水处理原理与工艺课件-化学处理法

1水处理原理与工艺2•第一章水处理方法概论•第二章物理处理法工艺原理•第三章化学处理法工艺原理•第四章物理化学处理法工艺原理•第五章生物处理法工艺原理•第六章污水的深度处理技术•第七章工业循环冷却水的水质处理与控制3第三章化学处理法工艺原理41、中和化学处理法多用在废水处理的预处理或深度处理中；在自来水的常规工艺中，主要涉及的是化学消毒工艺以及化学沉淀（石灰软化）。3、氧化还原2、化学沉淀4、化学消毒5（1）在废水排入受纳水体之前，其pH指标超过排放标准，应采用中和处理，以减少对水生生物的影响；（2）在废水排入城市排水管道之前，由于酸、碱对排水管道产生腐蚀作用，一般城市排水管道对排入工业废水的pH值都有明确的规定；（3）在废水需要进行化学或生物处理之前，对于化学处理（如混凝、除磷等），要求废水pH值升高或降低到某一需要的最佳值。对于生物处理，废水的pH值通常应维持在6.5—8.5范围内，以保证处理构筑物内的微生物维持最佳活性。1、中和中和的目的：中和废水中过量的酸或碱以及调整废水的酸碱度，使中和后的废水呈中性或接近中性，以适宜下一步处理或外排的要求。6中和法是利用碱性药剂或酸性药剂将废水从酸性或碱性调整到中性附近的一类处理方法。中和原理中和处理发生的主要反应是酸与碱生成盐和水的中和反应。酸性废水中常见的酸性物质有硫酸、硝酸、盐酸、氢氟酸、磷酸等无机酸及醋酸、甲酸、柠檬酸等有机酸，并常溶解有金属盐。碱性废水中常见的碱性物质有苛性钠、碳酸钠、硫化钠及胺类等。1.1中和法概述7酸碱废水的来源酸性废水：化工厂、化纤厂、电镀厂、矿山、煤加工厂及金属酸洗车间等；碱性废水：印染厂、金属加工厂、炼油厂、造纸厂等。当酸或碱废水的浓度很高时，如在3%~5%以上时，应考虑回用和综合利用的可能性；当浓度不高，如小于3%时，才考虑中和处理。8中和处理方法的分类酸性废水酸性污水和碱性污水互相中和药剂中和法过滤中和碱性废水酸性污水和碱性污水互相中和药剂中和烟道气中和9中和方法的选择应考虑：含酸或含碱废水所含酸类或碱类的性质、浓度、水量及其变化规律；首先应考虑以废治废的原则，寻找能就地取材的酸性或碱性废料，并尽可能加以利用；本地区中和药剂和滤料（如石灰石、白云石等）的供应情况；接纳废水水体性质、城市下水道能容纳废水的条件，后续处理（如生物处理）对pH值的要求等。10（1）酸性废水中和处理采用的中和药剂：石灰、石灰石、白云石、苏打、苛性钠等；（2）碱性废水中和处理采用的中和药剂：盐酸和硫酸。（3）碱性中和剂的单位消耗量，参见下表1；（4）酸性中和剂的单位消耗量，参见下表2。中和药剂11表1碱性中和剂的单位消耗量酸类名称中和1g酸所需碱性物质的量/gCaOCa(OH)2CaCO3MgCO3CaCO3-MgCO3硫酸/H2SO40.5710.7551.020.860.94盐酸/HCl0.771.011.371.151.29硝酸/HNO30.4450.590.7950.6680.732醋酸/HCH3COOH0.4660.6160.830.69512表2酸性中和剂的单位消耗量碱类名称中和1g碱所需酸性物质的量/gH2SO4HClHNO3100%98%100%98%100%98%NaOH1.221.240.912.531.372.42KOH0.880.900.651.801.131.74Ca(OH)20.321.340.992.741.702.62NH32.882.932.125.903.715.7013选择中和药剂考虑的因素：（1）反应速率（2）污泥产量和处理方法（3）加药和储存操作安全方便（4）包括化学进料和存放设备的总费用（5）副反应，包括盐的溶解、形成的水垢和产生的热（6）过量加药效果14（1）当水质水量变化较小，或废水缓冲能力较大、后继构筑物对pH值要求范围较宽时，可在集水井或管道、曲径混合槽内进行连续流式混合反应；（2）当水质水量变化不大，但为了使出水pH值更有保证，应当单独设置连续流式中和池；（3）当水质水量变化较大而水量较小，或出水水质要求较高，废水中还含有其他杂质或重金属离子时，一般采取间歇式中和池。中和设备常用：集水井、混合槽、连续流中和池、间歇式中和池等15电石渣白云石（一）药剂中和法1、投加药剂常用的碱性中和剂有石灰、电石渣和石灰石、白云石，有时也可用NaOH、Na2CO3。投药量按化学反应计算或实验确定。1.2酸性废水的中和处理16最常采用的药剂是石灰，最常采用的方法是石灰乳法。由于氢氧化钙对废水杂质具有混凝作用，因此适用于含杂质多的酸性废水。石灰不仅能够中和酸，同时还可以与废水中的金属盐类（如铁盐、铅盐、锌盐、铜盐等）生成沉淀。因此，计算中和药剂的投量时，应增加与重金属化合产生沉淀的含量。17OHCaClOHCaHClOHNOCaOHCaHNOOHCaSOOHCaSOH22222323242422)(22)(2)(以石灰为主要药剂的反应：采用石灰石中和硫酸时，会产生石膏。224342COOHCaSOCaCOSOH18''()aKQccG中和药剂的投加量，可按化学反应式估算（P168，式11-1）。式中Ga—总耗药量，kg/d；Q—酸性废水量,m3/d；c、c’——废水中酸的浓度和酸性盐的浓度，kg/m3；μ、μ’——中和lkg酸和酸性盐所需的碱量，kg/kg；K——不均匀系数；α——中和剂的纯度，％。19中和过程中形成的沉渣体积庞大，约占处理水体积的2％，脱水麻烦，应及时清除，以防堵塞管道。一搬可采用沉淀池或气浮池进行分离。沉渣量（干基）可根据试验确定，也可按下式计算（教材P169，式11-2）：G＝Ga(Y十b)十Q(S-y-d)式中G——沉渣量，kg/dY——消耗单位药剂产生的盐量，kg/kg，b——单位药剂中杂质含量，kg/kg；Q——酸性废水量，m3/d;S——废水中悬浮物浓废，kg/m3；y——中和后溶于废水中的盐量，kg/m3；d——中和后出水悬浮物浓度，kg/m3。20废水的预处理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2、工艺过程213、投加石灰方式干法湿法22干投法：废水量小时，一般干投，间歇处理特点：设备简单，但反应速度慢、不彻底、投药量大、石灰破碎、筛分等劳动强度大。23湿投法：废水量中、大时，一般湿投，连续处理特点：设备多，但反应迅速、彻底、投药量较小24250aVV消解槽的容积（m3）计算（P170，式11-3）：式中V0——一次配制的药剂量，m3；α——容积系数，一般取2~5石灰乳贮槽的容积（m3）计算（P170，式11-4）：100abGVnrw式中Ga——石灰消耗量，t/d；n——每天搅拌的次数，人工搅拌按3次计算，机械搅拌按6次计算；r——石灰的容重，一般取0.9~1.1t/m3;w——石灰乳质量分数，一般取5~10%。26管式反应器带折流板的管式反应器带搅拌的混合反应器4、混合反应装置27仪器配置合理，实现了小型化。带有多项功能的数字式pH调节仪电磁式定量泵小型中和装置28对于流量较大的废液常采用连续式处理系统，欲使其获得稳定可靠的中和效果，对于连续式系统，应采用多级式pH值自动控制系统。5、过程控制29药剂中和法是一种应用广泛的中和方法，此法可中和任何性质、任何浓度的酸性废水，废水中允许有较多的悬浮杂质，对水质水量波动适应性强，且中和药剂利用率高，中和过程易调节。该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。采用石灰质药剂时，其明显的缺点是质量难于保证，灰渣较多，沉渣体积大，且不易脱水。5、适用范围及特点30（二）过滤中和法1、碱性滤料2、特点石灰石（CaCO3）大理石（CaCO3）白云石CaCO3·MgCO3优点是操作管理简单，不影响环境卫生，允许费用低，劳动条件好，出水pH值较稳定，沉渣最少(只有废水体积的0.1％)，缺点是需要控制进水的硫酸浓度。滤料的选择与中和产物的溶解度有关。如果中和产物的溶解度很小，易在滤料表面形成不溶性的硬壳，阻止反应的进行。313、适用范围各种酸在中和后形成的盐具有不同的溶解度，其顺序大致为：Ca(NO3)2≥CaCl2≥MgSO4CaSO4＞CaCO3.MgCO3由此可见：中和处理硝酸、盐酸时，滤料选用石灰石、大理石或白云石都行；中和处理碳酸时，不宜采用过滤中和法；中和处理硫酸时，最好选用含镁的中和滤料（白云石）。因此，过滤中和法适用于处理不含其他杂质的盐酸废水、硝酸废水和浓度不大于2~3g/L的硫酸废水等生成易溶盐的各种酸性废水。324、中和滤池普通中和滤池升流式膨胀中和滤池滚筒式中和滤池滚筒式中和滤池开流式膨胀中和滤池3334一般是固定床重力式，有平流式和竖流式（升流式和降流式）两种。普通中和滤池由于滤速低（小于5m/h），滤料粒径大（3~5cm），当进水硫酸浓度较大时，极易在滤料表面结垢且不易冲掉，从而阻碍中和反应进程。这种滤池的中和效果较差。35废水从滤池的底部进入，由池顶流出，使滤料处于膨胀状态。升流式膨胀中和滤池36将石灰石滤料置于旋转着的滚筒中，使酸性废水流经滚筒进行中和反应。装于滚筒中的滤料随滚筒一起转动，滤料之间产生激烈的摩擦碰撞，及时剥落由中和产物形成的覆盖层，从而加快反应速度。滚筒式中和滤池该法能处理较高浓度的酸性废水（硫酸浓度可达3~3.5g/L），且滤料不必破碎到很小的粒径，但构造复杂，动力费用高，设备噪声大，同时对耐腐蚀性能要求较高，故很少采用。37滚筒式中和滤池滚筒用钢板制成，内衬防腐层。筒为卧式，长度为直径的6～7倍。装料体积占筒体体积的一半，筒内壁设有挡板，带动滤料一起翻滚，使沉淀物外壳难以形成，并加快反应速度。为避免滤料流失，在滚简出水处设有穿孔板。385、过滤中和法产物的处理中和反应均产生CO2，CO2溶解于水即为碳酸，使得出水pH在5左右，通常采用空气曝气和出水跌落自然曝气等方法脱掉CO2，以提高pH.39（三）利用碱性废水和废渣的中和法在同时存在酸性废水和碱性废水（废渣）的情况下，可以以废治废，互相中和。此法在可能的情况下应优先考虑，以节省处理费用与药剂消耗。碱渣包括电石渣（含Ca(OH)2）、碳酸钙渣等。40（四）利用天然水体及土壤中碱度的中和法天然水体及土壤中的重碳酸盐可用来中和酸性废水，但必须持慎重态度，对其长远影响进行观察。411.药剂中和法（投酸：硫酸、盐酸、硝酸）2.利用酸性废水及废气中和法采用烟道气中和碱性废水，一般在喷淋塔等装置中进行，使废水处理与消烟除尘、气体的净化结合起来。处理方法碱性废水主要来源：粘胶厂、印染厂、炼油厂、造纸厂、金属加工厂等。1.3碱性废水的中和处理42烟道气中和法43烟道气中含有CO2和SO2，溶于水中形成H2CO3、H2SO3，可中和碱性废水。用烟道气中和的方法有两种，一是将碱性废水作为湿式除尘器的喷淋水，另一种是使烟道气通过碱性废水。优点：处理效果良好；以废治废；经济缺点：会使处理后的废水中悬浮物含量增加，硫化物和色度增加。441.4.1药剂中和：（1）合理投加酸碱的量；（2）污水水质水量变化较大时，应设调节池或自动调节加药量；（3）工厂或车间污水pH值波动较大时，及时调整酸碱加药量；（4）中和过程中产生的沉渣应及时分离去除，避免引起管道阻塞。1.4中和处理应注意的问题451.4.2过滤中和：（1）处理硫酸污水时，滤料表面形成不溶物硬壳，阻碍中和反应进行，适当增加过滤速度，控制进水硫酸浓度；（2）处理后水pH值低于正常水平，定期补加滤料；（3）采用碳酸盐做滤料时，产生CO2气体吸附在滤料表面形成气体薄膜，阻碍反应进行，可以采取控制酸的浓度，加大过滤速度。461）对于污废水的中和处理主要用于哪些场合？选择中和试剂时需要考虑哪些标准？2）比较药剂中和法和过滤中和法的优缺点。3）药剂中和法中石灰投加的方式有哪几种？比较其优缺点。4）过滤中和法处理酸性废水时，选择滤料的原则是什么？5）有含盐酸废水量100m3/d，其中盐酸质量浓度为5g/L，用石灰石进行中和处理（