污水的物理化学处理.pptx

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。气浮原理第2页/共141页悬浮颗粒与气泡的黏附性悬浮颗粒与气泡的黏附性取决于水对该种物质的润湿性。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不润湿疏水性物质第4页/共141页水对颗粒物质的润湿性当0时，这种物质不能气浮；90，这种物质附着不牢，易于分离；当180时，这种物质易被气浮。第5页/共141页 上式表明，并不是水中所有的污染物质都能与气泡粘附，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。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页界面电现象及混凝剂脱稳1）微气泡数量及分散度气泡量越多，分散度越高，则气泡与悬浮颗粒接触、絮凝的机会越多，气浮效果就越好。2）泡沫稳定性 保持一定程度的稳定性，过于稳定的泡沫难于运送和脱水。泡沫最适宜的稳定时间是数分钟。气泡分散度和泡沫稳定性气泡分散度和泡沫稳定性第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1加压泵；2减压阀；3压力溶气罐（含填料层）；4放气阀；5刮渣机；6浮渣；7浮上分离池；8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、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 水；KT溶解常数，L/（m3.kPa)；p溶解空气的绝对压力，kPa。2.气固比（G/S）3.所需要的空气量Va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页教学目的、要求:u掌握吸附的基本原理及分类、吸附平衡与吸附等温线u熟悉吸附的影响因素，吸附剂及其再生u了解应用实例 4.2 吸 附第34页/共141页在相界面上，物质的浓度自动发生累积或浓集的现象称为吸附。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。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物，包括木质素、氯或硝基取代的芳烃化合物、杂环化合物、洗涤剂、合成染料、除莠剂、DDT等。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COD，还能使废水脱色、脱臭，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。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页吸吸附附物理吸附物理吸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间产生吸附剂与被吸附物质之间产生化学作用，生成化学键引起吸化学作用，生成化学键引起吸附。附。交换吸附交换吸附互相交换离子的吸附，依靠静电引力牢固吸附。第37页/共141页1吸附平衡 吸附过程是可逆的，当吸附速度和解吸速度相等时，则吸附质在溶液中的浓度和吸附剂表面上的浓度都不改变而达到平衡，此时吸附质在溶液中的浓度称为平衡浓度。吸附剂吸附能力的大小以吸附容量q表示，指在一定温度和压力下达到吸附平衡时，单位质量的吸附剂所吸附的吸附质的质量。q=V(CoC)/W式中 V废水容积，L；W吸附剂投量，g；Co原水吸附质浓度，g/L；C吸附平衡时水中剩余的吸附质浓度，g/L。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1)费兰德利希公式 q=K C1/n 式中q吸附量；C吸附质平衡浓度；K、1/n常数。将上式改写为对数式：2吸附等温线表明被吸附物的量与浓度之间的关系式称为表明被吸附物的量与浓度之间的关系式称为吸附等温式。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：导出的，形式为：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3、吸附速度 吸附速度是指单位质量的吸附剂在单位时间内所吸附的物质的量。吸附过程可分为3个阶段。吸附吸附阶段阶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附吸附质从溶液中扩散到吸附剂表面剂表面吸附质在吸附剂孔隙中继续吸附质在吸附剂孔隙中继续向吸附点扩散向吸附点扩散吸附质被吸附在吸附剂孔隙吸附质被吸附在吸附剂孔隙内的吸附点表面内的吸附点表面第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。外部扩外部扩散速度散速度与溶液浓度成正比与溶液浓度成正比与吸附剂的比表面积的大小成正比与吸附剂的比表面积的大小成正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扩孔隙扩散速度散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 1吸附剂的性质 一般是极性分子吸附剂易吸附极性分子吸附质，非极性分子吸附剂易于吸附非极性吸附质。（处理污水是常用非极性吸附剂-活性炭）包括种类、比表面积、孔结构 2吸附质的性质 吸附质的溶解度，表面自由能，极性，吸附质分子的大小，吸附质的浓度有关。3废水的pH值 废水的pH值影响吸附剂及吸附质的性质。三三 、吸附的影响因素、吸附的影响因素第43页/共141页4共存物质 物理吸附时吸附剂可吸附多种吸附质。一般共存多种吸附质时，吸附剂对某种吸附质的吸附能力比只含该种吸附质时的吸附能力差。5温度 因为物理吸附过程是放热过程，温度升高吸附量减少，反之吸附量增加。6接触时间 在进行吸附时，应保证吸附质与吸附剂有一定的接触时间，使吸附接近平衡，充分利用吸附能力。7、生物协同作用第44页/共141页1、吸附剂的选择一切固体物质都有吸附能力，但是只有多孔性物质或磨得极细的物质由于具有很大的表面积，才能作为吸附剂，吸附剂的选样还必须满足以下要求：吸附能力强；吸附选择性好；吸附平衡浓度低；容易再生和再利用；机械强度好；化学性质稳定；来源容易；价格便宜。一般工业吸附剂难于同时满足这八个方面的要求，因此，应根据不同的场合选用。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。3、吸附剂的再生、吸附剂的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除的情况下，用某种方法将吸附质从吸附剂微孔中除去去,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法加热再生法在高温条件下，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、臭氧、臭氧氧化法溶剂再生法、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式连续式间歇式间歇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床流化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1滤布层；2再生液进口；3放气管；4、10挡水板；5人孔盖；6进水；7窥孔；8吸附剂层；9多孔板；11出水口第51页/共141页吸附操作工艺流程1进水；2出水；3吸附剂第52页/共141页移动床吸附塔构造示意图1通气阀；2进料斗；3溢流管；4、5直流式衬胶阀；6水射器；7截止阀第53页/共141页粉状炭流化床及再生系统1吸附塔；2溢流管；3穿孔板；4处理水槽；5脱水机；6饱和炭贮槽；7饱和炭供给槽；8烟囱；9排水泵；10废水槽；11气体冷却器；12脱臭炉；13再生炉；14再生炭冷却槽；15，16水射器；17原水泵；18原水槽第54页/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0.005mg/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页教学目的、要求:掌握离子交换法的基本原理、离子交换过程与再生过程熟悉离子交换剂、设备、设计计算了解其应用 4.3 离子交换第57页/共141页u应用:能有效去除废水中重金属离子和磷酸、硝酸、有机物和放射性物质等。u离子交换分离法特点：（1）分离效率高（2）适用于带相反电荷的离子之间的分离，还可用于带相同电荷或性质相近的离子之间的分离（3）适用于微量组分的富集和高纯物质的制备（4）方法的缺点是操作较麻烦，周期长。一般只用它解决某些比较复杂的分离问题。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)上的上的可可交换离子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，是的交换反应，是一种特殊的吸附过程，通常是可逆化学吸附。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：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：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：（1）天然沸石：交换容量小，使用pH值范围窄（2）高价金属磷酸盐、高价金属水合氧化物有机离子交换剂即离子交换树脂一、离子交换剂一、离子交换剂1、离子交换剂的结构、组成及分类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。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，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。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 分类第62页/共141页2、离子交换树脂的基本性能 物理性能物理性能 1）.外观 大孔树脂：乳白，其他有淡黄、棕褐色等颜色；凝胶型：透明或半透明球状颗粒。2）.粒度 粒径0.31.2mm 3）.含水率 树脂的含水率以每克树脂（在水中充分膨胀）所含水 分的百分比（约50%）树脂的含水率相应地反映了树脂网架中的孔隙率 4）溶胀性 干树脂+水湿树脂 体积胀大 绝对溶胀 第63页/共141页5）密度（干真密度、湿真密度、湿视密度）第64页/共141页6 6）机械强度 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。7 7）.耐热性 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。化学性能1)、离子交换容量：定量表示树脂交换能力的大小，单位为mol/kg(干树脂重量法)或mol/L(湿树脂容积法)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pH值有关第65页/共141页2）、酸碱性 由于树脂活性基团分为强酸、强碱、弱酸、弱碱性，水的pH值势必对其交换容量产生影响。表4-4 各种类型树脂有效pH值范围全交换容量：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，离子扩散速交联度较高的树脂，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，浸泡在度较低，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，不易破碎。水中时，水化度较低，形变较小，也就比较稳定，不易破碎。4）、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。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大。一价离子：Li+H+Na+NH4+K+Rb+Cs+Ag+Tl+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。La3+Ce3+Pr3+Nd3+Sm3+Eu3+Gd3+Tb3+Dy3+Y3+Ho3+Er3+Tm3+Yb3+Lu3+Sc3+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。第68页/共141页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-柠檬酸根离子弱碱型阴离子交换树脂F 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3 3、离子交换树脂的选择、保存、使用和鉴别、离子交换树脂的选择、保存、使用和鉴别树脂选择树脂选择 选择树脂时应综合考虑原水水质、处理要求、交换选择树脂时应综合考虑原水水质、处理要求、交换工艺以及投资和运行费用等因素。工艺以及投资和运行费用等因素。树脂保存树脂保存 树脂宜在树脂宜在0 04040下存放，通常强性树脂以盐型保存，下存放，通常强性树脂以盐型保存，弱酸树脂以氢型保存，弱碱树脂以游离胺型保存。弱酸树脂以氢型保存，弱碱树脂以游离胺型保存。树脂使用树脂使用 树脂在使用前应进行适当的预处理，以除去杂质。树脂在使用前应进行适当的预处理，以除去杂质。最好分别用水、最好分别用水、5 5HClHCl、2 24 4NaOHNaOH反复浸泡清洗两反复浸泡清洗两次，每次次，每次4 48h8h。第70页/共141页表表4-5 4-5 未知树脂的鉴别未知树脂的鉴别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 2SOSO4 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72页/共141页第73页/共141页 影响离子交换扩散速度的因素影响离子交换扩散速度的因素 1.1.树脂的交联度越大，网孔越小，则内扩散越慢。树脂的交联度越大，网孔越小，则内扩散越慢。2.2.树脂颗粒越小，由于内扩散距离缩短和液膜扩散树脂颗粒越小，由于内扩散距离缩短和液膜扩散的表面积增大，使扩散速度越快。的表面积增大，使扩散速度越快。3.3.溶液离子浓度是影响扩散速度的重要因素，浓度溶液离子浓度是影响扩散速度的重要因素，浓度越大，扩散速度越快。越大，扩散速度越快。4.4.提高水温能使离子的动能增加，水的粘度减小，提高水温能使离子的动能增加，水的粘度减小，液膜变薄，这些都有利于离子扩散。液膜变薄，这些都有利于离子扩散。5.5.交换过程中的搅拌或流速提高，使液膜变薄，能交换过程中的搅拌或流速提高，使液膜变薄，能加快液膜扩散，但不影响内孔扩散。加快液膜扩散，但不影响内孔扩散。6.6.被交换离子的电荷数和水合离子的半径越大，内被交换离子的电荷数和水合离子的半径越大，内孔扩散速度越慢。孔扩散速度越慢。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床固定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床连续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。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。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。联合床：复床和混合床联合使用。第75页/共141页1、固定床离子交换操作1）、离子交换过程在床层穿透以前，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2 2）、）、再生再生 通过树脂再生，一方面可恢复树脂的交换能力，另通过树脂再生，一方面可恢复树脂的交换能力，另一方面可回收有用物质。固定床再生操作包括反洗，再生一方面可回收有用物质。固定床再生操作包括反洗，再生和正洗三个过程。有时再生后还需要对树脂作转型处理。和正洗三个过程。有时再生后还需要对树脂作转型处理。影响再生效果和处理费用的因素如下影响再生效果和处理费用的因素如下:1)1)再生剂种类再生剂种类 强酸性阳树脂用强酸性阳树脂用HClHCl或或H H2 2SOSO4 4等强酸及等强酸及NaClNaCl、NaNa2 2SOSO4 4再生；再生；弱酸性阳树脂用弱酸性阳树脂用HClHCl、H H2 2SOSO4 4再生；再生；强碱性阴树脂用强碱性阴树脂用NaOHNaOH等强碱及等强碱及NaClNaCl再生，再生，弱碱性阴树脂用弱碱性阴树脂用NaOHNaOH，NaNa2 2COCO3 3、NaHCONaHCO3 3等再生。等再生。2)2)再生剂用量再生剂用量 树脂的交换和再生均按等当量进行。理论上，再生树脂的交换和再生均按等当量进行。理论上，再生剂可以恢复树脂的交换容量，但实际上再生剂用量比理论剂可以恢复树脂的交换容量，但实际上再生剂用量比理论值大得多。值大得多。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：特点：设备简单，操作方便，工作可靠；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。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：特点：再生剂耗量少再生剂耗量少(比顺流法少比顺流法少4040左右左右)，再生效率，再生效率 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2 2、连续床离子交换操作、连续床离子交换操作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页四、四、离子交换设备及计算离子交换设备及计算 离子交换设备离子交换设备 工业离于交换设备主要工业离于交换设备主要有固定床、移动床和流动床，有固定床、移动床和流动床，目前使用最广泛的是固定床。目前使用最广泛的是固定床。固定床离于交换器包括筒体、固定床离于交换器包括筒体、进水装置、排水装置，再生进水装置、排水装置，再生液分布装置及体外有关管道液分布装置及体外有关管道和阀门，如图所示。和阀门，如图所示。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：收集出水和分配反洗水第81页/共141页设计计算设计计算设计计算设计计算 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，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页膜分离法膜分离法是利用特殊的薄膜对液体中的某些成分进行选是利用特殊的薄膜对液体中的某些成分进行选择性透过的方法的统称。常用的膜分离方法有电渗析、择性透过的方法的统称。常用的膜分离方法有电渗析、反渗透、超滤，其次是自然渗析和液膜技术。反渗透、超滤，其次是自然渗析和液膜技术。膜分离技术有以下共同特点：膜分离技术有以下共同特点：膜分离技术有以下共同特点：膜分离技术有以下共同特点：膜分离过程不发生相变，因此能量转化的效率高。膜分离过程不发生相变，因此能量转化的效率高。例如在现在的各种海水淡化方法中，反渗透法能耗最低。例如在现在