4第四章污水的化学处理1.

第5章中和法5.1概述5.2基本原理5.3酸性废水的中和处理5.4碱性废水的中和处理5.1概述中和法是利用碱性药剂或酸性药剂将废水从酸性或碱性调整到中性附近的一类处理方法。在工业废水处理中，中和处理既可以作为主要的处理单元，也可以作为预处理。酸性废水的成分包括：无机酸：硫酸、硝酸、盐酸、氢氟酸、磷酸等有机酸：醋酸、甲酸、柠檬酸等金属盐。碱性废水的成分：苛性钠、碳酸钠、硫化钠及胺类等。5.1概述不同酸(碱)含量工业废水的处理方法：1、废酸液和废碱液酸含量大于5～10%的高浓度含酸废水，常称为废酸液；碱含量大于3～5%的高浓度含碱废水，常称为废碱液。对于这类废酸液、废碱液，一般应因地制宜地加以回收和利用，例如，用蒸发浓缩法回收苛性钠；用扩散渗析法回收钢铁酸洗废液中的硫酸等。2、酸性废水和碱性废水对于酸含量小于5～10%或碱含量小于3～5%的低浓度酸性废水或碱性废水，由于其中酸、碱含量低，回收价值不大，常采用中和法处理，使其达到排放要求。此外，还有一种与中和处理法相类似的处理操作，就是为了某种需要，将废水的pH值调整到某一特定值(范围)，这种处理操作叫pH调节。若将pH值由中性或酸性调至碱性，称为碱化；若将pH值由中性或碱性调至酸性，称为酸化。5.2基本原理5.3酸性废水的中和处理一、药剂中和法二、过滤中和法三、利用碱性废水和废渣的中和法四、利用天然水体及土境中碱度的中和法一、药剂中和法药剂中和法最常采用的碱性药剂是石灰(CaO)，有时也选用苛性钠、碳酸钠、石灰石、白云石、电石渣等。选择碱性药剂时，不仅要考虑它本身的溶解性、反应速度、成本、二次污染、使用方便等因素，而且还要考虑中和产物的性状、数量及处理费用等因素。当投石灰进行中和处理时，Ca(OH)2还有凝聚作用，因此对杂质多、浓度高的酸性废水尤其适宜。一、药剂中和法中和剂的投加量，可按实验绘制的中和曲线确定，也可根据水质分析资料，按中和反应的化学计量关系确定。碱性药剂用量Ga(kg／d)可按下式计算：)(2211acacKQGaQ——废水量，m3／d；Cl，C2——废水酸的浓度和酸性盐的浓度，kg／m3；a1，a2——中和每公斤酸和酸性盐所需的碱性药剂公斤数，即碱性药剂比耗量kg／kg；K——考虑到反应不均，部分碱性药剂不能参加反应的加大系数。如用石灰法中和硫酸时，取1.05～l.10(湿投)或1.4～1.5(干投)；中和硝酸和盐酸时，取1.05；α——碱性药剂的纯度，%。一、药剂中和法中和产生的沉渣量(干基)G(kg／d)可按下式计算：)()(dcSQeGGaΦ——消耗单位重量药剂所生成的难溶盐及金属氢氧化物量，kg／kg；e——单位重量药剂中杂质含量，kg／kg；c——中和后溶于废水中的盐量，kg／m3；S——中和前废水中悬浮物含量，kg／m3；d——中和后出水挟走的悬浮物含量，kg／m3。投药中和法的工艺过程主要包括：废水的预处理；药剂的制备与投配；混合与反应；中和产物的分离；泥渣的处理与利用。废水的预处理包括悬浮杂质的澄清，水质及水量的均和。前者可以减少投药量，后者可以创造稳定的处理条件。一、药剂中和法投加石灰有干法和湿法两种方式。干投法设备简单，药剂的制备与投配容易，但反应缓慢，中和药剂耗用量大(约为理论用量的1.4～１.5倍)。石灰干投法示意图一、药剂中和法混合反应池中和反应较快，废水与药剂边混合，边中和，池中常设置隔板将其分成多室，以利混合反应。反应池的容积通常按5～20min的停留时间设计。一、药剂中和法投药中和法的优点是可处理任何浓度、任何性质的酸性废水；废水中容许有较多的悬浮杂质，对水质、水量的波动适应性强；并且中和剂利用率高，中和过程容易调节。存在的缺点是劳动条件差，药剂配制及投加设备较多，基建投资大，泥渣多且脱水难。二、过滤中和法酸性废水流过碱性滤料时，可使废水中和，这种中和方式叫过滤中和法。主要的碱性滤料有三种：石灰石、大理石、白云石。前两种的主要成分是CaCO3，后一种的主要成分是CaCO3·MgCO3。滤料的选择和中和产物的溶解度有密切的关系。各种酸在中和后形成的盐具有不同的溶解度，其顺序大致为：Ca(NO3)2、CaCl2＞MgSO4＞CaSO4＞CaCO3、MgCO3。二、过滤中和法滤料一般为30～50mm，硫酸允许浓度在1～1.2g／L二、过滤中和法滤料粒径小(0.5～3mm)，滤速高(66～70m／k)，硫酸允许浓度可提高到2.2～2.3g／L。二、过滤中和法直径1m或更大，长度约为直径的6～7倍。滚筒转速约每分钟10转。滤料的粒径较大(达十几毫米)，装料体积约占转筒体积的一半；这种装置的最大优点是进水的硫酸浓度可以超过允许浓度数倍，而滤料粒径却不必破碎得很小。其缺点是负荷率低、构造复杂、动力费用较高、运转时噪音较大，同时对设备材料的耐蚀性能要求高。三、利用碱性废水和废渣的中和法在同时存在酸性废水和碱性废水的情况下，可以以废治废，互相中和。两种废水互相中和时，若碱性不足，应补充药剂；若碱量过剩，则应补充酸中和碱。由于废水的水量和浓度均难于保持稳定，因此，应设置均和池及混和反应池(中和池)。如果混合水需要水泵提升，或者有相当长的出水沟管可资利用，也可不设混合反应池。利用碱性废渣中和酸性废水也有一定的实际意义。例如，软水站石灰软化法的废渣中含有大量CaCO3、锅炉灰中含有2～20％的CaO，利用它们处理酸性废水，均能获得一定的中和效果。四、利用天然水体及土境中碱度的中和法天然水体及土壤中的重碳酸盐可用来中和酸性废水，如：Ca(HCO3)2+H2SO4＝CaSO4+2H2O+2CO2利用土壤及天然水体中和酸性废水，必须持慎重态度。允许排入水体的酸性废水量，应根据水体的中和能力来确定。在天然水体的pH值为7左右时，CO32-的量可忽略，只考虑一级解离平衡：(5℃)则水体pH值为，由于水体允许的pH界限值为6.5，则水体中游离CO2的极限浓度[H2CO3]或[CO2]可由下式求出：则若已知天然水体中的[HCO3－]，并换算成相当的CO2量A(mg／L)；游离CO2含量为B(mg／L)。设允许水中重碳酸盐用于中和酸性废水析出的CO2极限量为x(mg／L)，则：(B+x)＝1.047(A-x)则于是就可进一步算出尤许排入水体的酸性废水量。5.4碱性废水的中和处理一、投酸中和法投酸中和法处理碱性废水时，常用的酸性中和药剂有硫酸、盐酸及压缩二氧化碳。用CO2气体中和碱性废水时，为使气液充分接触反应，常采用逆流接触的反应塔(CO2气体从塔底吹入，以微小气泡上升；而废水从塔顶喷淋而下)。用CO2做中和剂的优点在于：由于pH值不会低于6左右，因此不需要pH值控制装置。烟道气中含有高达24％的CO2，有时还含有少量SO2及H2S，故可用来中和碱性废水，其中和产物Na2CO3、Na2SO4、Na2S均为弱酸强碱盐，具有一定的碱性，因此酸性物质必须超量供应。第6章化学消毒法6.1概述6.2氯消毒法6.3其它化学消毒法6.1概述通过消毒剂或其它消毒手段，杀灭水中致病微生物的处理过程，称为消毒。水中的致病微生物包括病毒、细菌、真菌、原生动物、肠道寄生虫及其卵等。应该注意到，消毒和灭菌是两种不同的处理工艺，前者仅要求杀灭致病微生物，而后者则要求杀灭全部微生物。消毒方法包括物理法和化学法两大类。物理法有加热、光照及超声波等手段，但在废水处理中很少应用。属于化学消毒法的消毒剂有多种氧化剂（氯、臭氧、溴、碘、高锰酸钾等）、某些重金属离子（银、铜等）及阳离子型表面活性剂等，其中以氯消毒和臭氧消毒法应用最多。6.2氯消毒法不同pH和水温时水中HClO与ClO-的相对含量N--经时间t后存活的微生物量；t--消毒时间；氯胺的作用Cl2+H2O=HOCl+HCl；NH3+HOCl=NH2Cl+H2O；NH2Cl+HOCl=NHCl2+H2O；NHCl2+HOCl=NCl3+H2O一、氯的消毒作用6.2氯消毒法二、投氯量及投氯点6.2氯消毒法二、投氯量及投氯点对给水处理来说，若氨氮含量较低（小于0.3mg/L），通常投氯量超过折点B，维持一定游离余氯量，此即“折点氯化法”。若胺氮含量较高（大于0.5mg/L），投氯量控制在峰点A以前即可，这时的化合余氯量以足够消毒。不同废水的水质和消毒要求差别很大，应通过实验确定投氯量。一般城市污水沉淀后出水的投氯量约为6～24mg/L，二级生化处理出水约为3～9mg/L，二级生化加过滤处理之出水，约为1～5mg/L。氯与废水应充分混合，接触时间约为1h（氯胺消毒为2h）。废水经加氯消毒后，1h后的余氯量应不小于0.5mg/L。6.2氯消毒法1—出氯孔；2—玻璃钟罩；3—吸氯管；4—水射器；5，6—浮球；7—补充进水管；8—溢流管；9—浅盘；10—旋流分离器加氯装置6.2氯消毒法应用加氯量为50mg/L，余氯2mg/L，消毒作用稳定，同时可去除氨氮50%，悬浮物87%，溶解氧由2mg/L增加至7mg/L。6.3其它化学消毒法一、臭氧消毒二、重金属消毒法三、二氧化氯消毒法四、其它卤素消毒法6.3其它化学消毒法一、臭氧消毒1、臭氧消毒的特点臭氧是仅仅次于氟的强氧化剂，它有很强的消毒能力，除能杀死细菌外，对耐药性较强的病毒、芽孢也有很强的杀灭能力；臭氧消毒基本上不受pH值和温度的影响；臭氧易于分解，不产生永久性残留；能同时除色、除臭、除味、降解各种有机毒物，不致产生而次污染。2、臭氧消毒的投加量臭氧消毒时，投加量一般为1～4mg/L。如同时氧化分解废水中其它污染物，应增大投加量。医院污水消毒处理时，投量可高达20～50mg/L。3、决定臭氧消毒效果的主要因素剩余臭氧量和接触时间为决定臭氧消毒效果的主要因素。如维持臭氧浓度0.4mg/L，接触时间15min，可达到良好的消毒效果（包括病毒的杀灭）。4、臭氧消毒存在的主要问题基建投资大，制备臭氧的电消耗高；臭氧在水中不稳定易分解，没有持久的杀菌作用。6.3其它化学消毒法二、重金属消毒法银离子能凝固微生物的蛋白质，破坏细胞结构，在很低的浓度（15μg/L）下，就具有显著的消毒作用，但所需接触时间很长。由于成本很高，仅在废水中含有银离子的情况下，与其它废水混合而起消毒作用；亦用于小水量的消毒。铜离子特别适于杀灭藻类，作用迅速，效果良好，但其杀菌作用很弱。硫酸铜常用于湖泊、水库或循环水的灭藻。三、二氧化氯消毒法二氧化氯作为消毒剂，不与废水中的氨氮、含氮有机物反应，也不会产生有机氯化物。因此，特别适合于对含有酚和有臭味的废水进行消毒处理。在给水处理中，当单纯用于消毒时，其投加量约0.1～1.5mg/L；同时兼做除臭时，投加量约0.6～1.5mg/L。投药量必须保证管网末端有0.05mg/L的余量。6.3其它化学消毒法四、其它卤素消毒法除氯以外，卤素中的溴和碘、卤素互化物（氯化溴、氯化碘、溴化碘）、卤素混合物等均有消毒作用。卤素与氨生成卤胺。溴胺的消毒作用接近于游离氯和游离溴，因此不需采用折点消毒法。如对于PollioⅡ病毒，在氨氮浓度10ppm、pH值7.5、温度25℃的条件下，采用BrCl消毒，仅需5min就能将其全部杀死，而用同浓度的Cl2时，60min尚难达到相同效果。碘化消毒还有其独特优点，就是碘元素可从某些片剂中释放出来，缓慢而持久地发挥消毒作用。溴和碘作用强且消失快，排放水体的安全度高，消毒后不必进行脱除处理。溴、碘消毒的主要问题是成本高（氯、溴、碘的成本比约为1：3：40）因而在实用上尚受限制。利用KI或Br的协同效应，可强化氯的消毒效果，降低投氯量。例如，某城市污水深度处理出水，投加氯4mg/L和碘化钾0.04mg/L（或溴化钾0.1mg/L），可达到与常规加氯10mg/L相同的消毒效果。这不仅减轻了大量投氯对管道、设备的腐蚀，而且节约药剂费45%左右。第7章氧化还原法7.1基本原理7.2药剂氧化法一、空气(及纯氢)氧化法二、臭氧氧化法三、高锰酸盐氧化法四、光辐射或放射性辐射强化氧化过程7.3药剂还原法一、还原法去除六价铬二、还原法除汞(Ⅱ)7.1基本原理通过药剂与污染物的氧化