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中和法是利用化学酸碱中和的原理消除水中过量的酸和碱，使其pH值达到中性或接近中性的过程，中和是一种化学处理方法。
一、中和处理概述
酸碱废液是两种重要的工业废液，通常酸性污水中包含无机酸和有机酸（如乙酸、甲酸、柠檬酸等），主要来源于化工厂、化纤厂、电镀厂、酸洗车间等。碱性污水中含有氢氧化钠、碳酸钠、硫化钠、氨类等碱性物质，主要来源于印染厂、炼油厂、造纸厂等等。
当酸碱性废液浓度较高（酸含量大于3~5%，碱含量大于1~3%）时，应首先考虑废液的综合利用，这样做既可以回收有用物料，也能减轻中和处理负荷。如利用钢铁酸洗废液制造硫酸亚铁、聚合硫酸铁混凝剂，使用扩散渗透法回收其中的硫酸等等。
对于含酸碱浓度不高的污水，其回收利用价值不大，常采用中和处理，消除其危害，或使其适于后续处理。具体来说，以下三种情况需要进行中和处理：1污水排入受纳水体前，其pH值指标超过排放标准，应进行中和处理避免其影响水生生物；2工业废水排入城市管网之前，采用中和处理避免其对管网系统造成腐蚀；3化学处理或生物处理之前均需要将水体pH值调制合适的范围。
对于酸碱污水的中和处理，应首先考虑“以废治废”，如采用酸碱污水互相中和、利用废电石渣中和酸性污水等等。如没有这些条件，则可采用投药中和法和过滤中和法。
二、酸碱污水相互中和
酸碱污水相互中和法是把酸性污水和碱性污水共同引入中和池中，通过搅拌、混合发生中和反应，当酸性或碱性污水（渣）不足时，还应补充中和药剂，最终使污水达到中性或弱碱性。
1.酸碱污水需要量的计算
为了达到中和的效果，混合污水中酸和碱的物质的量应该相等，按当量定律来计算，如式2-6所示。
Q1c1=Q2c2 （式2-6）
式中:Q1、Q2分别为酸、碱性污水流量（L/h）；
c1、c2分别为酸性污水中酸的物质量浓度、碱性污水中碱的物质量浓度（mol/L）。
在中和过程中，酸、碱污水中所含的酸和碱的物质量浓度正好相等时称为中和反应的等当点。强酸强碱发生中和时，由于生成的强酸强碱盐不发生水解，因此等当点即中性点；但中和的一方若为弱酸或弱碱时，由于中和生成的盐会发生水解反应，此时尽管达到等当点，但溶液并非中性，而是取决于生成的盐的水解度。
2.酸性污水和碱性污水中和处理设施
中和处理设施主要由酸性和碱性污水排放规律及水质变化来确定。当水质水量变化较小或后续处理对pH值要求较宽时，可在集水井（或管道、混合槽）内进行连续混合反应。当水质水量变化不大或后续处理对pH值要求较严格时，可设连续流中和池。当水质水量变化较大，且水量较小，连续流无法保证出水pH值要求时，多采用间歇式中和池，一般设至少两座交替使用。在间歇式中和池内完成混合、反应、沉淀、排泥等处理工序。
3.酸性烟道气中和碱性污水设施（喷淋塔）
采用烟道气中和碱性污水是以废治废的有效方法。烟道气中含有高达24%的CO2，有时还含有少量SO2及H2S等酸性气体，因此可以用来中和碱性污水。烟道气中和碱性污水一般在喷淋塔中进行，如图2-5所示。但该法处理后的污水中硫化物、色度和耗氧量均有显著增加，需要进一步处理。
你能根据喷淋塔结构和说明完成喷淋塔工作方式说明吗？
三、投药中和法
投药中和法是应用广泛的一种中和方法，此法可以处理任何浓度、任何性质的酸碱性污水，也可以进行污水的pH值调节。根据待处理污水的酸碱性，可以分为酸性污水用碱性中和剂处理和碱性污水用酸性中和剂处理。
1.酸性污水的投药中和
（1）常用中和剂
中和酸性废水常用的中和剂由石灰（CaO）、石灰石（CaCO3）、大理石、白云石等，有时也采用氢氧化钠和碳酸钠，其中以石灰最为常用，因为其不仅价格便宜而且可以中和任何浓度的酸，在水中形成的石灰乳[主要成分Ca(OH)2] 对污水中的杂质有凝聚作用，还能降低污水中的有机物含量和色度，适用于处理杂质多、浓度高的酸性污水。
当使用石灰石、白云石等以碳酸钙为主要成分的中和剂处理含硫酸废水时，会产生溶解度很低的硫酸钙（石膏）反应如下：
H2SO4+CaCO3＝CaSO4↓+H2O+CO2↑
硫酸浓度很高时，中和剂表面会被难溶的硫酸钙覆盖，减缓甚至阻止中和反应继续进行。所以污水中硫酸浓度理论上应不高于1.15g/L，实际允许低于2~2.3g/L，或者将中和剂颗粒粒径控制在0.5mm以下。
（2）工艺过程
投药中和法的工艺过程主要包括：中和药剂的制备与投配、混合与反应、中和产物的分离、泥渣的处理与利用。在酸性污水投药中和之前，有时需要进行预处理。包括均和调节、粗颗粒物的去除等，可以减少投药量，为中和创造稳定的处理条件。
根据酸性污水投药中和工艺原理和过程，完成流程图填空。
（3）投药装置
采用石灰作为中和剂时，药剂投配方法可以分为干投法和湿投法，一般采用湿法投配。当石灰用量小于1t/d时，可用人工方法在消解槽内进行搅拌和消解，石灰用量大时需要采用机械搅拌，一般消解成40~50%的乳浊液，之后投放到石灰乳贮槽（一般设置两个，交替使用，其内需要设搅拌装置，防止石灰沉积），经搅拌配制成5~10%的石灰乳，再用泵送至投配器投加至混合反应池，如图2-6所示。
图2-6 石灰乳投配装置
投到中和池的石灰乳与池内酸性废水在搅拌下进行混合反应，污水停留时间一般为5~20min。与干投法相比，湿投法反应迅速、彻底，投药量少，但需要的设备多，维护工作量相对较大。
干投法是直接将生石灰或石灰石粉碎成一定粒径的颗粒（0.5mm）后投加的方法，其对粉碎机械要求较高、卫生条件不佳，反应速度慢、不彻底，投药量大，但设备相对简单。
总体来说酸性废水的药剂中和法操作管理比较复杂，采用石灰质药剂时质量难以保证、卫生条件不佳，沉渣体积大（占处理量的2%）且不易脱水。
2.碱性污水的投药中和
中和碱性污水常用的药剂由：硫酸、盐酸及压缩CO2。因工业硫酸价格较低，应用最广。使用盐酸中和碱性污水产物的溶解度大，泥渣量少，但价格较高，出水中溶解固体浓度也较高。
无机酸中和碱性污水的工艺过程和设备与中和酸性污水时基本相同。用压缩CO2中和碱性污水时，采用逆流接触反应塔，与图2-5喷淋塔类似。用压缩CO2作为中和剂可以不设pH值控制装置，但成本较高。
四、过滤中和法
1.处理原理
过滤中和法是以具有中和能力的碱性固体颗粒物为滤料，采用过滤的形式使酸性污水通过碱性滤料而被中和的方法。这种方法适用于含酸量不超过2~3g/L并生成易溶性盐的酸性污水。当污水中含有大量悬浮物、油脂、重金属盐和其他毒物时不宜采用。
具有中和能力的碱性滤料有：石灰石、白云石、大理石等，一般常用石灰石，其发生的反应主要如下：
2HCl+CaCO3＝CaCl2+H2O+CO2↑
2HNO3+CaCO3＝Ca(NO3)2+H2O+CO2↑
H2SO4+CaCO3＝CaSO4+H2O+CO2↑
由于使用石灰石做滤料处理含有硫酸的污水时，硫酸浓度不能过高，因此可以采用白云石做滤料，其反应过程如下：
2H2SO4+CaCO3·MgCO3＝CaSO4+MgSO4+2H2O+2CO2↑
由于硫酸镁的溶解度较大，所以难溶性沉淀物的产生量仅为使用石灰石时的一半，从而可以提高进水的硫酸浓度至5g/L，但白云石的反应较石灰石慢，需要较常的水力停留时间。
过滤中和均会产生CO2，其溶于水会降低出水pH值至5左右，通常采用空气曝气和出水跌落自然曝气的方式脱除CO2，提高pH值。
2.处理设备
过滤中和所使用的设备为中和滤池，有普通中和滤池和升流式膨胀滤池两种。
（1）普通中和滤池
普通中和滤池为固定床即滤料固定不动，水的流向有平流式和竖流式两种。目前大多使用竖流式。根据水流上升或下降，竖流式也分为升流式和降流式两种，如图2-7所示。
图2-7 普通中和滤池
普通中和滤池的滤料粒径不宜过大，一般为30~50mm，不得有粉料混杂。当污水中有可能堵塞滤料的杂质时应进行预处理。过滤速度一般为1~1.5m/h，不大于5m/h，污水和滤料的接触时间不少于10min，滤床厚度一般为1~1.5m。
（2）升流式膨胀滤池
升流式膨胀中和滤池是废水从滤池的底部进入，从上部出水，上升水流使滤料呈流化、膨胀状态。根据水流上升速度是否恒定，升流式膨胀滤池可以分为恒流式和变速式，其结构如图2-8。
图2-8 升流式膨胀滤池
恒速升流式膨胀中和滤池构造可分为四部分：底部进水、配水设备，一般采用大阻力穿孔布水管，孔径9~12mm，进水的同时为滤料的流化提供动力；进水设备上面是卵石垫层，厚度为0.15~0.2m，卵石粒径20~40mm，作用是作为承托层避免滤料堵塞配水系统；垫层上方为滤料，如采用石灰石，应采用粒径0.5~3mm颗粒，滤料层厚度在运转初期为1~1.2m，最终换料时为2m，滤料膨胀率为50%。滤料的分布状态是由下至上粒径逐渐减小；滤料层上方是缓冲层，高度0.5m，由于截面积增加，水流进入缓冲层后流速减缓，滤料逐渐下沉，与水分离，出水由集水槽收集排出。
这种中和滤池水流流速高达30~70m/h，再加上生成的CO2气体的作用，促进滤料颗粒之间相互摩擦碰撞，表面不断更新，因此中和效果较好，但出水因为含有CO2，pH值偏低为4.2~5.0。
你能尝试写出变速升流式膨胀中和滤池的工作过程吗？
变速升流式膨胀滤池下部滤速高，可达130~150m/h远高于等速滤池，上部40~60m/h，从而解决了恒速膨胀滤池流化状态不佳和易携带滤料出水的问题。
过滤中和法操作管理简单，出水pH值稳定，沉渣量少，仅为污水体积的0.1%，减少了后续污泥处理量，卫生条件好，但缺点是需要控制进水的硫酸浓度。
