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工业废水处理基本方法——化学法（二）

文章出处：未知发表时间：2021-05-14 15:41:42

工业废水处理基本方法——化学法

工业废水处理在基本方法，就是采用各种技术与手段，将废水中所含的污染物质分离去除、回收利用，或将其转化为无害物质，使水质得到净化。
工业废水处理技术，按原理可分为物理处理法、化学处理法和生物化学处理法等。

化学处理法
化学处理法是通过化学反应使废水中呈溶解状态的无机物和有机物被氧化或还原为微毒、无毒的无机物的物质，或者转化成容易与水分离的形态，从而达到处理的目的。化学处理法是转化废水中污染物的有效方法，其实质是通过采取不同的方法（包括投加药剂法、电化学法和光化学法三大类）而实现电子的转移。

5、离子交换法
离子交换是利用带有可交换离子（阴离子或阳离子）的不溶性固体与溶液中带有同种电荷的离子之间置换离子而除去水中有害离子的单元操作。含有可交换离子的不溶性固体称为离子交换剂，其中带有可交换阳离的交换剂称为阳离子交换剂；带有可交换阴离子的交换剂称为阴离子交换剂。
离子交换的实质是离子交换剂的可交换离子与废水中的其他同性离子的交换反应，是一种特殊的吸附过程，但与吸附相比，离子交换法主要吸附水中的离子化物质，并进行等物质的量的离子交换。
离子交换分离技术与其他分离技术相比具有如下特点：
（1）离子交换操作是一种液－固非均相扩散传质过程，所处理的溶液一般为水溶液；
（2）离子交换是水溶液中的被分离组分与离子交换剂中可交换离子进行离子置换反应的过程，且离子交换反应是定量进行的，即有1mol的离子被离子交换剂吸附，就必然有1mol的另一同性离子从离子交换剂中释放出来。
（3）离子交换剂在使用后，其性能逐渐消失，需经酸、碱再生而恢复使用，同时也将被分离组分洗脱出来。
（4）离子交换分离技术具有优势的分离选择性和很高的浓缩倍数，操作方便，效果突出。
在工业用水处理中，通过离子交换可以抽取软化水、脱盐水和纯水；在工业废水处理中，离子交换法主要用于回收有用物质和贵重、稀有金属，如金、银、铜、镉、铬、锌等，也用于放射性废水和有机废水的处理。

离子交换法处理工业废水的特点
工业废水水质复杂，常含有各种悬浮物、油类和溶解盐类，在采用离子交换法处理前需要进行适当的预处理。
离子交换法的处理效果受pH和温度的影响较大。pH会影响某些离子在废水中的形态，并影响树脂交换基团的离解。必要时需预先进行pH的调整。温度高有利于交换速率的增加，但过高的水温对树脂有损害，应适当降温。
高价金属离子会引起离子交换树脂的中毒，即由于高价离子与树脂交换基团的结合能力极强，再生下来极为困难。因此，对于处理含有Fe³⁺等高价离子的树脂，需要定期用高浓度的酸再生。
对于含有氧化剂的废水，应尽量采用抗氧化性好的树脂。
对于同时含有有机污染物的废水，可以采用大孔型树脂对有机物进行吸附。

废水处理的再生残液中污染物的含量很高，应考虑回收利用。再生剂的选择要便于回收。离子交换处理只是一种浓缩过程，并不改变污染物的性质，对再生残液必须进行妥善处理。

6、常温化学氧化
化学氧化法是处理各种形态污染物的有效方法，通过化学反应，可以将液态可气态的无机物和有机物转化成微毒、无毒的物质，或将其转化成易于的状态。与生物氧化法相比，化学氧化法的运行费用较高，但通过选择氧化剂，控制接触时间和氧化剂投加量等条件，化学氧化法几乎可以处理所有的污染物，因此常常用于生物难降解的污染物的去除。化学氧化剂的强氧化性对微生物、细菌、病毒具有灭活作用，因此它们往往也是良好的消毒剂。
化学氧化是指通过向水中加入适当的化学氧化剂而使水中的有毒有害污染物发生氧化反应而得以处理或分离。投加化学氧化剂可以处理废水中的CN^-、S^2-、Fe²⁺、Mn²⁺等离子。采用的氧化剂包括以下几类：
a、在接受电子后还原成负离子的中性分子，如Cl₂、ClO₂、O₂、O₃；
b、非正电荷的离子，接受电子后还原成负离子，如漂白粉和次氯酸中的Cl+变为Cl^-；
c、带正电荷的离子，接受电子后还原成带较低正电荷的离子，如MnO4-中的Mn7+变为Mn²⁺，Fe³⁺变为Fe²⁺等。
根据所选择的氧化剂，对应的氧化过程分别称为空气氧化、臭氧氧化、过氧化氢氧化、氯氧化、高锰酸盐氧化、高铁酸钾氧化。因这些氧化过程一般都在常温条件下进行，所以又称之为常温化学氧化。
空气氧化法：就是向废水中鼓入空气，利用空气中的氧气氧化水中的有害物质。
臭氧氧化法：利用臭氧的强氧化性去除水中有害物质的方法。在工业废水处理中，可用臭氧氧化多种有机物和无机物，如酚、氰化物、有机硫化物、不饱和脂肪族以及芳香族化合物等。除铂、金、铱、氟以外，臭氧几乎可以与元素周期表中的所有元素反应。臭氧可以将过渡金属元素氧化到较高或最高氧化态，形成更难溶的氧化物，常利用此性质把污水中的Fe²⁺、Mn²⁺及Pb、Ag、Cd、Hg、Ni等重金属离子除去。
水经臭氧处理，可达到降低COD浓度、杀菌、增加溶解氧、脱色除臭、降低浊度等几个目的。将混凝或活性污泥法与臭氧氧化法联合，可以有效去除色度和难降解有机物。此外线照射可以激活O₃分子和污染物分子，加快反应速率，增强氧化能力，降低臭氧消耗量。在工业废水处理中，臭氧主要用于炼油废水酚类化合物的去除，电镀含氰废水的氧化，含染料废水的脱色，洗涤剂的氧化以及废水中合成表面活性物质的处理等。
过氧化氢氧化法：是利用过氧化氢为氧化剂氧化废水中有害物质的方法。芬顿（Fenton）法就是利用过氧化氢的氧化性进行水处理的一种方法。
氯氧化法：是以具有强氧化剂的含氯药剂为氧化剂，去除水中有害物质的方法。氯氧化法广泛用于废水处理，如处理含氰废水、含硫废水、医院污水、含酚废水等，常用的含氯药剂有液氯、漂白粉、次氯酸钠、二氧化氯等。
高锰酸钾氧化法：利用高锰酸钾的强氧化剂，对废水进行处理的方法。高锰酸钾在水中遇到还原性物质分解释放出新生态氧，可以使微生物的组织受到破坏，因此，高锰酸钾具有极强的灭菌能力，在医疗和某些特殊环境消毒时普遍采用。

7、湿式空气氧化法
湿式空气氧化法（Wet Air Oxidation，简称WAO法）是以空气为氧化剂，将水中的溶解性物质（包括无机物和有机物）通过氧化反应转化为无害的新物质，或者转化为容易从水中分离排除的形态（气体和固体），从而达到处理的目的。通常情况下氧气在水中的溶解度非常低，因而在常温常压下，氧化反应的速度很慢，尤其是对高浓度的污染物，利用空气中的氧气反应更慢，需借助各种辅助手段促进反应的进行（通常借助高温、高压和催化剂的作用）。一般来说，在10～20MPa、200～300℃条件下，氧气在水中的溶解度会增大，几乎所有污染物都能被氧化成二氧化碳和水。
湿式空气氧化是针对高浓度有机废水（含有毒有害物质）处理的一种污水处理技术，因而有其独特的技术特点和运行要求。

WAO法的主要特点有：
（1）它可以有效地氧化各类高浓度的有机废水，特别是毒性较大、常规方法难降解的废水，应用范围较广；
（2）在特定的温度和压力条件下，WAO法对COD处理效率秀高可达到90%以上；
（3）WAO法的处理装置较小，占地少，结构紧凑，易于管理；
（4）WAO法处理有机物所需的能量几乎就是进水和出水的热焓差，因此可以利用系统的反应热加热进料，能量消耗少；
（5）WAO法氧化有机污染物时，C被氧化成CO₂，N被氧化成NO₂，卤化物和硫化物被氧化为相应的无机卤化物和硫氧化物，因此产生的二次污染较少。
因此，WAO法在处理浓度太低而不能焚烧、浓度太高又不能进行生化处理的有机废水时具有很大的吸引力。
但是，湿式氧化法的应用也存在一定的局限性：
a、WAO法要求在高温、高压条件下进行，系统的设备费用较大，条件要求严格，一次性投资大；
b、设备系统要求严，材料要耐高温、高压，且防腐蚀性要求高；
c、仅适用于小流量的高浓度难降解有机废水，或作为某种高浓度难降解有机废水的预处理，否则很不经济；
d、对某些有机物如多氯联苯、小分子羧酸难以完全氧化去除。

应用范围
湿式氧化技术广泛用于各类高浓度废水及污泥的处理，尤其是毒性大，难以用生化方法处理的农药废水、染料废水、制药废水、煤气洗涤废水、造纸废水、合成纤维废水及其他有机合成工业废水处理，也用于还原性无机物（如CN^-、SCN^-、S^2-）和放射性废物的处理。

8、催化湿式氧化技术
由于传统的湿式氧化技术需要较高的温度和压力，相对较长的停留时间，尤其是对于某些难氧化的有机化合物反应要求更为苛刻，致使设备投资和运行费用都较高。为降低湿式空气氧化的反应温度和反应压力，同时提高处理效果，在传统的湿式氧化技术的基础上进行了一些改进。
催化湿式氧化技术是使用高效、稳定的催化剂降低湿式氧化反应的活性能，从而在不降低处理效果的情况下，降低反应湿度和压力。
催化湿式氧化法是依据废水中的有机物在高温高压下进行催化燃烧的原理来净化处理高浓度有机废水的，其最显著的特点是以羟基自由基为主要氧化剂与有机物发生反应，反应中生成的有机自由基可以继续参加羟基的链式反应，或者生成有机过氧化物自由基后进一步发生氧化分解反应直至降解为最终产物CO2和H2O，从而达到氧化分解有机物的目的。
催湿式氧化法在各种有毒有害和难降解的高浓度废水处理中非常有效，具有较高的实用价值。

9、焚烧法
焚烧法处理废水是在高温条件下，使有机废液中的可燃组分与空气中的氧进行剧烈的化学反应，将其中的有机物转化为水、二氧化碳等无害物质，同时释放能量，产生固体残渣。焚烧也是利腹膜空气中的氧来氧化废水的一种方法，与湿式氧化不同，它只是提高反应温度，并不提高压力。焚烧法用于处理难生化处理、浓度高、毒性大、成分复杂的有机废液。
有机废液的焚烧过程是集物理变化、化学变化、反应动力学、催化作用、燃烧空气动力学和传热学等多学科于一体的综合过程。有机物在高温下分解成无毒、无害的CO₂、水等小分子物质，有机氮化物、有机硫化物、有机氯化物等被氧化成SO_x、NO_x、HCl等酸性气体，但可以通过尾气吸收塔对其进行净化处理。同时，焚烧产生的热量可以回收或供热。
焚烧法是一种使有机废液实现减量化、无害化和资源化的处理技术，一般有机废液焚烧处理的工艺流程为：
预处理→高温焚烧→余热回收→烟气处理→烟气排放
预处理主要包括废液的过滤、蒸发浓缩、调整黏度等，其目的是为了后续的焚烧过程提供最优的条件。
不同有机废液焚烧处理的工艺流程根据废液性质的不轴而有所不同：对于COD值很高、热值也很高的有机废液，可以直接进入焚烧炉进行焚烧处理，而对于热值不是很高的废液，则可以添加辅助烧料帮助废液进行焚烧；对于含水分比较高的有机废液，可以先进行蒸发浓缩，然后再进行焚烧。当废液中不含有害的低沸点有机物时，可考虑采用高温烟气直接浓缩的方法，但对于含有有害的低沸点组分的有机废液应采和间接加热的浓缩法。

10、电化学法
电化学法是利用直接流来进行化学反应，将电能转化为化学能的方法。将含有电解的废水通过电解槽，在直流电场的作用下，使其中的有害成分或在阳极氧化或在阴极还原或发生二次反应，即电极反应产物与溶液中某些成分发生作用，使污染物分别生成不溶于水的沉淀物，或生成气体从水中逸出，从而使废水得以净化。
电化学法的优点：
（1）在废水处理过程中，主要试剂是电子，不需要添加氧化剂，没有或很少产生二次污染，可难废水回用创造条件。
（2）能量效率高，反应条件温和，一般在常温常压下即可进行。
（3）兼具气浮、絮凝、杀菌作用，可通过去除水中悬浮物和选用特殊电极来达到去除细菌的效果，可以使处理水的保存时间持久。
（4）反应装置简单，工艺灵活，可控制性强，易于自动化，费用不高。
用于废水处理的电化学技术，按除去的杂质及产生的电化学作用，可分为电化学氧化法、电化学还原法、电气浮法、电絮凝法、微电解法等。
电化学法可用于污水净化、垃圾渗滤液、制革废水、印染废水、石油和化工废水处理中。

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