性的规律。 （7）氢氧基对阴离子交换树脂的交换势决定于树）氢氧基对阴离子交换树脂的交换势决定于树脂类型。脂类型。 （8）离子量高的有机离子和金属络合离子的交换）离子量高的有机离子和金属络合离子的交换势特别大。势特别大。 （9）大孔型树脂具有很强的吸附性能，往往可以）大孔型树脂具有很强的吸附性能，往往可以吸附废水中的非离子型杂质。吸附废水中的非离子型杂质。三、离子交换的工艺和设备离子交换装置离子交换装置固定床固定床单层床单层床双层床双层床混合床混合床连续床连续床移动床移动床流动床流动床1. 交换交换 开启进水阀开启进水阀1和出水阀和出水阀2，

8、其余阀门关闭。，其余阀门关闭。2. 反洗反洗 目的在于松动树脂层，以便下一步再生时，注入目的在于松动树脂层，以便下一步再生时，注入的再生液能分布均匀，同时也及时地清除积存在树脂的再生液能分布均匀，同时也及时地清除积存在树脂层内的杂质、碎粒和气泡。层内的杂质、碎粒和气泡。 先关闭阀门先关闭阀门1和和2，打开反洗阀，打开反洗阀3，然后再逐渐开，然后再逐渐开大排水阀大排水阀4进行反洗。进行反洗。3. 再生再生 先关闭阀门先关闭阀门3和和4，打开排气阀，打开排气阀7及排水阀及排水阀5，将水，将水放到离树脂层表面放到离树脂层表面10cm左右，再关闭阀门左右，再关闭阀门5，开启进，开启进再生液阀门再生液阀

9、门8，排出交换器内空气后，即关闭阀门，排出交换器内空气后，即关闭阀门7，再适当开启阀门再适当开启阀门5，进行再生。，进行再生。四、离子交换法在废水处理中的应用1. 电镀含铬废水的处理电镀含铬废水的处理 生产实践表明，在电镀车间铬镀槽的洗涤水闭生产实践表明，在电镀车间铬镀槽的洗涤水闭路循环系统中采用离子交换法分离、回收铬酸是有路循环系统中采用离子交换法分离、回收铬酸是有效的。效的。4. 清洗清洗 先关闭阀门先关闭阀门8，然后开启阀门，然后开启阀门1及及5。 固定床离子交换器的设计计算，根据物料平衡原理，可得如下基本固定床离子交换器的设计计算，根据物料平衡原理，可得如下基本公式：公式：TccqAh

10、EOV)(A离子交换器截面积，离子交换器截面积，m2；h树脂层高度，树脂层高度，m；E交换树脂的工作交换容量，交换树脂的工作交换容量，mmol/L;qv废水平均流量，废水平均流量，m3/h;c0进水浓度，进水浓度，mmol/L;c出水浓度，出水浓度，nmol/L；T交换周期，交换周期，h。第 七 节 萃 取 法 萃取：用适当的溶剂分离混合物的过程。萃取：用适当的溶剂分离混合物的过程。步骤步骤把萃取剂加入废水，并使它们充分接触，把萃取剂加入废水，并使它们充分接触，有害物质作为萃取物从废水中转移到萃取有害物质作为萃取物从废水中转移到萃取剂中剂中把萃取剂和废水分离开了，废水就得到了把萃取剂和废水分离

11、开了，废水就得到了处理处理把萃取物从萃取剂中分离出来，使有害物把萃取物从萃取剂中分离出来，使有害物成为有用的副产品，而萃取剂则可回用于成为有用的副产品，而萃取剂则可回用于萃取过程才算在技术上已经成立；其次，萃取过程才算在技术上已经成立；其次，就是经济上的考虑就是经济上的考虑一、萃取剂 萃取剂对被萃取物的溶解度要高，对水中其萃取剂对被萃取物的溶解度要高，对水中其他物质的溶解度要低，而萃取剂本身在水中的溶他物质的溶解度要低，而萃取剂本身在水中的溶解度要低。解度要低。 分配系数表征萃取剂的溶解性能：分配系数表征萃取剂的溶解性能：*s*cfccK 萃取剂在废水中不会乳化，容易同废水分离。萃取剂在废水中

12、不会乳化，容易同废水分离。 萃取剂要易于再生。萃取剂要易于再生。 萃取剂价格要低廉，供应要充沛。萃取剂价格要低廉，供应要充沛。二、 萃取过程萃取过程的三种流程萃取过程的三种流程 单级萃取中萃取剂用量的计算可根据物料衡算单级萃取中萃取剂用量的计算可根据物料衡算原理原理(即流入萃取系统的萃取物量等于流出萃取系统即流入萃取系统的萃取物量等于流出萃取系统的萃取物量的萃取物量)，可得：，可得：ccssccsscVcVcVcV 通常，废水的量和质与萃取剂的质都是已知的，通常，废水的量和质与萃取剂的质都是已知的，要计算萃取剂的量，从上式可得：要计算萃取剂的量，从上式可得：ccssscccccVV 本式也适用

13、于多效萃取。本式也适用于多效萃取。 传质过程中的物质传递量同传质推动力成正比，传质过程中的物质传递量同传质推动力成正比，也同两相接触表面的面积成正比，因此得公式：也同两相接触表面的面积成正比，因此得公式：AA*AAA)(cAKccAKGBAB*BB)(cAKccAKG三、萃取设备分类分类罐式罐式(萃取器萃取器)塔式塔式(萃取塔萃取塔)离心机式离心机式(离心萃取机离心萃取机)1. 筛板萃取塔筛板萃取塔2. 脉动筛板萃取塔脉动筛板萃取塔3. 转盘萃取塔转盘萃取塔4. 填料萃取塔填料萃取塔四、萃取法在废水处理中的应用1. 萃取法处理含酚废水萃取法处理含酚废水2. 萃取法处理含重金属废水萃取法处理含重

14、金属废水 某铜矿矿石场废水中含铜某铜矿矿石场废水中含铜0.31.5g/L，含铁，含铁4.55.4g/L，含砷，含砷10300mg/L，pH0.13。该废水。该废水用用N-510作复合萃取剂，用萃取器进行六级逆流萃作复合萃取剂，用萃取器进行六级逆流萃取，含铜的萃取剂用取，含铜的萃取剂用H2SO4进行反萃取，再生后重进行反萃取，再生后重复使用。复使用。第 八 节 膜 析 法 膜析法是利用薄膜以分离水溶液中某些物质的膜析法是利用薄膜以分离水溶液中某些物质的方法总称。方法总称。一、渗析法半透膜的半透膜的渗析作用渗析作用依靠薄膜中依靠薄膜中“孔道孔道”的大小分的大小分离不同的分子或离子离不同的分子或离子

15、依靠薄膜的离子结构分离性质依靠薄膜的离子结构分离性质不同的离子不同的离子依靠薄膜的有选择的溶解性分依靠薄膜的有选择的溶解性分离某些物质离某些物质动力动力分子扩散作用分子扩散作用电力电力压力压力渗析法渗析法电渗析法电渗析法反渗法和超过滤法反渗法和超过滤法二、 电渗析法海水淡化电渗析法示意图海水淡化电渗析法示意图阳极反应式：阳极反应式：2OH2HO2H24224SOHSO2H2e2HO2OH2阴极反应式：阴极反应式：Fe2eFe22H2e2H用渗析法处理酸洗废水三、反渗透法 反渗透法是以压力为驱动力的膜法分离技术。反渗透法是以压力为驱动力的膜法分离技术。渗透和反渗透 任何溶液都具有相应的渗透压，其

16、数值取决于任何溶液都具有相应的渗透压，其数值取决于溶液中溶质的分子数，而与溶质的性质无关，其数溶液中溶质的分子数，而与溶质的性质无关，其数学表达式为：学表达式为：iRTc 当完全解离时，当完全解离时，i等于阴、阳离子的总数；对非等于阴、阳离子的总数；对非电解质，则电解质，则i1。 几种反渗透膜的性能几种反渗透膜的性能装装置置板框式板框式把渗透膜贴在多孔透水板单侧或两侧，把渗透膜贴在多孔透水板单侧或两侧，再紧贴在不锈钢或环氧玻璃钢承压板的再紧贴在不锈钢或环氧玻璃钢承压板的两侧，构成一个渗透元件两侧，构成一个渗透元件管式管式把渗透膜装在耐压微孔承压管的内侧或把渗透膜装在耐压微孔承压管的内侧或外侧，

17、制成管状膜的元件外侧，制成管状膜的元件螺旋螺旋卷式卷式在两层反渗透膜中间夹一层多孔的柔性在两层反渗透膜中间夹一层多孔的柔性格网，再在下面铺一层供废水通过的多格网，再在下面铺一层供废水通过的多孔透水格网，然后将它们的一端粘贴在孔透水格网，然后将它们的一端粘贴在多孔集水管上，绕管卷成螺旋卷筒，并多孔集水管上，绕管卷成螺旋卷筒，并将另一端密封，就成为一个反渗透元件将另一端密封，就成为一个反渗透元件中空中空纤维式纤维式在两层反渗透膜的原料空心纺丝而成中在两层反渗透膜的原料空心纺丝而成中空纤维管空纤维管四、 超过滤法作作用用溶质在膜表面和微孔孔壁上发生吸附溶质在膜表面和微孔孔壁上发生吸附溶质的粒径大小与

18、膜孔径相仿，溶质溶质的粒径大小与膜孔径相仿，溶质嵌在孔中，引起堵塞嵌在孔中，引起堵塞溶质的粒径大于膜孔径，溶质在膜表溶质的粒径大于膜孔径，溶质在膜表面被机械截留，实现筛分面被机械截留，实现筛分 超滤的过程是动态过程，即在超滤膜的表面既超滤的过程是动态过程，即在超滤膜的表面既受到垂直于膜面的压力，使水分子得以透过膜面并受到垂直于膜面的压力，使水分子得以透过膜面并与被截留物质分离，同时又产生一个与膜表面平行与被截留物质分离，同时又产生一个与膜表面平行的切向力，以将截留在膜表面的物质冲开。的切向力，以将截留在膜表面的物质冲开。 主要用于分离有机的溶解物主要用于分离有机的溶解物, 如淀粉、蛋白质、如淀粉、蛋白质、树胶、油漆等。树胶、油漆等。第 五 节 吸 附 法第 六 节 离子交换法第 七 节 萃 取 法第 八节 膜 析 法第 一 节 中 和 法第 二 节 化学混凝法第 三 节 化学沉淀法第 四 节 氧化还原法