影响混凝效果的因素 (1)废水的pH值水的pH值能影响颗粒表面的电荷和絮体的沉淀过程,它是一个很重要的 参数。经验表明,对某一种废水,每一种混凝剂都有一个合适的pH值范围,在此范围内,经混 合凝聚后废水的残余浊度最小。所以pH值对混凝的影响视混凝剂品种而异。例如,以硫酸铝为 混凝剂时,当pH在57~7:8范围内时,形成带正电荷的离子和胶体,如A(OH)+、AOH和 AlOH3等,有较好的混凝效果。若pH值>82时,则会使Al(OH)胶体溶解,产生负离子, AOH)2+OH=AO2+2H2O,对含有负电荷胶体的废水则不起凝聚作用,影响处理效果。而用 三价铁盐时,pH值在60-84之间都有较好的处理效果。 (2)水温水温对混凝效果有明显的影响,无机盐类混凝剂的水解是吸热反应,水温低不利 于水解进行,特别是硫酸铝,当水温低于5℃时,水解速度极慢。同时水温低,粘度大,也不利 于脱稳胶粒的相互絮凝,影响处理效果。这时可投加高分子助凝剂以改善处理效果,或用气浮法 代替沉淀法作为后续处理过程 (3)废水中杂质成分、性质、浓度例如天然水中含粘土类杂质为主,需投加混凝剂量较小, 而废水中含大量的有机物时,需加入较多的混凝剂才有混凝效果。废水中杂质的影响较为复杂, 实际应用时,还应以实验结果为依据来选择混凝剂和确定投加量。 (4)搅拌搅拌对混合、反应、凝聚几个阶段都有影响,因此,搅拌一定要适度。一般在混 凝剂混合阶段,要求快速、剧烈的搅拌,以使混凝剂迅速、均匀地扩散到全部水中,创造良好的 水解和聚合条件,使胶体脱稳并借助颗粒的布朗运动和湍动的水流凝聚,此阶段不要求形成大的 絮凝体。在混凝反应阶段,要求形成大而具有良妤沉淀性能的絮凝体,此时过于激烈的搅拌反而 会打碎已凝聚的絮状沉淀物,不利于混凝沉淀,所以此阶段搅拌的强度和水流速度应随絮凝体的 结大而降低 2.混凝剂 (1)混凝剂的分类 混凝剂可分为无机混凝剂、有机混凝剂和高分子混凝剂三类。国内多采用铝、铁盐类无机混 凝剂。有机和高分子混凝剂近年来也有很大发展,作用远比无机混凝剂优越,特别是高分子混凝 剂由于具有以下优点而日益受到重视 ①生成的絮凝物大、易沉降分离 ②生成的絮凝物强度大、不易被破坏 ③生成的污泥量少,污泥的沉降、脱水性能良好 ④用量小(为无机凝聚剂的1/30~1200) ⑤不易受pH、温度、共同存在的其它盐类的影响 ⑥和无机混凝剂并用,可取得更好的效果 (2)混凝剂的选择及应用条件 混凝剂的选择及使用量要根据废水的具体性质而定,总的原则是所用的混凝剂必须价廉、易 得,使用量少,效率高。生成的混凝物易沉降分离。使用无机混凝剂时要注意其适用的pH值范 围,一般在投加无机盐混凝剂后再添加pH值调节剂。对高分子混凝剂,为了充分发挥其在水中 的化学架桥作用,应选用能在水中均匀分散;溶解,具有吸附活性基因(非离子型、阳离子型和 阴离子型三类)的高分子化合物、水溶性高分子化合物。为了使其在水中处于较大的分散状态 般先用纯水或软水溶解配成一定浓度的溶液,然后再加到待处理废水中去。因为这些高分子化合 物往往会受到水质(如含有钙、铁盐和氧化剂的废水)的影响。使分子的扩散和离子基的离解受到 抑制,处理效果下降 铝盐、铁盐和聚丙烯酰胺是常用的几种混凝剂。 3.助凝剂 有时当单用混凝剂不能取得较好的效果时,可以投加某种称为助凝剂的辅助药剂来调节、改 善混凝条件,提高处理效果。助凝剂主要起以下几个作用:①通过投加酸性或碱性物质来调整 pH值;②投加活化硅胶、骨胶、PAM等改善絮凝体结构.利用高分子助凝剂的吸附架桥作用以 增强絮凝体的密实性和沉降性能。③投加氯、臭氧等氧化剂,在采用FeSO4时,可将Fe2氧化 为Fe,当废水中有机物过高时,也可使其氧化分解,破坏其干扰或使胶体脱稳,以提高混凝效 舜°常用的助凝剂有PAM、活化硅胶、骨胶、海藻酸钠、氯气、氧化钙等
影响混凝效果的因素 (1)废水的 pH 值 水的 pH 值能影响颗粒表面的电荷和絮体的沉淀过程，它是一个很重要的 参数。经验表明，对某一种废水，每一种混凝剂都有一个合适的 pH 值范围，在此范围内，经混 合凝聚后废水的残余浊度最小。所以 pH 值对混凝的影响视混凝剂品种而异。例如，以硫酸铝为 混凝剂时，当 pH 在 5.7~7.8 范围内时，形成带正电荷的离子和胶体，如 Al(OH)2+、Al(OH)+ 和 Al(OH)3 等，有较好的混凝效果。若 pH 值>8.2 时，则会使 Al(OH)3 胶体溶解，产生负离子， Al(OH)3++OH- ＝AlO2 - +2H2O，对含有负电荷胶体的废水则不起凝聚作用，影响处理效果。而用 三价铁盐时，pH 值在 6.0~8.4 之间都有较好的处理效果。 (2)水温 水温对混凝效果有明显的影响，无机盐类混凝剂的水解是吸热反应，水温低不利 于水解进行，特别是硫酸铝，当水温低于 5℃时，水解速度极慢。同时水温低，粘度大，也不利 于脱稳胶粒的相互絮凝，影响处理效果。这时可投加高分子助凝剂以改善处理效果，或用气浮法 代替沉淀法作为后续处理过程。 (3)废水中杂质成分、性质、浓度 例如天然水中含粘土类杂质为主，需投加混凝剂量较小， 而废水中含大量的有机物时，需加入较多的混凝剂才有混凝效果。废水中杂质的影响较为复杂， 实际应用时，还应以实验结果为依据来选择混凝剂和确定投加量。 (4)搅拌 搅拌对混合、反应、凝聚几个阶段都有影响，因此，搅拌—定要适度。一般在混 凝剂混合阶段，要求快速、剧烈的搅拌，以使混凝剂迅速、均匀地扩散到全部水中，创造良好的 水解和聚合条件，使胶体脱稳并借助颗粒的布朗运动和湍动的水流凝聚，此阶段不要求形成大的 絮凝体。在混凝反应阶段，要求形成大而具有良好沉淀性能的絮凝体，此时过于激烈的搅拌反而 会打碎已凝聚的絮状沉淀物，不利于混凝沉淀，所以此阶段搅拌的强度和水流速度应随絮凝体的 结大而降低。 2. 混凝剂 (1) 混凝剂的分类 混凝剂可分为无机混凝剂、有机混凝剂和高分子混凝剂三类。国内多采用铝、铁盐类无机混 凝剂。有机和高分子混凝剂近年来也有很大发展，作用远比无机混凝剂优越，特别是高分子混凝 剂由于具有以下优点而日益受到重视。 ①生成的絮凝物大、易沉降分离； ②生成的絮凝物强度大、不易被破坏； e 生成的污泥量少，污泥的沉降、脱水性能良好； f用量小(为无机凝聚剂的 1/30～1/200)； g不易受 pH、温度、共同存在的其它盐类的影响； h和无机混凝剂并用,可取得更好的效果。 (2) 混凝剂的选择及应用条件 混凝剂的选择及使用量要根据废水的具体性质而定，总的原则是所用的混凝剂必须价廉、易 得，使用量少，效率高。生成的混凝物易沉降分离。使用无机混凝剂时要注意其适用的 pH 值范 围，一般在投加无机盐混凝剂后再添加 pH 值调节剂。对高分子混凝剂，为了充分发挥其在水中 的化学架桥作用，应选用能在水中均匀分散；溶解，具有吸附活性基因(非离子型、阳离子型和 阴离子型三类)的高分子化合物、水溶性高分子化合物。为了使其在水中处于较大的分散状态．一 般先用纯水或软水溶解配成一定浓度的溶液，然后再加到待处理废水中去。因为这些高分子化合 物往往会受到水质(如含有钙、铁盐和氧化剂的废水)的影响。使分子的扩散和离子基的离解受到 抑制，处理效果下降。 铝盐、铁盐和聚丙烯酰胺是常用的几种混凝剂。 3. 助凝剂 有时当单用混凝剂不能取得较好的效果时，可以投加某种称为助凝剂的辅助药剂来调节、改 善混凝条件，提高处理效果。助凝剂主要起以下几个作用：①通过投加酸性或碱性物质来调整 pH 值；②投加活化硅胶、骨胶、PAM 等改善絮凝体结构．利用高分子助凝剂的吸附架桥作用以 增强絮凝体的密实性和沉降性能。e 投加氯、臭氧等氧化剂，在采用 FeSO4时，可将 Fe2+氧化 为 Fe3+，当废水中有机物过高时，也可使其氧化分解，破坏其干扰或使胶体脱稳，以提高混凝效 果。 常用的助凝剂有 PAM、活化硅胶、骨胶、海藻酸钠、氯气、氧化钙等
、氧化还原 通过化学药剂与废水中的污染物进行氧化还原反应,从而将废水中的有毒有害污染物转化为 无毒或者低毒物质的方法称为氧化还原法 在氧化还原反应中,参加化学反应的原子或离子有电子得失,因而引起化合价的升高或降低 失去电子的过程叫氧化,得到电子的过程叫还原 根据有毒有害物质在氧化还原反应中被氧化或还原的不同,废水中的氧化还原法又可分为药 剂氧化法和药剂还原法两大类。在废水处理中常采用的氧化剂有:空气中的氧、纯氧、臭氧、氯 气、漂白粉、次氮酸钠、三氯化铁等。常用的还原剂有:硫酸亚铁、氯化亚铁、铁屑、锌粉、二 氧化硫等 药剂氧化法中常用的方法有臭氧氧化法、氯氧化法、高锰酸钾氧化法等 臭氧的氧化性在天然元素中仅次于氟,可分解一般氧化剂难于破坏的有机物,并且不产生 次污染。因此广泛地用于消毒、除臭、脱色以及除酚、氰、铁、锰等。臭氧氧化处理系统中的主 要设备是臭氧接触反应器。 在氯氧化法中的氯系氧化剂包括氯气、氯的含氧酸及其钠盐、钙盐和二氧化氯。除了用于消 毒外,氯氧化法还可用于氧化废水中的某些有机物和还原性物质,如氰化物、硫化物、酚、醇、 醛、油类,以及用于废水的脱色、除臭等。例如氧化氰化物。在pH值大于8.5的碱性条件下用 氯气进行氧化,可将氰化物氧化成无毒物质。化学反应式如下: CN"+2OH+Cl->CNO +2CI+HO 2CNO+4OH+3C1=6CI+N2+2H, O+2CO, 高锰酸钾氧化法主要用于去除废水中的酚、二氧化硫、H2S等。在饮用水的处理中,这种方 法主要用来杀灭藻类、除臭、除味、除铁、除锰等。该法的优点是处理后的水没有异味,氧化剂 容易投配。主要缺点是处理成本高。 药剂还原法主要用于处理含铬、含汞废水。 通过还原可将六价铬转化为三价铬,大大减小了铬的毒性。还原过程是,在酸性条件下,向 含铬废水中投加亚硫酸氢钠,将六价铬还原为三价铬。随后投加石灰或氢氧化钠,生成氢氧化铬 沉淀。将沉淀物从废水中分离出来,达到处理的目的。化学反应如下 2H, Cr, O,+6NaHSO3 +3H, SO4>2Cr, (So4)3+3Na2 SO4+8H,O Cr, (SO)+3Ca(OH),,2Cr(OH)v+3CaSO C(SO,)3+6NaOH→2CrOH)3↓+3Na2SO 实际中常用金属还原剂来处理含汞废水,废水中的汞离子被还原为金属汞而析出,金属本身 被氧化为离子而进入水中。可用于还原汞的金属有铁粉、锌粉、铜粉和铝粉等。以铁粉为例,发 生如下化学反应: Fe+H Fe2+Hg↓ 三、化学中和 1.废水的中和处理 中和法就是使废水进行酸碱的中和反应,调节废水的酸碱度(pH值),使其呈中性或接近中 性或适宜于下步处理的pH值范围。如,以生物处理而言,需将处理系统中废水的pH值维持在 65~85之间,以便确保最佳的生物活力 酸碱废水的来源很广,化工厂、化学纤维厂、金属酸洗与电镀厂等及制酸或用酸过程中,都 排出大量的酸性废水。有的含无机酸如硫酸、盐酸等:有的含有机酸如醋酸等;也有的是几种酸 并存的情况。酸具有强腐蚀性,碱危害程度较小,但在排至水体或进入其它处理设施前,均须对 酸碱废液先进行必要的回收,再对低浓度的酸碱废水进行适当地中和处理。通常废水中除含有酸 或碱以外,往往还含有悬浮物、金属盐类、有机物等杂质,影响了酸、碱废水的回收与处理 2.处理方法与设备 通常采用的废水中和方法有均衡法和pH值直接控制法 (1)均衡法以酸性废水和碱性废水混合中和为目的,即在均衡池中将酸性和碱性废水相
二、氧化还原 通过化学药剂与废水中的污染物进行氧化还原反应，从而将废水中的有毒有害污染物转化为 无毒或者低毒物质的方法称为氧化还原法。 在氧化还原反应中，参加化学反应的原子或离子有电子得失，因而引起化合价的升高或降低。 失去电子的过程叫氧化，得到电子的过程叫还原。 根据有毒有害物质在氧化还原反应中被氧化或还原的不同，废水中的氧化还原法又可分为药 剂氧化法和药剂还原法两大类。在废水处理中常采用的氧化剂有：空气中的氧、纯氧、臭氧、氯 气、漂白粉、次氮酸钠、三氯化铁等。常用的还原剂有：硫酸亚铁、氯化亚铁、铁屑、锌粉、二 氧化硫等。 药剂氧化法中常用的方法有臭氧氧化法、氯氧化法、高锰酸钾氧化法等。 臭氧的氧化性在天然元素中仅次于氟，可分解一般氧化剂难于破坏的有机物，并且不产生二 次污染。因此广泛地用于消毒、除臭、脱色以及除酚、氰、铁、锰等。臭氧氧化处理系统中的主 要设备是臭氧接触反应器。 在氯氧化法中的氯系氧化剂包括氯气、氯的含氧酸及其钠盐、钙盐和二氧化氯。除了用于消 毒外，氯氧化法还可用于氧化废水中的某些有机物和还原性物质，如氰化物、硫化物、酚、醇、 醛、油类，以及用于废水的脱色、除臭等。例如氧化氰化物。在 pH 值大于 8.5 的碱性条件下用 氯气进行氧化，可将氰化物氧化成无毒物质。化学反应式如下： - - - - 2 2 - - - 2 2 2 CN +2OH +Cl CNO +2Cl +H O 2CNO +4OH +3Cl =6Cl +N +2H O+2CO → 2 高锰酸钾氧化法主要用于去除废水中的酚、二氧化硫、H2S 等。在饮用水的处理中，这种方 法主要用来杀灭藻类、除臭、除味、除铁、除锰等。该法的优点是处理后的水没有异味，氧化剂 容易投配。主要缺点是处理成本高。 药剂还原法主要用于处理含铬、含汞废水。 通过还原可将六价铬转化为三价铬，大大减小了铬的毒性。还原过程是，在酸性条件下，向 含铬废水中投加亚硫酸氢钠，将六价铬还原为三价铬。随后投加石灰或氢氧化钠，生成氢氧化铬 沉淀。将沉淀物从废水中分离出来，达到处理的目的。化学反应如下： 2 2 7 3 2 4 2 4 3 2 4 2 2 4 3 2 3 4 2 4 3 3 2 4 2H Cr O +6NaHSO +3H SO 2Cr (SO ) +3Na SO +8H O Cr (SO ) +3Ca(OH) 2Cr(OH) +3CaSO Cr (SO ) +6NaOH 2Cr(OH) +3Na SO → → ↓ → ↓ 实际中常用金属还原剂来处理含汞废水，废水中的汞离子被还原为金属汞而析出,金属本身 被氧化为离子而进入水中。可用于还原汞的金属有铁粉、锌粉、铜粉和铝粉等。以铁粉为例，发 生如下化学反应： 2+ 2+ Fe+Hg → ↓ Fe +Hg 三、化学中和 1. 废水的中和处理 中和法就是使废水进行酸碱的中和反应，调节废水的酸碱度(pH 值)，使其呈中性或接近中 性或适宜于下步处理的 pH 值范围。如，以生物处理而言，需将处理系统中废水的 pH 值维持在 6.5～8.5 之间，以便确保最佳的生物活力。 酸碱废水的来源很广，化工厂、化学纤维厂、金属酸洗与电镀厂等及制酸或用酸过程中，都 排出大量的酸性废水。有的含无机酸如硫酸、盐酸等；有的含有机酸如醋酸等；也有的是几种酸 并存的情况。酸具有强腐蚀性，碱危害程度较小，但在排至水体或进入其它处理设施前，均须对 酸碱废液先进行必要的回收，再对低浓度的酸碱废水进行适当地中和处理。通常废水中除含有酸 或碱以外，往往还含有悬浮物、金属盐类、有机物等杂质，影响了酸、碱废水的回收与处理。 2. 处理方法与设备 通常采用的废水中和方法有均衡法和 pH 值直接控制法。 （1）均衡法 以酸性废水和碱性废水混合中和为目的，即在均衡池中将酸性和碱性废水相
混合。由于工业废水的水量和水质一般是不均衡的,往往随生产的变化而变化。为了进行水量的 调节和水质的均和,减小高峰流量和高浓度废水的影响,需设置足够容积的均衡池作为预处理的 种设施或中和设备。若废水中和后达不到规定的pH值时,还需稍加废酸或废碱进行适当的调 (2)pH值直接控制法常用的方法有酸碱废水相互中和、投药中和和过滤中和法等 酸性废水的中和:对于酸性废水,常用药剂法和过滤法进行中和。 投药中和法所采用的药剂有石灰、废碱、石灰石和电石渣等,但最常用的是将石灰制成乳液 湿投,石灰石粉碎成细粒后干投。处理流程中包括废水调节池、石灰乳配制槽或石灰石粉碎机 投药装置、混合反应池、沉淀池以及污泥干化床等。在混合反应池中,应进行必要的搅拌,防止 产生的沉渣容积约为废水量的10~15%,沉渣含水率为90~95%,故应在干化床上脱水干化。 投药中和法,因其劳动条件较差、处理成本高、污泥较多、脱水麻烦等原因,故只在酸性废水中 含有重金属盐类、有机物或有廉价的中和剂时方才采用 过滤中和法常以粒状的石灰石、大理石、白云石或电石渣等作为中和的滤料,酸性废水通过 滤料进行中和过滤。中和硫酸废水时,宜采用白云石滤料。主要设备有:普通中和滤池,有升流 式和降流式两种,滤层厚1.0~1.5m,滤料粒径3~8cm;等速升流式膨胀中和滤池,石灰石滤料 及废水分别从池的顶部和底部进入,滤料粒径为0.5~3mm;高滤速(60~70m/h)或高速变速升流 膨胀中和滤池,滤料粒径0.5~6mm,可以做到大颗粒不结垢,小颗粒不流失,加之废水升流式 流动与产生二氧化碳气体的作用,使滤料膨胀,并互相碰撞及磨擦表面的不断更新,对酸性废水 处理的效果很好;滚筒式中和器,石灰石滤料置于旋转滚筒中与酸性废水进行中和 碱性废水的中和:碱性废水常用废酸或酸性废水中和或与烟道气中和 投酸中和法是采用废强酸或酸性废水进行中和处理,所用设备和中和程序与酸性废水中和法 相同 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形成的酸中和碱性废水。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。 第二节第四节物理化学处理方法 高子交换 离子交换法是水质软化和去除水中盐的主要方法。在废水处理中用来去除金属离子和一些非 金属离子。例如,可去除废水中的钙、镁、钾、钠离子以及氯离子、硫酸根离子等。这种方法的 实质是利用不可溶解的离子化合物(称为离子交换树脂)上的可交换离子或基团与水中其它同性 离子进行离子交换反应,类似化学中的置换反应。这种离子交换过程是可逆的。当离子交换树脂 工作一段时间后,树脂被废水中的离子所饱和,不能继续交换时,可利用树脂交换过程可逆的性 质,对树脂进行再生以恢复交换的能力 离子交换树脂是采用高分子聚合物制成的,外观呈不透明或半透明的多孔状小球颗粒。其颜 色有乳白、淡黄或棕褐色,树脂粒径一般为0、3~1.2毫米。离子交换树脂含有大量可以离解的活 性基团,在水中这些活性基团离解后可与水中的其它离子进行等当量的交换。离子交换树脂根据 活性基团的性质可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两大类 阳离子交换树脂的活性基团一般是酸性的,用于交换废水中的阳离子,如果以R来表示离 子交换树脂的母体,H表示树脂上可置换的离子,M表示废水中的阳离子,阳离子的交换过程 可表示为 RH+M+→RM+H+ 阴离子交换树脂的活性基团是碱性的,用于阴离子交换,这类树脂的母体若用R来表示, OH表示树脂上可置换的离子,如废水中的阴离子为N,其交换过程可表示为 R(OH+N-→>RN+OH 当离子交换树脂达到饱和时,可向树脂中通入某种电解质,将被吸附的离子交换下来,使树 脂得到再生。一般用强酸性(或电解质)溶液对阳离子交换树脂进行再生,用强碱溶液对阴离子交
混合。由于工业废水的水量和水质一般是不均衡的，往往随生产的变化而变化。为了进行水量的 调节和水质的均和，减小高峰流量和高浓度废水的影响，需设置足够容积的均衡池作为预处理的 一种设施或中和设备。若废水中和后达不到规定的 pH 值时，还需稍加废酸或废碱进行适当的调 节。 （2）pH 值直接控制法 常用的方法有酸碱废水相互中和、投药中和和过滤中和法等。 酸性废水的中和：对于酸性废水，常用药剂法和过滤法进行中和。 投药中和法所采用的药剂有石灰、废碱、石灰石和电石渣等，但最常用的是将石灰制成乳液 湿投，石灰石粉碎成细粒后干投。处理流程中包括废水调节池、石灰乳配制槽或石灰石粉碎机、 投药装置、混合反应池、沉淀池以及污泥干化床等。在混合反应池中，应进行必要的搅拌，防止 石灰渣的沉淀。同时，废水在其中的停留时间一般不大于 5min。沉淀池中的废水，可停留 1～2h， 产生的沉渣容积约为废水量的 10～15%，沉渣含水率为 90～95%，故应在干化床上脱水干化。 投药中和法，因其劳动条件较差、处理成本高、污泥较多、脱水麻烦等原因，故只在酸性废水中 含有重金属盐类、有机物或有廉价的中和剂时方才采用。 过滤中和法常以粒状的石灰石、大理石、白云石或电石渣等作为中和的滤料，酸性废水通过 滤料进行中和过滤。中和硫酸废水时，宜采用白云石滤料。主要设备有：普通中和滤池，有升流 式和降流式两种，滤层厚 1.0～1.5m，滤料粒径 3～8cm;等速升流式膨胀中和滤池，石灰石滤料 及废水分别从池的顶部和底部进入，滤料粒径为 0.5～3mm；高滤速(60～70m/h)或高速变速升流 膨胀中和滤池，滤料粒径 0.5～6mm，可以做到大颗粒不结垢，小颗粒不流失，加之废水升流式 流动与产生二氧化碳气体的作用，使滤料膨胀，并互相碰撞及磨擦表面的不断更新，对酸性废水 处理的效果很好；滚筒式中和器，石灰石滤料置于旋转滚筒中与酸性废水进行中和。 碱性废水的中和：碱性废水常用废酸或酸性废水中和或与烟道气中和。 投酸中和法是采用废强酸或酸性废水进行中和处理，所用设备和中和程序与酸性废水中和法 相同。 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形成的酸中和碱性废水。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。 第二节 第四节 物理化学处理方法 一、离子交换 离子交换法是水质软化和去除水中盐的主要方法。在废水处理中用来去除金属离子和一些非 金属离子。例如，可去除废水中的钙、镁、钾、钠离子以及氯离子、硫酸根离子等。这种方法的 实质是利用不可溶解的离子化合物(称为离子交换树脂)上的可交换离子或基团与水中其它同性 离子进行离子交换反应，类似化学中的置换反应。这种离子交换过程是可逆的。当离子交换树脂 工作一段时间后，树脂被废水中的离子所饱和，不能继续交换时，可利用树脂交换过程可逆的性 质，对树脂进行再生以恢复交换的能力。 离子交换树脂是采用高分子聚合物制成的，外观呈不透明或半透明的多孔状小球颗粒。其颜 色有乳白、淡黄或棕褐色，树脂粒径一般为 0.3～1.2 毫米。离子交换树脂含有大量可以离解的活 性基团，在水中这些活性基团离解后可与水中的其它离子进行等当量的交换。离子交换树脂根据 活性基团的性质可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两大类。 阳离子交换树脂的活性基团一般是酸性的，用于交换废水中的阳离子，如果以 R 来表示离 子交换树脂的母体，H+ 表示树脂上可置换的离子，M+ 表示废水中的阳离子，阳离子的交换过程 可表示为： RH M RM H + + + → + 阴离子交换树脂的活性基团是碱性的，用于阴离子交换，这类树脂的母体若用 R 来表示， OH- 表示树脂上可置换的离子，如废水中的阴离子为 N- ，其交换过程可表示为： R( ) OH N RN OH − − + → + 当离子交换树脂达到饱和时，可向树脂中通入某种电解质，将被吸附的离子交换下来，使树 脂得到再生。一般用强酸性(或电解质)溶液对阳离子交换树脂进行再生，用强碱溶液对阴离子交
换树脂进行再生。例如,用HCl和NaOH分别对阳阴树脂进行再生,其过程可表示为: 阳离子树脂再生RM+HCl→RH+MCl 阴离子树脂再生RN+NaOH (OHHNaN 在再生过程中,被树脂吸附的废水中的离子转移到再生液中,因此用离子交换法时,还必须 考虑再生液的处置。 离子交换法的主要设备是离子交换柱,它是用耐腐蚀的金属材料制造的密闭容器,离子交换 柱中放有离子交换树脂 目前离子交换法广泛地用于去除废水中的有害离子。如水质软化中就用钠型阳离子交换柱来 去除水中的钙、镁离子。当要求既去除废水中的阳离子又去除废水中的阴离子时,则要用阳离子 交换柱和阴离子交换柱串联工艺 、吸附 固体表面的分子或原子因受力不均衡而具有剩余的表面能,当某些物质碰撞固体表面时,受 到这些不平衡力的吸引而停留在固体表面上,这就是吸附。这里的固体称吸附剂。被固体吸附的 物质称吸附质。吸附的结果是吸附质在吸附剂上浓集,吸附剂的表面能降低 利用吸附作用进行物质分离已有漫长的历史。在水处理领域,吸附法主要用以脱除水中的微 量污染物,应用范围包括脱色,除臭味,脱除重金属、各种溶解性有机物、放射性元素等。在处 理流程中。吸附法可作为离子交换、膜分离等方法的预处理,以去除有机物、胶体物及余氯等 也可以作为二级处理后的深度处理手段,以保证回用水的质量。 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、吸附剂可重复使 用等优点,但对进水预处理要求较高,运转费用较高,系统庞大,操作较麻烦。 (一)、吸附机理及分类 溶质从水中移向固体颗粒表面,发生吸附,是水、溶质和固体颗粒三者相互作用的结果。引 起吸附的主要原因在于溶质对水的疏水特性和溶质对固体颗粒的高度亲合力。溶质的溶解程度是 确定第一种原因的重要因素。溶质的溶解度越大,则向表面运动的可能性越小。相反,溶质的憎 水性越大,向吸附接口移动的可能性越大。吸附作用的第二种原因主要由溶质与吸附剂之间的静 电引力、范德华引力或化学键力所引起。与此相对应,可将吸附分为三种基本类型 (1)交换吸附指溶质的离子由于静电引力作用聚集在吸附剂表面的带电点上,并置换出原 先固定在这些带电点上的其它离子。通常离子交换属此范围(见第八章)。影响交换吸附势的重要 因素是离子电荷数和水合半径的大小 (2)物理吸附指溶质与吸附剂之间由于分子间力(范德华力)而产生的吸附。其特点是没有选 择性,吸附质并不固定在吸附剂表面的特定位置上,而多少能在接口范围内自由移动,因而其吸 附的牢固程度不如化学吸附。物理吸附主要发生在低温状态下,过程放热较小,约42kJ/mol或 更少,可以是单分子层或多分子层吸附。影响物理吸附的主要因素是吸附剂的比表面积和细孔分 (3)化学吸附指溶质与吸附剂发生化学反应,形成牢固的吸附化学键和表面络合物,吸附 质分于不能在表面自由移动。吸附时放热量较大,与化学反应的反应热相近,约84~420kJ/mola 化学吸附有选择性,即一种吸附剂只对某种或特定几种物质有吸附作用,一般为单分子层吸附 通常需要一定的话化能,在低温时,吸附速度较小。这种吸附与吸附剂的表面化学性质和吸附质 的化学性质有密切的关系 物理吸附后再生容易,且能回收吸附质。化学吸附因结合牢固,再生较因难,必须在高温下 才能脱附,脱附下来的可能还是原吸附质,也可能是新的物质。利用化学吸附处理毒性很强的污 染物更安全。 在实际的吸附过程中,上述几类吸附往往同时存在,难于明确区分。例如某些物质分子在物 理吸附后,其化学键被拉长,甚至拉长到改变这个分子的化学性质。物理吸附和化学吸附在一定 条件下也是可以互相转化的。同一物质,可能在较低温度下进行物理吸附,而在较高温度下所经 历的往往又是化学吸附 (二)、吸附平衡与吸附等温式 1.吸附平衡 吸附过程中,固液两相经过充分的接触后,最终将达到吸附与脱附的动态平衡。达到平衡时, 单位吸附剂所吸附的物质的数量称为平衡吸附量,常用q(mg!g)表示。对一定的吸附体系,平衡
换树脂进行再生。例如，用 HCl 和 NaOH 分别对阳阴树脂进行再生，其过程可表示为： 阳离子树脂再生 RM+HCl → RH+MCl 阴离子树脂再生 RN+NaOH → R(OH)+NaN 在再生过程中，被树脂吸附的废水中的离子转移到再生液中，因此用离子交换法时，还必须 考虑再生液的处置。 离子交换法的主要设备是离子交换柱，它是用耐腐蚀的金属材料制造的密闭容器，离子交换 柱中放有离子交换树脂。 目前离子交换法广泛地用于去除废水中的有害离子。如水质软化中就用钠型阳离子交换柱来 去除水中的钙、镁离子。当要求既去除废水中的阳离子又去除废水中的阴离子时，则要用阳离子 交换柱和阴离子交换柱串联工艺。 二、吸附 固体表面的分子或原子因受力不均衡而具有剩余的表面能，当某些物质碰撞固体表面时，受 到这些不平衡力的吸引而停留在固体表面上，这就是吸附。这里的固体称吸附剂。被固体吸附的 物质称吸附质。吸附的结果是吸附质在吸附剂上浓集，吸附剂的表面能降低。 利用吸附作用进行物质分离已有漫长的历史。在水处理领域，吸附法主要用以脱除水中的微 量污染物，应用范围包括脱色，除臭味，脱除重金属、各种溶解性有机物、放射性元素等。在处 理流程中。吸附法可作为离子交换、膜分离等方法的预处理，以去除有机物、胶体物及余氯等； 也可以作为二级处理后的深度处理手段，以保证回用水的质量。 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、吸附剂可重复使 用等优点，但对进水预处理要求较高，运转费用较高，系统庞大，操作较麻烦。 （一）、吸附机理及分类 溶质从水中移向固体颗粒表面，发生吸附，是水、溶质和固体颗粒三者相互作用的结果。引 起吸附的主要原因在于溶质对水的疏水特性和溶质对固体颗粒的高度亲合力。溶质的溶解程度是 确定第一种原因的重要因素。溶质的溶解度越大，则向表面运动的可能性越小。相反，溶质的憎 水性越大，向吸附接口移动的可能性越大。吸附作用的第二种原因主要由溶质与吸附剂之间的静 电引力、范德华引力或化学键力所引起。与此相对应，可将吸附分为三种基本类型。 (1)交换吸附 指溶质的离子由于静电引力作用聚集在吸附剂表面的带电点上，并置换出原 先固定在这些带电点上的其它离子。通常离子交换属此范围(见第八章)。影响交换吸附势的重要 因素是离子电荷数和水合半径的大小。 (2)物理吸附 指溶质与吸附剂之间由于分子间力(范德华力)而产生的吸附。其特点是没有选 择性，吸附质并不固定在吸附剂表面的特定位置上，而多少能在接口范围内自由移动，因而其吸 附的牢固程度不如化学吸附。物理吸附主要发生在低温状态下，过程放热较小，约 42kJ/mol 或 更少，可以是单分子层或多分子层吸附。影响物理吸附的主要因素是吸附剂的比表面积和细孔分 布。 (3)化学吸附 指溶质与吸附剂发生化学反应，形成牢固的吸附化学键和表面络合物，吸附 质分于不能在表面自由移动。吸附时放热量较大，与化学反应的反应热相近，约 84～420kJ/mol。 化学吸附有选择性，即一种吸附剂只对某种或特定几种物质有吸附作用，一般为单分子层吸附。 通常需要一定的话化能，在低温时，吸附速度较小。这种吸附与吸附剂的表面化学性质和吸附质 的化学性质有密切的关系。 物理吸附后再生容易，且能回收吸附质。化学吸附因结合牢固，再生较因难，必须在高温下 才能脱附，脱附下来的可能还是原吸附质，也可能是新的物质。利用化学吸附处理毒性很强的污 染物更安全。 在实际的吸附过程中，上述几类吸附往往同时存在，难于明确区分。例如某些物质分子在物 理吸附后，其化学键被拉长，甚至拉长到改变这个分子的化学性质。物理吸附和化学吸附在一定 条件下也是可以互相转化的。同一物质，可能在较低温度下进行物理吸附，而在较高温度下所经 历的往往又是化学吸附。 （二）、吸附平衡与吸附等温式 1. 吸附平衡 吸附过程中，固液两相经过充分的接触后，最终将达到吸附与脱附的动态平衡。达到平衡时， 单位吸附剂所吸附的物质的数量称为平衡吸附量，常用 qc(mg/g)表示。对一定的吸附体系，平衡
吸附量是吸附质浓度和温度的函数。为了确定吸附剂对某种物质的吸附能力,需进行吸附试验 将一组不同数量的吸附剂与一定容积的已知溶质初始浓度的溶液相混合,在选定温度下使之达到 平衡。分离吸附剂后,测定液相的最终溶质浓度。根据其浓度变化,分别按下式算出平衡吸附量: V(Co-Ce) (8-1) 式中V溶液体积,L C0,C-分别为溶质的初始和平衡浓度,mgL W一吸附剂量,g 显然,平衡吸附量越大,单位吸附剂处理的水量越大。将平衡吸附量q与相应的平衡浓度 C作图,得吸附等温线 根据试验,可将吸附等温线归纳为如图8-12所示的五种类型。Ⅰ型的特征是吸附量有一极 限值。可以理解为吸附剂的所有表面都发生单分子层吸附,达到饱和时,吸附量趋于定值。Ⅱ型 是非常普通的物理吸附,相当于多分子层吸附,吸附质的极限值对应与物质的溶解度。Ⅲ型相当 少见,其特征是吸附热等于或小于纯吸附质的溶解热。Ⅳ型及Ⅴ型反映了毛细管冷凝现象和孔容 的限制,出于在达到饱和浓度之前吸附就达到平衡,因而显出滞后效应。 图8-12物理吸附的五种吸附等温线 描述吸附等温线的数学表达式称为吸附等温式。常用的有 Langmuir等温式、BET等温式和 Freundlich等温式。下面介绍 Langmuir等温式 2. Langmuir等温式 angmar假设吸附剂表面均一,各处的吸附能相同;吸附是单分子层的,当吸附剂表面为 吸附质饱和时,其吸附量达到最大值:在吸附剂表面上的各个吸附点间没有吸附质转移运动;达 动态平衡状态时,吸附和脱附速度相等。 由动力学方法推导出平衡吸附量qe与液相平衡浓度C的关系为 q (8-2) 式中a最大吸附量有关的常数 b与吸附能有关的常数 为计算方便,变换式(8-2)得两种线性表达式 q。abC C.+ (8-4) 根据吸附实验资料,按上式作图可求a,b值。式(8-3)适用于C值小于1的情况,而式(8-4) 则适用于C值较大的情况,因为这样便于作图。 由式82)可见,当吸附量很少时,即当bgC=1时,9.=abC,即q与C成正比,等温 线近似于一直线 当吸附量很大时,即当bg。?1时,=a,即平衡吸附量接近于定值,等温线趋向水平 Langmuir模型适合于描述图8-12中第I类等温线。应当指出,推导该模型的基本假定并不 是严格正确的。它只能解释单分子层吸附(化学吸附)的情况。尽管如此, Langmuir等温式仍不失 为—个重要的吸附等温式,它的推导第一次对吸附机理作了形象的描述,为以后的吸附模型的建
吸附量是吸附质浓度和温度的函数。为了确定吸附剂对某种物质的吸附能力，需进行吸附试验： 将一组不同数量的吸附剂与一定容积的已知溶质初始浓度的溶液相混合，在选定温度下使之达到 平衡。分离吸附剂后，测定液相的最终溶质浓度。根据其浓度变化，分别按下式算出平衡吸附量： 0 ( )e e V C C q W − = （8-1） 式中 V—溶液体积，L； C0，Ce-分别为溶质的初始和平衡浓度，mg/L； W－吸附剂量，g。 显然，平衡吸附量越大，单位吸附剂处理的水量越大。将平衡吸附量 qc 与相应的平衡浓度 Ce作图，得吸附等温线。 根据试验，可将吸附等温线归纳为如图 8-12 所示的五种类型。Ⅰ型的特征是吸附量有一极 限值。可以理解为吸附剂的所有表面都发生单分子层吸附，达到饱和时，吸附量趋于定值。Ⅱ型 是非常普通的物理吸附，相当于多分子层吸附，吸附质的极限值对应与物质的溶解度。Ⅲ型相当 少见，其特征是吸附热等于或小于纯吸附质的溶解热。Ⅳ型及Ⅴ型反映了毛细管冷凝现象和孔容 的限制，出于在达到饱和浓度之前吸附就达到平衡，因而显出滞后效应。 描述吸附等温线的数学表达式称为吸附等温式。常用的有 Langmuir 等温式、B.E.T.等温式和 Freundlich 等温式。下面介绍 Langmuir 等温式。 图 8-12 物理吸附的五种吸附等温线 2. Langmuir 等温式 Langmuir 假设吸附剂表面均一，各处的吸附能相同；吸附是单分子层的，当吸附剂表面为 吸附质饱和时，其吸附量达到最大值；在吸附剂表面上的各个吸附点间没有吸附质转移运动；达 动态平衡状态时，吸附和脱附速度相等。 由动力学方法推导出平衡吸附量 qe与液相平衡浓度 Ce的关系为 1 e e e abC q bC = + （8-2） 式中 a-最大吸附量有关的常数； b-与吸附能有关的常数。 为计算方便，变换式(8-2)得两种线性表达式： 1 1 1 e e q ab C = + 1 a （8-3） 1 1 e e e C C q a a = + b e （8-4） 根据吸附实验资料，按上式作图可求 a，b 值。式（8-3)适用于 Ce值小于 1 的情况，而式(8-4) 则适用于 Ce值较大的情况，因为这样便于作图。 由式(8-2)可见，当吸附量很少时，即当b Cg =e 1时， e q a = bC ，即 qe与 Ce成正比，等温 线近似于一直线。 当吸附量很大时，即当b C 时，q 1 e g ? e=a，即平衡吸附量接近于定值，等温线趋向水平。 Langmuir 模型适合于描述图 8-12 中第 I 类等温线。应当指出，推导该模型的基本假定并不 是严格正确的。它只能解释单分子层吸附(化学吸附)的情况。尽管如此，Langmuir 等温式仍不失 为—个重要的吸附等温式，它的推导第一次对吸附机理作了形象的描述，为以后的吸附模型的建