第16章污水的化学与物理化学处理-PPT.ppt

第十六章第十六章第十六章第十六章 污水的化学与物理化污水的化学与物理化污水的化学与物理化污水的化学与物理化学处理学处理学处理学处理 v1.概念概念 利用化学反应作用来去除水中杂质。利用化学反应作用来去除水中杂质。利用物理化学原理和化工单元操作去除水中杂质。利用物理化学原理和化工单元操作去除水中杂质。针对无机物或者难以生物降解的有机物、高浓度杂质的回收利针对无机物或者难以生物降解的有机物、高浓度杂质的回收利用、污水的深度处理用、污水的深度处理v2.化学处理方法化学处理方法 混凝法、中和法、混凝法、中和法、化学沉淀法、氧化还原法化学沉淀法、氧化还原法v3.物理化学处理方法物理化学处理方法 吸附法、离子交换法、萃取法、膜析法吸附法、离子交换法、萃取法、膜析法蒸发、蒸馏、结晶蒸发、蒸馏、结晶混混凝凝沉沉淀淀池池一一.概概 述述v 1.混混 凝凝 向污水中预先投加化学药剂来破坏胶体的稳向污水中预先投加化学药剂来破坏胶体的稳 定性，使污水中的胶体和细小的悬浮物聚集定性，使污水中的胶体和细小的悬浮物聚集 成具有可分离性的絮凝体，再加以分离除去成具有可分离性的絮凝体，再加以分离除去 的过程。的过程。v 2.处理对象处理对象 粒度在粒度在1nm100m部分悬浮液和胶体溶液部分悬浮液和胶体溶液 第一节第一节 化学混凝法化学混凝法图图3.1胶体结构及电位示意图胶体结构及电位示意图v3.胶体稳定性的原因胶体稳定性的原因（1）胶体颗粒间的静电斥力；胶体颗粒间的静电斥力；（2）微颗粒的布朗运动微颗粒的布朗运动（不足以将两个胶粒推近到使范（不足以将两个胶粒推近到使范德华引力发生作用）；德华引力发生作用）；（3）颗粒表面的水化作用颗粒表面的水化作用（带电的胶粒将极性水分子吸引（带电的胶粒将极性水分子吸引到周围形成水化膜，阻止胶粒到周围形成水化膜，阻止胶粒之间的接触）。之间的接触）。Al(OH)3溶胶溶胶 v4混凝原理混凝原理 1)压缩双电层作用压缩双电层作用（降低或消除（降低或消除电位，胶粒布朗电位，胶粒布朗运动的动能足以克服斥力）运动的动能足以克服斥力）2)吸附架桥作用吸附架桥作用（高分子物质吸附多个胶粒，并（高分子物质吸附多个胶粒，并相互粘结）相互粘结）3)网捕作用网捕作用（沉淀物自身沉淀过程中，卷集、（沉淀物自身沉淀过程中，卷集、网捕水中的胶粒等并使之粘结）网捕水中的胶粒等并使之粘结）不同情况下高聚物对胶体的吸附架桥作用不同情况下高聚物对胶体的吸附架桥作用 v5.凝聚和絮凝凝聚和絮凝 1)1)凝聚凝聚凝聚凝聚 向水中加入混凝剂搅拌混合，使胶体颗粒的脱稳，通过互相接向水中加入混凝剂搅拌混合，使胶体颗粒的脱稳，通过互相接向水中加入混凝剂搅拌混合，使胶体颗粒的脱稳，通过互相接向水中加入混凝剂搅拌混合，使胶体颗粒的脱稳，通过互相接触、吸附、卷带和桥连等机理凝聚在一起，形成小凝粒的过程。触、吸附、卷带和桥连等机理凝聚在一起，形成小凝粒的过程。触、吸附、卷带和桥连等机理凝聚在一起，形成小凝粒的过程。触、吸附、卷带和桥连等机理凝聚在一起，形成小凝粒的过程。2)2)絮凝絮凝絮凝絮凝 小凝粒互相接触，聚合形成大的凝絮体的过程。小凝粒互相接触，聚合形成大的凝絮体的过程。小凝粒互相接触，聚合形成大的凝絮体的过程。小凝粒互相接触，聚合形成大的凝絮体的过程。混凝过程混凝过程v1.混凝剂混凝剂概念概念 混凝过程中，为使悬浮粒子或胶体变成易于去除的大絮凝体而投加的主混凝过程中，为使悬浮粒子或胶体变成易于去除的大絮凝体而投加的主要化学药剂。要化学药剂。种类种类 1）无机盐类混凝剂及混凝特性）无机盐类混凝剂及混凝特性 2）有机合成高分子混凝剂）有机合成高分子混凝剂 二二.混凝剂、助凝剂混凝剂、助凝剂 常用无机盐混凝剂及其主要性能常用无机盐混凝剂及其主要性能混凝剂分类混凝剂分类聚合硫酸铁（PFS）Fe2(OH)n(SO4)3-n/2m天然高分子物质：淀粉、树胶、动物胶等铝盐铁盐无机类有机类硫酸铝 Al2(SO4)318H2O明 矾 Al2(SO4)3K2SO424H2O聚合氯化铝（PAC）Al2(OH)nCl6-nm硫酸亚铁 FeSO47H2O三氯化铁 FeCl36H2O阴离子型 聚丙烯酸钠阳离子型 乙烯吡啶共聚物非离子型 聚丙烯酰胺（PAM）人工合成polyacrylamidePolymeric ferric sulfatePolyaluminium Chloride明明 矾矾 聚合硫酸铁聚合硫酸铁聚聚丙丙烯烯酰酰胺胺淀淀粉粉v2.助凝剂助凝剂 常用的助凝剂作用：常用的助凝剂作用：投加酸或碱类以调整投加酸或碱类以调整pH值；值；投加活化硅酸、骨胶、海藻酸钠、投加活化硅酸、骨胶、海藻酸钠、PAM等，以增强絮凝体的密实性和沉降性能；等，以增强絮凝体的密实性和沉降性能；投加氯、臭氧等氧化剂，以提高混凝效果。投加氯、臭氧等氧化剂，以提高混凝效果。海海藻藻酸酸钠钠骨胶骨胶三三、影响混凝效果的主要因素、影响混凝效果的主要因素 v 水温水温 无机盐混凝剂的水解是吸热反应无机盐混凝剂的水解是吸热反应 温度低，粘度大，不利于胶粒的絮凝长大温度低，粘度大，不利于胶粒的絮凝长大 v 水的水的pH值（碱度）值（碱度）不同混凝剂适合的不同混凝剂适合的pH范围不同范围不同v 水中杂质的成分、性质和浓度水中杂质的成分、性质和浓度 需通过试验来确定合适的混凝剂和投加量需通过试验来确定合适的混凝剂和投加量v 水力条件（混合和反应）水力条件（混合和反应）混合要求快速和剧烈搅拌混合要求快速和剧烈搅拌反应阶段的搅拌强度和水流速度要随絮凝体的结大而降低反应阶段的搅拌强度和水流速度要随絮凝体的结大而降低 P295-296四水与混凝剂的混合与絮凝反应四水与混凝剂的混合与絮凝反应（一）混凝剂溶液的配制（湿投法）（一）混凝剂溶液的配制（湿投法）1.溶液池容积溶液池容积W1 2.溶解池容积溶解池容积W2（二）混凝剂溶液的投加（二）混凝剂溶液的投加 1计量设备（流量计）计量设备（流量计）2投加方式及设备投加方式及设备 1)泵前投加泵前投加 2)高位溶液池重力投加高位溶液池重力投加 3)水射器投加水射器投加 4)采用计量泵投加采用计量泵投加P297高位溶液池重力投加高位溶液池重力投加图图3 311 11 水射器压力投加水射器压力投加计量泵压力投加计量泵压力投加(三三)混合设备混合设备 1.混合设备的作用混合设备的作用 混合设备应满足下列要求：混合设备应满足下列要求：保证药剂迅速均匀扩散到整个水中；保证药剂迅速均匀扩散到整个水中；混合时间不宜过长；混合时间不宜过长；能使水体产生强烈紊动。能使水体产生强烈紊动。2.混合设备混合设备 1）水泵混合）水泵混合（快速剧烈，不需另建设备，但要注意腐蚀和管线长度）（快速剧烈，不需另建设备，但要注意腐蚀和管线长度）2）隔板混合）隔板混合 3）机械混合）机械混合P299（四）反应设备（四）反应设备(1)隔板反应池隔板反应池(2)机械搅拌反应池机械搅拌反应池(3)折板絮凝池折板絮凝池(4)栅条栅条(网格网格)絮凝池絮凝池(5)穿孔旋流絮凝池穿孔旋流絮凝池(6)其他形式的絮凝池其他形式的絮凝池 P300主要设计参数主要设计参数 (1)廊道中的流速起端取廊道中的流速起端取0.5-0.6m/s,末端取末端取0.15-0.2m/s。隔板间距从进口到出。隔板间距从进口到出口逐渐放宽；口逐渐放宽；(2)池数不少于池数不少于2个，反应时间为个，反应时间为20-30 min；(3)隔板间距应大于隔板间距应大于0.5m，池底坡度为，池底坡度为0.02-0.03;(4)转弯处过水断面面积为廊道过水断面面积的转弯处过水断面面积为廊道过水断面面积的1.2-1.3倍倍;(5)水头损失计算可分成数段进行计算。总水头损失为各段损失（包括沿程水头损失计算可分成数段进行计算。总水头损失为各段损失（包括沿程和局部损失）之和。和局部损失）之和。隔板反应池隔板反应池隔板反应池隔板反应池主要设计参数：主要设计参数：每台搅拌设备上的浆板总面积为水流截面积的每台搅拌设备上的浆板总面积为水流截面积的10%-20%，不超过，不超过25%.浆板长度不大于叶轮直径的浆板长度不大于叶轮直径的75%，宽度为，宽度为19-30cm；叶轮半径中心点的旋转线速度，第一格用叶轮半径中心点的旋转线速度，第一格用0.5-0.6m/s，以后逐渐减少，以后逐渐减少，最后一格采用最后一格采用0.1-0.2m/s，不得大于，不得大于0.3m/s；反应时间为反应时间为15-20min。机械搅拌反应池机械搅拌反应池机械搅拌反应池机械搅拌反应池折板絮凝池折板絮凝池网格絮凝池网格絮凝池第二节第二节 中和法中和法v一一.概念概念 1.中和法中和法 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。附近的一类处理方法。2.处理对象：废酸液和废碱液处理对象：废酸液和废碱液 废酸液：酸含量大于废酸液：酸含量大于5-10%的高浓度含酸废水；的高浓度含酸废水；废碱液废碱液:碱含量大于碱含量大于3-5%的高浓度含碱废水。的高浓度含碱废水。1.投药中和法投药中和法 （湿投加）（湿投加）2.过滤中和法过滤中和法（采用中和剂为滤料）（采用中和剂为滤料）1）普通中和滤池）普通中和滤池 2）升流式膨胀床滤池（图）升流式膨胀床滤池（图16-3）3）喷淋塔（图）喷淋塔（图16-4）3.以废治废以废治废 酸性废水与碱性废水相互中和酸性废水与碱性废水相互中和，节约中和剂，节约中和剂中和法分类中和法分类中和法分类中和法分类P288第三节第三节 化学沉淀处理化学沉淀处理v一一.概概 念念 1.化学沉淀法化学沉淀法 向水中投加某种化学药剂，使其与水中的溶解物质反应生向水中投加某种化学药剂，使其与水中的溶解物质反应生成难溶物沉淀下来的方法。成难溶物沉淀下来的方法。2.分级沉淀分级沉淀 当溶液中有数种离子都能与同一种离子生成沉淀时，它们当溶液中有数种离子都能与同一种离子生成沉淀时，它们生成沉淀的顺序。生成沉淀的顺序。v二、处理对象二、处理对象废水中的重金属离子、贵金属和放射性元素等，如：废水中的重金属离子、贵金属和放射性元素等，如：Hg、Cr、Cd、Pb、Cu、Ag、Zn、Ni、Fe。给水处理中去除给水处理中去除Ca、Mg硬度硬度大量阴离子的去除，如大量阴离子的去除，如S2-、SO42-、PO43-、F-。1.氢氧化物沉淀法氢氧化物沉淀法 2.硫化物沉淀法硫化物沉淀法 3.碳酸盐沉淀法碳酸盐沉淀法 4.铁氧体法铁氧体法 P302 表表16-1三、沉淀类型三、沉淀类型 铁氧体法铁氧体法 四、沉淀原理和影响因素四、沉淀原理和影响因素v五、操作注意事项五、操作注意事项v六、化学沉淀法的优缺点六、化学沉淀法的优缺点v技术方法成熟、操作简单技术方法成熟、操作简单v可选择性回收金属，产生一定收益可选择性回收金属，产生一定收益v处理后可能存在大量二次污染。处理后可能存在大量二次污染。沉淀剂用量的计算沉淀剂用量的计算 P303 第四节第四节 氧化和还原法氧化和还原法目目录录1 1 直接氧化法直接氧化法2 2 高级氧化技术高级氧化技术3 3 还原法还原法v概述概述利用氧化剂或还原剂，改变水中某些有毒有害化合物中的元素的化合价利用氧化剂或还原剂，改变水中某些有毒有害化合物中的元素的化合价以及改变化合物的分子结构，使得毒性高的化合物转变为无毒或微毒的以及改变化合物的分子结构，使得毒性高的化合物转变为无毒或微毒的化合物，使得难于生物降解的有机物转化为可以生物降解的有机物。化合物，使得难于生物降解的有机物转化为可以生物降解的有机物。v类型类型氧化法：向污水中投加氧化剂的方法。氧化法：向污水中投加氧化剂的方法。还原法：向污水中投加氧化剂的方法。还原法：向污水中投加氧化剂的方法。引言1 1 直接氧化法直接氧化法氧化剂氧化剂空气、氯、臭氧等空气、氯、臭氧等处理对象处理对象工业废水，地下水，深度处理工业废水，地下水，深度处理v（1）空气氧化）空气氧化把把空空气气鼓鼓入入污污(废废)水水中中，利利用用空空气气中中氧氧气气氧氧化化废废水水中中的的污污染染物物特点特点：1.电电对对O2/O2-的的半半反反应应式式中中有有H+或或OH-离离子子参参加加，因因而而氧氧化化还还原原电电位与位与pH有关，低有关，低pH时，氧化还原电位更高。时，氧化还原电位更高。2.在在常常温温常常压压下下和和中中性性pH条条件件，分分子子氧氧为为弱弱氧氧化化剂剂，用用来来处处理理易易氧氧化物质。化物质。3.提提高高温温度度和和氧氧分分压压，可可以以增增大大电电极极电电位位；添添加加催催化化剂剂，可可以以降降低低反应活化能反应活化能v例例1：地下水除铁、锰：地下水除铁、锰 在缺氧的地下水中常出现二价铁和锰。通过曝气，可以将它们分别氧化为在缺氧的地下水中常出现二价铁和锰。通过曝气，可以将它们分别氧化为Fe(OH)Fe(OH)3 3和和MnOMnO2 2沉淀物。沉淀物。除铁除铁氧化速度与氢氧根浓度平方成正比。在氧化速度与氢氧根浓度平方成正比。在pH6.5条件下，氧化速度相当缓慢。条件下，氧化速度相当缓慢。反应动力学方程反应动力学方程：考虑碱度影响考虑碱度影响除锰除锰比除铁难，相似条件下，反应时间漫长，需要寻找更强的催化剂或更强的氧化比除铁难，相似条件下，反应时间漫长，需要寻找更强的催化剂或更强的氧化剂。剂。MnO2对对Mn2+的氧化具有催化作用。的氧化具有催化作用。曝气过滤除锰需要强烈曝气，尽量散去曝气过滤除锰需要强烈曝气，尽量散去CO2，提高，提高pH，再流入天然锰再流入天然锰砂或石英砂过滤器。砂或石英砂过滤器。MnO2对对Fe2也具有催化作用，使其氧化速度加快也具有催化作用，使其氧化速度加快铁细菌以水中铁细菌以水中CO2为碳源，无机氮为氮源，氧化为碳源，无机氮为氮源，氧化Fe2为为Fe3获得能量；获得能量；对锰的氧化起生物催化作用。对锰的氧化起生物催化作用。氧化吸附氧化除铁、除锰工艺流程图v例例2：工业废水脱硫：工业废水脱硫存在形式：存在形式：Na2S,NaHS,(NH4)2S,NH4HS在碱性溶液中，各电对具有较强的还原能力，可以利用分子氧氧化硫在碱性溶液中，各电对具有较强的还原能力，可以利用分子氧氧化硫化物化物方法：向废水中注入空气和蒸汽，硫化物发生如下反应：方法：向废水中注入空气和蒸汽，硫化物发生如下反应：装置：空气氧化脱硫塔装置：空气氧化脱硫塔试验表明：操作温度试验表明：操作温度90，废水含硫，废水含硫2900mg/L，脱硫效率达到脱硫效率达到98.3%,费用费用0.9元元/m3；操作温度操作温度64，其它条件同，脱硫效率达到，其它条件同，脱硫效率达到94.3%,费用费用0.6元元/m3；酸性溶液酸性溶液碱性溶液碱性溶液含硫废水123456出水压缩空气蒸汽废气1-隔油池，2-泵，3-换热器，4-射流器，5-空气氧化塔，6-分离器空气氧化法处理含硫废水流程v（2）氯氧化）氯氧化氯的存在形式氯的存在形式液氯、氯胺、漂白粉、次氯酸钠、二氧化氯液氯、氯胺、漂白粉、次氯酸钠、二氧化氯有效氯（表征各药剂的氧化能力）有效氯（表征各药剂的氧化能力）化合价大于化合价大于-1的那部分氯具有氧化能力，称为有效氯。的那部分氯具有氧化能力，称为有效氯。v例例3：氯消毒：氯消毒4 5 6 7 8 9 10 1110090807060504030201000102030405060708090100pHNHCl2,HOCl(%)NH2Cl,OCl-(%)HOCl0HOCl20氯胺氯胺25HOCl、OCl-所占的百分数与所占的百分数与pH值值和水温的关系和水温的关系氯气与水发生歧化反应，次氯氯气与水发生歧化反应，次氯酸在水中离解：酸在水中离解：电离常数电离常数K=H+OCl-/HOClHOCl 与与OCl-在溶液中的比例随在溶液中的比例随pH值变化，关系如右图值变化，关系如右图在酸性溶液中：在酸性溶液中：HOCl H+2eCl-+H2O E0=1.49v在碱性溶液中：在碱性溶液中：OCl-H2O+2eCl-+2OH-E0=0.9v在中性溶液中：在中性溶液中：E0=1.2vHOCl 比比OCl-的氧化能力强得多，的氧化能力强得多，OCl-带带电，影响接触，氯氧化法在酸性溶液中较电，影响接触，氯氧化法在酸性溶液中较为有利为有利氯氧化（消毒）原理氯氧化（消毒）原理NH2Cl与与NHCl2的分布由如下平衡决定：的分布由如下平衡决定：NHCl2的的杀杀菌菌能能力力比比NH2Cl强强，氯氯胺胺消消毒毒还还是是依依靠靠HOCl，当当水水中中HOCl消消耗耗后后，上上式式反反应应向向左左进进行行，释释放放出出HOCl，因因而而氯氯胺胺消消毒毒比比HOCl慢慢氯胺也是常用的消毒剂，主要包括一氯胺、二氯胺和三氯胺氯胺也是常用的消毒剂，主要包括一氯胺、二氯胺和三氯胺（NH2Cl，NHCl2和和NCl3）加氯量mg/L余氯量mg/L游离性余氯化合性余氯BA0Ha1a2a3a4b1b2b3b41区2区3区4区需氯量试验结果需氯量试验结果图中虚线（该线，与坐标图中虚线（该线，与坐标轴成轴成45角）表示水中无杂角）表示水中无杂质时加氯量与余氯量的关质时加氯量与余氯量的关系。实线表示氯与杂质化系。实线表示氯与杂质化合后的情况，合后的情况，b值即需氯值即需氯量量被氯氧化的杂质，被氯氧化的杂质，a代表余氯量，代表余氯量，a加加b即加氯即加氯量。量。1区：氧化还原性物质，区：氧化还原性物质，余氯为零；余氯为零；2区：氯与氨区：氯与氨化合，产生氯胺，有余氯，化合，产生氯胺，有余氯，是化合氯；是化合氯；3区：加氯量区：加氯量增加，氯胺被氧化成不起增加，氯胺被氧化成不起消毒作用的氯，余氯减少，消毒作用的氯，余氯减少，到折点到折点B；4区：完全是游区：完全是游离性余氯。离性余氯。折点加折点加氯氯v加氯设备加氯设备采用加氯机：注意安全，防止腐蚀采用加氯机：注意安全，防止腐蚀氯氧化系统v例例4：电镀废水脱：电镀废水脱CN-第一阶段：要求第一阶段：要求pH值值1011，需要，需要5分钟，控制分钟，控制10-15分钟分钟第二阶段：要求第二阶段：要求pH值值88.5，需要，需要1小时小时理论值：理论值：CN-:Cl2:NaOH=1:6.8:6.2实际控制投加实际控制投加CN-:Cl2=1:8P304v（3）臭氧氧化）臭氧氧化臭氧是氧的同素异构体，常温常压下是一种具有鱼腥味的淡蓝色气体。臭氧是氧的同素异构体，常温常压下是一种具有鱼腥味的淡蓝色气体。性质性质不稳定性不稳定性在常温下自行分解为氧气放热在常温下自行分解为氧气放热温度越高，分解越快；浓度越高，分解越快；在水溶液中分解比气相中快；温度越高，分解越快；浓度越高，分解越快；在水溶液中分解比气相中快；pHpH高分解快。高分解快。溶解性溶解性在水中溶解度比纯氧高在水中溶解度比纯氧高1010倍，比空气高倍，比空气高2525倍倍毒性毒性卫生部规定其最高浓度为卫生部规定其最高浓度为0.30.3mg/mmg/m3 3氧化性氧化性强氧化剂：强氧化剂：E E0 0=2.07V,=2.07V,氧化能力仅次于氟氧化能力仅次于氟在水处理中的应用在水处理中的应用消毒；污染水源水的净化；工业废水的臭氧净化消毒；污染水源水的净化；工业废水的臭氧净化降低降低COD、杀菌、增加溶解氧、脱色除臭、降低浊度杀菌、增加溶解氧、脱色除臭、降低浊度53臭氧与有机物反应：臭氧与有机物反应：1.直接反应直接反应（1）偶极加成）偶极加成（2）亲电取代）亲电取代2.间接反应间接反应 OHv臭氧氧化有机物原理臭氧氧化有机物原理例例5：无机物的去除：无机物的去除将铁锰氧化为高价化合物：将铁锰氧化为高价化合物：氧化硫化物、氰化物氧化硫化物、氰化物：氰化物在酸性条件下水中的实际反应过程可用下列反应式表示：氰化物在酸性条件下水中的实际反应过程可用下列反应式表示：总反应式为：总反应式为：烯烃类双键化合物烯烃类双键化合物芳香族化合物芳香族化合物有机胺有机胺臭氧可氧化硫氰化物离子和复杂的氰化物：臭氧可氧化硫氰化物离子和复杂的氰化物：例例6：有机物的去除：有机物的去除P304v例例7：工业废水的深度处理：工业废水的深度处理v例例8：臭氧消毒：臭氧消毒臭氧处理闭路系统臭氧发生系统及接触反应器臭氧发生系统及接触反应器臭氧不稳定，现场随制随用；臭氧不稳定，现场随制随用；发生器：板式和管式两种发生器：板式和管式两种接触反应器：鼓泡塔、螺旋混合器、涡轮注入器、射流器接触反应器：鼓泡塔、螺旋混合器、涡轮注入器、射流器COD去除率：85.6%;丙烯腈：99.9%;SCN-100%（4）其他氧化剂氧化）其他氧化剂氧化高锰酸盐氧化高锰酸盐氧化能与水中能与水中Fe2+、Mn2+、S2-、CN-、酚及其它至臭味有机物很好地酚及其它至臭味有机物很好地反应，能杀死很多藻类和微生物，与臭氧处理一样，出水无异味。反应，能杀死很多藻类和微生物，与臭氧处理一样，出水无异味。过氧化氢氧化过氧化氢氧化2 高级氧化技术高级氧化技术定义定义（1987年年Glaze提出）提出）任何以产生羟基自由基（任何以产生羟基自由基（OH）为目的的过程均是高级氧化工为目的的过程均是高级氧化工艺艺特点特点反应速率快：由于羟基自由基具有极强的氧化性，这使得它可反应速率快：由于羟基自由基具有极强的氧化性，这使得它可以与绝大多数有机物和无机物在水中迅速反应。以与绝大多数有机物和无机物在水中迅速反应。氧化效率高：绝大多数有机物可以被彻底氧化。氧化效率高：绝大多数有机物可以被彻底氧化。常见的高级氧化过程：常见的高级氧化过程：62Fenton反应反应H2O2/UV过程过程湿式氧化（湿式氧化（WO）和催化湿式氧化（）和催化湿式氧化（CWO）UV/TiO2催化氧化催化氧化臭氧高级氧化过程臭氧高级氧化过程超声波高级氧化超声波高级氧化电化学氧化电化学氧化高能电子辐射高能电子辐射过硫酸盐氧化过硫酸盐氧化Wet OxidationCatalytic Wet OxidationFenton试剂氧化有机物反应历程试剂氧化有机物反应历程Fenton试剂试剂亚铁盐（亚铁盐（Fe2+）和过氧化氢（）和过氧化氢（H2O2）一般控制一般控制pH为为3例例1：处理垃圾渗滤液：处理垃圾渗滤液P306H2O2/UV过程过程v比单独比单独H2O2效果好效果好v不会造成二次污染不会造成二次污染v例例2：去除氯代酚类化合物：去除氯代酚类化合物P306湿式氧化（湿式氧化（WO）和催化湿式氧化（）和催化湿式氧化（CWO）v在较高的温度和压力下，用空气中的氧来氧化废水中溶解和在较高的温度和压力下，用空气中的氧来氧化废水中溶解和悬浮的有机物和还原性无机物的方法悬浮的有机物和还原性无机物的方法在液相中进行在液相中进行v发展方向发展方向开发高效催化剂，使反应能在较温和的条件下，在更短的时间内完成；开发高效催化剂，使反应能在较温和的条件下，在更短的时间内完成；进行超临界湿式氧化；进行超临界湿式氧化；回收系统的能量和物料。回收系统的能量和物料。v影响处理效果的因素：影响处理效果的因素：废水性质废水性质操作条件（温度、氧分压、时间、催化剂等）操作条件（温度、氧分压、时间、催化剂等）温度越高，时间越长，去除率越高，不低于温度越高，时间越长，去除率越高，不低于180达到相同的去除率，温度越高，时间越短，对应反应器容积越小达到相同的去除率，温度越高，时间越短，对应反应器容积越小用作高浓度、难生降工业废水和污泥处理用作高浓度、难生降工业废水和污泥处理两个速度段，前段快，考虑作为生物氧化预处理手段两个速度段，前段快，考虑作为生物氧化预处理手段湿式氧化法基本流程湿式氧化处理浓废液流程68臭氧与有机物反应：臭氧与有机物反应：1.直接反应直接反应（1）偶极加成）偶极加成（2）亲电取代）亲电取代2.间接反应间接反应 OHv臭氧（催化）高级氧化臭氧（催化）高级氧化69O3与与 OH氧化难降解有机污染物的对比氧化难降解有机污染物的对比右表中的有机物（国标限制的）右表中的有机物（国标限制的）与与O3的反应速率的反应速率:107 M-1s-1 对右表中的每一种有机物而对右表中的每一种有机物而言，其与言，其与OH的反应速率与的反应速率与O3的的反应速率之比反应速率之比:105 倍倍 其他高级氧化技术其他高级氧化技术电化学氧化电化学氧化超声波高级氧化超声波高级氧化高能电子辐射高能电子辐射过硫酸盐氧化过硫酸盐氧化高级氧化技术对污水中难生降物质及不能生降的有毒有害物质具有显著的功效，高级氧化技术对污水中难生降物质及不能生降的有毒有害物质具有显著的功效，成为近年来的研究热点，成为近年来的研究热点，由于成本的限制，目前只能用于特种废水的处理或作为生物处理的预处理由于成本的限制，目前只能用于特种废水的处理或作为生物处理的预处理3 3 还原法还原法常用的还原剂常用的还原剂某些电极电位较低的金属，铁屑、锌粉某些电极电位较低的金属，铁屑、锌粉带负电的离子，例如：带负电的离子，例如：SO32-SO42-带正电的离子，例如：带正电的离子，例如：Fe2+Fe3+例例1：还原除铬：还原除铬把把Cr6+还原成毒性较低的还原成毒性较低的Cr3+亚硫酸亚硫酸石灰法除铬石灰法除铬二步：废水中的二步：废水中的Cr2O72-在酸性条件下（在酸性条件下（pH7时，反应不能进行。时，反应不能进行。例例1：还原除铬：还原除铬把把Cr6+还原成毒性较低的还原成毒性较低的Cr3+铁屑过滤除铬铁屑过滤除铬酸性条件下酸性条件下FeFe2+，Cr6+Cr3+，反应进行中消耗氢离子使得反应进行中消耗氢离子使得pH升高，升高，Cr(OH)3，Fe(OH)3同时去除同时去除牺牲阳极（铁）除铬牺牲阳极（铁）除铬亚硫酸铁亚硫酸铁石灰法除铬石灰法除铬P307例例2：还原法除汞：还原法除汞氯碱、炸药、制药、仪表工业废水中含有剧毒的氯碱、炸药、制药、仪表工业废水中含有剧毒的Hg+，处理方法处理方法是将其还原为是将其还原为Hg，加以回收。加以回收。采用比汞活泼的金属（铁屑、锌粉、铝粉、钢屑等），获得金采用比汞活泼的金属（铁屑、锌粉、铝粉、钢屑等），获得金属汞回收利用属汞回收利用采用铁屑过滤时：采用铁屑过滤时：pH值值69较好，耗铁量最小；较好，耗铁量最小；采用锌粉时：采用锌粉时：pH值值911较好；较好；采用铜屑时：采用铜屑时：pH值值110均可，一般用于废水含酸浓度较大均可，一般用于废水含酸浓度较大的场合。的场合。例例3：金属铁还原处理硝基苯类废水：金属铁还原处理硝基苯类废水例例4：Cu/Fe催化还原处理难生降工业废水催化还原处理难生降工业废水P307-308 第五节第五节 吸附法吸附法目目录录1 1 基本概念基本概念2 2 吸附剂吸附剂3 3 吸附工艺与设备吸附工艺与设备4 4 吸附法在水处理中的应用吸附法在水处理中的应用硅胶硅胶v一一.概念概念 1.1.吸附法吸附法 利用多孔性固体物质具有选择性吸附废水（废气）中的一种或多利用多孔性固体物质具有选择性吸附废水（废气）中的一种或多种有害组分的特点，把废水（废气）中某一组分或某些组分吸留在固体种有害组分的特点，把废水（废气）中某一组分或某些组分吸留在固体表面上，实现净化废水（废气）的一种方法。表面上，实现净化废水（废气）的一种方法。2.2.吸附类型吸附类型 物理吸附：物理吸附：吸附剂与吸附质间由范德华力引起的；吸附剂与吸附质间由范德华力引起的；化学吸附：化学吸附：吸附剂与吸附质间由化学键力导致的。吸附剂与吸附质间由化学键力导致的。吸附质与吸附剂间不发生化学反应；吸附质与吸附剂间不发生化学反应；吸附过程极快，参与吸附的各相间常常瞬间即达平衡；吸附过程极快，参与吸附的各相间常常瞬间即达平衡；放出的放出的“吸附热吸附热”少；少；吸附剂与吸附质间的吸附力不强。吸附剂与吸附质间的吸附力不强。a.a.a.a.物理吸附的特征：物理吸附的特征：物理吸附的特征：物理吸附的特征：吸附有很强的选择性；吸附有很强的选择性；吸附速率较漫，达到吸附平衡需要的时间长；吸附速率较漫，达到吸附平衡需要的时间长；升高温度可以提高吸附速率；升高温度可以提高吸附速率；放出的放出的“吸附热吸附热”多。多。b.b.b.b.化学吸附的特征：化学吸附的特征：化学吸附的特征：化学吸附的特征：吸附过程吸附过程3.3.吸附吸附等温线等温线吸附等温线有多种类型，吸附等温线有多种类型，常见的两种类型如下图所示。常见的两种类型如下图所示。型的吸附等温线可用型的吸附等温线可用Langmuir 公式处理公式处理;型等温线可用型等温线可用Branauer、Emmett及及Teller（简称简称BET）公式处理。公式处理。单单位位吸吸附附剂剂的的吸吸附附量量吸附质在液吸附质在液体中的浓度体中的浓度 最常用的吸附等温式是最常用的吸附等温式是Freundlich经验公式，该表达式为：经验公式，该表达式为：式中式中Kf和和n为常数。为常数。求吸附公式中的常数时，可将上式变为：求吸附公式中的常数时，可将上式变为：在双对数坐标纸上根据试验数据绘图，见下图，在图中就可求出常数在双对数坐标纸上根据试验数据绘图，见下图，在图中就可求出常数Kf和和n。求求Freundlich公式的常数公式的常数 4.4.吸附速率吸附速率 吸附速率决定与吸附剂对吸附质的吸附过程，即外扩散（膜扩散）、孔隙吸附速率决定与吸附剂对吸附质的吸附过程，即外扩散（膜扩散）、孔隙扩散和吸附反应；通常吸附反应速率非常快，因而吸附速率主要由外扩散和扩散和吸附反应；通常吸附反应速率非常快，因而吸附速率主要由外扩散和孔隙扩散速率控制。孔隙扩散速率控制。v 与界膜厚度成反比；与界膜厚度成反比；v 与单位体积床层中吸附剂颗粒的外与单位体积床层中吸附剂颗粒的外表面积表面积a成正比；成正比；v 与流体主体中吸附质的浓度与流体主体中吸附质的浓度c成正成正比；比；v 与吸附剂颗粒外表面上流体中吸附与吸附剂颗粒外表面上流体中吸附质浓度质浓度ci成正比。成正比。a.a.a.a.界膜内吸附质扩散速率界膜内吸附质扩散速率界膜内吸附质扩散速率界膜内吸附质扩散速率N N N N：即：即：即：即：b.b.b.b.孔隙扩散速率孔隙扩散速率孔隙扩散速率孔隙扩散速率N N N N：与吸附剂外表面的吸附量与吸附剂外表面的吸附量与吸附剂外表面的吸附量与吸附剂外表面的吸附量qiqi和颗粒的平均吸附量和颗粒的平均吸附量和颗粒的平均吸附量和颗粒的平均吸附量q q的差的差的差的差成正比，即：成正比，即：成正比，即：成正比，即：式中：式中：式中：式中：KsKs吸附剂外吸附剂外吸附剂外吸附剂外表面至内表面的传质系表面至内表面的传质系表面至内表面的传质系表面至内表面的传质系数。数。数。数。5.5.影响吸附的因素影响吸附的因素 1 1溶质（吸附质）的性质溶质（吸附质）的性质 (1)(1)溶质与溶剂之间的作用力；溶质与溶剂之间的作用力；(2)(2)溶质分子的大小；溶质分子的大小；(3)(3)电离和极性；电离和极性；2 2吸附剂的性质吸附剂的性质 表面积、种类，制造方法等；表面积、种类，制造方法等；3 3溶液的性质溶液的性质 (1)pH(1)pH；(2)(2)温度；温度；(3)(3)共存物质；共存物质；P313314v二二.吸附剂吸附剂 1 1吸附剂的选择吸附剂的选择 具有大的比表面积；具有大的比表面积；具有良好的选择性吸附作用；具有良好的选择性吸附作用；吸附容量大；吸附容量大；具有良好的机械强度和均匀的颗粒尺寸具有良好的机械强度和均匀的颗粒尺寸 有足够的热稳定性及化学稳定性有足够的热稳定性及化学稳定性 有良好的再生性能有良好的再生性能 吸附剂的来源广泛、价格低廉吸附剂的来源广泛、价格低廉 2 2常用的工业吸附剂：常用的工业吸附剂：活性白土、漂白土、硅藻土等天然矿物质；活性白土、漂白土、硅藻土等天然矿物质；活性炭；活性炭；硅胶；硅胶；活性氧化铝；活性氧化铝；沸石分子筛；沸石分子筛；吸附树脂；吸附树脂；腐殖酸类吸附剂。腐殖酸类吸附剂。P314活性炭活性炭块状块状球状球状柱状柱状活性炭的微晶片结构示意活性炭的微晶片结构示意 硅藻土硅藻土沸石分子筛沸石分子筛腐殖酸类吸附剂腐殖酸类吸附剂吸附树脂吸附树脂v三三.吸附工艺与设备吸附工艺与设备1.1.1.1.吸附操作的三个步骤：吸附操作的三个步骤：吸附操作的三个步骤：吸附操作的三个步骤：（1 1 1 1）流体与固体吸附剂进行充分接触，使流体中的吸附质流体与固体吸附剂进行充分接触，使流体中的吸附质流体与固体吸附剂进行充分接触，使流体中的吸附质流体与固体吸附剂进行充分接触，使流体中的吸附质被吸附在吸附剂上；被吸附在吸附剂上；被吸附在吸附剂上；被吸附在吸附剂上；（2 2 2 2）将已吸附吸附质的吸附剂与流体分离；将已吸附吸附质的吸附剂与流体分离；将已吸附吸附质的吸附剂与流体分离；将已吸附吸附质的吸附剂与流体分离；（3 3 3 3）进行吸附剂的再生或更换新的吸附剂。进行吸附剂的再生或更换新的吸附剂。进行吸附剂的再生或更换新的吸附剂。进行吸附剂的再生或更换新的吸附剂。2.2.2.2.吸附装置的主要结构形式：吸附装置的主要结构形式：吸附装置的主要结构形式：吸附装置的主要结构形式：（1 1 1 1）混合接触式吸附装置）混合接触式吸附装置）混合接触式吸附装置）混合接触式吸附装置 a.a.a.a.并流多级吸附；并流多级吸附；并流多级吸附；并流多级吸附；b.b.b.b.逆流多级吸附；逆流多级吸附；逆流多级吸附；逆流多级吸附；（2 2）固定床吸附装置）固定床吸附装置 （固定吸附剂）（固定吸附剂）a.a.立式；立式；b.b.环式；环式；c.c.卧式。卧式。P316P316固定床吸附操作示意图固定床吸附操作示意图a.a.单床式；单床式；b.b.多床串联式；多床串联式；c.c.多床并联式多床并联式降流式固定床型吸附塔降流式固定床型吸附塔（3 3）移动床吸附装置（移动吸附剂）移动床吸附装置（移动吸附剂）在移动床内被处理流体由塔下部进入，和吸附剂呈逆流接触，再从塔在移动床内被处理流体由塔下部进入，和吸附剂呈逆流接触，再从塔的上部排出。饱和的吸附剂从塔的下部取出进行再生，新鲜的吸附剂从塔的上部排出。饱和的吸附剂从塔的下部取出进行再生，新鲜的吸附剂从塔上部放入。上部放入。（4 4）流化床吸附装置）流化床吸附装置 流化床是吸附剂处于流化状态操作的吸附装置。流化床是吸附剂处于流化状态操作的吸附装置。移动床吸附操作装置图移动床吸附操作装置图再再生生剂剂v四四.吸附法在水处理中的应用吸附法在水处理中的应用图图16-8 16-8 吸附法除汞流程示意图吸附法除汞流程示意图Ca(OH)2.Na2S.FeSO4压缩空气压缩空气含汞废水含汞废水反反应应池池沉淀池沉淀池吸附池吸附池1 1吸附池吸附池2 2排放排放HgSHgO压缩空气压缩空气1.1.1.1.含汞废水的处理含汞废水的处理含汞废水的处理含汞废水的处理 2.2.2.2.炼油厂、印染厂废水的深度处理炼油厂、印染厂废水的深度处理炼油厂、印染厂废水的深度处理炼油厂、印染厂废水的深度处理3.3.3.3.芳香磺酸类有机废水的治理和资源回收芳香磺酸类有机废水的治理和资源回收芳香磺酸类有机废水的治理和资源回收芳香磺酸类有机废水的治理和资源回收 4.4.4.4.芳香胺类有机废水的治理和资源回收芳香胺类有机废水的治理和资源回收芳香胺类有机废水的治理和资源回收芳香胺类有机废水的治理和资源回收 P318 第六节第六节 离子交换法离子交换法目目录录1 1离子交换剂离子交换剂2 2离子交换树脂的选用离子交换树脂的选用3 3离子交换的工艺和设备离子交换的工艺和设备4 4 离子交换法在水处理中的应用离子交换法在水处理中的应用废水与离子交换剂接触时，离子态污染物与交废水与离子交换剂接触时，离子态污染物与交换剂上同号离子相互交换，使废水中有害离子被换剂上同号离子相互交换，使废水中有害离子被分离的方法。分离的方法。一离子交换剂：一离子交换剂：水处理中用的离子交换剂主要有磺化煤和离子交换水处理中用的离子交换剂主要有磺化煤和离子交换水处理中用的离子交换剂主要有磺化煤和离子交换水处理中用的离子交换剂主要有磺化煤和离子交换树脂。树脂。树脂。树脂。1.1.磺化煤磺化煤磺化