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中和處理方法及相關(guān)設(shè)備有哪些？
化學(xué)工業(yè)，煉油行業(yè)，電鍍行業(yè)和金屬酸洗車間等，在制酸或用酸過程中，常常排放出含有硫酸、鹽酸、硝酸、磷酸等無機(jī)酸和醋酸、油酸等有機(jī)酸的酸性廢水，pH值常達(dá)1~2，有的廢水甚至含5％~10％的游離酸。同樣，在造紙、印染、皮革等工業(yè)部門，又常常排放出堿性污水，pH值常在10以上。上述廢水若任意排入水系，必將損壞農(nóng)作物，傷害魚類及其他水生物，已可腐蝕排水管道和混凝土構(gòu)筑物，攝入人體將危害健康。
以PH值表示，酸堿廢水可分為
強(qiáng)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(qiáng)堿性廢水 PH>10
治理酸性或堿性廢水時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)考慮綜合利用，這樣既可回收有用的酸和堿，又可大大減輕或消除這些廢水的處理負(fù)荷。例如：××煉油廠的堿渣處理，采用硫磺回收尾氣二氧化硫制取亞硫酸鈉；用金屬清洗廢水(含硫酸3％~5％、硫酸亞鐵15％~25％)制造硫酸亞鐵；以農(nóng)藥廠廢鹽酸制沉淀磷酸鈣等，都有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。酸性或堿性廢水綜合利用的技術(shù)措施是多種多樣的，應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體條件選擇使用。
對(duì)于低濃度的酸性廢水，特別是對(duì)暫時(shí)還不能實(shí)現(xiàn)綜合利用的廢水，在排放前都應(yīng)當(dāng)進(jìn)行中和處理，以使排放的水質(zhì)達(dá)到規(guī)定的pH值。此外，對(duì)于還含有其他有害物質(zhì)的酸堿廢水，在采用其他方法如混凝、離子交換等處理過程中，為了獲得的處理效果，也常常把廢水預(yù)先中和到一定的pH值。
中和處理方法及相關(guān)設(shè)備
中和處理方法，目前比較實(shí)用的有如下三種：
（一）酸堿廢水相互中和
采用這種方法既簡(jiǎn)單又經(jīng)濟(jì)，當(dāng)本廠或鄰近工業(yè)部門同時(shí)排出酸性和堿性廢水時(shí)，將它們相互混合，就可達(dá)到中和的目的。兩企業(yè)之酸堿廢水的混合處理方法是可取的，混合后的廢水pH值仍偏低，此時(shí)可在混合后的廢水中再投加少量堿性藥劑予以中和。
（二）藥劑中和法
在酸堿廢水中投加適量的藥劑可以達(dá)到中和的效果。對(duì)酸性廢水，常用的堿性藥劑有石灰石、石灰乳、燒堿等；對(duì)堿性廢水，常用的酸性藥劑有工業(yè)硫酸、工業(yè)鹽酸等。為了降低處理成本，應(yīng)盡可能利用工業(yè)廢料作中和藥劑，例如廢電石渣、廢石灰、廢酸和煙道氣等。常用的藥劑見表4-1，如用石灰作中和劑，則可采用干投或濕投，分別如圖4-1，圖4-2所示。
表4-1 酸堿廢水中和處理常用藥劑
名 稱 | 化學(xué)式 | 主要特性 |
氫氧化鈉 | NaOH | 溶解度大，反應(yīng)速度快，供給容易，處理方便，但價(jià)格較高 |
碳酸鈉 | NaCO3 | |
生石灰 | CaO | 因溶解度小，以漿狀加入，反應(yīng)速度慢，多數(shù)情況下反應(yīng)生成物溶解度極小，但脫水性好，價(jià)格便宜 |
消石灰 | Ca(OH)2 | |
電石渣 | Ca(OH)2 | |
石灰石 | CaCO3 | 主要用于處理強(qiáng)酸性廢水，但為了使處理水達(dá)到或接近中性，往往還需添加消石灰 |
水泥灰塵 | CaO | |
白云石 | CaCO3•MgCO3 | |
硫酸 | H2SO4 | 溶解度大，反應(yīng)速度快，容易控制，但處理不安全 |
鹽酸 | HCl |
為了便于控制藥劑的投加量和掌握廢水pH值的變化規(guī)律，在用藥劑處理時(shí)，首先需要作出廢水的中和曲線。中和曲線可通過滴定法繪制。即取一定量的酸、堿廢水，不斷地滴加已知濃度的堿或酸標(biāo)準(zhǔn)溶液，同時(shí)用pH計(jì)測(cè)定廢水的pH值。然后以pH值為縱坐標(biāo)，酸或堿的投加量為橫坐標(biāo)作圖，所得曲線即為中和曲線，如圖4-3，圖4-4所示。
由于工業(yè)廢水中往往含有復(fù)雜的成分，因此藥劑投加量不能單純靠化學(xué)計(jì)量法計(jì)算。參考中和曲線，再加以試驗(yàn)驗(yàn)證才較為合適。
圖4-5 酸性廢水處理流程
藥劑中和法的一般裝置及流程如圖4-5所示。酸堿中和的反應(yīng)是很快的，可說是瞬時(shí)反應(yīng)。因此反應(yīng)可在一個(gè)池內(nèi)完成。混合反應(yīng)池內(nèi)應(yīng)設(shè)攪拌設(shè)備，以機(jī)械攪拌為宜。當(dāng)廢水中含重金屬離子，或經(jīng)投藥后，產(chǎn)生沉渣時(shí)，需設(shè)置沉淀池。沉淀時(shí)間一般采用1~1.5h
混合反應(yīng)池的容積按下式計(jì)算：
(4-2)
式中 Q——廢水設(shè)計(jì)流量，m3/h；
t——混合反應(yīng)時(shí)間，一般采用2~4min。當(dāng)有重金屬離子時(shí)應(yīng)按去除重金屬離子的要求確定。
（三）中和濾池
目前均選用堿性礦物顆粒材料作為濾池填料，分層堆放，使酸性廢水以一定速度濾過，從而達(dá)到中和的目的。這些堿性填料，幾乎都不溶于水，大多是各種碳酸鈣礦物質(zhì)，如石灰石、大理石、白云石等，其化學(xué)主要成分都是碳酸鈣或碳酸鈣鎂。濾料的選擇可根據(jù)含酸廢水的特性選用。如對(duì)強(qiáng)酸廢水，宜選用石灰石為濾料；對(duì)含硫酸的廢水，可應(yīng)用低品位煤或使用懸浮濾料，并采用逆向過濾中和的方式；而對(duì)于弱酸廢水，宜采用焙燒的白云石為濾料。
白云石與硫酸的反應(yīng)為
2H2SO4+CaCO3•MgCO3=CaSO4↓+MgSO4+2CO2↑
石灰石與硫酸的反應(yīng)為
H2SO4+CaCO3=CaSO4↓+H2O+CO2↑
采用白云石為中和濾料時(shí)，由于MgSO4的溶解度很大，不致造成中和的困難。因?yàn)楫a(chǎn)生不溶的石膏量?jī)H為石灰石反應(yīng)生成物的一半，所以影響就小了，也就是說，相應(yīng)的進(jìn)水硫酸濃度允許提高，但白云石的缺點(diǎn)是反應(yīng)速度比石灰石慢。
圖4-6是某廠石灰石中和濾池裝置的示意圖。
圖4-6 石灰石中和濾池裝置
中和濾池的設(shè)備常分：普通中和濾池，升流式膨脹床濾池，變速膨脹床中和濾池和滾筒式中和濾池等。普通中和濾池設(shè)備簡(jiǎn)單，但效率較低，濾料表面結(jié)垢后不易沖掉；滾筒式濾池加工比較困難，動(dòng)力費(fèi)用高，噪聲大。目前較為常用的是升流式膨脹床濾池，它具有體積小，處理效果穩(wěn)定，操作管理方便等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是濾料的加工較困難，一般要求濾料粒徑為0.5~3.0mm。等速升流式膨脹床濾池的濾料膨脹率常采用50％，廢水流速可達(dá)1~1.2。對(duì)變速錐型床中和濾池。下部濾速可達(dá)2.20~2.50。中和每噸硫酸約耗濾料1.2t。
圖4-7、圖4-8是目前普遍采用的兩種升流式膨脹濾池。
濾池法的優(yōu)點(diǎn)是操作管理簡(jiǎn)單，出水pH值較穩(wěn)定，不影響環(huán)境衛(wèi)生，沉渣少(只占廢水體積的0.1％左右)。缺點(diǎn)是廢水進(jìn)口濃度受到限制。需要特別指出的是處理酸性廢水的構(gòu)筑物，其防腐蝕問題十分重要，一般認(rèn)為內(nèi)襯玻璃鋼的設(shè)備比較有效。