第12章 工业废水的化学处理

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溶液槽:V2 G 100 3 (m ) rcn
式中:Ga——石灰消耗量,t/d; r——石灰的容重,0.9~1.1t/m3; c——石灰乳浓度,(5~10)%; n——每天搅拌次数。
中和混合反应装置
废水量少时,水泵管道/混合槽混合 隔板混合反应池如图
沉淀池
渣量大时用平流池,渣少时可用竖流池
2). 消毒 臭氧是非常有效的消毒剂。各种常用消毒剂的效果按以下 顺序排列:O3>ClO2>HOCl>OCl臭氧杀菌效果好、速度快,而且对消灭病毒也很有效。臭 氧消毒的效果主要决定于接触设备出口处的剩余量和接触时 间,其受pH值、水温及水中氨量的影响较小。 但也有一定的选择性,如绿霉菌、青霉菌之类对臭氧具有 抗药性,需较长时间才能杀死它们。
式中:d——滤料粒径,mm K——滤料特征系数,试验得出 n——经验系数,试验得出,一般1.47 C——酸的浓度,geq/L U——滤速:4~8m/h 滤料的消耗及滤池的工作周期T 滤料的消耗量 G=KQCa(kg/d) 式中:K——系数,1.5 a——药剂比耗量 Q、C同上 滤池的理论工作周期 式中:P——滤料装载量,Kg G——滤料消耗量,Kg/d.
中和处理除用于排放废水处理外,还用于对pH有 特殊要求的一些化学或生物处理前。 中和方法选择需考虑的因素:

酸碱废水的种类、性质、量及变化规律 中和药剂和滤料的供应情况 受纳水体的性质 可否利用酸碱废料作为原料

酸性废水相对碱性废水来说危害更大,且更常见, 作主要介绍。
3.1.1 酸性废水与碱性废水中和处理
3.1 中和法

中和处理针对酸碱性废水

酸性废水:如采矿、电镀 碱性废水:如印染、化工、洗涤剂、化肥农药 如硫酸制硫酸亚铁 含氨的碱性废水生产肥料 其他需酸碱的工业用水 两者相互中和 药剂中和 过滤中和

废水中酸碱浓度>3%应首先考虑回收、综合利用


低浓度酸碱废水考虑中和


2)、应用
石灰乳作为沉淀剂去除矿山废水的Cu和Fe金属离子。见图16-8 用石灰乳和漂白粉去除铅锌冶炼厂废水中金属离子。见图16-9
3.2.3 硫化物沉淀法


许多金属能以硫化物形式沉淀。 硫化物的溶解度要比氢氧化物小,相差几个 数量级。 废水处理中并不广泛应用,而仅作为氢氧化 物沉淀法的补充,因为:
3.2.1 概述
1) 难溶盐的溶度积常数
2) 沉淀剂
3.2.2 氢氧化物沉淀法
1)原理
理论计算表明,废水的PH值是氢氧化物沉淀法去除金 属离子Mn+的一个重要条件。如含锌废水,投加石灰控制 pH为9-11,出水Zn浓度为2-2.5mg/L。
实际操作中会因废水成份复杂而变得复杂,操作条件一 般需通过试验得到
沉渣脱水装置
机械脱水 干化场
隔板混合反应
压缩空气管 进水管 出水管
I--I
投药管 进水管 压缩空气管
I I
出水管
平面
图16-5 四室隔板混合反应
碱性废水的药剂中和处理
常见的是NaOH和氨废水 中和剂 H2SO4、HCl、HNO3、工业废酸 烟道气(主要是CO2,其次有SO2、H2S) 烟道气处理废水
(2)高锰酸钾的制备
1. 焙烧法
2. 液相氧化法
(3)高锰酸钾在水处理中的应用
高锰酸钾预处理能有效地去除污染水中的多种有机污染 物,降低水的致突变性。此外,还能显著地控制氯化消毒副 产物,使水中有机污染物的数量和浓度均有显著地降低。 高锰酸钾预处理还可有效地降低后续氯化消毒过程中氯 仿和四氯化碳的生成量,破坏氯仿和四氯化碳的前驱物质。 1. 高锰酸钾混凝处理工艺 2. 高锰酸钾复合药剂处理工艺
酸性废水的药剂中和处理
常用:石灰、石灰石
石灰常使用熟石灰,配制成石灰乳液,浓度在10%左右, 反应在池中进行。石灰需量多时,可用生石灰。 石灰石做中和剂时,颗粒粒径应小于0.5mm。 为了防止产生沉淀,石灰乳槽均装有搅拌设备。 优点:价廉易得 缺点:杂质多、装卸量大、沉渣难脱水、环境及劳动卫生 条件差、配制和投加所需设备较多。
3.3.2臭氧氧化法
1.臭氧的主要物理化学特性 臭氧的相对密度为氧的1.5倍,在水中的溶解度比氧气大10 倍,比空气大25倍。 臭氧在空气中会慢慢地连续自行分解成氧气,其反应式为
(5-1)
由于分解时放出大量热量,故当其浓度在25%以上时,很 容易爆炸。但一般臭氧化空气中臭氧浓度不超过10%,因 此不会发生爆炸。臭氧在水中的分解速度比在空气中快得 多,所以臭氧不易储存,需边产边用。
2、升流式膨胀中和滤池
竖流池:结构简单、设 备要求不高,但随着过 滤时间增长,反应生成 的盐颗粒在滤料表面沉 淀,影响处理效率。 升流式膨胀中和滤池: 废水从底部以较大流速 流入,使滤料处于膨胀 状态,反应生成盐很快 被水带走。
(1)恒滤速升流膨胀中和滤池 滤池上、下池径相同。 承托层厚度0.15~0.2m,φ20~40mm 滤料粒径0.5~3mm,滤层高度1~1.2m(新滤料) 最终换料时的滤层高度≥2m;U=60~80m/h 膨胀率50%±,上部清水区高度为0.5m 废水H2SO4浓度<2200mg/L时,中和后PH=4.2~ 5.0,脱气后 PH=6~6.5 出水PH<4.2需换料。
主要利用次氯酸根的氧化作用(pH高有利); 局部氧化法:将氰氧化为毒性较小的氰酸盐 (CNO-); 完全氧化法:将氰进一步氧化为N2和CO2。 主要利用Cl2的氧化作用; 氧化剂通常只能是Cl2。
高锰酸钾及其复合盐的氧化 (1)高锰酸钾的主要物理化学性质
高锰酸钾为红紫色斜方晶系,粒状或针状结晶,有金属 光泽,相对密度2.703,溶于水成深紫红色溶液,微溶于 甲醇、丙酮和硫酸。遇乙醇、过氧化氢则分解。加热至 240℃以上放出氧气。 高锰酸钾是常用的强氧化剂。高锰酸钾作为氧化剂时出 现各种不同的情况,它在不同的介质中出现不同的产物: 在酸性介质中还原产物为Mn2+,呈淡粉色; 在中性介质中还原产物为MnO2,呈棕黑色沉淀; 在碱性介质中还原产物为MnO42-,呈绿色。
3、过滤中和滚筒




使滤料与废水在滚筒机械作用下充分搅拌接触。 翻滚作用同时会使滤料间不停地磨擦,沉积生成 的盐类随时被水带出。 滤料:不必太细,滤料体积为筒体体积的1/2。滚 筒线速度0.3~0.5m/s。 优点:过滤效率高、可承受较高的酸浓度(进水 H2SO4浓度可达7~8g/L )。 缺点:设备构造复杂,运行费用高、噪声大。

干投

反应混合不均匀,不均匀系数k>1.40,浪费原料, 增大了污泥量及后续处理成本。很少采用。 石灰乳在消解槽/机内制成(40~50)%的乳浊液,然 后在溶液槽中进一步稀释到(5~10)%后再投入废水 中反应。

湿投

石灰用量<1t/d:在消解槽内人工搅拌和消解,制成 (40~50)%的乳浊液,其有效容积V1(m3): 消解槽:V1=KVo 式中:Vo——一次配制的药剂量,m3 K——容积系数,2~5 石灰用量>1t/d:采用机械方法(消解机)消解。消解机有 立式(4~8t/d)和卧式(>8t/d)二种。 消解后石灰乳排至溶液槽,其有效容积V2(m3)
《工业废水处理》之:
第三章 污水的化学处理
中和法 化学沉淀法
氧化还原法
电解法 萃取法
南华大学环境科学与工程系
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有中和法、化学沉淀法和 氧化还原法。
酸性或碱性废水需要量
Q1C1=Q2C2——等当量反应 注意:只有强酸强碱等当量混合才会达到pH=7
中和设备
在集水井(或管道、混合槽)内连续混合:适于后续 pH要求不太高的情况。
连续流中和池:V池=(Q1+Q2)t;t=1~2h 间歇中和池:适于水量小、水质变化大;水中含较多 杂质或重金属而混合后易沉淀,需排泥/渣。
1、普通中和滤池
(1)普通中和滤池的形式
(Baidu Nhomakorabea)中和滤池的计算
1) 平流式中和滤池 · 滤池长度L=Ut 式中:U——滤速:0.01~0.03m/s t——废水同滤料接触时间,S
滤池横断面积f(m2)
Q f U
滤池的水头损失h=iL(m) 式中:i——滤池的坡降
t
6kd
1.5
u
(3 lg C)
有时也采用苛性钠、碳酸钠。
优点:性能好 缺点:价格贵
计算:略(详见教材)
如:中和反应产生的沉渣量G(Kg/d)
G G ( B e) Q( S C D)
G ( B e) : 消耗药剂产生的沉渣量 Q( S C D) : 中和后悬浮物的沉渣量
石灰乳投配系统与投配器
设计实例:P473
3.1.2 投加法/药剂中和法
中和药剂要求:
价廉易得、来源广泛; 组成均匀、易于贮存和投加; 易溶于水、反应迅速。
中和反应:除考察对pH的影响外,更应注意中 和反应快慢和反应前后的生成物及溶解度。
CaCO3与弱酸作用慢,一般不使用; CaCO3与强酸作用产生CO2,进一步反应生成 CaHCO3而影响pH值; 含Ca试剂与H2SO4废水生成难溶物,阻碍中和。
工业企业中烟道气普遍存在,用它处理废水时投资少、 运行费用低; 综合了治水和治气; 烟道气中存在的H2S、烟尘等使废水含硫化物、色度和 水温升高。 生成Na2CO3,pH值也达不到要求,需进一步处理。
3.1.3 过滤中和法
石灰石或白云石作中和剂时常呈粗粒状,可作滤料,故用 过滤法。
不适于中、高浓度的酸性废水,对H2SO4废水,用石灰石 作中和剂时,其SO4浓度应≤2g/L;如用白云石 (CaCO3· MgCO3)则其H2SO4浓度只能为5g/L;对HNO3、 HCl废水,极限浓度20g/L。当H2SO4浓度为2~5g/L时,可 用白云石作滤料,但反应速度慢。 过滤中和法的优缺点 优点:出水PH值较稳定,操作简单,沉渣量少。 缺点:酸浓度不能太高,定期倒床,劳动强度大。
进水 进料 滚筒
挡板 Ⅰ

φ 150
滤板有小孔¦ Υ 38 Ⅰ 电动减速机 挡板
滚筒
Ⅰ-Ⅰ剖面
图16-6
卧式过滤中和滤池示意
3.2 化学沉淀法
用易溶的化学药剂(可称沉淀剂)使溶液中某种离子以它 的一种难溶的盐和氢氧化物形式从溶液中析出,在化学上 称沉淀法,在化工和环境工程上称化学沉淀法。 废水处理中,常用化学沉淀法去除废水中的有害离子, 阳离子如Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cr6+,阴离子 如SO42-、PO43-。 难溶盐和难溶氢氧化物在溶液中的离子的浓度之积(称 溶度积Ks)是常数,当能结合成难溶盐的两种离子的浓度之 积超过这盐的溶度积时,该盐将析出,而这两种离子的浓 度将下降,需要去除的离子就与水分离。
3.3 氧化还原法
3.3.1 药剂氧化还原法
常用氧化剂:O2、O3、Cl2、 H2O2、 FeCl3、 KMnO4等; 常用还原剂:硫酸亚铁、亚硫酸盐、绿化亚铁、 铁屑、锌粉、
氯氧化CN-根
电镀废水往往含有CN-(游离和络合态两种 形式存在),可加氯氧化为N2和CO2。 酸性氧化法
碱性氧化法(次氯酸钠、漂白,液氯等)
恒速膨胀中和池的缺点: 滤速小时,下部滤料膨胀不起来,下部中和产 生的沉淀物冲洗不净; 滤速大时,上部带出小颗粒滤料。 (2)变速膨胀中和滤池 滤池下部池径小、上部池径大,尽量同时满足 上下层滤料清池要求。 U下=130m/h~150m/h U上=40~60m/h CO2脱除 对于中和池内废水中的CO2,一般用脱气塔/池 脱气,脱气前pH值4~5,脱气后pH>6。

处理费用高,原料来源不广; 沉淀颗粒小,常需加入凝聚剂来加强去除效果。
● 应用:用Na2S处理含Hg废水:
含Hg废水
其他方法: 3.2.4 钡盐沉淀法

碳酸钡沉淀六价铬废水,实现沉淀转换。 铬酸钡的溶解度要比碳酸钡小。 碳酸钡要过量,反应25-30min,水中的残留 钡用石膏法去除。
式中:K——滤料系数,试验求得。 d——滤料的平均粒径,cm; U——滤速,m/s C——酸的浓度,geq/L
i
U2 dS 2 P0
2
式中:Po——滤料的孔隙率: 0.35~0.45 S——系数,与滤料d有关:
2) 竖流式中和滤池 滤床最小厚度H(cm)——中和H2SO4时使用下式
H Kdn (3 lg C) U (cm)
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