第十六章污水的化學處理第一節化學混凝法

第二節中和法

第三節化學沉淀法

第四節氧化還原法污水的化學處理是利用化學反應的作用以去除水中的雜質。它的外理對象主要是污水中無機的或有機的（難于生物降解的）溶解物質或膠體物質。對于污水中的容易生物降解的有機物溶解物質或膠體物質，尤其是當水量較大時，一般都采用生物處理的方法。因為生物處理法不僅有效，而且處理費用低廉。采用的化學處理法有化學混凝法、中和法、化學沉淀和氧化還原運法。

前言第一節化學混凝法一、混凝原理化學混凝所處理的對象，主要是水中的微小懸浮物和膠體雜質。1、膠體的穩定性根據研究，膠體微粒都帶有電荷。滑動面以內的部分稱為膠粒，膠粒與擴散層之間，有一個電位差，此電位稱為膠體的電動電位，常稱為ζ電位。而膠核表面的電位離子與溶液之間的電位差稱為總電位或φ電位。膠粒在水中受幾方面的影響：（1）由于上述的膠粒帶電現象，帶相同電荷的膠粒產生靜電斥力，而且電位愈高，膠粒間的靜電斥力愈大；（2）受水分子熱運動的撞擊，使微粒在水中作不規則的運動，即“布朗運動；“（3）膠粒之間還存在著相互引力——范德華引力。

化學混凝的機理至今仍未完全清楚。因為它涉及的因素很多，如水中雜質的成分和濃度、水溫、水的pH值、堿度，以及混凝劑的性質和混凝條件等。但歸結起來，可以認為主要是三方面的作用；（1）厭縮雙電層作用如前所述，水中膠粒能維持穩定的分散懸浮狀態，主要是由于膠粒的電位。如能消除或降低膠粒的電位，就有可能使微粒碰撞聚結，失去穩定性。在水中投加電解質——混凝劑可達此目的。例如天然水中帶負電荷的粘土膠粒，在投入鐵鹽或鋁鹽等混凝劑后，混凝劑提供的大量正離子會涌入膠體擴散層甚至吸附層。因為膠核表面的總電位不變，增加擴散層及吸附層中的正離子濃度，就使擴散層減薄。當大量正離子涌入吸附層以致擴散層完全消失時，電位為零，稱為等電狀態。在等狀態下，膠粒間最易發生聚結。實際上，電位只要降至某一程度而使膠粒間排斥的能量小于膠粒布朗運動的動能時，膠粒就開始產生明顯的聚結，這時的電位稱為臨界電位。膠粒因電位降低或消除以以失去穩定性的過程，稱為膠粒脫穩。脫穩的膠粒相互聚結，稱為凝聚。

2、混凝原理

（2）吸附架橋作用三價鋁鹽或鐵鹽以及其他高分子混凝劑溶于水后，經水解和縮聚反應形成高分子聚合物，具有線性結構。

（3）網捕作用三價鋁鹽或鐵鹽等水解而生成沉淀物。這些沉淀物在自身沉降過程中，能集卷、網捕水中的膠體等微粒，使膠體粘結。

以上三種作用產生的微粒凝結現象——凝聚和絮凝總稱為混凝。二、混凝劑和助凝劑

1.混凝劑用于水處理中的混凝劑應符全如下要求：混凝效果良好，對人體健康無害，價廉易得，使用方便。混凝劑的種類較多，主要有以下兩大類：(1)無機鹽類混凝劑目前應用最廣的是鋁鹽和鐵鹽。鐵鹽中主要有三氯化鐵、硫酸亞鐵和硫酸鐵等。三氯化鐵是褐色結晶體，極易溶解，形成的絮凝體較緊密，易沉淀；但三氯化鐵腐蝕性強，易吸水潮解，不易保管。(2)高分子混凝劑高分子混凝劑有無機和有機的兩種。聚合氯化鋁和聚合氯化鐵是目前國內外研制和使用比較廣泛的無機高分子混凝劑。聚合氯化鋁的混凝作用與硫酸鋁并無差別。硫酸鋁投入水中后，主要是各種形態的水解聚全物發揮混凝作用。但由于影響酸鋁化學反應的因素復雜，要想根據不同水質控制水解聚合物的形態是不可能的。人工合成的聚合氯化鋁則是在人工控制的條件下預先制成最優形態的聚合物，投入水中后可發揮優良的混凝作用。有機高分子混凝劑有天然的和人工合成的。這類混凝劑都具有巨大的線必分子。

2.助凝劑

當單用混劑不能取得良好效果時，可投加某些輔助藥劑以提高混凝效果，這種輔助藥劑稱為助凝劑。助凝劑可用以調節或改善混凝的條件，例如當原水的堿度不足時可投加石灰或重碳酸鈉等；當采用硫亞鐵作混凝劑時可加氯氣將亞鐵Fe2+氧化成三價鐵離子Fe3+等。

三、影響混凝效果的主要因素影響混凝效果的因素較復雜，主要有水溫、水質和水力條件等。1.水溫無機鹽因混凝劑的水解是吸熱反應，水溫低時，水解困難特別是硫酸鋁，當水溫低于5。C時，水解速率非常緩慢。2..pH值水的pH值對混凝的影響程度視混凝劑的品種而異。用硫酸鋁去除水中濁度時，最佳pH值范圍在6。5-7。5之間；用于除色時，pH值在4。5-5之間3.水中雜質的成分、性質和濃度水中雜質的成分、性質和濃度都對混凝效果有明顯的影響。4.水力條件混凝過程中的水力條件對絮凝體的形成影響極大。整個混凝過程可以分為兩個階段：混合和反應。四、化學混凝的設備化學混凝的設備包括：混凝劑的配制和投加設備、混合設備和反應設備。

1.

混凝劑的配制和投加設備混凝藥劑加到要處理的水中，可以用干投法和濕投法。干投法就是將固體藥劑（如硫酸鋁）破碎成粉末后定量地投加，這種方法現使用較少。目前常用的濕投法是將混凝劑先溶解，再配制一定濃度的溶液后定量地投加。（1）混凝劑的溶解和配制混凝劑是在溶解池中進行溶解。溶解池應有攪拌裝置，攪拌的目的是加速藥劑的溶解。攪拌的方法常明機械攪拌、壓縮空氣攪拌和水泵攪拌等。（2）混凝劑溶液的投加藥劑投入原水中必須有計量及定量時調節投加量。計量設備可以用轉子流量計、電磁流量計等。藥劑投入原水中的方式可以采用在泵前重力投加（如下圖），或水射器投加或直接用計量泵投加。

泵前重力投加

2.混合設備常用的混合方式是水泵混合、隔板混合和機械混合。（1）水泵混合利用提升水泵進行混合是一種常用的方法。（2）隔板混合如下圖（3）機械混合

分流隔板式混合槽機械攪拌混合槽3.反應設備反應設備有水力攪拌和機械攪拌兩大類。常用的有隔板反應池和機械攪拌反應池。往復式隔版反應池見下圖。機械攪拌反應池見下下圖。

往復式隔版反應池

機械攪拌混合槽

機械攪拌設備—漿板第二節中和法

酸和堿是常用的工業原料。使用酸、堿的工廠往往有酸性廢水和堿性廢水。因為天然水的堿度是重碳酸鹽，有一定的緩沖作用。酸性和堿性廢水的處理，除予以利用外，常用的就是中和法。所用參數的就是pH值，用堿或堿性物質中和酸性廢水時，把廢水的pH值調升到7；用酸或酸性物質中和堿性廢水時，把廢水的pH調低到7。1.投加法投藥中和法常暖和的藥劑是石灰、電石液、石灰石等，有時也采用苛性鈉和碳酸鈉。石灰常使用熟石灰，配制成石灰乳液，濃度在10%左右，反應在池中進行。

2.過濾法石灰石或白云做中和劑時常呈粗粒狀，可作濾料，故用過濾法.一般采用升流式膨脹濾池。見下圖。變流速升流式膨脹濾池第三節化學沉淀法用易溶的化學藥劑（可稱沉淀劑）使溶液中某種離子以它的一種難溶的鹽或氫氧化物從溶液析出，在化學上稱沉淀法，在化工和環境工程上則稱化學沉淀法（ChemicalPrecipitation）化工上用沉降settling一詞，而不用沉淀sedimentation一詞，以免與化學沉淀混淆）。廢水處理中，常用化學沉淀法去除廢水中的有害離子，陽離子如Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cr2+,陰離子如SO42-、PO43-.難溶鹽和難溶氫氧化物在溶液中的離子的濃度之積（稱溶度積KS）是常數。當能結合成難溶鹽的兩種離子的濃度之積超過這鹽的溶度積時，這鹽將析出，而這兩種離子的濃度將下降，需要去除的離子就與水分離。

第四節氧化還原法

氧化還原法在廢水處理中不多見。電鍍廢水處理中去除鉻酸根和氰根可用氧化還原法。有機汞對人危害嚴重，知名的水俁病就是甲基汞中毒。常用的氧化不原法有加氯法、電解法和置換法。

1.加氯氧化CN-根氯是水處理中常用的消毒劑和氧化劑。電鍍廢水往往CN-根，可加氯氧化為N2和CO2分批處理時，分兩步進行。先加堿，調整pH值至10以上，同時按計算量（CN-：Cl2=1：2.7）加氯，攪拌混合數分鐘。然后調整pH值到8。5，再按計算量（CN-：Cl2=1：4.1）的110%第二次加氯，攪拌1小時以上完成反應，其反應式如下：第一步CN-+2OH-+Cl2CNO-+2Cl-+H2O第二步2CNO-+4OH-+3Cl22CO2+N2+6Cl-+2H2O連續運行時，加氯加酸與廢水同時混合，pH值在5左右；然后加堿提高pH值至11。5左右，接著第二次加氯。其反應如下：第一段CN--+H+HCNHCN+Cl2

CNCl+H++Cl-第二段CNCl+2OH-CNO-+Cl-+H2O2CNO-+4OH-+3Cl22CO2+N2+6Cl-+2H2O可以看出，酸、氯、堿可以接著加（氯和酸在一個點加，稍后加堿），因為反應基本上瞬時的，但最后一個主要反應卻同分批處理一樣，需要相當長的時間。1、

直流電流通過電解質溶液時，在兩個電極上引起的化學變化稱電解。陰離子在陽極失去電子而被氧化；陽離子在陰極得到電子而被還原。有時，陽極材料會被氧化成陽離子。

ABA++B+陰極反應A++eA

陽極反應B—e

B

電解法也可用于處理含CrO42-根的廢水，Cr6+被還原成Cr3+，與（OH）-結合成Cr（OH）3。如電極是鋼板：陽極反應Fe-2eFe2+CrO42-+3Fe2++8H+Cr3++3Fe3++4H2O陰極反應2H