1、第三章 污水的化學處理法化學處理方法中和沉淀混凝氧化還原電解吸附離子交換氣浮3.1 中和含酸廢水和含堿廢水是兩種重要的工業廢液。酸性廢水無機酸(H2SO4、HNO3、HCl、H3PO4、HF等)，有機酸(如醋酸、甲酸、檸檬酸等)。堿性廢水中含堿性物質，(苛性堿、NaCO3、Na2S及胺類等)。酸性廢水的危害程度比堿性廢水要大。 廢酸液：酸含量3%-5%廢堿液：堿含量1%-3%回收酸含量3%-5%堿含量1%-3%中和我國污水綜合排放標準規定排放廢水的pH值應在6-9。 回收強酸性廢水pH10酸堿廢水以pH值表示可分為酸堿廢水中和法酸性廢水中和劑：石灰、石灰石、大理石、白云石、碳酸鈉、苛性堿、氧化

2、鎂等。 藥劑中和法酸堿廢水相互中和是一種既簡單又經濟的以廢治廢的處理方法。 堿性廢水中和劑：硫酸、鹽酸、硝酸等。常用的藥劑為工業硫酸，因為硫酸價格較低。 投藥酸性廢水混合反應沉淀池出水中和劑制備出渣污泥泵攪拌脫水或干化床酸性廢水投藥中和流程過濾中和：使廢水通過具有中和能力的濾料進行中和反應。適用：含硫酸濃度不大于2-3mg/L并生成易溶鹽的各種酸性廢水的中和處理。過濾中和法當廢水含大量懸浮物、油脂、重金屬鹽和其他毒物時，不宜采用。濾料：石灰石、白云石、大理石等3.2 化學沉淀 氫氧化物沉淀法 氫氧化物的沉淀與pH值有很大關系。用于處理含金屬離子的工業廢水 向工業廢水中投加某種化學物質，使它和其

3、中某些溶解物質產生反應，生成難溶鹽沉下來 Zn2+ + 2OH-Zn(OH)2Zn(OH)2 + 2OH-Zn(OH)42-pH9pH11廢水石灰乳混合池一級沉淀池鐵渣混合池石灰乳二級沉淀池出水銅渣礦山廢水處理工藝流程pH: 3.47pH: 7.5-8.5向水中投加BaCO3、BaCl、Ba(NO3)2、Ba(OH)2等沉淀劑，與廢水中的鉻酸根進行反應，生成難溶鹽鉻酸鋇沉淀，去除廢水中的六價鉻。鋇鹽沉淀法硫化物沉淀法向廢水中投加硫化物，與水中的金屬離子生成硫化物沉淀物，使金屬離子被去除。沉淀劑：硫化氫、硫化鈉、硫化鉀等。 處理費用較高，且硫化物不易沉淀，常需投加凝聚劑進行共沉，因此，本方法應用

4、得并不廣泛。 3.3 混凝 混凝：水中膠體粒子以及微小懸浮物的聚集過程稱為混凝，是凝聚和絮凝的總稱。凝聚：膠體失去穩定性的過程稱為凝聚。絮凝：脫穩膠體相互聚集稱為絮凝。混凝過程涉及：水中膠體的性質；混凝劑在水中的水解；膠體與混凝劑的相互作用。 混凝是通過向廢水中投加混凝劑，使細小懸浮顆粒和膠體微粒聚集成較粗大的顆粒而沉淀，得以與水分離，使廢水得到凈化。 優點：設備簡單，維護操作易于掌握，處理效果好，間歇或連續運行均可以。缺點：由于不斷向廢水中投藥，經常性運行費用較高，沉渣量大，且脫水較困難。廢水中膠體顆粒的穩定性廢水中的細小懸浮顆粒和膠體微粒分量很輕，尤其膠體微粒直徑為10-3-10-8mm。

5、受水分子熱運動的碰撞而作無規則的布朗運動；膠體微粒本身帶電，彼此之間存在靜電排斥力；許多水分子被吸引在膠體微粒周圍形成水化膜，阻止膠體微粒與帶相反電荷的離子中和。廢水中的細小懸浮顆粒和膠體微粒不易沉降，總保持著分散和穩定狀態 膠體結構 由膠核、吸附層及擴散層三部分組成 膠核+電位離子層+吸附層膠粒膠核+電位離子層+吸附層+擴散層膠團膠體帶電是由于吸附層和擴散層之間存在電位差，由于這個電位差是膠粒與液體作相對運動所產生的，所以稱為界面動電位，又稱電位。電位越高，帶電量越大，膠粒也就越穩定不易沉降。 向廢水中加入帶相反電荷的膠體產生電中和作用減小擴散層的厚度而降低電位電解質陽離子的化合價對降低電位

6、也有顯著作用，化合價越高效果越明顯電性中和：低分子電解質對膠體微粒產生電中和，以引起膠體微粒凝聚。 混凝機理(DLVO)Al2(SO4)32Al 3+ + 3SO42-Al 3+是高價陽離子，大大增加廢水中的陽離子濃度，在帶負電荷的膠體微粒吸引下， Al 3+ 由擴散層進入吸附層，使電位降低。Al 3+ + 3H2O=Al(OH)3(膠體) + 3H+Al(OH)3是帶電膠體，當pH8.2時，帶正電。Al(OH)3膠體有長的條形結構，表面積很大，活性較高，可吸附廢水中的懸浮顆粒，使呈分散狀態的顆粒形成網狀結構，成為更粗大的絮凝體而沉淀。吸附架橋不僅帶異性電荷的高分子物質與膠粒具有強烈吸附作用，

7、不帶電甚至帶有與膠粒同性電荷的高分子物質與膠粒也有吸附作用。當高分子鏈的一端吸附了某一膠粒后，另一端又吸附另一膠粒，形成膠粒-高分子-膠粒的絮凝體。高分子物質在這里起了膠粒與膠粒之間相互結合的橋梁作用，故稱吸附架橋作用。當高分子物質投量過多時，將產生膠體保護作用。 網捕或卷掃 當鋁鹽或鐵鹽混凝劑投量很大而形成大量氫氧化物沉淀時，可以網捕、卷掃水中膠粒以致產生沉淀分離，稱卷掃或網捕作用。這種作用，基本上是一種機械作用，所需混凝劑量與原水雜質含量成反比，即原水膠體雜質含量少時，所需混凝劑多，反之亦然。 鋁鹽混凝劑（鐵鹽類似）當pH小于3時，簡單水合鋁離子Al(H2O)63+可起壓縮膠體雙電層作用；

8、在pH=4.5-6.0范圍內（視混凝劑投量不同而異），主要是多核羥基配合物對負電荷膠體起電性中和作用，凝聚體比較密實；在pH=7-7.5范圍內，電中性氫氧化鋁聚合物Al(OH)3n可起吸附架橋作用，同時也存在某些羥基配合物的電性中和作用。陽離子型高分子混凝劑可對負電荷膠粒起電性中和與吸附架橋雙重作用，絮凝體一般比較密實。非離子型和陰離子型高分子混凝劑只能起吸附架橋作用。當高分子物質投量過多時，也產生膠體保護作用使顆粒重新懸浮。高分子混凝劑 混凝劑和助凝劑混凝劑：能夠使水中的膠體微粒相互黏結和聚結的物質，它具有破壞膠體穩定性和促進膠體絮凝的功能。混凝劑：無機類和有機類。 常用的混凝劑常用的混凝劑

9、是鋁鹽和鐵鹽。鋁鹽主要有硫酸鋁、明礬、鋁酸鈉、三氯化鋁及堿式氯化鋁。鐵鹽主要有硫酸亞鐵、硫酸鐵及三氯化鐵。近年來，高分子混凝劑有很大發展，一般聚合物相對分子質量都很高，絮凝能力很強。如聚丙烯酰胺等，具有投量少、絮凝劑沉淀速度大等優點，目前應用較普遍。 提高絮凝體的強度，增加其重量，促進沉降，且使污泥有較好的脫水性能，或用于調整pH值，破壞對混凝作用有干擾的物質。 助凝劑調節或改善混凝條件的助凝劑，如CaO、Ca(OH)2、Na2CO3、NaHCO3等堿性物質，用來調整pH值，以達到混凝劑使用的最佳pH值。用Cl2作氧化劑，可以去除有機物對混凝劑的干擾，并將Fe2+氧化為Fe3+，還有MgO等。

10、改善絮凝體結構的高分子助凝劑，如聚丙烯酰胺，活性硅酸、活性炭，各種黏土等。要求：混凝效果好；用量少、效率高對人體無危害；使用方便；貨源充足，價格低廉。混凝劑和助凝劑的選擇 硫酸鋁 Al2(SO4)3K2SO42H2O無毒、價格便宜，使用方便，用它處理后的水不帶色，用于脫除濁度、色度和懸浮物，但絮凝體較輕，適用于水溫20-40度，pH值范圍5.7-7.8。聚合氯化鋁 三氯化鐵 硫酸亞鐵 聚合鐵 聚丙烯酰胺 活化硅酸 骨膠 混凝效果的影響因素廢水性質的影響 ：廢水的膠體雜質濃度、pH值、水溫及共存雜質； 混凝劑的影響 ：無機金屬鹽混凝劑、高分子絮凝劑； 攪拌的影響 ：攪拌的目的是幫助混合反應、凝聚

11、和絮凝，攪拌的速度和時間對混凝效果都有較大的影響。 混凝劑助凝劑廢水急速攪拌（混合）緩慢攪拌（反應）沉淀出水沉渣混凝裝置與工藝過程 混凝沉淀示意流程 混凝沉淀處理流程包括投藥、混合、反應及沉淀分離幾個部分。 反應池內水流特點是變速由大到小，在較大的反應流速時，使水中的膠體顆粒發生碰撞吸附，在較小的反應流速時，使碰撞吸附后的顆粒結成更大的絮凝體。 反應池的形式有隔板反應池、渦流式反應池等。 反應池 是用于混凝處理的一種設備。在澄清池內，可以同時完成混合、反應、沉淀分離等過程。澄清池優點:占地面積小，處理效果好，生產效率高，節省藥劑用量。缺點:對進水水質要求嚴格，設備結構復雜。3.4 氧化還原 常

12、用的氧化劑：空氣中的氧、純氧、臭氧、氯氣、漂白粉、次氯酸鈉、三氯化鐵等；常用的還原劑：硫酸亞鐵、亞硫酸鹽、氯化亞鐵、鐵屑、鋅粉、二氧化硫、硼氫化鈉等 利用溶解于廢水中的有毒有害物質，在氧化還原反應中能被氧化或還原的性質，把它轉化為無毒無害的新物質，這種方法稱為氧化還原法。 空氣氧化臭氧氧化 氯氧化 光氧化法 焚燒 金屬還原法 藥劑還原法 3.4.1空氣氧化：利用空氣中的氧氣氧化廢水中的有機物和還原性物質的一種處理方法。將空氣吹入廢水中，有時為了提高氧化效果，氧化要在高溫高壓下進行，或使用催化劑。空氣氧化能力較弱，主要用于含還原性較強物質的廢水處理，如硫化氫、硫醇、硫的鈉鹽和銨鹽NaHS、Na2

13、S、(NH4)2S等。向廢水中注入空氣或蒸汽時，硫化物能被氧化成無毒或微毒的硫代硫酸鹽或硫酸鹽。 臭氧是一種強氧化劑，其氧化能力僅次于氟，比氧、氯及高錳酸鹽等常用的氧化劑都高。臭氧具有強腐蝕性，除金和鉑外，臭氧化空氣幾乎對所有金屬都有腐蝕作用。臭氧對非金屬材料也有強烈的腐蝕作用。因此，與之接觸的設備，管路均采用耐腐蝕材料或防腐處理。 3.4.2 臭氧氧化 臭氧的氧化能力強，約為氯的氧化能力的2倍，使一些比較復雜的氧化反應能夠進行。反應速度快，反應時間短，設備尺寸小，設備費用低。臭氧制取只需空氣或氧和電力，不需要原料的貯存和運輸。優點臭氧在水中很快分解為氧，不會造成二次污染，只增加水中溶解氧。臭

14、氧的氧化或部分氧化產物的毒性較低，與用氯氧化含酚廢水相比，它不會產生氯酚的氣味。操作管理簡便，處理成本高，因此臭氧氧化主要應用于廢水的深度處理。3.4.3 氯氧化 氯是最為普遍使用的氧化劑，而且氧化能力較強，可以氧化處理廢水中的酚類、醛類、醇類以及洗滌劑、油類、氰化物等，還有脫色、除臭、殺菌等作用。在化學工業方面，它主要用于處理含氰、含酚、含硫化物的廢水和染料廢水。常用的藥劑：漂白粉、漂白精、液氯、次氯酸和次氯酸鈉等。工業上最常用：漂白粉CaCl(OCl)、漂白精Ca(OCl)2、液氯。 CaCl(OCl)Ca2+ + Cl- + OCl-Ca(OCl)2Ca2+ + 2OCl-Cl2 + H

15、2O = H+ + Cl- + HOClHOCl = H+ + OCl-HOCl和OCl-具有很強的氧化能力NaCN + 2NaOH + Cl2 NaCNO2NaCl + H2O2NaCNO + 4NaOH + 2Cl2 2CO2 + 6NaCl + N2 + 2H2O利用光和氧化劑產生很強的氧化作用來氧化分解廢水中有機物或無機物的方法。氧化劑:臭氧、氯、次氯酸鹽、過氧化氫及空氣催化劑等。在一般情況下，光源多為紫外光，但它對不同的污染物有一定的差異，有時某些特定波長的光對某些物質比較有效。光對污染物的氧化分解起催化劑的作用。3.4.4 光氧化法Cl2 + H2O = HOCl + HCl HO

16、ClHCl + OHC + OH2O + CO23.4.5 金屬還原法 金屬還原法是以固體金屬為還原劑，用于還原廢水中的污染物，特別是汞、鎘、鉻等重金屬離子。如含汞廢水可以用鐵、鋅、銅、錳、鎂等金屬作為還原劑，把廢水中的汞離子置換出來，其中效果較好、應用較多的是鐵和鋅。 3.4.6 藥劑還原法 藥劑還原法是采用一些化學藥劑作為還原劑，把有毒物轉變成低毒或無毒物質，并進一步將污染物去除，使廢水得到凈化。常用的還原劑有亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、焦亞硫酸鈉、硫代硫酸鈉、硫酸亞鐵、二氧化硫、水合肼、鐵屑、鐵粉等。 3.4.7 高級氧化新技術 濕式氧化在高溫（150-350度）高壓（0.5-20Mpa）操作

17、條件下，在液相中，用氧氣或空氣作為氧化劑，氧化水中呈溶解態或懸浮態的有機物或還原態的無機物的一種處理方法，最終產物是二氧化碳和水。 步驟：空氣中的氧從氣相向液相的傳質過程。溶解氧與基質之間的化學反應。若傳質過程影響整體反應速率，可以通過加強攪拌來消除。 主要設備是反應塔，屬于高溫高壓設備 濕式氧化法已廣泛應用于煉焦、化工、石油、輕工等廢水處理上，如有機農藥、染料、合成纖維、還原性無機物（如CN-、SCN-、S2-等）以及難于生物降解的高濃度廢水的處理。 溫度：操作溫度通常控制在150-280度。 壓力 ：反應時間 ：采用提高反應溫度或投加催化劑 廢水性質 ：氧在有機物中所占比例越少，其氧化性越

18、強；碳在有機物中所占比例越大，其氧化越容易 影響因素Fenton試劑及類Fenton試劑氧化法 Fenton試劑由亞鐵鹽和過氧化氫組成，當pH值足夠低時，在Fe2+的催化作用下，過氧化氫就會分解出OH，從而引發一系列的鏈反應。其中OH的產生為鏈的開始：Fe2+ + H2O2Fe3+ + OH + OH- 優點：過氧化氫分解速度快、氧化速率高、操作簡單、容易實現等。 OH + Fe2+ Fe3+ + OH-OH + H2O2HO2 + H2OFe3+ + H2O2Fe2+ + HO2+ H+HO2+Fe3+Fe2+ + O2+ H+Fenton試劑及類Fenton試劑氧化法 H2O2 + UV系

19、統： H2O2 + hv2OHOH+ H2O2 OOH+ H2OOOH+ H2O2 OH+ H2O + O2H2O2 + Fe2+ + UV(UV/Fenton)系統H2O2 + Fe2+ + O2、 H2O2 + UV + O2、 H2O2 + Fe2+ + UV + O2電Fenton法超臨界水氧化技術(SCWO) 22.1MPa，374以上時，水超臨界狀態當把處于汽液平衡的物質升溫升壓時，熱膨脹引起液體密度減少，而壓力的升高又使汽液兩相的相界面消失，成為一均相體系，這一點即為臨界點。當物質的溫度、壓力分別高于臨界溫度和臨界壓力時就處于超臨界狀態。 在超臨界狀態下，流體的物理性質處于氣體和

20、液體之間，既具有與氣體相當的擴散系數和較低的黏度，又具有與液體相近的密度和對物質良好的溶解能力。 超臨界流體是存在于氣、液這兩種流體狀態以外的第三流體。 溶質普通水超臨界水無機物大部分易溶微溶或不溶有機物大部分微溶或不溶易溶氣體大部分微溶或不溶易溶超臨界水與普通水溶解能力對比超臨界水的性質原理：利用超臨界水作為介質來氧化分解有機物。在超臨界水氧化過程中，由于超臨界水對有機物和氧氣都是極好的溶劑，因此有機物的氧化可以在富氧的均一相中進行，反應不會因相間轉移而受限制。同時，高的反應溫度（溫度范圍為400-600oC）也使反應速度加快，可以在幾秒鐘內對有機物達到很高的破壞效率。 有機化合物 + O2

21、CO2 + H2O有機化合物中的雜原子酸、鹽、氧化物酸 + NaOH無機鹽超臨界水氧化反應完全徹底。有機碳CO2，氫水，鹵素原子鹵化物的離子，硫和磷分別轉化為硫酸鹽和磷酸鹽，氮轉化為硝酸根和亞硝酸根離子或氮氣。同時，超臨界水氧化在某種程度上與簡單的燃燒過程相似，在氧化過程中釋放出大量的熱，一旦開始，反應可以自己維持，無需外界能量。 應用：硝基苯、尿素、氰化物、酚類、乙酸和氨 效率高，處理徹底，有機物能完全被氧化成二氧化碳、水、氮氣以及鹽類等無毒的小分子化合物，有毒物質的清除率達99.99%以上;反應速率快，反應器結構簡潔，體積小；適用范圍廣，適用于各種有毒物質的處理；不形成二次污染，產物清潔不

22、需進一步處理，無機鹽可從水中分離出來，處理后的廢水可完全回收利用；當有機物含量超過2%時，就可以依靠反應過程中自身氧化放熱來維持反應所需的溫度，不需要額外供給熱量，如果濃度更高，則放出更多的氧化熱，這部分熱能可以回收。特點電解處理法是指應用電解的基本原理，使廢水中有害物質通過電解過程在陽-陰兩極上分別發生氧化和還原反應轉化成為無害物質，以實現廢水凈化的方法。電解法是氧化還原、分解、混凝沉淀綜合在一起的處理方法。該方法適用于含油、氰、酚、重金屬離子等廢水及廢水的脫色處理等。3.5 電解 電解過程的特點是利用電能變成化學能以進行化學處理。一般在常溫、常壓條件下進行。電極表面處理過程 廢水中的溶解性

23、污染物通過陽極氧化或陰極還原后，生成不可溶的沉淀物或從有毒的化合物變成無毒的物質。 CN- + 2OH- -2eCNO- + H2OCNO- + 2H2O NH4+ + CO32-2CNO- + 4OH- -6e2CO2+N2 + 2H2O含氰廢水在堿性條件下進入電解槽電解，在石墨陽極上發生電解氧化反應 電凝聚處理過程鐵或鋁制金屬陽極由于電解反應，形成氫氧化鐵或氫氧化鋁等不溶于水的金屬氫氧化物活性凝聚體。Fe-2eFe2+Fe2+ + 2OH-Fe(OH)2氫氧化亞鐵對廢水中的污染物進行混合凝聚，使廢水得到凈化。電解浮選過程 采用由不溶性材料組成的陰、陽電極對廢水進行電解。當電壓達到水的分解電

24、壓時，產生的初生態氧和氫對污染物能起氧化或還原作用，同時，在陽極處產生的氧氣泡和陰極處產生的氫氣泡吸附廢水中的絮凝物，發生上浮過程，使污染物得以去除。 2H2O 2H+ + 2OH-2H+ +2e 2H H22OH- H2O + 1/2 O2 + 2e電解氧化還原過程 利用電極在電解過程中生成氧化或還原產物，與廢水中的污染物發生化學反應，產生沉淀物以去除之。 如利用鐵板陽極對含六價鉻的化合物的廢水進行處理時，鐵板陽極在電解過程中產生亞鐵離子，亞鐵離子作為強還原劑，可將廢水中的六價鉻離子還原為三價鉻離子。 Fe-2eFe2+6Fe2+ + Cr2O72- + 14H+ 2Cr3+ + 6Fe3+

25、 + 7H2O3Fe2+ + CrO42- + 8H+ Cr3+ + 3Fe3+ + 4H2O同時在陰極上，除氫離子放電生成氫氣外，六價鉻離子直接還原為三價鉻離子。2H+ +2eH2Cr2O72- + 6e + 14H+ 2Cr3+ + 7H2OCrO42- + 3e + 8H+ Cr3+ + 4H2O隨著電解過程的進行，大量氫離子被消耗，使廢水中剩下大量氫氧根離子，生成氫氧化鉻等沉淀物。Cr3+ + 3OH- Cr(OH)3電解過程影響因素 電極材料：電極材料的選用甚為重要，選擇不當能使電解效率降低，電能消耗增加。常用的電極材料有鐵、鋁、石墨、碳等。作為電浮選用的陽極可采用氧化鈦、氧化鉛等。

26、電凝聚用溶解性陽極常選用鐵。 槽電壓 ：電能消耗與電壓有關，槽電壓取決于廢水的電阻率和極板間距。一般廢水電阻率控制在1200cm以下，對于導電性能差的廢水要投加食鹽，以改善其導電性能。投加食鹽后，電壓降低，使電能消耗減少。電流密度：單位極板面積上通過的電流數量，所需的陽極電流密度隨廢水濃度而異。廢水中污染物濃度大時，可適當提高電流密度；廢水中污染物濃度小時，可適當降低電流密度。當廢水濃度一定時，電流密度越大，則電壓越高，處理速度加快，但電能耗量增加。電流密度過大，電壓過高，將影響電極使用壽命。電流密度小時，電壓降低，電耗量減少，但處理速度緩慢，所需電解槽容積增大。適宜的電流密度由試驗確定，選擇

27、化學需氧量去除率高而耗電量低的點作為運轉控制的指標。 pH值：廢水的pH值對于電解過程操作很重要。含鉻廢水電解處理時，pH值低，則處理速度快，電耗少，這是因為廢水被強烈酸化可促使陰極保持經常活化狀態，而且由于強酸的作用，電極發生較劇烈的化學溶解，縮短了六價鉻還原為三價鉻所需的時間。但pH值低，不利于三價鉻的沉淀。因此，需要控制合適的pH值范圍（4-6.5）。含氰廢水電解處理則要求在堿性條件下進行，以防止有毒氣體氰化氫的揮發。氰離子濃度越高，要求pH值越大。在采用電凝聚過程時，要使金屬陽極溶解，產生活性凝聚體，需控制進水pH值在5-6.進水pH值過高易使陽極發生鈍化，放電不均勻，并停止金屬溶解過

28、程。 攪拌作用：攪拌的作用是促進離子對流與擴散，減少電極附近濃差極化現象，并能起清潔電極表面的作用，防止沉淀物在電解槽中沉降。 電解槽 回流式電極板與進水方向垂直，水流沿著極板往返流動，因此水流路線長，接觸時間長，死角少，離子擴散與對流能力好，電解槽的利用率高，陽極鈍化現象也較為緩慢，但更換極板比較困難。 翻騰式 槽內水流方向與極板面平行，水流沿著隔板作上下翻騰流動。這種形式電極板利用率高，排空清洗、更換極板都很方便。 回轉式當作為電解凝聚處理或具有凝聚作用時，采用回轉式電解槽，將廢鐵屑或鋁屑加入聚氯乙烯槽框中，并插入石墨棒作陽極，中心的鐵管作陰極。在兩極上施加直流電壓，進行電解。送電后，陽極

29、旋轉，廢水流動狀態好，易于排出浮渣。另外由于攪拌作用，促進了凝聚體的凝聚。這種電解槽特點是利用廢鐵屑處理廢水，以廢治廢，缺點是電極結構復雜，耗電量大。 極板間距應適當，一般約為30-40mm，過大則電壓要求高，電耗大；過小不僅安裝不便，而且極板材料耗量高，所以極板間距應綜合考慮多種因素確定。極板間距3.6 吸附 吸附是指利用多孔性固體吸附廢水中某種或幾種污染物，以回收或去除某些污染物，從而使廢水得到凈化的方法。過程：（接觸）吸附、分離、再生吸附：用吸附劑將污水中的吸附質吸附分離：吸附劑與污水分離再生：吸附在吸附劑上的吸附質從吸附劑上去除吸附類型吸附性能物理吸附化學吸附作用力范德華力剩余化學鍵力

30、 選擇性無選擇性有選擇性形成吸附層單分子或多分子只形成單分子吸附速度快較慢溫度放熱，低溫有利于吸附溫度升高，吸附速度增加可逆性較易解吸化學價鍵力大時，吸附不可逆吸附劑比表面積大；再生容易；性能穩定（耐磨損、氧化、酸堿、腐蝕）；便宜、易得吸附劑：活性炭、磺化煤、活化煤、沸石、活性白土、硅藻土。腐殖質酸、焦炭、木炭、木屑等。活性炭是一種非極性吸附劑，是由含炭為主的物質作原料，經高溫炭化和活化制得的疏水性吸附劑。外觀為暗黑色，有粒狀和粉狀兩種，目前工業上大量采用的是粒狀活性炭。活性炭主要成分除碳以外，還含有少量的氧、氫、硫等元素，以及水分、灰分。它具有良好的吸附性能和穩定的化學性質，可以耐強酸、強堿

31、，能經受水浸、高溫、高壓作用，不易破碎。活性炭 活性炭是目前廢水處理中普遍采用的吸附劑，已用于煉油、含酚印染、氯丁橡膠、腈綸、三硝基甲苯等廢水處理以及城市污水的深度處理。吸附等溫線與吸附速度吸附平衡與吸附容量 如果吸附過程是可逆的，當廢水和吸附劑充分接觸后，一方面吸附質被吸附劑吸附，另一方面一部分已被吸附的吸附質由于熱運動的結果，能夠脫離吸附劑的表面，又回到液相中去。前者稱為吸附過程，后者稱為解吸過程。當吸附速度和解吸速度相等時，即單位時間內吸附的數量等于解吸數量時，則吸附質在液相中的濃度和吸附劑表面上的濃度都不再改變而達到吸附平衡。此時，吸附質在液相中的濃度稱為平衡濃度。 吸附能力用吸附容量

32、與吸附速度等特性來表示。1、吸附平衡：當吸附質在溶液中的濃度和在吸附劑表面上的濃度不再變化，即吸附速度=解吸速度時，達到吸附平衡。2、吸附容量：單位重量吸附劑所吸附的吸附質的重量，q（g/g）溫度一定時，q隨C的增加而增加，q與C的關系用曲線表示吸附等溫線；吸附等溫線吸附速度是指單位質量的吸附劑在單位時間內所吸附的物質量。吸附速度決定了廢水和吸附劑的接觸時間。吸附速度越快，接觸時間越短，所需的吸附設備的容積也就越小。 吸附速度吸附過程顆粒外部擴散階段顆粒內部擴散階段吸附反應階段吸附劑表面存在著一層固定的溶劑薄膜，吸附質必須先通過這層薄膜才能到達吸附劑表面吸附質向吸附劑孔隙深處擴散吸附質被吸附在

33、吸附劑細孔（或中孔）內表面上在一般情況下，由于第三階段進行的吸附反應速度很快，因此，吸附速度主要由液膜內的擴散速度和顆粒內的擴散速度所控制。通常，吸附開始階段是液膜內的遷移速度起決定作用，而在終了階段由顆粒內的擴散速度起決定作用。 1.吸附劑的性質：吸附劑的種類、顆粒大小、比表面積，顆粒的細孔構造與分布、吸附劑是否是極性分子等。2.吸附質的性質：溶解度：越低越容易吸附。表面自由能：能降低液體表面自由能的吸附質，容易被吸附。極性 吸附質分子大小和不飽和度 ：相對分子質量過大會影響擴散速度吸附質濃度 吸附的影響因素3.廢水的PH值 活性炭一般在酸性溶液中比在堿性溶液中吸附效果較好。4.共存物質：對

34、于物理吸附，共存多種物質時的吸附比單一物質時的吸附要差。5.溫度：對于物理吸附，T高則不利，吸附量減少。6.接觸時間：應保證吸附達到平衡時的時間，而該時間的大小取決于吸附速度V，V大則所需時間短。吸附操作方式靜態吸附：在廢水不流動的條件下，把一定量的吸附劑投加入預處理的廢水中，不斷地進行攪拌，達到吸附平衡后，再用沉淀或過濾的方法使廢水與吸附劑分開。可單級、多級吸附，操作麻煩設備：池、桶動態吸附：廢水在流動的條件下，進行吸附操作。吸附設備：固定床、移動床、流化床當廢水連續通過填充吸附劑的設備時，廢水中的吸附質被吸附。吸附劑飽和后，停止通水，再生完成后再開始運行。在吸附過程中，吸附劑在操作過程中是

35、固定的。常用設備有吸附塔、吸附池。吸附塔的運行方式有升流式（控制困難）、降流式（出水水質好，易堵塞）。工程中可單床工作，也可多床串聯、并聯工作。固定床移動床 原水從吸附塔底部流入和吸附劑進行逆流接觸，處理后的水從塔頂流出，再生后的吸附劑從塔頂加入，接近吸附飽和的吸附劑從塔底間歇地排出。 流動床 吸附劑在塔中處于膨脹狀態，塔中吸附劑與廢水逆向連續流動。流動床是一種較為先進的床型。與固定床相比，可使用小顆粒的吸附劑，吸附劑一次投量較少，不需反洗，設備小，生產能力大，預處理要求低。但運轉中操作要求高，不易控制，同時對吸附劑的機械強度要求高。目前應用較少。 吸附容量的利用 采用多床串聯 將幾個柱子串聯

36、操作，當最前面的柱子接近飽和，停止向這個柱子進水，進行再生，將備用柱串聯在最后面，從第二個柱子進水，依次類推。這樣進行再生的吸附柱中的吸附劑都是接近飽和的。采用升流式移動床 廢水自下而上流過填充層，最底層的吸附劑先飽和。如果每隔一定時間從底部卸出一部分飽和的吸附劑，同時在頂部加入等量的新的或再生后的吸附劑，這樣從底部排出的吸附劑都是接近飽和的，從而能夠充分地利用吸附劑的吸附容量。吸附劑的解吸再生 解吸再生：在吸附劑結構不發生或者稍微發生變化的情況下將被吸附的物質由吸附劑的表面去除，以恢復其吸附性能。所以解吸再生的吸附的逆過程。 解吸再生方法：加熱再生法化學氧化再生法：濕式氧化、電解氧化、臭氧氧

37、化藥劑再生法：無機酸或堿、有機溶劑（苯、丙酮）生物法：微生物將被吸附的有機物氧化分解吸附法在污水處理中的應用 吸附法除汞吸附法處理的主要對象是廢水中用生化法難以降解的有機物或一般氧化法難以氧化的溶解性有機物。這些難分解的有機物包括木質素、氯或硝基取代的芳烴化合物、雜環化合物、洗滌劑合成染料、殺蟲劑、DDT等。 對某些金屬及其他化合物有很強的吸附能力。如對銻、鉍、錫、汞、鈷、鎳、六價鉻等都有良好的吸附能力。 3.7 離子交換 離子交換法是一種借助于離子交換劑上的離子和廢水中的離子進行交換反應而除去廢水中有害離子的方法。離子交換過程是一種特殊吸附過程，所以在許多方面都與吸附過程類似。但與吸附比較，

38、離子交換過程的特點在于：它主要吸附水中的離子化物質，并進行等當量的離子交換。在廢水處理中，離子交換主要用于回收和去除廢水中金、銀、銅、鎘、鉻、鋅等金屬離子，對于凈化放射性廢水及有機廢水也有應用。離子的去除效率高設備較簡單操作容易控制優點應用范圍還受到離子交換劑品種、產量、成本的限制對廢水的預處理要求較高離子交換劑的再生及再生液的處理有時也是一個難以解決的問題在應用中存在的問題離子交換劑：凡具有離子交換能力的物質都可稱為離子交換劑。1、分類：可分為無機離子交換劑和有機離子交換劑兩類。（1）無機離子交換劑：如天然沸石和人造沸石等，交換能力低，少用。（2）有機離子交換劑：是一種高分子聚合物電解質，稱

39、為離子交換樹脂。具有不溶、耐熱、機械強度高、交換容量大等優點，使用廣泛。離子交換劑離子交換樹脂是一類具有離子交換特性的有機高分子聚合電解質，是一種疏松的具有多孔結構的固體球形顆粒，粒徑一般為0.3-1.2mm，不溶于水也不溶于電解質溶液，其結構可分為不溶性的樹脂本體和具有活性的交換基團（也叫活性基團）兩部分。樹脂本體為有機化合物和交聯劑組成的高分子共聚物。交聯劑的作用為使樹脂本體形成立體的網狀結構。交換基團由起交換作用的離子和與樹脂本體聯結的離子組成。 離子交換樹脂離子交換樹脂按活性基團中酸堿的強弱分為以下四種。強酸性陽離子交換樹脂，-SO3H；弱酸性陽離子交換樹脂，-COOH；強堿性陰離子交

40、換樹脂，NOH；弱堿性陰離子交換樹脂，-NH3OH，=NH2OH，NHOH（未水化時分解為：-NH2，=NH，N）。離子交換樹脂的性能指標 離子交換容量 交換容量是樹脂交換能力大小的標準，可以用質量法和容積法兩種方法表示。質量法是指單位質量的干樹脂中離子交換基團的數量，用mmol/g樹脂或mol/g樹脂來表示。容積法是指單位體積的濕樹脂中離子交換基團的數量，用mmol/L樹脂或mol/m3樹脂來表示。由于樹脂一般在濕態下使用，因此常用的是容積法。 離子交換容量有以下幾種：全交換容量，工作交換容量，有效交換容量。 含水率 由于離子交換樹脂的親水性，因此它總會有一定數量的水化水（或稱化合水分），稱

41、為含水率。含水率通常以每克濕樹脂（去除表面水分后）所含水分百分數來表示（一般在5%左右），也可折算成相當于每克干樹脂的百分數表示。 相對密度 干真相對密度、濕真相對密度和視相對密度。 溶脹性 耐熱性 化學穩定性 離子交換基本理論 交換離子從溶液中擴散到樹脂顆粒表面。交換離子在樹脂顆粒內部擴散。交換離子與結合在樹脂活性基團上的可交換離子發生交換反應。被交換下來的離子在樹脂顆粒內部擴散。被交換下來的離子在溶液中擴散。實際上離子交換反應的速度是很快的，離子交換的總速度取決于擴散速度。當離子交換樹脂的吸附達到飽和時，通入某種高濃度電解質溶液，將被吸附的離子交換下來，使樹脂得到再生。 離子交換樹脂的選擇

42、性 交換能力大小主要取決于各種離子對該種樹脂的親和力（選擇性） 強酸性陽離子交換樹脂：Fe3+Cr3+Al3+Ca2+Mg 2+K+=NH4+Na+H+Li+。弱酸性陽離子交換樹脂：H+Fe3+Cr3+Al3+Ca2+Mg 2+K+=NH4+Na+Li+。強堿性陰離子交換樹脂的選擇性順序為：Cr2O72-SO42-CrO42-NO3-Cl-OH-F-HCO3-HSiO3-。弱堿性陰離子樹脂的選擇性順序為：OH-Cr2O72-SO42-CrO42-NO3-Cl-HCO3-螯合樹脂的選擇性順序與樹脂種類有關。螯合樹脂在化學性質方面與弱酸陽離子樹脂相似，但比弱酸樹脂對重金屬的選擇性高。螯合樹脂通常為

43、Na型，樹脂內金屬離子與樹脂的活性基團相螯合。典型的螯合樹脂為亞氨基醋酸型，它與金屬反應如下：亞氨基醋酸型螯合樹脂的選擇性順序為：HgCrNiMnCaMgNa。 廢水水質對離子交換樹脂交換能力的影響 （1）懸浮物和油脂 ：堵塞樹脂孔隙，包住樹脂顆粒。（2）有機物：某些高分子有機物與樹脂活性基團的結合力太大，難再生，降低樹脂的再生率和交換能力（3）高價金屬離子：Fe3+、Al3+、Cr3+等高價金屬離子引起樹脂中毒（4）pH值（5）水溫 （6）氧化劑 ：樹脂氧化分解、老化離子交換方式與設備 離子交換方式可分為靜態交換與動態交換兩種。靜態交換是將廢水與交換劑同置于一耐腐蝕的容器內，使它們充分接觸（

44、可進行不斷地攪動）直至交換反應達到平衡狀態。此法適用于平衡良好的交換反應。動態交換是指廢水與樹脂發生相對移動，它又有塔式（柱式）與連續式之分。目前，在離子交換系統中多采用柱式交換法。 柱式交換法 單床離子交換器：使用一種樹脂的單床結構。多床離子交換器：使用一種樹脂，由兩個以上交換器組成的離子交換系統。復床離子交換器：使用兩種樹脂的兩個交換器的串聯系統。混合床離子交換器：同一交換器內填裝陰陽兩種樹脂。聯合床離子交換器：將復床與混合床聯合使用。 特點：交換、再生、清洗等操作在裝置的不同部分同時進行，耗竭的樹脂連續進入再生柱，新生的樹脂同時又連續進入交換柱。該法進行交換所需樹脂量比柱式少，樹脂利用率

45、高，連續運行，效率高，但設備較復雜，樹脂磨損大。連續式交換法使用的設備有移動床和流動床。 連續式交換法離子交換樹脂的再生 再生的操作運行包括反洗（反沖或逆洗）、再生、正洗三個過程。反洗是在離子交換樹脂失效后，逆向通入沖洗水和空氣，以松動樹脂層和達到清洗樹脂層內的雜物或分離陰、陽離子樹脂（對于混合床）的目的。經反洗后，便可進行再生。在單床和復合床情況下，將再生劑以一定流速流經各自交換柱內的樹脂層進行再生。對于混合床，則有柱內、柱外再生及陰離子交換樹脂外移再生三種方法，具體運用應視具體情況而定。混合床再生前必須使樹脂先分層，通常用水力反洗分層法，即借助于水力使樹脂懸浮，利用陰陽離子交換樹脂的相對密

46、度及膨脹率不同因而沉降速度不同而達到分層目的。由于陽離子交換樹脂的相對密度總比陰離子交換樹脂大，因此上層總是陰離子交換樹脂，下層總是陽離子交換樹脂，并有明顯的分界面。分層后自上部注入再生液經陰離子交換樹脂層流出，下部注入再生液經陽離子交換樹脂層流出，各自獲得再生。顯然再生后還必須用水正洗，洗出樹脂中殘余再生劑及再生反應物。有時再生后樹脂類型與使用所需樹脂型式不同，還需轉型。 再生劑的選擇 陽離子交換樹脂的再生劑：HCl、H2SO4等，陰離子交換樹脂的再生劑：NaOH、Na2CO3、NaHCO3等。強酸性陽離子交換樹脂可用HCl或H2SO4等強酸及NaCl、Na2SO4；弱酸性陽離子交換樹脂可以

47、用HCl、H2SO4等；強堿性陰離子交換樹脂可用NaOH等類強堿及NaCl；弱堿性陰離子交換樹脂可以用NaOH、Na2CO3、NaHCO3等。順流再生與逆流再生 再生階段液流方向和交換時水流方向相同稱為順流再生。反之為逆流再生。順流再生優點是：設備簡單，操作方便，工作可靠。缺點是：再生劑用量多，獲得的交換容量低，出水水質差。逆流再生時，再生劑耗量少，交換劑獲得的工作容量大而且能保證出水質量，但逆流再生的設備較復雜，操作控制較嚴格。3.8 氣浮氣浮處理法：向廢水中通入空氣，并以微小氣泡形式從水中析出成為載體，使廢水中的乳化油、微小懸浮顆粒等污染物黏附在氣泡上，隨氣泡一起上浮到水面，形成泡沫-氣、

48、水、顆粒（油）三相混合體，通過收集泡沫或浮渣達到分離雜質、凈化廢水的目的。氣浮法主要用來處理廢水中靠自然沉降或上浮難以去除的乳化油或相對密度近于1的微小懸浮顆粒。固體顆粒的潤濕接觸角()：水、氣表面張力1,2與水、固表面張力1,3的夾角氣浮法進行固液分離的前提條件是固體顆粒具有疏水性表面，即被氣浮的顆粒應能較穩定地吸附在氣泡上隨氣泡上浮。 為提高氣浮法的固液分離效率，往往采取措施改變固體顆粒的表面特性，使親水性顆粒轉變成為疏水性顆粒，增加廢水中懸浮顆粒的可浮性需向廢水中投加各種化學藥劑，這種化學藥劑稱為氣浮劑 。氣浮劑：捕收劑、起泡劑、調整劑含有親水性（極性）及疏水性（非極性）基團的有機物，如

49、硬脂酸、脂肪酸及其鹽類、胺類等。 親水性基團能夠選擇性地吸附在懸浮顆粒的表面上，而疏水性基團朝外，這樣，親水性的顆粒表面就轉化成為疏水性的表面而黏附在空氣泡上。因此，硬脂酸能降低顆粒表面的潤濕性，增加懸浮顆粒的可浮性指標，提高它黏附在氣泡表面的能力。 捕收劑起泡劑 氣浮過程浮起大量懸浮顆粒或絮體，需要大量的氣-液界面，即大量氣泡。起泡劑的作用機理主要是降低液體表面自由能，使產生大量微細且均勻的氣泡，防止氣泡相互兼并，造成相當穩定的泡沫。起泡劑的作用是作用在氣-液界面上，用以分散空氣，形成穩定的氣泡。在一定程度上，由于起泡劑與捕收劑分子間的共吸附和相互作用，而加速顆粒在氣泡上的附著。必須指出，起

50、泡劑降低氣-液界面自由能，也同時降低了可浮性指標，對氣浮不利。因此，起泡劑的用量不可過多。起泡劑大多是含有親水性和疏水性基團的表面活性劑。根據其成分可分為萜烯類化合物、甲酚酸、重吡啶、脂肪醇類、合成洗滌劑等。 調整劑 微粒提高氣浮過程的選擇性，加強捕收劑的作用并改善氣浮條件，在氣浮過程中常使用調整劑。抑制劑活化劑 介質調整劑氣浮法廣泛應用于含油廢水處理。含油廢水經隔油池處理，只能去除顆粒大于30-50m的油珠。小于這個粒徑的油珠具有很大的穩定性，不易合并變大迅速上浮，稱為乳化油。乳化油易黏附于氣泡，增加其上浮速度，例如粒徑為1.5m的油珠，上浮數度不大于0.001mm/s，黏附在氣泡上后，上浮速度可達0.9mm/s，即上浮速度增加900倍。因此，在含油廢水處理中常把氣浮處理置于隔油池的后面，作為進一步去除乳化油的措施。 廢水處理中采用的氣浮法，按水中氣泡產生的方法可分為散氣氣浮法、溶氣氣浮法和電解氣浮法三類。 氣浮方法及設備 散氣氣浮法 利用機械剪切力，將混合于水中的空氣粉碎成細小的氣泡，以進行氣浮的方法。按粉碎氣泡方法的不同，散氣氣浮又