水污染控制工程第8章污水的化学处理课件.ppt

第八章第八章 污水的化学与物理化学处理污水的化学与物理化学处理水污染控制工程第8章污水的化学处理§8.1 废水的混凝水污染控制工程第8章污水的化学处理混凝（絮凝）的基本概念混凝（絮凝）的基本概念混凝（絮凝）：通过向污水中加入化学药剂，使废混凝（絮凝）：通过向污水中加入化学药剂，使废水（污水）中的胶体颗粒或其他物质能够凝聚成大水（污水）中的胶体颗粒或其他物质能够凝聚成大颗粒从而与水相分离的方法，一般有混凝沉淀和混颗粒从而与水相分离的方法，一般有混凝沉淀和混凝气浮两大类凝气浮两大类水污染控制工程第8章污水的化学处理混凝一级水处理流程混凝一级水处理流程水污染控制工程第8章污水的化学处理水果、蔬菜脱水废水处理工艺中的水果、蔬菜脱水废水处理工艺中的混凝强化流程混凝强化流程序号序号序号序号项目项目项目项目CODCODCODCOD（（（（mg/lmg/lmg/lmg/l））））BODBODBODBOD5 5 5 5（（（（mg/lmg/lmg/lmg/l））））1 1 1 1原水原水原水原水7000~120007000~120007000~120007000~120004080~69604080~69604080~69604080~69602 2 2 2UASBUASBUASBUASB出水出水出水出水1400~18001400~18001400~18001400~1800612~696612~696612~696612~6963 3 3 3二沉池出水二沉池出水二沉池出水二沉池出水140~220140~220140~220140~22025~2825~2825~2825~284 4 4 4混凝沉淀池出水混凝沉淀池出水混凝沉淀池出水混凝沉淀池出水84~13284~13284~13284~13225~2825~2825~2825~285 5 5 5标准值标准值标准值标准值≤150≤150≤150≤150≤30≤30≤30≤30水污染控制工程第8章污水的化学处理废纸脱墨废水处理技术废纸脱墨废水处理技术 格栅格栅集水井集水井絮凝气浮池絮凝气浮池浮渣储槽浮渣储槽(提升泵提升泵) (提升泵提升泵) 加药装置加药装置 排放或回用排放或回用 回用到车间回用到车间 项项项项 目目目目原水原水原水原水格栅格栅格栅格栅絮凝气浮絮凝气浮絮凝气浮絮凝气浮总出水总出水总出水总出水排放要求排放要求排放要求排放要求COD(mg/l)COD(mg/l)1800180016201620<350<350<350<350≤350≤350CODCOD去除率去除率去除率去除率10%10%78.4%78.4%>80.6%>80.6%BODBOD5 5(mg/l)(mg/l)800800720720<120<120<120<120≤120≤120BODBOD5 5去除率去除率去除率去除率10%10%83.383.3％％％％>85%>85%水污染控制工程第8章污水的化学处理混凝过程具有两个作用混凝过程具有两个作用处理对象：胶体态及难沉物处理对象：胶体态及难沉物第一个作用：第一个作用：使水中原有的离散微粒首先具有粘附使水中原有的离散微粒首先具有粘附在固体颗粒上的性质在固体颗粒上的性质 ——凝聚（凝聚（coagulation））第二个作用第二个作用：使这些具有粘附性的离散微粒能够粘：使这些具有粘附性的离散微粒能够粘结成絮体结成絮体 ——絮凝（絮凝（flocculation））混凝（混凝（coagulation-flocculation））水污染控制工程第8章污水的化学处理胶体颗粒的基本性质①① 水处理中常见胶体：粘土颗粒（对于水处理中常见胶体：粘土颗粒（对于d<4μm），大），大部分细菌（部分细菌（0.2~80nm），病毒（），病毒（10~300nm），蛋），蛋白质。

白质③③ 憎水性胶体，亲水性胶体或介于两者之间憎水性胶体，亲水性胶体或介于两者之间④④ 对憎水性胶体，其稳定性可用双电层结构来说明对憎水性胶体，其稳定性可用双电层结构来说明 对于亲水性胶体，其稳定性主要由于它所吸附的大对于亲水性胶体，其稳定性主要由于它所吸附的大 量水分子所构成的水壳来说明量水分子所构成的水壳来说明②② 稳定性：胶体颗粒在水中保持分散状态的性质稳定性：胶体颗粒在水中保持分散状态的性质水污染控制工程第8章污水的化学处理 混凝是废水处理中最具代表意义的技术，混凝混凝是废水处理中最具代表意义的技术，混凝原理涉及界面与胶体科学的内容，目前混凝研究仍原理涉及界面与胶体科学的内容，目前混凝研究仍处在瓶颈阶段处在瓶颈阶段 所谓的混凝四大机理：所谓的混凝四大机理：1.压缩双电层，压缩双电层，2.吸附吸附电中和，电中和，3.吸附架桥，吸附架桥，4.沉淀网捕其实对混凝科沉淀网捕其实对混凝科学的研究帮助不大关键问题是混凝的定量性存在学的研究帮助不大关键问题是混凝的定量性存在与否，定量性依据是什么的问题与否，定量性依据是什么的问题1、混凝原理及药物水污染控制工程第8章污水的化学处理胶团示意图胶团示意图水污染控制工程第8章污水的化学处理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ζζ电位电位Ψ电位电位水污染控制工程第8章污水的化学处理颗粒能量图颗粒能量图水污染控制工程第8章污水的化学处理压缩双电层机理压缩双电层机理水污染控制工程第8章污水的化学处理聚合物的机理聚合物的机理水污染控制工程第8章污水的化学处理铝盐絮凝的化学反应系列铝盐絮凝的化学反应系列水污染控制工程第8章污水的化学处理pH值的影响值的影响水污染控制工程第8章污水的化学处理铝盐的工作相图水污染控制工程第8章污水的化学处理高分子物质的延伸现象水污染控制工程第8章污水的化学处理2 水处理混凝剂一览水污染控制工程第8章污水的化学处理最适药剂量水污染控制工程第8章污水的化学处理药剂的溶解和投加过程药剂的溶解和投加过程水污染控制工程第8章污水的化学处理混合是一种能量混合是一种能量耗散，促成紊流耗散，促成紊流是混合的要领。

是混合的要领§8.2. 混合的机理和设备混合有各种手段，衡量优劣的是混和效率混合有各种手段，衡量优劣的是混和效率 混合在多相的废水处理中是一个重要的单元操作，包括混合在多相的废水处理中是一个重要的单元操作，包括 （（1）一种物质和另一种物质的完全混合一种物质和另一种物质的完全混合 （（2）可互溶液体物质间的掺混可互溶液体物质间的掺混 （（3）废水的混凝）废水的混凝（（Coagulation & Flocculation) （（4）废水中悬浮体的持续维持）废水中悬浮体的持续维持 （（5）热的传递）热的传递 混合可分为（混合可分为（1）持续性快速混合（小于）持续性快速混合（小于30秒）秒） （（2）持续性慢速混合（大于）持续性慢速混合（大于30秒）秒） （（3）间歇式混合）间歇式混合水污染控制工程第8章污水的化学处理化学混凝的设备化学混凝的设备n n混凝剂的配制和投加设备；混凝剂的配制和投加设备；n n混合设备；混合设备；n n反应设备；反应设备；n n分离设备分离设备水污染控制工程第8章污水的化学处理快速混合的技术设备水污染控制工程第8章污水的化学处理两种方式的混合搅拌两种方式的混合搅拌水污染控制工程第8章污水的化学处理水中颗粒物的运动方式水中颗粒物的运动方式水污染控制工程第8章污水的化学处理浆板式机械混合池水污染控制工程第8章污水的化学处理各种形式的浆片水污染控制工程第8章污水的化学处理 穿孔板式混合穿孔板式混合水污染控制工程第8章污水的化学处理涡流式混合涡流式混合水污染控制工程第8章污水的化学处理水泵搅拌系统水泵搅拌系统水污染控制工程第8章污水的化学处理反应设备反应设备反应设备中，搅拌强度沿水流方向应逐渐减小。

反应设备中，搅拌强度沿水流方向应逐渐减小思考：这样做的目的是什么？思考：这样做的目的是什么？反应设备主要设计参数是：反应设备主要设计参数是：搅拌强度：用速度梯度搅拌强度：用速度梯度G表示搅拌时间：搅拌时间：t水污染控制工程第8章污水的化学处理速度梯度速度梯度G速度梯度：速度梯度：指由于搅拌在垂直水流方向上引起的速度差指由于搅拌在垂直水流方向上引起的速度差垂直水流距离垂直水流距离搅拌需要的功率搅拌需要的功率动力粘度系数动力粘度系数Gt值间接表示整个反应时间内颗粒碰撞的总次数，可值间接表示整个反应时间内颗粒碰撞的总次数，可以用来控制反应效果以用来控制反应效果104－－105））GtC也可以应用，也可以应用，C为胶体浓度为胶体浓度100左右）左右）水污染控制工程第8章污水的化学处理水平轴机械反应池水污染控制工程第8章污水的化学处理 垂直轴机械反应池水污染控制工程第8章污水的化学处理水污染控制工程第8章污水的化学处理全自动加药工艺流程全自动加药工艺流程水污染控制工程第8章污水的化学处理成套自动加药设备成套自动加药设备水污染控制工程第8章污水的化学处理自动加药设备自动加药设备水污染控制工程第8章污水的化学处理 水射器投药水射器投药水污染控制工程第8章污水的化学处理加药单元厂房内部加药单元厂房内部水污染控制工程第8章污水的化学处理加药计量泵房加药计量泵房水污染控制工程第8章污水的化学处理矾花结构的局部示意矾花结构的局部示意水污染控制工程第8章污水的化学处理助凝剂概念助凝剂概念 助凝剂指用于混凝剂共同（在前、在后、助凝剂指用于混凝剂共同（在前、在后、同时）使用时，可促进水的混凝过程的化学同时）使用时，可促进水的混凝过程的化学药剂药剂.其主要作用有：其主要作用有： 1.调整水的调整水的pH值，例如投加酸碱，对天然水常值，例如投加酸碱，对天然水常用的是石灰，使混凝剂处在最佳用的是石灰，使混凝剂处在最佳pH值范围内。

值范围内 2.增大矾花的粒度，重度和结实度增大矾花的粒度，重度和结实度 3.氧化作用氧化作用水污染控制工程第8章污水的化学处理 影响混凝的主要因素影响混凝的主要因素 内部因素：内部因素： 1.原水的水质和水温原水的水质和水温 2.混凝剂种类和投量混凝剂种类和投量 3.pH值值 4.离子强度离子强度 外部因素：外部因素： 1.药剂的配制和投放药剂的配制和投放 2.混合、反应、分离和输送混合、反应、分离和输送水污染控制工程第8章污水的化学处理混凝实验的一般步骤混凝实验的一般步骤 巨量的烧杯实验巨量的烧杯实验 1.原水调查（特别是目标物质的选定，电导率）原水调查（特别是目标物质的选定，电导率） 2.原水的初试（试管实验），原水的初试（试管实验）， 3.专项分析，确定跟踪和表征指标，电导率和吸专项分析，确定跟踪和表征指标，电导率和吸光度很有作用光度很有作用 4.选择几种方案，比较几种药物选择几种方案，比较几种药物 5.对目标药剂进行化学计量方面的实验，确定最对目标药剂进行化学计量方面的实验，确定最佳投量，比例关系，操作条件等佳投量，比例关系，操作条件等。

6.进行机理的探讨和研究（普遍欠缺）进行机理的探讨和研究（普遍欠缺） 7.进行混合等工程学方面的参数实验进行混合等工程学方面的参数实验水污染控制工程第8章污水的化学处理§8.3 中和法水污染控制工程第8章污水的化学处理酸碱废水的产生和处置方法酸碱废水的产生和处置方法酸和碱是常用的工业原料而酸碱废水对排水管网有酸和碱是常用的工业原料而酸碱废水对排水管网有腐蚀危害，所以必须对其进行处理腐蚀危害，所以必须对其进行处理酸性废水的处置方法大致可以用以下两种：酸性废水的处置方法大致可以用以下两种：投加法投加法过滤法过滤法水污染控制工程第8章污水的化学处理投加法投加法如果中和剂能制成溶液或浆料，可以将其直接投入如果中和剂能制成溶液或浆料，可以将其直接投入中和池进行中和反应中和池进行中和反应投加法的药剂工业上主要是投加法的药剂工业上主要是:石灰：熟石灰石灰：熟石灰Ca(OH)2），制成乳液，浓度），制成乳液，浓度10％左右；％左右；电石渣：电石电石渣：电石CaC、、Ca(OH)2；；石灰石：石灰石：CaCO3；；有时也用苛性钠（有时也用苛性钠（NaOH）和碳酸钠（）和碳酸钠（Na(OH)2）。

水污染控制工程第8章污水的化学处理投加方式投加方式水污染控制工程第8章污水的化学处理酸碱废水自动中和处理设备酸碱废水自动中和处理设备 水污染控制工程第8章污水的化学处理冷轧厂酸碱废水冷轧厂酸碱废水 水污染控制工程第8章污水的化学处理酸碱废水中和系统酸碱废水中和系统 水污染控制工程第8章污水的化学处理酸酸碱碱中中和和系系统统水污染控制工程第8章污水的化学处理过滤法过滤法用石灰石、白云石作为中和剂时，常将其制成粗粒状，用石灰石、白云石作为中和剂时，常将其制成粗粒状，作为滤料，采用过滤法处理酸性废水作为滤料，采用过滤法处理酸性废水以石灰石为滤料时，废水硫酸浓度一般不超以石灰石为滤料时，废水硫酸浓度一般不超过过1-2g/L如果硫酸浓度过高，可以用回流如果硫酸浓度过高，可以用回流水稀释水污染控制工程第8章污水的化学处理升流式膨胀滤池升流式膨胀滤池当粒料粒经较小当粒料粒经较小（（<3mm）时，废水上）时，废水上升滤速应在升滤速应在50－－70m/h，这样滤床膨胀，粒料，这样滤床膨胀，粒料互相摩擦有助于防止结互相摩擦有助于防止结壳水污染控制工程第8章污水的化学处理烟气中和碱性废水烟气中和碱性废水烟气中含有烟气中含有CO2和少量的和少量的SO2、、H2S，可以中和碱性废，可以中和碱性废水。

同时，该工艺其实也是烟气脱硫的方法之一同时，该工艺其实也是烟气脱硫的方法之一废气和碱性废水都得到一定废气和碱性废水都得到一定净化和调节净化和调节不过出水一般含有硫化物，不过出水一般含有硫化物，而且色度显著增加、含氧量而且色度显著增加、含氧量较低，仍需进一步处理方可较低，仍需进一步处理方可排出水污染控制工程第8章污水的化学处理§8.4 氧化还原法1、氧化法、氧化法废水处理中常用的氧化剂是：废水处理中常用的氧化剂是：氯和臭氧氯和臭氧臭氧的制备：臭氧的制备：目前臭氧制备方法有：无声放电法、放射法、紫外线辐射目前臭氧制备方法有：无声放电法、放射法、紫外线辐射法、等离子射流法和电解法等水处理中常用的是无声放法、等离子射流法和电解法等水处理中常用的是无声放电法水污染控制工程第8章污水的化学处理1、氧化法、氧化法电镀废水电镀废水(氰根氰根)的氧化处理的氧化处理:加碱，加碱，pH大于大于10，加氯（质量浓度比，加氯（质量浓度比CN-:Cl2=1:2.7））pH调到调到8.5，再加氯，质量浓度比，再加氯，质量浓度比CN-:Cl2=1:4.1计算氯量，再过量计算氯量，再过量10%，反应，反应1小时以上。

小时以上水污染控制工程第8章污水的化学处理2 高级氧化技术高级氧化技术种类繁多，包括臭氧氧化、过氧化氢、二氧化氯、种类繁多，包括臭氧氧化、过氧化氢、二氧化氯、湿式氧化、超临界水氧化、光催化氧化等等湿式氧化、超临界水氧化、光催化氧化等等1987年，年，Glaze等人提出：以羟基自由基（等人提出：以羟基自由基（··OH）作）作为主要氧化剂的技术，称为高级氧化技术为主要氧化剂的技术，称为高级氧化技术（（Advanced Oxidation Processes 即即AOPs））特点：特点：氧化性强；氧化性强；反应速度快反应速度快提高生物可降解性提高生物可降解性水污染控制工程第8章污水的化学处理过氧化氢氧化法过氧化氢氧化法过氧化氢是淡蓝色粘稠液体，熔点过氧化氢是淡蓝色粘稠液体，熔点-0.43℃℃，物理性质和水相，物理性质和水相似，是一种弱酸，稀释水溶液呈中性，属于强氧化剂，反应似，是一种弱酸，稀释水溶液呈中性，属于强氧化剂，反应迅速不会给反应溶液带来杂质不会给反应溶液带来杂质1.Fenton试剂：亚铁离子和过氧化氢的组合产试剂：亚铁离子和过氧化氢的组合产生羟基自由基，具有高氧化性，其氧化还原电生羟基自由基，具有高氧化性，其氧化还原电位高于臭氧。

位高于臭氧2.类类Fenton试剂：在试剂：在Fenton工艺基础上，与其他工艺基础上，与其他工艺相结合的方式，如电工艺相结合的方式，如电-Fenon、光、光-Fenton等等3.过氧化氢单独氧化过氧化氢单独氧化在在水水处处理理中中的的应应用用水污染控制工程第8章污水的化学处理湿式氧化法湿式氧化法湿式氧化法（湿式氧化法（Wet Air Oxidation简称简称WAO ）是在高温、高压下，）是在高温、高压下，利用氧化剂将废水中的有机物转化为二氧化碳和水，从而达到去利用氧化剂将废水中的有机物转化为二氧化碳和水，从而达到去除污染物的目的与常规方法相比，具有适用范围广、处理效率除污染物的目的与常规方法相比，具有适用范围广、处理效率高、无二次污染、氧化速度快、可回收能量及有用物料等特点高、无二次污染、氧化速度快、可回收能量及有用物料等特点存在的缺点主要有：存在的缺点主要有：1 高温高压条件下进行，中间产物有有机酸类，对设备要求较高高温高压条件下进行，中间产物有有机酸类，对设备要求较高2 由于反应高温，对大量废水不经济由于反应高温，对大量废水不经济3 某些有机物，如多氯联苯、小分子羧酸取出效果不理想。

某些有机物，如多氯联苯、小分子羧酸取出效果不理想4 湿式氧化可能会产生毒性更强的中间产物湿式氧化可能会产生毒性更强的中间产物水污染控制工程第8章污水的化学处理湿湿式式氧氧化化法法反反应应机机理理自自由由基基链链反反应应反反应应阶阶段段水污染控制工程第8章污水的化学处理光化学氧化光化学氧化TiO2光催化的方法又称为纳米光催化氧化法此工艺采用光催化的方法又称为纳米光催化氧化法此工艺采用半导体金属氧化物为催化剂，用氧气作为氧化剂经过反半导体金属氧化物为催化剂，用氧气作为氧化剂经过反复的实验，大多数金属氧化物都不适合，只有复的实验，大多数金属氧化物都不适合，只有TiO2具有良具有良好的反应特性好的反应特性 水污染控制工程第8章污水的化学处理氧化钛光催化剂属氧化钛光催化剂属n型半导体，当它接受紫外线型半导体，当它接受紫外线(400nm)时，时，形成电子形成电子(Electron)及电子束及电子束(Electron Hole)，生成有强，生成有强烈氧化作用的烈氧化作用的-OH及及O2-，这两种物质把有机化合物进行，这两种物质把有机化合物进行氧化分解，使之变成水氧化分解，使之变成水(H2O)及二氧化碳及二氧化碳(CO2)。

水污染控制工程第8章污水的化学处理超临界水氧化技术超临界水氧化技术 超临界水氧化技术（超临界水氧化技术（Supercritical water oxidation, SCO）在）在水处理中的应用可追溯到水处理中的应用可追溯到20世纪世纪70年代初期年代初期超临界水表现出弱极性超临界水表现出弱极性,可与非极性有机物和可与非极性有机物和O2、、N2、、CO2空气空气等气体以任意比例互溶等气体以任意比例互溶,从而使超临界水氧化反应成为均相反应从而使超临界水氧化反应成为均相反应,大大减少了相间传质阻力大大减少了相间传质阻力,提高了反应速度提高了反应速度 水的临界温度是水的临界温度是374.3℃,临界压力是临界压力是22.05MPa,在此温度和压在此温度和压力之上就是超临界区力之上就是超临界区 超临界水兼具有气态和液态水的性质超临界水兼具有气态和液态水的性质,具有特殊的溶解度具有特殊的溶解度,较低较低的粘度的粘度,较高的扩散性较高的扩散性,较低的表面张力和易改变的密度若改较低的表面张力和易改变的密度若改变温度和压力变温度和压力,可将其密度控制在气体和液体之间可将其密度控制在气体和液体之间水污染控制工程第8章污水的化学处理由于超临界水对有机物有很高的溶解能力，且能以任何比由于超临界水对有机物有很高的溶解能力，且能以任何比例与例与O2或空气、轻的有机气体以及或空气、轻的有机气体以及CO2等完全互溶等完全互溶,但是无但是无机化合物尤其是盐较难溶于其中。

有机物的氧化可以在富机化合物尤其是盐较难溶于其中有机物的氧化可以在富氧的均一相中进行，反应不会因相间转移而受限制高的氧的均一相中进行，反应不会因相间转移而受限制高的反应温度反应温度(400～～600℃)和压力也使反应速率加快和压力也使反应速率加快,可以在几可以在几秒钟内对有机物达到很高的破坏效率化学反应可表示如秒钟内对有机物达到很高的破坏效率化学反应可表示如下下:水污染控制工程第8章污水的化学处理3 还原法还原法含铬废水的处理：含铬废水的处理：1、投加硫酸亚铁和石灰石、投加硫酸亚铁和石灰石2、铁电极电解、铁电极电解阳极：阳极：阴极：阴极：主要过程主要过程水污染控制工程第8章污水的化学处理。