环境工程化学总结版(4)

淀难解度更高，且受配位试剂如氨、酸碱度影响小，这比氢氧化物沉淀法更具优越性。 ３ 吸附浮选法

吸附浮选法一般可分为：吸附胶体浮选法、载体吸附浮选法、生物吸附浮选法。 （１）吸附胶体浮选法

它是利用胶体和质作载体，目的物质吸附在胶体上，然后加入捕收剂与起泡剂，将载有目的物质的胶体附于气泡上，浮出水面，回收或去除目的物的方法。

常用的胶体有Fe3+、La3+、Ti4+、Sn2+、Th4+等的氢氧化物以及Cu2+、Fe2+的硫化物，但最常用的是Fe(OH)3、Al(OH)3胶体。 （２）载体吸附浮选法

该法与吸附胶体法比，不需加入表面活性剂，直接用载体吸附目的物，后分离，如用Fe(OH)3、Al(OH)3胶体吸附废水中的Pb2+、Zn2+等离子，实现与水的分离。该法的优点是不加捕收剂等表面活性剂。 （３）生物浮选法

因生物材料、微生物与生物体如海藻、泥炭藓等，对重金属有强的吸附与吸收能力，它是利用生物材料、微生物与生物体从受重金属离子污染的水源中去除重金属离子的方法。该法与传统方法相比，具有价廉、安全等优点。 ４电解浮选法

三、溶剂萃取法处理废水中重金属离子

１萃取法分离废水中重金属离子存在的问题

（１）含有共沸点或沸点非常接近的混合物的废水，难以用蒸馏或蒸发方法分离； （２）含有热敏性溶剂的废水在蒸馏或蒸发等高温过程中，易发生化学变化或易燃易 （３）用蒸发法回收分离需大量的热能与高真空条件；

（４）个别重金属废水，如含U、V等，所采用的有机萃取剂价高。 ２萃取体系与萃取剂与的选择

主要萃取体系有： 螯合萃取体系、 离子缔合物萃取体系、 三元配合物萃取体系 （1）螯合萃取体系

① 螯合剂：螯合剂(应有较多的疏水基团)溶于有机相，难溶于水相，有些也(微)溶于水相，但在水相中的溶解度依赖于水相的组成特别是 pH 值(双硫腙溶于碱性水溶液)，一般为有机弱酸与弱碱。

②螯合剂在水相与待萃取的金属离子形成不带电荷的中性螯合物，使金属离子由亲水性转变为亲油性；

③ 螯合物萃取体系广泛应用于金属阳离子的萃取；

④ 主要适用于微量和痕量物质的分离，不适用于常量物质的分离，常用于痕量组分的萃取光度法测量。

（2）三元配合物萃取体系

金属离子与两个螯合剂形成三元配合物，选择性高，灵敏度高，后选合适的萃取剂分离。这类体系已广泛应用稀有元素、分散元素的分离和富集 （3）离子缔合物萃取体系

由金属离子和金属配位离子某些酸根离子，与异电性离子以静电引力的作用结合成不带电的化合物，称为离子缔合物，此缔合物具有疏水性，能被有机溶剂萃取分离的方法。 如用乙醚从6mol/L HCl溶液中萃取Fe3+时，Fe3+与Cl-形成配位阴离子Fe Cl4-,而乙醚质子化后，与Fe Cl4-缔合，形成疏水的盐，溶于乙醚，可被乙醚萃取。 3 萃取法的要求

生成的螯合物在萃取剂中有较大溶解度；萃取剂与水的比重相差要大，便于分层；萃取溶剂最好无毒、无特殊气味、挥发性要小；萃取剂要符合选用原则，即来源广，价廉，易再生和回收等. 萃取剂的再生分物理与化学法。物理法包括蒸馏和蒸发；化学法即投加化学药剂使萃取剂形成不溶于某种溶剂的盐，而分离再用。

四、离子交换法处理重金属废水

１离子交换树脂的结构 离子交换树脂组成主要有三:功能基团；是带有官能团(有交换离子的活性基团)；是可供“离子交换”的基团

网状骨架结构；网间有相通的空隙，如苯乙烯系离子交换树脂（见图）。 孔穴；位于网状结构中，按微孔结构又分为凝胶型和大孔型 ２离子交换作用的原理

服从等物质作用原理；具有选择性。

（１）晶格理论：如与晶体型无机离子交换剂发生离子交换，交换的难易程度取决于：离子交换剂对可交换离子引力的大小；被交换离子的浓度、离子半径、所带电荷；新形成晶体与原晶体晶形的接近程度以及溶解效应等。（２）双电层理论：如离子交换剂为胶体，则被交换离子与胶体扩散层离子交换，形成新的双电层，新双电层与原双电层其稳定性、ξ电等需高于或接近（３）符从质量作用定律 3吸附理论 (1) 吸附模型 (2)吸附动力学 第六章 脱氮除磷过程化学 第一节 脱 氮

? 一、废水中氮的问题

? 工业生产过程中排放的含氮废水及生活污水排入水体，土壤中的氮肥随雨水冲入江

河，给水体带来的危害表现有以下五个方面： ? （1）水体的富营养化

? 引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，形成水华，有损水体环境景观，使其旅游价值

降低；

? 水体溶解氧量下降及藻类的腥味等，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象； ? 一些藻类的蛋白质毒素，可富集在水生生物体内，并通过食物链使人中毒；

? 另外富营养化水体水流变缓，长期下去，大量藻类残体可使湖泊、河流变浅，最终

变成沼泽地。

? （２）增加给水处理的成本 水体中氮含量增加，会增加各种化学试剂用量等，如为了

脱臭、除味、脱色而使化学试剂增加，滤池的反冲洗次数也增加。 ? （３）还原态氮排入水体，会因硝化作用而耗费水体中大量氧。 ? （４）水体中亚硝酸氮对人及生物有毒害作用

? （５）农业灌溉时，总氮量超过1mg/L时，作物吸收过剩的氮，易产生贪青倒伏现象 ? 二、生物脱氮

? 在普通的废水二级处理中，氮是以氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮形成存在。二级处理对

氮的去除率比较低，它仅是微生物细胞合成所需要量，用于微生物细胞合成所需氮量， ? 三、脱氮原理

? 现有的以传统活性污泥法为代表的好氧生物处理法，其功能主要是去除水中呈溶解性

的有机物，至于氮磷只能去除细菌细胞由于生理上需要的摄取量。即氮只能去除20-40%，磷只能去除5%-20%。

? 在未经处理的污水中，含氮化合物主要存在形式有：有机氮，如蛋白质、氨基酸、胺

类、尿素、硝基化合物；氨氮如，NH3、NH4+等 ? １氨化反应

? 氨化作用:又叫脱氨作用，微生物分解有机氮化物产生氨的过程。产生的氨，一部

分供微生物或植物同化，一部分被转变成硝酸盐。

硝化作用：硝化作用是指氨在微生物作用下氧化为硝酸（盐）的过程。

反硝化过程：也称脱氮作用。反硝化细菌在缺氧条件下，还原硝酸盐，释放出分子态氮（N2）或一氧化二氮（N2O）的过程。

（三）生物脱氮工艺

１ 单级及多级活性污泥脱氮工艺

单级活性污泥脱氮工艺流程一般首先有一个好氧反应器，污水在其中进行含碳有机物、含氮有机物及氨氮的硝化反应；接着是一个缺氧反应器，NO3-—N的还原是利用好氧反应器中微生物内源代谢物质作为碳源有机物。 （一）化学除磷法

化学除磷是将可溶性钙盐、铁盐和铝盐投放到污水中与磷酸盐反应生成不溶性的磷酸钙、磷酸铁或是磷酸铝沉淀物。

常用的无机沉淀剂有：CaCl2、Al2(SO4)3、Na3AlO4、FeCl3、FeCl2和FeSO4等 （二）生物除磷法 生物正常吸收磷

在好氧生物处理过程中（如活性污泥法）产生的生物量，磷占其干重的２%-３%。含磷的生物化学计量式可以写成C5H7O2NP0.1，分子量为116g/mol，其中磷占2.67%。排放的剩余污泥中含磷量，同其中的挥发性有机物总量成正比。 （五）硫酸生产的固体废物

硫酸生产的固体废物主要是硫铁矿烧渣、水洗净化工艺废水处理后的污泥、酸洗净化工艺含泥稀硫酸以及废催化剂。其中硫铁矿烧渣是硫酸生产中最大的固体废物。 硫铁矿是我国生产硫酸的主要原料，

第一步 在沸腾炉（因反应物在高温下呈雾状沸腾）里发生 ? 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2

第二步 在接触室里发生 在常压（压强越大转化率越高，但这会让设备投入更多，增加成本，又因为在常压下转化率已经很高，故条件为常压)下 温度大概在500摄氏度（因为此时转化率比较高，且是催化剂 V2O5 活性最强的时候） ? 2SO2+O2=2SO3

第三步 在吸收塔里 用98.3%的浓硫酸吸收SO3，生成发烟硫酸，若用水就会产生酸雾 影响吸收效果

? H2O+SO3=H2SO4

? 硫铁矿烧渣的主要成分：Fe 35-57% ；SiO2 10-19%；其它共生元素如Cu、 Pb、Zn、S、

P等。 硫铁矿烧渣是炼铁、提取有色金属或制造建筑材料的生要资源。

? 此外，硫酸生产水洗净化工艺废水处理还会产生一定量的污泥，其主要成分为CaSO4、

CaSO3、CaF、Ca(OH)AsO2、Fe2O3、SiO2等

第八章 有机固体废物的污染控制化学

第一节 固体废物 是指在生产、生活和其他活动中产生的丧失原有利用价值或者虽未丧失利用价值但被抛弃或者放弃的固态、半固态和置于容器中的气态的物品、物质以及法律、行政法规规定纳入固体废物管理的物品、物质。

种类：固体废物的种类很多，通常将固体废物按其性质、形态、来源划分其种类。如按其性质可分为有机物和无机物；按其形态可分为固体的（块状、粒状、粉状）和泥状的；按其来源可分为矿业的、工业的、城市生活的、农业的和放射性的。此外，固体废物还可分为有毒和无毒的两大类。有毒有害固体废物是指具有毒性、易燃性、腐蚀性、反应性、放射性和传染性的固体、半固体废物。

目前要机垃圾处理主要有三种方式，即卫生填埋、堆肥和焚烧。 ? 四、影响垃圾降解的因素

? 影响垃圾降解的因素分两大类：一类是环境因素，包括温度、pH、湿度和氧化还原电

位等；另一类是基本因素，包括微生物量、有机物组成、营养比等混合接触条件。

? １温度 微生物生长的温度范围很硬广，约为-５-８５℃。３０-４０℃对于垃圾产气

是合适温度，有研究表明，４１℃是垃圾产气最佳温度，而在４８-５５℃，垃圾基本不产气。

? ２ 湿度 水是微生物活动和厌氧降解成功的基本条件。垃圾卫生填埋过程中能承受

的含水率范围较宽，为２５%-７０%。

?

当含水量高时，卫生填埋过程中容易形成恶臭，导致空气污染。通常填埋场的渗沥水回灌能加速填埋场的稳定。其最佳含水率为５０-６０%，一般情况，垃圾含水率高，产气率也高。

? ３ pH值 在卫生填埋场，垃圾被微生物降解，而产甲烷菌最适宜pH为6.8-7.45，低

于6.8高于7.45产甲烷菌活性低，且要求绝对厌氧。

? ４ 垃圾中有机物组成 在垃圾厌氧降解中，为满足微生物生长需要，垃圾中要有足

够的碳、氮、磷存在，一般C/N=10-20：1，有机物去除量最大。C/N太高与太低都影响产甲烷菌的生长。研究还发现，糖分的存在在厌氧条件生成羧酸而引起pH值下降，抑制垃圾的降解。因此，通过堆肥预先去除部分含糖量高的厨余垃圾将有助于填埋场内垃圾的降解。 ? 第三节 堆肥稳定化过程用生物化学 一、卫生填埋场垃圾的降解过程

垃圾的降解实质上是一个由多细菌参与的多阶段复杂的生物化学过程，主要可分以下五个阶段：

１初始调整阶段 垃圾一进入填埋场中就进入初始调整阶段。此阶段内垃圾中易降解组分快速与填埋垃圾所夹带的氧气发生好氧生物降解反应，生成CO2和H2O，同时释放一定的热量。在此阶段的初期，除了微生物生化反应外，还包括许多昆虫和无脊椎动物对易降解组分的分解作用。 ? ２ 过渡阶段 在此阶段，填埋场内氧气被耗尽，填埋场开始厌氧条件，。在此阶段垃圾中

的硝酸盐和硫酸盐分别被还原为N2和H2S，填埋场内氧化还原电位靛渐降低，渗滤液pH开始下降，酸性增强。此时起主要作用的微生物是兼性厌氧菌和真菌。

３ 酸化阶段 填埋场中H2含量达最大值，填埋场稳定化已进入酸化阶段。对垃圾降解起主要作用的微生物是兼性和专性厌氧菌，填埋气的主要成分是CO2，渗滤液COD、VFA（volatile fatty acid,即挥发性脂肪酸，是厌氧生物处理法发酵阶段的末端产物。）和金属离子浓度继续上升至中期达到最大值、此后逐渐下降，同时pH继续下降至中期达最低值（５甚至更低），此后又慢慢上升。

４甲烷发酵阶段 当填埋气中H2含量下降至很低时，填埋场稳定化即进入甲烷发酵阶段，此时产甲烷菌将醋酸和其它有机酸以及H2转化为CH4。此阶段专性厌氧菌缓慢却有效地分解所有可降解垃圾至稳定的矿化物或简单的无机物。此队段前期，填埋气CH4含量上升至50%左右，渗滤液COD浓度、BOD5浓度、金属离子浓度和导电率迅速下降，渗滤液pH值上升6.8-8.0；此后，填埋气CH4含量和渗滤液pH值分别稳定在55%左右和6.8-8.0，渗滤液COD浓度、BOD5浓度、金属离子浓度和导电率缓缓下降。

５ 成熟阶段 当垃圾中生物易降解组分基本被分解完时，填埋场稳定化就进入成熟阶段。此阶段，由于大量的营养物已随渗滤液排出或生物降解，只有少量的微生物分解垃圾中难降解物质，填埋气的主要组分依然是CO2和CH4，但其产率已显著降低，渗滤液常常含有一定量的难降解的腐殖酸和富里酸。 ? 一、堆肥的稳定化过程 ? （一）好氧堆肥原理

? （主要利用多种微生物的作用，将植物有机残体，进行矿质化、腐殖化和无害化，使各种

复杂的有机态的养分，转化为可溶性养分和腐殖质，同时利用堆积时所产生的高温（60—70℃）来杀死原材料中所带来的病菌、虫卵和杂草种子，达到无害化的目的。） ? 好氧堆肥是在有氧条件下，好氧菌对废物进行吸收、氧化、分解。微生物通过自身的

生命活动，把一部分被吸收的有机物氧化分解成简单的无机物，同时释放出可供微生物生长活动所需的能量，而另一部分有机物则被合成新的细胞质，使微生物不断生长繁殖，产生出更多生物体的过程。 ? （二）好氧堆肥过程

? 好氧堆肥过程可大致分为三阶段：中温阶段，高温阶段，降温阶段

? 1. 中温阶段：不耐高温的细菌分解有机物中易降解的碳水化合物、脂肪等，同时放出热量

使温度上升，温度可达15~4５℃。时间１-３d.

?

2.高温阶段：耐高温细菌迅速繁殖，在有氧条件下，大部分较难降解的蛋白质、纤维等继续被氧化分解，同时放出大量热能，使温度上升至４５~70℃,３-８d。当有机物基本降解完，嗜热菌因缺乏养料而停止生长，产热随之停止。堆肥的温度逐渐下降，当温度稳定在40℃，堆肥基本达到稳定，形成腐植质。3. 降温阶段：冷却后的堆肥，一些新的微生物借助残余有机物（包括死后的细菌残体）而生长，将堆肥过程最终完成。 第九章 废气治理过程化学

? 废气是指人类在生产和生活过程中和某些自然现象如森林火灾、地震、火山爆发等，向

大气中排出的有毒有害的污染物，当中心排放物超出一定界限，造成对环境容量和其它生物的危害时，就产生大气污染。特别是化工厂、钢铁厂、制药厂，以及炼焦厂和炼油厂等，排放的废气气味大，严重污染环境和影响人体健康。

? 根据大气污染的存在形式，可以将大气污染分为颗粒物质与气态物质。

? １颗粒物质 是指大气中粒粒不同的固体、液体的气溶胶体。通常分为以下８种： ? （１）悬浮颗粒物（SPM）：为大气颗粒物的通用术语； ? （２）总悬浮颗粒物（TSP）：指大气中100um以下的颗粒； ? （３）烟：通常的指气-固溶胶，固体颗粒分散在气相中。 ? （４）炭黑：指人类生活与工业生产过程产生的或由森林火灾产生的，由粒径10-1000mm

的球粒和复合颗粒组成的碳质物质，也有部分由化石燃料不完全燃烧产生。 ? （５）PM10：指空气动力学直径小于或等于10um的大气颗粒物。 ? （６）PM2.5：指空气动力学直径小于或等于2.5um的大气颗粒物。

? （７）可吸入颗粒：通过呼吸系统可以吸入人体的颗粒，通常就是PM10。 ? （８）可入肺颗粒：能够进入人体肺泡的颗粒，通常就是PM2.5。 ? ２气态污染物

? 气态污染物 包括气体和蒸汽。气体是某些物质在常温、常压下所形成的气态形

式。常见的气体污染物有：CO、SO2、NO2、NH3、H2S等。

? 蒸汽是某些固态或液态物质受热后，引起固体升华或液体挥发而形成的气态物

质。例如：汞蒸汽、苯、硫酸蒸汽等。蒸汽遇冷，仍能逐渐恢复原有的固体或液体状态。 ? 气态污染物分类：

? 气态污染物 又可以分为一次污染物和二次污染物。 ? 一次污染物是指直接从污染源排到大气中的原始污染物质； ? 二次污染物是指由一次污染物与大气中已有组分，或几种一次污染物之间经过一系列

化学或光化学反应而生成的与一次污染物性质不同的新污染物质。

? 在大气污染控制中受到普遍重视的一次污染物有硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物以

及有机化合物等；二次污染物有硫酸烟雾和光化学烟雾。

? 从大气治理过程来说，颗粒物的治理一般采用物理方法，如重力沉降、旋风除尘、湿式

除尘、静电除尘、过滤除尘等。

? 而气态污染物的治理常采用吸收、吸附等伴有化学反应的方法。

? 所以本章主要讨论气态污染物的治理，重点突出废气治理过程所要发生的化学反应。 ? 第一节 SO2治理 SO2治理

一、Ｓ与Ｎ的氧化还原反应

H2SNH3+HO2SN2O2SO2NOO2SO3NO2H2OH2SO4 +HO2O2O2H2O

HNO3

大气是的SO3、NO2遇水形成硝酸与硫酸，它们可以与空气中颗粒反应生成硝酸盐与硫酸盐。这些颗粒大小为0.1-1um，在空气中漂浮，有助于形成PM2.5与PM10，也是酸盐形成的主要原

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