水處理方法之化學處理方法

廢水的化學處理是利用化學反應的原理及方法來分離回收廢水中的污染物，或是改變它們的性質(zhì)，使其無害化的一種處理方法?；瘜W法處理的對象主要是廢水中可溶解的無機物和難以生物降解的有機物或膠體物質(zhì)。

本章主要介紹化學處理法中常用的化學混凝法、中和法、化學沉淀法、氧化還原法和電化學法。

一、混凝

（一）化學混凝法

化學混凝法簡稱混凝法，在廢水處理中可以用于預處理、中間處理和深度處理的各個階段。它除了除濁、除色之外，對高分子化合物、動植物纖維物質(zhì)、部分有機物質(zhì)、油類物質(zhì)、微生物、某些表面活性物質(zhì)、農(nóng)藥，汞、鎘、鉛等重金屑都有一定的**作用．所以它在廢水處理中的應用十分廣泛。

混凝法的優(yōu)點是：設(shè)備費用低、處理效果好，操作管理簡單。缺點是要不斷向廢水中投加溫暖刑，運行費用較高。

1. 混凝法的基本原理

廢水中的微小懸浮物和膠體粒子很難用沉淀方法除去，它們在水中能夠長期保持分散的懸浮狀態(tài)而不自然沉降，具有一定的穩(wěn)定性?；炷ň褪窍蛩屑尤牖炷齽﹣砥茐倪@些細小粒子的穩(wěn)定性．首先使其互相接觸而聚集在一起，然后形成絮狀物并下沉分離的處理方法。前者稱為凝聚，后者稱為絮凝，一般將這二個過程通稱為混凝。具體地說，凝聚是指使膠體脫穩(wěn)并聚集為微小絮粒的過程，而絮凝則是使微絮粒通過吸附、卷帶和架橋而形成更大的聚體的過程。

影響混凝效果的因素

(1)廢水的pH值  水的pH值能影響顆粒表面的電荷和絮體的沉淀過程，它是一個很重要的參數(shù)。經(jīng)驗表明，對某一種廢水，每一種混凝劑都有一個合適的pH值范圍，在此范圍內(nèi)，經(jīng)混合凝聚后廢水的殘余濁度*小。所以pH值對混凝的影響視混凝劑品種而異。例如，以硫酸鋁為混凝劑時，當pH在5.7~7.8范圍內(nèi)時，形成帶正電荷的離子和膠體，如Al(OH)2+、Al(OH)+和Al(OH)3等，有較好的混凝效果。若pH值>8.2時，則會使Al(OH)3膠體溶解，產(chǎn)生負離子，Al(OH)3++OH-＝AlO2-+2H2O，對含有負電荷膠體的廢水則不起凝聚作用，影響處理效果。而用三價鐵鹽時，pH值在6.0~8.4之間都有較好的處理效果。

(2)水溫  水溫對混凝效果有明顯的影響，無機鹽類混凝劑的水解是吸熱反應，水溫低不利于水解進行，特別是硫酸鋁，當水溫低于5℃時，水解速度極慢。同時水溫低，粘度大，也不利于脫穩(wěn)膠粒的相互絮凝，影響處理效果。這時可投加高分子助凝劑以改善處理效果，或用氣浮法代替沉淀法作為后續(xù)處理過程。

(3)廢水中雜質(zhì)成分、性質(zhì)、濃度  例如天然水中含粘土類雜質(zhì)為主，需投加混凝劑量較小，而廢水中含大量的有機物時，需加入較多的混凝劑才有混凝效果。廢水中雜質(zhì)的影響較為復雜，實際應用時，還應以實驗結(jié)果為依據(jù)來選擇混凝劑和確定投加量。

(4)攪拌  攪拌對混合、反應、凝聚幾個階段都有影響，因此，攪拌—定要適度。一般在混凝劑混合階段，要求快速、劇烈的攪拌，以使混凝劑迅速、均勻地擴散到全部水中，創(chuàng)造良好的水解和聚合條件，使膠體脫穩(wěn)并借助顆粒的布朗運動和湍動的水流凝聚，此階段不要求形成大的絮凝體。在混凝反應階段，要求形成大而具有良好沉淀性能的絮凝體，此時過于激烈的攪拌反而會打碎已凝聚的絮狀沉淀物，不利于混凝沉淀，所以此階段攪拌的強度和水流速度應隨絮凝體的結(jié)大而降低。

2. 混凝劑

(1) 混凝劑的分類

混凝劑可分為無機混凝劑、有機混凝劑和高分子混凝劑三類。國內(nèi)多采用鋁、鐵鹽類無機混凝劑。有機和高分子混凝劑近年來也有很大發(fā)展，作用遠比無機混凝劑優(yōu)越，特別是高分子混凝劑由于具有以下優(yōu)點而日益受到重視。

    ①生成的絮凝物大、易沉降分離；

    ②生成的絮凝物強度大、不易被破壞；

    ?生成的污泥量少，污泥的沉降、脫水性能良好；

    ?用量小(為無機凝聚劑的1/30～1/200)；

    …不易受pH、溫度、共同存在的其它鹽類的影響；

    ?和無機混凝劑并用,可取得更好的效果。

(2) 混凝劑的選擇及應用條件

混凝劑的選擇及使用量要根據(jù)廢水的具體性質(zhì)而定，總的原則是所用的混凝劑必須價廉、易得，使用量少，效率高。生成的混凝物易沉降分離。使用無機混凝劑時要注意其適用的pH值范圍，一般在投加無機鹽混凝劑后再添加pH值調(diào)節(jié)劑。對高分子混凝劑，為了充分發(fā)揮其在水中的化學架橋作用，應選用能在水中均勻分散；溶解，具有吸附活性基因(非離子型、陽離子型和陰離子型三類)的高分子化合物、水溶性高分子化合物。為了使其在水中處于較大的分散狀態(tài)．一般先用純水或軟水溶解配成一定濃度的溶液，然后再加到待處理廢水中去。因為這些高分子化合物往往會受到水質(zhì)(如含有鈣、鐵鹽和氧化劑的廢水)的影響。使分子的擴散和離子基的離解受到抑制，處理效果下降。

鋁鹽、鐵鹽和聚丙烯酰胺是常用的幾種混凝劑。

3. 助凝劑

有時當單用混凝劑不能取得較好的效果時，可以投加某種稱為助凝劑的輔助藥劑來調(diào)節(jié)、改善混凝條件，提高處理效果。助凝劑主要起以下幾個作用：①通過投加酸性或堿性物質(zhì)來調(diào)整pH值；②投加活化硅膠、骨膠、PAM等改善絮凝體結(jié)構(gòu)．利用高分子助凝劑的吸附架橋作用以增強絮凝體的密實性和沉降性能。?投加氯、臭氧等氧化劑，在采用FeSO4時，可將Fe2+氧化為Fe3+，當廢水中有機物過高時，也可使其氧化分解，破壞其干擾或使膠體脫穩(wěn)，以提高混凝效果。

常用的助凝劑有PAM、活化硅膠、骨膠、海藻酸鈉、氯氣、氧化鈣等。

二、氧化還原

通過化學藥劑與廢水中的污染物進行氧化還原反應，從而將廢水中的有毒有害污染物轉(zhuǎn)化為無毒或者低毒物質(zhì)的方法稱為氧化還原法。

在氧化還原反應中，參加化學反應的原子或離子有電子得失，因而引起化合價的升高或降低。失去電子的過程叫氧化，得到電子的過程叫還原。

根據(jù)有毒有害物質(zhì)在氧化還原反應中被氧化或還原的不同，廢水中的氧化還原法又可分為藥劑氧化法和藥劑還原法兩大類。在廢水處理中常采用的氧化劑有：空氣中的氧、純氧、臭氧、氯氣、漂白粉、次氮酸鈉、三氯化鐵等。常用的還原劑有：硫酸亞鐵、氯化亞鐵、鐵屑、鋅粉、二氧化硫等。

藥劑氧化法中常用的方法有臭氧氧化法、氯氧化法、高錳酸鉀氧化法等。

臭氧的氧化性在天然元素中僅次于氟，可分解一般氧化劑難于破壞的有機物，并且不產(chǎn)生二次污染。因此廣泛地用于**、除臭、脫色以及除酚、氰、鐵、錳等。臭氧氧化處理系統(tǒng)中的主要設(shè)備是臭氧接觸反應器。

在氯氧化法中的氯系氧化劑包括氯氣、氯的含氧酸及其鈉鹽、鈣鹽和二氧化氯。除了用于**外，氯氧化法還可用于氧化廢水中的某些有機物和還原性物質(zhì)，如氰化物、硫化物、酚、醇、醛、油類，以及用于廢水的脫色、除臭等。例如氧化氰化物。在pH值大于8.5的堿性條件下用氯氣進行氧化，可將氰化物氧化成無毒物質(zhì)?；瘜W反應式如下：

高錳酸鉀氧化法主要用于去除廢水中的酚、二氧化硫、H2S等。在飲用水的處理中，這種方法主要用來殺滅藻類、除臭、除味、除鐵、除錳等。該法的優(yōu)點是處理后的水沒有異味，氧化劑容易投配。主要缺點是處理成本高。

藥劑還原法主要用于處理含鉻、含汞廢水。

通過還原可將六價鉻轉(zhuǎn)化為三價鉻，大大減小了鉻的毒性。還原過程是，在酸性條件下，向含鉻廢水中投加亞硫酸氫鈉，將六價鉻還原為三價鉻。隨后投加石灰或氫氧化鈉，生成氫氧化鉻沉淀。將沉淀物從廢水中分離出來，達到處理的目的。化學反應如下：

實際中常用金屬還原劑來處理含汞廢水，廢水中的汞離子被還原為金屬汞而析出,金屬本身被氧化為離子而進入水中?？捎糜谶€原汞的金屬有鐵粉、鋅粉、銅粉和鋁粉等。以鐵粉為例，發(fā)生如下化學反應：

三、化學中和

1. 廢水的中和處理

中和法就是使廢水進行酸堿的中和反應，調(diào)節(jié)廢水的酸堿度(pH值)，使其呈中性或接近中性或適宜于下步處理的pH值范圍。如，以生物處理而言，需將處理系統(tǒng)中廢水的pH值維持在6.5～8.5之間，以便確保*佳的生物活力。

酸堿廢水的來源很廣，化工廠、化學纖維廠、金屬酸洗與電鍍廠等及制酸或用酸過程中，都排出大量的酸性廢水。有的含無機酸如硫酸、鹽酸等；有的含有機酸如醋酸等；也有的是幾種酸并存的情況。酸具有強腐蝕性，堿危害程度較小，但在排至水體或進入其它處理設(shè)施前，均須對酸堿廢液先進行必要的回收，再對低濃度的酸堿廢水進行適當?shù)刂泻吞幚?。通常廢水中除含有酸或堿以外，往往還含有懸浮物、金屬鹽類、有機物等雜質(zhì)，影響了酸、堿廢水的回收與處理。

2. 處理方法與設(shè)備

通常采用的廢水中和方法有均衡法和pH值直接控制法。

（1）均衡法  以酸性廢水和堿性廢水混合中和為目的，即在均衡池中將酸性和堿性廢水相混合。由于工業(yè)廢水的水量和水質(zhì)一般是不均衡的，往往隨生產(chǎn)的變化而變化。為了進行水量的調(diào)節(jié)和水質(zhì)的均和，減小高峰流量和高濃度廢水的影響，需設(shè)置足夠容積的均衡池作為預處理的一種設(shè)施或中和設(shè)備。若廢水中和后達不到規(guī)定的pH值時，還需稍加廢酸或廢堿進行適當?shù)恼{(diào)節(jié)。

（2）pH值直接控制法  常用的方法有酸堿廢水相互中和、投藥中和和過濾中和法等。

酸性廢水的中和：對于酸性廢水，常用藥劑法和過濾法進行中和。

投藥中和法所采用的藥劑有石灰、廢堿、石灰石和電石渣等，但*常用的是將石灰制成乳液濕投，石灰石粉碎成細粒后干投。處理流程中包括廢水調(diào)節(jié)池、石灰乳配制槽或石灰石粉碎機、投藥裝置、混合反應池、沉淀池以及污泥干化床等。在混合反應池中，應進行必要的攪拌，防止石灰渣的沉淀。同時，廢水在其中的停留時間一般不大于5min。沉淀池中的廢水，可停留1～2h，產(chǎn)生的沉渣容積約為廢水量的10～15%，沉渣含水率為90～95%，故應在干化床上脫水干化。投藥中和法，因其勞動條件較差、處理成本高、污泥較多、脫水麻煩等原因，故只在酸性廢水中含有重金屬鹽類、有機物或有廉價的中和劑時方才采用。

過濾中和法常以粒狀的石灰石、大理石、白云石或電石渣等作為中和的濾料，酸性廢水通過濾料進行中和過濾。中和硫酸廢水時，宜采用白云石濾料。主要設(shè)備有：普通中和濾池，有升流式和降流式兩種，濾層厚1.0～1.5m，濾料粒徑3～8cm;等速升流式膨脹中和濾池，石灰石濾料及廢水分別從池的頂部和底部進入，濾料粒徑為0.5～3mm；高濾速(60～70m/h)或高速變速升流膨脹中和濾池，濾料粒徑0.5～6mm，可以做到大顆粒不結(jié)垢，小顆粒不流失，加之廢水升流式流動與產(chǎn)生二氧化碳氣體的作用，使濾料膨脹，并互相碰撞及磨擦表面的不斷更新，對酸性廢水處理的效果很好；滾筒式中和器，石灰石濾料置于旋轉(zhuǎn)滾筒中與酸性廢水進行中和。

堿性廢水的中和：堿性廢水常用廢酸或酸性廢水中和或與煙道氣中和。

投酸中和法是采用廢強酸或酸性廢水進行中和處理，所用設(shè)備和中和程序與酸性廢水中和法相同。

煙道氣中和法是利用煙道氣中的二氧化碳與二氧化硫溶于水中形成的酸中和堿性廢水。方法是將煙道氣通入堿性廢水，或利用堿性廢水作為除塵的噴淋水，兩者均可得到良好的處理效果。但處理后廢水中的懸浮物含量大為增加，硫化物、耗氧量和色度也都有所增加，還需對廢水進行補充處理。