污水的化学处理
第五章 污水的化学处理
第一节 中和法
一、中和处理概述
在工业废水处理中，中和处理常用于以下几种情况：
(1).废水排入水体之前，因为水生生物对pH值的变化非常敏感，即使pH值与7略有偏离，也会产生不良影响。
(2).废水排入城市排水管道之前，因为酸或碱会对排水管道产生腐蚀作用，废水的pH值应符合排放标准。
(3).化学处理或生物处理前，因为有的化学处理法(例如混凝)要求废水的pH值升高或降低到某一个最佳值，生物处理要求废水的pH值应在某一范围内。
用化学法去除废水中的酸或碱，使其pH值达到中性左右的过程称为中和。处理含酸废水以碱为中和剂，处理碱性废水以酸作中和剂。被处理的酸与碱主要是无机酸或无机碱。
二、中和处理方法
1.处理方法介绍
酸性废水——碱性废水中和、药剂中和、过滤中和
碱性废水—— 酸性废水中和、药剂中和、烟道气中和
2.处理工艺（主要讲解酸性废水处理）
1）药剂中和法
石灰石、白云石等
(1)投药装置
采用石灰作中和剂时，投配方法有干投和湿投之分。一般采用湿法投配。
(2).混合反应装置
用石灰中和酸性废水时，混合反应时间一般采用1～2min，但废水含金属盐类或其他毒应考虑去除金属及毒物。采用其他中和剂时，混合反应时间采用5～20min。
(3)沉淀池
沉淀池可采用竖流式和平流式两种。当沉渣量少，采用重力排渣时，可采用竖流式沉淀池；当沉渣量大，重力排渣困难时，可采用平流式沉淀池，沉渣用污泥泵排出。
(4)沉渣脱水装置
可采用机械脱水或干化场脱水。
2）过滤中和法
过滤中和法仅用于酸性废水的中和处理。酸性废水流过碱性滤料时与滤料进行中和反应的方法称为过滤中和法。碱性滤料主要有石灰石、大理石、白云石等。
中和滤池分3类：
普通中和滤池、升流式膨胀中和滤池和滚筒中和滤池。现分述如下：
(1)普通中和滤池
适用范围：过滤中和法较石灰药剂法具有操作方便，运行费用低及劳动条件好等优点。但不适于中和浓度高的酸性废水
普通中和滤池的形式: 普通中和滤池为固定床。滤池按水流方向分为平流式和竖流式两种，目前多用竖流式。竖流式又可分为升流式和降流式两种
(2)升流式膨胀中和滤池
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。升流式膨胀中和滤池又可分为恒滤速和变滤速两种。
恒滤速升流式膨胀中和滤池进水装置可采用大阻力或小阻力布水系统。采用大阻力穿孔管布水系统时，滤池底部装有栅状配管，干管上部和支管下部开有孔眼，孔径为9～12mm，孔距和孔数可根据计算确定。卵石承托层厚度一般为0.15～0.2m，粒径为20～40mm。滤料粒径为0.5～3mm，厚度为1.0～1.2m。为了使滤料处于膨胀状态并互相摩擦，表面不易结垢，垢屑易于随水带出，避免滤床堵塞，滤速一般采用50～70m／h，膨胀率保持在50％左右，膨胀后的滤层高度为1.5～1.8m。上部清水区高度为0.5m。滤池的总高度为3m左右，直径宜大于2m，至少有一池备用，以供倒床换料。
变速膨胀中和滤池滤池下部横截面积小，上部大。滤速下部为130～150m／h，上部为40～60m／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。滤池出水中的CO2用除气塔除去。
过滤中和法的优点是操作简单，出水pH值比较稳定，沉渣量少(与石灰法比较)。缺点是废水的硫酸浓度不能太高，需定期倒床，劳动强度较高。
第二节化学沉淀法
溶度积的概念与应用
第三节氧化还原法：氯氧化
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氧化还原法。
与生物氧化法相比，化学氧化还原法需较高的运行费用。因此目前多用于饮用水处理、特种工业水处理、有毒工业废水处理和以回用为目的的废水深度处理等场合。
可分为氧化法和还原法。主要是针对废水中的污染物性质，投加氧化剂或还原剂进行氧化还原反应。从而对污染物进行处理或回收。
一、药剂氧化法
氧化性药剂很多，在污废水处理中，用的最为广泛的是氯及氯族化合物。
1.用于消毒
2.污水处理：以氰化物的氯氧化进行讲解
污水中氰化物在碱性条件下的氯氧化
常用的氯有：次氯酸钠、漂白粉、液氯等。归根到底用的是次氯酸根（ClO－）。
分为两个阶段
第一阶段:氰化物 被氧化成氰酸盐（CNO－）。
条件：Ph=10～11，5～15min。
说明：如果用的是氯气（Cl2），须不断加碱（？？）。
如果加NaClO，则只需控制好开始pH。
注意：CNO－的毒性为CN－的0.001倍。但仍有毒性。所有为了保证安全，局部氧化后应进行进一步处理。
第二阶段:将CNO－氧化为NH3或N2。
条件：
碱性条件，pH＝8～8.5,必须保证pH<12,否则停止反应。反应时间约1h。
二、药剂还原法
通过投加还原性药剂把废水中的有毒有害物质转化为无毒无害或低毒低害的方法。
以含铬废水处理为例进行讲解
废水中剧毒的六价铬可用还原剂还原成毒性极微的三价铬。
常用的还原剂有亚硫酸氢钠、二氧化琉、硫酸亚铁等。还原反应在酸性溶液中进行(pH＜3～4为宜)。还原产物Cr3+可通过加碱至pH＝7.5～9使之生成氢氧化铬沉淀，而从溶液中分离除去。
1.硫酸亚铁还原法
产物有三价铁离子和三价铬离子。进行中和沉淀处理时，会有氢氧化铁和氢氧化铬混合沉淀。如果用的是石灰，还有硫酸钙沉淀。沉淀物较多，且很难回收铬。
2.亚硫酸盐还原法
还原产物只含有三价铬离子，沉淀产物为氢氧化铬，纯度比硫酸亚铁还原法高，可以考虑回收铬泥。
第四节 电解
电解质溶液在电流的作用下，发生电化学反应的过程称为电解。
与电源负极相连的电极从电源接受电子，称为电解槽的阴极，与电源正极相连的电极把电子转给电源，称为电解槽的阳极。
污染物质在电极作用下发生的是氧化还原反应。
废水进行电解反应时，废水中的有毒物质在阳极和阴极分别进行氧化还原反应，反应产物或附在电极表面沉淀或沉淀析出或形成气体逸出溶液，从而降低了废水中有毒物质的浓度。
工程上，将利用电解的原理来处理废水中有毒物质的方法称为电解法。
电解需要耗电，电解过程的耗电量可用法拉第电解定律计算。
有了电还必须有足够的电压才能进行电解。
1.法拉第定律
电解时在电极上析出的或溶解的物质质量与通过的电量成正比，并且每通过96487C的电量，在电极上发生任一电极反应而变化的物质质量均为1mol。
2、分解电压
能使电解正常进行时所需的最小外加电压称为分解电压。产生分解电压的原因 ：原电池。
电解槽本身就是原电池。由原电池产生的电动势同外加电压的方向正好相反，称为反电动势。那么是否外加电压超过反电动势就开始电解呢?实际上分解电压常大于原电池的电动势。
分解电压超过原电池电动势的现象称为极化现象。
电极的极化作用主要有：
1.浓差极化
电解时离子的扩散运动不能立即完成，靠近电极表面溶液薄层内的离子浓度与溶液内部的离子浓度不同，结果产生一种浓差电池，其电位差也同外加电压方向相反。这种现象称为浓差极化。
解决措施：浓差极化可以采用加强搅拌的方法使之减少。但由于存在电极表面扩散层，不可能完全把它消除。
2.化学极化
由于在进行电解时两极析出的产物构成了原电池，此电池电位差也和此外加电压方向相反。这种现象称为化学极化。
二、电解设备——电解槽
三、电解法处理含铬废水
1.基本原理
在电解槽中铁做电极，在电解过程中铁板阳极溶解产生亚铁离子。亚铁离子是强还原剂，在酸性条件下，废水中的六价铬被还原为三价铬。
在阴极 氢离子获得电子生成氢，废水中的六价铬直接还原为三价铬
随着电解的持续，水中H+离子浓度不断降低，溶液pH则不断升高，则有：
电解过程常出现的问题及解决措施：
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随着Fe2O3·FeO的生成，使铁板阳极表面生成一层不溶性的钝化膜。这种钝化膜具有吸附能力，往往使阳极表面粘附着一层棕褐色的吸附物(主要是氢氧化铁)。这种物质阻碍亚铁离子进入废水中去，从而影响处理效果。为了保证阳极的正常工作，应尽量减少阳极的钝化。减少阳极钝化的方法大致有3种；
(1)定期用钢丝刷清洗极板。这种方法劳动强度大。
(2)定期将阴、阳极交换使用。利用电解时阴极上产生氢气的撕裂和还原作用，将极板上的钝化膜除掉。
(3)投加食盐电解质。由NaCl生成的氯离子能起活化剂的作用。因为氯离子容易吸附在已钝化的电极表面，接着氯离子取代膜中的氧离子，结果生成可溶性铁的氯化物而导致钝化膜的溶解。投加食盐不仅为了除去钝化膜，也可增加废水的导电能力，减少电能的消耗。
2.处理流程
电解槽内应设有搅拌装置，其作用有：
（1）是增加铁离子和六价铬离子的碰撞机会，加速六价铬离子被还原成三价铬离子的反应；
（2）是不使已形成的氢氧化物沉淀在槽内。目前一般采用通入压缩空气方法进行搅拌。这种方法可能会使空气中的氧氧化水中的亚铁离子，生成高价铁离子的沉淀物，从而降低亚铁离子对六价铬离子的处理效果。