水處理方法之化學(xué)處理方法

廢水的化學(xué)處理是利用化學(xué)反應(yīng)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(zhì)，使其無害化的一種處理方法。

化學(xué)法處理的對(duì)象重要是廢水中可溶解的無機(jī)物和難以生物降解的

有機(jī)物或膠體物質(zhì)C

本章重要介紹化學(xué)處理法中常用的化學(xué)混凝法、中和法、化學(xué)

沉淀法、氧化還原法和電化學(xué)法C

一、混凝

（一）化學(xué)混凝法

化學(xué)混凝法簡(jiǎn)稱混凝法，在廢水處理中可以用于預(yù)處理、中心

處理和深度處理的各個(gè)階段。它除了除濁、除色之外，對(duì)高分子化

合物、動(dòng)植物纖維物質(zhì)、部分有機(jī)物質(zhì)、油類物質(zhì)、微生物、某些

表面活性物質(zhì)、農(nóng)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(yīng)用非常廣泛。

混凝法的優(yōu)點(diǎn)是：設(shè)備費(fèi)用低、處理效果好，操作管理簡(jiǎn)單。

缺點(diǎn)是要不斷向廢水中投加暖和刑，運(yùn)行費(fèi)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?cè)?/p>

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水中能夠長(zhǎng)期保持分散的懸浮狀態(tài)而不自然沉降，具有肯定的穩(wěn)定

性。混凝法就是向水中加入混凝劑來破壞這些細(xì)小粒子的穩(wěn)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(gè)過程通

稱為混凝。實(shí)在地說，凝集是教唆膠體脫穩(wěn)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(gè)很緊要的參數(shù)。閱歷表明，對(duì)某一種廢水，每一

種混凝劑都有一個(gè)合適的pH值范圍，在此范圍內(nèi)，經(jīng)混合凝集后廢

水的殘余濁度*小。所以pH值對(duì)混凝的影響視混凝劑品種而異。例

如，以硫酸鋁為混凝劑時(shí)，當(dāng)pH在5.7?7.8范圍內(nèi)時(shí)，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(shí)，則會(huì)使Al(0H)3膠體溶解，

產(chǎn)生負(fù)離子，Al(OH)3++0H—=A102—+2H2O,對(duì)含有負(fù)電荷膠體

的廢水則不起凝集作用，影響處理效果。而用三價(jià)鐵鹽時(shí)，pH值在

6.0-8.4之間都有較好的處理效果。

(2)水溫水溫對(duì)混凝效果有明顯的影響，無機(jī)鹽類混凝劑的水

解是吸熱反應(yīng)，水溫低不利于水解進(jìn)行，特別是硫酸鋁，當(dāng)水溫低

于5T時(shí)，水解速度極慢。同時(shí)水溫低，粘度大，也不利于脫穩(wěn)膠

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粒的相互絮凝，影響處理效果。這時(shí)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(xù)處理過程。

（3）廢水中雜質(zhì)成分、性質(zhì)、濃度例如天然水中含粘土類雜質(zhì)

為主，需投加混凝劑量較小，而廢水中含大量的有機(jī)物時(shí)，需加入

較多的混凝劑才有混凝效果。廢水中雜質(zhì)的影響較為多而雜，實(shí)際

應(yīng)用時(shí)，還應(yīng)以試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)來選擇混凝劑和確定投加量。

（4）攪拌攪拌對(duì)混合、反應(yīng)、凝集幾個(gè)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?cái)U(kuò)散到全部水中，制造良好的水解和聚合

條件，使膠體脫穩(wěn)并借助顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)和湍動(dòng)的水流凝集，此階

段不要求形成大的絮凝體。在混凝反應(yīng)階段，要求形成大而具有良

好沉淀性能的絮凝體，此時(shí)過于激烈的攪拌反而會(huì)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(qiáng)度和水流速度應(yīng)

隨絮凝體的結(jié)大而降低。

2.混凝劑

（1）混凝劑的分類

混凝劑可分為無機(jī)混凝劑、有機(jī)混凝劑和高分子混凝劑三類。

國(guó)內(nèi)多采納鋁、鐵鹽類無機(jī)混凝劑。有機(jī)和高分子混凝劑近年來也

有很大進(jìn)展，作用遠(yuǎn)比無機(jī)混凝劑優(yōu)越，特別是高分子混凝劑由于

具有以下優(yōu)點(diǎn)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(qiáng)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；

〃用量小（為無機(jī)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(jī)混凝劑并用，可取得更好的效果。

（2）混凝劑的選擇及應(yīng)用條件

混凝劑的選擇及使用量要依據(jù)廢水的實(shí)在性質(zhì)而定，總的原則

是所用的混凝劑必需價(jià)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(jī)混凝劑時(shí)要注意其適用的pH值范圍，一般

在投加無機(jī)鹽混凝劑后再添加pH值調(diào)整劑。對(duì)高分子混凝劑，為了

充分發(fā)揮其在水中的化學(xué)架橋作用，應(yīng)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(yáng)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(tài).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(huì)受到水質(zhì)（如

含有鈣、鐵鹽和氧化劑的廢水）的影響。使分子的擴(kuò)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(shí)當(dāng)單用混凝劑不能取得較好的效果時(shí)，可以投加某種稱為

助凝劑的輔佑襄助藥劑來調(diào)整、改善混凝條件，提高處理效果。助

凝劑重要起以下幾個(gè)作用：①通過投加酸性或堿性物質(zhì)來調(diào)整pH值;

②投加活化硅膠、骨膠、PAM等改善絮凝體結(jié)構(gòu).利用高分子助凝

劑的吸附架橋作用以加強(qiáng)絮凝體的密實(shí)性和沉降性能。f投加氯、

臭氧等氧化劑，在采納FeS04時(shí)，可將Fe2+氧化為Fe3+,當(dāng)廢水中

有機(jī)物過高時(shí)，也可使其氧化分解，破壞其干擾或使膠體脫穩(wěn)，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(xué)藥劑與廢水中的污染物進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，從而將廢

水中的有毒有害污染物轉(zhuǎn)化為無毒或者低毒物質(zhì)的方法稱為氧化還

原法。

在氧化還原反應(yīng)中，參加化學(xué)反應(yīng)的原子或離子有電子得失，

因而引起化合價(jià)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(jù)有毒有害物質(zhì)在氧化還原反應(yīng)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(jī)物，并且不產(chǎn)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(tǒng)中的重要設(shè)備是

臭氧接觸反應(yīng)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(jī)物和還原性物質(zhì)，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(jìn)行氧化，可將氯化物氧化成無毒物質(zhì)。化學(xué)

反應(yīng)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(yōu)點(diǎn)是處理后的水沒有異味，氧化劑簡(jiǎn)單投配。

重要缺點(diǎn)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(jià)輅轉(zhuǎn)化為三價(jià)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(jià)

輅還原為三價(jià)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(dá)各處理的目的。化學(xué)反應(yīng)如下：

實(shí)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(jìn)入水中。可用于還原

汞的金屬有鐵粉、鋅粉、銅粉和鋁粉等。乂鐵粉為例，發(fā)生如下化

學(xué)反應(yīng)：

三、化學(xué)中和

1.廢水的中和處理

中和法就是使廢水進(jìn)行酸堿的中和反應(yīng)，調(diào)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(tǒng)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(xué)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(jī)酸

如硫酸、鹽酸等；有的含有機(jī)酸如醋酸等；也有的是幾種酸并存的

情況。酸具有強(qiáng)腐飩性，堿危害程度較小，但在排至水體或進(jìn)入其

它處理設(shè)施前，均須對(duì)酸堿廢液先進(jìn)行必要的回收，再對(duì)低濃度的

酸堿廢水進(jìn)行適當(dāng)?shù)刂泻吞幚怼ＭǔU水中除含有酸或堿以外，往

往還含有懸浮物、金屬鹽類、有機(jī)物等雜質(zhì)，影響了酸、堿廢水的

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回收與處理。

2.處理方法與設(shè)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(yè)廢水的水量和水質(zhì)一般是

不均衡的，往往隨生產(chǎn)的變化而變化。為了進(jìn)行水量的調(diào)整和水質(zhì)

的均和，減小高峰流量和高濃度廢水的影響，需設(shè)置充足容積的均

衡池作為預(yù)處理的一種設(shè)施或中和設(shè)備。若廢水中和后達(dá)不到規(guī)定

的pH值時(shí)，還需稍加廢酸或廢堿進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)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(duì)于酸性廢水，常用藥劑法和過濾法進(jìn)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(xì)粒后干投。處理

流程中包括廢水調(diào)整池、石灰乳配制槽或石灰石粉碎機(jī)、投藥裝置、

混合反應(yīng)池、沉淀池以及污泥干化床等。在混合反應(yīng)池中，應(yīng)進(jìn)行

必要的攪拌，防止石灰渣的沉淀。同時(shí)，廢水在其中的停留時(shí)間一

般不大于5min。沉淀池中的廢水，可停留1?2h,產(chǎn)生的沉渣容積

約為廢水量的10?15%,沉渣含水率為90?95%,故應(yīng)在干化床上脫

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水干化。投藥中和法，因其勞動(dòng)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(jī)物或有

廉價(jià)的中和劑時(shí)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(jìn)行中和過濾。中和硫酸廢水時(shí),

宜采納白云石濾料。重要設(shè)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(jìn)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(jié)垢，小顆粒不流失，加之

廢水升流式流動(dòng)與產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w的作用，使濾料膨脹，并相互

碰撞及磨擦表面的不斷更新，對(duì)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(zhuǎn)滾筒中與酸性廢水進(jìn)行中和。

堿性廢水的中加：堿性廢水常用