污水处理第三章-工业废水的化学处理方法.ppt

内容提要,1,第一节 中和,第二节 化学沉淀,3,第三节 药剂氧化还原,第四节 臭氧氧化,4,5,第五节 电解,2,第三章 工业废水的化学处理,一、概述,二、酸碱废水互相中和法,三、药剂中和法,四、过滤中和法,第三章 工业废水的化学处理,1,第一节 中和,第一节 中和,一、概述,1,、酸碱废水的来源与处置,酸性废水：化工厂、化纤厂、电镀厂、煤加工厂几金属酸洗车间等；,碱性废水：印染厂、金属加工厂、炼油厂、造纸厂等；,当酸或碱废水的浓度很高时，如在,3%-5%,以上时，应考虑回用和综合利用的可能性；当浓度不高，如小于,3%,时，才考虑中和处理。,第一节 中和,一、概述,2,、中和法的适用情况,在废水排入水体之前，因为水生生物对,pH,值的变化极其敏感，当大量废水排入后使水体的,pH,值变得偏酸或偏碱时，会产生不良影响；,在废水排入城市排水管道之前，由于酸、碱对排水管道产生腐蚀作用，一般城市排水管道对排入工业废水的,pH,值都有明确的规定；,在废水需要进行化学或生物处理之前，对于化学处理（如混凝、除磷等），要求废水,pH,值升高或降低到某一需要的最佳值。对于生物处理，废水的,pH,值通常应维持在,6.58.5,范围内，以保证处理构筑物内的微生物维持最佳活性。,第一节 中和,一、概述,3,、中和药剂,酸性废水中和处理采用的中和药剂：石灰、石灰石、白云石、苏打、苛性钠等；,碱性废水中和处理采用的中和药剂：盐酸和硫酸等；,中和剂的单位消耗量见表,1,及表,2.,第一节 中 和,二、酸碱废水互相中和法,1,、要求：,是将酸性废水和碱性废水共同引入中和池中，并在池内进行混合搅拌。中和结果，应该使废水呈中性或弱碱性。,根据质量守恒原理计算酸、碱废水的混合比例或流量，并且使实际需要量略大于计算量。,当酸、碱废水的流量和浓度经常变化，而且波动很大时，应该设调节池加以调节，中和反应则在中和池 进行，其容积应按,1.52.0h,的废水量考虑。,第一节 中 和,二、酸碱废水互相中和法,2,、废水需要量计算：,中和时酸性废水和碱性废水的酸和碱的当量数应相等，即按当量定律来计算：,Q,1,C,1,=Q,2,C,2,式中,Q,1,，,Q,2,-,酸性、碱性废水流量，,L/h,；,C,1,，,C,2,-,酸性、碱性废水的当量浓度，克当量,/h,。,在中和过程中，酸碱双方的当量恰好相等时称为中和反应的等当点；,强酸强碱互相中和时，由于生成的强酸强碱盐不发生水解，因此等当点即中性点，溶液的,PH,值等于,7.0,；,若中和一方为弱酸或弱碱时，由于中和过程所生成的盐的水解，尽管达到等当点，但溶液并非中性，,PH,值大小取决于所生成盐的水解度。,第一节 中 和,例,12-1,(1)百分比浓度当量浓度,百分比浓度为重量之比，故的1.4%aOH中占1.4%*1000=14g的NaOH，当量浓度为14/40.01=0.3499geq/L,(,2)克当量流量,8m3/h=8000L/h=8000*0.3499=2799.20geq/h,HCl-NaOH=2808.49-2799.20=9.29geq/h,(3)混合后废水的当量浓度,9.29/(8+16.3)=0.38 geq/m3=0.38*10-3 geq/L,(4)混合后废水的pH值,l全部电离，且当量浓度摩尔浓度，故,H+=0.38*10-3 mol/L，pH=-lgH+=3.42,(5)中和池有效容积,反应时间取2h,W=(8+16.3)*2=48.6m3,第一节 中 和,二、酸碱废水互相中和法,3,、中和设备：,当水质水量变化较小或后续处理对,PH,要求较宽时，可在集水井（或管道、混合槽）内进行连续混合反应；,当水质水量变化不大或后续对,PH,要求较高时，可设连续流中和池。中和时间视水质水量变化情况确定，一般采用,1-2h,；,当水质水量变化较大，且水量较小时，连续流无法保证出水,PH,要求，或出水中还含有其他杂质或重金属离子时，多采用间歇式中和池。池有效容积可按污水排放周期（如一班或一昼夜）中的废水量来计算。,第一节 中 和,三、药剂中和法,1,、酸性废水的药剂中和处理,中和剂及其用量,中和剂,：常用石灰,.,石灰乳有凝聚作用,适用处理杂质多高浓度的酸性废水,.,可选用工业废渣,.,用量,：书中表,12-2,：中和酸所需碱、盐量，同时要考虑纯度和不均匀性问题,第一节 中 和,三、药剂中和法,中和反应,石灰可以中和不同浓度的酸性废水，在用石灰乳时，中和反应方程式如下：,废水中含有其他金属盐类，如铁、铅、锌、铜等也消耗石灰乳的用量，反应如下：,第一节 中 和,三、药剂中和法,药剂中和处理工艺流程,主要装置,投药装置,混合反应装置,沉淀池,沉渣脱水装置,出水,第一节 中 和,三、药剂中和法,投药装置,采用石灰做中和剂时，一般采用干投或湿投，一般采用湿投，见右图。,石灰经消解后，形成石灰乳排至溶液槽。消解采用人工和机械法。,采用机械搅拌、空气搅拌、水泵搅拌。,石灰乳投配装置,第一节 中 和,三、药剂中和法,混合反应装置,混合时间：用石灰和酸性废水时，采用,2-5min,。其它采用,5-10min,，如下图,四室隔板反应池，采用压缩空气搅拌。,四室隔板反应池,沉淀池,采用竖流式,(,沉渣量少时,),或平流式,(,排泥困难时,),。沉渣用污泥泵排出。,沉渣脱水装置,采用机械脱水或干化场脱水,第一节 中 和,三、药剂中和法,2,、碱性废水的药剂中和处理,中和剂,硫酸、盐酸、硝酸、烟道气,中和反应,以含氢氧化钠和氢氧化铵碱性废水为例，中和剂用工业硫酸，其化学反应如下：,如果硫酸铵的浓度足够，可考虑回收利用。以含氢氧化钠碱性废水为例，用烟道气中和，烟道气中含,CO2,量可达,24%,。其化学反应如下：,第一节 中 和,四、过滤中和法,定义：酸性废水流过碱性滤料时与滤料进行中和反应的方法。,适用对象：用于酸性废水的中和处理。,滤料：石灰石、大理石、白云石。,类型：,普通中和滤池,、,升流式膨胀中和滤池,、,滚筒中和滤池,。,第一节 中 和,1,、普通中和滤池,适用范围,对硫酸废水，因中和过程中生成的硫酸钙在水中溶解度很小，易在滤料表面形成覆盖层，阻碍滤料和酸的接触反应。,硫酸极限浓度：用石灰石时为,2g/L,，白云石为,5g/L,硝酸和盐酸的极限浓度：,20g/L,四、过滤中和法,第一节 中 和,四、过滤中和法,普通中和滤池,形式,分为升流式和降流式。参数：滤料直径为,30-50mm,，过滤速度,1-1.5m/h,，接触时间不少于,10min,，滤床厚度为,1-1.5m.,。,中和滤池的计算,自学,第一节 中 和,2,、升流式膨胀中和滤池,废水从滤池的底部进入，从池顶流出，使滤料处于膨胀状态。,分类：恒滤速变滤速,恒滤速升流式膨胀中和滤池采用大阻力或小阻力布水系统进水。大阻力布水系统底部装有栅状配管，干管与支管下部开有孔眼，下设卵石承托层，滤层高度一般为,1.0m1.2m,，总高度一般为,33.5m,。为使滤料处于膨胀状态并互相摩擦，不结垢，避免堵塞，流速采用,6080m/h,，膨胀率保持在,50%,左右。上清水区高度为,0.5m,。,变滤速膨胀中和滤池下部横截面积小，上部大。上滤速下部为,130150m/h,，上部为,4060m/h,，使滤层全部都能膨胀，上部出水可少带料，克服了恒速膨胀滤池下部膨胀不起来，上部带出小颗粒滤料的缺点。,应用实例：自学,四、过滤中和法,第一节 中 和,3,、滚筒中和滤池,这种装置的优点是进水硫酸浓度可超过极限浓度值数倍，滤料不必破碎到很小粒径，但构造复杂，动力费用高，运行时设备噪音较大。,四、过滤中和法,一、概述,二、氢氧化物沉淀法,三、硫化物沉淀法,四、钡盐沉淀法,第三章 工业废水的化学处理,2,第二节 化学沉淀,第二节 化学沉淀,化学沉淀法是指向水中投加沉淀剂，使之与废水中污染物发生沉淀反应，形成难溶的固体，然后进行固液分离，从而除去废水中污染物的一种方法。一般用于处理含金属离子的工业废水。,一、概述,在一定温度下，难溶化合物,AmBn,的饱和溶液中，其沉淀,-,溶解平衡可表示为：令,AmBn,的溶解度为,S(mol/l),，则：,第二节 化学沉淀,根据溶度积可以判断沉淀的生成与溶解，判断水中离子是否能用化学沉淀法处理以及分离的程度：,一、概述,第二节 化学沉淀,1,原理,水中金属离子很容易生成各种氢氧化物，它们的生成条件和存在状态与溶液,PH,有直接关系。如果水中的金属离子以,Mn+,表示，则其氢氧化物的溶解平衡为：,二、氢氧化物沉淀法,因为水在,25,的离子积：,由此可见：,金属离子浓度相同时，溶度积越小，则开始析出氢氧化物沉淀的,PH,值越低；,同一金属离子，浓度越大，开始析出氢氧化物沉淀的,PH,值愈低。,第二节 化学沉淀,2,氢氧化物沉淀法在废水处理中的应用,二、氢氧化物沉淀法,某矿山废水含铜,83.4mg/L,，总铁,1260mg/L,，二价铁,10mg/L,，,PH,为,2.23,，沉淀剂采用石灰乳，其工艺流程图如下所示。,一级化学沉淀控制,PH,为,3.47,，使铁先沉淀，铁渣含铁,32.84%,，含铜,0.148%,；第二级化学沉淀控制,PH,在,7.5-8.5,范围，使铜沉淀，铜渣含铜,3.06%,，含铁,1.38%,。废水经二级化学沉淀后，出水可达到排放标准，铁渣和铜渣可回收利用。,第二节 化学沉淀,三、硫化物沉淀法,含汞废水处理，由于生成的硫化汞颗粒很小，沉淀物分离困难，常投加适量的凝聚剂，进行共沉，这种方法叫硫化物共沉法。先加硫化钠，生成,HgS,和,Hg,沉淀后，再投加适量的,FeSO4,，形成,FeS,和,Fe(OH)2,沉淀,常用沉淀剂：硫化氢、硫化钠、硫化钾,第二节 化学沉淀,四、钡盐沉淀法,用于处理六价铬；,沉淀剂：碳酸钡、氯化钡、硝酸钡、氢氧化钡等。,BaCO,3,+CrO,4,2-,BaCrO,4,+CO,3,2-,-,沉淀的转化,过量的钡可用石膏法去除。,一、药剂氧化法,氯氧化法,空气氧化法,高锰酸钾氧化法,二、药剂还原法,原理,亚硫酸盐,硫酸亚铁,水合肼,第三章 工业废水的化学处理,3,第三节 药剂氧化还原,氧化：得电子,价位降低,氧化剂（氧、臭氧、氯、漂白粉、三氯化铁）,还原：失电子,价位升高,还原剂（,Fe,2+,、,SO,4,2-,、铁、锌、,SO,2,等）,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称为药剂氧化还原法。,第三节 药剂氧化还原,一、药剂氧化法,向废水中投加氧化剂，氧化废水中的有毒有害物质，使其转变为无毒无害的或毒性小的新物质的方法称为氧化法；,氯系氧化剂包括氯气、氯的含氧酸及其钠盐、钙盐以及二氧化氯；,氯氧化法：用于去除氰化物、硫化物、酚、醇、醛、油类、脱色、脱臭、杀菌等；,含氰废水：来源于电镀车间和某些化工厂，如氰化钠、氰化钾、氰化铵等，氰离子为,CN,-,。,1.,碱式氯化法基本原理,利用次氯酸根的氧化作用,(ClO,-,),漂白粉,2CaOCl,2,+H,2,O=2HClO+Ca(OH),2,+CaCl,2,氯气,Cl,2,+H,2,O=HCl+HClO,第三节 药剂氧化还原,一、药剂氧化法,1.,碱式氯化法基本原理,局部氧化法,氰化物在碱性条件下被氯氧化成氰酸盐。,CN,-,+ClO,-,+H,2,OCNCl+2OH,-,与,pH,值无关,CNCl+OH,-,CNO,-,+Cl,-,+H,2,O,pH,越高反应越快,用量：,a.,破坏游离氰所需氧化剂的理论用量为：,CN:Cl,2,=1:2.73,CN:NaOCl=1:2.85,CN:,漂白粉,(,有效氯,20%,25%)=1:4,5,b.,破坏络离子用量：,CN:NaOCl=1:3.22,c.,还有其它还原物质，故若用,NaOCl,计，用量为含氰量的,5,8,倍。,第三节 药剂氧化还原,一、药剂氧化法,第三节 药剂氧化还原,一、药剂氧化法,1.,碱式氯化法基本原理,完全氧化法,将生成的氰酸根,CNO,-,进一步氧化成,N,2,和,CO,2,，消除氰酸盐对环境的污染。,2NaCNO+3HOCl+H,2,O=2CO,2,+N,2,+2NaCl+HCl+H,2,O,2CNCl+2HOCl+H,2,O=2CO,2,+N,2,+5HCl pH,控制,pH,小于,12,用量,a.,氧化剂的用量一般为局部法的,1.1,1.2,倍；,b.,药剂分两次投加，分步进行，以保证有效地破坏氰酸盐；,c.,适当搅拌可加速反应进行。,第三节 药剂氧化还原,一、药剂氧化法,2.,碱式氯化法处理含氰废水的工艺流程,含氰废水,调节池,絮凝沉淀池,加碱,滤池,排放,冲洗排水,加凝聚剂,加氧化剂,冲洗水,搅拌,污泥脱水,污泥,一级氧化处理含氰废水基本工艺流程,第三节 药剂氧化还原,一、药剂氧化法,2.,碱式氯化法处理含氰废水的工艺流程,两级氧化处理含氰废水基本工艺流程,含氰废水,调节池,一级絮凝池,加碱,滤池,排放,冲洗排水,加凝聚剂,加氧化剂,冲洗水,搅拌,污泥脱水,污泥,沉淀池,二级絮凝池,搅拌,第三节 药剂氧化还原,一、药剂氧化法,3.,碱式氯化法注意事项：,宜用于电镀废水，氰离子含量不大于,50mg/L,；,一般情况下采用一级氧化处理，特殊采用二级氧化处理，氧化剂分级投加。,设有调节池，宜设两格，有效容积按,2-4h,平均废水量计算，并设除油、清除沉淀物等设施；间歇处理两格沉淀池交替使用时可不设调节池；,可采用水力搅拌或机械搅拌；,氧化剂可采用次氯酸钠、漂白粉、液氯等，其投加量按试验确定或按氰离子与活性氯的重量比计算确定，一级氧化,1:3-1:4,，两级氧化,1:7-1:8,；,一级氧化处理时，采用次氯酸钠、漂白粉、漂粉精时，废水,PH,控制在,10-11,，采用液氯时,PH,控制在,11-11.5,，反应时间,30min,；两级氧化时，一级氧化废水,PH,值控制在,10-11,，反应时间,10-15min,，二级氧化,PH6.5-7.0,，反应时间,10-15min,。,1.,药剂还原法处理含铬废水基本原理,含铬废水来源：电镀厂、制革厂、某些化工厂,原理：在酸性条件下，利用化学还原剂将六价铬还原成三价铬，然后用碱使三价铬成为氢氧化铬沉淀去除。,六价铬：,CrO,4,2-,和,Cr,2,O,7,2-,在酸性条件下，主要以,Cr,2,O,7,2-,形式存在,CrO,4,2-,+2H,+,Cr,2,O,7,2-,H,2,O,在碱性条件下，主要以,CrO,4,2-,形式存在,Cr,2,O,7,2-,2OH,-,2CrO,4,2-,+2H,2,O,常用的还原剂有：亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠、硫代硫酸钠、硫酸亚铁、二氧化硫、水合肼、铁屑、铁粉等。,第三节 药剂氧化还原,二、药剂还原法,2.,亚硫酸盐还原法,六价铬与亚硫酸氢钠或亚硫酸钠反应后，生成三价铬,Cr,3+,，在碱性条件下再形成,Cr(OH),3,沉淀，中和剂为,NaOH,和石灰。,3,硫酸亚铁还原法,在酸性条件下，用硫酸亚铁还原六价铬，形成,Cr,3+,和,Fe,3+,，用石灰乳中和沉淀，形成混合沉淀物,CaSO,4,、,Cr(OH),3,和,Fe(OH),3,，称为硫酸亚铁石灰法，无回收价值。,4,水合肼还原法,水合肼,N,2,H,4,.H,2,O,在中性或微碱性条件下，能迅速感觉还原六价铬并生成氢氧化铬沉淀。,4CrO,3,+3N,2,H,4,4Cr(OH),3,+3N,2,可处理镀铬生产线第二回收槽带出的含铬废水，也可处理铬酸盐钝化工艺中产生的含铬漂洗水。,第三节 药剂氧化还原,二、药剂还原法,4,第四节 臭氧氧化,第三章 工业废水的化学处理,一、臭氧的理化性质,二、臭氧的制备,三、臭氧的接触反应设备,四、尾气处理,四、臭氧废水处理系统的计算,四、臭氧在废水处理中的应用,四、臭氧氧化的优缺点,第四节 臭氧氧化,一、臭氧的理化性质,臭氧,O3,是氧的同素异构体，是一种具有鱼腥味的淡紫色气体。沸点,-112.5,；密度,2.144kg,m3,，此外，臭氧还具有以下一些重要性质。,不稳定性：在常温下容易分解成为氧气并放出热量。,溶解性：在水中溶解度比纯氧高,10,倍，比空气高,25,倍。,毒性：高浓度臭氧是有毒气体，有强烈的刺激作用,氧化性：一种强氧化剂，氧化还原电位与,pH,值有关。,腐蚀性 臭氧具有强腐蚀性。,第四节 臭氧氧化,二、臭氧的制备,空气中的臭氧是氧气吸收太阳波长小于,185nm,紫外线后形成的。反应为,3O,2,+h=2O,3,当用波长,25nm,紫外线照射臭氧时，它又分解成氧气。实验室可用其它方法制取少量臭氧。例如，用浓,H2SO4,与,BaO2,作用可制得臭氧。,氧气在无声放电或紫外线的作用下，有一部分转变成臭氧,3O,2,=2O,3,实验室里用感应圈进行无声放电。生成的臭氧用淀粉,碘化钾溶液或淀粉,碘化钾试纸来检验,O,3,+2KI+H,2,O=I,2,+2KOH+O,2,第四节 臭氧氧化,二、臭氧的制备,2,、臭氧的制备过程,1,、臭氧发生器,第四节 臭氧氧化,三、臭氧的接触反应设备,一般根据臭氧化空气与水的接触方式分为：,气泡式（应用较多）：水膜式；水滴式,第四节 臭氧氧化,四、尾气处理,活性碳法：,2C+O3CO2+CO,药剂法,:,亚铁盐等使其还原；氢氧化钠使其分解,燃烧法：在,3000,以上立即分解。,第四节 臭氧氧化,五、臭氧废水处理系统的设计,（,1,）发生器,臭氧需要量：,Qo,3,=1.06 Q C (g/h),Q:,处理废水量，,m3/h,C:,臭氧投量。通过试验确定,（,2,）臭氧接触反应器,容积计算：,V=QT/60,（,3,）气源冷却和除尘设备,选择合适的冷凝器。,（,4,）干燥器,第四节 臭氧氧化,六、臭氧在水处理中的应用,水经臭氧处理，可达到降低,COD,、杀菌、增加溶解氧、脱色除臭、降低浊度几个目的。,臭氧的消毒能力比氯更强。对脊髓灰质炎病毒，用氯消毒，保持,O.5,1mg/L,余氯量，需,1.5,2h,，而达到同样效果，用臭氧消毒，保持,O.045,O.45mgO3,，只需,2min,。,将混凝或活性污泥法与臭氧化联合，可以有效地去除色度和难阵解的有机物，紫外线照射可以激活,O3,分子和污染物分子，加快反应速度，增强氧化能力，降低具氧消耗量。目前臭氧氧化法存在的缺点是电耗大，成本高。,第四节 臭氧氧化,七、臭氧氧化法的优缺点,优点：,（,1,）对除臭、脱色、杀菌去除有机物和无机物有显著效果。,（,2,）不产生二次污染。,（,3,）制备臭氧的电和空气不需储存和运输,（,4,）不产生污泥。,缺点：,造价高，处理成本高。,一、概述,二、电解池的结构形式,三、电解处理法的作用,5,第五节 电解法,第三章 工业废水的化学处理,第五节 电解法,一、概述,电解是利用直流电进行溶液氧化还原反应的过程。废水中的污染物在阳极被氧化，在阴极被还原，或者与电极反应产物作用，转化为无害成分被分离除去。,利用电解可以处理：,(1),各种离子状态的污染物；,(2),各种无机和有机的耗氧物质，如硫化物、酚和有色物质等；,(3),致病微生物。,电解法能够一次去除多种污染物，装置紧凑，占地面积小，节省一次投资，易于实现自动化。药剂用量少。废液量少，可以适应较大幅度的水量与水质变化冲击。,第五节 电解法,二、电解池的结构形式,一般工业废水连续处理的电解槽多为矩形。按槽内的水流方式可分为回流式与翻腾式两种。,第五节 电解法,三、电解处理法的作用,（,1,）氧化作用,电解产生,O,2,，可以对氧化有机物和无机物。,（,2,）还原作用,电解产生,H,2,，可以还原某些物质，如脱色。,（,3,）混凝作用,失去电子的金属离子易水解生成羟基络合物。,（,4,）浮选作用,产生气体，以微气泡形式逸出，使杂质上浮。,第三章 习题,1.,根据臭氧处理系统中混合反应器的作用，分析比较微孔扩散板式鼓泡塔和喷射式混合反应器的构型特点及适用范围。,2.,试述碱性氯化法处理含氰废水的基本原理、工艺流程及反应条件。,3.,试述药剂还原法处理含铬废水的基本原理及常用药剂，并讨论还原剂耗用量与,PH,值的关系。,4.,试述电解法处理含铬废水的原理。,