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1、第十六章水的其他物理化学处理方法第十六章水的其他物理化学处理方法本讲稿第一页，共五十七页离心分离离心分离1.1.原理原理颗粒受到的净离心力颗粒受到的净离心力F Fc c=（m-mm-mo o）2r2r颗粒在水中的净重力颗粒在水中的净重力F Fg g=（m-mm-mo o）g g 分离因素分离因素粒径为粒径为d(m)d(m)的颗粒的分离速度的颗粒的分离速度U Uc c(m/s)(m/s)：接下页本讲稿第二页，共五十七页 式中：式中：、o o分别为颗粒和水的密度，分别为颗粒和水的密度，kg/m3kg/m3 水的动力粘度，水的动力粘度，0.1pas0.1pas当离心当离心oo，Uc0Uc0，颗粒抛向
2、周边，颗粒抛向周边离心沉降。离心沉降。o o，Uc0Uc30003000）中速离心机（中速离心机（=1000=100030003000）常速离心）常速离心机机 低速离心机（低速离心机（100080%80%，q=25q=25；80%80%，q=30q=30（2 2）有效水深）有效水深H Ho o 1)1)按停留时间按停留时间t=15t=1520min20min计算：计算：H Ho o=Qt/A=Qt/A 2)2)按结构尺寸确定：按结构尺寸确定：H Ho o=(0.7=(0.71.2)D1.2)D D D池直径，池直径，D D较大，采用较大系数，反之亦然。较大，采用较大系数，反之亦然。（3 3）缓
3、冲层高）缓冲层高度度 h h1 1=0.8=0.81.2m1.2m（保护高度）。（保护高度）。（4 4）进水管向下倾斜）进水管向下倾斜1 155，管咀处流速管咀处流速V=0.9V=0.91.1m/s1.1m/s。（5 5）所需水头）所需水头h h（水头差）。（水头差）。重力式旋流分离器重力式旋流分离器水力旋流沉淀池水力旋流沉淀池接下页本讲稿第十页，共五十七页 式中：式中：系数，试验确定，一般为系数，试验确定，一般为4.54.5；V V管咀处流速（进口处流速）管咀处流速（进口处流速）0.90.91.1m/s1.1m/s；局部阻力系数；局部阻力系数；V V1 1进水管内流速进水管内流速0.80.8
4、1.0m/s1.0m/s；L L进水管长度，进水管长度，m m；I I进水管单位长度的沿程损失。进水管单位长度的沿程损失。（6 6）应用）应用旋流沉淀池适于小流量工业废水中比重较大的无机杂质旋流沉淀池适于小流量工业废水中比重较大的无机杂质的分离，它广泛用于回收轧钢废水中氧化铁皮和可浮油，回收率可达的分离，它广泛用于回收轧钢废水中氧化铁皮和可浮油，回收率可达909095%95%，出水可循环使用，出水可循环使用 重力式旋流分离器重力式旋流分离器水力旋流沉淀池水力旋流沉淀池本讲稿第十一页，共五十七页1.1.电解槽的结构形式电解槽的结构形式1 1）、结构形式：回流式、翻腾式如图）、结构形式：回流式、翻
5、腾式如图16-216-2。采用直流电源。采用直流电源 电解电解本讲稿第十二页，共五十七页2 2）、极板电路：）、极板电路：单极性电解槽单极性电解槽 双极性电解槽双极性电解槽电解电解本讲稿第十三页，共五十七页2.2.电解法的原理与分类电解法的原理与分类 1 1）、法拉第电解定律）、法拉第电解定律耗电量的计算耗电量的计算 式中：式中：GG析出或溶解的物质质量，析出或溶解的物质质量，g gEE物质的化学当量，物质的化学当量，g/molg/molQQ通过的电量通过的电量,库伦（库伦（C C）II电流强度，安培（电流强度，安培（A A）；）；t t电解时间（电解时间（S）FF法拉第常数，法拉第常数，F=
6、96487c/molF=96487c/mol2 2）、分解电压）、分解电压定义：能使电解正常进行时所需的最小外加电压叫分解电压定义：能使电解正常进行时所需的最小外加电压叫分解电压E EE=E=原电池的电动势原电池的电动势+浓差电池电位浓差电池电位+化学极化电位化学极化电位+IR+IR（电解液电阻产生压降）。（电解液电阻产生压降）。槽电压一般为槽电压一般为4 45V5V电解电解本讲稿第十四页，共五十七页3.3.电解法在废水处理中的应用电解法在废水处理中的应用1)1)、电解法处理含铬废水、电解法处理含铬废水(1)(1)基本原理：基本原理：在阳极：在阳极：Fe2eFe2+Fe2eFe2+（铁板阳极溶
7、解，把电子转给电源）（铁板阳极溶解，把电子转给电源）（主要的）（主要的）Cr Cr2 2O O7 72-2-+6Fe+6Fe2+2+14H+2Cr+14H+2Cr3+3+6Fe+6Fe3+3+7H+7H2 2O O CrO CrO4 42-2-+3Fe+3Fe2+2+8H+8H+Cr Cr3+3+4H+4H2 2O+3O+3FeFe在阴级：在阴级：2H 2H+2e H+2e H2 2（次要的）（次要的）Cr Cr2 2O O7 72-2-+6e+14H+6e+14H+2Cr 2Cr3+3+7H+7H2 2O O CrO CrO4 42-2-+3e+8H+3e+8H+Cr Cr3+3+4H+4H
8、2 2O OH+H+减少，废水中碱性增强，使减少，废水中碱性增强，使Cr3+Cr3+、Fe3+Fe3+产生氢氧化物沉淀产生氢氧化物沉淀 Cr Cr3+3+3OH Cr(OH)+3OH Cr(OH)3 3 Fe Fe3+3+3OH Fe(OH)+3OH Fe(OH)3 3电解电解接下页本讲稿第十五页，共五十七页阳极起氧化剂作用阳极起氧化剂作用阴极起还原剂作用阴极起还原剂作用电解电解接下页本讲稿第十六页，共五十七页减少铁阳极钝化的方法：减少铁阳极钝化的方法：（1 1）定期用钢丝刷清洗极板。）定期用钢丝刷清洗极板。（2 2）投加食盐：）投加食盐：NaClNaCl中的中的ClCl吸附在钝化膜表面，取代
9、钝化膜中吸附在钝化膜表面，取代钝化膜中的氧离子的氧离子氯化铁（可溶性），导致膜溶解。氯化铁（可溶性），导致膜溶解。（3 3）定期倒换阴、阳极，利用电解时阴极产生）定期倒换阴、阳极，利用电解时阴极产生H2H2的撕裂的撕裂还原作用，将极板上的钝化膜除掉。还原作用，将极板上的钝化膜除掉。电解电解接下页本讲稿第十七页，共五十七页电解电解Fe3+3OH-Fe(OH)3本讲稿第十八页，共五十七页2 2工艺流程：进水工艺流程：进水Ccr6+100mg/LCcr6+100mg/L，PH=4PH=46.56.5含铬废水处理工艺流程如图含铬废水处理工艺流程如图16-416-4所示所示电解电解调节池：按调节池：按2
10、 24h4h平均流量设计平均流量设计沉淀池：沉淀池：t=2ht=2h；V V污泥污泥=(5=(510)%V10)%V废水或废水或1kg1kg干重干重/m3/m3废水。废水。本讲稿第十九页，共五十七页电解槽工艺设计电解槽工艺设计（1 1）电解槽有效容积：电解槽有效容积：式中：式中：tt电解历时，电解历时，C Ccrcr6+6+50mg/L50mg/L；t=5 t=510min10min C Ccrcr6+6+=50=50100mg/L100mg/L；t=10 t=1020min20min（2 2）电流强度）电流强度I I（A A）式中：式中：QQ废水设计流量废水设计流量m m3 3/h/h C
11、C废水中废水中CrCr6+6+浓度，浓度，g/mg/m3 3；QC=mQC=m3 3/hg/m/hg/m3 3=g/h=g/h Kcr1gCr Kcr1gCr6+6+还原成还原成CrCr3+3+所需电量，如无试验资料，可取所需电量，如无试验资料，可取 4 45(Ah/gCr)5(Ah/gCr)n n电极串联次数，为串联极板数减电极串联次数，为串联极板数减1 1电解电解接下页本讲稿第二十页，共五十七页（3 3）极板面积）极板面积F(dmF(dm2 2)：普通碳素钢板，：普通碳素钢板，=3=35mm5mm，极板间净距，极板间净距S=10mmS=10mm；极板消耗量：；极板消耗量：4 45g/5g/
12、还原还原1gCr1gCr6+6+电解电解接下页本讲稿第二十一页，共五十七页电解电解接下页本讲稿第二十二页，共五十七页（6 6）电能消耗）电能消耗N(kwh/m3)N(kwh/m3)式中式中整流器效率，无实测数值，用整流器效率，无实测数值，用0.80.8；QQ废水设计流量，废水设计流量，m3/hm3/h电解电解本讲稿第二十三页，共五十七页药剂中和处理药剂中和处理 1.1.酸性废水的药剂中和处理酸性废水的药剂中和处理强酸性废水常采用石灰乳中和，由于弱酸与石灰反应缓慢，故一般不强酸性废水常采用石灰乳中和，由于弱酸与石灰反应缓慢，故一般不采用。采用。（1 1）中和反应：）中和反应：石灰乳中和石灰乳中和
13、H2SO4H2SO4废水生成废水生成CaSO4CaSO4，当用颗粒状石，当用颗粒状石灰石时，导致药剂表面形成硫酸钙的复盖层，影响和阻止中和反应灰石时，导致药剂表面形成硫酸钙的复盖层，影响和阻止中和反应的继续进行，所以当用石灰石做中和剂时，颗粒粒径应小于的继续进行，所以当用石灰石做中和剂时，颗粒粒径应小于0.5mm0.5mm。（2 2）中和剂用量）中和剂用量中和各种酸所需碱、盐的理论比耗量（中和各种酸所需碱、盐的理论比耗量（g/gg/g）。）。因为药剂中含有杂质，所以药剂的实际耗量应比理论比耗量要大。同因为药剂中含有杂质，所以药剂的实际耗量应比理论比耗量要大。同时还要考虑金属离子及中和反应混合不
14、均匀使实际耗量比理论耗量高，时还要考虑金属离子及中和反应混合不均匀使实际耗量比理论耗量高，用不均匀系数用不均匀系数K K来表示。来表示。中和中和接下页本讲稿第二十四页，共五十七页中和中和所以药剂总耗量所以药剂总耗量GaGa（Kg/dKg/d）本讲稿第二十五页，共五十七页中和中和中和反应产生的沉渣量中和反应产生的沉渣量G（Kg/d）本讲稿第二十六页，共五十七页（3 3）中和工艺）中和工艺投药装置投药装置 石灰用量石灰用量1t/d1t/d1t/d：采用机械方法消解。消解机有立式和卧式二种。：采用机械方法消解。消解机有立式和卧式二种。消解后石灰乳排至溶液槽，其有效容积消解后石灰乳排至溶液槽，其有效容
15、积V V2 2（m m3 3）中和中和本讲稿第二十七页，共五十七页消解后石灰乳排至溶液槽，其有效容积消解后石灰乳排至溶液槽，其有效容积V V2 2（m m3 3）式中：式中：GaGa石灰消耗量，石灰消耗量，t/dt/d；rr石灰的容重，石灰的容重，0.90.91.1t/m31.1t/m3；cc石灰乳浓度，（石灰乳浓度，（5 51010）%；nn每天搅拌次数。每天搅拌次数。中和中和本讲稿第二十八页，共五十七页石灰乳投配系统与投配器石灰乳投配系统与投配器1)1)混合反应装置混合反应装置 水泵管道混合水泵管道混合 隔板混合反应池如图隔板混合反应池如图2)2)沉淀池沉淀池3)3)沉渣脱水装置：机械脱水
16、、干化场沉渣脱水装置：机械脱水、干化场2 2、碱性废水的药剂中和处理、碱性废水的药剂中和处理（1 1）中和剂：）中和剂：H2SO4H2SO4、HClHCl、HNO3HNO3、工业废酸、烟道气（含、工业废酸、烟道气（含CO2CO2、SO2SO2）（2 2）中和反应）中和反应（3 3）中和各种碱所需酸的理论比耗量（）中和各种碱所需酸的理论比耗量（g/gg/g）.中和中和本讲稿第二十九页，共五十七页2 2、碱性废水的药剂中和处理、碱性废水的药剂中和处理（1 1）中和剂：）中和剂：H H2 2SOSO4 4、HClHCl、HNOHNO3 3、工业废酸、烟道气、工业废酸、烟道气（含（含COCO2 2、S
17、OSO2 2）（2 2）中和反应）中和反应（3 3）中和各种碱所需酸的理论比耗量（）中和各种碱所需酸的理论比耗量（g/gg/g）.碱性废水的药剂中和处理碱性废水的药剂中和处理本讲稿第三十页，共五十七页隔板混合反应隔板混合反应本讲稿第三十一页，共五十七页过滤中和处理过滤中和处理1 1、普通中和滤池、普通中和滤池 不适于中、高浓度的酸性废水，对不适于中、高浓度的酸性废水，对H2SO4H2SO4废水，用石灰石作中和剂时，废水，用石灰石作中和剂时，其其SO4SO4浓度应浓度应2g/L2g/L，如用白云石（，如用白云石（CaCP3MgCO3CaCP3MgCO3）则其）则其H2SO4H2SO4浓度只能为浓
18、度只能为5g/L5g/L；对；对HNO3HNO3、HClHCl废水，极限浓度废水，极限浓度20g/L20g/L。当。当H2SO4H2SO4浓度为浓度为2 25g/L5g/L时，可用时，可用白云石作滤料，但反应速度慢。白云石作滤料，但反应速度慢。（1 1）普通中和滤池的形式）普通中和滤池的形式 本讲稿第三十二页，共五十七页（2 2）中和滤池的计算）中和滤池的计算1)1)平流式中和滤池平流式中和滤池 滤池长度滤池长度L=Ut L=Ut 式中：式中：UU滤速：滤速：0.010.010.03m/s0.03m/s t t废水同滤料接触时间，废水同滤料接触时间，S S 式中：式中：KK滤料系数，试验求得。
19、滤料系数，试验求得。d d滤料的平均粒径，滤料的平均粒径，cmcm；U U滤速，滤速，m/sm/s C C酸的浓度，酸的浓度，geq/Lgeq/L过滤中和处理过滤中和处理接下页本讲稿第三十三页，共五十七页滤池横断面积滤池横断面积f f（m2m2）滤池的水头损失滤池的水头损失h=iLh=iL（m m）式中：式中：ii滤池的坡降滤池的坡降 式中：式中：U.dU.d同上同上 P Po o滤料的孔隙率：滤料的孔隙率：0.350.350.450.45 S S系数，与滤料系数，与滤料d d有关：有关：过滤中和处理过滤中和处理本讲稿第三十四页，共五十七页2)2)竖流式中和滤池竖流式中和滤池 滤床最小厚度滤床
20、最小厚度H H（cmcm）中和中和H H2 2SOSO4 4时使用下式时使用下式 式中：式中：dd滤料粒径，滤料粒径，mmmm K K滤料特征系数，试验得出滤料特征系数，试验得出 n n经验系数，试验得出，一般经验系数，试验得出，一般1.471.47 C C酸的浓度，酸的浓度，geq/Lgeq/L U U滤速：滤速：4 48m/h8m/h 滤料的消耗及滤池的工作周期滤料的消耗及滤池的工作周期T T 滤料的消耗量滤料的消耗量 G=KG=KQ QCaCa（kg/dkg/d）式中：式中：KK系数，系数，1.5 a1.5 a药剂比耗量药剂比耗量 Q Q、C C同上同上 滤池的理论工作周期滤池的理论工作
21、周期 式中：式中：PP滤料装载量，滤料装载量，KgKg G G滤料消耗量，滤料消耗量，Kg/d.Kg/d.过滤中和处理过滤中和处理本讲稿第三十五页，共五十七页2 2、升流式膨胀中和滤池、升流式膨胀中和滤池（1 1）恒滤速升流膨胀中和滤池）恒滤速升流膨胀中和滤池 过滤中和处理过滤中和处理接下页本讲稿第三十六页，共五十七页2 2、升流式膨胀中和滤池、升流式膨胀中和滤池（1 1）恒滤速升流膨胀中和滤池）恒滤速升流膨胀中和滤池 承托层厚度承托层厚度0.150.150.2m0.2m，202040mm40mm 滤料粒径滤料粒径0.50.53mm3mm，滤层高度，滤层高度1 11.2m1.2m（新滤料）（新
22、滤料）最终换料时的滤层高度最终换料时的滤层高度2m2m；U=60U=6080m/h80m/h 膨胀率膨胀率50%，上部清水区高度为，上部清水区高度为0.5m 废水废水H2SO4浓度浓度2200mg/L时，中和后时，中和后PH=4.25，脱气后，脱气后 PH=66.5 出水出水PH4.2需换料。需换料。缺点：缺点：下部滤料膨胀不起来，上部带出小颗粒滤料。下部滤料膨胀不起来，上部带出小颗粒滤料。过滤中和处理过滤中和处理接下页本讲稿第三十七页，共五十七页（2）变速膨胀中和滤池）变速膨胀中和滤池 U下下=130m/h150m/h U上上=4060m/过滤中和处理过滤中和处理本讲稿第三十八页，共五十七页
23、（3 3）过滤中和法的优缺点）过滤中和法的优缺点 优点：优点：出水出水PHPH值较稳定，操作简单，沉渣量少。值较稳定，操作简单，沉渣量少。缺点：缺点：废水中废水中H H2 2SOSO4 4浓度不能太高，定期倒床，劳动强度大。浓度不能太高，定期倒床，劳动强度大。过滤中和处理过滤中和处理本讲稿第三十九页，共五十七页过滤中和处理过滤中和处理（4 4）过滤中和滚筒）过滤中和滚筒（4 4）过滤中和滚筒）过滤中和滚筒本讲稿第四十页，共五十七页过滤中和处理过滤中和处理（4 4）过滤中和滚筒）过滤中和滚筒 点击看示意图点击看示意图 滤料粒径大（几滤料粒径大（几mm+几几mm），滤料体积为筒体体积的），滤料体积
24、为筒体体积的1/2。滚筒。滚筒线速度线速度0.30.5m/s。进水。进水H2SO4浓度可达浓度可达78g/L 缺点缺点:动力费高，设备构造复杂，噪声大。动力费高，设备构造复杂，噪声大。本讲稿第四十一页，共五十七页1 1、酸性或碱性废水需要量、酸性或碱性废水需要量 Q Q1 1C C1 1=Q=Q2 2C C2 2等当量反应等当量反应2 2、中和设备、中和设备（1 1）在集水井（或管道、混合槽）内连续混合；）在集水井（或管道、混合槽）内连续混合；（2 2）连续流中和池：）连续流中和池：V V池（池（Q Q1 1+Q+Q2 2）t t；t t中和时间，中和时间，1 12h2h（3 3）间歇中和池：
25、）间歇中和池：V V池池一个周期内排放的废水量。一个周期内排放的废水量。酸性废水与碱性废水中和处理酸性废水与碱性废水中和处理本讲稿第四十二页，共五十七页化学沉淀化学沉淀 1.1.概述概述1 1）难溶盐的溶度积常数难溶盐的溶度积常数本讲稿第四十三页，共五十七页化学沉淀化学沉淀 1.1.概述概述 2 2）沉淀剂沉淀剂本讲稿第四十四页，共五十七页2.2.氢氧化物沉淀法氢氧化物沉淀法 1 1）原理）原理化学沉淀化学沉淀 接下页本讲稿第四十五页，共五十七页化学沉淀化学沉淀 见图见图167本讲稿第四十六页，共五十七页2 2、应用、应用石灰乳作为沉淀剂去除矿山废水的石灰乳作为沉淀剂去除矿山废水的CuCu和和
26、FeFe金属离子。见图金属离子。见图16-816-8用石灰乳和漂白粉去除铅锌冶炼厂废水中金属离子。见图用石灰乳和漂白粉去除铅锌冶炼厂废水中金属离子。见图16-916-9化学沉淀化学沉淀 本讲稿第四十七页，共五十七页铅锌冶炼厂废水铅锌冶炼厂废水本讲稿第四十八页，共五十七页含含HgHg废水废水 本讲稿第四十九页，共五十七页3.3.硫化物沉淀法硫化物沉淀法化学沉淀化学沉淀 本讲稿第五十页，共五十七页化学沉淀化学沉淀 接下页本讲稿第五十一页，共五十七页化学沉淀化学沉淀 应用：用应用：用NaNa2 2S S处理含处理含HgHg废水：废水：本讲稿第五十二页，共五十七页4.4.钡盐沉淀法钡盐沉淀法主要用于处
27、理六价铬主要用于处理六价铬CrO42-CrO42-的废水的废水 一种沉淀转化成另一种沉淀的过程叫沉淀的转化一种沉淀转化成另一种沉淀的过程叫沉淀的转化 应投加过量的应投加过量的BaCOBaCO3 3，t=20t=2030min30min，但导致出水含有一定量的残钡，应，但导致出水含有一定量的残钡，应用石膏法加以去除：用石膏法加以去除：化学沉淀化学沉淀 本讲稿第五十三页，共五十七页思考题思考题1 1、何谓离心分离的分离因素？衡量水力旋流器分离效果的重要指、何谓离心分离的分离因素？衡量水力旋流器分离效果的重要指 标是什么？它的物理意义是什么？标是什么？它的物理意义是什么？2 2、工业废水中的金属可采
28、用哪几种化学沉淀法来处理？用氢氧化、工业废水中的金属可采用哪几种化学沉淀法来处理？用氢氧化 物处理工业废水中的重金属时，最重要的影响因素是什么？物处理工业废水中的重金属时，最重要的影响因素是什么？3 3、化学沉淀法与化学混凝法在原理上有何不同？使用的药剂有何、化学沉淀法与化学混凝法在原理上有何不同？使用的药剂有何 不同？不同？4 4、用石灰石对硫酸废水进行过滤中和时应注意什么问题？目前最、用石灰石对硫酸废水进行过滤中和时应注意什么问题？目前最 常用的石灰石过滤中和是哪几种形式？它有何优缺点？常用的石灰石过滤中和是哪几种形式？它有何优缺点？5 5、用硫化钠处理含汞废水，为什么还要投加硫酸亚铁？、
29、用硫化钠处理含汞废水，为什么还要投加硫酸亚铁？6 6、臭氧氧化处理印染废水使其脱色的原理是什么？、臭氧氧化处理印染废水使其脱色的原理是什么？7 7、阐述电解法处理含铬废水的基本原理。铁阳极为什么会产生钝、阐述电解法处理含铬废水的基本原理。铁阳极为什么会产生钝 化膜？如何消除钝化膜？化膜？如何消除钝化膜？8 8、电解可以产生哪些反应过程？对水处理能起什么作用？、电解可以产生哪些反应过程？对水处理能起什么作用？本讲稿第五十四页，共五十七页习题习题1、碱性氯化法处理含氰废水（完全氧化法）的反应原理？、碱性氯化法处理含氰废水（完全氧化法）的反应原理？2 2、分别举出含氰废水、含铬废水、含汞废水、含酚废
30、水两种以上、分别举出含氰废水、含铬废水、含汞废水、含酚废水两种以上 处理方法。处理方法。3 3、混凝剂与浮选剂有何区别？各起什么作用？、混凝剂与浮选剂有何区别？各起什么作用？4 4、含有颗粒小于、含有颗粒小于8um8um的悬浮物的废水，要取得较好的分离效率，用的悬浮物的废水，要取得较好的分离效率，用 旋流分离器还是用离心机？为什么？旋流分离器还是用离心机？为什么？5 5、比较投药中和及过滤中和、滚筒中和的优缺点及采用条件？、比较投药中和及过滤中和、滚筒中和的优缺点及采用条件？6 6、用氢氧化物沉淀法处理含、用氢氧化物沉淀法处理含CdCd废水，若欲将废水，若欲将Cd2+Cd2+浓度降到浓度降到0.1mg/L0.1mg/L，问需将溶液的问需将溶液的PHPH值提高到多少？值提高到多少？7 7、电解可以产生哪些反应过程？对水处理能起什么作用？、电解可以产生哪些反应过程？对水处理能起什么作用？本讲稿第五十五页，共五十七页过滤中和滚筒过滤中和滚筒本讲稿第五十六页，共五十七页废水的废水的PH值是氢氧化物沉淀法去除金属离子值是氢氧化物沉淀法去除金属离子Mn+的一个重要条件的一个重要条件 重金属离子溶解度与重金属离子溶解度与PHPH值的关系值的关系 本讲稿第五十七页，共五十七页