工业废水中和-化学沉淀.ppt

*,工业废水的化学处理 第12章,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：中和法、化学沉淀法和氧,化还原法等。,12.1,中和,1.,酸和碱反应生成盐和水称为中和反应,2.,酸碱废水的产生,酸性污水,化工厂、化纤厂、电镀厂，金属加工厂等酸性污水,PH,1,4,，,腐蚀性强，改变水体的,PH,值，影响水生植物。,碱性污水,印染厂、造纸厂、炼油厂的碱性污水,PH,10,14,，,腐蚀危害小于酸性水，影响水生植物。,3.,酸碱污水在浓度很高时，,3%,5,以上，考虑回收和综合利用,，制造硫酸亚铁、硫酸铁、在浓度不高时方可采用处理的方法。,4.,中和剂：,酸性污水的中和剂：,苏打,Na,2,CO,3,和苛性钠,NaOH,具有组成均匀，易于贮存，反应迅速，易溶于水，但价格较高。石灰,Ca(OH),2,来源广泛，价格便宜,。,石灰石,CaCO,3,，,白云石,CaCO,3,MgCO,3,是开发的石料，在产地价格便宜，可以作为一种中和材料，主要用于滤床使用。,碱性污水的中和剂,硫酸、盐酸、烟道气。,酸碱污水相互中和法,电镀厂的酸性污水和印染厂的碱性污水相互混合，达到中和目的。根据化学反应等当量原理，,Q,1,C,1,=Q,2,C,2,（,12-1,）,计算污水中酸碱的含量及,污水量，使酸碱污水等当量混合，达到等当量中和并略偏于碱性。,中和设备,当水质水量变化较小或者后续处理对,pH,要求较宽时，可在集水井、管道、混合槽内进行连续混合反应；,当水质水量变化不大或者后续处理对,pH,要求高时，可设,连续流中和池,。,当水质水量变化大，且水量较小时，连续流无法保证出水,pH,要求，或者出水中还含有其它杂质或重金属离子时，多采用,间歇式中和池,。,【,例题,12-1】P473,药剂中和法,用碱性、酸性物质为中和剂处理,。,常采用石灰处理酸性污水,，石灰还是混凝剂，可凝聚水中的杂质，对于含杂质多的酸性污水有利。,当污水中含有重金属离子时，加入石灰，碱性增大使水中重金属离子积大于溶度积产生沉淀。,药剂中和在混合池中进行,，其后需设沉淀池和污泥干化，污水在混合反应池停留时间,5,分钟，在沉淀池停留时间,1,2,小时，污泥是污水的体积,2%,5,，污泥需脱水干化。,干投法,用机械将药剂粉碎，直径,0.5mm,，,然后直接投入水中。,湿投法,将药剂溶解成液体，用计量设备控制投加量，可节省药剂。,过滤中和法,使污水流经具有中和能力的滤池，例如石灰石、白云石、大理石等，产生中和作用。,石灰石与硫酸反应,白云石与硫酸反应,白云石中含有,MgCO,3,，可生成溶解度较大的,MgSO,4,不会造成反应中滤池的堵塞，产生的 是石灰石中和产生的50，影响小一些，可以适当提高进水硫酸浓度。,CaSO,4,计算：石灰石与硫酸反应生成硫酸钙。,98 100 136 18,生成硫酸钙微溶于水，18时溶解度为1.6g/L，采用石灰石能中和硫酸浓度为：,1.6:136x:98 x=1.15g/L,分析：,1）当进水硫酸浓度大于1.15g/L，中和反应生成的CaSO,4,浓度大于1.6g/L，超过浓度积，会析出CaSO,4,沉淀。,2）由于存在盐效应的过饱和现象，一般进水的硫酸浓度可提高到2.0-2.4g/L。,3）应用中要注意进水的硫酸浓度，不使滤池堵塞。,A厂车间排出含NaOH浓度为1.4%的碱性废水8 m3/h，B厂车间排出含HCl浓度为0.639%的碱性废水16.3 m3/h，若将两污水中和处理后，再用60%纯度的CaO进行中和，不均匀系数取1.1，求药剂总耗量。,解：含HCl废水的摩尔浓度=10000.639%/36.5=0.1723mol/L,含NaOH废水的摩尔浓度=10001.4%/40.01=0.35 mol/L,每小时两种废水各流出的总量,HCl,的量,=0.172316.31000=2808.49 mol,NaOH,的量,=0.3581000=2800 mol,按等当量反应，混合后的废水中尚有,2808.49-2800=8.49 mol的HCl,混合后的酸的摩尔浓度=geq/L,废水含HCl的浓度=36.5=0.013 g/L,查表得理论比耗量=0.77，,药剂总耗量=K Q C a/,=1.1（16.3+8）240.0130.77/60%,=10.7 kg/d,5.中和方法分类,碱性污水中和处理,常用,酸性污水中和,，或者采用,投酸中和,和,烟道气中和,碱性污水，碱性污水中和处理需具备采用方法的条件，投加酸中和方法简单，但费用过高，烟道气体中和方便实用。,烟道气中含有高达,24,的,CO,2,，,有时还含有少量,SO,2,及,H,2,S,，,故可用来中和碱性废水，其中和产物,Na,2,CO,3,、,Na,2,SO,4,、,Na,2,S,均为弱酸强碱盐，具有一定的碱性，因此酸性物质必须超量供应。,用烟道气中和碱性废水时，废水由接触筒顶淋下，或沿筒内壁流下，烟道气则由筒底朝上逆流通过，在逆流接触过程中，废水与烟道气都得到了净化。接触筒中可以装填料，也可不装填料。,用烟道气中和碱性废水的优点是可以把废水处理与烟道气除尘结合起来，缺点是处理后的废水中，硫化物、色度和耗氧量均有显著增加。,污泥消化时获得的沼气中含有,25,35%,的,CO,2,气体，如经水洗，可部分溶入水中，再用以中和碱性废水，也能获得一定效果。,12.2,化学沉淀法,其中：m、n分别表示离子Mn,+,、Nm,-,的系数。,1.,化学沉淀：,是向水中投加某种化学剂，使它与水中的溶解物质发生互换反应，生成难溶于水的沉淀物，降低污水中溶解物质的浓度。,2.原理：,根据化学沉淀的必要条件，一定温度下，难溶盐MmNn在饱和溶液,下，沉淀和溶解反应如下,3.根据质量作用原理，溶度积,常数可表示,为L,MmNn,如果污水中含有大量的Mn+离子，要降低浓度，可向污水中投入化学物质，提高污水中Nm-浓度，使离子积大于溶度积 L，结果MmNn从污水中沉淀折出，降低 Mn+浓度。,1、同名离子效应,当沉淀溶解平衡后，如果向溶液中加入含有某一离子的试剂，则沉淀溶解度减少向沉淀方向移动,2、盐效应,在有强电解质存在状况下，溶解度随强电解质浓度的增大而增加，反应向溶解方向转移。,3、酸效应,溶液的pH值可影响沉淀物的溶解度，称为酸效应。,4、络合效应,若溶液中存在可能与离子生成可溶性络合物的络合剂，则反应向相方向进行，沉淀溶解，甚至不发生沉淀。,4.四种沉淀效应,1沉淀和溶解是暂时的，有条件的。,2只要条件改变，沉淀和溶解就能相互转移。,3如果离子积大于溶度积就会发生沉淀。,4反之离子积小于溶度积就会溶解。,5.沉淀分析,6.三种沉淀法,(1).硫化物沉淀法,：,电离常数,金属的硫化物溶解度一般比氢氧化物的溶解度小得多，可以采用硫化物沉淀法。,电离方程式：,采用硫化物沉淀法常用的药剂为,硫化氢，硫化钠，硫化钾,等。,硫化氢在水中分两步电离,由上式可知，金属离子在水中溶解度与 LMS和 PH值有关,由上二式可得总电离常数,代入,得,在1大气压，25条件下，硫化氢在水中的饱和浓度为0.1M，则,(2).氢氧化物沉淀法,：,a.金属氢氧化物的溶解与污水的PH值关系很大。M(OH)n表示金属的氢氧化物，Mn+表示金属离子。,则电离方程式,其溶度积为,同时水发生电离,水的离子积为,b.则将上面四个式子进行处理得到,c.将重金属离子的溶解度与PH值关系绘成曲线，从曲线中可以得,到，重金属离子的浓度值。,应用采用氢氧化法处理污水，PH值是一个重要因素，处理污水,中的 Fe,2+,离子时，PH值大于 9 则可完全沉淀，而处理污水中Al,3,离子时，PH值严格为 5.5，否则Al(OH),3,沉淀物又会溶解。,d.如用氢氧化物沉淀法处理含镉废水，一般pH值应为9.512.5。,当pH8时，残留浓度为1mgL；当pH值升至10或11时，残留浓,度分别降至0.1和0.00075mgL；,3.钡盐沉淀法：,在处理含铬污水时，可用钡盐为沉淀剂，以碳酸钡为例，它与污水中铬酸进行反应，生成难溶的铬酸钡。,碳酸钡是难溶的物质，但铬酸钡的溶度积更小一些，更难溶于水，象这样一种沉淀转化为另一种沉淀的过程为沉淀的转移。,12.3,药剂氧化还原,一.氧化还原的基础,1.能斯特方程式,氧化剂和还原剂的强弱可以用电极电位来衡量，,电极电位越高，其氧化态的氧化能力越强,，电极电位越低，其还原态的还原能力越强，因此，作为氧化剂可以氧化电极电位低的还原剂，而还原剂可以还原电极电位高的氧化剂。氧化还原的电极电位可以用能斯特方程式计算,其中：E电极电位,E,0,标准电极电位,a,0,氧化态的活性,a,R,还原态的活性,R气体常数,T绝对温度,n电子转移数,F法拉第常数,通过氧化或还原，将水中溶解性物质 无害化,无机物：,失去电子过程氧化过程，失去电子的物质还原剂,得到电子过程还原过程，得到电子的物质氧化剂,每个物质都有各自的氧化态和还原态。,氧化还原能力（得到或失去电子的能力）：氧化还原电位作为指标。,有机物：,难以用电子的转移来分析（因为涉及到共价健，电子的移动很复杂，只是发生电子云密度变动）,氧化：加氧或去氢反应，或生成CO,2,，H,2,O,还原：加氢或去氧反应,二、氧化还原反应的方向,1.氧化还原反应可用电极电位的高低判断，电极电位高的氧化态可以,和电极电位低的还原态反应。,2.由于氧化剂和还原剂的浓度，溶液的PH值，生成的沉淀物，生成的,络合物等都影响电极电位值，也影响反应的方向。,3.浓度对反应方向的影响：电极电位相差不大时，改变氧化剂和还原剂的浓度，可改变氧化还原反应方向。a,o,、a,R,变化，E变化,4.溶液PH值的影响：氧化还原反应有H,+,或OH,参加，因此PH值的变化,可影响电极电位大小，影响反应方向。H,+,变化，a,o,、a,R,变化，E变化,5.形成络合物的影响：在氧化还原反应时，加入一种可与氧化剂或还原剂形成稳定络合物的络合剂，也会改变电极电位，影响反应的方向。,a,o,、a,R,变化，E变化,6.生成沉淀物的影响：当加入一种与氧化剂或还原剂形成沉淀物的沉淀剂时，会改变电极电位，影响反应的方向。,二、氧化还原法分类,分 类,方 法,氧化法,常温常压,空气氧化法,氯氧化法（液氯、NaClO、漂白粉等）,H,2,O,2,-,Fenton氧化法,臭氧,（O,3,）,氧化法,电解（阳极）,法,光氧化法,光催化氧化法,高温高压,湿式催化氧化,超临界氧化,燃烧法,还原法,药剂还原法（亚硫酸钠、硫代硫酸钠、硫酸亚铁、二氧化硫）,金属还原法（金属铁、金属锌）,电解（阴极）,三、氧化还原法的分类,投加药剂：漂白粉、次氯酸钠、液氯,、O,3、,等,。,氯在水中瞬间水解：,Cl,2,H,2,O,HCl0,HCl,HCl0,H,+,+Cl0,-,pH9时，Cl0,-,接近100,Cl0,-,的标准氧化还原电位1.2V,主要用途：,氰化物、硫化物、酚、醛、油类的氧化,去除以及脱色、脱臭、杀菌等,下面主要介绍处理含氰废水处理。,氰的毒性与其结合状态有关。一般游离CN,毒性大，络合离子形态毒性小。,四、药剂氧化还原法,1.药剂氧化法(氯氧化法),碱性氯化法处理含氰污水,含氰污水产生于电镀厂、化工厂，污水中含有氰基CN,-1,的氰化物，氰化物易溶于水，离解的氰离子为剧毒品。,1）处理方法：,碱性氯化法,在碱性条件下,利用CI0,-,氧化氰离子,电解法,一电解氧化氰离子,吹脱法,空气中的氧氧化氰离子,生化法,采用微生物的活动分解氧化氰离子。,碱性氯化法处理含氰污水,碱性氯化法在碱性条件下，把液氯投加到污水中，使氰离,子被氧化。,第一阶段，向含氰污水中投加液氯和氢氧化物,第一反应阶段与pH无关，第二反应阶段与pH有关，应控制,pH=1011，反应方可以进行。,总反应,第二阶段，加氯使第一阶段生成的氰酸钠进一步氧化成无毒的氮与二氧化碳。,下面主要介绍处理含,铬,废水处理,（1）亚硫酸钠法处理含铬污水,含铬污水主要来自电镀厂、制革厂等，污水中含有的铬酸根和重铬酸根形式存在的高价铬，其比例大小与PH有关。,在酸性条件下水中投加亚硫酸氢钠，将六价铬还原成三价铬，,然后投,NaOH,或石灰，生成氢氧化物沉淀。,还原反应时控制pH值3；沉淀反应时控制pH值7.5-9.0,2.药剂还原法,