污水的化学处理与物理化学处理课件.ppt

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1、污水的化学处理与物理化学处理污水的化学处理是利用化学反应的作用以去除水中的杂质。它的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。常用的化学处理法有混凝法、中和法、化学沉淀法和氧化还原法。污水也可以利用物理化学的原理和化工单元操作以去除水中的杂质，常用的方法有吸附法、离子交换法、萃取法和膜析法。第一节 化学混凝法一、混凝原理化学混凝所处理的对象，主要是水中的微小悬浮物和胶体杂质。1胶体的稳定性胶体微粒都带有电荷。天然水中的粘土类胶体微粒以及污水中的胶态蛋白质和淀粉微粒等都带有负电荷，它的中心称为胶核。其表面选择性地吸附了一层带有同号电荷的离子，这层离子称为胶体微粒的电

2、位离子，它决定了胶粒电荷的大小和符号。由于电位离子的静电引力，在其周围又吸附了大量的异号离子，形成了所谓“双电层”。这些异号离子，其中紧靠电位离子的部分被牢固地吸引着，当胶核运行时，它也随着一起运动，形成固定的离子层。而其他的异号离子，离电位离子较远，受到的引力较弱，不随胶核一起运动，并有向水中扩散的趋势，形成了扩散层。固定的离子层与扩散层之间的交界面称为滑动面。滑动面以内的部分称为胶粒，胶粒与扩散层之间，有一个电位差。此电位称为胶体的电动电位，常称为电位。而胶核表面的电位离子与溶液之间的电位差称为总电位或电位。氢氧化铁胶体的结构氢氧化铁胶体的结构一般粘土动电位-15-40mV细菌动电位-30

3、-70mV胶粒在水中受几方面的影响：由于上述的胶粒带电现象，带相同电荷的胶粒产生静电斥力，而且(电位愈高，胶粒间的静电斥力愈大；受水分子热运动的撞击，使微粒在水中作不规则的运动，即“布朗运动；”胶粒之间还存在着相互引力范德华引力。范德华引力的大小与胶粒间距的2次方成反比，当间距较大时，此引力略去不计。使胶体微粒不能相互聚结的另一个因素是水化作用。由于胶粒带电，将极性水分子吸引到它的周围形成一层水化膜。水化膜同样能阻止胶粒间相互接触。n2混凝原理n化学混凝的机理至今仍未完全清楚。因为它涉及的因素很多，如水中杂质的成分和浓度、水温、水的pH值、碱度，以及混凝剂的性质和混凝条件等。但归结起来，可以认

4、为主要是四方面的作用：1、压缩双电层、压缩双电层 加入电解质对胶体进行脱稳加入电解质对胶体进行脱稳 电电解解质质加加入入与与反反离离子子同同电电荷荷离离子子 由由于于异异号号离离子子相相吸吸作作用用和和扩扩散散作作用用而而挤挤入入扩扩散散层层、吸吸附附层层胶胶粒粒带带电电荷荷数数减减小小压压缩缩双电层双电层 电位电位 稳定性稳定性 凝聚凝聚 当两个胶粒相互接近时，由于电位降低，它们互相排斥的当两个胶粒相互接近时，由于电位降低，它们互相排斥的 力就减小了，即：溶液中离子浓度高的胶粒间斥力比离子力就减小了，即：溶液中离子浓度高的胶粒间斥力比离子 浓度低的要小。浓度低的要小。由于扩散层变薄，它们相撞

5、时距离减小，导致相互间吸力由于扩散层变薄，它们相撞时距离减小，导致相互间吸力 增大，合力变为以吸力为主，胶粒得以迅速凝聚。增大，合力变为以吸力为主，胶粒得以迅速凝聚。局限性局限性-不能解释以下现象：不能解释以下现象：混凝剂投加过多，混凝效果反而下降；混凝剂投加过多，混凝效果反而下降；与胶粒带同样电荷的聚合物或高分子也会有很好的混凝效果。与胶粒带同样电荷的聚合物或高分子也会有很好的混凝效果。该机理可以较好地解释港湾处的沉积现象：该机理可以较好地解释港湾处的沉积现象：因因淡淡水水进进入入海海水水时时，盐盐类类增增加加，离离子子浓浓度度增增高高，淡淡水水携携带带胶胶粒的稳定性降低，所以在港湾处粘土和

6、其它胶体颗粒易沉积。粒的稳定性降低，所以在港湾处粘土和其它胶体颗粒易沉积。2、吸附电中和、吸附电中和 指指胶胶粒粒表表面面直直接接吸吸附附带带异异号号电电荷荷的的聚聚合合离离子子、高高分分子子物物质质、胶胶粒粒等等，中中和和了了部部分分电电荷荷，因因而而降降低低了了 电电位位，减减小小了了静静电电斥力，使胶粒脱稳。吸附斥力，使胶粒脱稳。吸附+静电作用。静电作用。例：用例：用Na+和有机胺离子和有机胺离子RNH3+去除带负电的碘化银溶液去除带负电的碘化银溶液 造成的浊度。造成的浊度。发发现现有有机机胺胺离离子子脱脱稳稳的的能能力力比比Na+大大得得多多，Na+投投加加过过量量不不会会造造成成胶胶

7、粒粒再再稳稳，而而有有机机胺胺则则不不然然，超超过过一一定定投投量量时时能能使使胶胶粒粒再再稳稳。说说明明胶胶粒粒吸吸附附了了过过多多的的反反离离子子，使使原原来来带带的的负电荷转变成带正电荷。负电荷转变成带正电荷。铝盐、铁盐投加量高时也发生再稳现象及电荷变号现象铝盐、铁盐投加量高时也发生再稳现象及电荷变号现象3、吸附架桥、吸附架桥 指高分子物质和胶粒、以及胶粒与胶粒之间的吸附与桥连作指高分子物质和胶粒、以及胶粒与胶粒之间的吸附与桥连作 用。用。现象：现象：高分子投量过少，不足以形成吸附架桥；高分子投量过少，不足以形成吸附架桥；但投加过多，会出现但投加过多，会出现“胶体保护胶体保护”现象。现象

8、。已经架桥凝聚的胶粒，如受剧烈的长时间的搅拌，架桥聚已经架桥凝聚的胶粒，如受剧烈的长时间的搅拌，架桥聚 合物可能从另一胶粒表面脱开，重又卷回原所在胶粒表合物可能从另一胶粒表面脱开，重又卷回原所在胶粒表 面，造成再稳。面，造成再稳。聚合物在胶粒表面的吸附力：聚合物在胶粒表面的吸附力：范德华引力、静电引力、氢键、配位键等范德华引力、静电引力、氢键、配位键等可以解释非离子型或带同电号的离子型高分子絮凝剂有可以解释非离子型或带同电号的离子型高分子絮凝剂有较好的混凝效果的现象较好的混凝效果的现象4、沉淀网捕或卷扫、沉淀网捕或卷扫 当金属盐（铝盐、铁盐）或金属氧化物和氢氧化物（如石当金属盐（铝盐、铁盐）或

9、金属氧化物和氢氧化物（如石 灰）做混凝剂时，当投加量大得足以迅速沉淀金属氢氧化物灰）做混凝剂时，当投加量大得足以迅速沉淀金属氢氧化物 或金属碳酸盐时，水中的胶粒可被这些沉淀物在形成时所网或金属碳酸盐时，水中的胶粒可被这些沉淀物在形成时所网 捕。捕。小胶粒与大矾花发生接触凝聚小胶粒与大矾花发生接触凝聚 澄清池中发生的现象澄清池中发生的现象 水水中中胶胶粒粒本本身身可可作作为为金金属属氢氢氧氧化化物物沉沉淀淀物物形形成成的的核核心心，因因而而混混凝凝剂剂投投加加量量与与被被去去除除物物质质的的浓浓度度成成反反比比，即即胶胶粒粒越越多多，混混凝剂投加量越少。凝剂投加量越少。三、混凝剂和助凝剂三、混凝

10、剂和助凝剂 1、混凝剂的种类、混凝剂的种类(1)无机盐类混凝剂目前应用最广的是铝盐和铁盐。铝盐中主要有硫酸铝、明矾等。明矾是硫酸铝和硫酸钾的复盐K2S0424H20AL203含量约10.6。铁盐中主要有三氯化铁、硫酸亚铁和硫酸铁等更深的溶解物。（1）硫酸铝）硫酸铝 Al2(SO4)3 nH2O,n=6,10,14,16,18,27 大多使用块状或粒状大多使用块状或粒状 投加方式：干式或湿式，投加方式：干式或湿式，湿式：湿式：10-20%（重量）（重量）使用水温：使用水温：20-40 适宜适宜pH范围：范围：5.58，且随原水的硬度而异，且随原水的硬度而异 软软 水：水：5.5-6.6 中等硬度

11、中等硬度:6.6-7.2 硬度高时硬度高时:7.2-8 特点：特点：使用便利，混凝效果好；使用便利，混凝效果好；但可导致老年痴呆症，投加量大时会出现浑浊现象但可导致老年痴呆症，投加量大时会出现浑浊现象（2）聚合氯化铝）聚合氯化铝 Al2(OH)nCl6-nm n=1-5,m10,整数整数 混凝效果与水解度混凝效果与水解度B*的关系较大的关系较大 B*为为2.5时，时，Al13可达可达80%以上以上Al13Keggin结构 对污染严重或低浊度、高浊度的原水均有较好的处理效果；对污染严重或低浊度、高浊度的原水均有较好的处理效果；水温低时也有较好的处理效果；水温低时也有较好的处理效果；矾花形成快，颗

12、粒大且重，沉淀性能好；矾花形成快，颗粒大且重，沉淀性能好；适宜的适宜的pH范围宽范围宽(5-9),投加过量时不会象硫酸铝那样造成投加过量时不会象硫酸铝那样造成水混浊的反效果水混浊的反效果;对设备的腐蚀小，出水的对设备的腐蚀小，出水的pH值下降较小值下降较小 特特 点点（3）铝盐在水中的化学反应铝盐在水中的化学反应 水解过程：水解过程：配位水分子发生水解：配位水分子发生水解：Al(H2O)63+Al(OH)(H2O)52+H+其结果是：价数降低，其结果是：价数降低，pH降低，最终产生降低，最终产生Al(OH)3沉淀沉淀 缩聚反应：缩聚反应：OH发生架桥，产生高价聚合离子（多核羟基络合物）发生架桥

13、，产生高价聚合离子（多核羟基络合物）产物包括：产物包括：未水解的水合铝离子未水解的水合铝离子 单核羟基络合物单核羟基络合物 多核羟基络合物多核羟基络合物 氢氧化铝沉淀氢氧化铝沉淀 结果是：电荷升高，聚合度增大结果是：电荷升高，聚合度增大（1）三氯化铁）三氯化铁 FeCl36H2O，黑褐色晶体，有强烈吸水性，极易溶于水，黑褐色晶体，有强烈吸水性，极易溶于水 特点：特点：矾花大，易沉降；矾花大，易沉降；受水温影响小，低温低浊时仍有好的处理效受水温影响小，低温低浊时仍有好的处理效 果；果；适宜适宜pH范围宽（范围宽（6-11）；）；溶液具有强腐蚀性；溶液具有强腐蚀性；处理后水的色度比用铝盐高。处理后

14、水的色度比用铝盐高。3、铁系混凝剂、铁系混凝剂优点优点缺点缺点（2）聚合硫酸铁）聚合硫酸铁 特点：特点：具有较强的除浊、去除具有较强的除浊、去除COD及重金属离子的能力，同时还具有及重金属离子的能力，同时还具有脱色、脱臭、脱水等功能，其适宜的脱色、脱臭、脱水等功能，其适宜的pH范围宽，絮凝体比重大，范围宽，絮凝体比重大，沉降迅速，在低温时也有较好的处理效果。沉降迅速，在低温时也有较好的处理效果。（3）铁盐在水中的化学反应）铁盐在水中的化学反应四个步骤四个步骤：A.水解生成单体，二聚体与三聚体；水解生成单体，二聚体与三聚体；B.低聚物与低分子量高分子的快速生成与溶解；低聚物与低分子量高分子的快速

15、生成与溶解；C.高分子量高分子聚合物的慢速形成；高分子量高分子聚合物的慢速形成；D.沉淀的形成。沉淀的形成。（4）水解所需的碱度）水解所需的碱度 铝盐、铁盐投入天然水体，将逐步水解产生铝盐、铁盐投入天然水体，将逐步水解产生H+，要使反应，要使反应 继续进行，就必须要有碱度来中和继续进行，就必须要有碱度来中和H+。一般加石灰，用量用下式计算：一般加石灰，用量用下式计算：铝盐：铝盐：CaO=0.5a-56x+b a铝盐的投加量，铝盐的投加量，mg/L x原水的碱度，原水的碱度，mmol/L b使反应顺利进行多加的剂量，使反应顺利进行多加的剂量，mg/L，一般，一般20 mg/L4、有机高分子混凝剂

16、、有机高分子混凝剂高分子混凝剂的凝聚作用：高分子混凝剂的凝聚作用：由于氢键、静电、范德华力等作用对胶粒有较强的吸附由于氢键、静电、范德华力等作用对胶粒有较强的吸附 结合力；结合力；因为高聚合度的线型高分子在溶液中保持适当的伸展形因为高聚合度的线型高分子在溶液中保持适当的伸展形 状，从而发挥吸附架桥作用。状，从而发挥吸附架桥作用。高分子混凝剂有无机和有机的两种。聚合氯化铝和聚合氯化铁是目前国内外研制和使用比较广泛的无机高分子混凝剂。有机高分子混凝剂有天然的和人工合成的。这类混凝剂都具有巨大的线性分子。每一大分子有许多链节组成。链节间以共价键结合。我国当前使用较多的是人工合成的聚丙烯酰胺，分子结构

17、为：聚丙烯酰胺的聚合度可多达21049104，相应的分子量高达150104600104。凡有机高分子混凝剂链节上含有的可离解基团离解后带正电的称为阳离子型，带负电的称为阴离子型；链节上不含可离解基团的称非离子型。5、助凝剂、助凝剂 可以参加混凝，也可不参加混凝，能促进混凝过程，产生大可以参加混凝，也可不参加混凝，能促进混凝过程，产生大 而结实的矾花。而结实的矾花。分类：分类：酸碱类：调整水的酸碱类：调整水的pH，如石灰、硫酸等，如石灰、硫酸等；加大矾花的粒度和结实性：如活化硅酸（加大矾花的粒度和结实性：如活化硅酸（SiO2 nH2O）、）、骨胶、高分子絮凝剂骨胶、高分子絮凝剂；氧化剂类：破坏干

18、扰混凝的物质，如有机物。如投加氧化剂类：破坏干扰混凝的物质，如有机物。如投加Cl2、O3等等。原水浊度高时原水浊度高时-先先加加PAM，后后加加其其它它混混凝凝剂剂。让让PAM先先在在较较高高浊浊度度水水中中充充分分发发挥挥作作用用，吸吸附附一一部部分分胶胶粒粒，使使浊浊度度有有所所降降低低，其其余余胶胶粒粒由由其其它它混混凝凝剂剂脱脱稳稳，再再由由PAM吸吸附附，这这样样可可以以降降低低其其它它混混凝凝剂剂用用量。量。原水浊度低时原水浊度低时-先先加加其其它它混混凝凝剂剂，半半分分钟钟后后加加PAM，使使杂杂质质颗颗粒粒先先脱脱稳稳到到一定程度，为一定程度，为PAM大分子的絮凝作用创造有利条

19、件。大分子的絮凝作用创造有利条件。PAM作为助凝剂常与其他混凝剂一起使用：作为助凝剂常与其他混凝剂一起使用：6、铝盐和铁盐的混凝机理、铝盐和铁盐的混凝机理 四种作用：四种作用：Al3+或或Fe3+和低聚合度高电荷的多核配合离子的压缩双电和低聚合度高电荷的多核配合离子的压缩双电 层和吸附电中和的脱稳凝聚作用；层和吸附电中和的脱稳凝聚作用；高聚合度配合离子的桥连絮凝作用；高聚合度配合离子的桥连絮凝作用；氢氧化物沉淀形态存在时的网捕作用氢氧化物沉淀形态存在时的网捕作用三、影响混凝的主要因素三、影响混凝的主要因素 1、水温、水温 低温，混凝效果差，原因：低温，混凝效果差，原因：无机盐水解为吸热，水温低

20、，水解慢；无机盐水解为吸热，水温低，水解慢；温度降低温度降低,粘度升高粘度升高布朗运动减弱，絮凝体不易形成；布朗运动减弱，絮凝体不易形成；水温过高水温过高:易使高分子絮凝剂老化生成不溶性物质，降低混易使高分子絮凝剂老化生成不溶性物质，降低混 凝效果凝效果。2、水的、水的pH及碱度及碱度 视混凝剂品种而异。视混凝剂品种而异。无机盐水解，造成无机盐水解，造成pH下降，影响水解产物形态。下降，影响水解产物形态。水的pH值对混凝的影响程度视混凝剂的品种而异。用硫酸铝去除水中浊度时，最佳pH值范围在6.57.5之间；用于除色时，pH值在4.55之间。用三价铁盐时，最佳pH值范围在6.08.4之间，比硫酸

21、铝为宽。如用硫酸亚铁，只有在pH8.5和水中有足够溶解氧时，才能迅速形成Fe3+，这就使设备和操作较复杂。为此，常采用加氯氧化的方法，其反应为：高分子混凝剂尤其是有机高分子混凝剂，混凝的效果受pH值的影响较小。3水中杂质的成分、性质和浓度水中杂质的成分、性质和浓度都对混凝效果有明显的影响。例如，天然水中含粘土类杂质为主，需要投加的混凝剂的量较少；而污水中含有大量有机物时需要投加较多的混凝剂才有混凝效果，其投量可达10103mg/l。但影响的因素比较复杂，理论上只限于作些定性推断和估计。杂质浓度低，颗粒间碰撞机率下降，混凝效果差。杂质浓度低，颗粒间碰撞机率下降，混凝效果差。水中存在二价以上的正离

22、子，对天然水压缩双电层有利；水中存在二价以上的正离子，对天然水压缩双电层有利；颗粒杂质越单一、均匀、越细越不利，大小不一的颗粒有利颗粒杂质越单一、均匀、越细越不利，大小不一的颗粒有利 于混凝；于混凝；低温水与低浊水的混凝具有不利因素，成为专门研究的课题低温水与低浊水的混凝具有不利因素，成为专门研究的课题4水力条件混凝过程中的水力条件对絮凝体的形成影响极大。整个混凝过程可以分为两个阶段：混合和反应。水力条件的配合对这两个阶段非常重要。混合阶段的要求是使药剂迅速均匀地扩散到全部水中以创造良好的水解和聚合条件，使胶体脱稳并借颗粒的布朗运动和紊动水流进行凝聚。在此阶段并不要求形成大的絮凝体。混合要求快

23、速和剧烈搅拌，在几秒钟或一分钟内完成。（1）混合：）混合：作用：迅速、均匀地将药剂分散到水中，形成细小矾花，作用：迅速、均匀地将药剂分散到水中，形成细小矾花，完成凝聚过程完成凝聚过程 要求：要求：时间短（一般几十时间短（一般几十s，不超过，不超过2min)；搅拌强度大搅拌强度大（2）絮凝：）絮凝：作作用用：使使细细小小矾矾花花逐逐渐渐长长大大成成大大颗颗粒粒（d=0.6-1.2mm）而而 便于沉降便于沉降 要求：要求：水流有适当的紊流程度；水流有适当的紊流程度；适当的搅拌时间适当的搅拌时间四、化学混凝的设备包括：混凝剂的配制和投加设备、混合设备和反应设备。1混凝剂的配制和投加设备混凝药剂投加到

24、要处理的水中，可以用干投法和湿投法。干投法使用较少。湿投法是将混凝剂先溶解，再配制成一定浓度的溶液后定量地投加。(1)混凝剂的溶解和配制混凝剂是在溶解池中进行溶解。溶解池应有搅拌装置，搅拌的目的是加速药剂的溶解。(2)混凝剂溶液的投加药剂投入原水中必须有计量及定量设备，并能随时调节投加量。计量设备可以用转子流量计，电磁流量计等。2混合设备常用的混合方式是水泵混合、隔板混合和机械混合。(1)水泵混合利用提升水泵进行混合是一种常用的方法。(2)隔板混合在混合池内设有数块隔板，水流通过隔板孔道时产生急剧的收缩和扩散，形成涡流，使药剂与原水充分混合。(3)机械混合用电动机带动桨板或螺旋桨进行强烈搅拌是

25、一种有效的混合方法。3反应设备反应设备有水力搅拌和机械搅拌两大类。(1)隔板反应池往复式隔板反应池如图168所示。它是利用水流断面上流速分布不均匀所造成的速度梯度，促进颗粒相互碰撞进行絮凝。为避免结成的絮凝体被打碎，隔板中的流速应逐渐减小。(2)机械反应池机械搅拌反应池如图169所示。图中的转动轴是垂直的，也可以用水平轴式。第二节 中 和 法酸和碱是常用的工业原料。使用酸、碱的工厂往往有酸性废水和碱性废水因为天然水的碱度是重碳酸盐(HCO3-)，有一定的缓冲作用。少量的酸、碱废水混人大量的城市污水，不致使后者的pH值偏离7过大。但是，酸性废水破坏水泥管，不能容许它进入城市沟道。至于以酸或碱作为

26、洗涤剂的生产工序，产生日大量废水需要处理则是不言而喻的。中和剂能制成溶液或浆料时，可用投加法。中和剂为粒料或块料时，可用过滤法。用烟道气中和碱性废水时，可在塔式反应器中接触中和。常用的碱性中和剂有石灰、电石渣和石灰石、白云石。常用的酸性中和剂有废酸、粗制酸和烟道气。1投加法投药中和法常用的药剂是石灰、电石渣、石灰石等，有时也采用苛性钠和碳酸钠。中和药剂的投加量，可按化学反应式进行估算。比较正确的方法是通过试验。例如碱性药剂的用量可按下式计算：石灰常使用熟石灰，配制成石灰乳液，浓度在10左右，反应在池中进行。2石灰石或白云石做中和剂时常呈粗粒状，可作滤料，故用过滤法。石 灰 石 的 主 要 成

27、分 是 CaCO3，白 云 石 的 主 要 成 分 是CaCO3MgCO3。若废水含硫酸而浓度又较高时，粒料将因表面形成硫酸钙外壳而失去中和作用。因此，以石灰石为滤料时，废水的硫酸浓度一般不应超过12g/L。如硫酸浓度过高，可以回流出水，予以稀释。采用升流式膨胀滤池，可以改善硫酸废水的中和过滤。当粒料的粒径较细(3mm)，废水上升滤速较高(5070m/h)时，滤床膨胀，粒料相互碰撞摩擦，有助于防止结壳。第三节 化学沉淀法用易溶的化学药剂(可称沉淀剂)使溶液中某种离子以它的一种难溶的盐或氢氧化物从溶液中析出，在化学上称沉淀法。废水处理中，常用化学沉淀法去除废水中的有害离子，阳离子如Hg2+、Cd

28、2+、Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cr6+，阴离子如SO42-、PO43-。难溶盐和难溶氢氧化物在溶液中的离子的浓度之积(称溶度积Ks)是常数。当能结合成难溶盐的两种离子的浓度之积超过这盐的溶度积时，这盐将析出，而这两种离子的浓度将下降，需要去除的离子就与水分离。例如水中的Zn2+浓度cZn2+需要降低，可投加Na2S，S2-的浓度为CS2-；若cZn2+cs2-超过ZnS的Ksl.210-23，则ZnS从水中析出，Zn2+的浓度降低。说明一点，易溶难溶是相对的，我们可用较难溶的作为沉淀剂去除能构成更难溶盐中的某一离子。例如难溶盐CaSO4的Ks=2.4510-5很低，但BaSO4的Ks=0

29、.8710-l0更低，可以用CaSO4作为沉淀剂，沉淀Ba2+。例例:粘胶纤维厂含锌废水的处理粘胶纤维厂含锌废水的处理n酸浴成份为硫酸与硫酸锌的溶液第四节 氧化还原法氧化还原法在废水处理中不多见。电镀废水处理中去除铬酸根和氰根可用氧化还原法。含汞废水亦可用氧化还原法回收汞。常用的氧化还原法有加氯法、电解法和置换法。1加氯氧化CN-根分批处理时，分两步进行。先加碱，调整pH值至10以上，同时按计算量(CN-:Cl2=1:2.7)加氯，搅拌混合数分钟。然后调整pH值到8.5，再按计算量(CN-：Cl2=1:4.1)的110第二次加氯，搅拌1小时以上完成反应，其反应式如下：快慢连续运行时，加氯加酸与

30、废水同时混合，pH值在5左右；然后加碱提高pH值至11.5左右，接着第二次加氯。其反应式如下：2电解法 直流电流通过电解质溶液时，在两个电极上引起的化学变化称电解。阴离子在阳极失去电子而被氧化；阳离子在阴极得到电子而被还原。有时，阳极材料会被氧化成阳离子。3置换法又称取代法。电动序中电位较高的金属能取代水溶液中电位较低的金属的离子，前者析出而后者溶人水中。显然，金属与废水的接触表面愈大愈好，接触时间也是一个重要因素。金属常制成粒状滤料，反应器制成过滤柱。图1614示以铜屑置换废酸中汞的流程。第五节 吸附法固体表面有吸附水中溶解及胶体物质的能力，比表面积很大的活性炭等具有很高的吸附能力，可用作吸

31、附剂。吸附可分为物理吸物理吸附附和化学吸附化学吸附。如果吸附剂与被吸附物质之间是通过分子间引力(即范德华力)而产生吸附，称为物理吸附；如果吸附剂与被吸附物质之间产生化学作用，生成化学键引起吸附，称为化学吸附。一定的吸附剂所吸附物质的数量与此物质的性质及其浓度和温度有关。表明被吸附物的量与浓度之间的关系式称为 吸吸 附附 等等 温温 式式。目 前 常 用 的 公 式 有 二：弗 劳 德 利 希(Freundlich)吸附等温式，朗格缪尔(Langmuir)吸附等温式。1.弗劳德利希等温式2朗格缪尔等温式该公式是在被吸附物质仅为单分子层的假定下导出的，形式为：二、影响吸附的因素吸吸附附能能力力和吸

32、吸附附速速度度是衡量吸附过程的主要指标。固体吸附剂吸附能力的大小可用吸吸附附量量来衡量。吸吸附附速速度度是指单位重量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量。在水处理中，吸附速度决定了污水需要与吸附剂接触的时间。三、吸附剂吸附剂的种类很多。常用是活性炭活性炭和腐植酸类吸附剂腐植酸类吸附剂。1.活性炭在生产中应用的活性炭的种类很多。一般都制成粉末状或颗粒状。粉末状的活性炭吸附能力强，制备容易，价格较低，但再生困难，一般不能重复使用。颗粒状的活性炭价格较贵，但可再生后重复使用，并且使用时的劳动条件较好，操作管理方便。因此在水处理中较多采用颗粒状活性炭。2腐殖酸类吸附剂用作吸附剂的腐植酸类物质主要有：天然的

33、富含腐殖酸的风化煤、泥煤、褐煤等，它们可以直接使用或经简单处理后使用；将富含腐殖酸的物质用适当的粘合剂制备成的腐殖酸系树脂。腐殖酸类物质能吸附工业废水中的许多金属离子，如汞、铬、锌、镉、铅、铜等。腐殖酸类物质在吸附重金属离子后，可以用H2SO4、HCl、NaCl等进行解吸。吸附能力不高,机械强度低,适用pH值范围较窄.四、吸附工艺和设备吸附的操作方式分为间歇式和连续式。间歇式是将废水和吸附剂放在吸附池内进行搅拌30min左右，然后静置沉淀，排除澄清液。间歇式吸附主要用于小量废水的处理和实验研究，在生产上一般要用两个吸附池、交换工作。在一般情况下，都采用连续的方式。连续吸附可以采用固固定定床床、

34、移动床和流化床。固固定定床床连连续续吸吸附附方方式式是是废废水水处处理理中中最最常常用用的的。吸附剂固定填放在吸附柱(或塔)中，所以叫固定床。移动床连续吸附是指在操作过程中定期地将接近饱和的一部分吸附剂从吸附柱排出，并同时将等量的新鲜吸附剂加入柱中。所谓流化床是指吸附剂在吸附柱内处于膨胀状态，悬浮于由下而上的水流中。由于移动床和流化床的操作较复杂，在废水处理中较少使用。第五节 离子交换法离子交换法是水处理中软化和除盐的主要方法之一。离离子子交交换换的的实实质质是是不不溶溶性性离离子子化化合合物物(离离子子交交换换剂剂)上上的的可可交交换换离离子子与与溶溶液液中中的的其其它它同同性性离离子子的的

35、交交换换反反应应，是是一一种种特特殊殊的的吸吸附附过过程程，通通常常是是可逆性化学吸附。可逆性化学吸附。离子交换是可逆反应，其反应式可表达为：在平衡状态下，树脂中及溶液中的反应物浓度符合下列关系式：一、离子交换剂离子交换树脂是人工合成的高分子聚合物，由树脂本体(又称母体或骨架)和活性基团两个部分组成。二、离子交换树脂的选用1离子交换树脂的有效pH值范围2交换容量 交交换换容容量量是离子交换树脂最重要的性能，它定量地表示树脂交换能力的大小。交换容量的单位是mol/kg(干树脂)或mol/L(湿树脂)。交换容量又可区分为全交换容量与工作交换容量。前者指一定量的树脂所具有的活性基团或可交换离子的总数

36、量，后者指树脂在给定工作条件下实际的交换能力。3交联度树脂合成时采用的交联剂(如二乙烯苯)的用量，影响树脂分子的交联度。水处理中使用的离子交换树脂，交联度为7一10。4交换势当含有多种离子的废水同离子交换树脂接触时，交换势大的离子必然最先同树脂上的离子进行交换。简单的试验，把含有铝、钙、钠等离子的水溶液缓慢地流过一个阳离子交换树脂床。如果在交换床的不同深度处采样化验，则将发现上层的水样中已经没有铝离子，中层的水样中只有钠离子，下层的水样中三种离子基本上都没有了，已全部为离子交换树脂中的氢离子所替代。这个现象表明离子交换树脂对交换离子有“选择”性，先交换交换势大的离子，后交换交换势小的离子。关于

37、不同离子的交换势大小的解释有多种理论，但是，由于影响的因素还不很清楚，因此关于离子交换势的规律还得依靠实践，一些规律可供参考。膜扩散和孔道扩散何者影响最大？何者为控制步？慢者控制离子交换反应的速度(1)浓度：浓度大于0.1mol/l时，孔道扩散为控制步浓度小于0.003mol/l时，膜扩散成为控制步介于中间则取决于具体情况(2)流速或搅拌速率：大，则水膜薄膜扩散快但孔隙扩散基本不受影响(3)树脂粒径：膜扩散，速度与粒径成反比孔道扩散，速度与粒径次方成反比(4)交联度：交联度对于孔道扩散影响比对膜扩散更为显 著三、离子交换的工艺和设备离子交换装置，按照进行方式的不同，可分为固定床和连续床两大类：

38、用于废水处理的离子交换系统一般包括：预处理设备(一般采用砂滤器，用以去除悬浮物，防止离子交换树脂受污染和交换床堵塞)、离子交换器和再生附属设备(再生液配制设备)。常用的固定床离子交换器见图174所示。式中:A-截面积h-树脂层高度E-交换树脂的工作交换容量,一般是全交换容量的60-80%qv-废水的平均流量c0-进水浓度c-出水浓度T-交换周期一般离子交换器都有定型产品，它的尺寸和树脂装填高度亦已相应规定。此时，可按上式计算交换周期。如自行设计，则可考虑h用1.5-2.0m，交换周期一般按8-10小时，按上式可以算出交换器截面积和交换器直径。根据交换器截面积和树脂层高度，也就可算出交换树脂的装

39、填量V=Ah(m3)。离子交换的运行操作包括四个步骤：交换、反洗、再生、清洗。第六节第六节 膜膜 析析 法法膜析法是利用薄膜以分离水溶液中某些物质的方法的统称。目前有扩散渗析法扩散渗析法(渗析法渗析法)、电渗析法电渗析法、反渗透法反渗透法和超过滤法超过滤法等。一、渗析法一、渗析法人们早就发现，一些动物膜，如膀胱膜、羊皮纸(一种把羊皮刮薄做成的纸)，有分隔水溶液中某些溶解物质(溶质)的作用。如果用羊皮纸或其他半透膜包裹一个穿孔杯，杯中满盛盐水，放在一个盛放清水的烧杯中(见图17-15)，隔上一段时间，我们会发现烧杯内的清水带有咸味，表明盐的分子已经透过羊皮纸或半透膜进入清水。如果把穿孔杯中的盐水

40、换成糖水，则会发现烧杯中的清水不会带甜味。显然，如果把盐和糖的混合液放在穿孔杯内，并不断地更换烧杯里的清水，就能把穿孔杯中混合液内的食盐基本上都分离出来，使混合液中的糖和盐得到分离。这种方法叫渗渗析法。析法。半透膜的三种渗析作用:依靠薄膜中”孔道”的大小依靠薄膜的离子结构分离n阳离子交换膜n阴离子交换膜依靠薄膜的选择性溶解性在膜析法中，物质透过薄膜需要动力，目前利用的有三种动力：分分子子扩扩散散作作用用；电电力力；压压力力。反反渗渗透透法法和和超超过过滤滤法法都都要要把把水水加加压压。用用电电力力的的是是电电渗析法。渗析法。二、电渗析法三、反渗透法三、反渗透法反渗透法是一种借助压力促使水分子反

41、向渗透，以浓缩溶液或废水的方法。如果将纯水和盐水用半透膜隔开(如上图)，此半透膜只有水分子能够透过而其他溶质不能透过，则水分子将透过半透膜进入溶液(盐水)，溶液逐渐从浓变稀，液面则不断上升，直到某一定值为止。这个现象叫渗透，高出于水面的水柱高度(决定于盐水的浓度)是由于溶液的渗透压所致。可以理解，如果我们向溶液的一侧施加压力，并且超过它的渗透压，则溶液中的水就会透过半透膜，流向纯水一侧，而溶质被截留在溶液一侧，这种方法就是反渗透法(或称逆渗透法)。反渗透膜的种类很多，目前研究得比较多和应用较广的是醋醋酸酸纤纤维维素素膜膜和和芳芳香香族族聚聚酰酰胺胺膜膜，其他类型的膜材料也正在不断研究开发中。反

42、渗透膜的分类 n按成膜材料可分为有机膜和无机高聚物膜；按成膜材料可分为有机膜和无机高聚物膜；n按膜的形状可分为平板状、管状、中空纤维状膜；按膜的形状可分为平板状、管状、中空纤维状膜；n按膜结构可分为多孔性和致密性膜，或对称性按膜结构可分为多孔性和致密性膜，或对称性(均均匀性匀性)和不对称性和不对称性(各向异性各向异性)结构膜；结构膜；n按应用对象可分为海水淡化用的海水膜、咸水淡按应用对象可分为海水淡化用的海水膜、咸水淡化用的咸水膜及用于废水处理、分离提纯等的膜化用的咸水膜及用于废水处理、分离提纯等的膜醋酸纤维素膜的结构n这种膜有不对称结构，表面结构致密，孔隙很小，通称为这种膜有不对称结构，表面

43、结构致密，孔隙很小，通称为表皮层或致密层、活化层；下层结构较疏松，孔隙较大，表皮层或致密层、活化层；下层结构较疏松，孔隙较大，通称为多孔层或支撑层。通称为多孔层或支撑层。显微镜下膜的相片反渗透的装置主要有板框式、管式、螺旋卷反渗透的装置主要有板框式、管式、螺旋卷式和中空纤维式。式和中空纤维式。(1)板框式板框式(2)管式反渗透组件(3)螺旋卷式反渗透膜组件（4）中空纤维式反渗透膜组件 n中空纤维膜组件是由中空纤维膜制成的。中空纤维膜组件是由中空纤维膜制成的。n中空纤维外径中空纤维外径50200 m，内径，内径25 42 m。n将数万至数十万根中空纤维制成膜束，膜束外侧将数万至数十万根中空纤维制

44、成膜束，膜束外侧覆以保护性格网，内部中间放置供分配原水用的覆以保护性格网，内部中间放置供分配原水用的多孔管，膜束两端用环氧树脂加固。多孔管，膜束两端用环氧树脂加固。n将其一端切断，使纤维膜呈开口状，并在这一侧将其一端切断，使纤维膜呈开口状，并在这一侧放置多孔支撑板。将整个膜束装在耐压筒内。放置多孔支撑板。将整个膜束装在耐压筒内。反渗透工艺流程反渗透工艺流程 n反渗透工艺一般包括预处理和膜分离两部反渗透工艺一般包括预处理和膜分离两部分。分。预处理可以用物理化学法，也可以用预处理可以用物理化学法，也可以用化学法。化学法。所采取的预处理方法与原水的物所采取的预处理方法与原水的物理、化学性质及生物学特

45、性有关，还与膜理、化学性质及生物学特性有关，还与膜装置的结构有关。装置的结构有关。四、超过滤法超过滤法与反渗透法相似。但超滤膜的微孔孔径比反渗透膜大，在0.0051um之间。超滤的过程并不是单纯的机械截留，物理筛分，而是存在着以下三种作用：溶质在膜表面和微孔孔壁上发生吸附；溶质的粒径大小与膜孔径相仿，溶质嵌在孔中，引起阻塞；溶质的粒径大于膜孔径，溶质在膜表面被机械截留，实现筛分。毫无疑问，我们应力求避免在孔壁上的吸附和膜孔的阻塞，应选用与被分离溶质之间相互作用弱和膜孔结构是外密内疏的不对称构造的超滤膜。n超过滤简称超滤，它同反渗透一样，都是超过滤简称超滤，它同反渗透一样，都是利用膜来分离废水中

46、溶解的物质。利用膜来分离废水中溶解的物质。两种方两种方法的共同点在于：法的共同点在于：n两种过程的动力同是溶液的压力，在溶液两种过程的动力同是溶液的压力，在溶液的压力下，溶剂的分子通过薄膜，而溶解的压力下，溶剂的分子通过薄膜，而溶解的物质被阻滞在膜表面上。的物质被阻滞在膜表面上。n两者区别在于：两者区别在于：n（1）膜不同）膜不同：超过滤所用的膜超过滤所用的膜(超滤膜超滤膜)较疏松，较疏松，透水量大，除盐率低，一般用超过滤分离高分子透水量大，除盐率低，一般用超过滤分离高分子和低分子有机物以及无机离子等，能够分离的溶和低分子有机物以及无机离子等，能够分离的溶质分子至少要比溶剂的分子大质分子至少要

47、比溶剂的分子大10倍，在这种系统倍，在这种系统中渗透压已经不起作用了。中渗透压已经不起作用了。n反渗透所用的膜反渗透所用的膜(反渗透膜反渗透膜)致密，透水量低，除致密，透水量低，除盐率高，具有选择透过能力，用以分离分子大小盐率高，具有选择透过能力，用以分离分子大小大致相同的溶剂和溶质，大致相同的溶剂和溶质，n（2）机理不同）机理不同：超过滤的去除机理主要是筛滤作超过滤的去除机理主要是筛滤作用。在反渗透膜上分离过程伴随有半透膜、溶解用。在反渗透膜上分离过程伴随有半透膜、溶解物质和溶剂之间复杂的物理化学作用。物质和溶剂之间复杂的物理化学作用。n（3）工作压力不同）工作压力不同：超过滤的工作压力低超过滤的工作压力低(0.070.7MPa)。反渗透所需的工作压力高。反渗透所需的工作压力高(大于大于2.8MPa)。n超滤装置与反渗透装置类似，目前我国试验研究超滤装置与反渗透装置类似，目前我国试验研究及生产中普遍用管式装置。及生产中普遍用管式装置。本章要点本章要点n混凝法的原理n混凝剂的分类n影响混凝法的主要因素n吸附法的概念，分类n吸附等温式n影响吸附的因素n常用的吸附剂n离子交换的概念，离子交换树脂分类n离子交换的运行操作n膜析法的分类n膜析法中的动力n超滤跟反渗透的不同