三、污水的化学与物理化学处理

化学处理法
  中和法、化学混凝法、氧化还原法;

物理化学处理法
  吸附法、离子交换法、萃取法、膜析法、超临界处理技术;

2.1 中和法

酸碱废液
  含酸 > 5% ~ 10%,含碱 > 3% ~ 5%;(可以考虑综合利用

高浓度酸碱废水
  含酸 3% ~ 5%,含碱 1% ~ 3%;(尽量考虑回收

低浓度酸碱废水
  含酸 < 3%,含碱 < 1%;(一般采用中和处理,即无害化处理)

2.1.1 中和法分类

干投加法
  用机械将药剂粉碎,直径 < 0.5mm,然后直接投入水中;
(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

湿投加法
  当中和剂能制成溶液或浆料时

2.2 湿投加法

酸性废水投药
  常用的药剂:石灰、电石渣、石灰石、白云石等,有时也采用苛性钠、碳酸钠

2.3 过滤法

  用石灰石或白云石作中和剂时,常用过滤法,而将它们作为滤料

2.3.1 石灰石作滤料

  若废水含硫酸而浓度又较高时,滤料将因表面形成硫酸钙外壳而失去中和作用。
  因此,硫酸浓度一般不应超过1~2g/L。

以石灰石作为滤料时:如硫酸浓度过高,可以回流出水,予以稀释

2.3.2 升流式膨胀池

  可以改善硫酸废水的中和过滤过程。
  当滤料的粒径 < 3mm,废水上升率较高(50~70m/h)时,滤床膨胀,滤料相互碰撞摩擦,有助于防止结壳

2.3.3 烟道气

  用烟道气中和碱性废水时,常用塔式反应器。(如喷淋塔)

2.3.4 过滤

  两个过程
  过滤反冲洗

过滤——
  截留污染物

反冲洗——
  把污染物从滤料层中冲走,使之恢复过滤能力

截留机理——
  迁移:沉淀、惯性、扩散、截留、水动力;
  吸附:范德华力、静电力、重力沉淀、布朗运动;

2.3.5 滤料要求

  ① 具有足够的机械强度
  ② 具有良好的化学稳定性
  ③ 具有一定的颗粒级配
  ④ 具有适当的孔隙率

2.4 胶粒

2.4.1 胶粒在水中受几方面的影响

  ① 由于胶粒带电现象,带相同电荷的胶粒产生静电斥力,而且ζ电位越高,胶粒间的静电斥力越大;
  ② 受水分子热运动的撞击,微粒在水中做不规则的运动,即布朗运动
  ③ 胶粒之间还存在着相互引力——范德瓦尔斯力(其大小与胶粒间距的二次方成反比,当间距较大时,此引力可忽略不计);

2.4.2 胶体在水中能长期保持稳定的原因

稳定性影响因素
  静电斥力;布朗运动;范德华力;水化作用。

2.5 混凝

2.5.1 混凝原理

  压缩双电层作用
  吸附架桥作用
  网捕作用

2.5.2 混凝

混凝——
  是凝聚絮凝两个过程的总称;
  是水中胶体粒子以及微小悬浮物聚集过程

凝聚——
  胶粒因ζ电位降低消除以至于失去稳定性的过程称为脱稳
  脱稳的胶粒相互凝结称为凝聚

絮凝——
  高分子物质吸附架桥作用使微粒相互连结的过程

2.5.2 压缩双电层作用

  出发点:如能消除或降低胶粒的ζ电位,就能使微粒碰撞聚集,失去稳定性

2.5.3 吸附架桥作用

  出发点:如能利用高分子聚合物的线性结构,牵线搭桥
  → 由高分子物质吸附架桥作用而是微粒粘结的过程;
  → 即指链状高分子聚合物静电引力、范德华力、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现象。

2.5.4 影响混凝的主要因素

  ① 水温
  ② pH
  ③ 水中杂质的成分、性质和浓度
  ④ 水力条件
  ⑤ 浊度;
  ⑥ 混凝剂;

2.5.5 混凝剂

无机盐类混凝剂——铝盐和铁盐;

高分子混凝剂——无机和有机;
  无机——聚合氯化铝(碱式氯化铝,PAC)聚合硫酸铁(碱式硫酸铁,PFS)

  有机——
  ① 天然高分子混凝剂(动物胶、淀粉等);
  ② 人工合成高分子混凝剂(;
  ③ 聚丙烯酰胺(PAM)(三号混凝剂)

2.6 氧化还原法

湿式氧化、催化湿式氧化

2.6.1 湿式氧化( W O )

  高温(125℃~320℃)
  高压(0.5~20MPa)
  氧化剂:氧气或空气
  将废水中的有机污染物氧化分解为二氧化碳和水等无机物小分子有机物

2.6.2 催化湿式氧化( C W O )

  在湿式氧化(WO)的工艺上,添加适当的催化剂,成为催化湿式氧化(CWO)

2.6.3 高级氧化技术(AOPs)

  以自由基(·OH )作为主要氧化剂;
  采用两种或多种氧化剂联用发生协同效应,或者与催化剂联用;
  提高·OH的生成量和生成速度,加快反应速率,提高处理效率和出水水质。

最具活性的氧化剂——自由羟基(·OH )

2.6.4 高级氧化工艺的特点

  ① 高氧化性
  ② 反应速率快、处理效率高、对污染物选择性小
  ③ 提高可生物降解性

2.6.5 Fenton 试剂

  亚铁盐过氧化氢组成;
  在pH=3(一般)时,在Fe2+的催化作用下H2O2分解产生·OH,引发链式反应

2.7 吸附法

2.7.1 吸附

气体或液体固体接触时,在固体表面上某些成分被富集的过程。

  物理吸附
  化学吸附
  离子交换吸附

2.7.2 吸附速率

吸附速率取决于吸附剂吸附质吸附过程
  外扩散(膜扩散)孔隙扩散吸附反应
  吸附速率主要由外扩散和孔隙扩散速率控制。

影响吸附的因素
  溶质的性质——
    溶质和溶液之间的作用力(溶质在水中的溶解度愈大,溶质对水的亲和力愈强,就不易转向吸附剂界面而被吸附),溶质分子的大小,电离极性。
  吸附剂的性质
  溶液的性质
  操作条件

2.7.3 吸附设备

  固定床、移动床、流化床