水污染處理——化學(xué)處理法

1、第一章第一章化學(xué)處理法化學(xué)處理法污水的化學(xué)處理是利用化學(xué)反應(yīng)的作用以去除水中的雜質(zhì)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), ,從而達(dá)從而達(dá)到改善水質(zhì)、控制水污染的目的。到改善水質(zhì)、控制水污染的目的。 處理對(duì)象主要是污水中無(wú)機(jī)的或有機(jī)的處理對(duì)象主要是污水中無(wú)機(jī)的或有機(jī)的( (難于生物降解的難于生物降解的) )溶解物溶解物質(zhì)或膠體物質(zhì)。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。還原法。 化學(xué)混凝法化學(xué)混凝法10-10 10-9 10-7 10-4 粒度（粒度（m）真溶液真溶液 膠體溶液膠體溶液 懸

2、浮液懸浮液 混凝法混凝法沉淀法沉淀法 混凝澄清法，是指在混凝劑的作用下，使廢水中的膠體和混凝澄清法，是指在混凝劑的作用下，使廢水中的膠體和細(xì)微懸浮物凝聚為絮凝體，然后予以分離除去的水處理法細(xì)微懸浮物凝聚為絮凝體，然后予以分離除去的水處理法。 混凝通常置于固液分離設(shè)備前，與分離設(shè)備組合混凝通常置于固液分離設(shè)備前，與分離設(shè)備組合起以下作用。起以下作用。 1.有效去除原水中的懸浮物和交替物質(zhì)，降低出水濁度和有效去除原水中的懸浮物和交替物質(zhì)，降低出水濁度和BOD5?？捎迷凇？捎迷诹鞒痰牟煌恢蒙?，也可用于污泥的調(diào)理。流程的不同位置上，也可用于污泥的調(diào)理。 2.有效地去除水中微生物、病原菌和病毒。有效地

3、去除水中微生物、病原菌和病毒。 3.去除污水中的乳化油、色度、重金屬離子及其它一些污染物。去除污水中的乳化油、色度、重金屬離子及其它一些污染物。 4.混凝沉淀可去除污水中磷的混凝沉淀可去除污水中磷的9095，是最便宜和最高效的除磷方法。，是最便宜和最高效的除磷方法。 5.投加混凝劑可改善水質(zhì)，有利于后續(xù)處理。投加混凝劑可改善水質(zhì)，有利于后續(xù)處理。 6.二級(jí)處理出水經(jīng)混凝沉淀處理后，可獲得以下水質(zhì)：二級(jí)處理出水經(jīng)混凝沉淀處理后，可獲得以下水質(zhì)： SS7mg/l;BOD5 10mg/l;NH3-N15-30mg/l;TP-P7mg/l;混凝原理混凝原理 化學(xué)混凝處理的化學(xué)混凝處理的對(duì)象主要是水中對(duì)

4、象主要是水中的微小懸浮物和的微小懸浮物和膠體雜質(zhì)。膠體雜質(zhì)。 膠體的穩(wěn)定性膠體的穩(wěn)定性 雙電層理論：雙電層理論：膠核表面吸附了一層帶同號(hào)電荷的離子，電位離膠核表面吸附了一層帶同號(hào)電荷的離子，電位離子層為為此膠體的電中性，在電位離子層外吸附了電量相同電子層為為此膠體的電中性，在電位離子層外吸附了電量相同電性相反的離子，稱(chēng)為反離子層。性相反的離子，稱(chēng)為反離子層。 膠體表面吸附了電位形成離子與部分反離子（束縛反離子），膠體表面吸附了電位形成離子與部分反離子（束縛反離子），它緊緊吸附在膠體表面隨膠體微粒移動(dòng)，形成吸附層。它緊緊吸附在膠體表面隨膠體微粒移動(dòng)，形成吸附層。 另一部分反離子（自由反離子）由于

5、熱運(yùn)動(dòng)和膠體溶劑化作用另一部分反離子（自由反離子）由于熱運(yùn)動(dòng)和膠體溶劑化作用而向外擴(kuò)散，當(dāng)微粒運(yùn)動(dòng)時(shí)，與固體表面脫開(kāi)而與液體一起移而向外擴(kuò)散，當(dāng)微粒運(yùn)動(dòng)時(shí)，與固體表面脫開(kāi)而與液體一起移動(dòng)，它們包圍著吸附層而形成擴(kuò)散層，滑動(dòng)面即吸附層的邊界動(dòng)，它們包圍著吸附層而形成擴(kuò)散層，滑動(dòng)面即吸附層的邊界面。面。 膠核與溶液主體間由于表面電荷的存在所產(chǎn)生的電位稱(chēng)為全電膠核與溶液主體間由于表面電荷的存在所產(chǎn)生的電位稱(chēng)為全電位，膠粒與溶液間主體間由于膠粒剩余電荷的存在所產(chǎn)生的電位，膠粒與溶液間主體間由于膠粒剩余電荷的存在所產(chǎn)生的電位成為電動(dòng)電位或位成為電動(dòng)電位或電位。電位。 膠體所膠體所 受影響受影響 由于上述

6、的膠體帶電現(xiàn)象，帶相同電荷的膠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，而且粒產(chǎn)生靜電斥力，而且電位越高，膠粒電位越高，膠粒間的靜電斥力越大間的靜電斥力越大 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)，即規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，即“布朗運(yùn)動(dòng)布朗運(yùn)動(dòng)” 膠粒之間還存在著相互引力膠粒之間還存在著相互引力范范徳徳華引力華引力 膠體間的相互斥力不僅與膠體間的相互斥力不僅與電位有關(guān)，還與膠粒的電位有關(guān)，還與膠粒的間距有關(guān)，距離越近，斥力越大。帶電越多，間距有關(guān)，距離越近，斥力越大。帶電越多，電電位越大，擴(kuò)散層中反離子越多，水化作用越大，水位越大，擴(kuò)散層中反離子

7、越多，水化作用越大，水化殼就越厚，因此擴(kuò)散層也就越厚，越具穩(wěn)定性?；瘹ぞ驮胶?，因此擴(kuò)散層也就越厚，越具穩(wěn)定性。 膠體間的相互斥力不僅與膠體間的相互斥力不僅與電位有關(guān)，還與膠粒的間電位有關(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)到使范不足以將兩顆膠粒推進(jìn)到使范徳徳華引力發(fā)揮作用的華引力發(fā)揮作用的距離。因此，膠體微粒不能相互聚結(jié)而長(zhǎng)期保持穩(wěn)距離。因此，膠體微粒不能相互聚結(jié)而長(zhǎng)期保持穩(wěn)定的分散狀態(tài)。定的分散狀態(tài)。 水化作用也使膠體不能相互聚結(jié)水化作用也使膠體不能相互聚結(jié) 要使膠體脫穩(wěn)與凝聚，必須降低要使膠體脫穩(wěn)與凝聚，

8、必須降低電位和破壞水化電位和破壞水化膜，并提供膠粒碰撞的動(dòng)能。造成膠粒碰撞的主要膜，并提供膠粒碰撞的動(dòng)能。造成膠粒碰撞的主要原因是布朗運(yùn)動(dòng)、流速梯度和渦流紊動(dòng)。對(duì)于粒徑原因是布朗運(yùn)動(dòng)、流速梯度和渦流紊動(dòng)。對(duì)于粒徑在在1m1m左右的顆粒，布朗運(yùn)動(dòng)已經(jīng)不起作用。為此左右的顆粒，布朗運(yùn)動(dòng)已經(jīng)不起作用。為此工程上采用投藥后快速攪拌，以保持較高的碰撞次工程上采用投藥后快速攪拌，以保持較高的碰撞次數(shù)，從而加快膠體的粒徑增大，加快膠體顆粒的沉數(shù)，從而加快膠體的粒徑增大，加快膠體顆粒的沉降降 (1) (1) 壓縮雙電層作用壓縮雙電層作用 混凝劑提供大量正離子會(huì)涌入膠體擴(kuò)散層甚至吸混凝劑提供大量正離子會(huì)涌入膠體

9、擴(kuò)散層甚至吸附層附層, , 使使電位降低。當(dāng)電位降低。當(dāng)電位為零時(shí)電位為零時(shí), , 稱(chēng)為稱(chēng)為等電狀態(tài)。此時(shí)膠體間斥力消失等電狀態(tài)。此時(shí)膠體間斥力消失, , 膠粒最易發(fā)膠粒最易發(fā)生聚結(jié)。生聚結(jié)。 實(shí)際上，實(shí)際上，電位電位只要降至某一程度而使膠粒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(kāi)始產(chǎn)生明顯的聚結(jié)，這時(shí)的就開(kāi)始產(chǎn)生明顯的聚結(jié)，這時(shí)的電位稱(chēng)為臨界電位稱(chēng)為臨界電位。電位。 膠粒因膠粒因電位電位降低或消除以至失去穩(wěn)定性的過(guò)電位電位降低或消除以至失去穩(wěn)定性的過(guò)程，稱(chēng)為膠體脫穩(wěn)。脫穩(wěn)的膠粒相互聚結(jié)，稱(chēng)為程，稱(chēng)為膠體脫穩(wěn)。脫穩(wěn)

10、的膠粒相互聚結(jié)，稱(chēng)為凝聚。凝聚。 (2) (2) 吸附架橋作用吸附架橋作用 由高分子物質(zhì)吸附架橋作用而使微粒相互粘結(jié)的由高分子物質(zhì)吸附架橋作用而使微粒相互粘結(jié)的過(guò)程。過(guò)程。 (3) (3) 網(wǎng)捕作用網(wǎng)捕作用 沉淀物在自身沉降過(guò)程中，作為晶核，能集卷、網(wǎng)沉淀物在自身沉降過(guò)程中，作為晶核，能集卷、網(wǎng)捕水中的膠體等微粒，使膠體粘結(jié)。捕水中的膠體等微粒，使膠體粘結(jié)。 酸鋁酸鋁AlAl2 2(SO(SO4 4) )3 318H18H2 2O O溶于水后，離解出溶于水后，離解出AlAl3+3+，并結(jié)，并結(jié)合有合有6 6個(gè)配位水分子，成為水合鋁離子個(gè)配位水分子，成為水合鋁離子Al(HAl(H2 2O)O)6

11、 6 3+3+。 水合鋁離子進(jìn)一步水解，形成單羥基單核絡(luò)合物：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：?jiǎn)瘟u基單核絡(luò)合物又進(jìn)一步水解： 上述反應(yīng)中，降低水中上述反應(yīng)中，降低水中H H+ +( (或或H H3 3O O+ +) )濃度或提高濃度或提高pHpH，使，使反應(yīng)趨向右方，水合羥基絡(luò)合物的電荷逐漸降低，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。最終生成中性氫氧化鋁難溶沉淀物。 當(dāng)當(dāng)pH4pH4時(shí)，水解受到抑制，水中存在的主要是時(shí)，水解受到抑制，水中存在的主要是Al(HAl(H2 2O)O)3 3 3+3+ 。 當(dāng)當(dāng)pHpH

12、4 45 5時(shí)，水中有時(shí)，水中有Al(OH)(HAl(OH)(H2 2O)O)5 5 2+2+、Al(OH)Al(OH)2 2(H(H2 2O)O)4 4 + +及少量及少量Al(OH)Al(OH)3 3(H(H2 2O)O)3 3 。 當(dāng)當(dāng)pHpH7 78 8時(shí)，水中主要是時(shí)，水中主要是Al(OH)Al(OH)3 3(H(H2 2O)O)3 3 沉淀沉淀物。物。 但在某一特定但在某一特定pHpH時(shí)，水解產(chǎn)物還有許多復(fù)雜的高時(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。聚物和絡(luò)合物同時(shí)共存。 因?yàn)槌醪剿猱a(chǎn)物中的羥基因?yàn)槌醪剿猱a(chǎn)物中的羥基OH-OH-具有橋鍵性質(zhì)。具有橋鍵性質(zhì)。 在由在由

13、Al(HAl(H2 2O)O)6 6 3+3+轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向Al(OH)Al(OH)3 3(H(H2 2O)O)3 3 的中間過(guò)的中間過(guò)程中，羥基可將單核絡(luò)合物通過(guò)橋鍵縮聚成多程中，羥基可將單核絡(luò)合物通過(guò)橋鍵縮聚成多核絡(luò)合物：核絡(luò)合物： 兩個(gè)單羥基絡(luò)合物通過(guò)羥基橋聯(lián)可縮合成雙羥基兩個(gè)單羥基絡(luò)合物通過(guò)羥基橋聯(lián)可縮合成雙羥基雙核絡(luò)合物：雙核絡(luò)合物： 或或 從上述反應(yīng)可以看出，三價(jià)鋁鹽發(fā)揮混凝作用的是從上述反應(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。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。穩(wěn)和吸附架

14、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。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)，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(guò)程很好完成。成大的絮凝體，使混凝過(guò)程很好完成。 混凝劑和助凝劑混凝劑和助凝劑

15、 混凝劑混凝劑 要求要求 混凝劑效果良好混凝劑效果良好 對(duì)人體健康無(wú)害對(duì)人體健康無(wú)害 價(jià)廉易得價(jià)廉易得 使用方便使用方便 (1) (1) 無(wú)機(jī)鹽類(lèi)混凝劑無(wú)機(jī)鹽類(lèi)混凝劑 (2) (2) 高分子混凝劑高分子混凝劑 鐵鹽和鋁鹽鐵鹽和鋁鹽 有機(jī)和無(wú)機(jī)有機(jī)和無(wú)機(jī) 助凝劑助凝劑 影響混凝效果的主要因素影響混凝效果的主要因素 (1)(1)水中雜質(zhì)的成分、性質(zhì)和濃度水中雜質(zhì)的成分、性質(zhì)和濃度 (2) (2) 混凝劑的影響混凝劑的影響 (3)(3)水力條件水力條件混凝工藝一般流程及設(shè)計(jì)要點(diǎn)混凝工藝一般流程及設(shè)計(jì)要點(diǎn) (1)(1)根據(jù)混凝處理目的，通過(guò)實(shí)驗(yàn)選擇混凝劑品種、用根據(jù)混凝處理目的，通過(guò)實(shí)驗(yàn)選擇混凝劑品種

16、、用量及量及pHpH； (2)(2)選擇合適的混凝劑投加位置核方式，調(diào)制、條件濃選擇合適的混凝劑投加位置核方式，調(diào)制、條件濃度和設(shè)備；度和設(shè)備； (3)(3)選擇合適的混合、反應(yīng)方法核設(shè)備選擇合適的混合、反應(yīng)方法核設(shè)備; ; (4)(4)考慮與上、下構(gòu)筑物的銜接?？紤]與上、下構(gòu)筑物的銜接。 化學(xué)混凝的設(shè)備化學(xué)混凝的設(shè)備 (1) (1) 混凝劑的配制和投加設(shè)備混凝劑的配制和投加設(shè)備 a.a.混凝劑的溶液和配制混凝劑的溶液和配制 混凝劑在溶解池中進(jìn)行溶解混凝劑在溶解池中進(jìn)行溶解: : 攪拌攪拌 加速藥加速藥劑溶解劑溶解 機(jī)械攪拌機(jī)械攪拌 壓縮空氣攪拌壓縮空氣攪拌 水泵攪拌水泵攪拌 藥劑溶解完全后，

17、將濃藥液送入溶液池，用清水藥劑溶解完全后，將濃藥液送入溶液池，用清水稀釋到一定的濃度備用。稀釋到一定的濃度備用。 溶液池的容積可按下式計(jì)算：溶液池的容積可按下式計(jì)算： 式中式中: : W W1 1溶液池容積，溶液池容積，m m3 3； q qvv處理地水量，處理地水量，m m3 3/h; /h; A A混凝劑地最大投加量，混凝劑地最大投加量，mg/L; mg/L; c c溶液濃度，；溶液濃度，； n n每天配置次數(shù)，一般為每天配置次數(shù)，一般為2 26 6次。次。 溶解池的容積：溶解池的容積： b. b. 混凝劑溶液的投加混凝劑溶液的投加 計(jì)量設(shè)備計(jì)量設(shè)備 投加方式投加方式 轉(zhuǎn)子流轉(zhuǎn)子流量計(jì)量計(jì) 電磁流電磁流量計(jì)量計(jì) 泵前重力泵前重力投加投加 水射器水射器投加投加 (2) (2) 混合設(shè)備混合設(shè)備 a.a.水泵混合水泵混合b.b.隔板混合隔板混合c. c. 機(jī)械混合機(jī)械混合(3) (3) 反應(yīng)設(shè)備反應(yīng)設(shè)備 a.a.隔板反應(yīng)池隔板反應(yīng)池 利用水