工業(yè)廢水物理化學(xué)處理

1、工業(yè)廢水物理化學(xué)處理2/6/2022工業(yè)廢水物理化學(xué)處理2p 混凝混凝 Coagulationp 氣浮氣浮 Air Flotationp 吸附吸附 Adsorptionp Ion-exchangep 電滲析電滲析 Electrodialysisp擴(kuò)散滲析、反滲透、超濾擴(kuò)散滲析、反滲透、超濾 Diffusion Dialysis, Reverse Osmosis, Ultrafiltration2/6/2022工業(yè)廢水物理化學(xué)處理313.1 混凝混凝1. 原理：向污水中投入電解質(zhì)，壓縮雜質(zhì)雙電層，降低或消除電位，雜質(zhì)相互聚結(jié)沉淀。(1) 雙電層機(jī)理利用電解質(zhì)壓縮雙電層，降低電位，消除靜電排斥能峰

2、，使膠體脫穩(wěn)聚和。(2) 吸附架橋機(jī)理利用高分子的吸附架橋能力，將雜質(zhì)吸附，形成大絮體下沉。 2.材料：石灰、碳酸鋁、硫酸亞鐵、三氯化鐵、聚合鋁2/6/2022工業(yè)廢水物理化學(xué)處理413.1 混凝混凝3. 混凝的種類混凝的種類化學(xué)混凝化學(xué)混凝利用正電荷的電解質(zhì)，壓縮污水中負(fù)電粒子的雙電層，當(dāng)大量正電荷進(jìn)入膠粒的雙電層內(nèi)，使雙電層變薄，電位減小，膠粒不帶電，可以相互聚和下沉。生物混凝生物混凝 利用微生物的吸附絮凝作用，吸附膠體顆粒一同下沉，活性污泥回流污泥達(dá)到吸附絮凝作用。 回流污泥目的： a. 接種，使生物種類多樣 b. 預(yù)絮凝和生物混凝作用2/6/2022工業(yè)廢水物理化學(xué)處理513.1 混凝

3、混凝(3) 物理混凝物理混凝混凝經(jīng)水解形成高聚物，大顆粒高聚物對(duì)雜質(zhì)膠體有強(qiáng)烈的吸附能力，可吸附一定距離內(nèi)的膠體共同下沉。 自身混凝自身混凝：高聚物大顆?？稍谄渥饔每臻g內(nèi)吸附膠體一同下沉。 有效作用空間： a. Rr; b. rR; c. A=r+R時(shí)吸附最佳。 增濃聚沉增濃聚沉：向污水中投入一些大顆粒雜質(zhì)，使?jié)舛仍龃?，可沉淀的大顆粒吸附小顆粒迅速下沉。 應(yīng)用：豎流式沉淀池增加污泥層的濃度達(dá)到增濃聚沉。 水力澄清池加入細(xì)泥沙增加泥沙濃度達(dá)到增濃聚沉。)(4)(22RARVVRA2/6/2022工業(yè)廢水物理化學(xué)處理613.1 混凝混凝 通過混凝可去除污水的濁度、色度、各種高分子化合物，重金屬離子

4、等，常與其它方法一同使用。 混凝法只能去除膠體和懸浮物，不能去除溶解性物質(zhì)，影響混凝的因素很多，混凝劑的種類，濃度等需要用試驗(yàn)確定。 混凝的應(yīng)用：1 預(yù)處理 (SS可從2萬(wàn)降至5000) 2 深度處理 (已推廣，由張杰院士提出，COD去除率為5060%)2/6/2022工業(yè)廢水物理化學(xué)處理713.1 混凝混凝2/6/2022工業(yè)廢水物理化學(xué)處理813.1 混凝混凝2/6/2022工業(yè)廢水物理化學(xué)處理913.2 氣浮氣浮1. 氣浮處理的理論基礎(chǔ) 將空氣通入水中，并以微小氣泡析出，使水中固體雜質(zhì)粘附氣泡一同上浮至水面分離。 (1) 氣浮流程 氣污水氣粒吸附泡沫分解含油污水中的油可通過 1隔油池 2

5、粗?；?3氣浮 來(lái)去除2/6/2022工業(yè)廢水物理化學(xué)處理1013.2 氣浮氣浮2、氣浮條件 去除比重近于1，直徑60m懸浮物(大于60m的可下沉)氣粒吸附氣粒吸附屬物理吸附。吸附放熱，低溫吸附效果較好極性相同，吸附效果較好(氣泡是疏水性物質(zhì)，即非極性)物理性質(zhì)相同，吸附效果較好。吸附對(duì)象吸附對(duì)象吸附疏水性物質(zhì)疏水性物質(zhì)難為水潤(rùn)濕的物質(zhì)，可以直接吸附。親水性物質(zhì)容易被水潤(rùn)濕的物質(zhì)，需要轉(zhuǎn)為疏水性物質(zhì)。2/6/2022工業(yè)廢水物理化學(xué)處理1113.2 氣浮氣浮表面活性劑表面活性劑可以實(shí)現(xiàn)疏水親水相互轉(zhuǎn)移 表面活性劑由極性非極性分子組成，分子一端呈親水性，另一端呈疏水性，也叫二親分子。a. 表面活

6、性劑對(duì)于親水性物質(zhì)有利，親水性物質(zhì)轉(zhuǎn)為疏水性。b. 表面活性劑對(duì)于疏水性物質(zhì)不利，疏水性物質(zhì)轉(zhuǎn)為親水性。2/6/2022工業(yè)廢水物理化學(xué)處理1213.2 氣浮氣浮水中氣、粒的粘附著力計(jì)算水中氣、粒的粘附著力計(jì)算 在液、氣、粒三相表面上，產(chǎn)生的表面力不同，其粘附著力也不同。 1表面能表面能 液體表面分子與內(nèi)部分子受到的分子引力不同，表面分子所受到的力不平衡，該力把表面分子拉向液體內(nèi)部，力圖縮小表面積，減少表面能。 2表面能的物理現(xiàn)象表面能的物理現(xiàn)象 表面能力圖使自由表面積最小，從而表面能最小。 液體內(nèi)部分子引力使液體呈球狀，減少表面積，避免展開。2/6/2022工業(yè)廢水物理化學(xué)處理1313.2

7、氣浮氣浮表面能大小計(jì)算表面能大小計(jì)算設(shè)液、氣、固三相分別為1、2、3，表示表面能 則 液固，液氣，氣固分別用13、12、23表示根據(jù)熱力學(xué)已知：界面能表面能界面面積 s界面面積(cm2)，取單位面積為1進(jìn)行計(jì)算顆粒和氣泡粘附前其表面能之和 (N/m)顆粒和氣泡粘附后其表面能 (N/m)吸附前后界面能減少值為 sw12131w23121321www232w2/6/2022工業(yè)廢水物理化學(xué)處理1413.2 氣浮氣浮根據(jù)圖解，代入上式： 接觸角 分析： 1)W越大，吸附越容易進(jìn)行。 2)當(dāng)接觸角0時(shí)，cos1，(1cos)0，氣固不易吸附。 3)當(dāng)接觸角180時(shí)，cos1，(1cos)2，氣固易吸附

8、。 4)接觸角可判斷物質(zhì)被水潤(rùn)濕的性質(zhì)，90為親水性物質(zhì)，不容易吸附，90為疏水性物質(zhì)，容易吸附。)cos1 (cos)180cos()180cos(121212121223122312231213w2/6/2022工業(yè)廢水物理化學(xué)處理1513.2 氣浮氣浮氣泡的穩(wěn)定性氣泡的穩(wěn)定性1) 加入表面活性劑使氣泡壁變厚，防止破碎。(外包一層水摸)2) 加入表面活性劑使液體表面蒸發(fā)量減少，浮渣穩(wěn)定。(吸附水膜變厚，減少蒸發(fā)量)3) 根據(jù)氣泡與內(nèi)壓的關(guān)系式： r氣泡半徑、12水氣的表面張力、 P氣泡的內(nèi)壓力。 當(dāng)氣泡內(nèi)壓一定時(shí)，水的表面張力越大，氣泡直徑越大；當(dāng)氣量一定時(shí)，氣泡直徑，表面積，不易吸附。

9、氣泡大小應(yīng)一致，否則小氣泡內(nèi)壓大，大氣泡內(nèi)壓小，小氣泡易進(jìn)入大氣泡合并。4) 氣泡越小越密集，效果越好。Pr1222/6/2022工業(yè)廢水物理化學(xué)處理1613.2 氣浮氣浮混凝劑與表面活性劑的關(guān)系混凝劑與表面活性劑的關(guān)系1) 混凝劑Al2(SO4)3，F(xiàn)eCl3，F(xiàn)e2(SO4)3，可吸附水中固體使其凝聚，壓縮雙電層，相互聚合，生成一些大的絮凝體。2) 表面活性劑兩親分子， 對(duì)親水性物質(zhì)有利，對(duì)疏水性物質(zhì)不利。 投量，氣液界面張力12 ，泡沫穩(wěn)定。 投量，疏水雜質(zhì)嚴(yán)重乳化，影響吸附。 投量， 12 ，使氣固吸附牢固。2/6/2022工業(yè)廢水物理化學(xué)處理1713.2 氣浮氣浮氣浮的方法、系統(tǒng)與計(jì)

10、算氣浮的方法、系統(tǒng)與計(jì)算 將產(chǎn)生氣泡的方法分為布?xì)鈿飧?，溶氣氣浮，電氣浮?1布?xì)鈿飧〔細(xì)鈿飧? 利用機(jī)械剪切力，將混于水中的空氣粉碎成細(xì)小的氣泡。(第一代氣浮) 1) 水泵吸水管吸入氣浮水泵吸水管吸入氣浮 設(shè)備簡(jiǎn)單，但會(huì)破壞水泵工作特性。吸入空氣不能過多，不大于吸水量10。 2) 射流氣浮射流氣浮(需水泵揚(yáng)程大，耗電量高，已淘汰) 采用吸水帶氣的射流器，向污水中吸入空氣進(jìn)行氣浮。 3) 擴(kuò)散板氣浮擴(kuò)散板氣浮(停止曝氣時(shí)易堵，主要應(yīng)用于給水，污水中已淘汰) 壓縮空氣通過具有微細(xì)孔隙的擴(kuò)散板，使空氣以細(xì)小氣泡形式逸出，進(jìn)行氣浮。 4) 葉輪氣浮葉輪氣浮 電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，空氣進(jìn)入水中被葉輪

11、打碎成為細(xì)小氣泡。2/6/2022工業(yè)廢水物理化學(xué)處理1813.2 氣浮氣浮氣浮的方法、系統(tǒng)與計(jì)算氣浮的方法、系統(tǒng)與計(jì)算 溶氣氣浮溶氣氣浮(第二代氣浮) 空氣在一定壓力下，溶解于水中，并達(dá)到過飽和狀態(tài)，然后突然減壓，溶解于水中的空氣以微小形狀從水中折出，進(jìn)行氣浮。 1) 加壓溶氣氣體加壓溶氣氣體 工作特征 污水由水泵加壓34壓力，在壓力管上進(jìn)入壓縮空氣，水氣混合體在溶氣罐內(nèi)停留一定時(shí)間進(jìn)行溶氣，然后經(jīng)減壓閥進(jìn)入氣浮池氣浮。 工藝流程 常用的加壓溶氣有：全加壓溶氣，部分加壓溶氣和部分回流加壓溶氣。 2) 溶氣真空氣浮溶氣真空氣浮 氣浮池在負(fù)壓下工作，空氣在常壓下和加壓下溶于水中，溶于水中的空氣在

12、負(fù)壓下過飽和，大量空氣會(huì)折出形成氣泡上浮。(但浮渣不能出來(lái)，出水必須靠水泵抽，且不易檢修)2/6/2022工業(yè)廢水物理化學(xué)處理192/6/2022工業(yè)廢水物理化學(xué)處理2013.2 氣浮氣浮電解氣浮電解氣浮 將含有電解質(zhì)的污水作為電解介質(zhì)通入直流電進(jìn)行電解，可同時(shí)發(fā)生三種效應(yīng)，電解氧化(IEO)，電解混凝(電絮凝)和電解氣浮，當(dāng)選用不溶性電極可充分發(fā)揮電解氣浮效應(yīng)。2/6/2022工業(yè)廢水物理化學(xué)處理21 2/6/2022工業(yè)廢水物理化學(xué)處理2213.3 吸附吸附 在相界面上，物質(zhì)的濃度自動(dòng)發(fā)生累積或濃集的現(xiàn)象稱為吸附。 吸附就是利用多孔性的固體物質(zhì)，使廢水中的一種或多種物質(zhì)被吸附在固體表面而去

13、除的方法。2/6/2022工業(yè)廢水物理化學(xué)處理232/6/2022工業(yè)廢水物理化學(xué)處理2413.3 吸附吸附產(chǎn)生吸附的原因產(chǎn)生吸附的原因 1物理吸附物理吸附 吸附劑和吸附質(zhì)之間通過分子間力產(chǎn)生的吸附稱為物理吸附。物理吸附可形成單分子吸附層或多分子吸附層。被吸附的分子由于熱運(yùn)動(dòng)還會(huì)離開吸附劑表面，這種現(xiàn)象稱為解吸，它是吸附的逆過程。(可逆的，是一種動(dòng)態(tài)平衡) 2化學(xué)吸附化學(xué)吸附(成本高，基本不用) 化學(xué)吸附是吸附劑和吸附質(zhì)之間由于化學(xué)鍵力引起的化學(xué)作用，一種吸附劑只能對(duì)某幾種吸附質(zhì)發(fā)生化學(xué)吸附，因此化學(xué)吸附具有選擇性，不可逆性。 3離子吸附離子吸附 (使用也不多) 互相交換離子的吸附，依靠靜電引

14、力牢固吸附。2/6/2022工業(yè)廢水物理化學(xué)處理2513.3 吸附吸附吸附等溫線吸附等溫線1吸附平衡 吸附過程是可逆的，當(dāng)吸附速度和解吸速度相等時(shí)，則吸附質(zhì)在溶液中的濃度和吸附劑表面上的濃度都不改變而達(dá)到平衡，此時(shí)吸附質(zhì)在溶液中的濃度稱為平衡濃度。 吸附劑吸附能力的大小以吸附量q表示，指單位重量的吸附劑所吸附的吸附質(zhì)的重量。 q = V (C0C)/W式中 V廢水容積； W吸附劑投量； C0原水吸附質(zhì)濃度； C吸附平衡時(shí)水中剩余的吸附質(zhì)濃度。2/6/2022工業(yè)廢水物理化學(xué)處理2613.3 吸附吸附吸附等溫式吸附等溫式(1)朗謬爾公式 朗謬爾公式是從動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，通過一些假設(shè)條件而推導(dǎo)出來(lái)的

15、單分子吸附公式。 式中q吸附量 C吸附質(zhì)平衡濃度 a、b吸附常數(shù)。 將上式改為倒數(shù)式，即：acabcq1bcabq11112/6/2022工業(yè)廢水物理化學(xué)處理2713.3 吸附吸附吸附等溫式吸附等溫式(2)費(fèi)蘭德利希公式 q = K C1/n 式中q吸附量； C吸附質(zhì)平衡濃度； K、1/n常數(shù)。 將上式改寫為對(duì)數(shù)式：cnkqlg1lglg2/6/2022工業(yè)廢水物理化學(xué)處理2813.3 吸附吸附吸附速度吸附速度 吸附速度是指單位重量的吸附劑在單位時(shí)間內(nèi)所吸附的物質(zhì) 量。吸附過程可分為3個(gè)階段。 第一階段為外部擴(kuò)散階段。在吸附劑周圍存在著一層固定的水膜吸附質(zhì)首先通過這個(gè)水膜才能到達(dá)吸附劑的表面，

16、所以吸附速度與液膜擴(kuò)散速度有關(guān)。 第二階段稱為顆粒內(nèi)部擴(kuò)散階段。經(jīng)水膜擴(kuò)散到吸附劑表面的吸附質(zhì)向細(xì)孔深處擴(kuò)散。 第三階段稱為吸附反應(yīng)階段。吸附質(zhì)被吸在細(xì)孔的內(nèi)表面上。2/6/2022工業(yè)廢水物理化學(xué)處理2913.3 吸附吸附吸附影響因素吸附影響因素 1吸附劑的性質(zhì) 一般是極性分子吸附劑易吸附極性分子吸附質(zhì)，非極性分子吸附劑易于吸附非極性吸附質(zhì)。(處理污水是常用非極性吸附劑-活性炭) 2吸附質(zhì)的性質(zhì) 吸附質(zhì)的溶解度，表面自由能，極性，吸附質(zhì)分子的大小，吸附質(zhì)的濃度有關(guān) 3廢水的pH 廢水的pH影響吸附劑及吸附質(zhì)的性質(zhì)。 4共存物質(zhì) 物理吸附時(shí)吸附劑可吸附多種吸附質(zhì)。一般共存多種吸附質(zhì)時(shí)，吸附劑對(duì)

17、某種吸附質(zhì)的吸附能力比只含該種吸附質(zhì)時(shí)的吸附能力差。 5溫度 因?yàn)槲锢砦竭^程是放熱過程，溫度升高吸附量減少，反之吸附量增加。 6接觸時(shí)間 在進(jìn)行吸附時(shí)，應(yīng)保證吸附質(zhì)與吸附劑有一定的接觸時(shí)間，使吸附接近平衡，充分利用吸附能力。2/6/2022工業(yè)廢水物理化學(xué)處理3013.3 吸附吸附吸附操作方式吸附操作方式 1靜態(tài)吸附 在廢水不流動(dòng)的條件下，進(jìn)行的吸附操作稱為靜態(tài)吸附操作，靜態(tài)吸附在廢水處理中采用較少。 2動(dòng)態(tài)吸附 動(dòng)態(tài)吸附是在廢水流動(dòng)條件下進(jìn)行的吸附操作。當(dāng)廢水連續(xù)通過填充吸附劑的吸附設(shè)備時(shí)，廢水中的吸附質(zhì)便被吸附劑吸附，從吸附設(shè)備流出的廢水中吸附質(zhì)的濃度可以降低，吸附劑使用一段時(shí)間后，出水中的吸附質(zhì)的濃度逐漸增加，