Transcript 2、混凝剂的影响

第十六章 污水的化学处理
第一节 化学混凝法
第二节 中和法
第三节 化学沉淀法
第四节 氧化还原法
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。
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。
常用的化学处理方法有化学混凝、中和法、化
学沉淀法和氧化还原法。
第一节 化学混凝法
混凝： 在废水中预先投加化学药剂来破坏胶体的稳定性，使废水中
的胶体和细小悬浮物聚集成具有可分离性能的絮凝体，再加以分离去
除的过程。
化学混凝处理的对象： 微小悬浮物（＞5um，～100um）、
胶体杂质（10-3 ～ 10-1um）。
本节所讲主要内容
一、混凝原理
二、混凝剂与助凝剂
三、影响混凝的因素
四、投药方法及设备
五、混凝方法的优缺点
一、混凝原理(★★)
胶体颗粒保持分散的悬浮状态的特性称
为胶体的稳定性（stabilization)。
（一） 胶体的稳定性
1、带电原因
3、胶粒所受作用
2、胶体结构
4、稳定的原因
（二） 分散系脱稳机理
1、压缩双电层作用
3、吸附电中和作用
2、吸附架桥作用
4、沉淀网捕作用
胶体的特点：
 粒径小；
 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体微粒周围，形成水化膜。
（一） 胶体的稳定性
1、带电原因
2FeCl3+3H2O → Fe(OH)3+3HCl → FeOCl+H2O
FeOCl → FeO++Cl-
（1）吸附溶液中的离子
（2）胶体表面溶解带电
（3）自身电离
SiO2+H2O→SiO32-+2H+
R—COOH + OH- → R—COO- +H2O
2.胶体的结构
胶
电位离子
体
的
双
电
层
结 束缚反离子，
滑动面
构
模
型
胶核
胶团边界
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[胶核]电位形成离子，束缚反离子自由反离子
[Fe(OH)3]m nH＋
(n－x)Cl－x+ xCl－
胶核(nuclear)
吸附层
stationary layer
扩散层
diffuse layer
胶粒(colloidal particle)
胶团(colloidal micelle)
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（1）胶粒带电 → 静电斥力
（ ↑、d↓→静电斥力↑）
3、胶
粒所受
作用
（2）布朗运动 → 胶粒互相碰撞、聚集
（3）范徳华引力：
（ d2↓→引力↑）
4、稳
定的原
因
（1）电位高
（2）水化作用 → 水化膜
（二） 分散系脱稳机理
1、压缩双电层作用
(modification of the electrical double layer)
混凝剂提供大量异号离子 → 涌入胶体→ξ电位↓。
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。 由于扩散层厚度的减小，胶粒得以迅速凝聚。
ξ电位＝0（等电状态）→ 胶粒最易发生聚结（凝聚）。
ξ电位达到临界电位 → 胶粒就开始产生明显的聚结。
使胶粒间排斥的能量小于胶粒布朗运动的动能
2、 吸附架桥作用（polymer bridging of colloids）
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（絮凝）。
高分子聚合物对胶体或微粒的吸附架桥作用示意图
(3) 吸附电中和机理(electrical neutralization)
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。
(4) 沉淀网捕作用(entrapment in the flocstructure)
沉淀金属氢氧化物(如Al(OH)3、FeCl3)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。
二、混凝剂和助凝剂
混凝剂效果良好
1. 混凝剂
对人体健康无害
要求
价廉易得
使用方便
(1) 无机盐类混凝剂
(2) 高分子混凝剂
铁盐和铝盐
有机和无机
类
无
机
类
有
机
类
别
无机盐类
主 要 混 凝 剂
硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁、铝酸钠、氯化铁、氯化铝、碳酸镁、
膨润土
低分
子 碱类
碳酸钠、氢氧化钠、氧化钙、
金属电解产物 氢氧化铝、氢氧化铁
聚合氯化铝、聚合硫酸铝
高分 阳离子型
子 阴离子型
活性硅酸
表面 阴离子型
月桂酸钠、硬脂酸钠、油酸钠、松香酸钠、烷基三甲基氯化铵
活性 阳离子型
十二烷胺醋酸、十八烷胺醋酸、松香胺醋酸、烷基三甲基氯化铵
剂
藻朊酸钠、羧甲基纤维素钠盐
低聚 阴离子型
水溶性苯胺树脂盐酸盐、聚乙烯亚铵
合度 阳离子型
高分 非离子型
淀粉、水溶性尿醛树脂
子 两性型
动物胶、蛋白质
高聚 阴离子型
聚丙酸钠、水解聚丙烯酰胺
合度 阳离子型
聚乙烯吡啶盐、乙烯吡啶聚合物
高分 非离子型
聚并烯酰胺、氯化聚乙烯
子
2. 助凝剂
（1）pH调整剂
常用的pH调整剂包括石灰、硫酸、氢氧化钠、碳酸
钠等。
（2）絮体结构改良剂
如水玻璃、活性硅酸、粉煤灰、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。
三、 影响混凝效果的主要因素(★)
1、 废水水质的影响
（1）浊度
浊度不同，所需的混凝剂用量也不同。
（2）pH值
在混凝过程中，都有一个相对最佳pH值存在，使混凝反应速度最
快，絮体溶解度最小。
（3）水温
水温会影响无机盐类的水解；另外水温低，水的粘度增大。
（4）共存杂质
杂质的存在可能促进（除S、P外的无机金属盐），也可能阻碍混
凝的进行（磷酸离子、高级有机酸离子等）。
2、混凝剂的影响
（1）混凝剂种类
混凝剂的选择主要取决于胶体和细微悬浮物的性质、浓度。
（2）混凝剂投加量
对任何废水的混凝处理，都存在最佳混凝剂和最佳投药量的问
题，应通过试验确定。
（3）混凝剂投加顺序
当使用多种混凝剂时，其最佳投加顺序可通过试验来确定。
一般而言，先投加无机混凝剂，再投加有机混凝剂。
3、水力条件的影响
水力条件的两个主要控制指标：搅拌强度和搅拌时间。
混合阶段：强烈搅拌→速度梯度G在500–1000s－1，搅拌时间t应在10–30s。
反应阶段：搅拌强度逐渐↓，反应时间↑→G在20－70s-1、t在15－30min。
四、 化学混凝的设备
1. 混凝剂的配制和投加设备
混凝剂的配制和投加、混合、
反应、澄清
混凝剂的投配分：干法、湿法
(1) 混凝剂溶液的配制（混凝剂在溶药池中进行溶解）
搅拌
加速药
剂溶解
机械搅拌
压缩空气搅拌
水泵搅拌
(2) 混凝剂溶液的投加
计量
设备
转子
流量
计
电磁
流量
计
投加
方式
泵前重
力投加
水射器
投加
2. 混合设备
(1)隔板混合
(2)水泵混合
(3) 机械混合
3. 反应设备（水力搅拌、机械搅拌）
(1) 隔板反应池
利用水流断面
上流速分布不均所
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
4. 澄清池
澄清池是能够同时实现混凝剂与原水混合、反应和
絮体沉降三种功能的设备→利用接触凝聚原理
悬浮澄清池
悬浮泥渣型
分类
脉冲澄清池等
机械加速澄清池
泥渣循环型
水力循环加速澄清池等
五、 混凝方法的优缺点
优点：
设备简单，维护操作易于掌握，处理效果好，
间歇或连续运行均可以。
缺点：
由于不断向废水中投药，经常性运行费用较高，
沉渣量大，且脱水较困难。
第二节
中 和 法
定义：
中和法是利用碱性药剂或酸性药剂将废水从酸性
或碱性调整到中性附近的一类处理方法。
中和处理方法：
酸碱废水互相中和、投药中和、过滤中和。
一、 酸碱废水互相中和法
相邻车间、相邻工厂间进行，以废治废
二、 投药中和法
1、酸性废水投药中和
酸性废水的中和剂：石灰（CaO）、石灰石（CaCO3）、碳
酸钠（Na2CO3）、苛性钠（NaOH ）等 。
石灰的投加方法：干投、湿投
2、碱性废水投药中和
碱性废水的中和剂：硫酸、盐酸、硝酸及废酸等，其中常用
的是工业硫酸。烟道气中含有一定量的CO2、SO2、H2S等酸性气
体，也可以用作碱性废水的中和剂。
三、过滤法
使酸性废水通过碱性滤料从而得到中和的方法称为过滤中和。
滤料：石灰石（CaCO3）、大理石、白云石（MgCO3·CaCO3）等
1、滤料的选择
1）中和硝酸、盐酸→石灰石
2）中和硫酸 → 白云石
2、过滤中和设备
1）普通中和滤池
2）升流式膨胀中和滤池
第三节 化学沉淀法
定义：向水中投加某种化学药剂（沉淀剂），使其与废水
中的溶解性污染物质发生化学反应，生成难溶化合物沉淀
（难溶盐、氢氧化物），从而使废水得到净化的方法称为
化学沉淀法。
处理对象：废水中的重金属（如汞、隔、铅、镍、铬等）、
碱土金属（钙、镁）及某些非金属（砷、氟、硫等）均可
采用化学沉淀法去除，某些有机污染物也可通过化学沉淀
法去除。
一、基本原理（溶度积原理）
 在一定温度下，难溶化合物的饱和溶液中各离子浓度的
乘积是常数值，称为溶度积，Ks（Ksp）（表16－1）。
离子积=
平衡状态
产生沉淀
沉淀溶解
二、化学沉淀方法的分类
根据使用化学药剂的不同，化学沉淀法分为：
1、氢氧化物沉淀法
与溶液pH值有直接的关系。
除去下列金属离子的pH范围：
pH=9～10 效果至浓度≈1.6～3mg/L
pH=9.5～12.5 效果：0.1～0.00075mg/L
pH=8 效果：1mg/L
pH=8.5～9.5 效果：0.02mg/L
针对1～1000mg/L
pH=9.0～10.3 效果：0.15～0.17mg/L
针对1000mg/L
pH=9.9～10 效果：1.5mg/L
2、硫化物沉淀法
金属硫化物比氢氧化物的溶度积更小。
通常采用的沉淀剂：硫化氢、硫化钠等。
例：硫化法除Hg：调pH=8～10，加入60%Na2S 、70% FeSO4，Na2S用量30mg/L
治理后水质含[Hg2+]0.05mg/L 汞渣 HgS 用电解法回收汞
3、其它方法：
碳酸盐沉淀法、卤化物沉淀法等
第四节 氧化还原法
化学氧化还原法：将废水中呈溶解状态的无机
物和有机物，通过化学反应被氧化或被还原为微毒、
无毒的物质，或转化成容易与水分离的形态，从而
达到处理目的的方法。
改变污染物的性质或形态。
常用方法：
一、 加氯氧化CN-根
电镀废水往往含有CN-,可加氯氧化为N2和CO2。
二、 电解法
直流电通过电解质溶液时，在两个电极上引起的化学变
化称电解。
可用于处理含CrO42-、Hg的废水。
三、 置换法
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，前者析出而后者溶入水中。