1、水污染控制技术污水的化学处理污水的化学处理长江大学工程技术学院 化学处理法是化学处理法是通过化学反应来分离、去除废水通过化学反应来分离、去除废水中呈溶解、胶体状态的污染物质或将其转化为无害中呈溶解、胶体状态的污染物质或将其转化为无害物质的废水处理法。物质的废水处理法。 处理对象主要是污水中处理对象主要是污水中无机的无机的或有机的或有机的( (难于生难于生物降解的物降解的) )溶解物质或胶体物质。溶解物质或胶体物质。 在化学处理法中，以投加药剂产生化学反应为在化学处理法中，以投加药剂产生化学反应为基础的处理单元是：中和、混凝、氧化还原等。基础的处理单元是：中和、混凝、氧化还原等。一一 中和法中和
2、法三三 化学沉淀法化学沉淀法四四 氧化还原法氧化还原法二二 化学混凝法化学混凝法第一节 中和法定义：酸和碱反应生成盐和水称为。天津王稳庄镇污水横流 水塘蓄满酸性黑水 早在2005年，天津市就被评为“国家环境保护模范城市”。而西青区王稳庄镇是天津市远近闻名的鱼米之乡，过去因盛产小站稻而驰名，还是天津市最大的鱼、肉、蛋无公害生产基地，但这里的河流基本上都因为众多小五金厂严重的污染变成了黄色或者黑色。 独流减河王稳庄段堤北侧的巨大黄色污水河独流减河王稳庄段堤北侧的巨大黄色污水河 唐津高速下西兰坨村农田边上的污水沟唐津高速下西兰坨村农田边上的污水沟 王稳庄村里上百亩污水塘，蓄满强酸性黑色污水王稳庄村里
3、上百亩污水塘，蓄满强酸性黑色污水 小金庄村一家无名小五金厂正向八路河内排放强酸性污水小金庄村一家无名小五金厂正向八路河内排放强酸性污水 小泊扬水站长年向独流减河排放污水留下的黄色印迹小泊扬水站长年向独流减河排放污水留下的黄色印迹 为什么要中和？定义：酸和碱反应生成盐和水称为。中和处理适用于废水处理中的下列情况：中和处理适用于废水处理中的下列情况：（1）废水排入）废水排入受纳水体受纳水体前，前，pH超标，此时应该采取中和处理，减超标，此时应该采取中和处理，减少水生生物的影响；少水生生物的影响；（2）工业废水排入排水管网前，避免对）工业废水排入排水管网前，避免对管道造成腐蚀管道造成腐蚀；（3）在生
4、物处理法之前，调节废水）在生物处理法之前，调节废水pH在在6.58.5范围，范围，确保最佳的确保最佳的生物活性生物活性。为什么要中和？酸性废水酸性废水利用碱性废水中和，向酸性废水中投加碱利用碱性废水中和，向酸性废水中投加碱性废渣，以及通过碱性滤料层过滤中和等。性废渣，以及通过碱性滤料层过滤中和等。碱性废水碱性废水可利用酸性废水中和，向碱性废水投加中可利用酸性废水中和，向碱性废水投加中和剂，以及利用烟道气中和等。和剂，以及利用烟道气中和等。60年代中国发展了年代中国发展了高速率石灰石滤料中和滤塔高速率石灰石滤料中和滤塔，用来处理低浓度酸性废水，效果很好。在进行中和处理用来处理低浓度酸性废水，效果
5、很好。在进行中和处理时，要借助时，要借助pH值自动测定仪进行监测和控制。值自动测定仪进行监测和控制。 中和处理中和处理首先考虑以废治废的原则首先考虑以废治废的原则。 其次考虑其次考虑采用中和剂采用中和剂。 常用的常用的碱性中和剂碱性中和剂有石灰有石灰(CaO)、电石渣、电石渣Ca(OH)2和石和石灰石灰石CaCO3、白云石、白云石 。 常用的常用的酸性中和剂酸性中和剂有废酸、粗制酸和烟道气。有废酸、粗制酸和烟道气。概述 指在废水中投加化学药剂，使废水的指在废水中投加化学药剂，使废水的pH值达到值达到中性或接近中性状态的方法。中性或接近中性状态的方法。 33MgCOCaCO 一、酸碱污水的产生1
6、 1酸性污水化工厂、化纤厂、电镀厂，酸性污水化工厂、化纤厂、电镀厂，金属加工厂等酸性污水金属加工厂等酸性污水pHpH1 14 4，腐蚀性强，改，腐蚀性强，改变水体的变水体的PHPH值，影响水生植物。值，影响水生植物。2 2碱性污水印染厂、造纸厂、炼油厂的碱碱性污水印染厂、造纸厂、炼油厂的碱性污水性污水PHPH10101414，腐蚀危害小于酸性水，影响，腐蚀危害小于酸性水，影响水生植物。水生植物。酸碱污水在浓度高时酸碱污水在浓度高时( (3%3%5 5以上以上) )，应考，应考虑回收和综合利用，制造硫酸亚铁、硫酸铁、在浓虑回收和综合利用，制造硫酸亚铁、硫酸铁、在浓度不高时方可采用处理的方法。度不
7、高时方可采用处理的方法。二、中和剂二、中和剂1 1酸性污水的中和剂：酸性污水的中和剂：苏打苏打 NaCONaCO3 3和苛性钠和苛性钠NaOHNaOH具有组成均匀，易于贮具有组成均匀，易于贮存，反应迅速，易溶于水，但价格较高。存，反应迅速，易溶于水，但价格较高。石灰石灰 Ca(OH)Ca(OH)2 2 来源广泛，价格便宜，来源广泛，价格便宜，但产生杂质但产生杂质多，浮渣多，难处理，一般用于水量较小的水厂。沉淀量多，浮渣多，难处理，一般用于水量较小的水厂。沉淀量大，运输不便，石灰的粉末极易飘散，劳动卫生条件差。大，运输不便，石灰的粉末极易飘散，劳动卫生条件差。石灰石石灰石 CaCOCaCO3 3
8、，白云石，白云石 CaCOCaCO3 3MgCOMgCO3 3是开发的是开发的石料，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。于滤床使用。2 2碱性污水的中和剂：碱性污水的中和剂：硫酸、盐酸、烟道气（含硫酸、盐酸、烟道气（含COCO2 2，SOSO2 2) )。三、中和设备中和设备有中和设备有集水井、混合槽、连续流中和池以及间集水井、混合槽、连续流中和池以及间歇式中和池歇式中和池。（1 1）水质水量变化不大或者废水的缓）水质水量变化不大或者废水的缓冲能力较好，后续构筑物对水质冲能力较好，后续构筑物对水质pHpH要求要求不是很严格情
9、况下：不是很严格情况下：（2 2）水质水量变化较大，但是水量较）水质水量变化较大，但是水量较小，或废水中还含有其他杂志的金属离小，或废水中还含有其他杂志的金属离子，出水水质要求较高情况下：子，出水水质要求较高情况下：（3 3）水质水量变化不大，废水有一定）水质水量变化不大，废水有一定的缓冲能力，但是出水的缓冲能力，但是出水pHpH要求很严格情要求很严格情况下：况下：不单独设置中和池不单独设置中和池管道混合管道混合槽内连续式反应槽内连续式反应间歇式中和池，先后间歇式中和池，先后完成混合、反应、沉完成混合、反应、沉淀、排泥工序淀、排泥工序连续流中和池连续流中和池管道混合槽内连续式反应管道混合槽内连
10、续式反应四、中和方法分类四、中和方法分类1 1酸碱污水相互中和法酸碱污水相互中和法2 2、药剂中和法、药剂中和法3 3过滤中和法（过滤中和法（多用于原料所在地多用于原料所在地）4 4、烟道气中和法、烟道气中和法1 1酸碱污水相互中和法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。互混合，达到中和目的。根根 据据 化化 学学 反反 应应 等等 当当 量量 原原 理理 ，QQ1 1C C1 1=Q=Q2 2C C2 2计算污水中酸碱的含量及污水量，使酸碱污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水
11、等当量混合，达到等当量中和并略偏于碱性。性。2 2药剂中和法药剂中和法用碱性、酸性物质为中和剂处理，常采用用碱性、酸性物质为中和剂处理，常采用石灰石灰处处理酸性污水，石灰还是混凝剂，可凝聚水中的杂质，对理酸性污水，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。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。使水中重金属离子积大于溶度积产生沉淀。H 2 SO4 + Ca(OH ) 2 CaSO4 + 2 H 2O2 HNO4 + Ca(OH ) 2 Ca( NO3 ) 2 +
12、2 H 2OFe 2+ + Ca(OH ) 2 Fe(OH ) 2 + Ca 2+Pb 2+ + Ca(OH ) 2 Pb(OH ) 2 + Ca 2+投药中和法的工艺过程主要包括：投药中和法的工艺过程主要包括：废水的预处理；中和药剂的制合与投配、混合与反应；中和废水的预处理；中和药剂的制合与投配、混合与反应；中和产物的分离；泥渣的处理与利用。产物的分离；泥渣的处理与利用。废水的预处理包括悬浮杂质的澄清，水质及水量的均和。前废水的预处理包括悬浮杂质的澄清，水质及水量的均和。前者可以减少投药量，后者可以创造稳定的处理条件。者可以减少投药量，后者可以创造稳定的处理条件。 投药中和法的工艺流程投药中
13、和法的工艺流程酸性废水投药中和流程图酸性废水投药中和流程图投加装置投加装置 ：干投、湿投：干投、湿投药剂中和在混合池中进行，其后需设沉淀池和污泥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干化，污水在混合反应池停留时间5 5分钟（给水反应池的分钟（给水反应池的停留时间是停留时间是分钟），在沉淀池停留时间分钟），在沉淀池停留时间 1 12 2小时，小时，污泥是污水的体积污泥是污水的体积 2%2%5 5，污泥需脱水干化。，污泥需脱水干化。干投法用机械将药剂粉碎，干投法用机械将药剂粉碎，直径直径0.5mm0.5mm，然后，然后直接投入水中。干投时，为了保证均匀直接投入水
14、中。干投时，为了保证均匀投加，可用具有电磁振荡装置的石灰投投加，可用具有电磁振荡装置的石灰投配器将石灰扮直接投入废水中。干投法配器将石灰扮直接投入废水中。干投法设备简单，药剂的制备与投配容易，但设备简单，药剂的制备与投配容易，但反应缓慢，反应缓慢，中和药剂耗用量大中和药剂耗用量大(约为理论约为理论用量的用量的1.4.5倍倍)。 投加装置投加装置 ：干投、湿投：干投、湿投即将生石灰在消解槽内消解为浓度即将生石灰在消解槽内消解为浓度404050%50%的乳液的乳液，排人石灰，排人石灰乳贮槽，并配成浓度为乳贮槽，并配成浓度为5 510%10%的工作液的工作液，然后投加。，然后投加。石灰乳投加量可用手
15、动提板闸式投配器的孔口开度来控制，亦石灰乳投加量可用手动提板闸式投配器的孔口开度来控制，亦可通过投加阀的开度来控制可通过投加阀的开度来控制(pH(pH计自动控制或手动控制计自动控制或手动控制) )。石灰乳贮槽及消解槽可用机械搅拌或水泵循环搅拌，以防止沉石灰乳贮槽及消解槽可用机械搅拌或水泵循环搅拌，以防止沉淀。搅拌不宜采用压缩空气，因其中的淀。搅拌不宜采用压缩空气，因其中的COCO2 2易与易与CaOCaO反应生成反应生成CaCOCaCO3 3沉淀，既浪费中和药剂，又易引起堵塞。沉淀，既浪费中和药剂，又易引起堵塞。加药间加药间工作液用泵送到投配槽，经过投配器投入到混合设备。工作液用泵送到投配槽，
16、经过投配器投入到混合设备。投配系统采用投配系统采用溢流循环方式溢流循环方式，即石灰乳输运，即石灰乳输运到投配槽中的量大于投加量，剩余量沿溢流到投配槽中的量大于投加量，剩余量沿溢流管流回管流回石灰乳贮槽石灰乳贮槽，这样可维持投配槽内液，这样可维持投配槽内液面稳定不变，投加量只由孔口或阀门开度大面稳定不变，投加量只由孔口或阀门开度大小控制，还可以防止沉淀和堵塞。小控制，还可以防止沉淀和堵塞。 投配器投配器 采用石灰中和酸性废水时，采用石灰中和酸性废水时，混合反应时间一般为混合反应时间一般为2-5min，但是废水如果含有金属盐类或者但是废水如果含有金属盐类或者其他的毒物时，还应该考虑去除其他的毒物时
17、，还应该考虑去除金属及其毒物的要求。金属及其毒物的要求。 中和槽有两种类型，应用广泛的是。池中常设置隔板将其分成多室，以利混合反应。反应池的容积通常按520min的停留时间设计。 另一种是，器中混和搅拌的时间很短，仅适用于中和产物溶解度大、反应速度快的中和过程。 中和过程中形成的各种泥渣中和过程中形成的各种泥渣(如石膏、铁矾等如石膏、铁矾等)应及时分离，应及时分离，以防止堵塞管道。分离设备可采用沉淀池或浮上池。分离以防止堵塞管道。分离设备可采用沉淀池或浮上池。分离出来的沉淀出来的沉淀(或浮渣或浮渣)尚需进一步浓缩、脱水。尚需进一步浓缩、脱水。 投药中和法：和 通常，水量少时通常，水量少时(例如
18、每小时几立例如每小时几立方米到十几立方米方米到十几立方米)采用间歇式处理。采用间歇式处理。水量再大时，就采用连续式处理。水量再大时，就采用连续式处理。此时，欲获得稳出可靠的中和效果，此时，欲获得稳出可靠的中和效果，应采用多级式应采用多级式pH自动控制系统。自动控制系统。3 3过滤中和法（多用于原料所在地）过滤中和法（多用于原料所在地）酸性废水流过碱性滤料时，可使废水中和，这种中和方式叫主要的碱性滤料有三种：石灰石、大理石、白云石。前两种的主要成分是CaCO3，后一种的主要成分是CaCO3MgCO3。三、中和方法分类升流式膨胀中和滤池（恒速）由于粒径小，就；由于流速大，滤科可以悬浮起来，通过互相
19、碰撞，使，从而可以适当增大进水中硫酸的允许含量；由于是升流运动，剥离的硬壳容易随水流走，CO2气体易排出，。滤料层厚度在运行初期为11.2m，最终换料时为2m，滤料膨胀率保持50。池底设0.150.2m的卵石垫层，池项保持0.5m的清水区。 升流式膨胀中和滤的特点是滤料粒径小(0.53mm)、滤速高(6670mk)、废水由下向上流动。这种装置的是进水的硫酸浓度可以超过允许浓度数倍，而滤料粒径却不必破碎得很小，硫酸质量浓度可以达到 其是负荷率低、(约为36m3m2h)、构造复杂、动力费用较高、运转时噪音较大，同时对设备材料的耐蚀性能要求高。滚筒式中和滤池 装于滚筒中的滤料随滚筒一起转动，使滤科互
20、相碰撞，及时剥离由中和产物形成的覆盖层，可以加快中和反应速度。废水由滚筒的一端流入，由另一端流出。喷淋塔 方法是将烟道气通入碱性废水，或利用碱性废水作为除尘的喷淋水，两者均可得到良好的处理效果。但处理后废水中的悬浮物含量但处理后废水中的悬浮物含量大为增加，硫化物、耗氧量和色度也都有所大为增加，硫化物、耗氧量和色度也都有所增加，还需对废水进行补充处理。增加，还需对废水进行补充处理。利用烟道气中和碱性印染废水是一种经济有效的中和方法。烟道气中含有高达24的CO2，有时还含有少量SO2及H2S等酸性气体，这些气体和印染废水中的碱性物质的中和作用。烟道气中和法是利用烟道气中的二氧化碳与二氧化硫溶于水中
21、形成的酸中和碱性废水。第二节第二节 化学混凝法化学混凝法一、一、混凝对象和用途混凝对象和用途二二、废水中胶体颗粒的稳定性及脱稳机理废水中胶体颗粒的稳定性及脱稳机理三、三、混凝剂与助凝剂混凝剂与助凝剂四、四、影响混凝的因素影响混凝的因素五、五、化学混凝的设备化学混凝的设备六、混凝方法的优缺点六、混凝方法的优缺点一、混凝对象和用途一、混凝对象和用途混凝是通过向废水中投加混凝是通过向废水中投加混凝剂混凝剂，破坏胶体的稳定，破坏胶体的稳定性，使细小悬浮颗粒和胶体微粒聚集成较粗大的颗性，使细小悬浮颗粒和胶体微粒聚集成较粗大的颗粒而沉降与水分离，使废水得到净化。粒而沉降与水分离，使废水得到净化。 各种废水
22、都是水和水中均匀分布的细小颗粒所组各种废水都是水和水中均匀分布的细小颗粒所组成的分散体系，按颗粒的大小，分散体系可以分成成的分散体系，按颗粒的大小，分散体系可以分成三类：三类：颗粒粒径小于颗粒粒径小于1nm的的真溶液真溶液；颗粒粒径为颗粒粒径为1100nm的胶体溶液；的胶体溶液；颗粒粒径大于颗粒粒径大于100nm的悬浮液。的悬浮液。 在通常情况下，胶体溶液和悬浮液采用混凝方法在通常情况下，胶体溶液和悬浮液采用混凝方法处理。处理。二、废水中胶体颗粒的稳定性二、废水中胶体颗粒的稳定性及脱稳机理及脱稳机理1. 胶体的特点：胶体的特点：粒径小，粒径小，一般直径为一般直径为10-910-7m；布朗运动，
23、布朗运动，颗粒在废水中受水分子热运动的碰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，布朗运动足以抵抗重撞而作无规则的布朗运动，布朗运动足以抵抗重力影响，具有动力学稳定性；力影响，具有动力学稳定性；带电，带电，同类胶体微粒带有同性电荷。同类胶体微粒带有同性电荷。水化膜，水化膜，许多水分子被吸引在亲水胶体微粒周围，许多水分子被吸引在亲水胶体微粒周围，形成水化膜。形成水化膜。电位离子反离子胶团边界滑动面胶核吸附层扩散层胶粒电位电位胶体的双电层结构胶体的双电层结构2.2.胶体的结构胶体的结构滑动面以内的部分称滑动面以内的部分称胶粒胶粒胶粒与扩散层之间的电位差称胶粒与扩散层之间的电位差称电位电
24、位溶胶粒子的结构溶胶粒子的结构AgIK+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+IIIIIIIIII碘化银胶团示意图（KI过量） 以AgI的水溶胶为例。 固体粒子AgI称为“胶核”。若稳定剂是 KI ，则胶核吸附I带负电，反号离子K+一部分进入紧密层，另一部分在扩散层。胶核与紧密层的反号离子构成 “胶粒 ”。溶胶中的独立运溶胶中的独立运动单位是胶粒动单位是胶粒，胶粒与扩散层离子构成“胶团”。可用下式表示： 胶团胶粒胶核+KK)(I)AgI(xxnnxm紧密层扩散层胶核胶核电位离子，束缚反离子电位离子，束缚反离子 自由反离子自由反离子 Fe(OH)
25、3m nH (nx)Cl x+ Cl 胶核胶核(nuclear)胶粒(colloidal particle)吸附层吸附层(固定层）固定层）stationary layer扩散层扩散层diffuse layer胶团(colloidal micelle)3. 胶体的脱稳机理胶体的脱稳机理胶体颗粒保持分散的悬浮状态的特性称为胶体的胶体颗粒保持分散的悬浮状态的特性称为胶体的稳定性稳定性胶体因胶体因 电位降低或消除，从而失去稳定性的过电位降低或消除，从而失去稳定性的过程称为程称为脱稳脱稳，脱稳的胶粒相互聚集为较大颗粒的，脱稳的胶粒相互聚集为较大颗粒的过程称为过程称为凝聚凝聚混凝的机理：混凝可分为混凝的机
26、理：混凝可分为压缩双电层、吸附电中压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥、沉淀物网捕和、吸附架桥、沉淀物网捕四种机理。四种机理。（1）压缩双电层机理）压缩双电层机理双电层的厚度与溶液中的反离子的浓度有关。当双电层的厚度与溶液中的反离子的浓度有关。当向溶液中投加电解质，使溶液中离子浓度增高时，向溶液中投加电解质，使溶液中离子浓度增高时，则扩散层的厚度将减小。则扩散层的厚度将减小。该过程的实质是加入的反离子与扩散层原有反离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。层中，从而使扩散层厚度减小。由
27、于扩散层厚度的减小，胶粒得以迅速凝聚。由于扩散层厚度的减小，胶粒得以迅速凝聚。（2）吸附电中和机理）吸附电中和机理胶粒表面对胶粒表面对异号离子、异号胶粒、链状离子或分异号离子、异号胶粒、链状离子或分子带异号电荷的部位子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用，由于这有强烈的吸附作用，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，降低了电斥力，降低了 电位，使胶体的脱稳和凝聚易电位，使胶体的脱稳和凝聚易于发生。于发生。（3）吸附架桥（桥连）机理）吸附架桥（桥连）机理吸附架桥作用主要是指链状高分子聚合物在吸附架桥作用主要是指链状高分子聚合物在静电引力、范
28、德华力和氢键力等作用下，通静电引力、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过活性部位与胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥连的过程。桥连的过程。本机理能解释当废水浊度很低时有些混凝剂本机理能解释当废水浊度很低时有些混凝剂效果不好的现象。因为废水中胶粒少，当聚效果不好的现象。因为废水中胶粒少，当聚合物伸展部分一端吸附一个胶粒后，另一端合物伸展部分一端吸附一个胶粒后，另一端因粘连不着第二个胶粒，只能与原先的胶粒因粘连不着第二个胶粒，只能与原先的胶粒粘连，就不能起架桥作用，从而达不到混凝粘连，就不能起架桥作用，从而达不到混凝的效果。的效果。高分子聚合物对胶体或微粒的高分子聚合物对
29、胶体或微粒的吸附架桥作用示意图吸附架桥作用示意图 （4）沉淀物网捕机理）沉淀物网捕机理当铝盐或铁盐混凝剂投量很大而形成大量氢氧化物沉当铝盐或铁盐混凝剂投量很大而形成大量氢氧化物沉淀时，可以网捕，卷扫水中胶粒以至产生沉淀分离，淀时，可以网捕，卷扫水中胶粒以至产生沉淀分离，称为卷扫或网捕作用，这种作用基本上是一种机械作称为卷扫或网捕作用，这种作用基本上是一种机械作用，所需混凝剂量与原水杂质含量呈反比。原水胶体用，所需混凝剂量与原水杂质含量呈反比。原水胶体杂质含量少时，所需混凝剂量多，反之亦然。杂质含量少时，所需混凝剂量多，反之亦然。以上介绍的混凝的四种机理，在水处理中往往可能是以上介绍的混凝的四种
30、机理，在水处理中往往可能是同时或交叉发挥作用的，只是在一定情况下以某种机同时或交叉发挥作用的，只是在一定情况下以某种机理为主而已理为主而已。矾花三、混凝剂与助凝剂三、混凝剂与助凝剂凝聚、絮凝和混凝这三个词常引起混淆。凝聚、絮凝和混凝这三个词常引起混淆。凝聚凝聚(coagulation)是指胶体被压缩双电层而脱是指胶体被压缩双电层而脱稳的过程；稳的过程；絮凝絮凝(flocculation)则指胶体由于高分子聚合物则指胶体由于高分子聚合物的吸附架桥作用聚结成大粒絮体的过程；的吸附架桥作用聚结成大粒絮体的过程；混凝混凝（coagulation - flocculation）则包括凝聚）则包括凝聚与絮
31、凝两种过程与絮凝两种过程。凝聚是瞬时的，所需的时间是将化学药剂扩散凝聚是瞬时的，所需的时间是将化学药剂扩散到全部水中的时间。到全部水中的时间。絮凝则与凝聚作用不同，它需要一定的时间让絮凝则与凝聚作用不同，它需要一定的时间让絮体长大，但在一般情况下两者难以截然分开。絮体长大，但在一般情况下两者难以截然分开。混凝剂混凝剂: 一般把能起凝聚与絮凝作用的药剂统一般把能起凝聚与絮凝作用的药剂统称为混凝剂。称为混凝剂。：助凝剂助凝剂 ：当单用混凝剂不能取得良好效果时，：当单用混凝剂不能取得良好效果时，可投加某类辅助药剂以提高混凝效果，这种辅可投加某类辅助药剂以提高混凝效果，这种辅助药剂称为助凝剂。助药剂称
32、为助凝剂。水处理对混凝剂的要求：水处理对混凝剂的要求：混凝效果好；混凝效果好；对人类健康无害；对人类健康无害；价廉易得；价廉易得；使用方便。使用方便。目前常用的混凝剂传统上按化学组成可分为目前常用的混凝剂传统上按化学组成可分为无机无机盐类盐类和和有机高分子类有机高分子类。1.1.混凝剂混凝剂(1)无机盐类无机盐类1）三氯化铁）三氯化铁无水物、结晶水物和液体，其中常用的是无水物、结晶水物和液体，其中常用的是FeCl36H2O，极易溶于水。，极易溶于水。优点：形成的矾花沉降性好，处理低温水或低优点：形成的矾花沉降性好，处理低温水或低浊度水效果比铝盐好，适宜的浊度水效果比铝盐好，适宜的pH值范围较宽
33、；值范围较宽；缺点：处理后的水的色度比铝盐的高，腐蚀性缺点：处理后的水的色度比铝盐的高，腐蚀性大。大。2）硫）硫酸亚酸亚铁铁FeSO47H2O是半透明绿色晶体，易溶于水，是半透明绿色晶体，易溶于水，在水温在水温2O时溶解度为时溶解度为21。硫酸亚铁离解出的硫酸亚铁离解出的Fe2只能生成最简单的单核只能生成最简单的单核络合物，因此，不如三价铁盐混凝效果好。络合物，因此，不如三价铁盐混凝效果好。残留在水中的残留在水中的Fe2会使处理后的水带色，会使处理后的水带色，Fe2与水中的某些有色物质作用后，会生成颜色更与水中的某些有色物质作用后，会生成颜色更深的溶解物。因此，使用硫酸亚铁时应将二价深的溶解物
34、。因此，使用硫酸亚铁时应将二价铁先氧化为三价铁，然后再起混凝作用。铁先氧化为三价铁，然后再起混凝作用。3）硫酸铝）硫酸铝工业产品有精制和粗制两种。精制硫酸铝是白色工业产品有精制和粗制两种。精制硫酸铝是白色结晶体。粗制硫酸铝的结晶体。粗制硫酸铝的Al203含量不少于含量不少于14.516.5，不溶杂质含量不大于，不溶杂质含量不大于2430。优点：价格较低，使用方便，混凝效果好。优点：价格较低，使用方便，混凝效果好。缺点：当水温低时硫酸铝水解困难，形成的絮体缺点：当水温低时硫酸铝水解困难，形成的絮体较松散。由于杂质含量高，所以渣量大。较松散。由于杂质含量高，所以渣量大。4）聚合氯化铝）聚合氯化铝(
35、poly-aluminum chloride, PAC)聚合氯化铝聚合氯化铝是一种高分子混凝剂，简称是一种高分子混凝剂，简称PAC(poly-aluminium chloride)其化学式可写为其化学式可写为Al2(OH)nCl6-nm，式中，式中n可取可取1到到5中间的任何整数，中间的任何整数，m为为 10的的整数。这个化学式实际是指整数。这个化学式实际是指 m个个 Al2(OH)nCl6-n 单单体的聚合物。体的聚合物。聚合氯化铝中聚合氯化铝中OH与与Al的比值对混凝效果有很大关的比值对混凝效果有很大关系，一般可用系，一般可用碱化度碱化度B表示：表示：B=0H100/3Al，例如例如n4时
36、，碱化度时，碱化度B=4/（32）100=66.7。一般要求。一般要求B为为4060。聚合氯化铝优点：聚合氯化铝优点：(a)应用范围广，对各种废水都可以获得较好的混应用范围广，对各种废水都可以获得较好的混凝效果。凝效果。(b)易快速形成大的矾花，沉降性能好，投药量易快速形成大的矾花，沉降性能好，投药量一般比硫酸铝低，过量投加时也不会象硫酸铝一般比硫酸铝低，过量投加时也不会象硫酸铝那样造成水浑浊。那样造成水浑浊。(c)适宜的适宜的pH值范围较宽值范围较宽(在在59之间之间)，且处理后，且处理后水的水的pH值和碱度下降较小。值和碱度下降较小。(d)水温低时，仍可保持稳定的混凝效果。水温低时，仍可保
37、持稳定的混凝效果。(e)其碱化度比其它铝盐、铁盐为高，因此药液对其碱化度比其它铝盐、铁盐为高，因此药液对设备的侵蚀作用小。设备的侵蚀作用小。5）聚合硫酸铁聚合硫酸铁(poly-ferric sulfate, PFS)化学式为化学式为Fe2(OH)n(SO4)3-n/2m优点：投加剂量小，絮体生成快，对水质的优点：投加剂量小，絮体生成快，对水质的适应范围广以及水解时消耗水中碱度少。适应范围广以及水解时消耗水中碱度少。它与聚合铝盐都是具有一定碱化度的无机高它与聚合铝盐都是具有一定碱化度的无机高分子聚合物，且作用机理也颇为相似分子聚合物，且作用机理也颇为相似。返回(2)(2)有机高分子类混凝剂有机高
38、分子类混凝剂(polyelectrolytes)(polyelectrolytes)分类：高分子混凝剂分为天然和人工两种，其中分类：高分子混凝剂分为天然和人工两种，其中天然高分子混凝剂的应用远不如人工的广泛，主天然高分子混凝剂的应用远不如人工的广泛，主要原因是电荷密度小，分子量较低，且容易发生要原因是电荷密度小，分子量较低，且容易发生降解而失去活性。降解而失去活性。根据高分子聚合物所带基团能否离解及离解后所根据高分子聚合物所带基团能否离解及离解后所带离子的电性，有机高分子混凝剂可分为带离子的电性，有机高分子混凝剂可分为阴离子阴离子型型(anionic)(anionic)、阳离子型阳离子型(ca
39、tionic)(cationic)和和非离子型非离子型(nonionic)(nonionic)(2)有机高分子类混凝剂有机高分子类混凝剂特点：高分子混凝剂一般为链状结构，各单体特点：高分子混凝剂一般为链状结构，各单体间以共价键结合。间以共价键结合。单体的总数称为单体的总数称为聚合度聚合度，高分子混凝剂的聚合，高分子混凝剂的聚合度约从度约从10005000，甚至更高。高分子混凝剂，甚至更高。高分子混凝剂溶于水中，将生成大量的线形高分子溶于水中，将生成大量的线形高分子。作用机理：作用机理：（a）由于氢键结合、静电结合、范德华力等作）由于氢键结合、静电结合、范德华力等作用对胶粒的吸附结合；用对胶粒的
40、吸附结合；（b）线型高分子在溶液中的吸附架桥作用。）线型高分子在溶液中的吸附架桥作用。在一般情况下，不论混凝剂为何种离子型，在一般情况下，不论混凝剂为何种离子型，对不同电性的胶体和细微悬浮物都是有效的。对不同电性的胶体和细微悬浮物都是有效的。但如为离子型，且电性与胶粒电性相反，就但如为离子型，且电性与胶粒电性相反，就能起降低电位和吸附架桥双重作用，可明显能起降低电位和吸附架桥双重作用，可明显提高絮凝效果。提高絮凝效果。聚丙烯酰胺简介聚丙烯酰胺简介(polyacrylamides, PAM)分子式：分子式：示意示意产量占高分子混凝剂总产量的产量占高分子混凝剂总产量的80，按性状，聚丙烯酰胺产品有
41、胶状按性状，聚丙烯酰胺产品有胶状(含量含量510)、片状、片状 (含量含量2030)和粉状和粉状(含量含量9095)三种。其聚合度可达三种。其聚合度可达21049104。相应的相对分子质量高达相应的相对分子质量高达1.51066.0106。聚丙烯酰胺也常作为助凝剂与其他混凝剂一起聚丙烯酰胺也常作为助凝剂与其他混凝剂一起使用，可产生较好的混凝效果。聚丙烯酰胺的使用，可产生较好的混凝效果。聚丙烯酰胺的投加次序与废水水质有关投加次序与废水水质有关。CH2CH CONH2 n其中其中 n 称为聚合度称为聚合度当废水浊度低时，宜先投加其他混凝剂，再投加当废水浊度低时，宜先投加其他混凝剂，再投加聚丙烯酰胺
42、，使胶体颗粒先脱稳到一定程度，为聚丙烯酰胺，使胶体颗粒先脱稳到一定程度，为聚丙烯酰胺的絮凝作用创造有利条件；聚丙烯酰胺的絮凝作用创造有利条件；当废水浊度高时，应先投加聚丙烯酰胺，再投加当废水浊度高时，应先投加聚丙烯酰胺，再投加其它混凝剂，以让聚丙烯酰胺先在高浊度水中充其它混凝剂，以让聚丙烯酰胺先在高浊度水中充分发挥作用，吸附部分胶粒，使浊度下降，其余分发挥作用，吸附部分胶粒，使浊度下降，其余胶粒由其它混凝剂脱稳，再由聚丙烯酰胺吸附，胶粒由其它混凝剂脱稳，再由聚丙烯酰胺吸附，这样可以降低其它絮凝剂的用量。这样可以降低其它絮凝剂的用量。(3)微生物絮凝剂微生物絮凝剂也称第三代絮凝剂，首先在日本研制
43、开发成功。也称第三代絮凝剂，首先在日本研制开发成功。是通过微生物发酵抽取，精制而成的一种高效水是通过微生物发酵抽取，精制而成的一种高效水处理药剂。与普通混凝剂相比，具有更强的凝聚处理药剂。与普通混凝剂相比，具有更强的凝聚性能，可使一些难降解的高浓度废水得到混凝，性能，可使一些难降解的高浓度废水得到混凝，另外它易于固液分离，形成沉淀物少，易被微生另外它易于固液分离，形成沉淀物少，易被微生物降解，无毒无害，无二次污染，使用范围广，物降解，无毒无害，无二次污染，使用范围广，具有除浊脱色功能。具有除浊脱色功能。2.助凝剂（1）pH调整剂调整剂常用的常用的pH调整剂包括石灰、硫酸、氢氧化钠、碳酸调整剂包
44、括石灰、硫酸、氢氧化钠、碳酸钠等。钠等。（2）絮体结构改良剂）絮体结构改良剂如活性硅酸、骨胶、聚丙烯酰氨和粘土等。如活性硅酸、骨胶、聚丙烯酰氨和粘土等。（3）氧化剂）氧化剂可投加氯气、次氯酸钠、臭氧等氧化剂来破坏有机可投加氯气、次氯酸钠、臭氧等氧化剂来破坏有机物，以提高混凝效果。物，以提高混凝效果。四、影响混凝的因素四、影响混凝的因素1.废水水质的影响废水水质的影响（1）浊度）浊度(turbidity)浊度过高或过低都不利于混凝，浊度不同，浊度过高或过低都不利于混凝，浊度不同，所需的混凝剂用量也不同。所需的混凝剂用量也不同。（2）pH值值在混凝过程中，都有一个相对最佳在混凝过程中，都有一个相对
45、最佳pH值存在，值存在，使混凝反应速度最快，絮体溶解度最小使混凝反应速度最快，絮体溶解度最小。不不同混凝剂最佳同混凝剂最佳pH值要通过试验确定。值要通过试验确定。（3）水温）水温(temperature)水温会影响无机盐类的水解，水温低，水解反水温会影响无机盐类的水解，水温低，水解反应慢。另外水温低，水的粘度增大，布朗运动应慢。另外水温低，水的粘度增大，布朗运动减弱，混凝效果下降。减弱，混凝效果下降。（4）共存杂质）共存杂质(impurities)有些杂质的存在能促进混凝过程。而有些物质有些杂质的存在能促进混凝过程。而有些物质则不利于混凝的进行。则不利于混凝的进行。2.混凝剂的影响（1）混凝剂
46、种类）混凝剂种类(kinds of coagulants)混凝剂的选择主要取决于胶体和细微悬浮物的混凝剂的选择主要取决于胶体和细微悬浮物的性质、浓度。性质、浓度。如水中污染物主要呈胶体状态，且如水中污染物主要呈胶体状态，且 电位较高，电位较高，则应先投加无机混凝剂使其脱稳凝聚，如絮体则应先投加无机混凝剂使其脱稳凝聚，如絮体细小，还需投加高分子混凝剂或配合使用活性细小，还需投加高分子混凝剂或配合使用活性硅酸等助凝剂。硅酸等助凝剂。很多情况下，将无机混凝剂与高分子混凝剂并很多情况下，将无机混凝剂与高分子混凝剂并用，可明显提高混凝效果，扩大应用范围。用，可明显提高混凝效果，扩大应用范围。（2）混凝剂
47、投加量）混凝剂投加量(dosage)投加量除与水中微粒种类、性质、浓度有关外，还投加量除与水中微粒种类、性质、浓度有关外，还与混凝剂品种、投加方式及介质条件有关。与混凝剂品种、投加方式及介质条件有关。对任何废水的混凝处理，都存在最佳混凝剂和最佳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，应通过试验确定投药量的问题，应通过试验确定。（3）混凝剂投加顺序）混凝剂投加顺序(sequence)当使用多种混凝剂时，其最佳投加顺序可通过试验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，当无机混凝剂与有机混凝剂并来确定。一般而言，当无机混凝剂与有机混凝剂并用时，先投加无机混凝剂
48、，再投加有机混凝剂。用时，先投加无机混凝剂，再投加有机混凝剂。但当处理的胶粒在但当处理的胶粒在50 m以上时，常先投加有机混以上时，常先投加有机混凝剂吸附架桥，再加无机混凝剂压缩扩散层而使胶凝剂吸附架桥，再加无机混凝剂压缩扩散层而使胶体脱稳。体脱稳。3.水力条件的影响水力条件的影响水力条件对混凝效果有重要影响。水力条件对混凝效果有重要影响。两个主要的控制指标是两个主要的控制指标是搅拌强度搅拌强度和和搅拌时间搅拌时间。混合阶段：混合阶段：要求混凝剂与废水迅速均匀混合，搅要求混凝剂与废水迅速均匀混合，搅拌时间拌时间t应在应在1030s，最多不超过，最多不超过2分钟。分钟。反应阶段：反应阶段：既要创
49、造足够的碰撞机会和良好的吸既要创造足够的碰撞机会和良好的吸附条件让絮体有足够的成长机会，又要防止生成附条件让絮体有足够的成长机会，又要防止生成的小絮体被打碎，因此搅拌强度要逐渐减小，而的小絮体被打碎，因此搅拌强度要逐渐减小，而反应时间要长，相应反应时间要长，相应t值应值应1530min。五、化学混凝设备化学混凝的设备包括：混凝剂的配置和投加设备、混合设备和反应设备混凝剂的配置和投加设备：溶解池、溶液池、计量设备（转子流量计，电磁流量计）、投加设备（泵前重力投加、水射器投加、计量泵投加）。混合设备：水泵混合、隔板混合、机械混合。反应设备：隔板反应池和机械搅拌池管道混合器泵前重力投加 水射器投加
50、2、混合设备 （1）水泵混合：利用提升水泵进行混合。 （2） 隔板混合： (3)机械混合 3、反应设备 (1) 隔板反应池 往复式隔板反应池 适用于处理水量较大的污水处理厂 （2）机械搅拌反应池 水平轴式机械搅拌反应池 浆板 叶轮 旋转轴 混凝方法的优缺点混凝方法的优缺点优点：优点：设备简单，维护操作易于掌握，处理效果好，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。间歇或连续运行均可以。缺点：缺点：由于不断向废水中投药，经常性运行费用较高，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。沉渣量大，且脱水较困难。第三节 化学沉淀法用易溶的化学药(沉淀剂）使溶液
