第3章　化學分離法

3.1　中和及pH值控制

3.1.1　原理與功能

工業廢水中常含有較高濃度的酸或堿。酸性廢水主要來源于化工廠、化纖廠、電鍍廠、煤加工廠及金屬酸洗車間等，其中常見的酸性物質主要有硫酸、硝酸、鹽酸、氫氟酸、氫氰酸、磷酸等無機酸及醋酸、甲酸、檸檬酸等有機酸，并常溶解有金屬鹽。堿性廢水主要來源于印染廠、造紙廠、煉油廠和金屬加工廠等，其中常見的堿性物質有苛性鈉、碳酸鈉、硫化鈉及胺等。酸性廢水的危害程度比堿性廢水要大。

酸含量大于5%～10%的高濃度含酸廢水常稱為廢酸液；堿含量大于3%～5%的高濃度含堿廢水常稱為廢堿液。對于這類廢酸液、廢堿液，可因地制宜采用特殊的方法回收其中的酸和堿，或者進行綜合利用。例如，用蒸發濃縮法回收苛性鈉；用擴散滲析法回收鋼鐵酸洗廢液中的硫酸；利用鋼鐵酸洗廢液作為制造硫酸亞鐵、氧化亞鐵、聚合硫酸鐵的原料等。對于酸含量小于5%～10%或堿含量小于3%～5%的低濃度酸性廢水或堿性廢水，由于其中酸、堿含量低，回收價值不大，常采用中和法處理，使廢水的pH值恢復到中性附近的一定范圍，消除其危害。

中和處理發生的主要反應是酸與堿生成鹽和水的中和反應。由于酸性廢水中常有重金屬鹽，在用堿處理時，還可生成難溶的金屬氫氧化物。中和處理適用于廢水處理中的下列情況。

①廢水排放受納水體前，其pH值指標超過排放標準。這時應采用中和處理，以減少對水生生物的影響。

②工業廢水排入城市下水道系統前，采用中和處理，以免對管道系統造成腐蝕。在排入前對工業廢水進行中和，比對工業廢水與其他廢水混合后的大量廢水進行中和要經濟得多。

③某些化學處理或生物處理之前。對生物處理而言，需將處理系統的pH值維持在6.5～8.5范圍內，以確保最佳的生物活性。

我國《污水綜合排放標準》規定排放廢水的pH值應在6～9之間。酸堿廢水以pH值表示可分為以下幾種。

強酸性廢水：pH<4.5。

弱酸性廢水：pH=4.5～6.5。

中性廢水：pH=6.5～8.5。

弱堿性廢水：pH=8.5～10.0。

強堿性廢水：pH>10.0。

3.1.2　技術與裝備

（1）酸堿廢水相互中和與設施

①當水質水量變化較小，或廢水緩沖能力較大，或后續構筑物對pH值要求范圍較寬時，可以不用單獨設中和池，而在集水井（或管道、曲徑混合槽）內進行連續流式混合反應。

②水質水量變化不大，廢水也有一定的緩沖能力，但為了使出水pH值更有保證時，應單設連續流式中和池，如圖3-1（長方形）、圖3-2（圓形）所示。

③當水質水量變化較大，且水量較小時，連續流式中和池無法保證出水pH值要求，或出水水質要求較高，或廢水中還含有其他雜質或重金屬離子時，較穩妥可靠的做法是采取間歇流式中和池。每池的有效容積可按廢水排放周期（如一班或一晝夜）中的廢水量計算。中和池一般至少設兩座，以便交替使用。

投加的堿性藥劑有石灰、燒堿、電石渣、石灰石、蘇打、白云石等。石灰制成乳劑為濕投，破碎成粉為干投。

（2）過濾中和設施

以粒狀石灰石、大理石或白云石作為濾料，進行中和過濾。中和硫酸時，宜采用白云石濾料。有普通過濾中和、升流膨脹過濾中和及滾筒中和等。

①普通中和濾池　有升流式和降流式兩種，如圖3-3所示，多采用前者。濾層厚1～1.5m，濾料直徑3～8cm。

②等速升流膨脹中和濾池　如圖3-4所示。廢水從池底進入，池頂排出。石灰石濾料從池頂加入，渣料從池下側排出。濾料粒徑為0.5～3mm。

③變速升流膨脹中和濾池　如圖3-5所示。濾料粒徑0.5～6mm，可以做到大顆粒不結垢，小顆粒不流失，效果較好。

④滾筒式中和器　如圖3-6所示。石灰石濾料置于旋轉滾筒中與酸性水中和。

3.1.3　技術參數與應用

①升流式膨脹中和濾池設計參數見表3-1。

②酸堿性物質中和劑理論單位消耗量見表3-2、表3-3，以及硫酸鈣在水中的溶解度見表3-4。