第三章 水污染控制的化学法

按机理不同，混凝可分为压缩双电层、吸附电中和、吸附
架桥、沉淀物网捕四种。 （1）压缩双电层机理

当向溶液中投加电解质后，溶液中与胶体反离子带相同电 荷的离子浓度增高，这些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层中，从而使扩散层厚度减 小，胶粒所带电荷数减少，ζ电位相应降低。因此，胶粒间的 相互排斥力也减少。当排斥力降至一定值，分子间以吸引力为 主时，胶粒就相互聚合与凝聚，这就是压缩双电层机理。


这种方法适用于含酸浓度不大于2～3mg/L、并生成易溶盐
的各种酸性污水的中和处理。 当污水含有大量悬浮物、油脂、重金属盐和其他毒物时，
不宜采用过滤中和法。
（1）普通过滤中和滤池

普通过滤中和滤池中水的流向有平流和竖流两种，竖流又
分升流式和降流式两种，如图3-4所示。
图3-4 普通过滤中和滤池
（2）吸附电中和机理 当向溶液中投加电解质作混凝剂，混凝剂水解后在水中形 成胶体颗粒，其所带电荷与水中原有胶粒所带电荷相反，异性 电荷之间有强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中和了电位离 子所带电荷，减少了静电斥力，降低了ζ电位，使胶体脱稳并 发生凝聚。但若混凝剂投加过多，混凝效果反而下降。因为胶 粒吸附了过多的反离子，使原来的电荷变性，排斥力变大，从 而发生了再稳现象。
聚下沉。

因此，污水中的细小悬浮颗粒和胶体颗粒不易沉降，总保 持着分散和稳定状态。 2.混凝机理 污水中投入某些混凝剂后，胶体因ζ电位降低或消除而脱 稳。脱稳的颗粒便相互聚集为较大颗粒而下沉，此过程称为凝
聚，此类混凝剂称为凝聚剂。
但有些混凝剂可使未经脱稳的胶体也形成大的絮状物而下 沉，这种现象称为絮凝，此类混凝剂称为絮凝剂。
第3章
水污染控制的化学法
3.1
中和法
3.2
3.3
混
凝
化学氧化还原
3.1 中


和 法
3.1.1 概
述
污水的中和就是通过向污水中投加化学药剂，使其与污染 物发生化学反应，调节污水的酸碱度（pH），使污水呈中性或
接近中性，pH范围适宜下一步处理或排放。
3.1.2 酸性污水的中和处理 1.利用碱性污水中和法
作用，从溶液中吸引了电量与 电位离子层总电量相等而电性
相反的离子，这些离子称为反
离子，并形成反离子层。这样， 胶核固相的电位离子层与液相
图3-7 胶体粒子的结构及其电位分布
中的反离子层就构成了胶体粒子的双电层结构。

（2）胶体颗粒的稳定性与脱稳 胶体颗粒在水中能长期保持分散状态而不下沉的特性称为 胶体颗粒的稳定性。 胶体颗粒在污水中之所以具有稳定性，其原因有三：
与调制两步。溶解一般在溶解池（溶药池）中进行，其作用是 把块状或粒状的药剂溶解成浓溶液。调制则在溶液池中进行， 其作用是把浓溶液配成一定浓度的溶液。 （2）混凝剂的投加 加和压力投加。 混凝剂的投加有两种方式，即重力投

①重力投加 ②压力投加
当采用水泵进行混合时，药剂加在泵前吸水 压力投加又分为两种形式：

碱性药剂中和法的缺点是劳动卫生条件差，操作管理复杂, 制备溶液、投配药剂需要较多的机械设备。 采用石灰药剂时，其明显的缺点是质量难于保证，灰渣较 多，沉渣体积大，占处理水量的2％，且不易脱水。 3.过滤中和法 过滤中和法是指用碱性滤料形成的滤床来处理酸性污水， 当酸性污水流过滤床的碱性滤料时，酸性污水即被中和。
管道内混合，也有较好的凝聚效果。
（2）在专用混合设备中进行混合 ①机械混合 ②水力混合 混合。 这是用电动机带动桨板或螺旋桨进行强烈搅 水力混合是通过水的流动以达到药剂与水的
拌的一种有效的混合方法。

水力混合池有多种形式，常见的有隔板混合池、穿孔板式
混合池、涡流式混合池等。

水力混合池的主要优点: 是混合效果较好，某些池型能调 节水头高低、适应流量变化，操作简单，广泛用于大中型水处 理厂中； 缺点: 是占地面积较大，某些进水方式要裹进大量气体， 给后续处理带来一些不利影响。


首先，污水中的细小悬浮颗粒和胶体颗粒质量很轻，在污
水中受水分子热运动的碰撞而作无规则的布朗运动； 同时，胶体颗粒本身带电，同类胶体颗粒带有同性电荷，
彼此之间存在静电排斥力，从而不能相互靠近以结成较大颗粒
而下沉； 另外，许多水分子被吸引在胶体颗粒周围形成水化膜，阻
止胶体颗粒与带相反电荷的离子中和，妨碍颗粒之间接触并凝



（3）吸附架桥机理
吸附架桥作用主要是指高分子聚合物与胶粒和细微悬浮物 等发生吸附、桥联的过程。高分子絮凝剂具有线性结构，含有 某些化学活性基团，能与胶粒表面产生特殊反应而互相吸附， 在相距较远的两胶粒间进行吸附架桥，使胶粒逐渐变大，从而 形成较大的絮凝体。


（4）沉淀物网捕机理
若采用硫酸铝、石灰或氯化铁等高价金属盐类作混凝剂， 当投加量大得足以迅速沉淀金属氢氧化物[如Al(OH)3、Fe(OH)3] 或金属碳酸盐（如CaCO3）时，水中的胶粒和细微悬浮物可被这 些沉淀物在形成时作为晶核或吸附质所网捕。

酸碱污水相互中和是一种既简单又经济的以废治废的处理
方法。两种污水相互中和时，由于水量和浓度难以保持稳定， 所以给操作带来困难。在此情况下，一般在混合反应池前设有
均质池。

2.投药中和法 投药中和法是应用广泛的一种中和方法。此法可处理各种 酸性污水。 投药中和法的工艺过反应、中和产物的分离、
泥渣的处理与利用。 酸性污水投药中和流程如图3-1所示。
图3-1 酸性污水投药中和流程

酸性污水投药中和之前，有时需要进行预处理。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。

投加石灰有干投法和湿投法两种方式。
图3-2 石灰干投法示意图
图3-3 石灰湿投法示意图
3.反应




水与药剂混合后即进入反应池进行反应。
反应阶段的作用是促使混合阶段所形成的细小矾花在一定 时间内继续形成大的、具有良好沉淀性能的絮凝体（可见的矾 花），以使其在后续的沉淀池内下沉。 反应池的型式也有机械搅拌和水力搅拌两类。 水力搅拌反应池在我国应用广泛，类型也较多，主要有隔 板反应池、涡流式反应池等。其中比较常用的是隔板反应池。


4.沉淀 进行混凝沉淀处理的污水经过投药、混合、反应生成絮凝体后， 要进入沉淀池使生成的絮凝体沉淀与水分离，最终达到净化的目的。 日常管理 5.澄清池 P73

作用：用于给水系统或者污水处理，去除水中的絮凝体。
3.3
化学氧化还原

3.3.1 概
述
污水中的溶解性无机或有机污染物，可以通过化学反应过程将其
面不断更新，滤料利用率高，中和 效果较好。
图3-5 恒流速升流式膨胀中和滤池


（3）变流速升流式膨胀中和滤池
该滤池是把上述恒流速升流式膨胀滤池的直筒形设计成倒 圆锥状，水流上升速度逐渐减小，这样可以防止小滤料被出水 带走，使滤料反应更加完全。


3.1.3 碱性污水的中和处理
1.利用酸性物质的中和法 碱性污水的中和一般要用酸性物质，通常采用的方法有利 用废酸进行中和或利用烟道气进行中和。
（4）共存杂质 有些杂质的存在能促进混凝过程，而有些
物质不利于混凝的进行。
2.混凝剂的影响

（1）混凝剂种类 浮物的性质、浓度。 （2）混凝剂投加量
混凝剂的选择主要取决于胶体和细微悬 对任何污水的混凝处理，都存在最佳
混凝剂和最佳投药量的问题，应通过实验确定。 （3）混凝剂投加顺序 3.水力条件（搅拌）的影响 搅拌的目的是帮助混合反应、凝聚和絮凝，过于激烈的搅


1.胶体的基本知识
（1）胶体结构 胶体结构很复杂，是由胶核、吸附层及扩散层三部分组成. 胶核是胶体粒子的核心，它由数百乃至数千个分散固体物 质分子组成。

在胶核表面有一层离子，
称电位形成离子或电位离子， 胶核因电位离子而带有电荷， 为维持胶体离子的电中性，胶
核表面的电位离子层通过静电

混凝的四种机理，在污水处理中往往是同时或交叉发挥作 用的，只是在一定情况下以某种机理为主而已。

向污水中投加药剂，进行水和药剂的混合，从而使水中的 胶体物质产生凝聚和絮凝，这一综合过程称为混凝过程。 3.2.2 混凝剂与助凝剂 1.混凝剂


混凝剂具有破坏胶体的稳定性和促进胶体絮凝的功能。

常用的有聚丙烯酸钠（阴离子型）、聚乙烯吡啶盐（阳离 子型）和聚丙烯酰胺（非离子型）等。 2.助凝剂


助凝剂是指与混凝剂一起使用，以促进水的混凝进程的辅
助药剂。 助凝剂本身可以起混凝作用，也可以不起混凝作用。


助凝剂按功能可分为三类：
（1）pH调整剂 （2）絮体结构改良剂 （3）氧化剂

拌会打碎已经凝聚和絮凝的絮状沉淀物，反而不利于混凝沉淀,
因此搅拌一定要适当，即要控制搅拌强度和搅拌时间。 为确定最佳的工艺条件，一般情况下，可以用烧杯搅拌法
进行混凝的模拟实验。
3.2.4 混凝过程及设备

整个混凝沉淀处理工艺过程包括混凝剂的配制与投加、混 合、反应及沉淀分离几个部分。其流程示意图如图3-8所示。
3.2.3 影响混凝效果的因素 1.废水水质的影响 （1）浊度 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。


（2）pH
（3）水温 果下降。
在混凝过程中，都有一个相对最佳pH存在，使混
水温会影响无机盐类的水解，水温低，水解反