第十四章 化学处理单元.docVIP

第十四章 工业废水的化学处理单元 在水处理的过程中应用化学原理和化学作用将废水中的污染物成份转化为无害物质，使得废水得以净化。污染物在经过化学处理后，改变了化学本性。常见的过程有中和，沉淀，混凝，氧化，还原，包括电化学氧化和还原。 第一节 中和 利用化学反应中的酸碱中和原理来去除废水中的酸碱，即为废水治理中的中和过程。含酸废水和含碱废水是两种重要的工业废水，在化工厂、化学纤维厂、金属酸洗车间、电镀车间等制酸或用酸过程中都会排出酸性废水；而在造纸厂、印染厂、化工厂和制革厂等制碱或用碱过程中往往产生不同浓度的碱性废水。在酸性废水中有的含有无机酸、如硫酸、盐酸、硝酸等，有的含有有机酸，如醋酸等。酸碱废水如不经回收和处理，直接排入下水道或水体中，将腐蚀渠道或构筑物，如果进入水体，会污染水体，危害水生动植物的生存。 含碱量大于3％的废水称高碱性废水，含酸量大于5～10％的废水称为高酸性废水，对此应当首先考虑中和利用或回收。例如可以利用洗钢废水（硫酸为3～5％，硫酸亚铁为15～25％）制造硫酸亚铁，或直接利用其含硫酸亚铁而作为混凝剂，也可以利用其酸性来中和处理碱性废水。又例如，可以将废电石渣（含有氢氧化钙）投入到含硫酸为5～8％的酸性废水中制造石膏，给硅酸盐制品厂制砖。 酸碱废水中低浓度部分，在没有找到经济有效的回收利用方法以前，必须用中和处理办法，常用的方法有： 酸、碱废水互相中和，达到以废制废的目的； 各自投加碱性或酸性药剂； 通过起中和作用的滤料过滤。 1．1 中和过程机理及过程分析 废水中的酸和碱按化学当量进行化学反应如下： 酸＋碱＝盐＋水 这是一个简单的化学反应过程，中和药剂用量按等当点计算，但由于废水中存在其它杂质，特别是一些重金属离子在酸性废水中往往共存，这些杂质也与酸或碱反应，使反应复杂化，所用酸碱量要比单纯酸碱中和剂量要大的多。 所用反应器由处理方法不同而异，如对酸碱废水互相中和，要求混合均匀，用完全混合反应器较好，也可用较大长宽比的活塞流反应器，使其有足够长的时间互相接触而混合均匀；对投药中和，必须采用完全混合反应器；对过滤中和，则要采用沸腾床而提高处理效果，当然亦可以采用固定式或流动式填充床，但效果不如沸腾床好。 1.2 常用中和方法 1.2.1 酸碱废水互相中和 若碱性废水的含碱量为m1，酸性废水中的含酸量为m2，两种废水流量分别为Q酸和Q碱，则中和时要满足： m1＝m2 中和槽容积为： V＝（Q酸＋Q碱）·t停留 t停留为两种废水在中和槽中的停留时间，一般单级中和按停留时间约1～2小时计算，如果废水需要用水泵抽升，或有相当长的沟渠或管道可用，则不必设置中和槽。如果m1≠m2，则需要按照等当点计算后补充酸或碱性药剂。 1.2.2加药中和 对于酸性废水，常用的碱性药剂有石灰、苛性钠、石灰石、白云石等，对于碱性废水，常用的酸性药剂有普通的硫酸、盐酸、硝酸，其中以硫酸居多，另外还有采用烟道气来中和碱性废水的，它是利用烟道气中二氧化碳和二氧化硫等酸性成份，和碱发生中和反应，这种方法同时可以达到消烟除尘的目的，但处理后的废水中，硫化物、色度和耗氧量均有显著增加。 图14-1 酸性废水投药中和流程图 中和剂的投加量计算如下： 式中：Q－酸或碱性废水流量 c1－废水中酸或碱的含量 a1－中和1公斤酸或碱所需的药剂量 c2－废水中与试剂反应的杂质的浓度 a2－与1公斤杂质反应所需药剂量 K－考虑反应不均匀性或不完全的药剂过量系数 p－药剂有效成份的百分含量 某钢铁厂在洗钢过程中，采用稀硫酸洗去钢板表面的铁锈，最终排放的洗钢废水的pH值为3，排放量Q为500m3/天，现需要与其他废水混合，进入生化处理工艺，由于生化工艺要求进水pH为7，废水需首先进行中和处理，拟采用有效成份为74％的生石灰作为pH调节剂，问每天需要多少生石灰，才能满足处理要求？ 答：已知pH＝3，则废水中[H+]为10-3 mol/L，要求中和至中性，则每天需中和的氢离子摩尔数为： nH+＝500×103×10-3＝500 mol，则需要石灰提供500mol的OH-。 根据化学反应方程： 1 2 x 500 可得：＝250 mol 又已知Ca(OH)2的分子量为74g/mol，生石灰的纯度为74％，则每天需要生石灰的质量为： m生石灰＝＝＝25000g/d＝25kg/d 即为使流量为500m3/天、pH为3的酸性废水中和至pH为7，每天需要投加纯度为74％的生石灰25kg。 中和药剂的选择，不仅考虑药剂本身的溶解性、反应速度、成本、是否产生二次污染以及使