其他传质分离方法

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1、第 八 章 其 他 传 质 分 离 方 法 第 一 节 离 子 交 换 分 离 离 子 交 换 分 离 是 利 用 固 相 离 子 交 换 剂 功 能 基 团 所 带 的 可交 换 离 子 ， 与 接 触 交 换 剂 的 溶 液 中 相 同 电 性 的 离 子 进 行 交 换反 应 ， 以 达 到 粒 子 的 置 换 、 分 离 、 去 除 、 浓 缩 等 目 的 。 一 、 离 子 交 换 的 基 本 原 理 离 子 交 换 剂 离 子 交 换 剂 ： 离 子 交 换 树 脂 无 机 离 子 交 换 剂 （ 如 天 然 与 合 成 沸 石 ） 天 然 有 机 交 换 剂 （ 如 磺 化 煤

2、等 ） 离 子 交 换 树 脂 的 固 体 骨 架 多 为 苯 乙 烯 和 二 乙 烯 苯 的 共 聚物 ， 它 具 有 三 维 交 联 结 构 。 可 用 化 学 反 应 的 方 法 ， 将 某 些 离 子 功 能 基 团 加 到 聚 合 物骨 架 上 ， 将 其 转 变 成 具 有 离 子 交 换 性 能 的 水 溶 胀 性 的 凝 胶 。 a-苯 乙 烯 与 二 乙 烯 共 聚 物 ； b-丙 烯 酸 与 二 乙 烯 共 聚 物 a-磺 化 ； b-阳 离 子 交 换 树 脂 中 的 固 定 离 子 与迁 移 离 子 示 意 ； c-氯 甲 基 化 和 氨 基 化 离 子 交 换 平 衡

3、 离 子 交 换 平 衡 规 律 的 理 论 依 据 为 质 量 作 用 定 律 。 离 子 交 换 反 应 为 ： 交 换 反 应 的 平 衡 关 系 ： K K - 离 子 交 换 平 衡 选 择 系 数 。 K 值 越 大 ， 吸 着 量 越 大 ， 即 溶 液 中 的 B n+ 离 子 的 去 除率 越 高 。 根 据 K值 的 大 小 ， 可 以 判 断 交 换 树 脂 选 择 性 的 强 弱 。 nABRBAnR nnn nn nnn ARB BRA 强 酸 性 阳 离 子 交 换 树 脂 的 选 择 系 数离 子 种 类 二 乙 烯 苯 含 量 离 子 种 类 二 乙 烯 苯 含

4、 量4 8 16 4 8 16Li+H+Na+NH4+K +Rb+Cs+Ag+Tl+UO22+ 1.001.321.581.902.272.462.674.736.712.36 1.001.271.982.552.903.163.258.5112.42.45 1.001.472.373.344.504.624.6622.928.53.34 Mg2+Zn2+Co2+Cu2+Cd2+Ni2+Ca2+Sr2+Pb2+Ba2+ 2.953.133.233.293.373.454.154.706.567.47 3.293.473.743.853.883.935.166.519.9111.5 3.513.

5、783.814.464.954.067.2710.118.020.8 传 质 速 率 在 离 子 交 换 过 程 中 ， 同 样 存 在 着 两 个 主 要 的 传 质 阻 力 ： 离 子 交 换 剂 粒 子 附 近 的 边 界 层 中 产 生 的 外 部 传 质 阻 力 。 是 在 粒 子 内 部 的 扩 散 传 质 阻 力 。 一 般 来 说 ， 溶 液 中 交 换 离 子 的 浓 度 很 低 时 ， 外 部 传 质 是控 制 步 骤 ， 在 分 离 因 数 或 选 择 性 系 数 很 高 时 ， 倾 向 于 外 部 扩散 控 制 。 二 、 离 子 交 换 设 备 最 常 用 的 离 子

6、 交 换 设 备 ： 1.固 定 床 - 床 层 固 定 不 变 ， 水 流 由 上 而 下 流 动 。 2.移 动 床 - 交 换 设 备 主 要 由 交 换 柱 和 再 生 柱 两 部分 组 成 。 3.流 动 床 - 交 换 树 脂 在 连 续 移 动 中 实 现 交 换 和 再生 。 三 、 离 子 交 换 技 术 的 应 用 含 汞 污 水 的 处 理 ： 用 巯 基 树 脂 交 换 柱 进 行 处 理 。 含 镉 污 水 的 处 理 ： 用 D370大 孔 叔 胺 型 弱 碱 性 阴 离 子 交 换 树 脂 来 处 理 。 除 磷 脱 氮 ： 用 离 子 交 换 法 对 城 市 污

7、 水 进 行 深 度 处 理 。 第 二 节 气 浮 分 离 气 浮 分 离 - 在 污 水 中 利 用 大 量 的 微 小 气 泡 作 为 载 体 去粘 附 疏 水 性 悬 浮 固 体 和 乳 化 油 ， 使 其 随 气 泡 浮 升 到 水 面 ， 形成 泡 沫 层 ， 然 后 用 机 械 方 法 撇 除 。 一 、 气 浮 分 离 原 理 空 气 、 污 水 、 污 水 中 细 小 颗 粒 物 质 组 成 三 相 系 统 ， 由 于细 小 颗 粒 粘 附 到 气 泡 上 时 ， 使 气 泡 界 面 发 生 变 化 ， 引 起 界 面能 的 变 化 。 E 0， 界 面 能 减 少 ， 颗

8、粒 粘 附 在 气 泡 上 ； E 0， 则 颗 粒 不 能 粘 附 于 气 泡 上 ， E （ 1 cos ） 不 同 悬 浮 颗 粒 与 水 的 润 湿 情 况 二 、 气 浮 分 离 设 备 气 浮 池 气 浮 池 结 构 平 流 式 气 浮 池 的 设 计 接 触 室 面 积 Ac Ac 分 离 室 表 面 积 As As 核 算 气 浮 池 总 高 H （ m ） c rv QQ s rv QQ rQQ V t 20min H =h1+h2+h3 三 、 气 浮 分 离 在 环 保 工 业 中 的 应 用 分 离 地 面 水 中 的 细 小 悬 浮 物 、 藻 类 以 及 微 絮 体

9、 ； 回 收 工 业 污 水 中 的 有 用 物 质 ， 如 造 纸 厂 污 水 中 的 纸 浆纤 维 及 填 料 等 ； 代 替 二 次 沉 淀 池 ， 分 离 和 浓 缩 剩 余 活 性 污 泥 ， 特 别 适用 于 那 些 易 于 产 生 污 泥 膨 胀 的 生 化 处 理 工 艺 中 ； 分 离 回 收 油 污 水 中 的 悬 浮 油 和 乳 化 油 ； 分 离 回 收 以 分 子 或 离 子 状 态 存 在 的 目 的 物 ， 如 表 面 活性 剂 和 金 属 离 子 等 。 第 三 节 电 解 分 离 技 术 一 、 电 解 分 离 原 理 接 通 直 流 电 源 后 ， 电 解

10、槽 的 阴 极 和 阳 极 之 间 发 生 了 电 位差 ， 驱 使 正 离 子 移 向 阴 极 ， 在 阴 极 取 得 电 子 ， 进 行 还 原 反 应 ；负 离 子 移 向 阳 极 ， 在 阳 极 放 出 电 子 ， 进 行 氧 化 反 应 。 从 而 使得 污 水 中 的 污 染 物 在 阳 极 被 氧 化 ， 在 阴 极 被 还 原 ， 或 者 与 电极 反 应 产 物 作 用 ， 转 化 为 无 害 成 分 被 分 离 除 去 。 二 、 电 解 设 备 电 解 槽 电 解 槽 的 结 构 形 式 电 解 槽 极 板 电 路 结 构 形 式 三 、 电 解 分 离 在 环 保 工

11、业 中 的 应 用电 解 凝 聚 法 对 各 类 污 水 处 理 的 工 艺 参 数污 水 来 源 PH 电 量 消 耗/(A.h/L) 电 流 密 度/(A.min/dm2) 电 能 消 耗/(kW.h/m3) 电 解 电 压(单 极式 )/V 电 极 金 属消 耗 /(g/m3) 电 极材 料 极 距/mm 污 水 电 解时 间 /min制 革 厂 8-10 0.3-0.8 0.5-1.0 1.5-3.0 3-5 250-700 钢 板 20 20-25毛 皮 厂 8-10 0.1-0.3 1-2 0.6-1.5 3-5 150-200 钢 板 20 20肉 类 加 工厂 8-9 0.08

12、-0.12 1.5-2.0 1.0-0.15 8-12 70-110 钢 板 20 40 电 镀 厂 9-10.5 0.3-0.15 0.3-0.5 0.4-2.5 9-12 45-150 钢 板 10 20-30 第 四 节 生 物 处 理 技 术 一 、 好 氧 生 物 处 理 1.活 性 污 泥 法 活 性 污 泥 法 的 基 本 原 理 生 物 吸 附 阶 段 生 物 氧 化 阶 段 絮 凝 体 形 成 与 凝 聚 沉 淀 阶 段 活 性 污 泥 法 的 基 本 流 程活 性 污 泥 法 基 本 流 程 图 曝 气 池 装 置 鼓 风 曝 气 式 曝 气 池 机 械 曝 气 式 曝 气

13、 池 机 械 曝 气 法 装 置 简 图 2.生 物 膜 法 依 靠 固 着 于 固 体 介 质 表 面 的 微 生 物 来 净 化 有 机 物 。 基 本 原 理 生 物 膜 对 污 水 的 净 化 作 用 生 物 膜 法 设 备 生 物 滤 池 a.普 通 生 物 滤 池 普 通 生 物 滤 池 构 造 图 b.高 负 荷 生 物 滤 池高 负 荷 生 物 滤 池 剖 面 图 c.塔 式 生 物 滤 池 塔 式 生 物 滤 池 生 物 转 盘 生 物 转 盘 工 作 情 况 示 意 图 二 、 厌 氧 生 物 处 理 厌 氧 生 物 处 理 是 在 无 氧 的 条 件 下 ， 利 用 兼

14、性 菌 和 厌 氧 菌分 解 有 机 物 的 一 种 生 物 处 理 法 。 1.厌 氧 生 物 处 理 的 基 本 原 理 第 一 阶 段 - 酸 性 发 酵 阶 段 。 第 二 阶 段 - 碱 性 发 酵 阶 段 ， 又 称 作 甲 烷 发 酵 阶 段 。 厌 氧 处 理 的 生 化 过 程 2.常 用 的 厌 氧 处 理 设 备 厌 氧 消 化 池 固 定 盖 式 消 化 池 的 构 造 图 上 流 式 厌 氧 污 泥 床 反 应 器 上 流 式 厌 氧 污 泥 床 反 应 器 三 、 生 物 处 理 技 术 在 环 保 中 的 应 用 生 物 法 除 磷 生 物 法 除 磷 的 基 本 类 型 : A/O法 （ 厌 氧 好 氧 法 ） Phostrip除 磷 工 艺 流 程 生 物 法 脱 氮