大学课件水污染控工程：污水的化学处理

第十六章污水的化学处理第一节化学混凝法第二节中和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水中的杂质。处理对象主要是污水中无机的或有机的(难于生物降解的)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、化学沉淀法和氧化还原法。第一节化学混凝法一、混凝原理化学混凝处理的对象主要是水中的微小悬浮物和胶体杂质。1.胶体的稳定性胶体所受影响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ξ电位越高，胶粒间的静电斥力越大受水分子热运动的撞击，使微粒在水中作不规则的运动，即“布朗运动”胶粒之间还存在着相互引力——范徳华引力胶体间的相互斥力不仅与ξ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。水化作用也使胶体不能相互聚结。2.混凝原理(1)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附层,使ξ电位降低。当ξ电位为零时,称为等电状态。此时胶体间斥力消失,胶粒最易发生聚结。实际上，ξ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聚结，这时的ξ电位称为临界电位。胶粒因ξ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。(2)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过程。(3)网捕作用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。以硫酸铝为例讨论混凝过程硫酸铝Al2(SO4)3·18H2O溶于水后，离解出Al3+，并结合有6个配位水分子，成为水合铝离子[Al(H2O)6]3+。水合铝离子进一步水解，形成单羟基单核络合物：OH]O)[Al(OH)(HOH]O)[Al(H32522362单羟基单核络合物又进一步水解：OH]O)(H[Al(OH)OH]O)[Al(OH)(H34222252OH]O)(H[Al(OH)OH]O)(H[Al(OH)33232422上述反应中，降低水中H+(或H3O+)浓度或提高pH，使反应趋向右方，水合羟基络合物的电荷逐渐降低，最终生成中性氢氧化铝难溶沉淀物。当pH4时，水解受到抑制，水中存在的主要是[Al(H2O)3]3+。当pH＝4~5时，水中有[Al(OH)(H2O)5]2+、[Al(OH)2(H2O)4]+及少量[Al(OH)3(H2O)3]。当pH＝7~8时，水中主要是[Al(OH)3(H2O)3]沉淀物。但在某一特定pH时，水解产物还有许多复杂的高聚物和络合物同时共存。因为初步水解产物中的羟基OH-具有桥键性质。在由[Al(H2O)6]3+转向[Al(OH)3(H2O)3]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：OH]O)Al(HOHO)[Al(H]O)[Al(OH)(H]O)[Al(H255252252362或OH]O)[Al(OH)(H]O)[Al(OH)(H]O)[Al(H25102252362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：O2H]O)(H(OH)[Al]O)2[Al(OH)(H248222232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。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。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。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，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。二、混凝剂和助凝剂1.混凝剂要求混凝剂效果良好对人体健康无害价廉易得使用方便2.助凝剂三、影响混凝效果的主要因素1.水温2.pH3.水中杂质的成分、性质和浓度4.水力条件(1)无机盐类混凝剂铁盐和铝盐(2)高分子混凝剂有机和无机四、化学混凝的设备1.混凝剂的配制和投加设备(1)混凝剂的溶液和配制混凝剂在溶解池中进行溶解:搅拌加速药剂溶解机械搅拌压缩空气搅拌水泵搅拌药剂溶解完全后，将浓药液送入溶液池，用清水稀释到一定的浓度备用。溶液池的容积可按下式计算：cnAqcnAqW4171000100010024VV1溶解池的容积：12)3.0~2.0(WW式中:W1——溶液池容积，m3；qv——处理地水量，m3/h;A——混凝剂地最大投加量，mg/L;c——溶液浓度，％；n——每天配置次数，一般为2~6次。(2)混凝剂溶液的投加计量设备转子流量计电磁流量计投加方式泵前重力投加水射器投加2.混合设备(1)水泵混合(2)隔板混合(3)机械混合3.反应设备(1)隔板反应池利用水流断面上流速分布不均所造成的速度梯度，促进颗粒相互碰撞进行絮凝。为避免结成的絮凝体被打碎，隔板中的流速应逐渐减小。(2)机械反应池第二节中和法一、投加法常用药剂是石灰、电石渣、石灰石等，有时也采用苛性钠和碳酸钠。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10％左右，反应在池中进行。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。二、过滤法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。第三节化学沉淀法用易溶的化学药剂(可称沉淀剂)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害离子，阳离子如Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cr6+，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积(称溶度积Ks)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，而这两种离子的浓度将下降，需要去除的离子就与水分离。第四节氧化还原法一、加氯氧化CN-根电镀废水往往含有CN-,可加氯氧化为N2和CO2。二、电解法直流电通过电解质溶液时，在两个电极上引起的化学变化称电解。可用于处理含CrO42-、Hg的废水。三、置换法电动序中电位较高的金属能取代水溶液中电位较低的金属的离子，前者析出而后者溶入水中。