污水的物理化学处理PPT学习教案

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1、会计学1污水的物理化学处理污水的物理化学处理 水和废水的浮上法处理是将空气以微小气泡形式通入水中，使微小气泡与在水中悬浮的颗粒粘附，形成水-气-颗粒三相混合体系，颗粒粘附上气泡后，密度小于水即上浮水面，从水中分离，形成浮渣层。 污水处理技术中，气浮法固-液或液-液分离技术应用的几方面：石油、化工及机械制造业中的含油污水的油水分离;工业废水处理;污水中有用物质的回收;取代二次沉淀池，特别是用于易产生活性污泥膨胀的情况;剩余活性污泥的浓缩。第1页/共141页气浮法处理工艺必须满足下述基本条件：n必须向水中提供足够数量的微小气泡；n必须使分离的悬浮物粘附于气泡而上浮达到分离。第2页/共141页悬浮颗

2、粒与气悬浮颗粒与气泡的黏附性取泡的黏附性取决于决于水对该种水对该种物质的润湿性物质的润湿性。水对各种物质润湿性的大小可用它们与水的接触角来衡量。第3页/共141页lsgANM s-l s-g l-g 润湿润湿亲水性物质亲水性物质lsgANM s-l s-g l-g 不润湿不润湿疏水性物疏水性物质质第4页/共141页当当0时，这种时，这种物质不能气浮；物质不能气浮； 90 ，这种，这种物质附着不牢，物质附着不牢，易于分离；易于分离；当当180 时，时，这种物质易被气这种物质易被气浮。浮。 第5页/共141页)cos-气水粒水气水粒水（E)cos1-（气水E 上式表明，并不是水中所有的污染物质都能

3、与气泡粘附，是否能粘附，与该类物质的接触角有关。当0时，cos1，E0，这类物质亲水性强（称亲水性物质），无力排开水膜，不易与气泡粘附，不能用气浮法去除。当180时，cos -1，E2水-气，这类物质疏水性强（称疏水性物质），易与气泡粘附，宜用气浮法去除。第6页/共141页化学药剂的投加对气浮效果的影响 一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：混凝剂浮选剂助凝剂抑制剂调节剂 各种无机或有机高分子混凝剂，它们不仅可以改变污水中的悬浮颗粒的亲水性能，而且还能使污水中的细小颗粒絮凝成较大的絮状体以吸附、截留气泡，加速颗粒上浮

4、。第7页/共141页 浮选剂大多数由极性-非极性分子组成。 当浮选剂的极性基被吸附在亲水性悬浮颗粒的表面后，非极性基则朝向水中，这样就可以使亲水性物质转化为疏水性物质，从而能使其与微细气泡相粘附。 浮选剂的种类有松香油、石油、表面活性剂、硬脂酸盐等。化学药剂的投加对气浮效果的影响 一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：混凝剂浮选剂助凝剂抑制剂调节剂第8页/共141页化学药剂的投加对气浮效果的影响 一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：混凝剂

5、浮选剂助凝剂抑制剂调节剂 作用是提高悬浮颗粒表面的水密性，以提高颗粒的可浮性，如聚丙烯酰胺。第9页/共141页化学药剂的投加对气浮效果的影响 一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：混凝剂浮选剂助凝剂抑制剂调节剂 作用是暂时或永久性地抑制某些物质的浮上性能，而又不妨碍需要去除的悬浮颗粒的上浮，如石灰、硫化钠等。第10页/共141页化学药剂的投加对气浮效果的影响 一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：混凝剂浮选剂助凝剂抑制剂调节剂 主要是调节污

6、水的pH，改进和提高气泡在水中的分散度以及提高悬浮颗粒与气泡的粘附能力，如各种酸、碱等。第11页/共141页第12页/共141页按产生细微气泡的方法分加压溶气气浮溶气真空气浮电解气浮充气气浮 溶气气浮 气浮法的类型微气泡曝气浮上法 射流气浮 叶轮气浮 第13页/共141页微气泡曝气浮上法叶轮气浮压缩空气引入到靠近池底处的微孔板，并被微孔板的微孔分散成细小气泡将空气引入到一个高速旋转混合器或叶轮机的附近，通过高速旋转混合器的高速剪切，将引入的空气切割成细小气泡充气气浮用于矿物浮选，也用于含油脂、羊毛等污水的初级处理及含有大量表面活性剂的污水处理充气气浮 第14页/共141页微气泡曝气浮上法叶轮气

7、浮第15页/共141页 电解气浮是将正负极相间的多组电极浸泡在废水中，当通以直流电时，废水电解，正负两级间产生的氢和氧的细小气泡粘附于悬浮物上，将其带至水面而达到分离的目的。 电解气浮产生的气泡小于其他方法产生的气泡，故特别适用于脆弱絮状悬浮物。电解浮上法的表面负荷通常低于4m3/(m2h)。 电解气浮主要用于工业废水处理方面，处理水量约在1020m3/h。由于电耗高、操作运行管理复杂及电极结垢等问题，较难适用于大型生产。电 解 气 浮 电解氧化还原;电解混凝;电解气浮第16页/共141页电 解 气浮 第17页/共141页从溶解空气和析出条件来看加压溶气气浮：空气在加压条件下溶解，常压下使过饱

8、和空气以微小气泡形式释放出来需要溶气罐、空压机或射流器、水泵等设备溶气真空气浮：空气在常压下溶解，真空条件下释放优点：无压力设备缺点：溶解度低，气泡释放有限，需要密闭设备维持真空，运行维护困难溶气气浮第18页/共141页溶气真空气浮第19页/共141页加压溶气气浮的基本原理空气在水中的溶解度与压力的关系空气在水中的溶解度的表示单位体积水溶液中溶入的空气质量:g(气)/m3(水)单位体积水溶液中溶入的空气体积:mL(气)/L(水)加压溶气气浮第20页/共141页空气在纯水中的饱和溶解度第21页/共141页 空气在水中的溶解度与温度、压力有关。 在一定范围内，温度越低、压力越大，其溶解度越大。 一

9、定温度下，溶解度与压力成正比。 空气从水中析出的过程分两个步骤，即气泡的形成过程与气泡的增长过程。 气泡核的形成过程起决定性作用，有了相当数量的气泡核，就可以控制气泡数量的多少与气泡直径的大小。溶气气浮法要求在这个过程中形成数目众多的气泡核，溶解同样空气，如形成的气泡核的数量越多，则形成的气泡的直径也就越小，越有利于满足浮上工艺的要求。第22页/共141页加压溶气的两种方式 存在问题： 填料长膜； 压缩气含油； 调节不便； 时而需放气。 存在问题： 设备较复杂； 造价偏高。第23页/共141页全流程溶气气浮工艺全流程溶气气浮工艺1加压泵；加压泵；2减压阀；减压阀；3压力溶气罐（含填料层）；压力

10、溶气罐（含填料层）；4放气阀；放气阀；5刮渣机；刮渣机；6浮渣；浮渣；7浮上分离池；浮上分离池；8集水系统集水系统第24页/共141页部分溶气气浮法部分回流溶气气浮法第25页/共141页加压溶气气浮系统的组成加压溶气系统气 浮 池 空气释放系统溶气罐溶气释放装置加压水泵附属设备溶气水管路空气供给设备第26页/共141页加压溶气系统溶气罐附属设备加压水泵空气供给设备 加压水泵的作用是提升污水，将水、气以一定压力送至压力溶气罐，其压力的选择应考虑溶气罐压力和管路系统的水力损失两部分。第27页/共141页加压溶气系统溶气罐附属设备加压水泵空气供给设备压力溶气罐的作用是使水与空气充分接触，促进空气的溶

11、解。溶气罐的形式有多种，如下图所示，其中以罐内填充填料的溶气罐效率最高。第28页/共141页加压溶气系统加压水泵溶气罐空气供给设备附属设备水泵压水管装射流器挟气式溶气方式有三种水泵吸气式在经济和安全方面都不理想，已很少使用空压机供气是较早使用的一种供气方式，使用较广泛，其优点是能耗相对较低压力管装射流器进行溶气的优点是不需另设空压机，没有空压机带来的油污染和噪声水 泵 吸 气 式空压机供气式第29页/共141页 空气释放系统是由溶气释放装置和溶气水管路组成。 溶气释放装置的功能是将压力容器水减压，使溶气水中的气体以微气泡的形式释放出来，并能迅速、均匀地与水中的颗粒物质粘附。 常用的溶气释放装置

12、有减压阀、溶气释放喷嘴、释放器等。 空气释放系统第30页/共141页 气浮池的功能是提供一定的容积和池表面积，使微气泡与水中悬浮颗粒充分混合、接触、粘附，并使带气颗粒与水分离。目前最常用，其反应池与气浮池合建。废水进入反应池完全混合后，经挡板底部进入气浮接触室以延长絮体与气泡的接触时间，然后由接触室上部进入分离室进行固液分离。池面浮渣由刮渣机刮入集渣槽，清水由底部集水槽排出。平流式气浮池的优点是池深浅、造价低、构造简单、运行方便。缺点是分离部分的容积利用率不高等。气浮池的有效水深通常为2.02.5m，一般以单格宽度不超过10m、长度不超过15m为宜。废水在反应池中的停留时间与混凝剂种类、投加量

13、、反应形式等因素有关，一般为515min。为避免打碎絮体，废水经挡板底部进入气浮接触室时的流速应小于0.1m/s。废水在接触室中的上升流速一般为1020mm/s，停留时间应大于60s。竖流式气浮池的基本工艺参数与平流式气浮池相同。其优点是接触室在池中央，水流向四周扩散，水力条件较好。缺点是与反应池较难衔接，容积利用率较低。有经验表明，当处理水量大于150 200m3/h、废水中的可沉物质较多时，宜采用竖流式气浮池。 气 浮 池 竖流式气浮池平流式气浮池第31页/共141页加压加压 溶溶 气气 浮浮 法法 的的 设设 计计 计计 算算1. 空气在水中的溶解量式中：V空气在水中的溶解度， L/m3

14、 水； KT溶解常数，L/（m3.kPa)；p溶解空气的绝对压力，kPa。pKVT00021)1()(QcfpqaQcaaqSGfacSGVa10)/(第32页/共141页气浮池的优缺点气浮池的优缺点优点：气浮池表面负荷高，水力停留时间短，池深浅，体积小； 气浮过程中增加了水中的溶解氧，浮渣含氧，不易腐化，有利于后续处理；浮渣含水率低，排渣方便；投加絮凝剂处理废水时，所需的药量较少。 缺点：u耗电多，比每立方米废水比沉淀法多耗电0.020.04KWh，运营费用偏高； 废水悬浮物浓度高时，减压释放器容易堵塞，管理复杂；u浮渣怕较大的风雨袭击。 第33页/共141页4.2 吸 附第34页/共141

15、页在相界面上，物质的浓度自动发生在相界面上，物质的浓度自动发生累积或浓集累积或浓集的现象称的现象称为吸附。为吸附。 吸附就是利用多孔性的固体物质，使废水中吸附就是利用多孔性的固体物质，使废水中的一种或多种物质被吸附在固体表面而去除的方法。的一种或多种物质被吸附在固体表面而去除的方法。吸附法的处理对象：吸附法的处理对象： 在废水处理中，吸附法处理的主要对象是废水中用生化在废水处理中，吸附法处理的主要对象是废水中用生化法难于降解的有机物或用法难于降解的有机物或用般氧化法难于氧化的溶解性有机般氧化法难于氧化的溶解性有机物，包括木质素、氯或硝基取代的芳烃化合物、杂环化合物、物，包括木质素、氯或硝基取代

16、的芳烃化合物、杂环化合物、洗涤剂、合成染料、除莠剂、洗涤剂、合成染料、除莠剂、DDT等。等。 当用活性炭等对这类废水进行处理时，它不但能够吸附当用活性炭等对这类废水进行处理时，它不但能够吸附这些难于分解的有机物，降低这些难于分解的有机物，降低COD，还能使废水脱色、脱臭，还能使废水脱色、脱臭，把废水处理到可重复利用的程度。把废水处理到可重复利用的程度。 吸附法在废水的深度处理中得到了广泛的应用。吸附法在废水的深度处理中得到了广泛的应用。第35页/共141页 吸附剂：固体表面有吸附水中溶解及胶体物质的吸附剂：固体表面有吸附水中溶解及胶体物质的能力能力,比表面积很大的活性炭等具有很高的吸附能力。比

17、表面积很大的活性炭等具有很高的吸附能力。 吸附质吸附质:被吸附物质。被吸附物质。一、一、 吸附的基本原理及分类吸附的基本原理及分类 主要原因：在于溶质对水的疏水特性和溶质对主要原因：在于溶质对水的疏水特性和溶质对固体颗粒的高度亲和力。固体颗粒的高度亲和力。 第二种原因第二种原因:由溶质与吸附剂之间的静电引力、由溶质与吸附剂之间的静电引力、范德华引力或化学键力所引起。范德华引力或化学键力所引起。第36页/共141页吸吸附附物理吸物理吸附附化学吸附化学吸附吸附剂与吸附物质之间是通过吸附剂与吸附物质之间是通过分子间引力分子间引力(即范徳华力即范徳华力)而产而产生的吸附。生的吸附。吸附剂与被吸附物质之

18、间产吸附剂与被吸附物质之间产生化学作用，生成化学键引生化学作用，生成化学键引起吸附。起吸附。交换吸交换吸附附互相交换离子的吸附，依互相交换离子的吸附，依靠静电引力牢固吸附。靠静电引力牢固吸附。第37页/共141页二、吸附平衡与吸附等温线二、吸附平衡与吸附等温线第38页/共141页cnkqlg1lglg2吸附等温线吸附等温线 表明被吸附物的量与浓度之间的关系式称表明被吸附物的量与浓度之间的关系式称为吸附等温式。为吸附等温式。第39页/共141页2）.朗谬尔（朗谬尔（Langmuir）等温式）等温式 该公式是在被吸附物质仅为单分子层的假定下该公式是在被吸附物质仅为单分子层的假定下导出的，形式为：导

19、出的，形式为：11KKmyKKKmy11 将上式变换成以下形式，使用时较方便：将上式变换成以下形式，使用时较方便：第40页/共141页吸吸附附阶阶段段颗粒外颗粒外部扩散部扩散阶段阶段孔隙扩散孔隙扩散阶段阶段吸附反吸附反应阶段应阶段吸附质从溶液中扩散到吸吸附质从溶液中扩散到吸附剂表面附剂表面吸附质在吸附剂孔隙中继吸附质在吸附剂孔隙中继续向吸附点扩散续向吸附点扩散吸附质被吸附在吸附剂孔吸附质被吸附在吸附剂孔隙内的吸附点表面隙内的吸附点表面第41页/共141页吸附速度主要取决于外部扩散速度和孔隙扩散速度。吸附速度主要取决于外部扩散速度和孔隙扩散速度。外部外部扩散扩散速度速度与溶液浓度成正比与溶液浓度

20、成正比与吸附剂的比表面积的大小成正与吸附剂的比表面积的大小成正比比吸附剂颗粒直径越小，速度越快吸附剂颗粒直径越小，速度越快增加溶液与颗粒间的相对运动速度，增加溶液与颗粒间的相对运动速度，可提高速度可提高速度孔隙孔隙扩散扩散速度速度吸附剂颗粒越小，速度越快吸附剂颗粒越小，速度越快第42页/共141页三三 、吸附的影响因素、吸附的影响因素第43页/共141页第44页/共141页四、吸附剂及其再生吸附剂及其再生第45页/共141页2 2、常用吸附、常用吸附剂剂活性炭、磺化煤、沸石、焦炭等活性炭、磺化煤、沸石、焦炭等在水处理中较多采用颗粒活性炭。在水处理中较多采用颗粒活性炭。3、吸附剂的再生、吸附剂的

21、再生 再生是在吸附剂本身的结构基本不发生变化再生是在吸附剂本身的结构基本不发生变化的情况下，用某种方法将吸附质从吸附剂微孔中的情况下，用某种方法将吸附质从吸附剂微孔中除去除去,恢复它的吸附能力。恢复它的吸附能力。第46页/共141页再再生生方方法法加热再生加热再生法法在高温条件下，提高了吸附质分在高温条件下，提高了吸附质分子的能量，使其易于从活性炭的子的能量，使其易于从活性炭的活性点脱离；而吸附的有机物则活性点脱离；而吸附的有机物则在高温下氧化和分解，成为气态在高温下氧化和分解，成为气态逸出或断裂成低分子逸出或断裂成低分子化学氧化法化学氧化法通过化学反应，使吸附质转化为通过化学反应，使吸附质转

22、化为易溶于水的物质而解吸下来。易溶于水的物质而解吸下来。湿式氧化法湿式氧化法、电解、电解氧化法氧化法、臭氧、臭氧氧化法氧化法溶剂再生法、生物法溶剂再生法、生物法 第47页/共141页第48页/共141页五、五、 吸附操作方式和设计吸附操作方式和设计操操作作方方式式连续连续式式间歇间歇式式将废水和吸附剂放在吸附池内进行搅拌将废水和吸附剂放在吸附池内进行搅拌30min左右，然后静置沉淀，排除澄清液左右，然后静置沉淀，排除澄清液固定床固定床移动床移动床流化流化床床吸附剂固定填放在吸附柱吸附剂固定填放在吸附柱(或或塔塔)中中在操作过程中定期地将接近饱在操作过程中定期地将接近饱和的一部分吸附剂从吸附柱中

23、和的一部分吸附剂从吸附柱中排出，并同时将等量的新鲜吸排出，并同时将等量的新鲜吸附剂加入柱中附剂加入柱中吸附剂在吸附柱内处于膨胀状态，吸附剂在吸附柱内处于膨胀状态，悬浮于由下而上的水流中悬浮于由下而上的水流中第49页/共141页第50页/共141页固定床吸附塔的构造示意图固定床吸附塔的构造示意图1滤布层；滤布层；2再生液进口；再生液进口；3放气管；放气管；4、10挡水板；挡水板；5人孔盖；人孔盖；6进水；进水；7窥孔；窥孔；8吸附剂层；吸附剂层；9多孔板；多孔板；11出水口出水口第51页/共141页吸附操作工艺流程吸附操作工艺流程1进水；进水；2出水；出水；3吸附剂吸附剂第52页/共141页移动

24、床吸附塔构造示意图移动床吸附塔构造示意图1通气阀；通气阀；2进料斗；进料斗；3溢流管；溢流管； 4、5直流式衬胶阀；直流式衬胶阀；6水射器；水射器；7截止阀截止阀第53页/共141页粉状炭流化床及再生系统粉状炭流化床及再生系统1吸附塔；吸附塔；2溢流管；溢流管；3穿孔板；穿孔板；4处理水槽；处理水槽；5脱水机；脱水机；6饱和炭贮槽；饱和炭贮槽；7饱和炭供给槽；饱和炭供给槽；8烟囱；烟囱；9排水泵；排水泵；10废水槽；废水槽；11气体冷却器；气体冷却器；12脱臭炉；脱臭炉；13再生炉；再生炉；14再生炭冷却槽；再生炭冷却槽；15，16水射器；水射器；17原水泵；原水泵；18原水槽原水槽第54页/

25、共141页六、吸附法在污水处理中的应用六、吸附法在污水处理中的应用1. 吸附法除汞吸附法除汞 活性炭有吸附汞和汞化合物的性能，但因其吸附活性炭有吸附汞和汞化合物的性能，但因其吸附能力有限，只适宜于处理含汞量低的废水。能力有限，只适宜于处理含汞量低的废水。吸附法除汞流程吸附法除汞流程第55页/共141页2. 炼油厂、印染厂废水的深度处理炼油厂、印染厂废水的深度处理 某炼油厂含油废水，经隔油，气浮和生物处理某炼油厂含油废水，经隔油，气浮和生物处理后，再经砂滤和活性炭过滤深度处理。后，再经砂滤和活性炭过滤深度处理。 废水的含酚量从废水的含酚量从0.1mg/L(生物处理后生物处理后)降至降至0.005

26、mg/L，氰从，氰从0.19mg/L降至降至0.048mg/L，COD从从85mg/L降至降至18mg/L。第56页/共141页4.3 离子交换第57页/共141页 实质：不溶性离子化合物实质：不溶性离子化合物(离子交换剂离子交换剂)上的上的可交换离子可交换离子与溶液中的其他与溶液中的其他同性离子同性离子的交换反应，的交换反应，是一种特殊的吸附过程，通常是可逆化学吸附。是一种特殊的吸附过程，通常是可逆化学吸附。第58页/共141页 离子交换是可逆反应，其反应式可表达为：离子交换是可逆反应，其反应式可表达为：HRMMRH交换交换树脂树脂交换交换离子离子饱和饱和树脂树脂 在平衡状态下，树脂中及溶液

27、中的反应物浓度符在平衡状态下，树脂中及溶液中的反应物浓度符合下列关系式：合下列关系式：KRHMRMH K值的大小能定量地反映离值的大小能定量地反映离子交换剂对某两个固定离子交换子交换剂对某两个固定离子交换选择性的大小。选择性的大小。第59页/共141页无机离子交换剂：无机离子交换剂：（1）天然沸石：交换容量小，使用）天然沸石：交换容量小，使用pH值范围窄值范围窄（2）高价金属磷酸盐、高价金属水合氧化物）高价金属磷酸盐、高价金属水合氧化物有机离子交换剂有机离子交换剂即离子交换树脂即离子交换树脂一、离子交换一、离子交换剂剂1、离子交换剂的结构、组成及分类、离子交换剂的结构、组成及分类离子交换剂是一

28、种带有可交换离子（阳离子或阴离子离子交换剂是一种带有可交换离子（阳离子或阴离子）的不溶性固体物。）的不溶性固体物。离子交换树脂：是具有网状结构的复杂的有机高分离子交换树脂：是具有网状结构的复杂的有机高分子聚合电解质，网状结构的骨架部分一般很稳定，子聚合电解质，网状结构的骨架部分一般很稳定，不溶于酸、碱和一般溶剂。在网的各处都有许多可不溶于酸、碱和一般溶剂。在网的各处都有许多可被交换的活性基团。被交换的活性基团。第60页/共141页结构 磺化煤：兼有强酸性和弱酸性两种活性基团的阳离子交换剂。 命名 第61页/共141页第62页/共141页 第63页/共141页第64页/共141页6 6）机械强度

29、）机械强度 主要取决于交联度和溶胀率。交联度越大，溶胀率主要取决于交联度和溶胀率。交联度越大，溶胀率越小，则机械强度越高。越小，则机械强度越高。7 7）. .耐热性耐热性 一定的工作温度范围，若操作温度过高，就会发生一定的工作温度范围，若操作温度过高，就会发生比较严重的热分解现象。比较严重的热分解现象。化学性能化学性能1)、离子交换容量、离子交换容量 ：定量表示树脂交换能力的大小，单位为定量表示树脂交换能力的大小，单位为mol/kg(干树脂干树脂重量法重量法)或或mol/L(湿树脂湿树脂容积法容积法)它决定于树脂网状结构内所含活性基团的数目。它决定于树脂网状结构内所含活性基团的数目。交换容量可

30、以用实验的方法测得。交换容量可以用实验的方法测得。弱酸性或弱碱性交换树脂的交换容量与弱酸性或弱碱性交换树脂的交换容量与pH值有关值有关 第65页/共141页全交换容量：单位数量的离子交换树脂中能够起交换作用的活性基团或可交换离子的总数量；工作交换容量：树脂在动态工作条件下实际的交换容量；有效交换容量：工作交换容量因正、反洗损失的交换容量。树脂类型强酸性离子交换树脂弱酸性离子交换树脂强碱性离子交换树脂弱碱性离子交换树脂有效pH范围11451411207第66页/共141页3）、）、 交联度交联度 线性树脂分子与交联剂之间发生交联反应所形成的交联线性树脂分子与交联剂之间发生交联反应所形成的交联键的

31、密度。键的密度。 交联度较高的树脂，孔隙率较低，密度较大，离子扩散交联度较高的树脂，孔隙率较低，密度较大，离子扩散速度较低，对半径较大的离子和水合离子的交换量较小，浸速度较低，对半径较大的离子和水合离子的交换量较小，浸泡在水中时，水化度较低，形变较小，也就比较稳定，不易泡在水中时，水化度较低，形变较小，也就比较稳定，不易破碎。破碎。 4）、交换势）、交换势交换势大，交换离子越容易取代树脂上的可交换离子，也就交换势大，交换离子越容易取代树脂上的可交换离子，也就表明交换离子与树脂之间的亲和力越大。表明交换离子与树脂之间的亲和力越大。5）、化学稳定性）、化学稳定性第67页/共141页6)、选择性、选

32、择性强酸型阳离子交换树脂强酸型阳离子交换树脂（1）不同价态离子，电荷越高，亲和力越大。）不同价态离子，电荷越高，亲和力越大。 例如：例如：Na+Ca2+Al3+Th（IV）（2）当离子价态相同时亲和力随着水合离子半径减小而增）当离子价态相同时亲和力随着水合离子半径减小而增大。大。 一价离子：一价离子：Li+H+Na+NH4+K+Rb+Cs+Ag+Tl+ 二价离子：二价离子：Mg2+Zn2+Co2+Cu2+Cd2+Ni2+Ca2+Sr2+Pb2+Ba2+ （3）稀土元素的亲和力随原子序数增大而减小。）稀土元素的亲和力随原子序数增大而减小。 La3+Ce3+Pr3+Nd3+Sm3+Eu3+Gd3+

33、Tb3+Dy3+Y3+Ho3+ Er3+Tm3+ Yb3+Lu3+Sc3+弱酸型阳离子交换树脂弱酸型阳离子交换树脂H+的亲和力比其它阳离子大，其它同强酸型。的亲和力比其它阳离子大，其它同强酸型。第68页/共141页强碱型阴离子交换树脂强碱型阴离子交换树脂F F- -OHOH- -CHCH3 3COOCOO- -HCOOHCOO- -C1C1- -NONO2 2- -CNCN- -BrBr- -C C2 2O O4 42-2-NONO3 3- -HSOHSO4 4- -I I- -CrOCrO4 42-2-SOSO4 42-2-柠檬酸根离子柠檬酸根离子弱碱型阴离子交换树脂弱碱型阴离子交换树脂F

34、F- -C1C1- -BrBr- -I I- -CHCH3 3COOCOO- -Mo0Mo05 52-2-P0P04 43-3-AsOAsO4 43-3-NONO3 3- - CrOCrO4 42-2-SOSO4 42-2-OHOH-第69页/共141页第70页/共141页操作操作取未知树脂样品取未知树脂样品2mL2mL，置于，置于30mL30mL试管中试管中 操作操作加加1 1N N HCl15mLHCl15mL，摇，摇1-2min1-2min，重复，重复2-32-3次次 操作操作水洗水洗2 23 3次次 操作操作加加1O1OCuSOCuSO4 4( (其中含其中含1 1H H2 2SOSO

35、4 4)5mL)5mL，摇，摇1min1min，放，放5min 5min 检查检查浅绿色浅绿色不变色不变色 操作操作加加5 5N N氨液氨液2mL2mL，摇，摇1min1min，水洗，水洗加加1 1N N NaOH15mLNaOH15mL摇摇1min1min，水洗，水洗，加酚酞，水洗加酚酞，水洗 检查检查深蓝深蓝颜色不变颜色不变红色红色不变色不变色 结果结果强酸性阳树脂强酸性阳树脂弱酸性阳树脂弱酸性阳树脂强碱性阴树脂强碱性阴树脂弱碱性阴树脂弱碱性阴树脂 第71页/共141页二、离子交换平衡二、离子交换平衡选择系数K大于1，说明该树脂对B+的亲合力大与对A+的亲合力，即有利于进行离子交换反应。第

36、72页/共141页第73页/共141页第74页/共141页三、离子交换过程与再生过程三、离子交换过程与再生过程离子交换装置离子交换装置固定固定床床单床单床多床多床复床复床混合床混合床联合床联合床连续连续床床移动床移动床流动床流动床 单床：只有一根交换柱，内装一种树脂。单床：只有一根交换柱，内装一种树脂。 多床：多个单床串联，较单床交换的效率高、效果耗多床：多个单床串联，较单床交换的效率高、效果耗。 复床：阳离子交换柱与阴离子交换柱串联使用。复床：阳离子交换柱与阴离子交换柱串联使用。 混合床：在一个柱内装有混合的阳离子交换树脂和阴混合床：在一个柱内装有混合的阳离子交换树脂和阴离子交换树脂的混合物

37、。离子交换树脂的混合物。 联合床：复床和混合床联合使用。联合床：复床和混合床联合使用。第75页/共141页在床层穿透以前，树脂分属于饱和区、交换区和未用区，真正在床层穿透以前，树脂分属于饱和区、交换区和未用区，真正工作的只有交换区内树脂，交换区的厚度取决于所用的树脂、工作的只有交换区内树脂，交换区的厚度取决于所用的树脂、离子种类和浓度以及工作条件。离子种类和浓度以及工作条件。 第76页/共141页第77页/共141页第78页/共141页3) 3) 再生方式再生方式 顺流再生顺流再生 特点：设备简单，操作方便，工作可靠；特点：设备简单，操作方便，工作可靠； 再生剂用量多，再生效率低，出水水质较差

38、。再生剂用量多，再生效率低，出水水质较差。 逆流再生逆流再生 特点：再生剂耗量少特点：再生剂耗量少( (比顺流法少比顺流法少4040左右左右) )，再生效，再生效率率 高高, ,而且能保证出水质量；而且能保证出水质量； 设备较复杂，操作控制较严格。设备较复杂，操作控制较严格。实验证明，再生剂用量越多，再生实验证明，再生剂用量越多，再生效率越高。但当再生剂用量增加到效率越高。但当再生剂用量增加到一定值后，再生效率随再生剂用量一定值后，再生效率随再生剂用量增长不大。因此再生剂用量过高既增长不大。因此再生剂用量过高既不经济也无必要。图不经济也无必要。图8-48-4为用为用2 2NaOHNaOH对交换

39、了对交换了CrCr6+6+的强碱性树脂的的强碱性树脂的再生情况。再生情况。 第79页/共141页固定床离子交换器的缺点：固定床离子交换器的缺点：树脂不能边饱和边再生，树树脂不能边饱和边再生，树脂层厚度比交换区厚度大得脂层厚度比交换区厚度大得多；再生和冲洗时必须停止多；再生和冲洗时必须停止交换。为了克服上述缺陷，交换。为了克服上述缺陷，发展了连续式离子交换设备，发展了连续式离子交换设备，包括移动床和流动床。包括移动床和流动床。 右图为三塔式移动床，由交换塔、再生塔和清洗塔组成。运行右图为三塔式移动床，由交换塔、再生塔和清洗塔组成。运行时，原水由交换塔下部逆流而上，把整个树脂层承托起来并与时，原水

40、由交换塔下部逆流而上，把整个树脂层承托起来并与之交换离子。一段时间后，当出水离子开始穿透时，停止进水，之交换离子。一段时间后，当出水离子开始穿透时，停止进水，并由塔下排水。排水时树脂层下降并由塔下排水。排水时树脂层下降( (称为落床称为落床) )，由塔底排出部，由塔底排出部分已饱和的树脂，同时浮球阀自动打开，放入等量已再生好的分已饱和的树脂，同时浮球阀自动打开，放入等量已再生好的树脂。树脂。第80页/共141页 1. 1.筒体：支撑作用筒体：支撑作用 2.2.进水装置：分配进水和收集反洗用水进水装置：分配进水和收集反洗用水 3.3.底部排水装置：收集出水和分配反洗水底部排水装置：收集出水和分配

41、反洗水第81页/共141页离子交换器的设计包括选择离子交换树脂，确定工艺系统，计离子交换器的设计包括选择离子交换树脂，确定工艺系统，计算交换器尺寸大小、再生计算、阻力核算等。交换器直径可由交换算交换器尺寸大小、再生计算、阻力核算等。交换器直径可由交换离子的物料衡算式计算：离子的物料衡算式计算：由此可推得，由此可推得， HAqTQcW0HnqTQcDW04式中式中 Q Q废水流量，废水流量，m m3 3/h/h； c c0 0进水中交换离子浓度，进水中交换离子浓度，mmol/Lmmol/L； T T两次再生间隔时间，两次再生间隔时间，h h； n n交换器个数，一般应不少于交换器个数，一般应不少

42、于2 2个；个； q qW W交换剂时工作交换容量，交换剂时工作交换容量， mmol/L ； H H交换剂床层高，交换剂床层高，m m； A A交换器截面积，交换器截面积，m m2 2； D D交换器的直径，交换器的直径，m m，其值，其值般小于般小于3m3m。第82页/共141页高度的确定高度的确定 交换器筒体的高度包括交换器筒体的高度包括树脂层高、底部排水区高和上部树脂层高、底部排水区高和上部水垫层高水垫层高三部分。三部分。 树脂层高树脂层高通常可选用通常可选用1.51.52.5m2.5m。塔径越大，层高越高，。塔径越大，层高越高，一般层高不得低于一般层高不得低于0.7m0.7m。 树脂层

43、上部水垫层树脂层上部水垫层的高度主要取决于反冲洗时的膨胀高的高度主要取决于反冲洗时的膨胀高度相保证配水的均匀性。度相保证配水的均匀性。 底部排水区高度底部排水区高度与排水装置的型式有关，一般取与排水装置的型式有关，一般取0.4m0.4m左左右。右。 根据计算得出的塔径和塔高选择合适尺寸的离子交换器，根据计算得出的塔径和塔高选择合适尺寸的离子交换器，然后进行水力核算。然后进行水力核算。第83页/共141页五、离子交换法在废水处理中的应用五、离子交换法在废水处理中的应用1. 电镀含铬废水的处理电镀含铬废水的处理 生产实践表明，在电镀车间铬镀槽的洗涤水闭生产实践表明，在电镀车间铬镀槽的洗涤水闭路循环

44、系统中采用离子交换法分离、回收铬酸是有路循环系统中采用离子交换法分离、回收铬酸是有效的。效的。第84页/共141页2. 离子交换法处理含汞废水离子交换法处理含汞废水 日本和瑞士的氯碱厂采用阴离子交换树脂和日本和瑞士的氯碱厂采用阴离子交换树脂和螯合树脂处理含汞螯合树脂处理含汞(氯化汞络合离子氯化汞络合离子)废水。废水。3. 离子交换法处理含酚废水离子交换法处理含酚废水六、离子交换系统的操作管理与维护六、离子交换系统的操作管理与维护第85页/共141页第86页/共141页4.4 膜分离法教学目的、要求：u掌握膜分离法的原理，电渗析、反渗透、超滤的原理u熟悉装置u了解应用举例 第87页/共141页第

45、88页/共141页膜过程膜过程推动力推动力传质机理传质机理透过物及其透过物及其尺寸尺寸截留物截留物膜类型膜类型电渗析电渗析电位差电位差离子选择性离子选择性透过透过溶解性无机溶解性无机物物非电解质非电解质大分子大分子离子交离子交换膜换膜反渗透反渗透压力差压力差2-2-10MPa10MPa溶剂的扩散溶剂的扩散 水或溶剂水或溶剂溶质、盐溶质、盐、SSSS非对称非对称膜膜超过滤压力差0.1-10.MPa筛滤及表面作用水、盐及低分子有机物胶体大分子、不容有机物非对称膜渗析渗析浓度差浓度差溶质的扩散溶质的扩散低分子物质低分子物质、离子、离子溶剂溶剂非对称非对称膜膜液膜液膜化学反应化学反应和浓度差和浓度差反

46、应促进和反应促进和扩散扩散电解质离子电解质离子溶剂（非溶剂（非电解质电解质液膜液膜第89页/共141页半透膜的半透膜的渗析作用渗析作用依靠薄膜中依靠薄膜中“孔道孔道”的大小分的大小分离不同的分子或离子离不同的分子或离子依靠薄膜的离子结构分离性质依靠薄膜的离子结构分离性质不同的离子不同的离子依靠薄膜的有选择的溶解性分依靠薄膜的有选择的溶解性分离某些物质离某些物质动力动力分子扩散作用分子扩散作用电力电力压力压力渗析法渗析法电渗析法电渗析法反渗透和超滤反渗透和超滤第90页/共141页回收回收的目的一种膜过程。的目的一种膜过程。第91页/共141页+阳极阳极阴极阴极Cl-Na阳膜阳极室阳极室Cl-Cl

47、-Cl-NaNaCl-NaNaCl-Cl-NaNa浓缩室淡化室淡化室浓缩室阴极室阴极室阴膜阳膜阴膜第92页/共141页222CleClHOHOH22OHOeOH22244HClOHClOHCl22NaOHOHNaOHHeOH22222注意：注意：离子交换膜的作用离子交换膜的作用并不是起离子交换并不是起离子交换的作用，而是的作用，而是起离子起离子选择透过性选择透过性作用。作用。第93页/共141页第94页/共141页第95页/共141页第96页/共141页实际应用的电渗析器实际应用的电渗析器第97页/共141页第98页/共141页 渗透和反渗透原理示意图渗透和反渗透原理示意图半透膜半透膜开始时两

48、边开始时两边液面相液面相同同由于浓度差存在，半透膜由于浓度差存在，半透膜又不允许溶质通过，所以又不允许溶质通过，所以水透过膜，使浓水一边液水透过膜，使浓水一边液面升高，产生渗透压面升高，产生渗透压在浓水边加压，当压力在浓水边加压，当压力超过渗透压时，则水透超过渗透压时，则水透过半透膜，即反渗透，过半透膜，即反渗透，实现净化过程。实现净化过程。二、反渗透二、反渗透 （Reverse Osmosis Reverse Osmosis 简称简称RORO）第99页/共141页 反渗透法是以压力为驱动力的膜法分离技术。反渗透法是以压力为驱动力的膜法分离技术。渗透和反渗透 任何溶液都具有相应的渗透压，其数值

49、取决任何溶液都具有相应的渗透压，其数值取决于溶液中溶质的分子数，而与溶质的性质无关，其于溶液中溶质的分子数，而与溶质的性质无关，其数学表达式为：数学表达式为：iicR第100页/共141页第101页/共141页pKFWs第102页/共141页cccPFPfyy第103页/共141页装装置置板框板框式式把渗透膜贴在多孔透水板单侧或两侧，把渗透膜贴在多孔透水板单侧或两侧，再紧贴在不锈钢或环氧玻璃钢承压板的再紧贴在不锈钢或环氧玻璃钢承压板的两侧，构成一个渗透元件两侧，构成一个渗透元件管管式式把渗透膜装在耐压微孔承压管的内侧或把渗透膜装在耐压微孔承压管的内侧或外侧，制成管状膜的元件外侧，制成管状膜的元

50、件螺旋螺旋卷式卷式在两层反渗透膜中间夹一层多孔的柔性在两层反渗透膜中间夹一层多孔的柔性格网，再在下面铺一层供废水通过的多格网，再在下面铺一层供废水通过的多孔透水格网，然后将它们的一端粘贴在孔透水格网，然后将它们的一端粘贴在多孔集水管上，绕管卷成螺旋卷筒，并多孔集水管上，绕管卷成螺旋卷筒，并将另一端密封，就成为一个反渗透元件将另一端密封，就成为一个反渗透元件中空中空纤维纤维式式在两层反渗透膜的原料空心纺丝而成中在两层反渗透膜的原料空心纺丝而成中空纤维管空纤维管第104页/共141页装配图装配图第105页/共141页进水进水透过水透过水浓缩水浓缩水耐压容器耐压容器透水板透水板半透半透膜膜板框式膜组

51、件工板框式膜组件工作过程示意图作过程示意图特点：特点：结构简单，体积结构简单，体积比管式的小。比管式的小。缺点：缺点：装卸复装卸复杂，单杂，单位体积位体积膜表面膜表面积小。积小。return第106页/共141页管式膜组件又分为单管式和管束式、内压式和外压式第107页/共141页特点特点:v 水力条件好，安装、水力条件好，安装、清洗、维修比较方便。清洗、维修比较方便。v 能耐高压，可以处能耐高压，可以处理高粘度的原水。理高粘度的原水。v 缺点是膜的有效面缺点是膜的有效面积小，装置体积大，积小，装置体积大，而且两端要较多的联而且两端要较多的联结装置。结装置。淡水淡水膜表皮层膜表皮层玻璃纤维管玻璃

52、纤维管进进水水第108页/共141页return第109页/共141页特点特点:v 单位容积的膜表面单位容积的膜表面积较大，故透水量大；积较大，故透水量大；v 结构紧凑，占地面结构紧凑，占地面积小；操作方便。积小；操作方便。v 缺点是原水流程短，缺点是原水流程短，压力损失大，膜沾污压力损失大，膜沾污后消除困难，不能处后消除困难，不能处理含有悬浮物的液体。理含有悬浮物的液体。第110页/共141页密封密封密封密封密封密封螺旋卷式膜组件一个膜叶结构示意图螺旋卷式膜组件一个膜叶结构示意图多孔透水材多孔透水材料料膜，上下两层膜，上下两层第111页/共141页膜叶膜叶透水网状材料透过水透过水浓浓水水进进

53、水水第112页/共141页进进水水口口耐耐压压容容器器连连接接器器膜膜组组件件密密封封圈圈端端盖盖透透过过液液浓浓缩缩液液螺旋卷式膜组件组合示意图螺旋卷式膜组件组合示意图第113页/共141页进水浓水浓水透过水透过水多孔进水管多孔进水管浓水出口浓水出口淡水出口淡水出口密封密封中空纤维膜中空纤维膜外径外径50200内径内径2542密封密封耐压容器耐压容器第114页/共141页特点：特点：单位体积膜表面积大。单位体积膜表面积大。制造和安装简单，不需要支撑物。制造和安装简单，不需要支撑物。缺点：不能用于处理含有悬浮物的废水，预处理必须经缺点：不能用于处理含有悬浮物的废水，预处理必须经过滤处理。过滤处

54、理。难以发现损坏的膜。难以发现损坏的膜。第115页/共141页第116页/共141页工工业业应应用用的的反反渗渗透透装装置置第117页/共141页工业工业应用应用的反的反渗透渗透装置装置的膜的膜组件组件之间之间的连的连接接第118页/共141页第119页/共141页第120页/共141页第121页/共141页进口料液透过膜的溶液超滤膜出口溶液被截留物质透过膜的物质超过滤原理示意图超过滤原理示意图超滤截留大分子物超滤截留大分子物质的机理是：质的机理是：u膜表面的孔径膜表面的孔径机机械筛分械筛分作用；作用；u膜孔阻塞、阻滞膜孔阻塞、阻滞作用；作用；u膜表面及膜孔对膜表面及膜孔对杂质的吸附作用。杂质

55、的吸附作用。第122页/共141页超滤装置与反渗透装置类似，目前我国试验研究及生产中普遍用管式装置。第123页/共141页中空纤维超滤膜设备中空纤维超滤膜设备 第124页/共141页第125页/共141页 电泳涂漆废水电泳涂漆废水含油废水含油废水（如油田含油污水、金属加工用乳化废液、含油（如油田含油污水、金属加工用乳化废液、含油清洗废水等）清洗废水等）摄影显影液废水摄影显影液废水造纸工业废水造纸工业废水（如亚硫酸纸浆废液、漂白废水、纸张上色（如亚硫酸纸浆废液、漂白废水、纸张上色废水等）废水等）纺织工业废水纺织工业废水（如羊毛清洗废水、染料废水、退浆废水、（如羊毛清洗废水、染料废水、退浆废水、涤

56、纶纤维油剂废水等）涤纶纤维油剂废水等）光学玻璃研磨排水光学玻璃研磨排水放射性废水放射性废水食品工业废水，食品工业废水，回收蛋白质、淀粉等。回收蛋白质、淀粉等。第126页/共141页4.5 萃 取教学目的、要求： l掌握萃取和吹脱的基本原理l熟悉萃取流程及设备、吹脱装置l了解其应用实例 第127页/共141页萃取：利用系统中组分在溶剂中有不同的溶解度来分离萃取：利用系统中组分在溶剂中有不同的溶解度来分离混合物的单元操作混合物的单元操作 。步步骤骤把萃取剂加入废水，并使它们充分接触，把萃取剂加入废水，并使它们充分接触，有害物质作为萃取物从废水中转移到萃取有害物质作为萃取物从废水中转移到萃取剂中剂中

57、把萃取剂和废水分离开了，废水就得到了把萃取剂和废水分离开了，废水就得到了处理处理把萃取物从萃取剂中分离出来，使有害物把萃取物从萃取剂中分离出来，使有害物成为有用的副产品，而萃取剂则可用于萃成为有用的副产品，而萃取剂则可用于萃取过程才算在技术上已经成立；其次，就取过程才算在技术上已经成立；其次，就是经济上的考虑是经济上的考虑第128页/共141页萃取剂：所用的溶剂。萃取相：萃取后的溶剂相。萃余相：萃取后的污水相。萃取液：萃取相分离溶剂后所得的溶液。 分配系数表征萃取剂的溶解性能：分配系数表征萃取剂的溶解性能：eSACCK 第129页/共141页cKAG 提高萃取速度和设备生产能力的途径：提高萃取

58、速度和设备生产能力的途径：1 1）、增大两相接触面面积）、增大两相接触面面积2 2）、增大传质系数）、增大传质系数3 3）、增大传质推动力）、增大传质推动力4 4）、延长时间）、延长时间2 2、萃取剂及其再生、萃取剂及其再生萃取剂的选择萃取剂的选择选择性好；分离性能好，选择性好；分离性能好，萃取剂在废水中不会乳化，容易萃取剂在废水中不会乳化，容易同废水分离；化学稳定性好；黏度小，凝固点低，着火点同废水分离；化学稳定性好；黏度小，凝固点低，着火点高，毒性小，蒸汽压小，便于室温贮存和使用；高，毒性小，蒸汽压小，便于室温贮存和使用；价格要低价格要低廉，供应要充沛；易于再生与回收。廉，供应要充沛；易于

59、再生与回收。第130页/共141页 常用的萃取剂常用的萃取剂煤油、洗涤油、重苯、煤油、洗涤油、重苯、N-503等。等。 萃取剂的再生萃取剂的再生物理法、化学法物理法、化学法3 3、萃取流程及设备、萃取流程及设备 间歇萃取间歇萃取第131页/共141页连续萃取连续萃取分分类类罐式罐式(萃取器萃取器)塔式塔式(萃取塔萃取塔)离心机式离心机式(离心萃取机离心萃取机)1. 筛板萃取塔筛板萃取塔第132页/共141页2. 脉动筛板萃取塔脉动筛板萃取塔第133页/共141页3. 转盘萃取塔转盘萃取塔4. 填料萃取塔填料萃取塔第134页/共141页4、萃取法在废水处理中的应用萃取法处理含酚废水萃取法处理含酚

60、废水第135页/共141页 萃取法处理含重金属废水萃取法处理含重金属废水 某铜矿矿石场废水中含铜某铜矿矿石场废水中含铜0.31.5g/L，含铁，含铁4.55.4g/L，含砷，含砷10300mg/L，pH0.13。该。该废水用废水用N-510作复合萃取剂，用萃取器进行六级逆作复合萃取剂，用萃取器进行六级逆流萃取，含铜的萃取剂用流萃取，含铜的萃取剂用H2SO4进行反萃取，再生进行反萃取，再生后重复使用。后重复使用。第136页/共141页4.6 4.6 吹吹 脱脱吹脱法用于去除废水中的吹脱法用于去除废水中的CO2、H2S、HCN、CS2等溶解等溶解性有毒有害气体。吹脱曝气既可以脱除原来存于废水中性有

61、毒有害气体。吹脱曝气既可以脱除原来存于废水中的溶解气体，也可以脱除化学转化而形成的溶解气体。的溶解气体，也可以脱除化学转化而形成的溶解气体。第137页/共141页 吹脱法是将空气通入废水中，改变有毒有害气体溶解于吹脱法是将空气通入废水中，改变有毒有害气体溶解于水中所建立的气液平衡关系，使这些挥发物质由液相转为气相，水中所建立的气液平衡关系，使这些挥发物质由液相转为气相，然后予以收集或者扩散到大气中去。然后予以收集或者扩散到大气中去。吹脱过程属于传质过程；其推动力为废水中挥发物质的浓度与吹脱过程属于传质过程；其推动力为废水中挥发物质的浓度与大气中该物质的浓度差。大气中该物质的浓度差。 第138页/共141页（1）吹脱池（直接曝气）（2）塔式填料装置（吹脱塔） 吹脱效率高，也便于回收挥发性的气体物质。第139页/共141页第140页/共141页