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中和處理方法及相關設備有哪些？
化學工業，煉油行業，電鍍行業和金屬酸洗車間等，在制酸或用酸過程中，常常排放出含有硫酸、鹽酸、硝酸、磷酸等無機酸和醋酸、油酸等有機酸的酸性廢水，pH值常達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筑物，攝入人體將危害健康。
以PH值表示，酸堿廢水可分為
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
治理酸性或堿性廢水時，首先應當考慮綜合利用，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；以農藥廠廢鹽酸制沉淀磷酸鈣等，都有很好的經濟效益和社會效益。酸性或堿性廢水綜合利用的技術措施是多種多樣的，應當根據具體條件選擇使用。
對于低濃度的酸性廢水，特別是對暫時還不能實現綜合利用的廢水，在排放前都應當進行中和處理，以使排放的水質達到規定的pH值。此外，對于還含有其他有害物質的酸堿廢水，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，也常常把廢水預先中和到一定的pH值。
中和處理方法及相關設備
中和處理方法，目前比較實用的有如下三種：
（一）酸堿廢水相互中和
采用這種方法既簡單又經濟，當本廠或鄰近工業部門同時排出酸性和堿性廢水時，將它們相互混合，就可達到中和的目的。兩企業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到中和的效果。對酸性廢水，常用的堿性藥劑有石灰石、石灰乳、燒堿等；對堿性廢水，常用的酸性藥劑有工業硫酸、工業鹽酸等。為了降低處理成本，應盡可能利用工業廢料作中和藥劑，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 | 化學式 | 主要特性 |
氫氧化鈉 | NaOH | 溶解度大，反應速度快，供給容易，處理方便，但價格較高 |
碳酸鈉 | NaCO3 | |
生石灰 | CaO | 因溶解度小，以漿狀加入，反應速度慢，多數情況下反應生成物溶解度極小，但脫水性好，價格便宜 |
消石灰 | Ca(OH)2 | |
電石渣 | Ca(OH)2 | |
石灰石 | CaCO3 | 主要用于處理強酸性廢水，但為了使處理水達到或接近中性，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值的變化規律，在用藥劑處理時，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準溶液，同時用pH計測定廢水的pH值。然后以pH值為縱坐標，酸或堿的投加量為橫坐標作圖，所得曲線即為中和曲線，如圖4-3，圖4-4所示。
由于工業廢水中往往含有復雜的成分，因此藥劑投加量不能單純靠化學計量法計算。參考中和曲線，再加以試驗驗證才較為合適。
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。酸堿中和的反應是很快的，可說是瞬時反應。因此反應可在一個池內完成。混合反應池內應設攪拌設備，以機械攪拌為宜。當廢水中含重金屬離子，或經投藥后，產生沉渣時，需設置沉淀池。沉淀時間一般采用1~1.5h
混合反應池的容積按下式計算：
(4-2)
式中 Q——廢水設計流量，m3/h；
t——混合反應時間，一般采用2~4min。當有重金屬離子時應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，如石灰石、大理石、白云石等，其化學主要成分都是碳酸鈣或碳酸鈣鎂。濾料的選擇可根據含酸廢水的特性選用。如對強酸廢水，宜選用石灰石為濾料；對含硫酸的廢水，可應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為
2H2SO4+CaCO3•MgCO3=CaSO4↓+MgSO4+2CO2↑
石灰石與硫酸的反應為
H2SO4+CaCO3=CaSO4↓+H2O+CO2↑
采用白云石為中和濾料時，由于MgSO4的溶解度很大，不致造成中和的困難。因為產生不溶的石膏量僅為石灰石反應生成物的一半，所以影響就小了，也就是說，相應的進水硫酸濃度允許提高，但白云石的缺點是反應速度比石灰石慢。
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。普通中和濾池設備簡單，但效率較低，濾料表面結垢后不易沖掉；滾筒式濾池加工比較困難，動力費用高，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，處理效果穩定，操作管理方便等優點。缺點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1~1.2。對變速錐型床中和濾池。下部濾速可達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。
濾池法的優點是操作管理簡單，出水pH值較穩定，不影響環境衛生，沉渣少(只占廢水體積的0.1％左右)。缺點是廢水進口濃度受到限制。需要特別指出的是處理酸性廢水的構筑物，其防腐蝕問題十分重要，一般認為內襯玻璃鋼的設備比較有效。