污水处理工艺之化学与物理化学处理法.docx

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污水处理工艺之化学与物理化学处理法

污水处理工艺之化学与物理化学处理法

原理：

化学法是向废水中投加化学试剂，使其与污染物发生化学反应，以除去污染物的方法。

物理化学法是系运用物理和化学的综合作用使废水得到净化的方法，它是由物理方法和化学方法组成的废水处理系统。

它是由物理方法和化学方法组成的废水处理系统，或是包括物理过程和化学过程的单项处理方法，如浮选、吹脱、结晶、吸附、萃取、电解、电渗析、离子交换、反渗透等。

优点：

与生物处理法相比，能较迅速、有效地去除更多的污染物，可作为生物处理后的三级处理措施。

此法还具有设备容易操作、容易实现自动检测和控制、便于回收利用等优点。

化学处理法能有效地去除废水中多种剧毒和高毒污染物。

缺点：

不适合水量大的污水，存在二次污染，价格比生物法昂贵。

1、中和法

原理：

通过向废水中添加酸性或碱性物质来调节废水pH

（1）酸碱废水互相中和法

原理：

利用碱性废水中和酸性废水或者用酸性废水中和碱性废水。

酸碱废水相互中和是一种既简单又经济的以废治废的处理方法。

酸碱废水相互中和一般是在混合反迨池中进行，池内设有搅拌装置。

两种废水相互中和时，当酸碱废水排出的水质水量比较稳定且含酸碱量接近平衡时，可直接进行中和；水量和水质相对不稳定时，会给实际操作带来困难，一般情况下，会在混合池的前面设置一座均质池；当废氷本身含碱量不能平衡时，需补加中和剂。

优点：

酸碱废水相互中和节省了药剂，充分利用了废水的物理化学性质。

缺点：

实际操作中可能户生未知的有毒物质。

（2）药剂中和法

原理：

通过向废水中投加中和剂来调节废水pH，是一种应用广泛的处理方法。

优点：

该方法适合任何浓度、任何性质的酸性废水，对水质水量的波动适应能力强，中和药剂利用率高。

最常用的碱性药剂是氧化钙。

最常用的是石灰乳法，即将石灰溶解后再进行投加.其主要成分变成了氢氧化钙，氢氧化钙对废水中的杂质具有凝聚作用，因此适用于含杂质多的酸性废水。

有时采用苛性.钠、碳酸钠、右灰石或白云石等。

此外，作为综合利用，有碱性废猹，废液也作为中和剂。

缺点：

考虑药剂的溶解性，反应速率、成本和可能造成的二次污染

（3）过滤中和法

原理：

是指酸性废水流过碱性滤料时与滤料进行中和反应的中和方法。

这种方法适用于含酸浓度不大于2～3g/L并生成易溶盐的酸性废水。

废水中含大量悬浮物、油脂类、重金属盐时，不便采用。

优点：

操作简单，出水pH稳定，与石灰法相比沉渣量较少。

缺点：

废水的硫酸浓度不能太高，需定期倒床，劳动强度高。

2、化学混凝法

原理：

指在废水中投加一定量的混凝剂,使废水中的胶体颗粒与混凝剂发生吸附架桥作用,结团后通过重力分离后沉淀。

化学混凝的机理至今仍未完全清楚，可以认为主要是三方面的作用：

压缩双电层作用，吸附架桥作用，网捕作用。

3、化学沉淀法

原理：

向废水中投加某种化学药剂，使其与水中某些溶解物质产生反应，生成难溶于水的盐类沉淀下来，从而降低水中这些溶解物质的含量。

优点：

用于处理含有汞、铅、铜、锌、六价铬、硫、氰、氟、砷等有毒化合物的废水。

利用向废水中投加氢氧化物、硫化物、碳酸盐、卤化物等生成金属盐沉淀可以去除废水中的金属离子，向废水中投加钡盐可用于处理含六价铬的工业废水生成铬酸盐沉淀，向废水中投加石灰生成氟化钙沉淀可以去除水中的氟化物。

缺点：

化学沉淀法普遍要加入大量的化学药剂，并成为沉淀物的形式沉淀出来。

这就决定了化学法处理后会存在大量的二次污染，如大量废渣的产生，而这些废渣的处理目前尚无较好的处理处置方法

根据使用的沉淀剂不同，常见的化学沉淀法有氢氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、碳酸盐沉淀法、钡盐沉淀法、卤化物沉淀法等。

4、氧化和还原法

原理：

用氧化剂或还原剂去除水中有害物质

（1）氧化法

常用的氧化剂有氯、臭氧等

优点：

①反应条件温和且容易控制，操作方便；②选择性高。

缺点：

①氧化剂价格贵，有的对环境存在污染；②多为间歇生产，生产能力低

（2）还原法

常用的还原法有金属还原法、硼氢化钠法、硫酸亚铁法和亚硫酸氢钠法等，主要用于含铬、汞等废水的处理。

5、吸附法

原理：

利用固体吸附剂的物理吸附和化学吸附性能，去除废水中多种污染物的过程，处理对象为剧毒物质和生物难降解污染物。

优点：

操作简单，可用于水的深度处理。

还可用于净化水中低浓度有机废气，如含氟、硫化氢的废气。

缺点：

吸附饱和效果会下降，如果采用的是树脂吸附，吸附饱和后需要解析，解析废液很难处理。

吸附法对进水的预处理要求高，吸附剂的价格昂贵

6、离子交换法

原理：

利用离子交换剂中的可交换基团与溶液中各种离子间的离子交换能力的不同来进行分离。

优点：

可以去除其他方法难于分离的重金属离子，即可以去除水中的金属阳离子，也可以去除阴离子，可以使废水净化到较高的纯度，可以从含多种金属离子的废水中选择性地回收贵重金属。

缺点：

离子交换树脂价格较高，树脂再生时需用酸、碱或食盐，运行费用较高，再生液需用进一步处理。

适用条件：

一般用于处理电镀废水、人造纤维含锌废水、水量小毒性大（如含汞）废水，或有较高回收价值的含金、银、铂等废水的回收。

7、萃取法

原理：

利用化合物在两种互不相溶（或微溶）的溶剂中溶解度或分配系数的不同，使化合物从一种溶剂内转移到另外一种溶剂中。

经过反复多次萃取，将绝大部分的化合物提取出来。

优点：

能简便的分离原混合物

缺点：

溶于有机溶剂后不好将溶质分离出来

8、膜析法

原理：

利用天然或人工合成膜以外界能量或化学位差作推动力对水溶液中某些物质进行分离、分级、提纯和富集。

（1）渗析法

原理：

利用油或其他液体从润滑脂中析出的现象分离物质

A、依靠薄膜中“孔道”的大，小分离大小不同的分子或粒子；

B、依靠薄膜的离子结构分离性质不同的离子，例如用阳离子交换树脂做成的薄膜可以透过阳离子，叫阳离子交换膜，用阴离子树脂做成的薄膜可以透过阴离子，叫阴离子交换膜；

C、依靠薄膜：

的有选择的溶解性分离某些物质，例如醋酸纤维膜有溶解某些液体和气体的性能，而使这些物质透过薄膜。

一种薄膜只要具备上述三种作用之一，就能有选择地让某些物质透过而成为半透膜。

在废水处理中最常用的半透膜是离子交换膜。

（2）电渗析法

原理：

电渗析器中交替排列着许多阳膜和阴膜，分隔成小水室。

当原水进入这些小室时，在直流电场的作用下，溶液中的离子就作定向迁移。

阳膜只允许阳离子通过而把阴离子截留下来；阴膜只允许阴离子通过而把阳离子截留下来。

结果使这些小室的一部分变成含离子很少的淡水室，出水称为淡水。

而与淡水室相邻的小室则变成聚集大量离子的浓水室，出水称为浓水。

从而使离子得到了分离和浓缩，水便得到了净化。

电渗析和离子交换相比，有以下异同点：

①分离离子的工作介质虽均为离子交换树脂，但前者是呈片状的薄膜，后者则为圆球形的颗粒；

②从作用机理来说，离子交换属于离子转移置换，离子交换树脂在过程中发生离子交换反应。

而电渗析属于离子截留置换，离子交换膜在过程中起离子选择透过和截阻作用。

所以更精确地说，应该把离子交换膜称为离子选择性透过膜；

③电渗析的工作介质不需要再生，但消耗电能；而离子交换的工作介质必须再生，但不消耗电能。

（3）反渗透法

原理：

在半透膜的原水一侧施加比溶液渗透压高的外界压力，原水透过半透膜时，只允许水透过，其他物质不能透过而被截留在膜表面

优点：

与其他水处理方法相比具有无相态变化、常温操作、设备简单、效益高、占地少、操作方便、能量消耗少、适应范围广、自动化程度高和出水质量好等优点。

采用反渗透法对不同含盐量的苦咸水进行脱盐淡化,淡化过程中,系统运行稳定。

系统的脱盐率达96%以上,淡化水水质达到国家生活饮用水标准。

反渗透系统苦咸水淡化装置具有较强的适应性,可根据原水的水质情况,调整运行参数来实现对不同含盐量的苦咸水连续进行处理。

该装置高度集成化,可望成为定型的成套设备。

缺点：

需要高压设备，原水利用率只有75-80%。

膜要定期清洗。

（4）超滤法

原理：

利用一种压力活性膜，在外界推动力（压力）作用下截留水中胶体、颗粒和分子量相对较高的物质，而水和小的溶质颗粒透过膜的分离

优点：

①操作简便，成本低廉，不需增加任何化学试剂，尤其是超滤技术的实验条件温和，与蒸发、冷冻干燥相比没有相的变化，而且不引起温度、pH的变化，因而可以防止生物大分子的变性、失活和自溶。

②超滤设备系统回收率高，所得产品品质优良，可实现物料的高效分离、纯化及高倍数浓缩。

③系统工艺设计先进，集成化程度高，结构紧凑，占地面积少，操作与维护简便，工人劳动强度低。

缺点：

①由于超滤组件是精密器材，所以在使用安装时要小心，要轻拿轻放，更不能甩坏。

组件若停用，要先用清水冲洗干净后，加0.5%甲醛水溶液进行消毒灭菌，并密封好。

如冬天组件还要进行防冻处理，否则组件可能报废。

②在生物大分子的制备技术中，超滤主要用于生物大分子的脱盐、脱水和浓缩等。

超滤法也有一定的局限性，它不能直接得到干粉制剂。

对于蛋白质溶液，一般只能得到10～50%的浓度。

③价格比较昂贵

9、超临界处理技术（SCWO）

优点：

a反应速度非常快，氧化分解彻底，一般只需几秒至几分钟即可将废水中的有机物彻底氧化分解，并且去除率可达99％以上；

（2）有机物和氧化剂在单一相中反应生成C02和H20，出现在有机物中的杂原子氯、硫、磷分别被转化为HCL、H2S04、H3P04，有机氮主要形

成N2和少量N20，因此SCWO过程无需尾气处理，不会造成二次污染；（3）反应器体积小、结构简单；（4）有机物在超临界水中氧化时放出大量的热，当有机物浓度达到一定量时，可利用反应放出的热维持过程的热平衡，实现自热反应。

缺点：

a设备的腐蚀问题。

SCWO是在高温、高压的强氧化环境中进行反应，在这种苛刻的条件下，反应器材质的腐蚀将不可避免，尤其是在处理含硫、磷和氯的有机物时，腐蚀将变得更加严重。

（2）盐沉积问题。

大部分盐在低密度的超I临界水中溶解度很低（典型为1～100 rag／L）。

当亚临界溶液被迅速加热到超临界温度时，由于盐的溶解度大幅度降低，将有大量沉淀析出，沉积的盐会引起反应器堵塞，从而导致无法正常操作。

（3）建设费用和运行费用偏高。

SCWO法需要在高温、高压的强氧化环境中进行反应，所以反应需要耐高温、高压设备，设备基建投资及运行所需要的费用较高。

（4）SCWO是一个放热反应，如何高效回收热能也是工业化必须解决的问题。

解决好这一问题，可降低成本，有利于技术推广。