第十六章污水的化學(xué)處理第一節(jié)化學(xué)混凝法

第二節(jié)中和法

第三節(jié)化學(xué)沉淀法

第四節(jié)氧化還原法污水的化學(xué)處理是利用化學(xué)反應(yīng)的作用以去除水中的雜質(zhì)。它的外理對(duì)象主要是污水中無(wú)機(jī)的或有機(jī)的（難于生物降解的）溶解物質(zhì)或膠體物質(zhì)。對(duì)于污水中的容易生物降解的有機(jī)物溶解物質(zhì)或膠體物質(zhì)，尤其是當(dāng)水量較大時(shí)，一般都采用生物處理的方法。因?yàn)樯锾幚矸ú粌H有效，而且處理費(fèi)用低廉。采用的化學(xué)處理法有化學(xué)混凝法、中和法、化學(xué)沉淀和氧化還原運(yùn)法。

前言第一節(jié)化學(xué)混凝法一、混凝原理化學(xué)混凝所處理的對(duì)象，主要是水中的微小懸浮物和膠體雜質(zhì)。1、膠體的穩(wěn)定性根據(jù)研究，膠體微粒都帶有電荷。滑動(dòng)面以?xún)?nèi)的部分稱(chēng)為膠粒，膠粒與擴(kuò)散層之間，有一個(gè)電位差，此電位稱(chēng)為膠體的電動(dòng)電位，常稱(chēng)為ζ電位。而膠核表面的電位離子與溶液之間的電位差稱(chēng)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(xiàn)象，帶相同電荷的膠粒產(chǎn)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(yùn)動(dòng)的撞擊，使微粒在水中作不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，即“布朗運(yùn)動(dòng)；“（3）膠粒之間還存在著相互引力——范德華引力。

化學(xué)混凝的機(jī)理至今仍未完全清楚。因?yàn)樗婕暗囊蛩睾芏?，如水中雜質(zhì)的成分和濃度、水溫、水的pH值、堿度，以及混凝劑的性質(zhì)和混凝條件等。但歸結(jié)起來(lái)，可以認(rèn)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(wěn)定的分散懸浮狀態(tài)，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(jié)，失去穩(wěn)定性。在水中投加電解質(zhì)——混凝劑可達(dá)此目的。例如天然水中帶負(fù)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(huì)涌入膠體擴(kuò)散層甚至吸附層。因?yàn)槟z核表面的總電位不變，增加擴(kuò)散層及吸附層中的正離子濃度，就使擴(kuò)散層減薄。當(dāng)大量正離子涌入吸附層以致擴(kuò)散層完全消失時(shí)，電位為零，稱(chēng)為等電狀態(tài)。在等狀態(tài)下，膠粒間最易發(fā)生聚結(jié)。實(shí)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(yùn)動(dòng)的動(dòng)能時(shí)，膠粒就開(kāi)始產(chǎn)生明顯的聚結(jié)，這時(shí)的電位稱(chēng)為臨界電位。膠粒因電位降低或消除以以失去穩(wěn)定性的過(guò)程，稱(chēng)為膠粒脫穩(wěn)。脫穩(wěn)的膠粒相互聚結(jié)，稱(chēng)為凝聚。

2、混凝原理

（2）吸附架橋作用三價(jià)鋁鹽或鐵鹽以及其他高分子混凝劑溶于水后，經(jīng)水解和縮聚反應(yīng)形成高分子聚合物，具有線(xiàn)性結(jié)構(gòu)。

（3）網(wǎng)捕作用三價(jià)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(guò)程中，能集卷、網(wǎng)捕水中的膠體等微粒，使膠體粘結(jié)。

以上三種作用產(chǎn)生的微粒凝結(jié)現(xiàn)象——凝聚和絮凝總稱(chēng)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(yīng)符全如下要求：混凝效果良好，對(duì)人體健康無(wú)害，價(jià)廉易得，使用方便?；炷齽┑姆N類(lèi)較多，主要有以下兩大類(lèi)：(1)無(wú)機(jī)鹽類(lèi)混凝劑目前應(yīng)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(jié)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(qiáng)，易吸水潮解，不易保管。(2)高分子混凝劑高分子混凝劑有無(wú)機(jī)和有機(jī)的兩種。聚合氯化鋁和聚合氯化鐵是目前國(guó)內(nèi)外研制和使用比較廣泛的無(wú)機(jī)高分子混凝劑。聚合氯化鋁的混凝作用與硫酸鋁并無(wú)差別。硫酸鋁投入水中后，主要是各種形態(tài)的水解聚全物發(fā)揮混凝作用。但由于影響酸鋁化學(xué)反應(yīng)的因素復(fù)雜，要想根據(jù)不同水質(zhì)控制水解聚合物的形態(tài)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(yù)先制成最優(yōu)形態(tài)的聚合物，投入水中后可發(fā)揮優(yōu)良的混凝作用。有機(jī)高分子混凝劑有天然的和人工合成的。這類(lèi)混凝劑都具有巨大的線(xiàn)必分子。

2.助凝劑

當(dāng)單用混劑不能取得良好效果時(shí)，可投加某些輔助藥劑以提高混凝效果，這種輔助藥劑稱(chēng)為助凝劑。助凝劑可用以調(diào)節(jié)或改善混凝的條件，例如當(dāng)原水的堿度不足時(shí)可投加石灰或重碳酸鈉等；當(dāng)采用硫亞鐵作混凝劑時(shí)可加氯氣將亞鐵Fe2+氧化成三價(jià)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(fù)雜，主要有水溫、水質(zhì)和水力條件等。1.水溫?zé)o機(jī)鹽因混凝劑的水解是吸熱反應(yīng)，水溫低時(shí)，水解困難特別是硫酸鋁，當(dāng)水溫低于5。C時(shí)，水解速率非常緩慢。2..pH值水的pH值對(duì)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(shí)，最佳pH值范圍在6。5-7。5之間；用于除色時(shí)，pH值在4。5-5之間3.水中雜質(zhì)的成分、性質(zhì)和濃度水中雜質(zhì)的成分、性質(zhì)和濃度都對(duì)混凝效果有明顯的影響。4.水力條件混凝過(guò)程中的水力條件對(duì)絮凝體的形成影響極大。整個(gè)混凝過(guò)程可以分為兩個(gè)階段：混合和反應(yīng)。四、化學(xué)混凝的設(shè)備化學(xué)混凝的設(shè)備包括：混凝劑的配制和投加設(shè)備、混合設(shè)備和反應(yīng)設(shè)備。

1.

混凝劑的配制和投加設(shè)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(xiàn)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(jìn)行溶解。溶解池應(yīng)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(jī)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(jì)量及定量時(shí)調(diào)節(jié)投加量。計(jì)量設(shè)備可以用轉(zhuǎn)子流量計(jì)、電磁流量計(jì)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(jì)量泵投加。

泵前重力投加

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

分流隔板式混合槽機(jī)械攪拌混合槽3.反應(yīng)設(shè)備反應(yīng)設(shè)備有水力攪拌和機(jī)械攪拌兩大類(lèi)。常用的有隔板反應(yīng)池和機(jī)械攪拌反應(yīng)池。往復(fù)式隔版反應(yīng)池見(jiàn)下圖。機(jī)械攪拌反應(yīng)池見(jiàn)下下圖。

往復(fù)式隔版反應(yīng)池

機(jī)械攪拌混合槽

機(jī)械攪拌設(shè)備—漿板第二節(jié)中和法

酸和堿是常用的工業(yè)原料。使用酸、堿的工廠往往有酸性廢水和堿性廢水。因?yàn)樘烊凰膲A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(shù)的就是pH值，用堿或堿性物質(zhì)中和酸性廢水時(shí)，把廢水的pH值調(diào)升到7；用酸或酸性物質(zhì)中和堿性廢水時(shí)，把廢水的pH調(diào)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(shí)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(yīng)在池中進(jìn)行。

2.過(guò)濾法石灰石或白云做中和劑時(shí)常呈粗粒狀，可作濾料，故用過(guò)濾法.一般采用升流式膨脹濾池。見(jiàn)下圖。變流速升流式膨脹濾池第三節(jié)化學(xué)沉淀法用易溶的化學(xué)藥劑（可稱(chēng)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(xué)上稱(chēng)沉淀法，在化工和環(huán)境工程上則稱(chēng)化學(xué)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(xué)沉淀混淆）。廢水處理中，常用化學(xué)沉淀法去除廢水中的有害離子，陽(yáng)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(chēng)溶度積KS）是常數(shù)。當(dāng)能結(jié)合成難溶鹽的兩種離子的濃度之積超過(guò)這鹽的溶度積時(shí)，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(jié)氧化還原法

氧化還原法在廢水處理中不多見(jiàn)。電鍍廢水處理中去除鉻酸根和氰根可用氧化還原法。有機(jī)汞對(duì)人危害嚴(yán)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(shí)，分兩步進(jìn)行。先加堿，調(diào)整pH值至10以上，同時(shí)按計(jì)算量（CN-：Cl2=1：2.7）加氯，攪拌混合數(shù)分鐘。然后調(diào)整pH值到8。5，再按計(jì)算量（CN-：Cl2=1：4.1）的110%第二次加氯，攪拌1小時(shí)以上完成反應(yīng)，其反應(yīng)式如下：第一步CN-+2OH-+Cl2CNO-+2Cl-+H2O第二步2CNO-+4OH-+3Cl22CO2+N2+6Cl-+2H2O連續(xù)運(yùn)行時(shí)，加氯加酸與廢水同時(shí)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(yīng)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(gè)點(diǎn)加，稍后加堿），因?yàn)榉磻?yīng)基本上瞬時(shí)的，但最后一個(gè)主要反應(yīng)卻同分批處理一樣，需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。1、

直流電流通過(guò)電解質(zhì)溶液時(shí)，在兩個(gè)電極上引起的化學(xué)變化稱(chēng)電解。陰離子在陽(yáng)極失去電子而被氧化；陽(yáng)離子在陰極得到電子而被還原。有時(shí)，陽(yáng)極材料會(huì)被氧化成陽(yáng)離子。

ABA++B+陰極反應(yīng)A++eA

陽(yáng)極反應(yīng)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(jié)合成Cr（OH）3。如電極是鋼板：陽(yáng)極反應(yīng)Fe-2eFe2+CrO42-+3Fe2++8H+Cr3++3Fe3++4H2O陰極反應(yīng)2H