中和及pH值的控制 - 大将军王电厂化学的日志 - 网易博客

中和及pH值的控制

水化学基本知识 2009-05-30 17:09:16 阅读147 评论0 字号：大中小

合酸含碱废水来源很广，化工厂、化纤厂、电镀厂、炼油厂以及金属酸洗车间等都排出酸性废水。有的废水含有无机酸如硫酸、盐酸等；有的则含有蚁酸、醋酸等有机酸；有的则兼而有之。废水含酸浓度差别很大，从小于1％到10％以上。造纸厂、印染厂、金属加工厂等排出碱性废水，大多数情况下为无机碱，也有些废水含有机碱。其中某些废水含碱浓度很高，最高可达百分之几。废水中除含酸、碱外，还可能含有酸式盐、碱式盐，以及其他的无机物、有机物等物质。将酸和碱随意排放会对环境造成污染和破坏，而且也是一种资源的浪费。因此，对酸、碱废水首先应考虑回收和综合利用。当酸、碱废水的浓度较高时，例如达3％－5％以上，往往存在回用和综合利用的可能性。例如用以制造硫酸亚铁、硫酸铁、石膏、化肥，也可以考虑供其他工厂使用等。当浓度不高(例如小于 2％)，回收或综合利用经济意义不大时，才考虑中和处理。

用化学法去除废水中过量的酸或碱，使其pH值达到中性左右的过程称为中和。处理含酸废水时通常以碱和碱性氧化物为中和剂，而处理碱性废水则以酸或酸性氧化物作中和剂。在工业废水处理中，中和处理常常用于以下几种情况；

(1)在废水排人水体之现因为水生生物对pH值的变化极其敏感，当大量废水排人后使水体的pH值变得偏酸或偏碱时，会产生不良影响；

(2)在废水排人城市排水管道之前，由于酸、碱对排水管道产生腐蚀作用，一般城市排水管道对排人工业废水的pH值都有明确的规定；

(3)在废水需要进行化学或生物处理之前，对于化学处理(例如凝聚、除磷等)，要求废水的pH值升高或降低到某一需要的最佳值。对于生物处理，废水的pH值通常应维持在6.5-8.5范围内，以保证处理构筑物内的微生物维持最佳活性。对于中和处理，首先应当考虑以废治废的原则，例如将酸性废水与碱性废水互相中和，或者利用废碱渣(电石渣、碳酸钙碱渣等)中和酸性废水。在没有这些条件时，才采用药剂(中和剂)中和处理法。酸性废水中和处理经常采用的中和剂有石灰、石灰石、白云瓦氢氧化钠、碳酸钠等。碱性废水中和处理则通常采用盐酸和硫酸。选用哪种中和剂要进行经济比较和优缺点的比较。

酸性废水的中和法可分为三类：酸性废水与碱性废水混合、投药中和及过滤中和。

(一)酸、碱性废水中和法

这种中和方法是将酸性废水和碱性废水共同引人中和池中，并在池内进行混合搅拌。中和结果，应该使废水呈中性或弱碱性。根据质量守恒原理计算酸、碱废水的混合比例或流量，并且使实际需要量略大于计算量。

当酸、碱废水的流量和浓度经常变化，而且波动很大时，应该设调节地加以调节，中和反应则在中和池进行，其容积应按1.5～2.0h的废水量考虑。

(二)投药中和法

酸性废水中和处理采用的中和剂有石灰、石灰石、白云石、氢氧化钠、碳酸钠等。其碳酸盐因价格较贵，一般较少采用。石灰来源广泛，价格便宜，所以使用较广。用石灰作中和剂能够处理任何浓度的酸性废水。最常采用的是石灰乳法。氢氧化钙对废水杂质具有混聚作用，因此它适用于含杂质多的酸性废水。当废水中含有其他金属盐类例如铁、铅、锌、铜等时，也能生成沉淀。计算中和药剂的投量时，应增加与重金属化合产生沉淀的药量。

(三)过滤中和法

这种方法适用于含硫酸浓度不大于2－3g／L和生成易溶盐的各种酸性废水的中和处理。使酸性废水通过具有中和能力的滤料，例如石灰石、白云石、大理石等，即产生中和反应。

采用白云石为中和滤料时，由于MgSO4的溶解度很大，不致造成中和的困难，而产生的石膏量仅为石灰石反应生成物的一半，因此进水的硫酸允许浓度可以提高；不过白云石的缺点是反应速度比石灰石漫。

用石灰石做滤料时，进水含硫酸浓度应小于2000mg/L；用白云石做滤料时，应小于4000mg/L。当进水的硫酸浓度短期超过限值时，应及时采取措施，降低进水量(多余的废水可在调节地内暂时储存)，同时用清洁水反冲、稀释。当滤料使用到一定期限，滤料中的无效成分积累过多时，可逐渐降低滤速，以最大限度地消耗掉滤料。在生产实践中，一般都是根据运行经验，总结出每处理一定的水量补充一定量的滤料。同时，按照每消耗一定量的滤料，进行一次清渣。

过滤中和时，废水中不宜有浓度过高的重金属离子或惰性物质，要求重金属离子含量小于50mg/L，以免在滤料表面生成覆盖物，使滤料失效。含HF的废水中和过滤时，因 CaF2溶解度很小，要求 HF浓度小于300 mg/L。如浓度超过限值，宜采用石灰乳进行中和。过滤中和法的优点是操作管理简单，出水pH值较稳定，不影响环境卫生，沉渣少，一般少于废水体积的0.1％；缺点是进水酸的浓度受到限制。

(四)碱性废水的中和处理

碱性废水的中和处理法有用酸性废水中和、投酸中和和烟道气中和三种。

在采用投酸中和法时，由于价格上的原因，通常多使用93％～96％的工业浓硫酸。在处理水量较小的情况下，或有方便的废酸可利用时，也有使用盐酸中和法的。在投加酸之前，一般先将酸稀释成10％左右的浓度，然后按设计要求的投量经计量泵计量后加到中和池。

在原水pH值和流量都比较稳定的情况下，可以按一定比例连续加酸。当水量及pH值经常有变化时，应当考虑设计自动加药系统，例如采用HBPH－3型工业酸度计与CHEMTECH型系列计量泵组合成的自动pH控制系统，已比较广泛地用于废水处理工程。

由于酸的稀释过程中大量放热，而且在热的条件下酸的腐蚀性大大增强，所以不能采用将酸直接加到管道中的做法，否则管很快将被腐蚀。一般应该设计混凝土结构的中和池，并保证一定的容积，通常可按3～5min的停留时间考虑。如果采用其他材料制作中和地或中和槽时，则应该充分考虑到防腐及耐热性能的要求。

烟道气中含有CO2和SO2，溶于水中形成H2CO3和H2SO3，能够用来使碱性废水得到中和。用烟道气中和的方法有两种，一是将碱性废水作为湿式除尘器的喷淋水，另一种是使烟道气通过碱性废水。这种中和方法效果良好；其缺点是会使处理后的废水中悬浮物含量增加，硫化物和色度也都有所增加，需要进行进一步处理。

三、设备和装置

(一)酸碱废水相互中和的设施

(1)当水质水量变化较小，或废水经冲能力较大，或后续构筑物对pH值要求范围较宽时，可以不用单独设中和池，而在集水井(或管道、曲径混合槽)内进行连续流式混合反应。

(2)当水质水量变化不大.废水也有一定缓冲能力，但为了使出水 pH值更有保证时，应单设连续流式中和地。

（a）中和池的示例（一）

（b）中和池的示例（二）

(3)当水质水量变化较大，且水量较小时，连续流式中和池无法保证出水pH值要求，或出水水质要求较高，或废水中还含有其他杂质或重金属离子时，较稳妥可靠的做法是采取间歇流式中和池。每池的有效容积可按废水排放周期(如一班或一昼夜)中的废水量计算。池一般至少设两座，以便交替使用。

(二)药剂中和处理设备设施

1.中和剂制备设施

投药有干投、湿投两种方法。以石灰为例，干投法设备简单，但反应不易彻底，而且较慢，投量需为理论值的1.4～1.5倍。湿投法设备较多，但反应迅速，投量为理论值的1.05～1.1倍即可。

(1)石灰于投法示意图

(2)石灰湿投法示意图

2.混合反应设施

用石灰中和酸性废水时，混合反应时间一般采用l～2min，但当废水中含重金属盐或其他毒物时，应考虑去除重金属及其他毒物的要求。当废水水量和浓度较小，且不产生大量沉渣时，中和剂可投加在水泵集水井中，在管道中反应，即可不设混合反应地。但须满足混合反应时间。当废水量较大时，一般须设单独的混合池。

下图为四室隔板混合反应池。池内采用压缩空气或机械搅拌。

3.沉淀设施

以石灰中和主要含硫酸的混合酸性废水为例，一般沉淀时间为1～2h，污泥体积一般为处理废水体积的3％～5％，但个别情况也有污泥量占到废水体积的10％以上的。污泥含水率一般为95％左右。

下图为合并混合、反应、沉淀的混合反应沉淀池。

下图合并混合、反应、沉淀及泥渣分离的混合反应沉淀泥渣分离池，其在使用中须注意滤管的维护。

(三)过滤中和法的设备设施

1.普通中和滤池

普通中和池为重力式，由于滤速低(小于 1.4 mm／s)，滤料粒径大(3～8cm)，当进水硫酸浓度较大时，极易在滤料表面结垢而且不易冲掉，阻碍中和反应进程。实践表明这种滤料的中和效果较差，目前已很少采用。

2.升流膨胀式滤池

升流膨胀式滤地采用高流速(8.3～19.4 mm／s)，小粒径(0.5～3mm，平均约 1.5mm).水流由下向上流动，加上产生的CO2气体的作用，使滤料互相碰撞摩擦，表面不断更新，所以效果良好。这种滤池的构造如下图所示。

滤池分为四部分：底部为进水装置，可采用大阻力或小阻力进水系统；滤料层下部为卵石垫层，上部为石灰石滤料，滤层厚 1.0～1.2 m；其上设高为 0.5 m的清水区，使水和滤料分离，在此区内水流速度逐渐减慢；出水槽均匀地汇集出流水。

如果将装填滤料部分的筒体做成圆锥状，则成为变速膨胀式中和滤池。这种池子底部滤速较大，上部滤速较小。具有等断面的筒体称为等速膨胀式中和滤池。与等速滤池相比，变速滤池具有滤料反应更完全、能防止小滤料被水挟走、滤料表面不易结垢等优点。这两种升流式滤池目前均有工厂定型生产。

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