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冶金废水处理基本方法

化学处理法

摘要：废水化学处理法是通过化学反应和传质作用来分离、去除废水中呈溶解、胶体状态的污染物或将其转化为无害物质的废水处理法。以投加药剂产生化学反应为基础的处理单元有混凝、中和、氧化还原等；以传质作用为基础的处理单元有萃取、汽提、吹脱、吸附、离子交换以及电渗吸和反渗透等。

概念：水或废（污）水中的污染物在处理过程或自然界的变化过程中，通过相转移作用而达到去除的目的，这种处理或变化工程称为物理化学过程。污染物在物理化学过程中可以不参与化学变化或化学反应，直接从一相转移到另一相，也可以经过化学反应后再转移，因此在物理化学处理过程中可能伴随着化学反应，但不一定总是伴随化学应。常见的物理化学处理过程，有吸附、离子交换、萃取、吹脱和汽提、膜分离过程等。

一. 化学中和法

废水中和处理法是利用中和作用处理废水，使之净化的方法。其基本原理是，使酸性废水中的H+与外加OH-，或使碱性废水中的OH-与外加的H+相互作用，生成弱解离的水分子，同时生成可溶解或难溶解的其他盐类，从而消除它们的有害作用。反应服从当量定律。采用此法可以处理并回收利用酸性废水和碱性废水，可以调节酸性或碱性废水的pH值。
选择中和方法时应考虑以下因素
①含酸或含碱废水所含酸类或碱类的性质、浓度、水量及其变化规律。②首先应寻找能就地取材的酸性或碱性废料，并尽可能地加以利用。③本地区中和药剂或材料(如石灰、石灰石等)的供应情况。④接纳废水的水体性质和城市下水管道能容纳废水的条件。此外，酸性污水还可根据排出情况及含酸浓度，对中和方法进行选择。
废水中和处理法
(一)酸、碱废水(或废渣)中和法：(1)酸碱废水的相互中和可根据当量定律定量计算：NaVa=NbVb，其中：Na、Nb分别为酸碱的当量浓度；Va、Vb分别为酸碱溶液的体积。中和过程中，酸碱双方的当量数恰好相等时称为中和反应的等当点。强酸、强碱的中和达到等当点时，由于所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。但中和的一方若为弱酸或弱碱，由于中和过程中所生成的盐，在水中进行水解，因此，尽管达到等当点，但溶液并非中性，而根据生成盐水的水解可能呈现酸性或碱性，pH值的大小由所生成盐的水解度决定。
(二)投药中和法：投药中和法是应用广泛的一种中和方法。最常用的碱性药剂是石灰，有时也选用苛性钠，碳酸钠、石灰石或白云石不等。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。
(三)过滤中和法：一般适用于处理含酸浓度较低(硫酸<20g/L，盐酸、硝酸<20g/L的少量酸性废水，对含有大量悬浮物、油、重金属盐类和其他有毒物质的酸性废水不适用。滤料可用石灰石或白云石，石灰石滤料反应速度比白云石快，但进水中硫酸充许浓度则较白云石滤料低。中和盐酸、硝酸废水，两者均可采用。中和含硫酸废水，采用白云石为宜。
二. 化学沉淀法
废水化学沉淀处理法是通过向废水中投加可溶性化学药剂，使之与其中呈离子状态的无机污染物起化学反应，生成不溶于或难溶于水的化合物沉淀析出，从而使废水净化的方法。投入废水中的化学药剂称为沉淀剂，常用的有石灰、硫化物和钡盐等。
化学沉淀法的原理是通过化学反应使废水中呈溶解状态的重金属转变为不溶于水的重金属化合物,通过过滤和分离使沉淀物从水溶液中去除,包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、铁氧体共沉淀法。由于受沉淀剂和环境条件的影响,沉淀法往往出水浓度达不到要求,需作进一步处理,产生的沉淀物必须很好地处理与处置,否则会造成二次污染。
根据沉淀剂的不同，可分为：
①氢氧化物沉淀法，即中和沉淀法，是从废水中除去重金属有效而经济的方法；
②硫化物沉淀法，能更有效地处理含金属废水，特别是经氢氧化物沉淀法处理仍不能达到排放标准的含汞、含镉废水；
③钡盐沉淀法，常用于电镀含铬废水的处理。化学沉淀法是一种传统的水处理方法，广泛用于水质处理中的软化过程，也常用于工业废水处理，以去除重金属和氰化物。
三. 化学混凝法
废水混凝处理法是通过向废水中投加混凝剂，使其中的胶粒物质发生凝聚和絮凝而分离出来，以净化废水的方法。混凝系凝聚作用与絮凝作用的合称。前者系因投加电解质，使胶粒电动电势降低或消除，以致胶体颗粒失去稳定性，脱稳胶粒相互聚结而产生；后者系由高分子物质吸附搭桥，使胶体颗粒相互聚结而产生。
混凝剂在污水处理中的应用：颗粒中较大的粗粒悬浮物可以利用自然沉淀去除，但是更微小的悬浮物，甚至是某些有害的化学离子，特别是胶体粒子沉降得很慢，甚至能在水中长期保持分散的悬浮状态而不能自然下沉，难以用自然沉淀的方法从水中分离除去。混凝剂的原理是破坏这些细小颗粒的稳定性，使其互相接触而凝聚在一起，形成絮状物，并下沉分离。
利用混凝剂治理污水综合了混合、反应、凝聚、絮凝等九个过程。由于混凝剂投入水中，大多可以提供大量的正离子。正离子能把胶体颗粒表面所带的负电中和掉，使其颗粒间排斥力减小，从而容易靠近并凝聚成絮状细粒，实现了使水中细小胶体颗粒脱稳并凝聚成微小细粒的过程。微小的细粒通过吸附、卷带和架桥形成更大的絮体沉淀下来，达到了可从水中分离出来的目的。　混凝剂可归纳为两类；①无机盐类，有铝盐（硫酸铝、硫酸铝钾、铝酸钾等）、铁盐（三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铁等）和碳酸镁等；②高分子物质，有聚合氯化铝，聚丙烯酰胺等。处理时，向废水中加入混凝剂，消除或降低水中胶体颗粒间的相互排斥力，使水中胶体颗粒易于相互碰撞和附聚搭接而形成较大颗粒或絮凝体，进而从水中分离出来。影响混凝效果的因素有：水温、pH值、浊度、硬度及混凝剂的投放量等。
四. 氧化还原法
废水氧化处理法是利用强氧化剂氧化分解废水中污染物，以净化废水的方法。强氧化剂能将废水中的有机物逐步降解成为简单的无机物，也能把溶解于水中的污染物氧化为不溶于水、而易于从水中分离出来的物质。
常用氧化剂：
①氯类，有气态氯、液态氯、次氯酸钠、次氯酸钙、二氧化氯等；
②氧类，有空气中的氧、臭氧、过氧化氢、高锰酸钾等。氧化剂的选择应考虑：对废水中特定的污染物有良好的氧化作用，反应后的生成物应是无害的或易于从废水中分离，价格便宜，来源方便，常温下反应速度较快，反应时不需要大幅度调节pH值等。氧化处理法几乎可处理一切工业废水，特别适用于处理废水中难以被生物降解的有机物，如绝大部分农药和杀虫剂，酚、氰化物，以及引起色度、臭味的物质等。

五. 铁氧体法
按产物生成过程不同，铁氧体沉淀法工艺可分为中和法和氧化法两种。
①中和法
中和法是先将Fe和铁盐溶液混合，在一定条件下用碱中和直接形成尖晶石型铁氧体。
②氧化法
氧化法是将亚铁离子和其他可溶性重金属离子溶液混合，在一定条件下用空气（或其他方法）部分氧化Fe，从而形成尖晶石型铁氧体。
例如用铁氧体法处理含铬废水时，就是采用氧化铁氧体法。在含铬废水中加入过量的硫酸亚铁溶液，使其中的正6价铬和亚铁离子发生氧化还原反应，Cr被还原为Cr，而亚铁离子则被氧化为Fe，调节溶液pH值，使Cr、Fe和Fe转化为氢氧化物沉淀，然后加入H2O2，再使部分Fe氧化为Fe，组成类似Fe3O4·xH2O的磁性氧化物，这种氧化物即为铁氧体，其组成也可写成Fe Fe[FeO4]·xH2O，其中部分Fe可被Cr代替，因此可使铬成为铁氧体的组分而沉淀出来。

参考文献：