水污染控制工程第8章污水的化学处理.ppt
第八章 污水的化学与物理化学处理,8.1 废水的混凝,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凝气浮两大类。,混凝一级水处理流程,水果、蔬菜脱水废水处理工艺中的混凝强化流程,废纸脱墨废水处理技术,格栅,集水井,絮凝气浮池,浮渣储槽,(提升泵),(提升泵),加药装置,排放或回用,回用到车间,混凝过程具有两个作用,处理对象：胶体态及难沉物第一个作用：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 凝聚（coagulation）第二个作用：使这些具有粘附性的离散微粒能够粘结成絮体 絮凝（flocculation）混凝（coagulation-flocculation）,胶体颗粒的基本性质,水处理中常见胶体：粘土颗粒（对于d4m），大部分细菌（0.280nm），病毒（10300nm），蛋白质。,憎水性胶体，亲水性胶体或介于两者之间。,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 量水分子所构成的水壳来说明。,稳定性：胶体颗粒在水中保持分散状态的性质。,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，目前混凝研究仍处在瓶颈阶段。所谓的混凝四大机理：1.压缩双电层，2.吸附电中和，3.吸附架桥，4.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与否，定量性依据是什么的问题。,1、混凝原理及药物,胶团示意图,电位离子,反离子,扩散层,胶团边界,滑动面,胶粒,吸附层,胶核,电位,电位,颗粒能量图,压缩双电层机理,聚合物的机理,铝盐絮凝的化学反应系列,pH值的影响,铝盐的工作相图,高分子物质的延伸现象,2 水处理混凝剂一览,最适药剂量,药剂的溶解和投加过程,混合是一种能量耗散，促成紊流是混合的要领。,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。（2）可互溶液体物质间的掺混。（3）废水的混凝（Coagulation&Flocculation)（4）废水中悬浮体的持续维持（5）热的传递 混合可分为（1）持续性快速混合（小于30秒）（2）持续性慢速混合（大于30秒）（3）间歇式混合,化学混凝的设备,混凝剂的配制和投加设备；混合设备；反应设备；分离设备,快速混合的技术设备,两种方式的混合搅拌,水中颗粒物的运动方式,浆板式机械混合池,各种形式的浆片,穿孔板式混合,涡流式混合,水泵搅拌系统,反应设备,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？,反应设备主要设计参数是：搅拌强度：用速度梯度G表示。搅拌时间：t,速度梯度G,速度梯度：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,搅拌需要的功率,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，可以用来控制反应效果。（104105）GtC也可以应用，C为胶体浓度。（100左右）,水平轴机械反应池,垂直轴机械反应池,全自动加药工艺流程,成套自动加药设备,自动加药设备,水射器投药,加药单元厂房内部,加药计量泵房,矾花结构的局部示意,助凝剂概念,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药剂.其主要作用有：1.调整水的pH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pH值范围内。2.增大矾花的粒度，重度和结实度。3.氧化作用。,影响混凝的主要因素,内部因素：1.原水的水质和水温 2.混凝剂种类和投量 3.pH值 4.离子强度 外部因素：1.药剂的配制和投放 2.混合、反应、分离和输送,混凝实验的一般步骤,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）2.原水的初试（试管实验），3.专项分析，确定跟踪和表征指标，电导率和吸光度很有作用。4.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）。7.进行混合等工程学方面的参数实验。,8.3 中和法,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：投加法过滤法,投加法,如果中和剂能制成溶液或浆料，可以将其直接投入中和池进行中和反应。,投加法的药剂工业上主要是:石灰：熟石灰Ca(OH)2），制成乳液，浓度10左右；电石渣：电石CaC、Ca(OH)2；石灰石：CaCO3；有时也用苛性钠（NaOH）和碳酸钠（Na(OH)2）。,投加方式,酸碱废水自动中和处理设备,冷轧厂酸碱废水,酸碱废水中和系统,酸碱中和系统,过滤法,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。,以石灰石为滤料时，废水硫酸浓度一般不超过1-2g/L。如果硫酸浓度过高，可以用回流水稀释。,升流式膨胀滤池,当粒料粒经较小（3mm）时，废水上升滤速应在5070m/h，这样滤床膨胀，粒料互相摩擦有助于防止结壳。,烟气中和碱性废水,烟气中含有CO2和少量的SO2、H2S，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。,废气和碱性废水都得到一定净化和调节。不过出水一般含有硫化物，而且色度显著增加、含氧量较低，仍需进一步处理方可排出。,8.4 氧化还原法,1、氧化法,废水处理中常用的氧化剂是：氯和臭氧。,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。,1、氧化法,电镀废水(氰根)的氧化处理:,加碱，pH大于10，加氯（质量浓度比CN-:Cl2=1:2.7）,pH调到8.5，再加氯，质量浓度比CN-:Cl2=1:4.1计算氯量，再过量10%，反应1小时以上。,2 高级氧化技术,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。,1987年，Glaze等人提出：以羟基自由基（OH）作为主要氧化剂的技术，称为高级氧化技术（Advanced Oxidation Processes 即AOPs）,特点：氧化性强；反应速度快提高生物可降解性。,过氧化氢氧化法,过氧化氢是淡蓝色粘稠液体，熔点-0.43，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，反应迅速。不会给反应溶液带来杂质。,Fenton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，其氧化还原电位高于臭氧。类Fenton试剂：在Fenton工艺基础上，与其他工艺相结合的方式，如电-Fenon、光-Fenton等等。过氧化氢单独氧化。,在水处理中的应用,湿式氧化法,湿式氧化法（Wet Air Oxidation简称WAO）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。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。2 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。4 湿式氧化可能会产生毒性更强的中间产物。,湿式氧化法反应机理,自由基链反应反应阶段,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TiO2具有良好的反应特性。,氧化钛光催化剂属n型半导体，当它接受紫外线(400nm)时，形成电子(Electron)及电子束(Electron Hole)，生成有强烈氧化作用的-OH及O2-，这两种物质把有机化合物进行氧化分解，使之变成水(H2O)及二氧化碳(CO2)。,超临界水氧化技术,超临界水氧化技术（Supercritical water oxidation,SCO）在水处理中的应用可追溯到20世纪70年代初期。,超临界水表现出弱极性,可与非极性有机物和O2、N2、CO2空气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,大大减少了相间传质阻力,提高了反应速度。,水的临界温度是374.3,临界压力是22.05MPa,在此温度和压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,具有特殊的溶解度,较低的粘度,较高的扩散性,较低的表面张力和易改变的密度。若改变温度和压力,可将其密度控制在气体和液体之间。,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O2或空气、轻的有机气体以及CO2等完全互溶,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(400600)和压力也使反应速率加快,可以在几秒钟内对有机物达到很高的破坏效率。化学反应可表示如下:,3 还原法,含铬废水的处理：1、投加硫酸亚铁和石灰石,2、铁电极电解,阳极：,阴极：,主要过程,
