a污水深度处理一

污水深度处理技术(一)污水的物理化学处理是利用物理原理及化学反应以去除水中的杂质。处理对象主要是污水中无机的或有机的(难于生物降解的)溶解物质或胶体物质。常用的物理化学处理方法有混凝法、沉淀法、氧化还原法、吸附法、蒸发结晶法、萃取法、离子交换法及膜法等。一、混凝原理和用途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。混凝是通过向废水中投加混凝剂(coagulant)，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。100μm以上的悬浮液—沉淀或过滤1nm-100μm间的部分悬浮液和胶体溶液—混凝第一节混凝法分散相粒度真溶液0.1-1nm胶体溶液1-100nm悬浮液100nm二、胶粒的稳定性及脱稳机理1.胶体的特点：粒径小，一般直径为10-3－10-8mm；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；带电，同类胶体微粒带有同性电荷。水化膜，许多水分子被吸引在胶粒周围，形成水化膜。2.胶体的电位φ电位—胶核与溶液主体之间由于表面电荷存在所产生的电位。某些胶体φ电位固定不变，但无法测出。ξ电位—胶粒与溶液主体之间由于胶粒剩余电荷的存在所产生的电位。可通过电泳或电渗计算得出溶液中反离子浓度、温度、pH值。第一节混凝法3.胶体的结构胶体的双电层结构模型胶核电位离子束缚反离子，滑动面胶团边界胶粒边界4.混凝机理胶体保持稳定性的原因（1）胶体微粒同性相斥（2）存在水化壳脱稳—胶体因ξ电位降低或消除，从而失去稳定性的过程（ξ电位越大，胶体越稳定）凝聚—脱稳的胶粒相互聚集为较大颗粒的过程絮凝—未经脱稳的胶体形成较大颗粒的过程混凝机理主要有四种：a.压缩双电层机理b.吸附电中和机理c.吸附架桥机理d.网捕机理第一节混凝法a.压缩双电层机理双电层的厚度与反离子的浓度有关。当向溶液中投加电解质，溶液中离子浓度增高，扩散层的厚度将减小。该过程的实质是加入的反离子与扩散层原有反离子之间的静电斥力把原有部分反离子挤压到吸附层中，从而使扩散层厚度减小，胶粒得以迅速凝聚。b.吸附电中和机理胶粒表面对异号离子、异号胶粒、链状离子或分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中和了电位离子所带电荷，减少了静电斥力，降低了电位，使胶体的脱稳和凝聚易于发生。其结果与压缩双电层相同，但作用机理是不同的。铝盐和铁盐混凝剂投加量过多，凝聚效果反而下降的现象，可以用本机理解释。第一节混凝法c.吸附架桥机理吸附架桥作用主要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。L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。在吸附桥联过程中，胶粒并不一定要脱稳，也无需直接接触。该机理可解释非离子型或带同号电荷离子型高分子絮凝剂得到好的絮凝效果的现象。第一节混凝法＋＋4.沉淀物网捕机理沉淀金属氢氧化物(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。高分子絮凝剂-吸附架桥铝盐、铁盐-压缩双电层、吸附架桥、网捕第一节混凝法三、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：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。第一节混凝法类别名称剂量范围mg/L最佳pH值范围应用特点无机盐类硫酸铝Al2(SO4)35～506左右混凝效果较好，使用方便；最佳pH值范围窄；使用水温20～30℃硫酸亚铁FeSO45～508.5～11.0适用碱度及硬度均较高的水；水温对混凝效果影响较小；絮凝体形成快，较稳定；产品及溶液腐蚀性强氯化铁FeCl34～408.5～11.0处理高浊度水；絮凝体较坚固，沉淀性较好；固体产品吸湿性强，对包装运输不利无机高分子混凝剂聚合氯化铝（PAC）2～205～9适用于低温低浊及高浊度水；投药量少，混凝效果好；适用pH值范围广；产品腐蚀性强聚合硫酸铁（PFS）20～605～11适用于低温低浊及高浊度水；易溶于水；适用pH值范围广；净化后水pH值与碱度变化幅度较小；宜当日配置当日投加有机高分子混凝剂聚丙烯酰铵（PAM）聚氧化乙烯（PEO）5以下视不同离子情况而定聚合度高；对胶体表面有强吸附作用，在胶粒之间形成桥联混凝剂1.无机盐类三氯化铁(ferricchloride)无水物、结晶水物和液体，其中常用的是FeCl3·6H2O，极易溶于水。优点：形成的矾花沉降性好，处理低温水或低浊度水效果比铝盐好，适宜的pH值范围较宽；缺点：处理后水的色度比铝盐高，腐蚀性大。硫酸亚铁(ferroussulfate)FeSO4·7H2O是半透明绿色晶体，易溶于水，在水温2O℃时溶解度为21％。硫酸亚铁离解出的Fe2＋只能生成最简单的单核络合物，因此，不如三价铁盐混凝效果好。第一节混凝法残留在水中的Fe2＋会使处理后的水带色，Fe2＋与水中的某些有色物质作用后，会生成颜色更深的溶解物。因此，使用硫酸亚铁时应将二价铁先氧化为三价铁，然后再起混凝作用。硫酸铝(aluminumsulfate,alum)世界上水和废水处理中使用最多的混凝剂。工业产品有精制和粗制两种。精制硫酸铝是白色结晶体。粗制硫酸铝的Al203含量不少于14.5％-16.5％，不溶杂质含量不大于24％-30％。优点：价格较低，使用方便，混凝效果好。缺点：当水温低时硫酸铝水解困难，形成的絮体较松散；由于杂质含量高，所以渣量大。第一节混凝法2.高分子混凝剂(1)无机高分子混凝剂聚合氯化铝(poly-aluminumchloride,PAC)聚合氯化铝是一种高分子混凝剂，简称PAC，其化学式可写为[Al2(OH)nCl6-n]m，式中n可取1到5之间的整数，m为10的整数。这个化学式实际是指m个Al2(OH)nCl6-n单体的聚合物。聚合氯化铝中OH与Al的比值对混凝效果有很大关系，一般可用碱化度B表示：B=[0H]×100％/3[Al]，例如n＝4时，碱化度B=[4/(3×2)]×100％=66.7％。一般要求B为40％－60％。聚合氯化铝优点：(a)应用范围广，对各种废水都可获得较好的混凝效果。(b)易快速形成大矾花，沉降性能好，投药量一般比硫第一节混凝法酸铝低，过量投加时也不会像硫酸铝那样造成水浑浊。(c)适宜的pH值范围较宽(在5－9间)，且处理后水的pH值和碱度下降较小。(d)水温低时，仍可保持稳定的混凝效果。(e)其碱化度比其它铝盐、铁盐为高，因此药液对设备的侵蚀作用小。聚合硫酸铁(poly-ferricsulfate,PFS)化学式为[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m优点：投加剂量小，絮体生成快，对水质的适应范围广以及水解时消耗水中碱度少。它与聚合铝盐都是具有一定碱化度的无机高分子聚合物，且作用机理也颇为相似。第一节混凝法(2)有机高分子类混凝剂分类：有机高分子混凝剂分为天然和人工两种，其中天然高分子混凝剂应用远不如人工的广泛，主要原因是电荷密度小，分子量较低，且容易发生降解而失去活性。根据高分子聚合物所带基团能否离解及离解后所带离子的电性，有机高分子混凝剂可分为阴离子型(anionic)、阳离子型(cationic)和非离子型(nonionic)特点：高分子混凝剂一般为链状结构，各单体间以共价键结合。单体的总数称为聚合度，高分子混凝剂的聚合度约从1000－5000，甚至更高。高分子混凝剂溶于水中，将生成大量的线形高分子。第一节混凝法作用机理：（a）由于氢键结合、静电结合、范德华力等作用对胶粒的吸附结合；（b）线型高分子在溶液中的吸附架桥作用。在一般情况下，不论混凝剂为何种离子型，对不同电性的胶体和细微悬浮物都是有效的。但如为离子型，且电性与胶粒电性相反，就能起降低电位和吸附架桥双重作用，可明显提高絮凝效果。聚丙烯酰胺(polyacrylamides,PAM)其中n称为聚合度。第一节混凝法—CH2—CH—CONH2n聚丙烯酰胺产量占有机高分子混凝剂总产量的80％，聚丙烯酰胺产品有胶状(含量5％-10％)、片状(含量20％-30％)和粉状(含量90％-95％)三种。其聚合度可达(2-9)×104，相对分子质量高达(1.5-6)×106。聚丙烯酰胺也常作为助凝剂与其他混凝剂一起使用，可产生较好的混凝效果。其投加次序与废水水质有关。当废水浊度低时，宜先投加其他混凝剂，再投加聚丙烯酰胺，使胶体颗粒先脱稳到一定程度，为聚丙烯酰胺的絮凝作用创造有利条件；当废水浊度高时，应先投加聚丙烯酰胺，再投加其它混凝剂，以让聚丙烯酰胺先在高浊度水中充分发挥作用，吸附部分胶粒，使浊度下降，其余胶粒由其它混凝剂脱稳，再由聚丙烯酰胺吸附，这样可以降低其它絮凝剂的用量。第一节混凝法（二）助凝剂（1）pH调整剂：石灰、硫酸、氢氧化钠、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。六、影响混凝的因素（一）废水水质的影响浊度：过高过低都不利于混凝pH值：反应速度最快，絮凝溶解度最小水温：20-30℃，水温太低：水解反应慢，水的粘度增大；水温太高：絮凝剂老化或分解共存杂质有利：除硫、磷以外的各种无机金属盐不利：PO43-、SO32-、Cl-第一节混凝法（二）混凝剂的影响（1）混凝剂种类(kindsofcoagulants)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，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(dosage)与水中微粒种类、性质、浓度有关；与混凝剂品种、投加方式及介质条件有关。最佳混凝剂和最佳投药量，应通过试验确定。第一节混凝法一般的投加量范围：普通铁盐、铝盐为10~30mg/L；聚合盐为普通盐的1/2~1/3;有机高分子混凝剂通常只需1~5mg/L。若投加量过量，很容易造成胶体的再稳。（3）混凝剂投加顺序(sequence)•最佳投加顺序可通过试验来确定。•一般而言，当无机与有机并用时，先加无机混凝剂，再加有机混凝剂。•但当处理的胶粒在50m以上时，常先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。第一节混凝法（三）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，为此要求搅拌强度要大，但时间要短。速度梯度G应在500–1000s－1，搅拌时间t应在10–30s。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，因此搅拌强度要小，而时间要长，相应G和t值分别应在20－70s-1和15－30min。第一节混凝法1、化学沉淀法定义化学沉淀法是向污水中投加某种化学物质，使它与污水中的溶解物质发生化学反应，生成难溶于水的沉淀物，以降低污水中溶解物质的方法。主要针对废水中的阴、阳离子。2、化学沉淀法的处理(主要