废水的物理化学处理课件.pptx

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1、 定义：废水中的污染物在处理过程中是通定义：废水中的污染物在处理过程中是通过相转移的变化而达到去除目的的处理方法称过相转移的变化而达到去除目的的处理方法称为物理化学处理。为物理化学处理。 污染物在物化过程中可以不参与化学变化污染物在物化过程中可以不参与化学变化或化学反应，直接从一相转移到另一相，也可或化学反应，直接从一相转移到另一相，也可以经过化学反应后再转移。以经过化学反应后再转移。 处理单元（处理单元（Operating UnitsOperating Units）：吸附、）：吸附、离子交换、膜分离、萃取等。离子交换、膜分离、萃取等。一、 吸附原理（一）吸附本质：（一）吸附本质：吸附是一种或

2、几种物质（称为吸附质）在吸附是一种或几种物质（称为吸附质）在另一种物质（称为吸附剂）表面上自动发生变化（累积或浓集）另一种物质（称为吸附剂）表面上自动发生变化（累积或浓集）的过程。的过程。 是一种相界面上的反应。可以发生在气液界面、气固、是一种相界面上的反应。可以发生在气液界面、气固、液固。液固。 在水处理中，主要讨论的是液固界面。在水处理中，主要讨论的是液固界面。 固相物质：吸附剂，一般为多孔性物质固相物质：吸附剂，一般为多孔性物质 液相中被吸附物质：吸附质液相中被吸附物质：吸附质 水处理的吸附法是指水中的一种或多种物质被吸附在固体水处理的吸附法是指水中的一种或多种物质被吸附在固体表面（吸附

3、剂）而被去除的方法。表面（吸附剂）而被去除的方法。 吸附是利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择吸附的能力，使其富集在吸附剂表面，而从混合物中分离的过程。 典型的吸附过程包括四个步骤：待分离的料液待分离的料液通入吸附剂通入吸附剂吸附质被吸附吸附质被吸附在吸附剂表面在吸附剂表面料液流出料液流出吸附质解吸吸附质解吸吸附剂再生吸附剂再生（二）吸附方式（二）吸附方式吸吸附附物理吸附物理吸附交换吸附交换吸附吸附剂与吸附物质间由分子间吸附剂与吸附物质间由分子间引力引力(即范徳华力即范徳华力)而产生的吸附而产生的吸附吸附剂与被吸附物质间由静吸附剂与被吸附物质间由静电引力产生的吸附电引力产生的吸附化学吸附化

4、学吸附吸附剂与被吸附物质间由化吸附剂与被吸附物质间由化学键力引起的吸附学键力引起的吸附特点：吸附快，吸附热小；吸附没有特点：吸附快，吸附热小；吸附没有选择性，过程可逆；选择性，过程可逆；特点：吸附慢，吸附热大，具有选择特点：吸附慢，吸附热大，具有选择性；单分子层吸附；吸附不可逆。性；单分子层吸附；吸附不可逆。 离子电荷越多，吸附越强。离子电荷越多，吸附越强。离子水化半径越小，越易被吸附。离子水化半径越小，越易被吸附。（三）吸附平衡和吸附等温式（三）吸附平衡和吸附等温式1 1、吸附平衡、吸附平衡mccVq)(0V废水容积，废水容积，L L；mm吸附剂投加量，吸附剂投加量，mgmg； 0cc吸附质

5、的初始浓度和最终浓度，吸附质的初始浓度和最终浓度，mg/Lmg/L； 吸附容量指吸附容量指单位重量的吸附剂（单位重量的吸附剂（mgmg）能够吸附的吸附）能够吸附的吸附质重量质重量（mgmg）。）。qq单位吸附剂的吸附量，（单位吸附剂的吸附量，（mg/mgmg/mg） 当吸附质分子当吸附质分子到达吸附剂表面的数量和吸附剂表面释到达吸附剂表面的数量和吸附剂表面释放吸附质的数量相等放吸附质的数量相等时，即达到吸附平衡时，即达到吸附平衡 2 2、吸附等温线吸附等温线如果不考虑溶剂的吸附，当固体吸附剂与如果不考虑溶剂的吸附，当固体吸附剂与溶液中的溶质达到平衡时，其吸附量溶液中的溶质达到平衡时，其吸附量q

6、 q应与应与溶液中溶质的浓度和温度有关。溶液中溶质的浓度和温度有关。当温度一定时，吸附量只和浓度有关，当温度一定时，吸附量只和浓度有关， q q=f=f（c c），这个函数关系称为吸附等温线。），这个函数关系称为吸附等温线。吸附等温线表示平衡吸附量吸附等温线表示平衡吸附量. . 2 2、吸附等温线吸附等温线Langmuir 等温线等温线单分子层单分子层Freundlich等温线等温线单分子层单分子层Henry等温线等温线稀浓度稀浓度等温线等温线多分子层多分子层2 2、吸附等温式、吸附等温式（1）亨利吸附等温式）亨利吸附等温式Hcmyqqq单位吸附剂的吸附量，单位吸附剂的吸附量，mg/mgmg/

7、mg。yy吸附剂吸附的物质总量，吸附剂吸附的物质总量，mgmg；mm投加的吸附剂量，投加的吸附剂量，mgmg； HH亨利常数，亨利常数，L/mgL/mg；cc吸附质在液体中的质量浓度，吸附质在液体中的质量浓度，mg/Lmg/L；适用于低浓度吸附质的水溶液，单分子层的吸附。适用于低浓度吸附质的水溶液，单分子层的吸附。 （2 2）朗缪尔（）朗缪尔（LangmuirLangmuir）吸附等温式）吸附等温式 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，将上式变换成以下形式，使用时较方便：使用时较方便：ckckm

8、yq 11mmqckqq1111k = qmk1 qm 单位质量或单位体积吸附剂盖满一层单分子层时的吸附量。k1 朗格缪尔常数（3 3）弗罗因德利希）弗罗因德利希 ( (FreundlichFreundlich) ) 吸附等温式吸附等温式 cqlogn1logklognkcmyq/1 kk弗劳德利希弗劳德利希(Freundlich)(Freundlich)吸附常数；吸附常数； nn常数，常数，n 1n 1 c c吸附质在液体中的质量浓度，吸附质在液体中的质量浓度，mg/Lmg/L；两边取对数：两边取对数：本公式在低浓度时较适用。本公式在低浓度时较适用。 1/n越小，吸附性能越小，吸附性能越好。

9、一般认为越好。一般认为 1/n = 0.1 0.5 时容易吸附时容易吸附; 1/n大于大于2时难于吸附。时难于吸附。 （4 4）BETBET方程（方程（Brunauer-Emmett-Teller equation）smmscckqkkqccqc11)() 1(1)(ssmcckccckqqmmqckqq1111smmcckckqqq1ccs 当当 时，时， 得得令令sckk/1，则上式变为朗谬尔方程：，则上式变为朗谬尔方程：适用于多分子层的吸附。适用于多分子层的吸附。BET法的源由 1938年，勃鲁瑙尔(Brunauer)、爱默特(Emmett)和泰勒(Teller)(简称)等三人建立了多分

10、子层吸附理论。基本假设是：l 固体表面积是均匀的；l 吸附质与吸附剂之间的作用力是范德华力，吸附质分子之间的作用力也是范德华力，l 所以当气相中的吸附质分子被吸附在固体表面上之后，它们还可能从气相分子中吸附同类分子，因而吸附是多层的。l 但被吸附在同一层的吸附质分子之间相互无作用；l 吸附平衡是吸附和解吸的动态平衡；l 第二层及其以后各层分子的吸附热等于气体的液化热。3 3、吸附速率、吸附速率 吸附速度快，接触时间就短，吸附设备容积小。吸附速度快，接触时间就短，吸附设备容积小。 吸附过程分为三个阶段：吸附过程分为三个阶段：第一阶段：颗粒的外扩散第一阶段：颗粒的外扩散 第二阶段：孔隙扩散第二阶段

11、：孔隙扩散第三阶段：吸附反应第三阶段：吸附反应)()(iiLccaDccakN)(isqqakN 吸附速率与吸附质颗粒直径的较高次方成反比，颗吸附速率与吸附质颗粒直径的较高次方成反比，颗粒愈小，孔隙扩散速度愈快。粒愈小，孔隙扩散速度愈快。 二、影响吸附的因素衡量衡量指标指标吸附能力吸附能力吸附速度吸附速度固体吸附剂用吸附量衡量固体吸附剂用吸附量衡量单位质量吸附剂在单位单位质量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量时间内所吸附的物质量吸附吸附阶段阶段颗粒外部颗粒外部扩散阶段扩散阶段孔隙扩散孔隙扩散阶段阶段吸附反应吸附反应阶段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

12、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吸附速度主要取决于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，速度越快电离和极性：电离和极性：极性相容原则极性相容原则

13、 极性分子极性分子( (或离子或离子) )型的吸附剂容易吸附极性分子型的吸附剂容易吸附极性分子( (或离子或离子) )型的吸附质。型的吸附质。 非极性分子型的吸附剂容易吸附非极性的吸附质。非极性分子型的吸附剂容易吸附非极性的吸附质。溶液的性质溶液的性质pHpH值：活性炭在低值：活性炭在低pHpH值时吸附量较大。值时吸附量较大。 温度：低温有利于吸附反应。温度：低温有利于吸附反应。 共存物质：影响复杂。共存物质：影响复杂。2 2、几种常用的吸附剂、几种常用的吸附剂（1 1）天然矿物质：活性白土、漂白土、硅藻土；）天然矿物质：活性白土、漂白土、硅藻土； （2 2）活性炭：）活性炭：按原料分：果壳系

14、、泥炭褐煤系、烟煤系和石油系；按原料分：果壳系、泥炭褐煤系、烟煤系和石油系；按形态分：粉末活性炭、颗粒活性炭、纤维活性炭。按形态分：粉末活性炭、颗粒活性炭、纤维活性炭。 比表面积可达比表面积可达800-2000m800-2000m2 2/g/g，吸附能力强；容易再，吸附能力强；容易再生；生；1 1、选择原则、选择原则：吸附容量高，吸附速度快。吸附容量高，吸附速度快。再生容易，物化性能好。价廉、来源广。再生容易，物化性能好。价廉、来源广。三、吸附剂（3 3）硅胶：极性吸附剂，对非极性物质吸附较难）硅胶：极性吸附剂，对非极性物质吸附较难 （4 4）活性氧化铝：）活性氧化铝：（5 5）沸石分子筛：孔

15、径大小均一的吸附剂）沸石分子筛：孔径大小均一的吸附剂，人工合成的人工合成的沸石是极性吸附剂。沸石是极性吸附剂。（6 6）吸附树脂：具有巨大网状结构的大孔径树脂。）吸附树脂：具有巨大网状结构的大孔径树脂。 （7 7）腐殖酸类吸附剂：如风化煤、泥煤、褐煤等。）腐殖酸类吸附剂：如风化煤、泥煤、褐煤等。粉末活性炭粉末活性炭 颗粒活性炭颗粒活性炭 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

16、逸出或断裂成低分子逸出或断裂成低分子化学再生法化学再生法通过化学反应，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 再生是在吸附剂本身的结构基本不发生变化的情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去况下，用某种方法将吸附质从吸附剂微孔中除去,恢复恢复它的吸附能力。它的吸附能力。3 3、吸附剂的再生、吸附剂的再生四、 吸附工艺和设备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

17、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1 1、混合接触式吸附装置、混合接触式吸附装置 （间歇式）（间歇式）搅拌搅拌 静置静置 沉淀（过滤等）。沉淀（过滤等）。单级吸附：被处理液与吸附剂接触一次；单级吸附：被处理液与吸附剂接触一次；多级吸附：被处理液与吸附剂接

18、触多次；多级吸附：被处理液与吸附剂接触多次；用于少量废水的处理和实验研究。用于少量废水的处理和实验研究。四、 吸附工艺和设备吸附剂吸附剂吸附剂吸附剂1 1级级2 2级级3 3级级吸附剂吸附剂1级级2 2级级3级级吸附剂吸附剂溶液溶液并流多级吸附并流多级吸附 逆流多级吸附逆流多级吸附 固定床固定床 2 2、固定床吸附装置、固定床吸附装置立式、卧式、环立式、卧式、环式等多种形式式等多种形式单床式单床式多床串联多床串联多床并联多床并联3 3、移动床吸附装置、移动床吸附装置 移动床吸附是废移动床吸附是废水从吸附柱底部流水从吸附柱底部流入和吸附剂进行逆入和吸附剂进行逆流接触，处理后的流接触，处理后的水从

19、柱顶排出。接水从柱顶排出。接近吸附饱和的吸附近吸附饱和的吸附剂从柱底剂从柱底间歇排出间歇排出，进行再生，再生后进行再生，再生后的吸附剂从柱顶加的吸附剂从柱顶加入。要求水中悬浮入。要求水中悬浮物小于物小于30mg/L.30mg/L. 4 4、流化床吸附装置、流化床吸附装置 吸附剂在塔内处于膨胀吸附剂在塔内处于膨胀状态或流化状态状态或流化状态；适合处；适合处理悬浮物较高的废水。理悬浮物较高的废水。再生器再生器吸附剂吸附剂溢流管溢流管塔板塔板 颗粒吸附剂与水的接触面积大，传质效果好，吸附颗粒吸附剂与水的接触面积大，传质效果好，吸附效率高，设备小，基建费用低，生产能力大。效率高，设备小，基建费用低，生

20、产能力大。 流化床操作要求高，吸附剂的磨损大，对吸附剂的流化床操作要求高，吸附剂的磨损大，对吸附剂的机械强度要求高。机械强度要求高。1 1、废水的深度处理、废水的深度处理 吸附法除汞流程工艺流程吸附法除汞流程工艺流程二级处理出水二级处理出水活性炭吸附活性炭吸附回用回用2 2、吸附法除汞、吸附法除汞反应池反应池Ca(OH)Ca(OH)2 2NaNa2 2S SFeSOFeSO4 4沉淀池沉淀池 吸附池吸附池1 1 吸附池吸附池2 2HgS HgOHgS HgO压缩空气压缩空气压缩空气压缩空气含汞含汞废水废水排放排放五、吸附法在污水处理中的应用 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

21、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。3 3、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污泥污泥 沉砂池沉砂池 隔油池隔油池 调节池调节池 气浮池气浮池 曝气池曝气池 快滤池快滤池活性炭吸附活性炭吸附 回用油泥回用油泥某炼油厂含油废水，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。废水中含酚量从炭过滤深度处理。废水中含酚量从0.10.1降至降至0.005mg/L0.005mg/L，氰从，氰从0.19mg/L0.19mg/L降至降至0.048m

22、g/L0.048mg/L，CODCOD从从85mg/L85mg/L降至降至18mg/L18mg/L。 离子交换的离子交换的实质：离子交换剂实质：离子交换剂上的上的可交换离子可交换离子与溶液中与溶液中其它同性离子其它同性离子的交换反应的交换反应。是一种特是一种特殊的吸附过程，通常是可逆化学吸附。殊的吸附过程，通常是可逆化学吸附。 离子交换是可逆反应，反应式为：离子交换是可逆反应，反应式为： RA+BRA+B+ + RB+A RB+A+ +KBRAARB一、基本原理K K值越大，越有利于交换反应。值越大，越有利于交换反应。 RBRB、RARA树脂中树脂中B B+ +、A A+ +的离子浓度；的离子

23、浓度； BB 、AA溶液中溶液中B B+ +、A A+ +的离子浓度；的离子浓度；离子交换过程示意图离子交换过程示意图 磺化煤和离子交换树脂磺化煤和离子交换树脂（应用广泛）。（应用广泛）。1 1、离子交换树脂结构、离子交换树脂结构 树脂本体（母体或骨架）和活性基团组成。树脂本体（母体或骨架）和活性基团组成。 本体：有机化合物和交联剂组成。本体：有机化合物和交联剂组成。 活性基团：固定离子和活动离子组成活性基团：固定离子和活动离子组成 二、离子交换剂,HCOOR例如：例如：R-R-树脂母体；树脂母体；HCOO-活性基团；活性基团；-固定离子固定离子COOH可交换离子。可交换离子。2 2、离子交换

24、树脂的种类、离子交换树脂的种类（1 1）按活性基团的不同）按活性基团的不同阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、敖合树脂、氧化还阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、敖合树脂、氧化还原及两性树脂等原及两性树脂等（2 2）按树脂的类型和孔结构）按树脂的类型和孔结构凝胶型、大孔型、巨孔型和高巨孔型树脂。凝胶型、大孔型、巨孔型和高巨孔型树脂。（3 3）按交联度大小）按交联度大小（4 4）按粒径）按粒径低交联度（低交联度（2 24 4）、一般交联度）、一般交联度（78） 、高交联度（、高交联度（12122020） 大粒径（大粒径（0.60.61.2mm)1.2mm)、中粒径、中粒径(0.3(0.30.6mm)0.

25、6mm)、小粒径、小粒径树脂（树脂（0.020.020.1mm0.1mm）三、离子交换树脂的选用1 1、有效、有效pHpH值范围值范围强酸、强碱性树脂交换能力与强酸、强碱性树脂交换能力与pHpH值无关值无关。弱酸性、弱。弱酸性、弱碱性树脂交换能力与碱性树脂交换能力与pHpH值有关。值有关。2 2、交换容量、交换容量单位：单位：mol/kgmol/kg（干树脂）、（干树脂）、mol/L mol/L （湿树脂）（湿树脂） 全交换容量全交换容量：一定量的树脂所具有的活性基团或可交：一定量的树脂所具有的活性基团或可交换离子的换离子的总数量总数量； 工作交换容量工作交换容量：给定工作条件下：给定工作条件

26、下实际的交换能力实际的交换能力。 3 3、交联度：、交联度：交联度决定网状结构程度；孔隙率大小；树脂密度；交联度决定网状结构程度；孔隙率大小；树脂密度；树脂膨胀性、稳定性。树脂膨胀性、稳定性。4 4、交换势、交换势 离子交换势，同它本身和离子交换树脂的化学性质离子交换势，同它本身和离子交换树脂的化学性质有关外，温度和浓度的影响很大。有关外，温度和浓度的影响很大。 常温和低浓度，阳离子化合价越高，交换势越大；常温和低浓度，阳离子化合价越高，交换势越大； 低浓度和常温下，价数相同时，交换势随原子序数低浓度和常温下，价数相同时，交换势随原子序数增加而增加；增加而增加； H H+ +离子对阳离子的交换

27、树脂的交换势，决定于树脂离子对阳离子的交换树脂的交换势，决定于树脂的性质。的性质。 OHOH- -离子对阴离子的交换树脂的交换势，决定于树脂离子对阴离子的交换树脂的交换势，决定于树脂的类型。的类型。 价位高的有机离子和金属络合离子的交换势特别大。价位高的有机离子和金属络合离子的交换势特别大。 大孔型树脂具有很强的吸附性能，往往可以吸附废大孔型树脂具有很强的吸附性能，往往可以吸附废水中的非离子型杂质。水中的非离子型杂质。 交换势随离子浓度的增加而增大。交换势随离子浓度的增加而增大。 5 5、溶胀性、溶胀性 6 6、物化稳定性、物化稳定性 7 7、粒径、密度、粒径、密度（一）（一）交换阶段交换阶段

28、利用离子交换树脂的交换能力，从废水中分离脱除需要去除的离子。（二）（二）反冲洗阶段反冲洗阶段（三）（三）再生阶段再生阶段（四）（四）清洗阶段清洗阶段目的是松动树脂，使再生液能均匀渗入层中，与交换剂颗粒充分接触；把过滤过程中产生的破碎粒子和截留的污物冲走。洗涤残留的再生液和再生时可能出现的反应产物。四、离子交换的工艺包括：预处理设包括：预处理设备、离子交换器备、离子交换器和再生设备。和再生设备。 四、离子交换的工艺固定床离子交换器固定床离子交换器离子交换运行操作步骤：离子交换运行操作步骤：交换交换：、阀开，其余：、阀开，其余关闭关闭; ;反洗反洗：关闭、，开，：关闭、，开，再逐渐开再逐渐开; ;

29、再生再生：关闭、，开气：关闭、，开气阀，排水阀，将水放到阀，排水阀，将水放到离树脂表面离树脂表面10cm10cm左右，关闭左右，关闭，开启再生液阀，排除，开启再生液阀，排除空气后关闭，适当开，空气后关闭，适当开，再生。再生。清洗清洗：关闭，开、：关闭，开、. . 床层固定床层固定不变，水不变，水流由上而流由上而下流动。下流动。五、离子交换的设备固定床离子交换器固定床离子交换器床层固定床层固定不变，水不变，水流由上而流由上而下流动。下流动。工作时，定期从交换工作时，定期从交换柱排出部分失效树脂，柱排出部分失效树脂，送到再生柱再生，同送到再生柱再生，同时补充等量的新鲜树时补充等量的新鲜树脂参与工作

30、。脂参与工作。五、离子交换的设备移动床离子交换器移动床离子交换器床层固定不床层固定不变，水流由变，水流由上而下流动。上而下流动。工作时，定期从工作时，定期从交换柱排出部分交换柱排出部分失效树脂，送到失效树脂，送到再生柱再生，同再生柱再生，同时补充等量的新时补充等量的新鲜树脂参与工作。鲜树脂参与工作。交换树脂在交换树脂在连续移动中连续移动中实现交换和实现交换和再生。再生。五、离子交换的设备流动床离子交换器流动床离子交换器堵塞、包裹废水中废水中悬浮物悬浮物 与固定离子牢固结合有机物有机物引起树脂中毒高价金高价金属离子属离子强酸和强碱树脂交换能力基本上与pH无关。弱酸或弱碱性树脂在pH高或低时才能得

31、到较大的交换能力。pHpH值值 加速树脂的老化与分解氧化剂氧化剂六、影响离子交换能力的因素七、离子交换装置的设计计算废水全面分析废水全面分析工艺流程设计工艺流程设计设备结构、规设备结构、规模设计模设计树脂用量树脂用量与工作周与工作周期确定期确定正反洗水正反洗水量与再生量与再生剂消耗量剂消耗量计算计算：包括阳离子、阴离子的种类数量和：包括阳离子、阴离子的种类数量和pH值。值。：选择适合的工艺和树脂种类。：选择适合的工艺和树脂种类。实例说明：见教材实例说明：见教材p100102除去水中六价铬；两根交换柱轮换使用Na2Cr2O7经阳离子柱交换Na+形成H2Cr2O7 1、去除金属阳离子杂质2、使Cr

32、O42-变为Cr2O72-镀铬废水处理回收流程镀铬废水处理回收流程八、离子交换法处理废水实例废水种类废水种类有害离子有害离子 树脂类型树脂类型废水出路废水出路再生剂再生剂再生液出路再生液出路电镀铬废电镀铬废水水CrOCrO4 42-2-大孔型阴离子大孔型阴离子交换树脂交换树脂循环使用循环使用食盐或烧食盐或烧碱碱用氢型阳离子用氢型阳离子交换树脂除钠交换树脂除钠后回用于生产后回用于生产电镀废水电镀废水CrCr3+3+，CuCu2+2+氢型强酸性阳氢型强酸性阳离子交换树脂离子交换树脂循环使用循环使用18%-20%18%-20%硫酸硫酸蒸发浓缩后回蒸发浓缩后回用用含汞废水含汞废水HgHg2+2+HgC

33、lHgClx x(x-2)-(x-2)-氯型强碱性大氯型强碱性大孔阴离子交换孔阴离子交换树脂树脂中和后排中和后排放放盐酸盐酸回收汞回收汞粘胶纤维粘胶纤维废水废水ZnZn2+2+强酸性阳离子强酸性阳离子交换树脂交换树脂中和后排中和后排放放硫酸硫酸回用于生产回用于生产氯苯酚废氯苯酚废水水氯苯酚氯苯酚弱碱性大孔型弱碱性大孔型离子交换树脂离子交换树脂排放排放2%NaOH2%NaOH甲醇甲醇回收酚或甲醇回收酚或甲醇离子交换法在废水处理方面的某些应用离子交换法在废水处理方面的某些应用课后思考题简述固定床离子交换器的工艺流程？简述固定床离子交换器的工艺流程？ 膜析法是利用薄膜以选择性分离水溶液中某些膜析法是

34、利用薄膜以选择性分离水溶液中某些物质的方法总称。物质的方法总称。 溶剂溶剂( (水水) )透过膜的过程称为渗透，溶质透过膜透过膜的过程称为渗透，溶质透过膜的过程为渗析。的过程为渗析。动力动力 浓度差浓度差电位差电位差压力差压力差渗析法渗析法电渗析法电渗析法反渗透法和超滤法反渗透法和超滤法一、渗析法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利用离子交换膜的选择透过性，以利用离子交换

35、膜的选择透过性，以浓度差为推浓度差为推动力动力以实现不同物质的分离。以实现不同物质的分离。扩散渗析法回收硫酸扩散渗析法回收硫酸阴离子阴离子交换膜交换膜原原液液室室回收液室回收液室扩散渗析法回收硫酸扩散渗析法回收硫酸二、 电渗析法海水淡化电渗析法示意图海水淡化电渗析法示意图1 1、电渗析原理：、电渗析原理：在外在外加加直流电场作用下，直流电场作用下，利用离子交换膜利用离子交换膜对溶液中阴阳离子对溶液中阴阳离子的选择透过性，而使溶液中的溶质与水分离的一种物理化学过的选择透过性，而使溶液中的溶质与水分离的一种物理化学过程。程。59+阳极阳极阴极阴极Cl-Na阳膜阳极室阳极室Cl-Cl-Cl-NaNa

36、Cl-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222CleClHOHOH22OHOeOH22244HClOHClOHCl22OHHeOH22222NaOHOHNa离子交换膜离子交换膜2 2、电渗析器的构造与组装、电渗析器的构造与组装 电渗析器由电渗析器由膜堆、极区和夹紧装置膜堆、极区和夹紧装置三部分组成。三部分组成。 膜堆膜堆位于电渗析器的中部，由阳膜、浓（或淡）水位于电渗析器的中部，由阳膜、浓（或淡）水室隔板、阴膜、淡（浓）水室隔板交替排列成浓水室和室隔板、阴膜、淡（浓）水室隔板交替排列成浓水室和淡水室。淡水室。 极区极区位于膜堆两侧，包括电极、极水框和保

37、护室，位于膜堆两侧，包括电极、极水框和保护室，其作用是供给电渗析器直流电，将原水导入膜堆的配水其作用是供给电渗析器直流电，将原水导入膜堆的配水孔，将淡水和浓水排出电渗析器，并通入和排出极水。孔，将淡水和浓水排出电渗析器，并通入和排出极水。 压紧装置压紧装置由盖板和螺杆组成，其作用是将极区和膜由盖板和螺杆组成，其作用是将极区和膜堆组成不漏水的电渗析器整体，可采用压板和螺栓拉紧，堆组成不漏水的电渗析器整体，可采用压板和螺栓拉紧，也可采用液压压紧。也可采用液压压紧。 电渗析器的组装依其应电渗析器的组装依其应用不同而有所不同。其组用不同而有所不同。其组装的情况是用级和段来表装的情况是用级和段来表示的。

38、示的。级级：一对正、负电极之一对正、负电极之间的膜堆称为一级。间的膜堆称为一级。段段：具有同一水流方向具有同一水流方向的并的并联膜堆称为一段。联膜堆称为一段。63电渗析器的组装示意图电渗析器的组装示意图（2 2）电渗析器的级与段）电渗析器的级与段一级一段一级一段一级两段一级两段两级一段两级一段两级两段两级两段一对正、负电极之间的膜堆称为一级一对正、负电极之间的膜堆称为一级具有同一水流方向的并具有同一水流方向的并联膜堆称为一段联膜堆称为一段实际应用的电实际应用的电渗析器渗析器3 3、用电渗析法处理酸洗废水、用电渗析法处理酸洗废水阳极反应式：阳极反应式：2OH2HO2H24224SOHSO2H2e

39、2HO2OH2阴极反应式：阴极反应式：Fe2eFe22H2e2H三、反渗透法 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。渗透和反渗透渗透压：渗透压：渗透平衡时，渗透平衡时，两边液面高度形成的压两边液面高度形成的压力差称渗透压，力差称渗透压， 。渗透压由渗透压由溶质种类和浓溶质种类和浓度大小而定，还与温度度大小而定，还与温度有关。有关。691 1渗透压与反渗透渗透压与反渗透反渗透：反渗透： 向咸水一侧施压向咸水一侧施压P则则可阻止渗透的进行，如可阻止渗透的进行，如果果P，则咸水溶液中的则咸水溶液中的水分子向纯水一边迁移水分子向纯水一边迁移,此过程称反渗透。此

40、过程称反渗透。70 凡基于此原理所进行的浓缩或纯化溶液的分离方凡基于此原理所进行的浓缩或纯化溶液的分离方法，一般称之为法，一般称之为反渗透工艺反渗透工艺。 反渗透是渗透的一种反向迁移运动，它主要是在反渗透是渗透的一种反向迁移运动，它主要是在压力推动压力推动下，借助下，借助半透膜的截留作用半透膜的截留作用，迫使溶液中，迫使溶液中的溶剂与溶质分开。的溶剂与溶质分开。 2、应用、应用范围范围 太空水、纯净水、蒸馏水等制备；太空水、纯净水、蒸馏水等制备； 酒类制造及降度用水；酒类制造及降度用水； 医药、电子等行业用水的前期制备；医药、电子等行业用水的前期制备； 化工工艺的浓缩、分离、提纯及配水制备；化

41、工工艺的浓缩、分离、提纯及配水制备； 锅炉补给水除盐软水；锅炉补给水除盐软水； 海水、苦咸水淡化；海水、苦咸水淡化； 造纸、电镀、印染等行业用水及废水处理。造纸、电镀、印染等行业用水及废水处理。 按按成膜材料成膜材料可分为可分为有机膜和无机高聚物膜有机膜和无机高聚物膜； 按按膜的形状膜的形状可分为可分为平板状、管状、中空纤维状平板状、管状、中空纤维状膜膜； 按按膜结构膜结构可分为可分为多孔性和致密性膜多孔性和致密性膜，或，或对称牲对称牲( (均匀性均匀性) )和不对称性和不对称性( (异向性异向性) )结构膜结构膜； 按按应用对象应用对象可分为海水淡化用的可分为海水淡化用的海水膜海水膜、咸水、

42、咸水淡化用的淡化用的咸水膜咸水膜及用于及用于废水处理、分离提纯等废水处理、分离提纯等的膜的膜。3 3反渗透膜及其分离机理反渗透膜及其分离机理 醋酸纤维素是没有强烈氢键的无定形链状高醋酸纤维素是没有强烈氢键的无定形链状高分子化合物。分子化合物。 这种膜有不对称结构，表面结构致密，孔隙这种膜有不对称结构，表面结构致密，孔隙很小，通称为表皮层或致密层、活化层；下层结很小，通称为表皮层或致密层、活化层；下层结构较疏松，孔隙较大，通称为多孔层或支撑层。构较疏松，孔隙较大，通称为多孔层或支撑层。 CACA膜是被水充分溶胀了的凝胶体。膜是被水充分溶胀了的凝胶体。由于铸膜液中的所有添加剂及溶剂在由于铸膜液中的

43、所有添加剂及溶剂在制膜过程中先后被除去，膜中仅含水制膜过程中先后被除去，膜中仅含水分。分。7374醋酸纤维素膜的结构示意图7599表皮层，孔径表皮层，孔径（810）1010m过渡层，孔径过渡层，孔径2001010m多孔层，孔径多孔层，孔径（10004000）1010m1%反渗透膜分离机理反渗透膜分离机理 尚不十分清楚。优先吸附尚不十分清楚。优先吸附毛细管流机理常被引用。毛细管流机理常被引用。由于膜表面的亲水性，优先吸附水分子而排斥盐分子，因此在膜表皮层形成两个水分子（1nm）的纯水层，施加压力，纯水层的分子不断通过毛细管流过反渗透膜。控制表皮层的孔径非常重要，影响脱盐效果和透水性，一般为纯水层

44、厚度的一倍时，称为膜的临界孔径，可达到理想的脱盐和透水效果。装装置置板框式板框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式管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

45、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式纤维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4 4反渗透装置反渗透装置（1 1）板框式反渗透膜组件）板框式反渗透膜组件装配图装配图79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膜半透膜板框式膜组件工作板框式膜组件工作过程示意图过程示意图特点：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。（2）管式

46、反渗透膜组件）管式反渗透膜组件80管式膜组件又分为内压式和外压式内压式管式膜组件的内部结构示意图内压式管式膜组件的内部结构示意图81特点特点:v 水力条件好，安水力条件好，安装、清洗、维修比装、清洗、维修比较方便。较方便。v 能耐高压，可以能耐高压，可以处理高粘度的原水。处理高粘度的原水。v 缺点是膜的有效缺点是膜的有效面积小，装置体积面积小，装置体积大，而且两端要较大，而且两端要较多的联结装置多的联结装置。淡水淡水膜表皮层膜表皮层玻璃纤维管玻璃纤维管进进水水（3 3）螺旋卷式反渗透膜组件）螺旋卷式反渗透膜组件82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

47、构示意图多孔透水材料多孔透水材料膜，上下两层膜，上下两层膜叶膜叶透水网状材料透过水透过水浓浓水水进进水水螺旋卷式膜组件组合示意图螺旋卷式膜组件组合示意图膜组件的组装示意图膜组件的组装示意图85进进水水口口耐压耐压容器容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86工工业业应应用用的的反反渗渗透透装装置置87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5 5、反渗透、反渗透在水处理中的应用在水处理中的应用四、 超过滤法 用于截留水中胶体大小的颗粒，水和低用于截留水中胶体大小的颗粒，水和低分子量的溶质则允许透过膜。分子量的溶质则允许透过膜

48、。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 超滤的过程是动态过程，即在超滤膜的表面既超滤的过程是动态过程，即在超滤膜的表面既受到垂直于膜面的压力，使水分子得以透过膜面并受到垂直于膜面的压力，使水分子得以透过膜面并与被截留物质分离，同时又产生一个与膜表面平行与被截留物质分离，同时又产生一个与膜表面平行的切向力，以将截留在膜表面的物质冲开。的切向力，以将截留在膜表面的物质冲开。1、超过滤与反渗透的异同:超过滤简称超滤，它同反渗透一样，都是利用超过滤简称超滤，它同反渗透一样，都是利用膜来分离废水中溶解的物质。膜来分离废水中溶解的物质。 两种方法的共同点

49、在于：两种方法的共同点在于：两种过程的动力同是溶液的压力，在溶液的压两种过程的动力同是溶液的压力，在溶液的压力下，溶剂的分子通过薄膜，而溶解的物质被力下，溶剂的分子通过薄膜，而溶解的物质被阻滞在膜表面上。阻滞在膜表面上。（1 1）膜不同：）膜不同：超过滤所用的膜超过滤所用的膜( (超滤膜超滤膜) )较较疏松，透水量大，除盐率低，一般用超过滤疏松，透水量大，除盐率低，一般用超过滤分离高分子和低分子有机物以及无机离子等，分离高分子和低分子有机物以及无机离子等，能够分离的溶质分子至少要比溶剂的分子大能够分离的溶质分子至少要比溶剂的分子大1010倍，在这种系统中渗透压已经不起作用了。倍，在这种系统中渗

50、透压已经不起作用了。反渗透所用的膜反渗透所用的膜 ( (反渗透膜反渗透膜) )致密，透水量低，致密，透水量低，除盐率高，具有选择透过能力，用以分离分除盐率高，具有选择透过能力，用以分离分子大小大致相同的溶剂和溶质，子大小大致相同的溶剂和溶质，（2 2）机理不同：）机理不同：超过滤的去除机理主要超过滤的去除机理主要是筛滤作用。在反渗透膜上分离过程伴随有半透是筛滤作用。在反渗透膜上分离过程伴随有半透膜、溶解物质和溶剂之间复杂的物理化学作用。膜、溶解物质和溶剂之间复杂的物理化学作用。（3 3）工作压力不同）工作压力不同：超过滤的工作压超过滤的工作压力低力低(0.07(0.070.7MPa)0.7MP