1、Ch12 工業(yè)廢水的化學(xué)處理,中和 (Neutralization) 化學(xué)沉淀 (Chemical Precipitation) 氧化還原 Oxidation-Reduction) 藥劑 (Chemical) 臭氧 (Ozone) 電解 (Electrolysis) 催化氧化 (Catalytic Oxidation),12.1 中 和,（一）概述 中和的基本原理：用化學(xué)法使廢水的pH值達(dá)到適宜范圍的過程。 對(duì)于高濃度（大于3%）的酸、堿廢水的處理，應(yīng)首先考慮回收其中的酸或堿以及綜合利用，只有當(dāng)廢水無回收及綜合利用的價(jià)值時(shí)，才采用中和法處理。,（1）酸堿廢水的來源及危害,酸堿廢水的來源： 酸性

2、廢水：化工，化纖，電鍍，電子，金屬加工 堿性廢水：印染，金屬加工，煉油，造紙 酸堿廢水的危害： 破壞水體水質(zhì)，影響水生動(dòng)植物生存 排水管道、設(shè)施腐蝕破壞 影響污水處理效果（混凝，生物）,（2）中和方法的分類,酸性廢水的中和方法主要有：與堿性廢水互相中和，藥劑中和，過濾中和。 堿性廢水的中和方法主要有：與酸性廢水互相中和以及藥劑中和。, 中和方法的選擇,選擇中和方法時(shí)應(yīng)考慮的因素： 酸、堿廢水所含污染物的性質(zhì)、濃度、水量變化規(guī)律以及中和后水質(zhì)要求 當(dāng)?shù)厮嵝曰驂A性廢料來源 當(dāng)?shù)刂泻退巹┖蜑V料的供應(yīng)情況 受納水體的性質(zhì)、城市下水道能容納廢水的條件，后續(xù)處理對(duì)pH的要求等,（二）酸堿廢水中和法,中和能

3、力的計(jì)算 根據(jù)當(dāng)量定律計(jì)算: Q1C1=Q2C2 等當(dāng)點(diǎn) 等當(dāng)點(diǎn)的pH,當(dāng)水質(zhì)水量變化較小或后續(xù)處理對(duì)PH要求較寬時(shí)：可在集水井（或管道、混合槽）內(nèi)進(jìn)行連續(xù)混合反應(yīng)。 當(dāng)水質(zhì)水量變化不大或后續(xù)處理對(duì)pH值要求高時(shí)：可設(shè)連續(xù)流中和池。 中和時(shí)間l2h；有效容積V=（Q1+Q2)t 當(dāng)水質(zhì)水量變化較大且水量較小時(shí)：多采用間歇式中和池。, 中和設(shè)備,（三）藥劑中和法,酸性廢水的藥劑中和法：向酸性廢水中投加堿性藥劑，使廢水pH值升高的方法。 常采用的中和劑為石灰、石灰石、大理石、白云石、碳酸鈉、苛性納和氧化鎂等。 選擇中和劑時(shí)，盡可能使用一些工業(yè)廢渣，如 化學(xué)軟水站排出的白堊（CaCO3） 有機(jī)化工廠

4、排放的電石廢渣Ca(OH)2 鋼廠或電石廠篩下的廢石灰 熱電廠的爐灰渣 硼酸廠的硼泥,中和后生成的硫酸鈣在水中的溶解度很小，此鹽不僅形成沉淀，而且當(dāng)硫酸濃度很高時(shí)，在藥劑表面會(huì)產(chǎn)生硫酸鈣的覆蓋層影響和阻止中和反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行。當(dāng)采用石灰石，白堊或白云石做中和劑時(shí)，藥劑顆物應(yīng)在0.5mm以下。,中和法反應(yīng),由于藥劑中常含有不參與中和反應(yīng)的惰性雜質(zhì)，而且廢水中常含有影響中和反應(yīng)的雜質(zhì)以及中和反應(yīng)混合不均勻等，因此中和劑的實(shí)際耗量比理論耗量高，應(yīng)通過試驗(yàn)確定。,中和劑的實(shí)際用量,藥劑中和法投藥量計(jì)算,式中： Q 廢水流量(m3/h) C 廢水中酸（堿）濃度(kg/m3) 換算（比重1） a 藥劑單位理

5、論耗量(kg/kg) 藥劑純度或濃度(0.6-0.98) K 反應(yīng)不均勻系數(shù)(1.1-2.0),向堿性廢水投加酸性藥劑，使廢水的pH值降低的方法。 常采用的中和劑有硫酸、鹽酸、硝酸以及鍋爐煙道氣（CO2、SO2）等，還應(yīng)盡可能使用一些工業(yè)廢酸（工業(yè)硫酸）。,堿性廢水的藥劑中和法,據(jù)某廠經(jīng)驗(yàn)，煙道氣中和PH值1012的廢水，出水可降至中性 優(yōu)點(diǎn)：以廢治廢、投資省、運(yùn)行費(fèi)用低、節(jié)水且可回收煙灰及煤，把廢水處理與消煙除塵結(jié)合起來 缺點(diǎn)：出水的硫化物、色度、耗氧量、水溫等指標(biāo)都升高，還需進(jìn)一步處理。,中和法反應(yīng),（四）過濾中和法,過濾中和法：指酸性廢水流過堿性濾料時(shí)與濾料進(jìn)行中和反應(yīng)的方法。僅用于酸性

6、廢水的中和處理。 堿性濾料：主要有石灰石、大理石和白云石等。 中和濾池：有普通中和濾池、升流式中和濾池和過濾中和濾池三種。 優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，出水pH值較穩(wěn)定，沉渣量少。 缺點(diǎn)：廢水的酸濃度不能太高，因?yàn)橹泻瓦^程中生成的鈣鹽沉淀在水中溶解度很小，易在濾料表面形成覆蓋層，阻礙濾料和酸的接觸反應(yīng)，需定期倒床，勞動(dòng)強(qiáng)度較高。,12.2 化學(xué)沉淀,（一）概述： 化學(xué)沉淀法：指向工業(yè)廢水中投加某種化學(xué)物質(zhì)，使其和廢水中溶解物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)并生成難溶鹽沉淀，從而去除廢水中該溶解性物質(zhì)的方法。 用于處理含金屬離子和某些陰離子的工業(yè)廢水 一般采用氫氧化物、硫化物和碳酸鹽等作為沉淀劑,（二）氫氧化物沉淀法,大多數(shù)金屬

7、的氫氧化物在水中的溶度積很小，因此可以利用向水中投加某種化學(xué)藥劑使水中金屬陽離子生成氫氧化物沉淀而被去除。 氫氧化物沉淀法最經(jīng)濟(jì)的化學(xué)藥劑是石灰，適用于不準(zhǔn)備回收重金屬的低濃度廢水處理。,（三）硫化物沉淀法,大多數(shù)金屬硫化物的溶解度一般比其氫氧化物的要小很多，采用硫化物作沉淀劑可使廢水中的金屬得到更完全地去除。 硫化物沉淀法處理費(fèi)用較高，且硫化物固液分離困難，常需投加凝聚劑，此法的應(yīng)用不太廣泛，有時(shí)作為氫氧化物沉淀法的補(bǔ)充法。 常用沉淀劑：硫化氫、硫化鈉和硫化鉀等。,（四）碳酸鹽沉淀法,鋅和鉛等金屬離子的碳酸鹽的溶度積較小，可投加碳酸鈉到高濃度的含鋅或含鉛廢水中，形成鋅或鉛的碳酸鹽沉淀，從而回

8、收重金屬。,（五）其他沉淀處理法,鋇鹽沉淀法：主要用于含六價(jià)鉻的廢水處理 鐵氧體沉淀法：用于金屬?gòu)U水的處理與回收利用。其特點(diǎn)是易沉淀分離。,（六）化學(xué)沉淀法處理廢水, 堿性鋅酸鹽鍍鋅廢水處理 堿性鋅酸鹽鍍鋅工藝應(yīng)用比較廣泛。鋅的氫氧化物兼有弱堿性和弱酸性，氫氧化鋅不溶于水，但由于呈兩性，在強(qiáng)酸或強(qiáng)堿中都能溶解。 其處理工藝為：在反應(yīng)池中用硫酸將廢水的pH值調(diào)8.59.0，廢水的鋅很快轉(zhuǎn)化為氫氧化鋅白色沉淀，而分離出的氫氧化鋅再遇到氫氧化鈉溶液又溶解，可返回到鍍槽再利用。, 硫化物沉淀法處理重金屬?gòu)U水 例如某化工廠需去除所排廢液中的鉛和鎘污染，將含鉛和鎘廢水調(diào)至微酸性，以符合質(zhì)量要求的硫化錳固體

9、為沉淀劑，通過反應(yīng)生成硫化鉛和硫化鎘沉淀，用過濾法去除沉淀物后，將濾液蒸發(fā)和結(jié)晶，可獲得工廠制備氯化錳和硫酸錳的原料。,12.3 氧化還原法,氧化還原法原理：利用氧化還原反應(yīng)，將廢水中的有害物質(zhì)氧化或還原，使其變成無害或危害較小的新物質(zhì) 化學(xué)反應(yīng)中，失去電子的過程叫氧化，失去電子的物質(zhì)稱還原劑；得到電子的過程叫還原，得到電子的物質(zhì)叫氧化劑，在反應(yīng)中被還原。 每個(gè)物質(zhì)都有各自的氧化態(tài)和還原態(tài)，其氧化還原電位的高低決定了該物質(zhì)的氧化還原能力。 廢水的氧化還原處理法：分為氧化法和還原法兩類,氯氧化法：氰化物，硫化物，消毒 臭氧氧化法：酚，氰化物，染料，有機(jī)物，消毒 Fenton試劑法：過氧化氫硫酸亞

10、鐵，難降解有機(jī)物 光催化氧化法：UV氧化劑，難降解有機(jī)物 電解氧化還原法：電鍍廢水，含酚廢水,常用氧化還原法及其應(yīng)用,（一）氧化法,常用的氧化劑： 空氣中的氧、純氧、臭氧、氯氣、漂白粉、次氯酸鈉、二氧化氯、三氯化鐵、過氧化氫和電解槽的陽極等。,（1）氯氧化法,氯氧化法采用氯系氧化劑，如次氯酸鈉、漂白粉和液氯等 主要用于去除廢水中的氰化物、硫化物、酚、醇、醛、油類以及對(duì)廢水進(jìn)行脫色、脫臭、殺菌等處理 主要處理設(shè)備：反應(yīng)池及沉淀池,（2）臭氧氧化法 (12.4),臭氧（O3）：由3個(gè)氧原子組成，常溫下為無色氣體，具有特殊的臭味，是一種強(qiáng)氧化劑，其氧化能力僅次于氟，比氧、氯及高錳酸鹽等常用的氧化劑都

11、高。 在理想的反應(yīng)條件下，臭氧可以把水溶液中大多數(shù)單質(zhì)和化合物氧化到它們的最高氧化態(tài)，對(duì)水中有機(jī)物有強(qiáng)烈的氧化降解作用，還有強(qiáng)烈的消毒殺菌作用。,（2）臭氧氧化法,氧化性：氧化能力強(qiáng)（僅次于氟，強(qiáng)于常用氧化劑） 溶解性：溶解度低（37mg/L） 不穩(wěn)定性：易分解，在水中分解速度快于空氣，半衰期530min 隨溫度升高而加快， 隨pH值提高而加快， 不易貯存，現(xiàn)場(chǎng)制備使用 有毒性，腐蝕性強(qiáng),臭氧的物理化學(xué)性質(zhì),（2）臭氧氧化法,臭氧的制備：空氣，氧氣無聲放電法 臭氧接觸反應(yīng)設(shè)備：,氣泡式臭氧接觸反應(yīng)器（曝氣產(chǎn)生氣泡） 水膜式臭氧接觸反應(yīng)器（填料形成水膜） 水滴式臭氧接觸反應(yīng)器（噴霧產(chǎn)生水珠）,廢

12、水的臭氧處理是在接觸反應(yīng)器中進(jìn)行，為了使臭氧與水中充分反應(yīng)，應(yīng)盡可能使臭氧化空氣在水中形成微小氣泡，并采用氣液兩相逆流操作，以強(qiáng)化傳質(zhì)過程。 常用的臭氧化空氣投加設(shè)備：多孔擴(kuò)散器、乳化攪拌器、射流器等。,（2）臭氧氧化法,主要是使污染物氧化分解，用于降低BOD、COD，脫色，除臭、除味、殺菌、殺藻、除鐵、錳、氰、酚等。 印染廢水處理（脫色） 含氰廢水處理（破氰） 含酚廢水處理（除酚） 游泳池循環(huán)水處理（消毒）,臭氧在廢水處理中的應(yīng)用,（2）臭氧氧化法,臭氧氧化法的優(yōu)缺點(diǎn),臭氧氧化法的優(yōu)點(diǎn)： 氧化能力強(qiáng)，處理效果好（除臭，脫色，殺菌，去除有機(jī)或無機(jī)污染物） 處理后廢水中的臭氧易分解，不產(chǎn)生二次污

13、染 現(xiàn)場(chǎng)制備使用，操作管理較方便 處理過程中泥渣量少 臭氧氧化法的缺點(diǎn)： 造價(jià)高（臭氧發(fā)生器） 處理成本高（臭氧制備，電耗）,（3）過氧化氫氧化法,過氧化氫價(jià)格較高，單獨(dú)使用時(shí)氧化反應(yīng)過程過于緩慢，多利用投加催化劑的方法以促進(jìn)氧化過程。 常用的催化劑：硫酸亞鐵、絡(luò)合鐵、銅、錳、天然酶等。 H2O2與Fe2+作用（Fenton試劑），能產(chǎn)生羥基自由基，其氧化能力僅次于氟，能使許多難于生物降解及一般化學(xué)氧化法難于氧化的有機(jī)物氧化分解。,（4）光氧化法,光分解和化學(xué)分解組合成的光催化氧化法已成為廢水處理領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要技術(shù)。 常用光源：紫外光或具有特定波長(zhǎng)的光源 常用氧化劑：臭氧、過氧化氫、氯、空氣

14、等。 O3-UV是光催化氧化法中比較成功的一種，能有效地去除水中鹵代烴、苯、醇類、酚類、醛類、硝基苯、農(nóng)藥和腐殖酸等有機(jī)物以及細(xì)菌和病毒等（氧化能力提高10倍以上），而且在處理過程中不會(huì)產(chǎn)生二次污染。,（5）濕式氧化法,濕式氧化法：在高溫（150350）和高壓（0.520MPa）的操作條件下，以氧氣和空氣作為氧化劑，將廢水中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水的過程。 濕式氧化過程：（i）空氣中的氧從氣相到液相的傳質(zhì)過程；（ii）溶解氧與基質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng) 濕式氧化法的應(yīng)用：（i）進(jìn)行高濃度難降解有機(jī)廢水生化處理的預(yù)處理，以提高可生化性；（ii）用于處理有毒有害的工業(yè)廢水。,（6）電解法,電解法：利用電

15、解原理處理廢水的方法。 原理：廢水中的有害物質(zhì)在電極上發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，生成了新的物質(zhì)，新的物質(zhì)則通過沉積在電極表面或沉淀于水中或轉(zhuǎn)化為氣體而被去除。 直流電場(chǎng)電解質(zhì)溶液電化學(xué)反應(yīng)電解 電源正極陰極放出電子還原陽離子還原劑（釋放H2） 電源負(fù)極陽極得到電子氧化陰離子氧化劑（釋放O2）,電解過程的耗電量：可以用法拉第電解定律計(jì)算 （法拉第常數(shù)F=96487 C/mol）,電解時(shí)，在電極上析出或溶解的物質(zhì)質(zhì)量（G）與通過的電量（Q）成正比（即：與電流強(qiáng)度I和電解時(shí)間t成正比） 每通過96487庫(kù)侖的電量，在電極上發(fā)生任一電極反應(yīng)而變化的物質(zhì)質(zhì)量均為1mol（E）。,分解電壓：能使電解正常進(jìn)行時(shí)所

16、需的最小外加電壓。 影響分解電壓的主要因素 電極的濃差極化 電極的化學(xué)極化 電解液中離子運(yùn)動(dòng)的阻力 電極的性質(zhì)，廢水水質(zhì)，電流密度，溫度等,電解還原法處理含鉻、含銀廢水：利用廢水中物質(zhì)通過電解后能沉積在電極表面或沉積于水中的特點(diǎn)，處理貴重金屬?gòu)U水，同時(shí)又能回收純度較高的貴重金屬。 電解氧化法處理含氰、含酚廢水：利用廢水中物質(zhì)通過電解后生成氣體的特點(diǎn)，處理非金屬有毒廢水，如含氰、含酚廢水的處理 電解氣浮 ：,電解氧化還原法在廢水處理中的應(yīng)用,微電解,微電解（內(nèi)電解）與電解（外電解）的區(qū)別：微電解工藝過程中不需要外接電源。 微電解的原理：鐵和碳在廢水中形成無數(shù)個(gè)微電池，鐵是陽極，碳是陰極，在酸性條

17、件下發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，從而去除部分COD。,空氣氧化法,空氣氧化脫硫（石油煉廠廢水） 空氣氧化除鐵、錳（地下水）,（二）還原法,還原法：通過投加還原劑或利用電解槽陰極作用，使廢水中有毒害作用的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無毒無害或毒害作用較小的新物質(zhì)的方法。 應(yīng)用：可用于處理一些特殊的廢水，如含重金屬離子鉻、汞、銅等的廢水，及一些特殊的純化。 常用的方法：有鐵屑過濾法、亞硫酸鹽還原法和硫酸亞鐵還原法等。,（三）藥劑氧化法處理工業(yè)廢水,用途：含氰、硫、酚、油廢水處理 廢水脫色、除臭、消毒 藥劑：液氯、次氯酸鈉、漂白粉、雙氧水等 典型：堿性氯化法處理含氰廢水 CN- + ClO- CNCl + 2OH- CNCl + 2OH- CNO- + Cl- + H2O 2CNO- + 3OCl- + H2