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化學(xué)沉淀法處理污水效果較好，是一種比較成熟且應(yīng)用廣泛的工藝。
上篇我們共同學(xué)習(xí)了國內(nèi)現(xiàn)行污（廢）水處理的物理處理方法及工藝流程，這篇文章我們主要聊一聊國內(nèi)現(xiàn)行污（廢）水的化學(xué)處理方法及工藝流程。
化學(xué)處理法是利用化學(xué)反應(yīng)作用來處理或回收污水的溶解物質(zhì)或膠體物質(zhì)的方法，多用于工業(yè)廢水。常用的方法有中和、化學(xué)沉淀、藥劑氧化還原、電解、離子交換等，本篇也將會著重闡述中和法和化學(xué)沉淀法兩種方法。
01中和法
其基本原理是，使酸性廢水中的H+與外加OH-，或使堿性廢水中的OH-與外加的H+相互作用，生成弱解離的水分子，同時生成可溶解或難溶解的其他鹽類，從而消除它們的有害作用。反應(yīng)服從當(dāng)量定律。采用此法可以處理并回收利用酸性廢水和堿性廢水，可以調(diào)節(jié)酸性或堿性廢水的pH值。
酸性廢水常用的方法有：酸、堿廢水相互中和法，投藥中和法及過濾中和法。
堿性廢水常用的方法有：酸、堿廢水相互中和法，投藥中法和及煙道氣中和法。
1、酸、堿廢水相互中和法
顧名思義，這種中和方法是將酸性廢水和堿性廢水共同引入中和池中，并在池內(nèi)進行融合攪拌后，以至于使廢水呈中性或弱堿性，其優(yōu)點是以廢治廢，節(jié)省費用。
中和設(shè)備可根據(jù)酸堿廢水排放規(guī)律及水質(zhì)變化來確定。一般在帶有攪拌裝置的中和池內(nèi)進行。
?。?）當(dāng)水質(zhì)水量變化較小或后續(xù)處理對pH要求較寬時，可在集水井（或管道、混合槽）內(nèi)進行連續(xù)混合反應(yīng)。
（2）當(dāng)水質(zhì)水量變化不大或后續(xù)處理對pH值要求高時，可設(shè)連續(xù)流中和池。
?。?）當(dāng)水質(zhì)水量變化較大，且水量較小時，連續(xù)流無法保證出水pH要求，或出水中還含有其他雜質(zhì)或重金屬離子時，多采用間歇式中和池。
2、投藥中合法
投藥中和法能處理任何濃度、任何性質(zhì)的酸、堿性廢水，此方法具有對水質(zhì)和水量波動適應(yīng)性強，中和藥劑的利用率高，中和過程易調(diào)節(jié)等優(yōu)點，但也存在勞動條件差、藥劑配制及投加設(shè)備較多、基建投資大、泥渣多目、脫水難等缺點。
酸性廢水中和處理采用的中和劑有石灰、石灰石、白云石、苛性鈉、碳酸鈉等。其中碳酸鈉因價格較貴，一般很少采用。石灰來源廣泛，價格便宜，所以使用較為廣泛。
堿性廢水中和處理采用的中和劑有硫酸、鹽酸、硝酸等。常用的藥劑為工業(yè)硫酸，考慮到成本問題，一般用工業(yè)廢酸更經(jīng)濟。
投藥方式可以分為兩種：干法投加和濕法投加。
干法投加是把藥劑直接加入到需要中和的水中，但其反應(yīng)較慢，而且不易徹底，投藥量大（需為理論量的1.4-1.5倍）；當(dāng)中和藥劑（如：石灰）成塊狀時需要破碎，工作條件差，勞動強度大；一般情況下用濕法投加，即把藥劑配成一定濃度的溶液加入到需要中和的水中。
其中，投藥中和法工藝過程主要包括：中和藥劑的制取與投配，混合與反應(yīng)，中和產(chǎn)物的分離，泥渣的處理與利用。
3、過濾中合法
過濾中合法是指廢水通過具有中和能力的濾料進行中和反應(yīng)的方法，適用于酸濃度低（2-3g/L），并生成易溶鹽的各種酸性廢水的中和處理，當(dāng)廢水中含大量懸浮物、油脂、重金屬鹽和其他毒物時不宜采用。堿性濾料主要有石灰石、大理石、白云石等。
中和濾池分三類：普通中和濾池、升流式膨脹中和濾池和滾筒中和濾池。
現(xiàn)分述如下：
?。?）普通中和濾池
普通中和池為重力式，由于濾速低（小于1.4mm/s），濾料粒徑大（3~8cm），當(dāng)進水硫酸濃度較大時，極易在濾料表面結(jié)垢而且不易沖掉，阻礙中和反應(yīng)進程。實踐表明這種濾料的中和效果較差，目前已很少采用。
?。?）升流式膨脹中和濾池
升流膨脹式濾池采用高流速（8.3~19.4mm/s），小粒徑（0.5~3mm,平均約1.5mm），水流由下向上流動，加上產(chǎn)生的CO?氣體的作用，使濾料互相碰撞摩擦，表面不斷更新，所以效果良好。升流膨脹式濾池又可分為恒濾速和變?yōu)V速兩種形式。
濾池分為四部分：底部為進水裝置，可采用大阻力或小阻力進水系統(tǒng)；濾料層下部為石墊層，上部為石灰石濾料，濾層厚1.0~1.2m；其上設(shè)高為0.5m的清水區(qū)，使水和濾料分離，在此區(qū)內(nèi)水流速度逐漸減慢；出水槽均勻地匯集出流水。
如果將裝填濾料部分的簡體做成圓錐狀，則為變速膨脹式中和濾池。這種池子底部濾速較大，上部濾速較小。具有等斷面的簡體稱為恒速膨脹式中和濾池。與恒速濾池相比，變速濾池具有濾料反應(yīng)更完全、能防止小濾料被水挾走、濾料表面不易結(jié)垢等優(yōu)點。這兩種升流式濾池目前均有工廠定型生產(chǎn)。
?。?）滾筒中和濾池
滾筒可用鋼板制成，內(nèi)襯防腐層，直徑1m或更大，長度約為直徑的6~7倍。筒內(nèi)些有不高的縱向隔條，推動濾料旋轉(zhuǎn)。滾筒轉(zhuǎn)速約為10r/min，轉(zhuǎn)軸傾斜角度為0.5°~1°。料的粒徑較大（達十幾毫米），裝料體積約占轉(zhuǎn)筒體積的一半。這種裝置的最大優(yōu)點是進水的酸濃度可以超過允許濃度數(shù)倍，而濾料粒徑卻不必破碎得很小。其缺點是負荷率低，僅為36m3（m2?h），構(gòu)造復(fù)雜、動力費用較高、運轉(zhuǎn)時噪聲較大，同時對設(shè)備材料的耐蝕性能要求較高。
4、煙道氣中和法
煙道氣中含有CO?和SO?，溶于水中形成H2CO3和H2SO3，能夠用來使堿性廢水得到中和。用煙道氣中和的方法有兩種，一是將堿性廢水作為濕式除塵器的噴淋水，另一種是使煙道氣通過堿性廢水。這種中和方法效果良好，但其缺點是會使處理后的廢水中懸浮物含量增加，并且硫化物和色度也都有所增加，需要做進一步處理。
02化學(xué)沉淀
化學(xué)沉淀法是向廢水中投加某種化學(xué)藥劑，使其與水中某些溶解物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)，生成難溶于水的鹽類沉淀下來，從而降低水中這些溶解物質(zhì)的含量的方法?；瘜W(xué)沉淀法經(jīng)常用于處理含有汞、鉛、銅、鋅、六價鉻、硫、氰、氟、砷等有毒化合物的廢水。
利用向廢水中投加氫氧化物、硫化物、碳酸鹽、鹵化物等生成金屬鹽沉淀可以去除廢水中的金屬離子，向廢水中投加鋇鹽可用于處理含六價鉻的工業(yè)廢水生成鉻酸鹽沉淀，向廢水中投加石灰生成氟化鈣沉淀可以去除水中的氟化物。
根據(jù)使用的沉淀劑不同，常見的化學(xué)沉淀法有氫氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、碳酸鹽沉淀法、鋇鹽沉淀法、鹵化物沉淀法等。
1、氫氧化物沉淀法
除了堿金屬和部分堿土金屬外，其它金屬的氫氧化物大都是難溶的。因此，可用氫氧化物沉淀法去除廢水中的重金屬離子。沉淀劑為各種堿性藥劑，常用的有氨水、氫氧化鈉和石灰等。
?。?）氨水法
在銨鹽存在下，利用氨水作沉淀劑，將溶液的pH值調(diào)整為8~10，使一些氫氧化物析出沉淀的方法，稱為氨水法。
（2）氫氧化鈉法
氫氧化鈉法氫氧化鈉是一種強堿，作為沉淀劑時兩性金屬離子的氫氧化物將被溶在溶液中，但由于氫氧化鈉溶液吸收空氣中的CO?而生成部分COH，因此，有部分Ca2+、Sr2+、Ba2+生成難溶性的碳酸鹽沉淀。
（3）石灰乳法
石灰乳法采用氫氧化物沉淀法處理重金屬廢水最常用的沉淀劑是石灰。石灰沉淀法的優(yōu)點是：去除污染物范圍廣（不僅可沉淀去除重金屬，而且可沉淀去除砷、氟、磷等）、藥劑來源廣、價格低、操作簡便、處理可靠且不產(chǎn)生二次污染；主要缺點是勞動衛(wèi)生條件差，管道易結(jié)垢堵塞，泥渣體積龐大（含水率高達95%~98%），脫水困難。
沉淀工藝有分步沉淀和一次沉淀兩種。
分步沉淀是指分段投加石灰乳，利用不同金屬氫氧化物在不同pH值下沉淀析出的特性，依次回收各種金屬氫氧化物。一次沉淀法是次投加石灰乳達到高pH值，使廢水中各種金屬離子同時以氫氧化物沉淀析出。
2、硫化物沉淀法
許多金屬能形成硫化物沉淀，而且大多數(shù)金屬硫化物比其氫氧化物的溶解度小。因此在廢水處理中也常采用生成硫化物沉淀去除金屬離子。而且各種金屬硫化物的溶度積相差懸殊，同時溶液中S2-離子濃度受H+濃度的制約，所以可以通過控制酸度，用硫化物沉淀法把溶液中不同金屬離子分步沉淀而分離回收。其中，金屬硫化物的溶解度與溶液的pH值密切相關(guān)。常用的沉淀劑有H2S、Na2S、（NH4）2S等。
常見硫化物沉淀法的應(yīng)用如下所示：
?。?）硫化物沉淀法除砷
將硫化鈉加到pH=6~7的含砷廢水中，砷形成硫化物沉淀可除去，用這種方法處理含砷0.8mg/L的廢水可使砷濃度降到0.05mg/L，除砷率達94%。
砷化法處理含三價砷廢水的效果并不理想，單純用硫化法很難使三價砷濃度降到0.05mgL以下。硫化法的優(yōu)點是處理量大，費用低、廢渣可回收利用。三硫化二砷能在含硫離子的溶液中生成配合離子而有溶解的趨勢，為提高除砷率，必須投加適量的亞鐵使其與過剩的二價硫生成難溶的硫化亞鐵與三硫化二砷共沉淀。
（2）硫化物沉淀法除汞
汞離子和二價硫離子有較強的親和力，生成溶度積極小的硫化物，所以硫化物沉淀法的除汞率高，在廢水處理中得到很好的實際應(yīng)用。
?。?）硫化物沉淀法處理含重金屬廢水
硫化物沉淀法處理含重金屬廢水，具有去除率高、可分步沉淀、泥渣中重金屬含量高、適應(yīng)pH值范圍大等優(yōu)點，在某些領(lǐng)域得到了實際應(yīng)用。但是S2-會使水體中COD增加，當(dāng)水體酸性增加時，可產(chǎn)生硫化氫氣體污染大氣，并且沉淀劑來源受到限制，價格亦不低，因此限制了它的廣泛應(yīng)用。
3、碳酸鹽沉淀法
由于堿土金屬（Ca、Mg等）和重金屬（Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ag、Cd、Pb、Hg、Bi等）的碳酸鹽都難溶于水，所以可以投加碳酸鹽將這些金屬離子從廢水中去除。
對于不同的處理對象，碳酸鹽法有三種不同的應(yīng)用方式：
?。?）投加可溶性碳酸鹽（如碳酸鈉），使水中金屬離子生成難溶性碳酸鹽而沉淀析出，這種方式可除去水中重金屬離子和非碳酸鹽硬度；
?。?）投加難溶碳酸鹽（如碳酸鈣），利用沉淀轉(zhuǎn)化原理，使水中重金屬離子生成溶解度更小的碳酸鹽而沉淀析出；
?。?）投加石灰，使之水中碳酸鹽硬度，生成難溶的碳酸鈣和氫氧化鎂而沉淀析出，此方式可除去水中的碳酸鹽硬度。
4、鋇鹽沉淀法
這種方法主要用于處理含六價鉻的廢水，采用的沉淀劑有碳酸鋇、氯化鋇、硝酸鋇、氫氧化鋇等。鋇鹽沉淀法可以將電鍍含鉻有毒廢水凈化到能回用的程度；但缺點是其沉渣量多，有毒，處理較為困難。
5、鹵化物沉淀法
?。?）氯化銀沉淀法除銀
含銀廢水土要來源于鍍銀和照相工藝，加氯化物可以沉淀回收銀。氰化銀鍍槽中的含銀濃度高達13~45g/L，一般先用電解法回收銀，將銀濃度降至100~500mg/L，然后再用氯化物沉淀法，將銀濃度進一步降至幾mg/L，如果在堿性條件下與其他金屬氫氧化物共沉，銀濃度可降至0.1mg/L。當(dāng)出水中氯離子濃度為0.5mg/L時，理論計算的銀離子大濃度為1.35mg/L。氯濃度越高，銀濃度越低。但氯離子過量太多時，會生成AgCl2-絡(luò)離子，使沉淀又重新溶解。
廢水中含有多種金屬離子時，調(diào)pH值至堿性．同時加氯化物，則其他金屬離子形成氫氧化物沉淀，銀形成氯化銀沉淀。用酸洗沉渣，將氫氧化物沉淀溶出，僅剩下氯化銀，實現(xiàn)分離和回收銀。鍍銀廢水中常含氰，一般先加氯氧化氰，放出的氯離子又可以與銀生成沉淀。據(jù)報道，當(dāng)銀和氰重量相等時，投氯量為3.5mg/mg（CN-），氯化10min后，調(diào)pH至6.5，氰完全氧化，再加氯化鐵，以石灰調(diào)pH至8，沉淀分離后出水銀由初的0.7~40mg/L降至幾乎為0。
?。?）氟化物沉淀法
當(dāng)廢水中含有比較單純的氟離子時，投加石灰。調(diào)pH值至10~12，生成CaF2沉淀，可使氟濃度降至10~20mg/L。若水中還含有其他金屬離子，由于吸附共沉淀作用，可使氟濃度降至8mg/L以下。如果加石灰的同時，加入磷酸鹽（如過磷酸鈣、磷酸氫二鈉），則與氟形成難溶的磷灰石沉淀。當(dāng)石灰投量為理論量的1.3倍，過磷酸鈣投量為理論量的2~2.5倍時，可使氟濃度降至2mg/L。
化學(xué)的世界是奇妙無窮的，小旭現(xiàn)在還記得初中化學(xué)老師當(dāng)時在課堂上說，化學(xué)是一門神奇的學(xué)科，它會神奇到讓一種東西消失，或者讓另一種新的東西產(chǎn)生，因篇幅關(guān)系，藥劑氧化還原法、電解法、離子交換法將會在下篇與大家見面，關(guān)注樂中環(huán)保科技，我們一起來學(xué)習(xí)。
