第四章污水的物化处理
§4.1热过程法
废水中的溶解态污染物除了可以用化学转化法进行处理外，还可以利用物化分离法进行处理。物化分离法种类很多，其中依热量转移来实现处理目的的方法称热过程法。其中包括蒸发、冷冻、冷却及结晶等法。
(1)蒸发：加热废水(有时还兼施以减压)’，使水分子汽化逸出，从而达到制取纯水和浓缩废水中的溶质的目的。
(2)冷冻：将水温降到冰点以下，使水分子结成冰晶，然后分离冰晶与浓缩液，同，样可达到制取纯水与浓缩废水中溶质的目的。
(3)冷却：使热废水与冷流体接触，通过传热或蒸发冷却，以降低废水温度。
(4)结晶：通过蒸发浓缩或者降温，使废水中具有结晶性能的溶质：达到过饱和状态；从而将多余的溶质结晶出来。
上述四种方法中，蒸发、冷冻和结晶都兼有分离和回收有用溶质的目的，而冷却仅是为了降低废水温度，一般情况下，并不涉及其中溶质的分离和利用问题，故本章仅讨论前三种方法。
§4.1.1蒸发法
一、基本原理
水分子逸人大气，变成蒸气的过程，叫做汽化。沸点以下进行的表面汽化叫做蒸发汽化；沸点时发生的内部汽化过程叫做沸腾汽化。工业上都采用沸腾汽化，以期获得尽可能大的生产率。沸腾汽化既有传热过程，又有传质过程。根据蒸发前的物料衡算和能量衡算原理，可以推算出有关蒸发操作的基本关系式。
图4-1蒸发过程物料衡算图式
图4-1为蒸发过程物料衡算图，图中采用蒸气夹套加热废水，使之沸腾蒸发。设加热蒸气叫做一次蒸气，其量为D，温度为t。；被加热的废水量为G1，溶质的初浓度为B1，温度为t1。废水在蒸发器内沸腾蒸发，逸出的蒸气叫做二次蒸气，经冷凝后变成水，其量为G2，含有的溶质浓度为B2。浓缩液(母液)的量为G3=G1-G2，溶质浓度为B3。根据蒸发前后溶质量不变物料衡算原理，得如下关系式：
G1B1=G2B1+G3B3=G2B2+（G1-G2）B3
由此得浓缩后的溶质浓度为：
B3=（G1B1-G2B2）/G3
废水经蒸发后的污染物富集于浓缩液中，蒸发浓缩倍数为：
一般条件下，蒸发法去污效率可以达95-99%。
蒸发过程热量衡算关系：
式中：D—一次蒸汽用量（kg/h）；
γ’—一次蒸汽冷凝热（kJ/kg）；
C—废水比热（kJ/kg·℃）；
t2、t1—分别为废水沸点与原水温度（℃）；
γ—水的汽化潜热（kJ/kg）；
二、蒸发设备
（1）列管式蒸发器（自然循环、强制循环）
（2）薄膜式蒸发器
特点：
废水仅通过加热管一次，不作循环；
废水在加热管壁上形成一层很薄的水膜；
分类：
长管式（升膜、降膜、升-降膜）
旋流式（旋流运动-形成水膜）
旋片式（叶片旋转-形成水膜）
（3）浸没燃烧式蒸发器
三、蒸发工艺
1、单效蒸发工艺系统，如图4-2。二次蒸气冷凝后排出，不再利用。
图4-2单效真空蒸发流程
蒸发系统多在负压下运行，其优点为：(1)废水沸点降低，从币增大了温度差，
提高了传热效率；(2)可采用低压蒸气或废蒸气作为热源，降低了设备费用；（3）操作温度低，热损失小，而且设备腐蚀问题容易解决。但缺点是：（1）需设置真空泵和冷凝器；（2）由于在负压下操作，浓缩液的排出教困难，往往需要将蒸发室安装于高处。
2、多效蒸发工艺系统
图4-3多效蒸化发系统运行方式
多效蒸发就是多次利用二次蒸气进行蒸发的工艺。例如，几个蒸发器串联起来，第一级的二次蒸气通入第二级蒸发器，作为热源；第二级的二次蒸气又通入第三级作为热源，依次类推。通常把每一蒸发器称为一效，第一个蒸发器称为第一效，第二个蒸发器称为第二效，第n个蒸发器称为第n效。
由于前一效的二次蒸气用来加热后一效的废水，因而前一效的子次蒸气温度必须高于后一效的废水沸腾温度。或者前一效的蒸气压强必须高于后一效的蒸气压强(沸点与压强相适应)；否则，后一效的沸腾蒸发就无法实现。为此，工程上大多采用真空操作系统。工程上常用的三种多效蒸发运行系统。见图4-3。
三、蒸发法处理废水的应用
浓缩放射性废水：放射性废水的常用处理方法是采用蒸发法浓缩，然后将浓缩液密封固封，让其自然衰变。
浓缩高浓度有机废水；
浓缩和回收废酸、废碱液；
§4.1.2结晶法
结晶法用以分离废水中具有结晶性能的固体溶质。其实质是通过蒸发浓缩或降温冷却，使溶液达到饱和，让多余的溶质结晶析出，加以回收利用。
一、结晶的原理
结晶和溶解是两个相反的过程。任何固体物质与它的溶液接触时，如溶液未饱和，固体就会溶解，如溶液过饱和，则溶质就会结晶析出。所以，要使溶液中的固体溶质结晶析出，必须设法使溶液呈过饱和状态。
固体与其溶液间的相