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文檔簡介
水處理方法之化學處理方法
廢水的化學處理是利用化學反應的原理及方法來分別回收廢水
中的污染物,或是更改它們的性質,使其無害化的一種處理方法。
化學法處理的對象重要是廢水中可溶解的無機物和難以生物降解的
有機物或膠體物質C
本章重要介紹化學處理法中常用的化學混凝法、中和法、化學
沉淀法、氧化還原法和電化學法C
一、混凝
(一)化學混凝法
化學混凝法簡稱混凝法,在廢水處理中可以用于預處理、中心
處理和深度處理的各個階段。它除了除濁、除色之外,對高分子化
合物、動植物纖維物質、部分有機物質、油類物質、微生物、某些
表面活性物質、農藥,汞、鎘、鉛等重金屑都有肯定的**作用.所
以它在廢水處理中的應用非常廣泛。
混凝法的優點是:設備費用低、處理效果好,操作管理簡單。
缺點是要不斷向廢水中投加暖和刑,運行費用較高。
1.混凝法的基本原理
廢水中的微小懸浮物和膠體粒子很難用沉淀方法除去,它們在
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水中能夠長期保持分散的懸浮狀態而不自然沉降,具有肯定的穩定
性。混凝法就是向水中加入混凝劑來破壞這些細小粒子的穩定
性.首先使其相互接觸而聚集在一起,然后形成絮狀物并下沉分別
的處理方法。前者稱為凝集,后者稱為絮凝,一般將這二個過程通
稱為混凝。實在地說,凝集是教唆膠體脫穩并聚集為微小絮粒的過
程,而絮凝則是使微絮粒通過吸附、卷帶和架橋而形成更大的聚體
的過程。
影響混凝效果的因素
(1)廢水的pH值水的pH值能影響顆粒表面的電荷和絮體的沉
淀過程,它是一個很緊要的參數。閱歷表明,對某一種廢水,每一
種混凝劑都有一個合適的pH值范圍,在此范圍內,經混合凝集后廢
水的殘余濁度*小。所以pH值對混凝的影響視混凝劑品種而異。例
如,以硫酸鋁為混凝劑時,當pH在5.7?7.8范圍內時,形成帶正
電荷的離子和膠體,如Al(0H)2+、Al(0H)+和Al(0H)3等,
有較好的混凝效果,若pH值8.2時,則會使Al(0H)3膠體溶解,
產生負離子,Al(OH)3++0H—=A102—+2H2O,對含有負電荷膠體
的廢水則不起凝集作用,影響處理效果。而用三價鐵鹽時,pH值在
6.0-8.4之間都有較好的處理效果。
(2)水溫水溫對混凝效果有明顯的影響,無機鹽類混凝劑的水
解是吸熱反應,水溫低不利于水解進行,特別是硫酸鋁,當水溫低
于5T時,水解速度極慢。同時水溫低,粘度大,也不利于脫穩膠
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粒的相互絮凝,影響處理效果。這時可投加高分子助凝劑以改善處
理效果,或用氣浮法代替沉淀法作為后續處理過程。
(3)廢水中雜質成分、性質、濃度例如天然水中含粘土類雜質
為主,需投加混凝劑量較小,而廢水中含大量的有機物時,需加入
較多的混凝劑才有混凝效果。廢水中雜質的影響較為多而雜,實際
應用時,還應以試驗結果為依據來選擇混凝劑和確定投加量。
(4)攪拌攪拌對混合、反應、凝集幾個階段都有影響,因此,
攪拌一定要適度。一般在混凝劑混合階段,要求快速、猛烈的攪拌,
以使混凝劑快速、均勻地擴散到全部水中,制造良好的水解和聚合
條件,使膠體脫穩并借助顆粒的布朗運動和湍動的水流凝集,此階
段不要求形成大的絮凝體。在混凝反應階段,要求形成大而具有良
好沉淀性能的絮凝體,此時過于激烈的攪拌反而會打碎已凝集的絮
狀沉淀物,不利于混凝沉淀,所以此階段攪拌的強度和水流速度應
隨絮凝體的結大而降低。
2.混凝劑
(1)混凝劑的分類
混凝劑可分為無機混凝劑、有機混凝劑和高分子混凝劑三類。
國內多采納鋁、鐵鹽類無機混凝劑。有機和高分子混凝劑近年來也
有很大進展,作用遠比無機混凝劑優越,特別是高分子混凝劑由于
具有以下優點而日益受到重視。
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①生成的絮凝物大、易沉降分別;
②生成的絮凝物強度大、不易被破壞;
f生成的污泥量少,污泥的沉降、脫水性能良好;
〃用量?。闊o機凝集劑的1/30?1/200);
…不易受pH、溫度、共同存在的其它鹽類的影響;
t和無機混凝劑并用,可取得更好的效果。
(2)混凝劑的選擇及應用條件
混凝劑的選擇及使用量要依據廢水的實在性質而定,總的原則
是所用的混凝劑必需價廉、易得,使用量少,效率高。生成的混凝
物易沉降分別。使用無機混凝劑時要注意其適用的pH值范圍,一般
在投加無機鹽混凝劑后再添加pH值調整劑。對高分子混凝劑,為了
充分發揮其在水中的化學架橋作用,應選用能在水中均勻分散;溶
解,具有吸附活性基因(非離子型、陽離子型和陰離子型三類)的
高分子化合物、水溶性高分子化合物。為了使其在水中處于較大的
分散狀態.一般先用純水或軟水溶解配成肯定濃度的溶液,然后再
加到待處理廢水中去。由于這些高分子化合物往往會受到水質(如
含有鈣、鐵鹽和氧化劑的廢水)的影響。使分子的擴散和離子基的
離解受到抑制,處理效果下降。
鋁鹽、鐵鹽和聚丙烯酰胺是常用的幾種混凝劑。
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3.助凝劑
有時當單用混凝劑不能取得較好的效果時,可以投加某種稱為
助凝劑的輔佑襄助藥劑來調整、改善混凝條件,提高處理效果。助
凝劑重要起以下幾個作用:①通過投加酸性或堿性物質來調整pH值;
②投加活化硅膠、骨膠、PAM等改善絮凝體結構.利用高分子助凝
劑的吸附架橋作用以加強絮凝體的密實性和沉降性能。f投加氯、
臭氧等氧化劑,在采納FeS04時,可將Fe2+氧化為Fe3+,當廢水中
有機物過高時,也可使其氧化分解,破壞其干擾或使膠體脫穩,以
提高混凝效果。
常用的助凝劑有PAM、活化硅膠、骨膠、海藻酸鈉、氯氣、氧
化鈣等。
二、氧化還原
通過化學藥劑與廢水中的污染物進行氧化還原反應,從而將廢
水中的有毒有害污染物轉化為無毒或者低毒物質的方法稱為氧化還
原法。
在氧化還原反應中,參加化學反應的原子或離子有電子得失,
因而引起化合價的上升或降低。失去電子的過程叫氧化,得到電子
的過程叫還原。
依據有毒有害物質在氧化還原反應中被氧化或還原的不同,廢
水中的氧化還原法又可分為藥劑氧化法和藥劑還原法兩大類。在廢
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水處理中常采納的氧化劑有:空氣中的氧、純氧、臭氧、氯氣、漂
白粉、次氮酸鈉、三氯化鐵等。常用的還原劑有:硫酸亞鐵、氯化
亞鐵、鐵屑、鋅粉、二氧化硫等。
藥劑氧化法中常用的方法有臭氧氧化法、氯氧化法、高鎰酸鉀
氧化法等。
臭氧的氧化性在天然元素中僅次于氟,可分解一般氧化劑難于
破壞的有機物,并且不產生二次污染。因比廣泛地用于**、除臭、
脫色以及除酚、氯、鐵、鎰等。臭氧氧化處理系統中的重要設備是
臭氧接觸反應器。
在氯氧化法中的氯系氧化劑包括氯氣、氯的含氧酸及其鈉鹽、
鈣鹽和二氧化氯。除了用于**外,氯氧化法還可用于氧化廢水中的
某些有機物和還原性物質,如羸化物、硫化物、酚、醇、醛、油類,
以及用于廢水的脫色、除臭等。例如氧化氟化物。在pH值大于8.5
的堿性條件下用氯氣進行氧化,可將氯化物氧化成無毒物質?;瘜W
反應式如下:
高鎰酸鉀氧化法重要用于去除廢水中的酚、二氧化硫、H2S等。
在飲用水的處理中,這種方法重要用來殺滅藻類、除臭、除味、除
鐵、除鎰等。該法的優點是處理后的水沒有異味,氧化劑簡單投配。
重要缺點是處理成本高。
藥劑還原法重要用于處理含輅、含汞廢水。
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通過還原可將六價輅轉化為三價輅,大大減小了輅的毒性。還
原過程是,在酸性條件下,向含輅廢水中投加亞硫酸氫鈉,將六價
輅還原為三價鋁。隨后投加石灰或氫氧化鈉,生成氫氧化輅沉淀。
將沉淀物從廢水中分別出來,達各處理的目的。化學反應如下:
實際中常用金屬還原劑來處理含汞廢水,廢水中的汞離子被還
原為金屬汞而析出,金屬本身被氧化為離子而進入水中??捎糜谶€原
汞的金屬有鐵粉、鋅粉、銅粉和鋁粉等。乂鐵粉為例,發生如下化
學反應:
三、化學中和
1.廢水的中和處理
中和法就是使廢水進行酸堿的中和反應,調整廢水的酸堿度
(PH值),使其呈中性或接近中性或適合于下步處理的pH值范圍。
如,以生物處理而言,需將處理系統中廢水的pH值維持在6.5?
8.5之間,以便確保*佳的生物活力。
酸堿廢水的來源很廣,化工廠、化學纖維廠、金屬酸洗與電鍍
廠等及制酸或用酸過程中,都排出大量的酸性廢水。有的含無機酸
如硫酸、鹽酸等;有的含有機酸如醋酸等;也有的是幾種酸并存的
情況。酸具有強腐飩性,堿危害程度較小,但在排至水體或進入其
它處理設施前,均須對酸堿廢液先進行必要的回收,再對低濃度的
酸堿廢水進行適當地中和處理。通常廢水中除含有酸或堿以外,往
往還含有懸浮物、金屬鹽類、有機物等雜質,影響了酸、堿廢水的
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回收與處理。
2.處理方法與設備
通常采納的廢水中和方法有均衡法和pH值直接掌控法。
(1)均衡法以酸性廢水和堿性廢水混合中和為目的,即在均衡
池中將酸性和堿性廢水相混合。由于工業廢水的水量和水質一般是
不均衡的,往往隨生產的變化而變化。為了進行水量的調整和水質
的均和,減小高峰流量和高濃度廢水的影響,需設置充足容積的均
衡池作為預處理的一種設施或中和設備。若廢水中和后達不到規定
的pH值時,還需稍加廢酸或廢堿進行適當的調整。
(2)pH值直接掌控法常用的方法有酸堿廢水相互中和、投藥
中和和過濾中和法等。
酸性廢水的中和:對于酸性廢水,常用藥劑法和過濾法進行中
和。
投藥中和法所采納的藥劑有石灰、廢堿、石灰石和電石渣等,
但*常用的是將石灰制成乳液濕投,石灰石粉碎成細粒后干投。處理
流程中包括廢水調整池、石灰乳配制槽或石灰石粉碎機、投藥裝置、
混合反應池、沉淀池以及污泥干化床等。在混合反應池中,應進行
必要的攪拌,防止石灰渣的沉淀。同時,廢水在其中的停留時間一
般不大于5min。沉淀池中的廢水,可停留1?2h,產生的沉渣容積
約為廢水量的10?15%,沉渣含水率為90?95%,故應在干化床上脫
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水干化。投藥中和法,因其勞動條件較差、處理成本高、污泥較多、
脫水麻煩等原因,故只在酸性廢水中含有重金屬鹽類、有機物或有
廉價的中和劑時方才采納。
過濾中和法常以粒狀的石灰石、大理石、白云石或電石渣等作
為中和的濾料,酸性廢水通過濾料進行中和過濾。中和硫酸廢水時,
宜采納白云石濾料。重要設備有:一般中和濾池,有升流式和降流
式兩種,濾層厚1.0?1.5m,濾料粒徑3?8cm;等速升流式膨脹中
和濾池,石灰石濾料及廢水分別從池的頂部和底部進入,濾料粒徑
為0.5?3mm;高濾速(60~70【n/h)或高速變速升流膨脹中和濾池,
濾料粒徑0.5?6mm,可以做到大顆粒不結垢,小顆粒不流失,加之
廢水升流式流動與產生二氧化碳氣體的作用,使濾料膨脹,并相互
碰撞及磨擦表面的不斷更新,對酸性廢水處理的效果很好;滾筒式
中和器,石灰石濾料置于旋轉滾筒中與酸性廢水進行中和。
堿性廢水的中加:堿性廢水常用
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