什么物化-生化处理法

污水的物化处理

化学混凝法

1. 胶体的稳定性

1.1 概念：

胶体：胶核＋双电层（电位离子＋离子层＋扩散层）

电位离子：直接电离或吸附氢根离子或氢氧根——决定胶体电荷的大小和符号

异号离子：电位离子的静电引力吸附的大量异号离子

固定离子层——滑动面——扩散层

胶粒：胶核＋固定离子层

ζ电位：胶粒与扩散层间电位差；胶体的电动电位，

ψ电位：胶核表面的电位离子与溶液间电位差。

1.2 受力分析

布朗运动（热运动）

静电斥力——正比于——ζ电位

范德华引力——反比于——胶粒间距平方（间距较大，可忽略）

水化作用：水化膜（与ζ电位相关，与之同消长）

1.3 混凝原理

压缩双电层作用：电解质（混凝剂）——消除或降低胶粒的ζ电位——胶粒脱稳——脱稳胶粒相互聚结——凝聚

临界状态：斥力小于布朗运动的动能，ζ电位大于零

等电状态：ζ电位等于零；是否一定最好？不一定因为其他作用的存在

适用：无机盐混凝剂提供的简单离子

吸附架桥作用：高分子混凝剂水解和缩聚反应——高分子聚合物——线形结构（长度）——吸附相距较远的胶粒起到架桥的作用——颗粒结大——絮凝

网捕作用：水解的沉淀物——沉淀过程集卷、网捕水中胶体等微粒——胶体粘结

凝聚＋絮凝——混凝

pH——水解或缩聚反应的过程——影响混凝效果

压缩双电层：正电荷水解聚合物

吸附＋架桥：正电荷水解聚合物＋羟基——单核——多核络合物

实验装置——六联搅拌仪

2. 混凝剂与助凝剂

混凝剂与絮凝剂作者： 国家环境保护局 科技标准司 环境工程科技协调委员会 索书号：86.6442/419 SS号：10127938 出版日期：1991年3月第1版 页数：90

2.1 混凝剂——无机盐＋高分子

原则：无害、效果好、便宜、方便

效果——针对三种作用需要的条件——电荷/高分子聚合物/沉淀物

无机盐

铝盐、铁盐

铝盐——对生物潜在危害，表现在含铝污泥的释放

高分子——天然、人工；无机、有机

无机：聚合氯化铝、聚合氯化铁

有机：阳离子、阴离子、非离子型（聚丙烯酰胺较多，单体有毒）；

特点：巨大的线性分子

天然高分子絮凝剂在水处理中的应用历史可以追溯到2000年以前的古代中国和古代埃及。在近代水处理中，天然高分子化合物仍是一类重要的絮凝剂，不过它们的使用远少于人工合成高分子絮凝剂，其原因是天然高分子絮凝剂电荷密度较小，分子量较低，且易发生生物降解而失去絮凝活性。目前天然高分子絮凝剂的主要品种有淀粉类，半巩甘露聚糖类，纤维素衍生物类，微生物多糖类，及动物骨胶类等五大类。

天然淀粉的来源十分丰富，土豆、玉米、木薯、藕、小麦等均有高含量的淀盼，不过从这些不同来源获得的淀粉在粒度、胶化温度、在溶剂中的膨胀率及直、文链组分的比例方面有所不同。

2.2 助凝剂

注意区分。

作用——调节或改善混凝条件——pH、水质以及絮凝体结构（主要利用高分子物质的吸附架桥作用）

3. 影响因素

3.1 T

温度过低不可

3.2 pH

与品种相关，发生的水解反应或缩聚反应需要一定的碱度、且产酸需要中和——无机盐

有机高分子——影响较小

3.3杂质成分、浓度、性质——有机物——混凝试验

3.4 水力条件

混合——反应要求不同

混合——扩散均匀、迅速——时间——搅拌剧烈（高分子主要是均匀，无需过分剧烈搅拌）——凝聚——混合池

反应——搅拌强度怎样？为什么？因为主要是通过絮凝形成大的具有良好沉淀性能的絮凝体——絮凝——无需反应池——过滤/气浮

3.5 混凝剂的最佳投放剂量

达到既定水质目标的最小混凝剂投放剂量，对水和废水混凝处理具有重要技术经济意义。

确定——实验室模拟＋现场试验相结合

实验室模拟的方法，主要有烧怀搅拌试验、ζ电位法、胶体滴定法及过滤法四种。目前还不能仅根据胶体化学及流体力学理论直接推算混凝剂的最佳投放剂量。

烧杯搅拌试验——快速搅拌、慢速搅拌和静止沉降三个步骤——使用最多的一种方法。

胶体滴定法——电荷中和滴定——胶体带负电——过量阳离子——阴离子反滴定——指示剂显示中点——少用——可替代ζ电位法

阳离子型聚电解质可用甲基乙二醇壳聚糖，阴离子型聚电解质可用聚乙烯醇的硫酸盐，指示剂可用甲苯胺兰。

ζ电位法——在测量ζ电位法前先使用烧杯搅拌试验使混凝剂与胶体粒子产相互作用。用显微电泳仪测定——研究工作

过滤法——模拟滤池法。如果原水浊度较仍，浊度的去除主要不是通过凝聚絮凝过程，而是主要通过凝聚过滤过程，则可使用此法。在混凝剂投放水样并经快速搅拌后立即将水样用模拟滤池过滤——过滤水能符合水质——多用于给水处理中

4. 设备

配置与投加——混合——反应

1. 干投＋湿投——溶解池＋搅拌（机械、压缩空气、水泵）——投加（计量及定量设备、投加装置）

2. 混合——水泵、隔板、机械

水力——管式、混合池

管式——管道直接混合、管道静态混合器混合

混合池混合——隔板式、跌水式、涡流式、水跃式、穿孔板式

机械——水泵混合、机械搅拌（浆板式、推流式、涡流式）

3. 反应——水力（隔板）、机械

吸附法

一、 吸附原理：

1.分类

范德华力——物理吸附

化学键——化学吸附

项目 吸 附 类 型

物理吸附 化学吸附

作用力 分子引力(范德华力) 剩余化学键力

选择性 一般无选择性 有选择性

形成吸附层 单分子或多分子吸附层均可 只能形成单分子吸附层

吸附热 较小，一般41.9kJ／mol以内 较大，一般在83.7～418.7kJ／mol之间

吸附速度 快，几乎不要活化能 慢，需要一定的活化能

可逆性 较易解吸 化学价键力时，吸附不可逆

温度 放热过程；低温有利于吸附 温度升高，吸附速度增加

2.吸附等温式

1）吸附平衡及吸附量

⑴.吸附平衡 吸附和解吸是一个可逆的平衡过程。当吸附速度和解吸速度相等，就达到了吸附平衡。吸附量是吸附平衡时单位重量吸附剂上所吸附的吸附质重量。它可以表示吸附剂吸附能力的大小。一定容积和一定浓度的吸附质溶液中，投加一定的吸附剂，经搅拌混合直至吸附平衡，即测定溶液中残余的吸附质浓度，稳定不变时为止，则吸附量：

2）吸附等温式

一定的吸附剂所吸附物质的数量与此物质的性质及其浓度和温度有关。表明被吸附物的量与浓度之间的关系式成为吸附等温式。

固体表面吸附水溶液中溶解及胶体物质

Freundlich吸附等温式——低浓度

Langmuir吸附等温式——单分子层

二、 影响因素

能力——吸附量

速度——单位重量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量——决定污水与吸附剂接触时间

吸附速度，是指单位重量的吸附剂在单位时间内所吸附的吸附质的量。影响吸附速度的因素有：

①.吸附质在吸附剂表面液(气)相界膜内的迁移速度；

②.吸附质在吸附剂颗粒孔隙内的扩散速度；

③.吸附质在吸附剂内表面吸附位置上的吸附反应速度。吸附过程的快慢主要由液膜内的迁移速度和颗粒内的扩散速度所控制。

多孔性吸附剂——三阶段（颗粒外部扩散阶段、孔隙扩散、吸附反应）

吸附剂的比表面积、颗粒大小、物理化学性质

溶液浓度

pH值（酸性有利对于活性炭）、T（低有利）

三、吸附剂

活性炭

特点：比表面积大，800-2000m2/g

再生方法：加热（温度升高解吸）、化学再生（化学反应、如湿式氧化法去除活性炭中被吸附的有机物）

腐植酸类吸附剂

活性基团具有阳离子吸附性能——离子交换、螯合、表面吸附、凝聚等作用

应用：重金属离子（试验研究）

四、 吸附工艺与设备

间歇式——两个吸附池

连续式——固定床（固定填放）、连续【移动床（定期更新部分吸附剂）、流化床（相对流动）】

5. 应用

汞的去除：砂滤＋活性炭过滤（吸附）去除有机物、脱色除臭等——微量

微生物吸附能力研究（应用青霉菌BX1活体吸附水中活性艳蓝KN-R）、固体废物制作吸附剂（如煤矸石、粉煤灰）、高分子吸附剂的研究开发（价钱——易洗脱性——离子交换法）

扩展——环境化学中土壤对有机物、重金属的吸附解吸行为

离子交换法

实质：特殊的（可逆性化学）吸附，不溶与已溶的离子交换（同性）

2RNa+M2+＝R2M+2Na+

式中 R——代表离子交换剂的骨架；

Na+——交换剂上可交换离子；

M2+——水溶液中二价阳离子。

一、离子交换剂

离子交换树脂：本体（线形结构高分子有机物＋交联剂——立体网状）＋活性基团（固定离子＋活动离子）

按树脂类型和孔结构——凝胶型、大孔型、多孔凝胶型、巨孔型（MR）、高巨孔型

按活性集团——阳、阴、螯合、氧化还原及两性树脂

阴阳——强弱强弱

二、选用——适用范围

经济、效用、针对性——实验＋经验

1 有效pH范围：弱酸——碱性；弱碱——酸性（反）

2 交换容量：全交换容量；工作交换容量

滴定法、计算法

3 交联度 7-10％，交联度高，较稳定

4 交换势

K——交换离子的易交换性（与树脂的亲和性）——交换势（与离子大小有关）——选择性、交换量

交换势——温度、浓度、价态、原子序数、树脂性质、离子性质、离子量

条件：常温、低浓度水溶液

阳离子树脂：原子价愈高，交换势愈大，原子序数预高，交换势愈大（稀土元素相反）

H：弱酸性阳离子树脂，交换势最强；强酸性阳离子树脂，介于钠离子与锂离子之间弱碱性阴离子树脂：按照一定酸根序列，对于碳酸根和硫离子能力很弱、对硅酸、苯酚、硼酸和氰酸不起反应

OH：弱碱性阴离子树脂，交换势最强；强碱性阴离子树脂，介于氯离子与氟离子之间离子量高的有机离子和金属络合离子交换势特别大，为什么？化学键作用大小

三、工艺和设备

固定床＋连续床

预处理（防止堵塞与污染）＋离子交换器（单层固定床）＋再生附属设备（再生液配置）

步骤：交换、反洗（用原水、使树脂层膨胀、清除杂质、碎粒及气泡等）、再生（浓度）、清洗（净水）

实质：交换剂起到一个媒介作用，将污染物浓缩

1.离子交换工艺

离子交换操作可分为静态法和动态法两类。静态法是将一定量的树脂与所处理的溶液在容器内混合搅拌，进行离子交换反应，然后用过滤、倾析、离子分离等方法将树脂与溶液分离。这种操作方法必须重复多次才能使反应达到完全，方法简单但效率低。动态离子交换是离子交换树脂或溶液在流动状态下进行交换，一般都在圆柱形设备中进行。离子交换反应是可逆的平衡反应，动态交换能使交换后的溶液及时与树脂分离，从而大大减少逆反应的影响使交换反应不断地顺利进行，并使溶液在整个树脂层中进行多次交换，即相当于多次间歇操作，因此其效率比静态法高得多，生产中广为应用。

主要讲授固定床

固定床离子交换是将树脂装在交换柱内，欲处理的溶液不断地流过树脂层，离子交换的各项操作均在柱内进行。根据不同用途，固定床可以设计成：单床、多床和混床。

通常，固定床离子交换操作过程有以下四个步骤进行，即：

a．交换：原水(或废水)自上而下流过树脂床层，出水即得到净化水。

b.反洗：当树脂使用到终点时，自上而下逆流通水进行反洗，除去杂质，松动床层。

c．再生：自上而下同流(顺流)或自下而上逆流通人再生剂进行再生，使树脂恢复交换能力。

d.正洗：自下而上(或自上而下)通人清水进行淋洗，洗去树脂层中夹带剩余的再生剂，之后，即可进入下一循环工序。

2.离子交换方式

多为柱式交换法。

单床离子交换柱 使用一种离子交换剂

多床离子交换柱 一种离子交换剂，多个交换柱

复合床离子交换柱 几个阳离子交换柱及几个阴离子交换柱串联而成

混合床离子交换柱 阴、阳离子交换剂装在同一个交换柱中

应用

电镀含铬废水处理：回收铬酸，提问：如何使再生液中的铬酸纯度最高？重金属离子如何回收？

例题：含铬废水含有Fe3+、Ca2+、Mg2+等阳离子，含有Cr2O72-、CrO42-、SO42-、

Cl-等阴离子。

注意：如果废水中的铬大于100mg/L时，回收铬的价值可以低偿处理费用。

现在，请设计一工艺，处理某电镀废水（200mg/L）。