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