污水的物理化学分离方法.pptx

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1、11.1 厌氧法的基本原理在断绝与空气接触的条件下，依赖兼性厌氧菌和专性厌氧菌的生物化在断绝与空气接触的条件下，依赖兼性厌氧菌和专性厌氧菌的生物化学作用，对有机物进行生化降解的过程，称为学作用，对有机物进行生化降解的过程，称为厌氧生物处理法或厌氧消厌氧生物处理法或厌氧消化法化法。若有机物的降解产物主要是有机酸，则此过程称为若有机物的降解产物主要是有机酸，则此过程称为不完全的厌氧消化不完全的厌氧消化，简称为简称为酸发酵或酸化酸发酵或酸化。若进一步将有机酸转化为以甲烷为主的生物气，。若进一步将有机酸转化为以甲烷为主的生物气，此全过程称为此全过程称为完全的厌氧消化完全的厌氧消化，简称为，简称为甲烷发

2、酵或沼气发酵甲烷发酵或沼气发酵。厌氧生物处理法的处理对象是：高浓度有机工业废水、城镇污水的厌氧生物处理法的处理对象是：高浓度有机工业废水、城镇污水的污泥、动植物残体等。厌氧生物处理的方法和基本功能有二：污泥、动植物残体等。厌氧生物处理的方法和基本功能有二：（1 1）酸发酵的目的是为进一步进行生物处理提供生物降解的基质；）酸发酵的目的是为进一步进行生物处理提供生物降解的基质；（2 2）甲烷发酵的目的是进一步降解有机物和生产气体燃料。完全的）甲烷发酵的目的是进一步降解有机物和生产气体燃料。完全的厌氧生物处理工艺因兼有降解有机物和生产气体燃料的双重功能，因而厌氧生物处理工艺因兼有降解有机物和生产气体

3、燃料的双重功能，因而得到了广泛的发展和应用。得到了广泛的发展和应用。第1页/共84页11.1 厌氧法的基本原理第2页/共84页11.1 厌氧法的基本原理1、水解酸化阶段（产酸或酸化细菌）第3页/共84页11.1 厌氧法的基本原理2、产气阶段（甲烷细菌）乙酸化阶段甲烷化阶段第4页/共84页11.2 厌氧法的影响因素一、温度条件第5页/共84页11.2 厌氧法的影响因素二、pH值一般认为，实测值应7.27.4之间为好。低于7.0时，pH值并不稳定，有继续下降的趋势。低于6.5时，将使正常的处理系统遭到破坏。如果有机物负荷太大，水解和产酸过程的生化速率大大超过气化速率，将导致挥发性脂肪酸的积累和pH

4、值的下降，抑制甲烷细菌的生理机能。最终使气化速率锐减，甚止停止。一般原液的pH值为68。系统中挥发性脂肪酸浓度（以乙酸记）以不超过3000mg/L为佳。重碳酸盐及氨氮等物质是形成厌氧处理系统碱度的主要物质。一般要求系统中碱度在2000mg/L以上，氨氮浓度以介于50200ng/L为佳。第6页/共84页11.2 厌氧法的影响因素三、氧化还原电位三、氧化还原电位厌氧环境是厌氧消化过程赖以正常进行的最重要的条件。厌氧环境主要以厌氧环境是厌氧消化过程赖以正常进行的最重要的条件。厌氧环境主要以体系中的氧化还原电位反映。体系中的氧化还原电位反映。引起发酵系统的氧化还原电位升高的原因引起发酵系统的氧化还原电

5、位升高的原因：氧和其它一些氧化剂或氧化态：氧和其它一些氧化剂或氧化态物质的存在物质的存在(如某些工业废水中含有的如某些工业废水中含有的Fe3+、Cr2O72-、NO3-、SO42-以及酸性以及酸性废水中的废水中的H+等等)高温厌氧消化系统高温厌氧消化系统适宜的氧化还原电位为适宜的氧化还原电位为-500-600mV；中温厌氧消化中温厌氧消化系统系统及浮动温度厌氧消化系统要求的氧化还原电位应低于及浮动温度厌氧消化系统要求的氧化还原电位应低于-300-380mV。产酸细菌对氧化还原电位的要求不甚严格，甚至可在产酸细菌对氧化还原电位的要求不甚严格，甚至可在+100-100mV的兼的兼性条件下生长繁殖；

6、而性条件下生长繁殖；而甲烷细菌甲烷细菌最适宜的氧化还原电位为最适宜的氧化还原电位为-350mV或更低。或更低。就大多数生活污水的污泥及性质相近的高浓度有机废水而言，只要严密隔就大多数生活污水的污泥及性质相近的高浓度有机废水而言，只要严密隔断于空气的接触，即可保证必要的断于空气的接触，即可保证必要的ORP值。值。第7页/共84页11.2 厌氧法的影响因素四、负荷率n容积负荷率：反应器单位有效容积在单位时间内接纳的有机物量，单位为kg/m3d或g/Ld。有机物量可用COD.BOD.S和VSS表示。n污泥负荷率：反应器内单位重量的污泥在单位时间内接纳的有机物量，单位为kg/kgd或g/gd。n投配率

7、：每天向单位有效容积投加的新料的体积，单位为m3/m3d。投配率的倒数为平均停留时间或消化时间，单位为d。投配率有时也可用百分数表示，例如，0.07m3/m3d的投配率也可表示为7%。确定厌氧消化装置的负荷率的原则是确定厌氧消化装置的负荷率的原则是：在两个转化（酸化和气化）速率保持稳定平衡在两个转化（酸化和气化）速率保持稳定平衡的条件下，求得最大的处理目标（最大处理量或最大产气量）。的条件下，求得最大的处理目标（最大处理量或最大产气量）。三种发酵状态三种发酵状态 n 当有机物负荷率很高时，消化液显酸性（当有机物负荷率很高时，消化液显酸性（pH1一般认为，1/n介于0.10.5，则易于吸附；1/

8、n2时难以吸附。第23页/共84页12.1 吸附的基本理论第24页/共84页12.1 吸附的基本理论由图可见，Langmuir吸附等温式大体上适用。第25页/共84页12.1 吸附的基本理论qe=Kce1/n由图可见，Freundlich吸附等温式也适用。第26页/共84页12.1 吸附的基本理论三、影响吸附的因素（一）吸附剂结构1、比表面积2、孔结构3、表面化学性质表面氧化物成为选择性的吸附中心，使吸附剂具有类似化学吸附的能力，有助于对极性分子的吸附。（二）吸附质的性质活性炭的吸附容量随着有机物在水中溶解度的减少而增加，活性炭对有机酸的吸附量按甲酸乙酸丙酸阴树脂，强型的弱型的。对交换器反洗强

9、度的确定、混合床树脂的选择等具有重要意义。湿视密度=湿树脂重/湿树脂堆积体积（g/mL）湿视密度是树脂在水中溶解后的质量与堆积体积之比。此值一般为0.600.85g/mL。在设计交换器时，用它来计算树脂的用量。（2）含水率含水率=溶胀水重/（干树脂重+溶胀水重）含水率是指在水中充分溶胀的湿树脂所含溶胀水重占湿树脂重的百分数。树脂的含水率取决于树脂的交联度、交换基团的类型和数量等。其值一般在50%左右。第44页/共84页13.2 离子交换法（3）溶胀性溶胀率=溶胀前后体积差/溶胀前体积树脂的交联度越小，活性基团数量越多，越易离解，可交换离子水合半径越大，其溶胀率越大。水中电解质浓度越高，由于渗透

10、压增大，其溶胀率越小。根据可交换离子水合半径的大小，对强型树脂，其溶胀率大小顺序为：H+Na+NH4+K+Ag+OH-HCO3-CO32-SO42-Cl-因离子的水合半径不同，在树脂使用和转型时常伴随体积变化，即胀缩现象。（4）机械强度树脂在使用中由于受到冲击、碰撞、摩擦以及胀缩作用，会发生破碎。树脂的机械强度应保证每年损耗量不超过3%7%。交联度越大，溶胀率越小，机械强度越高。（5）耐热性540（6）孔结构孔径，孔容，比表面积，交换容量第45页/共84页13.2 离子交换法B、化学性能（1）酸碱性强酸或强碱型树脂在水中离解度大，受pH值的影响小；弱酸或弱碱性树脂在水中离解度小，受pH值的影响

11、大。（2）选择性离子交换树脂对水中某种离子能优先交换的性能称为离子交换选择性。本质上取决于交换离子与活性基团中固定离子的亲合力。选择性大小用选择性系数来表征。若KAB1，树脂对B有选择性KABAl3+Ca2+Na+H+Li+SO42+NO3-Cl-OH-F-HCO3-HSiO3-（3）交换容量定量表示树脂的交换容量体积表示法EV：单位体积湿树脂的交换能力，mmol/ml湿树脂重量表示法EW：单位重量干树脂的交换能力，mmol/g干树脂总交换容量：活性基团的总数工作交换容量：树脂在给定的工作条件下实际所发挥的交换能力。一般是总交换容量的60%70%。第47页/共84页13.2 离子交换法二、离子

12、交换平衡RA+B+RB+A+q0c000q0qBcBqBc0cB对等价离子，有KAB=qB(C0-cB)/(q0-qB)cB或qB/q0树脂的失效度cB/c0 溶液中离子残留率第48页/共84页13.2 离子交换法三、离子交换速度单位时间单位体积树脂内扩散的离子量为S单位体积树脂的表面积树脂颗粒有效直径孔隙率第49页/共84页13.2 离子交换法三、离子交换速度影响离子交换扩散速度的因素：n树脂的交联度孔隙度内扩散n树脂颗粒内扩散距离和液膜扩散的表面积扩散速度n溶液离子浓度：c00.1M，整个交换速度偏向受内孔扩散控制C00.003M，过程偏向受膜扩散控制n提高温度和增强搅动都有利于离子扩散。

13、第50页/共84页四、离子交换系统（一）离子交换软化系统1、Na离子交换软化系统Ca2+、Mg2+Na2+系统碱度基本不变。一级Na离子交换一般可将水中硬度降低到0.5mmol/L，可作低压锅炉的补给水；二级Na离子交换可将水中硬度降低到0.005mmol/L，可作中、高压锅炉的补给水。第51页/共84页13.2 13.2 离子交换法离子交换法2、离子交换脱碱软化系统采用H-Na离子器联合处理工艺部分原水经过Na离子交换器，适合原水碱度比较高的场合。第52页/共84页13.2 13.2 离子交换法离子交换法全部原水经过Na离子交换器，适合原水硬度比较高的场合。第53页/共84页3、除盐系统第5

14、4页/共84页13.2 13.2 离子交换法离子交换法五、离子交换过程（一）固定式离子交换器工作过程1、交换第55页/共84页第56页/共84页2、再生（1）再生方式第57页/共84页第58页/共84页（2）再生剂用量第59页/共84页（3）再生液浓度（4）再生液流速第60页/共84页（二）、连续式离子交换器工作过程第61页/共84页第62页/共84页第第1414章章 膜析法膜析法 14.1 渗析法14.2 电渗析法14.3 反渗透法14.4 超滤第63页/共84页第第1414章章 膜析法膜析法 膜析法是利用薄膜以分离水溶液中某些物质的方法的统称。第64页/共84页14.1 14.1 渗析法渗

15、析法半透膜：n依靠薄膜中孔道的大小分离大小不同的分子或粒子；n依靠薄膜的离子结构分离性质不同的离子，如阳离子交换膜、阴离子交换膜；n依靠薄膜的有选择的溶解性分离某些物质，如醋酸纤维膜有溶解某些液体和气体的性能，而是这些物质透过薄膜。第65页/共84页14.1 渗析法第66页/共84页14.2 电渗析法一、原理第67页/共84页14.2 电渗析法二、应用第68页/共84页14.2 电渗析法电渗析法回收酸洗废水中的硫酸和铁电渗析法回收酸洗废水中的硫酸和铁阳极反应：阴极反应：第69页/共84页14.2 电渗析法第70页/共84页14.2 电渗析法三、电渗析器的结构第71页/共84页14.2 电渗析法

16、四、影响电渗析操作的主要问题1、浓差极化当电流强度提高到一定程度以后，淡水侧的边界层中会出现水分子的电离，产生H+和OH-，参与传导电流，以补充离子的不足。这种情况称为浓差极化。由于浓差极化，使电渗析运行电耗增加，膜寿命缩短，并容易结垢沉积，堵塞水流通道。防止浓差极化、消除沉积的措施有：（1）控制操作的极限电流，在极限电流密度的7090%状况下运行；（2）倒换电极；（3）增加水流速度，是膜边界层变薄；（4）定期酸洗2、腐蚀在阳极发生氧化反应，生成大量O2和Cl2，具有强烈腐蚀性。所以要用抗腐蚀电极和膜，或加大极区水流速度，使电极反应产物被迅速带走。第72页/共84页14.3 14.3 反渗透法

17、反渗透法一、反渗透原理1、渗透和反渗透第73页/共84页14.3 14.3 反渗透法反渗透法2、渗透压任何溶液都有渗透压，其值为i范特霍夫系数；对电解质溶液，i等于离解的阴阳离子总数；对非电解质溶液，i=1膜单位面积水通量第74页/共84页14.3 14.3 反渗透法反渗透法膜单位面积盐通量膜的除盐率第75页/共84页14.3 14.3 反渗透法反渗透法二、反渗透膜第76页/共84页14.3 14.3 反渗透法反渗透法二、反渗透膜醋酸纤维素膜的结构和性能第77页/共84页14.3 14.3 反渗透法反渗透法二、反渗透膜醋酸纤维素膜的结构和性能反渗透膜透过机理（1）氢键理论（2）优先吸附-毛细管

18、流理论第78页/共84页14.3 14.3 反渗透法反渗透法二、反渗透装置1、管式装置管式装置水力条件好，适当调节水流状态可防止浓差极化和膜污染，能够处理含悬浮固体的溶液，但单位体积中膜面积小，制造和安装费用较高。第79页/共84页14.3 14.3 反渗透法反渗透法2、螺旋卷式装置螺旋卷式装置单位体积的膜表面积较大，透水量大。紊流效果好，不易产生浓差极化现象。缺点是膜玷污后消除困难，不能处理含有悬浮物的液体。第80页/共84页14.3 14.3 反渗透法反渗透法3、中空纤维式装置优点是单位体积的膜表面积很大，制造和安装简单，可在较低压力下运行，膜的压实现象减缓，不需要膜制成材料，浓差极化可忽

19、略；缺点是制作工艺复杂，易堵塞，不能用于处理含悬浮物的液体第81页/共84页4、板框式装置这种装置结构牢固，能承受高压，占地面积不大；但液流状态差，易造成浓差极化，设备费用较大。第82页/共84页14.4 14.4 超滤法超滤法超滤与反渗透一样也依靠压力推动力和半透膜实现分离。两种方法超滤与反渗透一样也依靠压力推动力和半透膜实现分离。两种方法的区别在于超滤受渗透压的影响较小，能在低压力下操作（一般的区别在于超滤受渗透压的影响较小，能在低压力下操作（一般0.10.5MPa），而反渗透为），而反渗透为210MPa。超滤的制膜材料主要也是醋酸纤维素和芳香聚酰胺等。只是不需热超滤的制膜材料主要也是醋酸纤维素和芳香聚酰胺等。只是不需热处理工序，使制成的超滤膜孔比较大，能够在较小的压力下工作，而处理工序，使制成的超滤膜孔比较大，能够在较小的压力下工作，而且有较大的水通量。且有较大的水通量。超滤机理主要是小孔的筛分作用，膜对溶质的排斥性，取决于溶质超滤机理主要是小孔的筛分作用，膜对溶质的排斥性，取决于溶质分子量大小、形状和性质。超滤一般分离分子量大于分子量大小、形状和性质。超滤一般分离分子量大于500的物质，如的物质，如细菌、蛋白质、颜料和油类等。细菌、蛋白质、颜料和油类等。第83页/共84页感谢您的观看！第84页/共84页