水的物理、化学及物理化学处理方法

水的物理、化学及物理化学处理方法简介

（一）物理处理方法

利用固体颗粒和悬浮物的物理性质将其从水中分离去除的方法称为物理处理方法。物理处理法的最大优点是简单易行，效果良好，费用较低。

物理处理法的主要处理对象是水中的漂浮物、悬浮物以及颗粒物质。

常用的物理处理法有格栅与筛网、沉淀、气浮等。

（1）格栅与筛网

格栅是用于去除水中较大的漂浮物和悬浮物，以保证后续处理设备正常工作的一种装置。格栅通常有一组或多组平行金属栅条制成的框架组成，倾斜或直立地设立在进水渠道中，以拦截粗大的悬浮物。

筛网用以截阻、去除水中的更细小的悬浮物。筛网一般用薄铁皮钻孔制成，或用金属丝编制而成，孔眼直径为0.5~1.0mm。

在河水的取水工程中，格栅和筛网常设于取水口，用以拦截河水中的大块漂浮物和杂草。在污水处理厂，格栅和筛网常设于最前部的污水泵之前，以拦截大块漂浮物以及较小物体，以保护水泵及管道不受阻塞。

（2）沉淀

沉淀是使水中悬浮物质（主要是可沉固体）在重力作用下下沉，从而与水分离，使水质得到澄清。这种方法简单易行，分离效果良好，是水处理的重要工艺，在每一种水处理过程中几乎都不可缺少。按照水中悬浮颗粒的浓度、性质及其絮凝性能的不同，沉淀现象可分为：自由沉淀、絮凝沉淀、拥挤沉淀、压缩沉淀。

水中颗粒杂质的沉淀，是在专门的沉淀池中进行的。按照沉淀池内水流方向的不同，沉淀池可分为平流式、竖流式、辐流式和斜流式四种。

（3）气浮

气浮法亦称浮选，它是从液体中除去低密度固体物质或液体颗粒的一种方法。通过空气鼓入水中产生的微小气泡与水中的悬浮物黏附在一起，靠气泡的浮力一起上浮到水面而实现固液或液液分离的操作。其处理对象是：靠自然沉降或上浮难以去除的乳化油或相对密度接近于1的微小悬浮颗粒。

浮选过程包括微小气泡的产生、微小气泡与固体或液体颗粒的粘附以及上浮分离等步骤。实现浮选分离必须满足两个条件：一是必须向水中提供足够数量的

微小气泡；二是必须使气泡粘附与分离的悬浮物而上浮达到分离。后者则是气浮的最基本条件。

气浮法按微小气泡产生方法的不同，可分为电解气浮法、充气气浮法和溶气气浮法三类。

（二）化学处理方法

化学处理方法是利用化学反应的作用以除去水中的溶解性或胶体性的物质。通常可达到比物理处理方法更高的净化程度。常用的处理方法有中和、混凝絮凝、化学沉淀、氧化还原和消毒等。

（1）中和

用化学法去除水中的酸或碱，使其pH值达到中性左右的过程称为中和。中和处理的目的主要是避免对水管造成腐蚀，减少对收纳水体水中生物的危害，以及对后续采用生物处理时能够保证微生物处于最佳生长环境。

酸性废水的中和方法有利用碱性废水或碱性废渣进行中和、投加碱性药剂及通过有中和性能的滤料过滤3种方法。碱性废水的中和方法有利用酸性废水或酸性废渣进行中和、投加酸性药剂等。

（2）混凝絮凝

水中的胶体颗粒和悬浮物表面常常有电荷。带有相同电荷的颗粒，会因静电排斥作用而难于相互碰撞聚结生成较大的颗粒。向水中投加药剂——混凝剂，混凝剂能在水中生成与胶体颗粒表面电荷相反的荷电物质，从而能中和胶体带的电荷，减小颗粒间的排斥力，促使胶体及悬浮物聚结成易于下沉的大的絮凝体，这种水处理方法称为混凝。

将具有链状构造的高分子物质投入水中，高分子物质的链状分子能吸附于胶体和悬浮物颗粒表面，将两个以上的颗粒连接起来，构成一个更大的颗粒，当生成的絮体颗粒足够大时，便易于沉淀下来而从水中除去，这称为水的絮凝。能使水中胶体和悬浮物颗粒絮凝下来的药剂，称为絮凝剂。

在城市生活饮用水的处理中混凝和絮凝是去除地表水中混浊物质最常用的处理方法。混凝和絮凝在工业废水处理中也应用甚广。

（3）化学沉淀

化学沉淀是向水中投加某些化学药剂，使之与水中溶解性物质发生化学反

应，生成难溶化合物，再进行固液分离，从而除去水中污染物的方法。主要用于在废水处理中去除重金属（如Hg、Zn、Cd、Cr、Pb、Cu等）和某些非金属（如As、F等）离子态污染物。对于危害性极大的重金属废水，虽然有许多种处理方法，但是迄今为止化学沉淀法仍然是最为重要的一种。

根据采用的沉淀剂和反应生成物不同，可将重金属化学沉淀法分为氢氧化物沉淀法、硫化物沉淀法和铁氧体沉淀法等。

（4）氧化还原、消毒

对水中的有毒物质进行氧化或还原，是这些物质经过氧化或还原后转化为无害或无毒的存在状态，或使之转化为容易从水中分离去除的形态，称为氧化法或还原法。

天然水体和城市污水、工业废水中都含有大量病原微生物，消毒的目的就是将这些病原微生物杀灭。常用的消毒剂有氯和臭氧等。

（三）物理化学处理方法

物理化学处理是利用物理化学的原理和化工单元操作以去除水中的杂志。处理的对象主要为：水中无机的或有机的（难于生物降解的）溶解的或胶体物质，尤其适合处理杂质浓度很高的废水以回收原料，也适合于对杂质浓度很低的废水进行深度处理。

常用的处理方法有吸附法、离子交换法、膜分离法等。

（1）吸附法

一种物质（吸附质）附着在另一种物质（吸附剂）表面上的过程称为吸附。使水（或废水）与固体接触剂相接触，并使污染物吸附于吸附剂上，然后再将水（或废水）与吸附剂进行分离，最终可使污染物从水中被分离出去。吸附过程既可发生在液-固之间，又可发生在气-固或气-液之间。

吸附法可有效完成对睡得多种净化功能，例如脱色、脱臭、脱除重金属离子、放射性元素，脱除多种难以用一般方法处理的剧毒或难生物降解的有机物等。

利用吸附法进行水处理，具有适应范围广、处理效果好、可回收有用物料、吸附剂可再生利用等特点；同时吸附法对进水的预处理要求较为严格，系统庞大、操作复杂、运行费用较高。

（2）离子交换法

离子交换法是用离子交换剂上的离子和水中离子进行交换而除去水中有害离子的方法。离子交换剂是一种不溶于水的固体颗粒状物质，它能够从电解质溶液中吸收某种阳离子或阴离子，而把本身所含有的另一种相同电荷的离子等量地释放到溶液中去，即与溶液中的离子进行等量的离子交换。按照所交换的离子种类，离子交换剂可分为阳离子交换剂和阴离子交换剂来两大类。

离子交换法在工业废水中可用于去除或回收各种重金属，以及放射性废水的处理。

（3）膜分离法

利用膜将水中的物质（微粒或分子或离子）分离出去的方法统称为水的膜分离技术。在膜分离技术中，以水中的物质透过膜来达到处理目的时称为渗析，以水透过膜来达到处理目的时称为渗透。膜分离技术有渗透、电渗析、反渗透、扩散渗透、纳滤、超滤、微孔过滤等。

a)电渗析：电渗析是在外加直流电场作用下，利用离子交换膜的选择透过性（即阳膜只允许阳离子透过，阴膜只允许阴离子透过），使水中阴阳离子做定向移动，从而达到离子从水中分离的一种物理化学过程。电渗析法常用于水中脱盐，例如进行苦咸水的淡化，或为制作纯水的前处理等。

b)反渗透：如果把纯水和水溶液用半透膜隔开，半透膜只容许水透过而不容许溶质透过，这时就可以看到水透过膜流动的现象。若是纯水和溶液都处于同一压力下，则水将透过膜从纯水一侧流入溶液的另一侧，这种现象称为渗透。再不附加外力的情况下，渗透现象一直进行到溶液一侧的水面高出纯水一侧水面的高度产生的静水压力恰可抵消水由纯水向溶液流动的趋势，在溶液一侧外加的压力若超过溶液的渗透压，就会产生一种相反的现象，使渗透改变方向，溶液一侧的水将透过膜而流向纯水的一侧，这种现象称为反渗透。反渗透可用于海水和苦咸水淡化，在工业废水处理中也可用于有用物质的的浓缩回收。反渗透膜多为致密膜、非对称膜和复合膜，目前用于水处理的反渗透膜主要有醋酸纤维素（CA）膜和芳香族聚酰胺膜两大类。

c)超滤、微滤：超滤又称超过滤，用于截留水中胶体大小的颗粒，而水和低分子量溶质则允许透过膜。其机理是筛孔分离，因此可根据去除对象选择超滤膜的孔径。当膜的孔径增大到0.2μm以上时，称为微滤膜。水经微滤膜过滤时，