《物化处理二》PPT课件.ppt

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1、第三章污水的物理化学处理,第二节化学沉淀与酸碱中和,一、化学沉淀（Chemical Precipitation）处理1.原理2.工艺过程（1）投加化学沉淀剂，与水中污染物反应，生成难溶于水的沉淀物而析出。（2）通过凝聚、沉淀、浮上、过滤、离心等方法进行固液分离。（3）泥渣的处理与回收再用。,3.分类（1）氢氧化物沉淀法原理：影响：PH值应用：（2）硫化物沉淀法（3）钡盐沉淀法（4）碳酸盐沉淀（5）卤化物沉淀法（6）硬水的软化石灰软化石灰苏打软化 石灰石膏软化,二、酸碱 中和处理法,酸性废水有的含无机酸(如硫酸、硝酸、盐酸、磷酸、氢氟酸、氢氰酸等)，有的含有机酸(如醋酸、甲酸、柠檬酸等)。碱性废

2、水中含有碱性物质，如苛性钠、碳酸钠、硫化钠及胺类等。酸性废水的危害程度比碱性废水要大。酸含量大于35的高浓度含酸废水，常称为废酸液；碱含量大于1 3的高浓度含碱废水，常称为废碱液。废酸液、废碱液往往要采用特殊的方法回收其中的酸和碱。酸含量小于3 5或碱含量小于l 3的低浓度酸性废水与碱性废水常采用中和法处理。,（一）酸碱废水相互中和（二）酸性废水的中和处理 1.药剂中和法 特点：药剂中和法能处理任何浓度、任何性质的酸性废水，对水质和水量波动适应性强，中和药剂利用率高。主要的药剂：石灰、苛性钠、碳酸钠、石灰石。此外，作为综合利用，也可以用碱性废渣、废液作为中和剂，如电石渣液、废碱液等。最常用的是

3、石灰(CaO)。中和方式：干法中和湿法中和：,2.过滤中和：过滤中和是指使废水通过具有中和能力的滤料进行中和反应的一种方法。适用范围：适用于含酸浓度不大于23g/L，并生成易溶盐的各种酸性废水的中和处理。当废水含大量悬浮物、油脂、重金属盐和其他毒物时，不宜采用。常用滤料：石灰石(CaCO3)、白云石、大理石等，一般最常用的是石灰石。滤料的选择原则：滤料的选择与废水中含何种酸和含酸浓度密切相关。以处理含硫酸废水为例。当采用石灰石为滤料时，硫酸浓度不应超过12g/L，否则就会生成硫酸钙外壳，使中和反应终止。过滤中和均产生CO2，CO2溶于水即为碳酸，使出水pH值在5左右，需用曝气或吹脱的方法脱掉C

4、O2，提高pH值。,（三）碱性废水的中和处理利用酸性废水中和；加酸中和；利用烟道气进行中和。烟道气中的CO2含量可高达24，此外有时还含有SO2和H2S，故可用来中和碱性废水。用烟道气中和碱性废水一般在喷淋塔中进行。,第三节氧化还原法,一、原理通过药剂与污染物的氧化还原反应，把废水中有毒害的污染物转化为无毒或微毒物质的处理方法。二、氧化法（一）氯氧化及消毒1.氯化的目的和使用（1）消毒（disinfection）：将水体中的病原微生物(pathogenic organisms)灭活，使之减少到可以接受的程度。评价指标：（生活饮用水卫生规范，卫生部,2001.6）细菌总数：100个/mL 总大肠

5、菌群：每100mL水样中不得检出 粪大肠菌群：每100mL水样中不得检出,（2）消除或减少污水中的色度和气味：脱色和味（3）氧化金属离子（4）氧化氰化物成为无毒产物2.水消毒及折点加氯原理消毒过程：消毒剂达到微生物体表 渗入细胞壁 与特定的酶发生反映，破坏其活性，中断细胞的代谢过程 Cl2+H2O HClO+H+Cl-HClO H+ClO-pH越低，消毒作用越强,氯氨消毒：NH3+HClO NH2Cl+H2O NH2Cl+HClO NHCl2+H2O NHCl2+HClO NCl3+H2O 其比例与pH有关：pH9，一氯胺占优势 pH为7时，一氯胺和二氯胺同时存在 pH6.5时，二氯胺 pH4

6、.5 三氯胺,对于饮用水：滤前：1.02.0 mg/L 滤后：0.51.0 mg/L 一级处理投氯：3050 mg/L二级处理投氯：1525 mg/L 余氯25 mg/L医院废水投氯：50 mg/L 余氯2 mg/L氯消毒应用时间较长，作用稳定，同时可去除氨氮50%、悬浮物80%以上，溶解氧由2 mg/L增加至7 mg/L,3.其他氯消毒剂（1）漂白粉（2）二氧化氯（3）次氯酸钠消毒（二）碱性氯化法含氰污水处理,（三）空气氧化法 空气氧化脱硫（四）臭氧氧化法二、还原法（一）亚硫酸氢钠法（二）金属还原法,三、电解处理（一）原理（二）电解法应用 含铬废水处理：六价铬变为三价铬在用碱沉淀。,第四节化

7、学混凝Chemical coagulation,混凝的主要对象是废水中的细小悬浮颗粒和胶体微粒，这些颗粒用自然沉降法很难从水中分离出去。胶体离子：1-100nm 细微悬浮物：100-10000nm混凝是通过向废水中投加混凝剂，破坏胶体的稳定性，使细小悬浮颗粒和胶体微粒聚集成较粗大的颗粒而沉降与水分离，使废水得到净化。混凝法是废水处理中常采用的方法。可以用来降低废水的浊度和色度，去除多种高分子有机物、某些重金属和放射性物质。混凝法还能改善污泥的脱水性能。,一、混凝机理（一）混凝有关基本概念混凝剂与助凝剂凝聚、絮凝和混凝这三个词常引起混淆。凝聚是指胶体被压缩双电层而脱稳的过程；絮凝则指胶体由于高分

8、子聚合物的吸附架桥作用聚结成大粒絮体的过程；混凝则包括凝聚与絮凝两种过程。凝聚是瞬时的，所需的时间是将化学药剂扩散到全部水中的时间。絮凝则与凝聚作用不同，它需要一定的时间让絮体长大，但在一般情况下两者难以截然分开。混凝剂：一般把能起凝聚与絮凝作用的药剂统称为混凝剂。助凝剂：当单用混凝剂不能取得良好效果时，可投加某类辅助药剂以提高混凝效果，这种辅助药剂称为助凝剂。,（二）胶体特点及稳定性1.胶体的特点粒径小，一般直径为10-310-8mm2.胶体及稳定性的原因（1）布朗运动，颗粒在废水中受水分子热运动的碰撞而作无规则的布朗运动。（2）带电，同类胶体微粒带有同性电荷。（3）水化膜，许多水分子被吸引

9、在胶体微粒周围，形成水化膜。,胶体的双电层结构模型,天然水胶体大多带负电，在它周围必然吸引了许多带正电的离子，这就产生了包括一层负电和一层正电的双电层结构。胶核表面与溶液之间的电位为总电位电位。滑动面与溶液间的电位为电位。电位愈高，胶粒间的静电斥力愈大,（三）混凝机理1.胶体的脱稳机理双电层作用机理 通过投加电解质压缩扩散层以导致微粒间相互聚结的作用机理称为双电层作用机理胶体颗粒保持分散的悬浮状态的特性称为胶体的稳定性。胶体因电位降低或消除，从而失去稳定性的过程称为脱稳，脱稳的胶粒相互聚集为较大颗粒的过程称为凝聚。1价：2价：3价=100：1.6：0.14,2.吸附架桥作用机理吸附架桥作用主要

10、是指链状高分子聚合物在静电引力、范德华力和氢键力等作用下，通过活性部位与胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥连的过程。本机理能解释当废水浊度很低时有些混凝剂效果不好的现象。因为废水中胶粒少，当聚合物伸展部分一端吸附一个胶粒后，另一端因粘连不着第二个胶粒，只能与原先的胶粒粘连，就不能起架桥作用，从而达不到混凝的效果。3.沉淀物网捕机理。(entrapment in the floc structure)沉淀金属氢氧化物(如Al(OH)3、Fe(OH)3)或带金属的碳酸盐(如CaCO3)时，水中的胶粒和细微悬浮物可被这些沉淀物在形成时作为晶核或吸附质所网捕。以上介绍的混凝的机理，在水处理中往往可能是同时或

11、交叉发挥作用的，只是在一定情况下以某种机理为主而已。,（四）影响混凝的因素1.废水水质的影响（1）浊度浊度过高或过低都不利于混凝，浊度不同，所需的混凝剂用量也不同。（2）pH值 在混凝过程中，都有一个相对最佳pH值存在，使混凝反应速度最快，絮体溶解度最小。不同混凝剂最佳pH值要通过试验确定。（3）水温水温会影响无机盐类的水解，水温低，水解反应慢。另外水温低，水的粘度增大，布朗运动减弱，混凝效果下降。（4）共存杂质有些杂质的存在能促进混凝过程。而有些物质则不利于混凝的进行。,2.混凝剂的影响（1）混凝剂种类混凝剂的选择主要取决于胶体和细微悬浮物的性质、浓度。如水中污染物主要呈胶体状态，且电位较高

12、，则应先投加无机混凝剂使其脱稳凝聚，如絮体细小，还需投加高分子混凝剂或配合使用活性硅酸等助凝剂。很多情况下，将无机混凝剂与高分子混凝剂并用，可明显提高混凝效果，扩大应用范围。,（2）混凝剂投加量投加量除与水中微粒种类、性质、浓度有关外，还与混凝剂品种、投加方式及介质条件有关。对任何废水的混凝处理，都存在最佳混凝剂和最佳投药量的问题，应通过试验确定。（3）混凝剂投加顺序当使用多种混凝剂时，其最佳投加顺序可通过试验来确定。一般而言，当无机混凝剂与有机混凝剂并用时，先投加无机混凝剂，再投加有机混凝剂。但当处理的胶粒在50m以上时，常先投加有机混凝剂吸附架桥，再加无机混凝剂压缩扩散层而使胶体脱稳。,3

13、.水力条件的影响水力条件对混凝效果有重要影响。两个主要的控制指标是搅拌强度和搅拌时间。混合阶段：要求混凝剂与废水迅速均匀混合，为此要求速度梯度G在5001000s1，搅拌时间t应在1030s。反应阶段：既要创造足够的碰撞机会和良好的吸附条件让絮体有足够的成长机会，又要防止生成的小絮体被打碎，因此搅拌强度要逐渐减小，而反应时间要长，相应G和t值分别应在2070s-1和1530min。4.混凝实验,二、混凝剂及其配制与投加（一）混凝剂与助凝剂1.无机盐类混凝剂2.高分子混凝剂,3.助凝剂为了提高混凝效果，生成粗大、密实、易于分离的絮凝体.（1）pH调整剂 常用的pH调整剂包括石灰、硫酸、氢氧化钠、

14、碳酸钠等。（2）絮体结构改良剂 如活性硅酸、粘土等。（3）氧化剂 可投加氯气、次氯酸钠、臭氧等氧化剂来破坏有机物，以提高混凝效果。,（二）混凝剂的配制和投加投药方法有干(dry)投法和湿(wetted)投法。干投法是把经过破碎易于溶解的药剂直接投入废水中。干投法占地面积小，但对药剂的粒度要求较严，投加量较难控制，对机械设备的要求较高，同时劳动条件也较差。目前应用的较少。湿投法是将混凝剂和助凝剂配成一定浓度的溶液，然后按处理水量大小定量添加。混凝剂的湿法投加包括药剂的配制、药剂的计量和药剂的投加三个过程。1.混凝剂的溶解和配制溶解池溶液池2.混凝剂溶液的投加：（1）计量及计量设备（2）投加方式重

15、力投加水射器投加泵投加,混凝剂的水力调制设备,混凝剂的压缩空气调制,混凝剂的机械调制设备,返回目录,3.混合和反应（1）水力条件废水与混凝剂和助凝剂进行充分混合，是进行反应和混凝沉淀的前提。对混合要求是速度快。一般有两种混合型式：一种是借水泵的吸水管或压水管混合。另一种是在混合槽内进行混合。混合槽混合常用的有机械混合槽，分流隔板式混合槽，多孔隔板式混合槽。（2）混合设备1）水泵混合2）隔板混合3）机械混合,分流隔板式混合槽,（3）反应及设备与药剂混合后进入反应池进行反应。反应池内水流特点是流速由大到小。在较大的反应流速时，使水中的胶体颗粒发生碰撞吸附，在较小的反应流速时，使碰撞吸附后的颗粒结成

16、更大的矾花。反应池的型式有机械搅拌、隔板反应池，涡流式反应池等。（1）隔板反应器（2）机械反应器,1）机械搅拌反应池,（2）隔板反应池（平流式）,五、混凝反应器的设计水力搅拌和机械搅拌两大类（一）桨式机械反应池主要设计参数1.浆板尺寸2.叶轮旋转线速3.反应时间：15-20分钟（二）机械搅拌设备的计算（三）反应池尺寸V=qvT/60 H=V/A,六、混凝法在污水处理中的应用与发展（一）常规混凝法的应用、特点及发展去除细微粒子和胶体降低污水浊度和色度除去多种高分子物质、有机物、某些重金属毒物特点：简单、高效、应用广发展：广泛应用、新型混凝剂（二）电混凝与静电混凝技术1.电混凝：铝、铁作电解池的阳

17、极2.静电混凝技术：将多孔导电颗粒滤料置于静电场,（三）用于举例1.含乳化油污水的处理2.印染废水处理,第五节吸附与离子交换法,一、吸附（一）吸附的原理吸附是指利用多孔性固体物质吸附废水中某种或几种污染物，以回收或去除某些污染物，从而使废水得到净化的方法。具有吸附能力的多孔性固体物质称为吸附剂(absorbent)。而废水中被吸附的物质称为吸附质(adsorbate)。吸附是一种界面现象，其作用发生在两个相的界面上。原因是固体表面的分子或原子因受力不均衡而具有剩余的表面能。当某些物质碰撞固体表面时，受到这些不平衡力的吸引而停留在固体表面上，这就是吸附。根据吸附剂与吸附质之间作用力的不同，吸附可

18、分为：物理吸附(physical adsorption)化学吸附(chemical adsorption)离子交换吸附(ion exchange adsorption),1.物理吸附吸附剂和吸附质之间通过分子间力作用所发生的吸附为物理吸附。没有选择性。吸附质并不固定在吸附剂表面的特定位置上，而是多少能在界面范围内自由移动。物理吸附主要发生在低温状态下，放热较小。可以是单分子层或多分子层吸附。解吸容易。影响物理吸附的主要因素是吸附剂的表面积和细孔分布。,2.化学吸附吸附剂和吸附质之间发生由化学键力引起的吸附称为化学吸附。有选择性，即一种吸附剂只对某种或特定几种物质有吸附作用。一般为单分子层吸附，

19、分子不能在表面自由移动。吸附时放热量较大；通常需要一定的活化能。在低温时，吸附速度较小。吸附牢固，解吸困难。,3.离子交换吸附 指吸附质的离子由于静电引力作用聚集在吸附剂表面的带电点上，并置换出原先固定在这些带电点上的其他离子。吸附力为静电引力 有一定的选择性 吸附热与物理吸附相近,（二）活性炭吸附剂活性炭是一种非极性吸附剂。是由含炭为主的物质为原料，经高温炭化和活化制得的疏水性吸附剂。外观为暗黑色，有粒状(granular activated carboan,GAC)和粉状(powder activated carboan,PAC)两种，目前工业上大量采用的是粒状活性炭。活性炭主要成分除碳外

20、，还含有少量的氧、氢、硫等元素，以及水分、灰分。它具有良好的吸附性能和稳定的化学性质，可以耐强酸、强碱，能经受水浸、高温、高压作用，不易破碎。1.碳的制造（1）碳化与活化 碳化：300-400 活化：920-960，水蒸汽活化。（2）活性碳的细孔结构和表面化学性质,活性炭细孔分布及作用图,适用于废水处理的粒状活性炭的主要指标,（三）等温吸附规律与吸附速率1.吸附平衡吸附量：吸附剂的吸附能力平衡吸附量：q=V（0-）/m q平衡吸附量（g/g）m吸附剂量（mg）0起始污染物浓度（mg/L）平衡时废水中污染物浓度（mg/L）,2.吸附等温式与等温线污水处理中通常有两种：（1）Langmuir公式

21、q=ab/(1+a)其中 a吸附平衡常数 b单位质量吸附剂的饱和吸附量 吸附平衡浓度（2）Freundlich 公式q=K 1/nK、n吸附常数（3）吸附实验,3.吸附速率及影响因素吸附速率是指单位质量的吸附剂在单位时间内所吸附的物质量。（1）吸附剂的性质比表面积：单位重量吸附剂的表面积称为比表面积。吸附剂的粒径越小，或是微孔越发达，其比表面积越大。吸附剂的比表面积越大，则吸附能力越强。孔结构:吸附剂内孔的大小和分布对吸附性能影响很大。孔径太大，比表面积小，吸附能力差。孔径太小，则不利于吸附质扩散，并对直径较大的分子起屏蔽作用。表面化学性质:吸附剂在制造过程中会形成一定量的不均匀表面氧化物，其

22、成分和数量随原料和活化工艺的不同而异。表面氧化物成为选择性的吸附中心，使吸附剂具有类似化学吸附的能力，一般说来，有助于极性分子的吸附，削弱对非极性分子的吸附。,（2）吸附质的性质对于一定的吸附剂，由于吸附质性质的差异，吸附效果也不一样。通常有机物在水中的溶解度随着链长的增长而减小，而活性炭的吸附容量却随着有机物在水中溶解度的减少而增加，也即吸附量随有机物分子量的增大而增加。如活性炭对有机酸的吸附量按甲酸乙酸丙酸丁酸的次序而增加。（3）污水PH值（4）共存物质（5）温度吸附是放热过程，低温有利于吸附，升温有利于脱附。（6）接触时间,（四）吸附操作方式1.吸附反应器 按吸附操作过程中废水的流动状态

23、，可把吸附操作分为静态吸附和动态吸附。废水在不流动的条件下进行的吸附操作为静态吸附操作。静态吸附操作工艺过程是把一定量的吸附剂投入欲处理的废水中，不断地进行搅拌达到吸附平衡后，再用沉降或过滤的方法使废水与吸附剂分开。静态吸附操作是间歇式操作。有时需要进行多次。如一次吸附后出水水质达不到要求时，往往采用多次静态吸附操作。由于多次吸附操作麻烦，在废水处理中应用较少。动态吸附操作是废水在流动条件下进行的吸附操作。动态吸附操作是连续的过程。一般是废水连续通过一定厚度的活性炭床层，使废水中的污染物吸附在活性炭中。从处理设备的类型上分，又可以分成固定床(fixed bed)方式、移动床方式(moving

24、bed)和流化床(expanded bed)方式。,（1）固定床：固定床是废水处理中常用的吸附装置。让废水连续地通过填充吸附剂的设备。这种动态吸附设备中，吸附剂在操作过程中是固定的，所以叫固定床。固定床根据水流方向又分为升流式(up-flow)和降流式(down-flow)两种。降流式出水水质较好，水头损失较大，易堵塞。升流式水头损失小，运行时间较长。不易堵塞，但吸附剂易流失。（2）移动床：移动床的运行操作方式是原水从吸附塔底部流入和吸附剂进行逆流接触，处理后的水从塔顶流出，再生后的吸附剂从塔顶加入，接近吸咐饱和的吸附剂从塔底排出，即吸附剂由上而下移动，所以称为移动床。按吸附剂排出的方式又分为

25、间歇移动床和连续移动床。移动床充分利用吸附剂的吸附容量，水头损失小。（3）流动床(膨胀床)流动床也叫做流化床。吸附剂在塔中处于膨胀状态，塔中吸附剂与废水逆向连续流动。可使用小颗粒的吸附剂，吸附剂一次投量较少，不需反洗，设备小，生产能力大，预处理要求低。运转中操作要求高，不易控制，同时吸附剂的机械强度要求高。,53,活性炭吸附柱,2.吸附剂的再生解吸再生就是在保持吸附剂结构不发生或者稍微发生变化的情况下将吸附质由吸附剂的表面去除，以恢复其吸附性能的过程。所以解吸再生是吸附的逆过程。吸附剂的解吸再生方法有：加热再生法、化学氧化再生法、药剂再生法、生物再生法等。,（1）加热再生法加热再生即用外部加热

26、的方法，改变吸附平衡关系，达到脱附或分解的目的。根据再生温度的不同，加热再生法分为低温和高温两种方法。低温再生适用于吸附了气体的饱和活性炭，通常加热到100200，被吸附的物质就可以脱附。高温再生用于吸附了固体的饱和活性炭。废水处理中活性炭的再生一般要加热到8001000，并需要加入活化气体(如水蒸气、二氧化碳等)才能完成再生。加热再生法的步骤：脱水:干燥:加热到100150，目的是将吸附在活性炭细孔中的水分(含水率约为4050)蒸发出来，同时部分低沸点的有机物也随着挥发出来；炭化:水分蒸发后，继续加温到700，这时，低沸点有机物全部挥发脱附。高沸点有机物由于热分解，一部分成为低沸点有机物挥发

27、脱附，另一部分被炭化，残留在活性炭微孔中；(活化:通入活化气体(如水蒸汽、二氧化碳及氧)将因炭化留在活性炭微孔中的残留炭气化，达到重新造孔的目的。活化温度一般7001000;活化过程中，还必须控制再生装置中氧的含量，一般控制在l以下，以减少活性炭损失。再生后废气主要含CO2、H2、CO以及SO2、O2等，视吸附物及活化气体的不同而异。冷却,立式多段再生,(2)化学氧化法(3)药剂再生用某种化学药剂将被吸附的吸附质解吸下来的过程为药剂解吸。其过程是在饱和吸附剂中加入适当的溶剂，改变吸附剂与吸附质之间的分子引力，改变介质的介电常数。从而使原来的吸附破坏，吸附质离开吸附剂进入溶剂中，达到再生和回收的

28、目的。(3)生物再生法生物再生法主要用于吸附质为有机物的情况。利用微生物的作用，将被活性炭吸附的有机物氧化分解。活性炭再生后，炭本身及炭的吸附量都不可避免地会有损失。对加热再生法，再生后的活性炭微孔减少，过渡孔增加，比表面积和碘值均有所降低。对于主要靠微孔的吸附操作，再生次数对吸附有较重要的影响。对于主要利用过渡孔的吸附操作，则再生次数对吸附性能的影响不大。,(五)吸附装置的设计1.穿透曲线2.吸附容量的利用3.设计程序分析,(六)活性炭吸附在污水处理中的应用适应范围广；处理效果好；可回收有用物料；吸附剂可重复使用；缺点是对进水预处理要求较高，运转费用较高，系统庞大，操作较麻烦。脱色，除臭味，脱除重金属、各种溶解性有机物和放射性元素等。作为离子交换、膜分离等方法的预处理，以去除有机物、胶体物及余氯等，作为二级处理后的深度处理手段，以保证回用水的质量。,含油废水粒状活性炭吸附工艺流程,二、离子交换法1.离子交换的原理2.离子交换法的应用,