张永亮化工环境工程概论之3第3-4章

化工废水处理方法概述2物理处理法3化工废水的来源及特点1第三章化工废水处理物化处理法5生化处理法6化学处理法43.4化学处理法1中和法2混凝沉淀法3化学氧化还原法中和酸性或碱性废水的方法酸性废水的中和处理方法①使酸性废水通过石灰石滤床；②与石灰乳混合；③向酸性废水中投加烧碱或纯碱溶液；④与碱性废水混合，使废水pH近于中性；⑤向酸性废水中投加碱性废渣，如电石渣、碳酸钙、碱渣等。通常，尽量选用碱性废水或废渣来中和酸性废水，以达到以废治废的目的。而烧碱或纯碱不仅价格很贵，而且又是重要的工业原料，货源亦紧张，故不应轻易选用。碱性废水处理方法①向碱性废水中鼓入烟道废气；②向碱性废水注入压缩的二氧化碳气体；③向碱性废水投入酸或酸性废水等。对碱性废水进行中和时，可首先考虑采用酸性废水的中和处理。若附近没有酸性废水时可采用投加酸进行中和。酸性废水中和处理的方式和设备酸性废水与碱性废水混合若有酸性与碱性两种废水同时均匀的排出时，并且两者各自所含的酸、碱量又能够相互平衡。那么，两者可以直接在管道内混合，不需设中和池，但是，对于排水情况经常波动变化时，则必须设置中和池。投药中和投药中和就是将碱性中和药剂如石灰、石灰石、电石渣、苏打等，投入到酸性废水中，经过充分中和反应，使废水得以治理。投药中和又分为干投法和湿投法两种。（1）干投法干投法是将固体的中和药剂按理论投加量的1.4～1.5倍，均匀连续地投入到酸性废水中。干法可采用利用电磁振荡原理的石灰振荡设备投加，以保证投加量的均匀。它设备简单，但反应较慢，而且反应不易彻底、投药量大。（2）湿投法当石灰成块状时，则不宜采用干投法，可采用湿投法。即先在石灰消化槽里将石灰加水消化，制成40%～50%浓度的乳液，投入乳液槽，再加水搅拌调配成5%～10%浓度的石灰水，然后用泵送到投配槽，经投加器投入渠道，与酸性废水共同流入中和反应池，发生中和反应后进行澄清，使水与沉淀物进行分离。（3）过滤中和过滤中和就是利用石灰石、大理石、白云石等作滤料，使酸性废水通过滤料得到中和。采用过滤中和时，要求对废水中的悬浮物、油脂等进行预处理，以便于中和的进行，并防止滤料的堵塞。为了克服硫酸钙沉淀覆盖滤料这一缺点，利用石灰石作滤料处理含硫酸废水出现了新型的过滤中和反应器，即升流式膨胀中和滤池。碱性废水中和处理的方式和设备利用废酸性物质中和法废酸性物质包括含酸废水、烟道气等。烟道气中CO2含量可高达24%，此外有时还含有高浓度的SO2和H2S等酸性气体，故可用来中和碱性废水。药剂中和法常用的药剂是硫酸、盐酸及压缩二氧化碳。硫酸的价格比较低，应用最广。盐酸的优点是反应物溶解度高，沉渣量少，但价格较高。原理压缩双电层机理吸附电中和机理吸附架桥机理沉淀物网捕机理+++++++++++++紧密层扩散层电势0+-0影响混凝效果的因素水样的影响药剂投加量的影响水温的影响碱度的影响废水pH的影响水力条件的影响混凝剂和助凝剂无机混凝剂主要是利用其中的强水解基团水解形成的微絮体使脱粒脱稳，无机混凝剂以其价格低廉、原料易得等优点得以大量运用。有机混凝剂分为天然有机混凝剂与人工合成有机高分子混凝剂。助凝剂有以下三类：pH调节剂、活化剂、氧化剂混凝处理流程及设备混凝处理流程包括投药、混合、反应及沉淀分离几个部分。（1）投药投药方法分干法和湿法两种。干法即把药剂直接投放到被处理的水中。其优点是占地少，缺点是对药剂的粒度要求较高，投配量较难控制，对机械设备要求较高，同时劳动条件也差。用得较多的是湿法，即先把药剂配制成一定浓度的溶液，再投入被处理水中。投药设备包括投加和计量两部分。常采用的投加设备有：耐酸水泵、真空泵及空气压缩机等；常用的计量设备有：浮杯式计量器、孔板及转子流量计等。（2）混合当药剂投入废水中后在水中发生水解反应并产生异电荷胶体，与水中胶体和悬浮物接触，形成细小的矾花，这一过程就是混合，大约在10～30s内完成，一般不超过2min。对混合的要求是快速而均匀。混合的动力源有水力和机械搅拌两类。因此混合设备也分为两类，采用机械搅拌的有机械搅拌混合槽、水泵混合槽等；利用水力混合的有管道式、穿孔板式、涡流式混合槽等。（3）反应反应池的形式有隔板反应池、涡流式反应池、悬浮反应加隔板反应池和机械搅拌反应池等。（4）澄清池澄清池是能够同时实现混凝剂与原水的混合、反应、澄清合成一体的设备。具有效率高而尺寸小的优点。化学氧化还原法对于水溶液中的氧化还原反应，可以方便地用各电对的电极电势来衡量其氧化性（或还原性）的强弱，估计反应进行的程度。氧化剂和还原剂的电极电势差越大，反应进行得越完全。电极电势E主要取决于物质（“电对”）的本性（反映为E0值），同时也和参与反应的物质浓度（或气体分压）、温度有关，其间的关系可用奈斯特公式表示利用上式可估算处理程度，即求出氧化还原反应达平衡时各有关物质的残余浓度。化工废水处理方法概述2物理处理法3化工废水的来源及特点1第三章化工废水处理物化处理法5生化处理法6化学处理法43.5物化处理法12吸附法浮选法34电渗析反渗透5超过滤法AdsorptionProcesses，主要是指利用固体吸附剂的物理吸附和化学吸附性能，去除废水中多种污染物的过程。废水中有许多物质是剧毒的和难以生物降解的。固体吸附剂能有效地去除上述物质。主要用于废水深度处理的活性炭吸附法，已经逐步成为一项不可缺少的工艺技术。正吸附（positiveadsorption）：界面浓度高于体相浓度负吸附（negativeadsorption）：界面浓度低于体相浓度吸附质（adsorbate）：被吸附的物质吸附剂（adsorbent）：具有吸附作用的物质吸附剂主要有活性炭、磺化煤、沸石、硅藻土、焦炭、木炭等。1、活性炭的制造高温炭化活化,800~900℃木材、煤、果壳炭渣活性炭隔绝空气，600℃活化剂：ZnCl2蒸汽高温活化粉末状活性炭粒状活性炭（园柱状、球状），粒径2~4mm棒状活性炭：Φ50mm，L=255mm2.活性炭的细孔构造和分布1.比表面积每g活性炭所具有的表面积。活性炭的比表面积为：500~1700m2/g，99.9%的表面积，在多孔结构颗粒的内部。2.细孔构造·小孔：2nm，0.15~0.90mL/g，占比表面积的95%以上，起吸附作用，吸附量以小孔吸附为主。·过渡孔：2~100nm，0.02~0.10mL/g，占比表面积5%，吸附量不大，起吸附作用和通道作用。·大孔：100~1000nm，0.2~0.5mL/g，占比表面积很小，吸附量小，提供通道。吸附过程原理：吸附是利用多孔固体吸附剂的表面活性，吸附废水中的一种或多种污染物，达到废水净化的目的。根据固体表面吸附力的不同，吸附可分为以下三种类型：1物理吸附：吸附剂和吸附质之间通过分子间力产生的吸附为物理吸附。它是可逆的。2化学吸附：吸附剂和吸附质之间发生由化学键力引起的吸附为化学吸附。它是不可逆的。3离子交换吸附：是通常所指的离子交换。3.5.1吸附法吸附平衡1.定义当吸附质的吸附速率=解吸速率（即V吸附=V解吸），即在单位时间内吸附数量等于解吸的数量，则吸附质在溶液中的浓度C与在吸附剂表面上的浓度都不再变时，即达到吸附平衡，此时吸附质在溶液的浓度C叫平衡浓度。2.吸附量q(g/g)衡量吸附剂吸附能力的大小，达到吸附平衡时，单位重量的吸附剂（g）所吸附的吸附质的重量（g）。（10-1）式中：V—废水容积；W—活性炭投量，gC0—废水吸附质浓度（g/L）C—吸附平衡时水中剩余的吸附质浓度(g/L)—平衡浓度q=f(C、T)，当T不变时，即T恒定，则q=f(C)，叫吸附等温线。WCCVq)(03.吸附等温线\吸附等温式（三种）在一定温度T下，q随平衡浓度C变化的曲线（q=f(C)）叫吸附等温线。用数学公式描述则叫吸附等温式：费兰德利希公式、朗谬尔公式、BET公式吸附等温线：3.5.1.3吸附剂及其再生吸附剂的选择①吸附能力强；②吸附选择性好；③吸附平衡浓度低；④容易再生和再利用；⑤机械强度好；⑥化学性质稳定；⑦来源容易；⑧价格便宜。吸附剂的再生3.5.1.4吸附工艺及设备3.5.2.1浮选法的基本原理浮选法的基本原理浮选法主要是根据表面张力的作用原理，当液体和空气相接触时，在接触面上的液体分子受液体内部液体分子的引力，使之趋向于被拉向液体的内部，引起液体表面收缩至最小，使得液珠总是呈圆球形存在。3.5.2.2浮选法设备及流程加压浮选法在加压的情况下，使空气溶解在废水中达饱和状态，然后突然减至常压，这时水中空气迅速形成极微小的气泡，不断向水面上升。气泡在上升过程中，捕集废水中的悬浮颗粒以及胶状物质等，一同带出水面，然后从水面上将其加以去除。3.5.3.1电渗析原理电渗析是在渗析法的基础上发展起来的一项废水处理新工艺。3.5.3.2电渗析在废水处理中的应用在废水处理中，根据工艺特点，电渗析法操作有两种基本类型，一种是由阳膜和阴膜交替排列而成的普通电渗析工艺，主要用于从废水中单纯分离污染物离子，或者把废水中的污染物离子和非电解质污染物分离开，再用其他方法处理；另一种是由复合膜与阳膜构成的特殊电渗析工艺，利用复合膜的极化反应和极室中的电极反应以产生H+和OH-，从废水中制取酸和碱。3.5.4.1反渗透原理实现反渗透必须具备两个条件：一是必须有一种高选择性和高透水性的半渗透膜；二是操作压力必须高于废水的渗透压。3.5.4.2反渗透工艺在废水处理中的应用反渗透最早用于海水淡化，随着反渗透膜材料的发展，高效膜组件的出现，反渗透的应用领域不断扩大。在海水和苦咸水的脱盐，锅炉给水和纯水制备，废水处理与再生，有用物质的分离和浓缩等方面，反渗透都发挥了重要的作用。超过滤法简称超滤法，与反渗透一样也依靠推动力和半透膜实现分离。近年来超滤法在工业废水处理方面应用很广，如用于电泳涂漆废水、含油废水、含聚乙烯醇废水、纸浆废水、颜料和染色废水、放射性废水等的处理以及食品工业废水中回收蛋白质、淀粉等。但由于化工废水中含有各种各样的溶质，难以只采用单一的超滤方法，大多是将超滤法与其他废水处理法联合使用。化工废水处理方法概述2物理处理法3化工废水的来源及特点1第三章化工废水处理物化处理法5生化处理法6化学处理法4从微生物的代谢形式出发，生化处理方法主要分为好氧处理和厌氧处理两大类型。按照微生物的生长方式，可分为悬浮生长型和固着生长型两类。此外，按照系统的运行方式可分为连续式和间歇式，按照主体设备中的水流状态，可分为推流式和完全混合式等类型3.6.2.1微生物的特征所谓微生物是一些肉眼不能看见，只能凭借显微镜才能观察到的单细胞及多细胞生物，微生物在自然界中分布极广，种类繁多。3.6.2.2酶及酶反应酶具有一般无机催化剂所共有的特点，更具有独具的特殊性能，主要表现以下特征：催化效率高酶的活性大小与环境条件密切相关有些物质如镁离子及钾离子等，对酶有激活作用，称为酶的激活剂，可以提高酶的活性。还有些物质，特别是一些重金属离子能降低酶的活性，称为酶的抑制剂，或称酶中毒酶的专一性酶的活性还受废水中有机物浓度的影响，浓度提高，活性也增加，但是浓度高到一定程度之后，由于酶已全部和有机物结合，故浓度升高，反应速度反而下降。酶催化反应通常称之为酶促反应或酶反应。酶促反应速度受酶浓度、基质浓度、pH、温度、反应产物、活化剂和抑制剂等因素的影响。3.6.2.3生化法对水质的要求pH温度水中的营养物及其毒物氧气根据微生物对氧的要求，可分为好氧微生物、厌氧微生物及兼性微生物。有机物的浓度进水有机物的浓度高，将增加生物反应所需的氧量，往往由于水中含氧量不足造成缺氧，影响生化处理效果3.6.2.4好氧生物处理和厌氧生物处理3.6.3.1活性污泥活性污泥由好氧性微生物（包括细菌、真菌、原生动物及后生动物）及其代谢的和吸附的有机物、无机物组成，具有降解废水中有机污染物（也有些可部分分解无机物）的能力，显示生物化学活性。