水污染控制工程第十六章第1頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月污水的化學(xué)處理是利用化學(xué)反應(yīng)的作用以去除水中的雜質(zhì)。處理對(duì)象主要是污水中無機(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)。常用的化學(xué)處理方法有化學(xué)混凝、中和法、化學(xué)沉淀法和氧化還原法。第2頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)中和法第3頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月一、投加法常用藥劑是石灰、電石渣、石灰石等，有時(shí)也采用苛性鈉和碳酸鈉。中和藥劑的投加量，可按化學(xué)反應(yīng)式進(jìn)行估算。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。石灰量多時(shí)，可用生石灰。為了防止產(chǎn)生沉淀，石灰乳槽均裝有攪拌設(shè)備。第4頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月第5頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月二、過濾法石灰石或白云石作中和劑時(shí)常呈粗粒狀，可作濾料，故用過濾法。第6頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)化學(xué)混凝法第7頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月一、混凝原理化學(xué)混凝處理的對(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)定性第8頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月膠體所受影響由于上述的膠體帶電現(xiàn)象，帶相同電荷的膠粒產(chǎn)生靜電斥力，而且ξ電位越高，膠粒間的靜電斥力越大受水分子熱運(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)”膠粒之間還存在著相互引力——范徳華引力膠體間的相互斥力不僅與ξ電位有關(guān)，還與膠粒的間距有關(guān)，距離越近，斥力越大。而布朗運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能不足以將兩顆膠粒推進(jìn)到使范徳華引力發(fā)揮作用的距離。因此，膠體微粒不能相互聚結(jié)而長期保持穩(wěn)定的分散狀態(tài)。水化作用也使膠體不能相互聚結(jié)。第9頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月2.混凝原理(1)壓縮雙電層作用混凝劑提供大量正離子會(huì)涌入膠體擴(kuò)散層甚至吸附層,使ξ電位降低。當(dāng)ξ電位為零時(shí),稱為等電狀態(tài)。此時(shí)膠體間斥力消失,膠粒最易發(fā)生聚結(jié)。實(shí)際上，ξ電位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)，膠粒就開始產(chǎn)生明顯的聚結(jié)，這時(shí)的ξ電位稱為臨界電位。膠粒因ξ電位電位降低或消除以至失去穩(wěn)定性的過程，稱為膠體脫穩(wěn)。脫穩(wěn)的膠粒相互聚結(jié)，稱為凝聚。第10頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月第11頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)吸附架橋作用由高分子物質(zhì)吸附架橋作用而使微粒相互粘結(jié)的過程。(3)網(wǎng)捕作用沉淀物在自身沉降過程中，能集卷、網(wǎng)捕水中的膠體等微粒，使膠體粘結(jié)。以硫酸鋁為例討論混凝過程硫酸鋁Al2(SO4)3·18H2O溶于水后，離解出Al3+，并結(jié)合有6個(gè)配位水分子，成為水合鋁離子[Al(H2O)6]3+。第12頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月水合鋁離子進(jìn)一步水解，形成單羥基單核絡(luò)合物：單羥基單核絡(luò)合物又進(jìn)一步水解：上述反應(yīng)中，降低水中H+(或H3O+)濃度或提高pH，使反應(yīng)趨向右方，水合羥基絡(luò)合物的電荷逐漸降低，最終生成中性氫氧化鋁難溶沉淀物。第13頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)pH<4時(shí)，水解受到抑制，水中存在的主要是[Al(H2O)3]3+

。當(dāng)pH＝4~5時(shí)，水中有[Al(OH)(H2O)5]2+、[Al(OH)2(H2O)4]+及少量[Al(OH)3(H2O)3]。當(dāng)pH＝7~8時(shí)，水中主要是[Al(OH)3(H2O)3]沉淀物。但在某一特定pH時(shí)，水解產(chǎn)物還有許多復(fù)雜的高聚物和絡(luò)合物同時(shí)共存。因?yàn)槌醪剿猱a(chǎn)物中的羥基OH-具有橋鍵性質(zhì)。第14頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月在由[Al(H2O)6]3+轉(zhuǎn)向[Al(OH)3(H2O)3]的中間過程中，羥基可將單核絡(luò)合物通過橋鍵縮聚成多核絡(luò)合物：或兩個(gè)單羥基絡(luò)合物通過羥基橋聯(lián)可縮合成雙羥基雙核絡(luò)合物：第15頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月從上述反應(yīng)可以看出，三價(jià)鋁鹽發(fā)揮混凝作用的是各種形態(tài)的水解聚合物。帶有正電的水解聚合物，同時(shí)起到壓縮雙電層的脫穩(wěn)和吸附架橋的作用。為使硫酸鋁達(dá)到優(yōu)異的混凝效果，應(yīng)盡量使膠體脫穩(wěn)和吸附架橋作用都得到充分發(fā)揮。當(dāng)混凝劑投放水中后，應(yīng)立即進(jìn)行劇烈攪拌，使帶電聚合物迅速均勻地與全部膠體雜質(zhì)接觸，使膠體脫穩(wěn)，隨后，脫穩(wěn)膠體在相互凝聚的同時(shí)，靠聚合度不斷增大的高聚物的吸附架橋作用，形成大的絮凝體，使混凝過程很好完成。第16頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月二、混凝劑和助凝劑1.混凝劑要求混凝劑效果良好對(duì)人體健康無害價(jià)廉易得使用方便第17頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月2.助凝劑三、影響混凝效果的主要因素1.水溫2.pH3.水中雜質(zhì)的成分、性質(zhì)和濃度4.水力條件(1)無機(jī)鹽類混凝劑鐵鹽和鋁鹽(2)高分子混凝劑有機(jī)和無機(jī)第18頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月四、化學(xué)混凝的設(shè)備1.混凝劑的配制和投加設(shè)備(1)混凝劑的溶液和配制混凝劑在溶解池中進(jìn)行溶解:攪拌加速藥劑溶解機(jī)械攪拌壓縮空氣攪拌水泵攪拌第19頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月藥劑溶解完全后，將濃藥液送入溶液池，用清水稀釋到一定的濃度備用。溶液池的容積可按下式計(jì)算：溶解池的容積：式中:V1——溶液池容積，m3；Q——處理地水量，m3/h;A——混凝劑地最大投加量，mg/L;w——溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％；n——每天配置次數(shù)，一般為2~6次。第20頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)混凝劑溶液的投加計(jì)量設(shè)備轉(zhuǎn)子流量計(jì)電磁流量計(jì)投加方式泵前重力投加水射器投加第21頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月2.混合設(shè)備(1)水泵混合(2)隔板混合(3)機(jī)械混合第22頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月3.反應(yīng)設(shè)備(1)隔板反應(yīng)池利用水流斷面上流速分布不均所造成的速度梯度，促進(jìn)顆粒相互碰撞進(jìn)行絮凝。為避免結(jié)成的絮凝體被打碎，隔板中的流速應(yīng)逐漸減小。第23頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)機(jī)械反應(yīng)池第24頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)化學(xué)沉淀法第25頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月用易溶的化學(xué)藥劑(可稱沉淀劑)使溶液中某種離子以它的一種難溶的鹽和氫氧化物形式從溶液中析出，在化學(xué)上稱沉淀法，在化工和環(huán)境工程上稱化學(xué)沉淀法。廢水處理中，常用化學(xué)沉淀法去除廢水中的有害離子，陽離子如Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cr6+，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這鹽的溶度積時(shí)，該鹽將析出，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26頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)氧化還原法第27頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月一、氧化法電鍍廢水往往含有CN-,可加氯氧化為N2和CO2。對(duì)某些工業(yè)廢水用臭氧進(jìn)行深度處理二、高級(jí)氧化技術(shù)用自由羥基作為主要氧化劑。用兩種或多種氧化劑聯(lián)用發(fā)生協(xié)同效應(yīng)，或者與催化劑聯(lián)用，提高.OH的生成量和速率，加快反應(yīng)過程，提高處理效率和出水水質(zhì)。第28頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月高級(jí)氧化工藝的特點(diǎn)1.高氧化性。其氧化能力比一般氧化劑高。2.反應(yīng)速率快。氧化反應(yīng)的生成速率主要是由羥基自由基的產(chǎn)生速率決定。3.提高可生物降解性，減少THMs和溴酸鹽的生成。第29頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月幾種有代表性的高級(jí)氧化工藝1.Fenton試劑由亞鐵鹽和過氧化氫組成，在pH低時(shí)在亞鐵離子的催化作用下過氧化氫分解產(chǎn)生羥基自由基，從而引發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。H2O2、UV工藝?yán)米贤夤夂瓦^氧化氫聯(lián)用產(chǎn)生羥基自由基。第30頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月濕式氧化和催化濕式氧化通常用于不可生物降解的廢水處理，當(dāng)進(jìn)水COD濃度大于20g/L時(shí)，這兩種方法在能量上可以自我維持。濕式氧化一般形成的最終產(chǎn)物是小分子羧酸。乙酸和丙酸對(duì)濕式氧化具有抗性，因此他們的氧化需要借助催化劑。通過催化劑，可以實(shí)現(xiàn)有機(jī)污染物的高效降解，并降低反應(yīng)所需的溫度和壓力，節(jié)省能和設(shè)備投資。第31頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月還原法廢水中有些有機(jī)物，如六價(jià)鉻毒性很大，可以用還原的方法還原成毒性較小的三價(jià)鉻，再使其生成氫氧化鉻沉淀去除。含鉻廢水的處理；用金屬鐵還原法處理硝基苯類廢水；（鐵粉法、鐵碳發(fā)、鐵屑法，其主要是原電池作用）用Cu/Fe催化還原法處理難生物降解工業(yè)廢水。第32頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月金屬鐵還原