第十六章污水的化学处理课件.ppt
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- 第十六 污水 化学 处理 课件
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1、第十六章-1污水的化学处理本章讲授要点:主要介绍污水的化学处理法。包括化学混凝法、中和法、化学沉淀法、氧化还原法。重点:化学混凝法难点:化学混凝法的原理及混凝工艺与条件的确定。污水的化学处理是利用化学反应的作用以去除污水的化学处理是利用化学反应的作用以去除水中的杂质。水中的杂质。处理对象主要是污水中无机的或有机的处理对象主要是污水中无机的或有机的(难于生难于生物降解的物降解的)溶解物质或胶体物质。溶解物质或胶体物质。常用的化学处理方法有化学混凝、中和法、化常用的化学处理方法有化学混凝、中和法、化学沉淀法和氧化还原法。学沉淀法和氧化还原法。16.1 中和法(Neutralization)16.1
2、.1 概述 酸和碱是常用的工业原料,使用酸和碱的工厂往往有酸性废水和碱性废水的产生。酸性废水有的含无机酸(如硫酸、硝酸、盐酸、磷酸、氢氟酸、氢氰酸等),有的含有机酸(如醋酸、甲酸、柠檬酸等)。碱性废水中含有碱性物质,如苛性钠、碳酸钠、硫化钠及胺类等。酸性废水的危害程度比碱性废水要大。1.分类 酸含量35 高浓度含酸废水,常称为废酸液;碱含量1-3 高浓度含碱废水,常称为废碱液。废酸液、废碱液往往要采用特殊的方法回收其中的酸和碱。酸含量小于3-5或碱含量小于l-3的低浓度酸性废水与碱性废水常采用中和法处理。酸碱废水按pH值的不同可分为以下几类:强酸性废水 pHl02.来源 酸性废水主要来源于化工
3、厂、化纤厂、电镀厂、煤加工厂及金属酸洗车间等。碱性废水主要来源于印染厂、造纸厂、炼油厂和金属加工厂等。3.中和法适用范围A 废水排入受纳水体前,其pH值指标超过排放标准。这时应采用中和处理,以减少对水生生物的影响;B 工业废水排入城市下水道系统前,为避免对管道系统造成腐蚀;C 化学处理或生物处理之前。对生物处理而言,需将处理系统的pH维持在6.58.5范围内,以确保最佳的生物活力。对化学处理而言,也需要在一定的pH范围内才能取得好的处理效果。16.1.2 酸、碱废水的中和处理1.原理 酸碱盐水 或 HOH-H2O2.中和方法A 酸碱废水相互中和 是一种即简单又经济的以废治废的处理方法。B.投加
4、法(酸性废水)中和试剂能制成溶液或浆料时,采用该法。投加法常用的药剂有石灰。电石渣、石灰石、苛性钠、碳酸钠。优点:能处理任何浓度、任何性质的酸性废水,对水质和水量波动适应性强,中和药剂利用率高。中和方式:A 干法中和 干法中和是把药剂直接加入到需中和的水中。特点:设备简单;但反应较慢,而且不易彻底,投药量大(需为理论量的1.4-1.5倍);当石灰成块状时需要破碎;干法添加时工作条件不好,劳动强度大。B 湿法中和 湿法中和,即把药剂配成一定浓度的溶液添加。石灰湿法添加时石灰乳制备流程示意图石灰湿法添加时石灰乳制备流程示意图石灰消化槽,浓度为40%-50%石灰乳液槽,制成浓度为5%-10%的石灰乳
5、石灰投加槽,其中有溢流堰,保持液面恒定,并能调节流量泵,输送流量要大于需要量分步中和工艺示意图 进水进水出水出水石灰乳石灰乳搅拌C.过滤中和(酸性废水)定义:过滤中和(filtration neutralization)是指使废水通过具有中和能力的滤料进行中和反应的一种方法。适用范围:适用于含酸浓度不大于23g/L,并生成易溶盐的各种酸性废水的中和处理。当废水含大量悬浮物、油脂、重金属盐和其他毒物时,不宜采用。常用滤料:石灰石(CaCO3)、白云石、大理石等,一般最常用的是石灰石。滤料的选择原则:滤料的选择与废水中含何种酸和含酸浓度密切相关。过滤中和的设备和分类:常用设备为中和滤池。水平流向
6、普通中和滤池 升流式滤池 竖流向 升流式膨胀中和滤池 降流式普通中和滤池升流式降流式等速升流式膨胀中和滤池示意图配水系统配水系统 作用是作用是使废水沿整个滤使废水沿整个滤池截面均匀分布池截面均匀分布卵石垫层卵石垫层 作用是支作用是支撑滤料和使水进一撑滤料和使水进一步分配均匀,卵石步分配均匀,卵石粒径为粒径为2040mm石灰石滤料:粒径为石灰石滤料:粒径为0.53mm,平均平均1.5mm,滤料层厚度滤料层厚度开始开始11.2m。清水区清水区 滤料与中和滤料与中和后的水在此分离后的水在此分离集水槽,中和后的集水槽,中和后的水由此排出水由此排出D.喷淋塔处理(碱性废水)烟道气中的CO2含量可高达24
7、,此外有时还含有SO2和H2S,故可用来中和碱性废水。用烟道气中和碱性废水一般在喷淋塔中进行。喷淋塔示意图优点:以废治废,投资省,运行费用低;缺点:出水中的硫化物、耗氧量和色度都会明显增加,还需进一步处理。16.2 化学混凝法16.2.1 概述 混凝的主要对象是废水中的细小悬浮颗粒和胶体微粒(colloidal matters),这些颗粒用自然沉降法很难从水中分离出去。混凝是通过向废水中投加混凝剂(coagulant),破坏胶体的稳定性,使细小悬浮颗粒和胶体微粒聚集(aggregation)成较粗大的颗粒而沉降与水分离,使废水得到净化。混凝法是废水处理中常采用的方法 可以用来降低废水的浊度和色
8、度,去除多种高分子有机物、某些重金属和放射性物质。混凝法还能改善污泥的脱水性能。分散相粒径 0.1-1 m 真溶液 分散相粒径 1-100 m 胶体溶液 分散相粒径 100 m 悬浮液 胶体溶液由于受自身结构特点的影响,使其一般处于稳定状态,不会发生自然沉降现象。电位离子反离子扩散层扩散层胶团边界胶团边界滑动面滑动面胶粒胶粒吸附层吸附层胶核胶核电位电位电位电位16.2.2 胶体的结构胶核和胶团:胶体分子聚合而成的胶体微粒称为胶核;胶核表面吸附了电位形成离子和部分反离子组成胶粒。电位(电动电位)和电位(总电位):胶核表面上的离子和溶液之间形成的电位称为总电位,即电位;胶粒与扩散层间的电位差称为电
9、动电位,即电位。16.2.3 胶体的稳定性(stabilization)水中胶体的稳定性指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。胶体稳定性的主要原因:1.聚集稳定性 胶粒带电,胶体颗粒间形成静电斥力。2.动力学稳定性 胶体受水分子热运动影响,微粒形成布郎运动。3.水化稳定性 胶体颗粒表面的水化作用,胶体颗粒外部形成一层水化壳。混凝的目的就在于通过向水中投加一些特殊药剂,使水中难以沉淀的胶体颗粒能互相聚合,长大至能自然沉淀的程度,从而再利用沉淀的方法加以处理。16.2.4 混凝原理1.相关概念脱稳(destabilization)destabilization)胶体因电位降低或消除,从而失去
10、稳定性的过程。凝聚(coagulation)coagulation)脱稳的胶粒相互聚集为较大颗粒的过程。化学混凝涉及的因素较多,因而其机理至今仍未被人类完全解释清楚。目前比较成熟的混凝理论有四种:压缩双电层 吸附电中和 吸附架桥 沉淀物网捕四种机理2.压缩双电层机理(modification of the electrical double layer)双电层的厚度与溶液中的反离子的浓度有关。当向溶液中投加电解质,使溶液中离子浓度增高时,则扩散层的厚度将减小。该过程的实质是加入的反离子与扩散层原有反离子之间的静电斥力把原有部分反离子挤压到吸附层中,从而使扩散层厚度减小。由于扩散层厚度的减小,胶
11、粒得以迅速凝聚。胶核胶核电位离子电位离子束缚反离子,束缚反离子,滑动面滑动面胶团边界胶团边界 3.吸附电中和机理(electrical neutralization)胶粒表面对异号离子、异号胶粒、链状离子或分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用,由于这种吸附作用中和了电位离子所带电荷,减少了静电斥力,降低了电位,使胶体的脱稳和凝聚易于发生。4.吸附架桥(桥连)机理(polymer bridging of colloids)吸附架桥作用主要是指链状高分子聚合物在静电引力、范德华力和氢键力等作用下,通过活性部位与胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥连的过程。本机理能解释当废水浊度很低时有些混凝剂效果不好的现
12、象。因为废水中胶粒少,当聚合物伸展部分一端吸附一个胶粒后,另一端因粘连不着第二个胶粒,只能与原先的胶粒粘连,就不能起架桥作用,从而达不到混凝的效果。高分子聚合物吸附架桥作用示意图 5.沉淀物网捕机理(entrapment in the floc structure)沉淀金属氢氧化物,如Al(OH)3、Fe(OH)3)或带金属的碳酸盐(如CaCO3)时,水中的胶粒和细微悬浮物可被这些沉淀物在形成时作为晶核或吸附质所网捕。以上介绍的混凝的四种机理,在水处理中往往可能是同时或交叉发挥作用的,只是在一定情况下以某种机理为主而已。16.2.5混凝剂与助凝剂凝聚、絮凝和混凝这三个词常引起混淆。凝聚(coa
13、gulation)是指胶体被压缩双电层而脱稳的过程;絮凝(flocculation)则指胶体由于高分子聚合物的吸附架桥作用聚结成大粒絮体的过程;混凝(coagulation-flocculation)则包括凝聚与絮凝两种过程。混凝剂(coagulant):一般把能起凝聚与絮凝作用的药剂统称为混凝剂。助凝剂(coagulant aids):当单用混凝剂不能取得良好效果时,可投加某类辅助药剂以提高混凝效果,这种辅助药剂称为助凝剂。1.混凝剂类类 别别主主 要要 混混 凝凝 剂剂无机盐类无机盐类硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁、铝酸钠、氯化铁、氯化铝、碳酸镁、硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁、铝酸钠、氯化铁、氯化铝
14、、碳酸镁、膨润土膨润土碱类碱类碳酸钠、氢氧化钠、氧化钙、碳酸钠、氢氧化钠、氧化钙、低分低分子子金属电解产物金属电解产物 氢氧化铝、氢氧化铁氢氧化铝、氢氧化铁阳离子型阳离子型聚合氯化铝、聚合硫酸铝聚合氯化铝、聚合硫酸铝无无机机类类高分高分子子阴离子型阴离子型活性硅酸活性硅酸阴离子型阴离子型月桂酸钠、硬脂酸钠、油酸钠、松香酸钠、烷基三甲基氯化铵月桂酸钠、硬脂酸钠、油酸钠、松香酸钠、烷基三甲基氯化铵表面表面活性活性剂剂阳离子型阳离子型十二烷胺醋酸、十八烷胺醋酸、松香胺醋酸、烷基三甲基氯化铵十二烷胺醋酸、十八烷胺醋酸、松香胺醋酸、烷基三甲基氯化铵阴离子型阴离子型藻朊酸钠、羧甲基纤维素钠盐藻朊酸钠、羧甲
15、基纤维素钠盐阳离子型阳离子型水溶性苯胺树脂盐酸盐、聚乙烯亚铵水溶性苯胺树脂盐酸盐、聚乙烯亚铵非离子型非离子型淀粉、水溶性尿醛树脂淀粉、水溶性尿醛树脂低聚低聚合度合度高分高分子子两性型两性型动物胶、蛋白质动物胶、蛋白质阴离子型阴离子型聚丙酸钠、水解聚丙烯酰胺聚丙酸钠、水解聚丙烯酰胺阳离子型阳离子型聚乙烯吡啶盐、乙烯吡啶聚合物聚乙烯吡啶盐、乙烯吡啶聚合物有有机机类类高聚高聚合度合度高分高分子子非离子型非离子型聚并烯酰胺、氯化聚乙烯聚并烯酰胺、氯化聚乙烯 目前常用的混凝剂按化学组成可分为无机盐类和有机高分子类。要求要求混凝剂效果良好混凝剂效果良好对人体健康无害对人体健康无害价廉易得价廉易得使用方便使
16、用方便A 无机盐类三氯化铁(ferric chloride)优点:形成的矾花沉降性好,处理低温水或低浊度水效果比铝盐好,适宜的pH值范围较宽;缺点:处理后的水的色度比铝盐的高,腐蚀性大。硫酸亚铁(ferrous sulfate)硫酸亚铁离解出的Fe2只能生成最简单的单核络合物,不如三价铁盐混凝效果好。残留在水中的Fe2会使处理后的水带色。因此,使用硫酸亚铁时应将二价铁先氧化为三价铁,然后再起混凝作用。硫酸铝(aluminum sulfate,alum)优点:价格较低,使用方便,混凝效果好。缺点:当水温低时硫酸铝水解困难,形成的絮体较松散。由于杂质含量高,所以渣量大。B 高分子混凝剂 无机高分子
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