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第三章　水的化学处理技术
第一节　中 和
第二节　混 凝
第三节　化学沉淀
第四节　氧化还原
第五节　消 毒
一、基本原理
向废水中投加某种化学物质，使它和其中某些溶解物质发生化学反应，生成难溶的盐或氢氧化物而沉淀下来，这种方法称之为化学沉淀法。在废水处理中，这种方法常用于处理一些有害的重金属离子如Hg2+、Cd2+、Cr6+、Pb2+、Cu2+等，有时也用于去除某些酸根离子如SO42-、PO43-等。
第三节 化学沉淀
二、氢氧化物沉淀法
1.原理
除了碱金属和部分碱土金属外，其他金属的氢氧化物大多都是难溶的。因此可以用氢氧化物沉淀法去除水中的重金属离子。沉淀剂为各种碱性药剂，常用的有石灰、碳酸钠、苛性钠、石灰石、白云石等。
对一定浓度的某种重金属离子Mn+来说，是否生成难溶的氢氧化物沉淀，取决于水中的OH－离子浓度，即pH值是金属氢氧化物沉淀的主要条件。根据金属氢氧化物的溶度积Ks和水的离子积KH2O，可以算出生成氢氧化物沉淀的pH值；
若以表示M(OH)n金属氢氧化物，则
M(OH)n＝Mn+＋nOH－
KM(OH)n＝[Mn+][OH－]n (3-2)
水的离子积为：
KH2O＝[H+][OH－]＝1×10－14（25℃） (3-3)
2.氢氧化物沉淀法在废水处理中的应用
某矿山废水含铜83.4mg/L，总铁1260mg/L，二价铁10mg/L，pH值为2.23，沉淀剂采用石灰乳.
一级化学沉淀控制pH值3.47，使铁先沉淀，铁渣含铁32.84%，含铜0.148%。第二级化学沉淀控制pH值在7.5~8.5范围，使铜沉淀，铜渣含铜3.06%，含铁1.38%。废水经二级化学沉淀后，出水可达到排放标准，铁渣和铜渣可回收利用。
三、硫化物沉淀法
1.原 理
多数金属能形成硫化物沉淀。大多数金属硫化物的溶解度比其氢氧化物的要小的多。硫化物沉淀法是向废液中加入硫化氢、硫化銨或碱金属的硫化物，使要去除的金属离子生成难溶的硫化物沉淀，以达到分离纯化的目的。
2.应用
硫化物沉淀法处理含汞废水
在碱性条件下（pH＝8~10），向废水中投加硫化钠，使其与废水中的汞离子或亚汞离子进行反应：
2Hg＋＋S2-＝Hg2S＝HgS↓＋Hg↓
Hg2+＋S2-＝HgS↓
用此法处理含汞废水时，由于生成的硫化汞颗粒很小，沉淀物难以分离，为了提高除汞效果，常投加适量的混凝剂，如硫酸亚铁等进行共沉。这种方法称为硫化物共沉法。先投加稍微过量的硫化钠，待生成硫化汞和汞的沉淀后，再投加适量的硫酸亚铁。部分Fe2+离子也能生成Fe(OH)2沉淀。
反应生成的FeS和Fe(OH)2可作为HgS的载体。HgS吸附在载体表面上，与载体共同沉淀。
四、其他沉淀法
1.钡盐沉淀法
主要用于处理六价铬的废水，采用的沉淀剂有碳酸钡、氯化钡、硝酸钡、氢氧化钡等。如以碳酸钡作为沉淀剂处理含铬废水，则反应如下：
BaCO3＋CrO42-＝BaCrO4↓＋CO32-
2.碳酸盐沉淀法
许多金属的碳酸盐都难溶于水，所以可用碳酸盐沉淀法将这些金属离子从废水中去除。碳酸盐沉淀法可以有不同的方法：
（1）以难溶的碳酸钙作为沉淀剂，利用沉淀转化原理，使某些金属离子生成溶度积更小的碳酸盐而析出。如：Pb2+、Cd2+、Zn2+、Ni2+。
（2）以可溶性的碳酸钠作为沉淀剂，使水中金属离子生成难溶的碳酸盐沉淀而析出。
3.铁氧体沉淀法
铁氧体是一类具有一定晶体结构的复合氧化物，具有较高的导磁率和较高的电阻率。
五、工程实例
沈阳中兴制革有限公司含铬废水来源于铬鞣和复鞣工段，Cr3+含量较高.
废水先进入储存池，再进入反应沉淀池，在反应沉淀池加入石灰进行混合，使反应液的pH值为8~8.5，通入蒸汽，使水温为70~75℃，静置沉淀2h，上清液进入总混合废水调节池。沉淀下来的铬泥由板框压滤机压成铬饼。
一、氧化还原基本原理
把溶解于废水中的有毒有害物质，经过氧化还原反应，转化为无毒无害的物质，或转化为气体或固体使其容易从水中分离出去，这种废水的处理方法称为氧化还原法。
在氧化还原反应中，有毒有害物质有时是作还原剂的，这时需外加氧化剂如空气、臭氧、氯气、漂白粉、次氯酸钠等。当有毒有害物质作氧化剂时，需外加还原剂如硫酸亚铁、氯化亚铁、锌粉等。如果通电电解，则电解时阳极是一种氧化剂，阴极是一种还原剂。
第四节 氧化还原
二、化学氧化
（一）空气氧化
（二） 臭氧氧化
（三） 氯氧化
（四） 其他氧化
三、化学还原
1. 含铬废水的还原处理
（1）硫酸亚铁还原法
（2）亚硫酸盐还原法
2. 化学还原法处理酸性镀铜废水
3. 金属还原法
四、工程实例
黄石市无机盐厂主要生产重铬酸钠和铬酸酐，废水主要污染物是六价铬，含量13mg/L左右，全年排出含铬废水约7万吨。
含铬废水进入均化池后，由计量泵送入处理池，分析废水中的六价铬含量，按照化学计量式过量20%加入硫酸亚铁，并进行搅拌。废水中的六价铬在酸性条件下与硫酸亚铁发生反应生成三价铬。反应20min后，分析六价铬含量指标，达到排放标准后，加入石灰调节pH值为8左右，使Cr3+生成Cr(OH)3沉淀，同时Fe3+、Fe2+分别生成Fe(OH)3、Fe(OH)2沉淀。继续搅拌20min后，停止搅拌，任其自然沉降，上清液直接排出厂外，沉淀物经板框压滤机分离，滤液排放，滤渣烘干返回重铬酸钠焙烧配料工序。
此工艺流程还原时间20min，澄清时间20min，废水处理后六价铬含量<0.5mg/L。
一、消毒的目的与方法
消毒是指用某种方法杀死所有病原微生物的措施。
消毒的目的是避免病原微生物的传播，防止疾病产生。具有消毒作用的化学物质称为消毒剂，一般消毒剂在常用浓度下只能杀死微生物的营养体，对芽孢无杀灭作用。
二、物理法消毒
物理消毒目前常用的方法是紫外线消毒。
水银灯发出的紫外光，可以穿透细菌细胞壁并与细胞质反应从而达到消毒的目的。
紫外线光源是高压石英水银灯，杀菌设备主要有两种：浸水式和水面式。
第五节 消 毒
三、化学法消毒
投加化学药剂对水进行消毒称为化学消毒。
（一）氯消毒 氯消毒经济有效，使用方便，应用历史最久也最为广泛。
（二）二氧化氯消毒 二氧化氯(C1O2)消毒也是一种氯消毒法，但它只起氧化作用不起氯化作用，因此与水中杂质形成三氯甲烷等比氯消毒要少得多。
（三）漂白粉消毒 漂白粉由氯气和石灰加工而成，分子式可简单表示为CaOCl2，有效氯约30％。漂白精分子式为Ca(OCl)2，有效氯约达60％左右。
（四）次氯酸钠消毒 次氯酸钠(NaOCl)是用发生器的钛阳极电解食盐水而制得
（五）臭氧消毒 臭氧(O3)由3个氧原子组成，在常温常压下，它是淡蓝色的具有强烈刺激性的气体。
四、应用实例
徐州医学院附属医院是一个综合性的大型医院，其排放的污水水量Q=800m3/d，BOD5＝97.5mg/L；CODcr＝195mg/L；SS＝160mg/L。污水中含有大量病菌、病毒和寄生虫卵。设计水量水质：
Q=840m3/d，BOD5＝120mg/L；CODcr＝250mg/L；SS＝220mg/L。
处理后水质：
BOD5<50mg/L；CODcr<100mg/L；SS<80mg/L;大肠菌群<1000个/L;余氯>3mg/L。
污水处理经化粪池，格栅，CASS，加入消毒液进入接触消毒池消毒处理。消毒剂采用次氯酸钠，投加量为20mg/L，消毒时间为1h。本方案采用2台产量为600g/h的次氯酸钠发生器
【复习思考题】
一、名词解释：
1. 消毒 2. 电动电位 3. 凝聚 4. 絮凝 5. 折点氯化法 6. 游离氯 7. 结合氯
二、简答题
1. 酸碱废水中和处理的基本原则？
2. 常用的无机盐混凝剂有哪些？
3. 澄清池分为哪几类？
4. 影响混凝的因素有哪些？
5. 水处理中常用的消毒方法有哪些？
三、问答题：
1. 试述胶体颗粒在水中稳定的原因。
2. 碱式氯化法处理含氰废水为什么要严格控制pH值？
3. 试述混凝的机理。
4. 试述混凝的过程以及相应所要求的水利条件。
5. 臭氧氧化法有哪些优缺点？
6. 氯消毒过程中，为什么pH值会影响到消毒效果？
四、计算
1. 投石灰以去除废水中的Zn2+离子，生成Zn(OH)2沉淀。当pH＝7和9时，溶液中的Zn2+浓度各有多少mg/L？（Ks＝1.8×10-14，18~20℃）
2. 用氢氧化物沉淀法处理含镉废水，要将Cd2+浓度降到0.1mg/L，需要将溶液的pH值提高到多少？（Ks＝2.2×10-14，18~20℃）
3. 含盐酸废水量100m3/d，盐酸浓度为5g/L，用石灰石进行中和处理，石灰石的有效成分为50%，试求石灰石的用量。
4. 河水总碱度0.1mmol/L（按CaO计）。硫酸铝（含Al2O316%）投加量25mg/L，问是否需要投加石灰以保证硫酸铝顺利水解？设水厂每日产水量50000m3，试计算水厂每天需要多少千克石灰（石灰纯度按50%计，剩余碱度取0.4）
5. 某水厂采用精制硫酸铝作为混凝剂，其最大投量为35mg/L。水厂设计水量100000m3/d。混凝剂每日调制3次，溶液浓度按10%计，试计算溶解池和溶液池体积各为多少？

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