初中九年级初三化学 水的净化与废水处理.docx
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初中九年级初三化学水的净化与废水处理
水的净化与废水处理
水乃生命之源,随着科技的飞速发展,人们逐渐意识到水对生物生存的重要性,目前全世界各国都在针对如何充分利用水资源以及如何减少水污染进行研究与讨论,采取一些措施来减少水的浪费及污染。
1.有关水的基础内容
1.1水资源现状
地球表面的72%被水覆盖,但是淡水资源仅占所有水资源的0.75%,有近70%的淡水固定在南极和格陵兰的冰层中,其余多为土壤水分或深层地下水,不能被人类利用。
地球上只有不到1%的淡水或约0.007%的水可被人类直接利用,而中国人均淡水资源只占世界人均淡水资源的四分之一。
地球的储水量是很丰富的,共有14.5亿立方千米之多。
地球上的水,尽管数量巨大,但是能直接被人们生产和生活利用的,却少得可怜。
许多人把地球想象为一个蔚蓝色的星球,其71%的表面积覆盖水。
但是,地球上97.5%的水是咸水,只有2.5%是淡水,而在淡水中,将近70%冻结在南极和格陵兰的冰盖中,其余的大部分是土壤中的水分或是深层地下水,难以供人类开采使用,江河、湖泊、水库及浅层地下水等来源的水较易于开采供人类直接使用,但其数量不足世界淡水的1%,约占地球上全部水的0.007%。
1.2水对人体的重要性
水对我们的生命起着重要的作用,它是生命的源泉,是人类赖以生存和发展的不可缺少的最重要的物质资源之一。
而在现代工业中,随处可见水的利用。
由此可见,水在社会的方方面面都有重要的作用。
简单来说,水对人的重要性主要有以下几个方面:
1.水是人体的生命之源;2.水可以输送养分到身体每个细胞、并且输出废物到肺、肾再排泄体外;3.血液的主要成份、携带荷尔蒙与抗菌细胞;4.水是身体的化学反应、消化作用与新陈代谢最重要的元素;5.水是能软垫般保护各细胞组织和有关润滑关节的功能;6.水能调节身体温度。
由此可以看出,水对于我们生活的各个方面都是有着重要影响的,可以说因为有了水才有了生命的存在,然而可利用水资源却是少之又少的,平均每人可利用的水资源也是极为稀有的,所以如何充分利用每一分水资源成为了一个重要的问题。
2.水的净化
提到节约水资源,最重要的就是节约用水以及水的循环利用,这样就涉及到了有关水的净化的问题。
水净化是指从原水中除去污染物的净化过程,其目的是以特定的程序达到把水净化的效果,并用水作不同的用途。
2.1水资源的污染
废水从不同角度有不同的分类方法。
据不同来源分为生活废水和工业废水两大类;据污染物的化学类别又可分无机废水与有机废水;也有按工业部门或产生废水的生产工艺分类的,如焦化废水、冶金废水、制药废水、食品废水等。
水污染主要由人类活动产生的污染物而造成的,它包括工业污染源,农业污染源和生活污染源三大部分。
工业废水为水域的重要污染源,具有量大、面广、成分复杂、毒性大、不易净化、难处理等特点。
农业污染源包括牲畜粪便、农药、化肥等。
农药污水中,一是有机质、植物营养物及病原微生物含量高,二是农药、化肥含量高。
生活污染源主要是城市生活中使用的各种洗涤剂和污水、垃圾、粪便等,多为无毒的无机盐类,生活污水中含氮、磷、硫多,致病细菌多。
2.2净化水的方式
2.2.1.悬浮物的清除
主要分为沉降法、絮凝法和过滤法。
沉降法主要是为了清除原水中的泥砂、尘土、胶体等悬浮状的杂质,通常先采用沉降法,通过静置,借助重力使较大颗粒的悬浮物沉降,加以清除。
絮凝法对于细微的悬浮物,单靠沉降无法快速分离除净。
要加入适当的絮凝剂使溶胶等细微的悬浮物变成絮状沉淀的凝结剂,通过吸附作用,使细小颗粒的粘土、胶体等聚集起来,再经过化学粘结使聚集体变大,进一步形成絮状体,呈绒毛状,在重力的作用下发生共沉降,通过澄清或过滤而清除。
常用的絮凝剂又分为无机絮凝剂和有机混凝剂
无机絮凝剂主要是易于水解的金属盐,金属离子在水中水解,形成单核或多核的羟基配合离子,这些水解产物具有混凝作用,能压缩表面带负电荷的颗粒的双电层,使其所带净负电荷减少。
一旦金属离子形成絮状的氢氧化物时,即携带粘土等悬浮物共同沉淀,或者通过吸附架桥伤用,把悬浮颗粒连在、一起形成聚集体。
常用的无机絮凝剂有硫酸铝Al2(SO4)3·18H20、氯化铝A1Cl3、铝钾矾Al(S04)3·K2SO4·24H20、铝铵矾Al2(S04)3·(NH3)2S04·24H20、硫酸铁Fe(S04)3和绿矾FeS04·H20等。
而对于有机絮凝剂来说,作为絮凝剂的高分子化合物的分子和悬浮微粒相接触时,絮凝剂的一个或多个基团吸附于悬浮粒子的表面,絮凝剂分子的其余部分留在溶淹中,当一个絮凝剂的分子同时以多个基团吸附悬浮粒子时,就发生架桥作用,把悬浮粒子聚集在一起,并因重力作用而沉降。
常用的有机混凝剂包括聚丙烯酰胺、聚乙烯甲基醚、水溶性淀粉等高分子化合物。
过滤法则是通过各种方法沉降后的水,流过由细砂和活性炭等所组成的过滤池,过滤去沉降下的固体。
2.2.2硬水的软化
硬水经过技术处理使硬度降低或转变成软水的过程称为硬水的软化。
硬水软化的主要方法主要又分为加热法、蒸馏法、石灰苏打法和离子交换法
加热法就是把硬水加热,使溶于水的Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2转变为难溶的CaC03、MgC03从水中沉淀出来而清除;而蒸馏就是把水加热蒸馏,除去水中的钙镁离子,同时除去其他杂质;石灰苏打法则是加入石灰水或苏打Na2CO3中和碳酸氢盐,使钙镁离子转化为碳酸盐沉淀除去
离子交换法为较为复杂的一种方法,主要是用离子交换树脂如磺化煤、沸石、高分子离子交换树脂等除去钙镁离子。
离子交换树脂是由不溶于水的交换剂本体和能在水中离解的活性交换基团两部分组成的。
离子交换树脂一般为颗粒状或球状固体,不溶解于水和其他普通溶剂。
离子交换树脂按分子内所含酸性基团和碱性基团,分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂,又可以按所含酸性基团或碱性基团的强弱,分为强酸、强碱、弱酸、弱碱,并加以编号,其中具有交联度的,在编号后标出。
当离子交换树脂和含某些离子的溶液接触时,即发生离子交换作用,从而能够除去溶液中的某些离子。
如果使用后的离子交换树脂上的离子全被钙镁离子所交换,就失去再交换的能力,即失效,通常用食盐为再生剂。
再生时先用净水洗涤离子交换树脂;再用质量分数10%氯化钠水溶液浸泡,使离子交换树脂上吸附的钙、镁离子解吸,再排除用过的氯化钠溶液。
2.2.3纯水的制备
在一定程度上去除了各种杂质的水为纯水。
上面提到的离子交换法主要去除水中的强电解质离子。
另外水中还有弱电解质、溶解气体、各种胶体、有机物、微生物等杂质。
纯水生产的基本过程包括a.前处理:
包括絮凝、沉淀、过滤等使较大颗粒的杂质先行清除,减少后续处理工序的负荷。
b.离子交换处理:
用离子交换技术除去水中溶解的离子性杂质。
c.超滤膜处理:
清除水中微生物、有机物等杂质。
d.半透膜反渗透处理:
除去溶解于水的蛋白质等极细的杂质。
e.紫外线处理用以杀灭水中尚存的细菌、病毒等。
2.3水净化的作用
大多数的水净化后都是提供人类饮用的,净化水亦可作很多其他不同的用途如医学、药理学、化学及工业之用。
水净化可以去除水中夹杂的沙粒、有机质的悬浮微粒、寄生虫、篮氏贾第鞭毛虫、隐孢子虫、细菌、藻类、病毒及真菌、矿物如钙、二氧化硅、镁及一些有毒性的金属如铅、铜及铬等等。
3.废水处理
利用物理、化学和生物的方法对废水进行处理,使废水净化,减少污染,以至达到废水回收、复用,充分利用水资源。
3.1废水处理办法
现代的废水处理主要分为物理处理法、化学处理法和生物处理法3类。
3.1.1物理处理法
物理处理法就是通过物理作用分离、回收废水中不溶解的呈悬浮状态的污染物(包括油膜和油珠)的废水处理法,可分为重力分离法、离心分离法和筛滤截留法等。
以热交换原理为基础的处理法也属于物理处理法。
3.1.2化学处理法
化学处理法主要通过化学反应和传质作用来分离、去除废水中呈溶解、胶体状态的污染物或将其转化为无害物质的废水处理法。
在化学处理法中,以投加药剂产生化学反应为基础的处理单元是:
混凝、中和、氧化还原等;而以传质作用为基础的处理单元则有萃取、汽提、吹脱、吸附、离子交换以及电渗析和反渗透等,后两种处理单元又合称为膜分离技术。
其中运用传质作用的处理单元既具有化学作用,又有与之相关的物理作用,所以也可从化学处理法中分出来,成为另一类处理方法,称为物理化学法。
3.1.3生物处理法
生物处理法通过微生物的代谢作用,使废水中呈溶液、胶体以及微细悬浮状态的有机污染物,转化为稳定、无害的物质的废水处理法。
根据作用微生物的不同,生物处理法又可分为需氧生物处理和厌氧生物处理两种类型。
废水生物处理广泛使用的是需氧生物处理法,按传统,需氧生物处理法又分为活性污泥法和生物膜法两类。
活性污泥法本身就是一种处理单元,它有多种运行方式。
属于生物膜法的处理设备有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池以及最近发展起来的生物流化床等。
生物氧化塘法又称自然生物处理法。
厌氧生物处理法,又名生物还原处理法,主要用于处理高浓度有机废水和污泥。
使用的处理设备主要为消化池。
3.2废水处理技术划分
现代废水处理技术,按处理程度划分,可分为一级、二级和三级处理。
3.2.1一级处理
主要是去除废水中呈悬浮状态的固体污染物质,物理处理法大部分只能完成一级处理的要求。
经过一级处理的废水,BOD一般可去除30%左右,达不到排放标准。
一级处理属于二级处理的预处理。
3.2.2二级处理
主要去除废水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质(BOD,COD物质),去除率可达90%以上,使有机污染物达到排放标准。
3.2.3三级处理
三级处理为主要的一个处理过程进一步处理难降解的有机物、氮和磷等能够导致水体富营养化的可溶性无机物等。
主要方法有生物脱氮除磷法,混凝沉淀法,砂滤法,活性炭吸附法,离子交换法和电渗析法等。
整个过程为通过粗格栅的原废水经过废水提升泵提升后,经过格栅或者筛率器,之后进入沉砂池,经过砂水分离的废水进入初次沉淀池,以上为一级处理(即物理处理),初沉池的出水进入生物处理设备,有活性污泥法和生物膜法,(其中活性污泥法的反应器有曝气池,氧化沟等,生物膜法包括生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法和生物流化床),生物处理设备的出水进入二次沉淀池,二沉池的出水经过消毒排放或者进入三级处理,一级处理结束到此为二级处理,三级处理包括生物脱氮除磷法,混凝沉淀法,砂滤法,活性炭吸附法,离子交换法和电渗析法。
二沉池的污泥一部分回流至初次沉淀池或者生物处理设备,一部分进入污泥浓缩池,之后进入污泥消化池,经过脱水和干燥设备后,污泥被最后利用。
3.3废水处理常见设备
废水处理设备有许多,下面列举几种常见的废水处理设备。
3.3.1离心机
离心机主要用于将悬浮液中的固体颗粒与液体分开;或将乳浊液中两种密度不同,又互不相溶的液体分开(例如从牛奶中分离出奶油);它也可用于排除湿固体中的液体,例如用洗衣机甩干湿衣服;特殊的超速管式分离机还可分离不同密度的气体混合物;利用不同密度或粒度的固体颗粒在液体中沉降速度不同的特点,有的沉降离心机还可对固体颗粒按密度或粒度进行分级。
污泥脱水机
3.3.2曝气机
曝气机是通过散气叶轮,将“微气泡”直接注入未经处理的废水中,在混凝剂和絮凝剂的共同作用下,悬浮物发生物理絮凝和化学絮凝,从而形成大的悬浮物絮团,在气泡群的浮升作用下“絮团”浮上液面形成浮渣,利用刮渣机从水中分离;不需要清理喷嘴,不会发生阻塞现象。
本设备整体性好,安装方便,节省运行费用与占地面。
3.3.3微滤机
微滤机是一种转鼓式筛网过滤装置。
被处理的废水沿轴向进入鼓内,以径向辐射状经筛网流出,水中杂质(细小的悬浮物、纤维、纸浆等)即被截留于鼓筒上滤网内面。
当截留在滤网上的杂质被转鼓带到上部时,被压力冲洗水反冲到排渣槽内流出。
运行时,转鼓2/5的直径部分露出水面,转数为1-4r/min,滤网过滤速度可采用30-120m/h,冲洗水压力0.5-1.5kg/cm2,冲洗水量为生产水量的0.5-1.0%,用于水库水处理时,除藻效率达40-70%,除浮游生物效率达97-100%。
微滤机占地面积小,生产能力大(250-36000m3/d),操作管理方便,已成功地应用于给水及废水处理。
虽然水污染问题不容乐观,但人们也相处了许多办法解决污染问题,努力改善我们共同生存的家园。
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