水处理方法之化学处理方法
废水的化学处理是利用化学反应的原理及方法来分离回收废水中的污染物，或是改变它们的性质，使其无害化的一种处理方法。化学法处理的对象主要是废水中可溶解的无机物和难以生物降解的有机物或胶体物质。
本章主要介绍化学处理法中常用的化学混凝法、中和法、化学沉淀法、氧化还原法和电化学法。
一、混凝
（一）化学混凝法
化学混凝法简称混凝法，在废水处理中可以用于预处理、中间处理和深度处理的各个阶段。它除了除浊、除色之外，对高分子化合物、动植物纤维物质、部分有机物质、油类物质、微生物、某些表面活性物质、农药，汞、镉、铅等重金屑都有一定的**作用．所以它在废水处理中的应用十分广泛。
混凝法的优点是：设备费用低、处理效果好，操作管理简单。缺点是要不断向废水中投加温暖刑，运行费用较高。
1. 混凝法的基本原理
废水中的微小悬浮物和胶体粒子很难用沉淀方法除去，它们在水中能够长期保持分散的悬浮状态而不自然沉降，具有一定的稳定性。混凝法就是向水中加入混凝剂来破坏这些细小粒子的稳定性．首先使其互相接触而聚集在一起，然后形成絮状物并下沉分离的处理方法。前者称为凝聚，后者称为絮凝，一般将这二个过程通称为混凝。具体地说，凝聚是指使胶体脱稳并聚集为微小絮粒的过程，而絮凝则是使微絮粒通过吸附、卷带和架桥而形成更大的聚体的过程。
影响混凝效果的因素
(1)废水的pH值 水的pH值能影响颗粒表面的电荷和絮体的沉淀过程，它是一个很重要的参数。经验表明，对某一种废水，每一种混凝剂都有一个合适的pH值范围，在此范围内，经混合凝聚后废水的残余浊度*小。所以pH值对混凝的影响视混凝剂品种而异。例如，以硫酸铝为混凝剂时，当pH在5.7~7.8范围内时，形成带正电荷的离子和胶体，如Al(OH)2+、Al(OH)+和Al(OH)3等，有较好的混凝效果。若pH值>8.2时，则会使Al(OH)3胶体溶解，产生负离子，Al(OH)3++OH-＝AlO2-+2H2O，对含有负电荷胶体的废水则不起凝聚作用，影响处理效果。而用三价铁盐时，pH值在6.0~8.4之间都有较好的处理效果。
(2)水温 水温对混凝效果有明显的影响，无机盐类混凝剂的水解是吸热反应，水温低不利于水解进行，特别是硫酸铝，当水温低于5℃时，水解速度极慢。同时水温低，粘度大，也不利于脱稳胶粒的相互絮凝，影响处理效果。这时可投加高分子助凝剂以改善处理效果，或用气浮法代替沉淀法作为后续处理过程。
(3)废水中杂质成分、性质、浓度 例如天然水中含粘土类杂质为主，需投加混凝剂量较小，而废水中含大量的有机物时，需加入较多的混凝剂才有混凝效果。废水中杂质的影响较为复杂，实际应用时，还应以实验结果为依据来选择混凝剂和确定投加量。
(4)搅拌 搅拌对混合、反应、凝聚几个阶段都有影响，因此，搅拌—定要适度。一般在混凝剂混合阶段，要求快速、剧烈的搅拌，以使混凝剂迅速、均匀地扩散到全部水中，创造良好的水解和聚合条件，使胶体脱稳并借助颗粒的布朗运动和湍动的水流凝聚，此阶段不要求形成大的絮凝体。在混凝反应阶段，要求形成大而具有良好沉淀性能的絮凝体，此时过于激烈的搅拌反而会打碎已凝聚的絮状沉淀物，不利于混凝沉淀，所以此阶段搅拌的强度和水流速度应随絮凝体的结大而降低。
2. 混凝剂
(1) 混凝剂的分类
混凝剂可分为无机混凝剂、有机混凝剂和高分子混凝剂三类。国内多采用铝、铁盐类无机混凝剂。有机和高分子混凝剂近年来也有很大发展，作用远比无机混凝剂优越，特别是高分子混凝剂由于具有以下优点而日益受到重视。
①生成的絮凝物大、易沉降分离；
②生成的絮凝物强度大、不易被破坏；
ƒ生成的污泥量少，污泥的沉降、脱水性能良好；
„用量小(为无机凝聚剂的1/30～1/200)；
…不易受pH、温度、共同存在的其它盐类的影响；
†和无机混凝剂并用,可取得更好的效果。
(2) 混凝剂的选择及应用条件
混凝剂的选择及使用量要根据废水的具体性质而定，总的原则是所用的混凝剂必须价廉、易得，使用量少，效率高。生成的混凝物易沉降分离。使用无机混凝剂时要注意其适用的pH值范围，一般在投加无机盐混凝剂后再添加pH值调节剂。对高分子混凝剂，为了充分发挥其在水中的化学架桥作用，应选用能在水中均匀分散；溶解，具有吸附活性基因(非离子型、阳离子型和阴离子型三类)的高分子化合物、水溶性高分子化合物。为了使其在水中处于较大的分散状态．一般先用纯水或软水溶解配成一定浓度的溶液，然后再加到待处理废水中去。因为这些高分子化合物往往会受到水质(如含有钙、铁盐和氧化剂的废水)的影响。使分子的扩散和离子基的离解受到抑制，处理效果下降。
铝盐、铁盐和聚丙烯酰胺是常用的几种混凝剂。
3. 助凝剂
有时当单用混凝剂不���取得较好的效果时，可以投加某种称为助凝剂的辅助药剂来调节、改善混凝条件，提高处理效果。助凝剂主要起以下几个作用：①通过投加酸性或碱性物质来调整pH值；②投加活化硅胶、骨胶、PAM等改善絮凝体结构．利用高分子助凝剂的吸附架桥作用以增强絮凝体的密实性和沉降性能。ƒ投加氯、臭氧等氧化剂，在采用FeSO4时，可将Fe2+氧化为Fe3+，当废水中有机物过高时，也可使其氧化分解，破坏其干扰或使胶体脱稳，以提高混凝效果。
常用的助凝剂有PAM、活化硅胶、骨胶、海藻酸钠、氯气、氧化钙等。
二、氧化还原
通过化学药剂与废水中的污染物进行氧化还原反应，从而将废水中的有毒有害污染物转化为无毒或者低毒物质的方法称为氧化还原法。
在氧化还原反应中，参加化学反应的原子或离子有电子得失，因而引起化合价的升高或降低。失去电子的过程叫氧化，得到电子的过程叫还原。
根据有毒有害物质在氧化还原反应中被氧化或还原的不同，废水中的氧化还原法又可分为药剂氧化法和药剂还原法两大类。在废水处理中常采用的氧化剂有：空气中的氧、纯氧、臭氧、氯气、漂白粉、次氮酸钠、三氯化铁等。常用的还原剂有：硫酸亚铁、氯化亚铁、铁屑、锌粉、二氧化硫等。
药剂氧化法中常用的方法有臭氧氧化法、氯氧化法、高锰酸钾氧化法等。
臭氧的氧化性在天然元素中仅次于氟，可分解一般氧化剂难于破坏的有机物，并且不产生二次污染。因此广泛地用于**、除臭、脱色以及除酚、氰、铁、锰等。臭氧氧化处理系统中的主要设备是臭氧接触反应器。
在氯氧化法中的氯系氧化剂包括氯气、氯的含氧酸及其钠盐、钙盐和二氧化氯。除了用于**外，氯氧化法还可用于氧化废水中的某些有机物和还原性物质，如氰化物、硫化物、酚、醇、醛、油类，以及用于废水的脱色、除臭等。例如氧化氰化物。在pH值大于8.5的碱性条件下用氯气进行氧化，可将氰化物氧化成无毒物质。化学反应式如下：
高锰酸钾氧化法主要用于去除废水中的酚、二氧化硫、H2S等。在饮用水的处理中，这种方法主要用来杀灭藻类、除臭、除味、除铁、除锰等。该法的优点是处理后的水没有异味，氧化剂容易投配。主要缺点是处理成本高。
药剂还原法主要用于处理含铬、含汞废水。
通过还原可将六价铬转化为三价铬，大大减小了铬的毒性。还原过程是，在酸性条件下，向含铬废水中投加亚硫酸氢钠，将六价铬还原为三价铬。随后投加石灰或氢氧化钠，生成氢氧化铬沉淀。将沉淀物从废水中分离出来，达到处理的目的。化学反应如下：
实际中常用金属还原剂来处理含汞废水，废水中的汞离子被还原为金属汞而析出,金属本身被氧化为离子而进入水中。可用于还原汞的金属有铁粉、锌粉、铜粉和铝粉等。以铁粉为例，发生如下化学反应：
三、化学中和
1. 废水的中和处理
中和法就是使废水进行酸碱的中和反应，调节废水的酸碱度(pH值)，使其呈中性或接近中性或适宜于下步处理的pH值范围。如，以生物处理而言，需将处理系统中废水的pH值维持在6.5～8.5之间，以便确保*佳的生物活力。
酸碱废水的来源很广，化工厂、化学纤维厂、金属酸洗与电镀厂等及制酸或用酸过程中，都排出大量的酸性废水。有的含无机酸如硫酸、盐酸等；有的含有机酸如醋酸等；也有的是几种酸并存的情况。酸具有强腐蚀性，碱危害程度较小，但在排至水体或进入其它处理设施前，均须对酸碱废液先进行必要的回收，再对低浓度的酸碱废水进行适当地中和处理。通常废水中除含有酸或碱以外，往往还含有悬浮物、金属盐类、有机物等杂质，影响了酸、碱废水的回收与处理。
2. 处理方法与设备
通常采用的废水中和方法有均衡法和pH值直接控制法。
（1）均衡法 以酸性废水和碱性废水混合中和为目的，即在均衡池中将酸性和碱性废水相混合。由于工业废水的水量和水质一般是不均衡的，往往随生产的变化而变化。为了进行水量的调节和水质的均和，减小高峰流量和高浓度废水的影响，需设置足够容积的均衡池作为预处理的一种设施或中和设备。若废水中和后达不到规定的pH值时，还需稍加废酸或废碱进行适当的调节。
（2）pH值直接控制法 常用的方法有酸碱废水相互中和、投药中和和过滤中和法等。
酸性废水的中和：对于酸性废水，常用药剂法和过滤法进行中和。
投药中和法所采用的药剂有石灰、废碱、石灰石和电石渣等，但*常用的是将石灰制成乳液湿投，石灰石粉碎成细粒后干投。处理流程中包括废水调节池、石灰乳配制槽或石灰石粉碎机、投药装置、混合反应池、沉淀���以及污泥干化床等。在混合反应池中，应进行必要的搅拌，防止石灰渣的沉淀。同时，废水在其中的停留时间一般不大于5min。沉淀池中的废水，可停留1～2h，产生的沉渣容积约为废水量的10～15%，沉渣含水率为90～95%，故应在干化床上脱水干化。投药中和法，因其劳动条件较差、处理成本高、污泥较多、脱水麻烦等原因，故只在酸性废水中含有重金属盐类、有机物或有廉价的中和剂时方才采用。
过滤中和法常以粒状的石灰石、大理石、白云石或电石渣等作为中和的滤料，酸性废水通过滤料进行中和过滤。中和硫酸废水时，宜采用白云石滤料。主要设备有：普通中和滤池，有升流式和降流式两种，滤层厚1.0～1.5m，滤料粒径3～8cm;等速升流式膨胀中和滤池，石灰石滤料及废水分别从池的顶部和底部进入，滤料粒径为0.5～3mm；高滤速(60～70m/h)或高速变速升流膨胀中和滤池，滤料粒径0.5～6mm，可以做到大颗粒不结垢，小颗粒不流失，加之废水升流式流动与产生二氧化碳气体的作用，使滤料膨胀，并互相碰撞及磨擦表面的不断更新，对酸性废水处理的效果很好；滚筒式中和器，石灰石滤料置于旋转滚筒中与酸性废水进行中和。
碱性废水的中和：碱性废水常用废酸或酸性废水中和或与烟道气中和。
投酸中和法是采用废强酸或酸性废水进行中和处理，所用设备和中和程序与酸性废水中和法相同。
烟道气中和法是利用烟道气中的二氧化碳与二氧化硫溶于水中形成的酸中和碱性废水。方法是将烟道气通入碱性废水，或利用碱性废水作为除尘的喷淋水，两者均可得到良好的处理效果。但处理后废水中的悬浮物含量大为增加，硫化物、耗氧量和色度也都有所增加，还需对废水进行补充处理。
