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工業(yè)廢水處理基本方法——化學(xué)法（二）

文章出處：未知發(fā)表時(shí)間：2021-05-14 15:41:42
工業(yè)廢水處理基本方法——化學(xué)法
 
     工業(yè)廢水處理在基本方法，就是采用各種技術(shù)與手段，將廢水中所含的污染物質(zhì)分離去除、回收利用，或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)，使水質(zhì)得到凈化。
     工業(yè)廢水處理技術(shù)，按原理可分為物理處理法、化學(xué)處理法和生物化學(xué)處理法等。
 
化學(xué)處理法
       化學(xué)處理法是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)使廢水中呈溶解狀態(tài)的無(wú)機(jī)物和有機(jī)物被氧化或還原為微毒、無(wú)毒的無(wú)機(jī)物的物質(zhì)，或者轉(zhuǎn)化成容易與水分離的形態(tài)，從而達(dá)到處理的目的?；瘜W(xué)處理法是轉(zhuǎn)化廢水中污染物的有效方法，其實(shí)質(zhì)是通過(guò)采取不同的方法（包括投加藥劑法、電化學(xué)法和光化學(xué)法三大類）而實(shí)現(xiàn)電子的轉(zhuǎn)移。

5、離子交換法
       離子交換是利用帶有可交換離子（陰離子或陽(yáng)離子）的不溶性固體與溶液中帶有同種電荷的離子之間置換離子而除去水中有害離子的單元操作。含有可交換離子的不溶性固體稱為離子交換劑，其中帶有可交換陽(yáng)離的交換劑稱為陽(yáng)離子交換劑；帶有可交換陰離子的交換劑稱為陰離子交換劑。
      離子交換的實(shí)質(zhì)是離子交換劑的可交換離子與廢水中的其他同性離子的交換反應(yīng)，是一種特殊的吸附過(guò)程，但與吸附相比，離子交換法主要吸附水中的離子化物質(zhì)，并進(jìn)行等物質(zhì)的量的離子交換。
     離子交換分離技術(shù)與其他分離技術(shù)相比具有如下特點(diǎn)：
      （1）離子交換操作是一種液－固非均相擴(kuò)散傳質(zhì)過(guò)程，所處理的溶液一般為水溶液；
      （2）離子交換是水溶液中的被分離組分與離子交換劑中可交換離子進(jìn)行離子置換反應(yīng)的過(guò)程，且離子交換反應(yīng)是定量進(jìn)行的，即有1mol的離子被離子交換劑吸附，就必然有1mol的另一同性離子從離子交換劑中釋放出來(lái)。
     （3）離子交換劑在使用后，其性能逐漸消失，需經(jīng)酸、堿再生而恢復(fù)使用，同時(shí)也將被分離組分洗脫出來(lái)。
     （4）離子交換分離技術(shù)具有優(yōu)勢(shì)的分離選擇性和很高的濃縮倍數(shù)，操作方便，效果突出。
      在工業(yè)用水處理中，通過(guò)離子交換可以抽取軟化水、脫鹽水和純水；在工業(yè)廢水處理中，離子交換法主要用于回收有用物質(zhì)和貴重、稀有金屬，如金、銀、銅、鎘、鉻、鋅等，也用于放射性廢水和有機(jī)廢水的處理。

離子交換法處理工業(yè)廢水的特點(diǎn)
      工業(yè)廢水水質(zhì)復(fù)雜，常含有各種懸浮物、油類和溶解鹽類，在采用離子交換法處理前需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理。
      離子交換法的處理效果受pH和溫度的影響較大。pH會(huì)影響某些離子在廢水中的形態(tài)，并影響樹(shù)脂交換基團(tuán)的離解。必要時(shí)需預(yù)先進(jìn)行pH的調(diào)整。溫度高有利于交換速率的增加，但過(guò)高的水溫對(duì)樹(shù)脂有損害，應(yīng)適當(dāng)降溫。
      高價(jià)金屬離子會(huì)引起離子交換樹(shù)脂的中毒，即由于高價(jià)離子與樹(shù)脂交換基團(tuán)的結(jié)合能力極強(qiáng)，再生下來(lái)極為困難。因此，對(duì)于處理含有Fe3+等高價(jià)離子的樹(shù)脂，需要定期用高濃度的酸再生。
     對(duì)于含有氧化劑的廢水，應(yīng)盡量采用抗氧化性好的樹(shù)脂。
     對(duì)于同時(shí)含有有機(jī)污染物的廢水，可以采用大孔型樹(shù)脂對(duì)有機(jī)物進(jìn)行吸附。

     廢水處理的再生殘液中污染物的含量很高，應(yīng)考慮回收利用。再生劑的選擇要便于回收。離子交換處理只是一種濃縮過(guò)程，并不改變污染物的性質(zhì)，對(duì)再生殘液必須進(jìn)行妥善處理。
 
6、常溫化學(xué)氧化
      化學(xué)氧化法是處理各種形態(tài)污染物的有效方法，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)，可以將液態(tài)可氣態(tài)的無(wú)機(jī)物和有機(jī)物轉(zhuǎn)化成微毒、無(wú)毒的物質(zhì)，或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化成易于的狀態(tài)。與生物氧化法相比，化學(xué)氧化法的運(yùn)行費(fèi)用較高，但通過(guò)選擇氧化劑，控制接觸時(shí)間和氧化劑投加量等條件，化學(xué)氧化法幾乎可以處理所有的污染物，因此常常用于生物難降解的污染物的去除?；瘜W(xué)氧化劑的強(qiáng)氧化性對(duì)微生物、細(xì)菌、病毒具有滅活作用，因此它們往往也是良好的消毒劑。
      化學(xué)氧化是指通過(guò)向水中加入適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)氧化劑而使水中的有毒有害污染物發(fā)生氧化反應(yīng)而得以處理或分離。投加化學(xué)氧化劑可以處理廢水中的CN-、S2-、Fe2+、Mn2+等離子。采用的氧化劑包括以下幾類：
      a、在接受電子后還原成負(fù)離子的中性分子，如Cl2、ClO2、O2、O3；
     b、非正電荷的離子，接受電子后還原成負(fù)離子，如漂白粉和次氯酸中的Cl+變?yōu)镃l-；
     c、帶正電荷的離子，接受電子后還原成帶較低正電荷的離子，如MnO4-中的Mn7+變?yōu)镸n2+，F(xiàn)e3+變?yōu)镕e2+等。
     根據(jù)所選擇的氧化劑，對(duì)應(yīng)的氧化過(guò)程分別稱為空氣氧化、臭氧氧化、過(guò)氧化氫氧化、氯氧化、高錳酸鹽氧化、高鐵酸鉀氧化。因這些氧化過(guò)程一般都在常溫條件下進(jìn)行，所以又稱之為常溫化學(xué)氧化。
   空氣氧化法：就是向廢水中鼓入空氣，利用空氣中的氧氣氧化水中的有害物質(zhì)。
   臭氧氧化法：利用臭氧的強(qiáng)氧化性去除水中有害物質(zhì)的方法。在工業(yè)廢水處理中，可用臭氧氧化多種有機(jī)物和無(wú)機(jī)物，如酚、氰化物、有機(jī)硫化物、不飽和脂肪族以及芳香族化合物等。除鉑、金、銥、氟以外，臭氧幾乎可以與元素周期表中的所有元素反應(yīng)。臭氧可以將過(guò)渡金屬元素氧化到較高或最高氧化態(tài)，形成更難溶的氧化物，常利用此性質(zhì)把污水中的Fe2+、Mn2+及Pb、Ag、Cd、Hg、Ni等重金屬離子除去。
      水經(jīng)臭氧處理，可達(dá)到降低COD濃度、殺菌、增加溶解氧、脫色除臭、降低濁度等幾個(gè)目的。將混凝或活性污泥法與臭氧氧化法聯(lián)合，可以有效去除色度和難降解有機(jī)物。此外線照射可以激活O3分子和污染物分子，加快反應(yīng)速率，增強(qiáng)氧化能力，降低臭氧消耗量。在工業(yè)廢水處理中，臭氧主要用于煉油廢水酚類化合物的去除，電鍍含氰廢水的氧化，含染料廢水的脫色，洗滌劑的氧化以及廢水中合成表面活性物質(zhì)的處理等。
    過(guò)氧化氫氧化法：是利用過(guò)氧化氫為氧化劑氧化廢水中有害物質(zhì)的方法。芬頓（Fenton）法就是利用過(guò)氧化氫的氧化性進(jìn)行水處理的一種方法。
   氯氧化法：是以具有強(qiáng)氧化劑的含氯藥劑為氧化劑，去除水中有害物質(zhì)的方法。氯氧化法廣泛用于廢水處理，如處理含氰廢水、含硫廢水、醫(yī)院污水、含酚廢水等，常用的含氯藥劑有液氯、漂白粉、次氯酸鈉、二氧化氯等。
    高錳酸鉀氧化法：利用高錳酸鉀的強(qiáng)氧化劑，對(duì)廢水進(jìn)行處理的方法。高錳酸鉀在水中遇到還原性物質(zhì)分解釋放出新生態(tài)氧，可以使微生物的組織受到破壞，因此，高錳酸鉀具有極強(qiáng)的滅菌能力，在醫(yī)療和某些特殊環(huán)境消毒時(shí)普遍采用。
 
7、濕式空氣氧化法
       濕式空氣氧化法（Wet Air Oxidation，簡(jiǎn)稱WAO法）是以空氣為氧化劑，將水中的溶解性物質(zhì)（包括無(wú)機(jī)物和有機(jī)物）通過(guò)氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為無(wú)害的新物質(zhì)，或者轉(zhuǎn)化為容易從水中分離排除的形態(tài)（氣體和固體），從而達(dá)到處理的目的。通常情況下氧氣在水中的溶解度非常低，因而在常溫常壓下，氧化反應(yīng)的速度很慢，尤其是對(duì)高濃度的污染物，利用空氣中的氧氣反應(yīng)更慢，需借助各種輔助手段促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行（通常借助高溫、高壓和催化劑的作用）。一般來(lái)說(shuō)，在10～20MPa、200～300℃條件下，氧氣在水中的溶解度會(huì)增大，幾乎所有污染物都能被氧化成二氧化碳和水。
     濕式空氣氧化是針對(duì)高濃度有機(jī)廢水（含有毒有害物質(zhì)）處理的一種污水處理技術(shù)，因而有其獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)和運(yùn)行要求。
 
WAO法的主要特點(diǎn)有：
  （1）它可以有效地氧化各類高濃度的有機(jī)廢水，特別是毒性較大、常規(guī)方法難降解的廢水，應(yīng)用范圍較廣；
  （2）在特定的溫度和壓力條件下，WAO法對(duì)COD處理效率秀高可達(dá)到90%以上；
  （3）WAO法的處理裝置較小，占地少，結(jié)構(gòu)緊湊，易于管理；
  （4）WAO法處理有機(jī)物所需的能量幾乎就是進(jìn)水和出水的熱焓差，因此可以利用系統(tǒng)的反應(yīng)熱加熱進(jìn)料，能量消耗少；
    （5）WAO法氧化有機(jī)污染物時(shí)，C被氧化成CO2，N被氧化成NO2，鹵化物和硫化物被氧化為相應(yīng)的無(wú)機(jī)鹵化物和硫氧化物，因此產(chǎn)生的二次污染較少。
     因此，WAO法在處理濃度太低而不能焚燒、濃度太高又不能進(jìn)行生化處理的有機(jī)廢水時(shí)具有很大的吸引力。
但是，濕式氧化法的應(yīng)用也存在一定的局限性：
   a、WAO法要求在高溫、高壓條件下進(jìn)行，系統(tǒng)的設(shè)備費(fèi)用較大，條件要求嚴(yán)格，一次性投資大；
   b、設(shè)備系統(tǒng)要求嚴(yán)，材料要耐高溫、高壓，且防腐蝕性要求高；
  c、僅適用于小流量的高濃度難降解有機(jī)廢水，或作為某種高濃度難降解有機(jī)廢水的預(yù)處理，否則很不經(jīng)濟(jì)；
   d、對(duì)某些有機(jī)物如多氯聯(lián)苯、小分子羧酸難以完全氧化去除。
 
應(yīng)用范圍
     濕式氧化技術(shù)廣泛用于各類高濃度廢水及污泥的處理，尤其是毒性大，難以用生化方法處理的農(nóng)藥廢水、染料廢水、制藥廢水、煤氣洗滌廢水、造紙廢水、合成纖維廢水及其他有機(jī)合成工業(yè)廢水處理，也用于還原性無(wú)機(jī)物（如CN-、SCN-、S2-）和放射性廢物的處理。
 
8、催化濕式氧化技術(shù)
        由于傳統(tǒng)的濕式氧化技術(shù)需要較高的溫度和壓力，相對(duì)較長(zhǎng)的停留時(shí)間，尤其是對(duì)于某些難氧化的有機(jī)化合物反應(yīng)要求更為苛刻，致使設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用都較高。為降低濕式空氣氧化的反應(yīng)溫度和反應(yīng)壓力，同時(shí)提高處理效果，在傳統(tǒng)的濕式氧化技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一些改進(jìn)。
     催化濕式氧化技術(shù)是使用高效、穩(wěn)定的催化劑降低濕式氧化反應(yīng)的活性能，從而在不降低處理效果的情況下，降低反應(yīng)濕度和壓力。
     催化濕式氧化法是依據(jù)廢水中的有機(jī)物在高溫高壓下進(jìn)行催化燃燒的原理來(lái)凈化處理高濃度有機(jī)廢水的，其最顯著的特點(diǎn)是以羥基自由基為主要氧化劑與有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)中生成的有機(jī)自由基可以繼續(xù)參加羥基的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，或者生成有機(jī)過(guò)氧化物自由基后進(jìn)一步發(fā)生氧化分解反應(yīng)直至降解為最終產(chǎn)物CO2和H2O，從而達(dá)到氧化分解有機(jī)物的目的。
     催濕式氧化法在各種有毒有害和難降解的高濃度廢水處理中非常有效，具有較高的實(shí)用價(jià)值。
 
9、焚燒法
       焚燒法處理廢水是在高溫條件下，使有機(jī)廢液中的可燃組分與空氣中的氧進(jìn)行劇烈的化學(xué)反應(yīng)，將其中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為水、二氧化碳等無(wú)害物質(zhì)，同時(shí)釋放能量，產(chǎn)生固體殘?jiān)?。焚燒也是利腹膜空氣中的氧?lái)氧化廢水的一種方法，與濕式氧化不同，它只是提高反應(yīng)溫度，并不提高壓力。焚燒法用于處理難生化處理、濃度高、毒性大、成分復(fù)雜的有機(jī)廢液。
      有機(jī)廢液的焚燒過(guò)程是集物理變化、化學(xué)變化、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、催化作用、燃燒空氣動(dòng)力學(xué)和傳熱學(xué)等多學(xué)科于一體的綜合過(guò)程。有機(jī)物在高溫下分解成無(wú)毒、無(wú)害的CO2、水等小分子物質(zhì)，有機(jī)氮化物、有機(jī)硫化物、有機(jī)氯化物等被氧化成SOx、NOx、HCl等酸性氣體，但可以通過(guò)尾氣吸收塔對(duì)其進(jìn)行凈化處理。同時(shí)，焚燒產(chǎn)生的熱量可以回收或供熱。
     焚燒法是一種使有機(jī)廢液實(shí)現(xiàn)減量化、無(wú)害化和資源化的處理技術(shù)，一般有機(jī)廢液焚燒處理的工藝流程為：
                                                         預(yù)處理→高溫焚燒→余熱回收→煙氣處理→煙氣排放
      預(yù)處理主要包括廢液的過(guò)濾、蒸發(fā)濃縮、調(diào)整黏度等，其目的是為了后續(xù)的焚燒過(guò)程提供最優(yōu)的條件。
     不同有機(jī)廢液焚燒處理的工藝流程根據(jù)廢液性質(zhì)的不軸而有所不同：對(duì)于COD值很高、熱值也很高的有機(jī)廢液，可以直接進(jìn)入焚燒爐進(jìn)行焚燒處理，而對(duì)于熱值不是很高的廢液，則可以添加輔助燒料幫助廢液進(jìn)行焚燒；對(duì)于含水分比較高的有機(jī)廢液，可以先進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，然后再進(jìn)行焚燒。當(dāng)廢液中不含有害的低沸點(diǎn)有機(jī)物時(shí)，可考慮采用高溫?zé)煔庵苯訚饪s的方法，但對(duì)于含有有害的低沸點(diǎn)組分的有機(jī)廢液應(yīng)采和間接加熱的濃縮法。
 
10、電化學(xué)法
       電化學(xué)法是利用直接流來(lái)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的方法。將含有電解的廢水通過(guò)電解槽，在直流電場(chǎng)的作用下，使其中的有害成分或在陽(yáng)極氧化或在陰極還原或發(fā)生二次反應(yīng)，即電極反應(yīng)產(chǎn)物與溶液中某些成分發(fā)生作用，使污染物分別生成不溶于水的沉淀物，或生成氣體從水中逸出，從而使廢水得以凈化。
電化學(xué)法的優(yōu)點(diǎn)：
  （1）在廢水處理過(guò)程中，主要試劑是電子，不需要添加氧化劑，沒(méi)有或很少產(chǎn)生二次污染，可難廢水回用創(chuàng)造條件。
  （2）能量效率高，反應(yīng)條件溫和，一般在常溫常壓下即可進(jìn)行。
  （3）兼具氣浮、絮凝、殺菌作用，可通過(guò)去除水中懸浮物和選用特殊電極來(lái)達(dá)到去除細(xì)菌的效果，可以使處理水的保存時(shí)間持久。
  （4）反應(yīng)裝置簡(jiǎn)單，工藝靈活，可控制性強(qiáng)，易于自動(dòng)化，費(fèi)用不高。
      用于廢水處理的電化學(xué)技術(shù)，按除去的雜質(zhì)及產(chǎn)生的電化學(xué)作用，可分為電化學(xué)氧化法、電化學(xué)還原法、電氣浮法、電絮凝法、微電解法等。
      電化學(xué)法可用于污水凈化、垃圾滲濾液、制革廢水、印染廢水、石油和化工廢水處理中。