水的物化處理方法課件

§4.1氣浮法§4-2吸附§4-3離子交換法§4-4萃取§4-5電解§4-6膜分離法第四章廢水的物理化學(xué)處理§4.1氣浮法第四章廢水的物理化學(xué)處理1離子交換法4.3.1離子交換的基本原理4.3.2離子交換操作方式與工藝過程4.3.3離子交換法在廢水處理中的應(yīng)用

4.3.4離子交換系統(tǒng)的操作管理與維護(hù)離子交換法2在給水處理中，離子交換是軟化、除鹽的主要方法之一；廢水處理中，常用于去除金屬離子。離子交換的實(shí)質(zhì)是不溶性離子化合物（離子交換劑）上的可交換離子與溶液中其它同樣離子的交換反應(yīng)，是一種特殊的吸附過程，通常是可逆的化學(xué)吸附。反應(yīng)式可表達(dá)為：RH+M+RM+H+離子交換的基本原理在給水處理中，離子交換是軟化、除鹽的主要方法之一；廢31.離子交換劑2.離子交換樹脂的種類3.離子交換樹脂的主要性能4.離子交換樹脂的有效pH范圍離子交換的基本原理1.離子交換劑離子交換的基本原理4離子交換劑水處理中常用的離子交換劑為磺化煤和離子交換樹指，廢水處理中主要用樹指。磺化煤：煤研磨后經(jīng)濃硫酸處理而得的碳質(zhì)離子交換劑。離子交換樹脂：有凝膠型、大孔型和等孔型等。根據(jù)交換基團(tuán)（活性基團(tuán)）的不同，可分為強(qiáng)酸性、弱酸性、強(qiáng)堿性、弱堿性四種。前兩種有酸性交換基團(tuán)，為陽(yáng)離子型交換樹脂；后兩種帶堿性交換基團(tuán)，為陰離子交換樹脂。

離子交換劑水處理中常用的離子交換劑為磺化煤和離子交換樹指，5按樹脂類型和孔結(jié)構(gòu)不同，分為凝膠型、大孔型、多孔型、巨孔型等。離子交換數(shù)脂的種類按活性基團(tuán)不同：陽(yáng)離子(酸性基團(tuán))：強(qiáng)酸型(-SO3H)；弱酸性(-COOH)陰離子(堿性基團(tuán))：強(qiáng)堿性(≡NOH)；弱堿性(≡NHOH，=NH2OH，—NH3OH)螯合樹指（羥胺基團(tuán)）氧化還原樹指：兩性樹指等。按樹脂類型和孔結(jié)構(gòu)不同，分為凝膠型、大孔型、多孔型、61、密度2、含水率3、溶漲性4、耐熱性5、機(jī)械強(qiáng)度6、酸、堿性7、選擇性

離子交換樹脂的性能指標(biāo)1、密度離子交換樹脂的性能指標(biāo)7含水率在水中充分膨脹后的濕樹脂所含溶脹水的重量與濕樹脂重量的百分比

（11-5）一般為50%含水率在水中充分膨脹后的濕樹脂所含溶脹水的重量與濕樹8酸、堿性離子交換樹脂具有一般酸、堿的反應(yīng)性能，在水中離解出H+或OH-。根據(jù)離解能力的大小，樹脂的酸、堿性有強(qiáng)、弱之分。pH影響活性基團(tuán)的電離能力，強(qiáng)酸強(qiáng)堿性受其影響小，弱酸堿性則受pH影響大。樹脂類型強(qiáng)酸強(qiáng)堿弱酸弱堿有效pH范圍1~141~125~140~7

酸、堿性離子交換樹脂具有一般酸、堿的反應(yīng)性能，在水中離解出9選擇性離子交換樹脂對(duì)水中某種離子能優(yōu)先交換的性能稱為離子交換選擇性。選擇性表示了交換離子取代樹脂上可交換離子的難易程度，與樹脂間結(jié)合力的大小，離子交換的先后順序和交換量。交換離子與樹脂的親和力的大小稱為交換勢(shì)。交換勢(shì)越大，表明選擇性越高。

選擇性離子交換樹脂對(duì)水中某種離子能優(yōu)先交換的性能稱為10選擇性關(guān)于不同離子交換勢(shì)的大小，有多種理論解釋，影響因素較多，一般有如下規(guī)律：①離子的交換勢(shì)，與自身化學(xué)性質(zhì)，樹脂化學(xué)性有關(guān)，并受溫度和濃度影響較大。下面介紹的規(guī)律適用于常溫和低濃度溶液中。②離子所帶電荷愈多，交換勢(shì)愈大。Th4+>Al3+>Ca2+>Na+PO43->SO42->Cl-選擇性關(guān)于不同離子交換勢(shì)的大小，有多種理論解釋，影響11選擇性③電荷相同時(shí)，大致是原子序數(shù)愈高或水合半徑愈小，交換勢(shì)愈大，副族元素正好相反。Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+≈NH3+>Na+>Li+NO3->Cl->HCO3->HSiO3-選擇性③電荷相同時(shí)，大致是原子序數(shù)愈高或水合半徑愈小，交換12選擇性④H+和OH-的交換選擇性與樹脂的酸、堿性關(guān)系很大，如：強(qiáng)酸性陽(yáng)樹脂F(xiàn)e3+>Al3+>Ca2+>…>Na+>H+>Li+弱酸性陽(yáng)樹脂H+>Fe3+>…強(qiáng)堿性陰樹脂SO42->NO3->Cl->OH->F->HCO3->HSiO3-弱堿性陰樹脂OH->SO42->…選擇性④H+和OH-的交換選擇性與樹脂的酸、堿性關(guān)系很大，13選擇性⑤離子量高的有機(jī)離子和金屬絡(luò)合離子交換勢(shì)特別大。⑥大孔型樹脂具有很強(qiáng)的吸附性，可以吸附非離型雜質(zhì)。上述規(guī)律適用于稀溶液，當(dāng)離子濃度很高時(shí)則可使交換次序發(fā)生改變，再生時(shí)即如此。

選擇性⑤離子量高的有機(jī)離子和金屬絡(luò)合離子交換勢(shì)特別大。14廢水水質(zhì)對(duì)離子交換的影響1、懸浮物、油脂：堵塞樹指孔隙，包裹樹脂顆粒，影響交換容量。預(yù)處理：沉淀、過濾、除油等。2、有機(jī)物：某些高分子有機(jī)物與固定離子結(jié)合力很強(qiáng)，使樹脂難以再生，降低了交換容量。減少有機(jī)污染，選用低交聯(lián)度樹脂，預(yù)處理，特殊的再生操作(加氧化劑等)。

廢水水質(zhì)對(duì)離子交換的影響1、懸浮物、油脂：堵塞樹指孔隙，包裹15影響交換速度的因素1、交聯(lián)度2、水中的離子濃度3、水的流速4、樹脂顆粒大小5、水溫

影響交換速度的因素1、交聯(lián)度16離子交換軟化裝置離子交換裝置，按照運(yùn)行方式的不同，可分為固定床和連續(xù)床兩大類：?jiǎn)螌哟补潭ù搽p層床混合床離子交換裝置移動(dòng)床連續(xù)床流動(dòng)床

離子交換軟化裝置離子交換裝置，按照運(yùn)行方式的不同，可17離子交換軟化裝置單層固定床離子交換裝置是最常用、最基本的形式。離子交換樹脂（或磺化煤）裝填在離子交換器內(nèi)。在操作過程中，樹脂不往外輸送，所以稱為固定床。移動(dòng)床、流動(dòng)床都是與固定床相對(duì)而言的，并在固定床基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。離子交換操作方式與工藝過程離子交換軟化裝置離子交換操作方式與工藝過程18固定床的基本缺陷：①樹脂不能邊失效，邊再生，造成交換器內(nèi)樹指積壓，利用率低，交換器容積利用不充分；②樹脂層中樹脂交換能力使用不勻，上層飽和程度高，下層低。固定床的基本缺陷：①樹脂不能邊失效，邊再生，造成交換器內(nèi)樹19連續(xù)床離子交換設(shè)備連續(xù)式的特點(diǎn):樹脂不固定在交換器內(nèi)，而是處于連續(xù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)中，交換與再生長(zhǎng)則在不同塔內(nèi)進(jìn)行。樹脂的用量比固定床減少1/3~1/2，設(shè)備單位容積的產(chǎn)水量還可提高。連續(xù)式離子交換至分移動(dòng)床和流動(dòng)床兩種。

連續(xù)床離子交換設(shè)備連續(xù)式的特點(diǎn):樹脂不固定在交換器內(nèi)，而20離子交換工藝流程

過濾→反洗

↑↓清洗←再生離子交換工藝流程過濾→反洗21離子交換法在廢水處理中的應(yīng)用主要去除對(duì)象：銅、鎳、鎘、鉻、鋅、汞、金、銀、鉑、磷酸、硝酸、氨、有機(jī)物、放射性物質(zhì)等。下面以離子交換法處理含鉻廢水為例說明其在廢水處理中的應(yīng)用。

離子交換法在廢水處理中的應(yīng)用主要去除對(duì)象：銅、鎳、鎘、鉻、鋅22離子交換法在廢水處理中的應(yīng)用雙陰柱全酸性全飽和流程處理含鉻廢水1、目的：實(shí)現(xiàn)鉻的回收及漂洗水的循環(huán)回用2、處理流程（見圖）含鉻廢水pH<6，含強(qiáng)氧化劑H2CrO4和H2Cr2O7，廢水依次流經(jīng)陽(yáng)柱和陰柱得以處理。陽(yáng)柱——強(qiáng)酸型H樹脂。陰柱——弱堿型樹脂，抗氧化能力較強(qiáng)(強(qiáng)堿型容量大，但易被氧化分解)。離子交換法在廢水處理中的應(yīng)用雙陰柱全酸性全飽和流程處理含鉻廢23第四章水的物化處理方法課件24第四章水的物化處理方法課件25離子交換系統(tǒng)得操作管理與維護(hù)1.水中含有懸浮物質(zhì)與油類物質(zhì)危害——堵塞樹脂孔隙，降低樹脂的交換能力。措施——進(jìn)行砂濾等預(yù)處理離子交換系統(tǒng)得操作管理與維護(hù)1.水中含有懸浮物質(zhì)與油類物質(zhì)措262.廢水中溶解鹽過高危害——縮短樹脂的工作周期。離子交換系統(tǒng)得操作管理與維護(hù)措施——溶解鹽濃度大于1000-2000mg/L時(shí)，不宜采用離子交換法處理。2.廢水中溶解鹽過高離子交換系統(tǒng)得操作管理與維護(hù)措施——溶解273.工業(yè)廢水常為酸性或堿性危害——影響某些離子在廢水中的存在狀態(tài)；影響樹脂交換基團(tuán)的離解。離子交換系統(tǒng)得操作管理與維護(hù)措施——處理含鉻水，應(yīng)在酸性條件下；可采用強(qiáng)酸、強(qiáng)堿性樹脂；3.工業(yè)廢水常為酸性或堿性離子交換系統(tǒng)得操作管理與維護(hù)措施—284.溫度的影響危害——引起樹脂的分解，降低或破壞樹脂的交換能力。離子交換系統(tǒng)得操作管理與維護(hù)措施——水溫不得超過樹脂的耐熱性能的要求。高溫水應(yīng)先降溫。4.溫度的影響離子交換系統(tǒng)得操作管理與維護(hù)措施——水溫不得超295.高價(jià)離子的影響危害——與樹脂的結(jié)合能力強(qiáng)，但樹脂再生困難。離子交換系統(tǒng)得操作管理與維護(hù)6.氧化劑和高分子有機(jī)物的影響危害——使樹脂氧化、有機(jī)污染，導(dǎo)致樹脂的使用壽命縮短或交換容量降低。5.高價(jià)離子的影響離子交換系統(tǒng)得操作管理與維護(hù)6.氧化劑和高30萃取——了解1.萃取的基本原理2.萃取劑的選擇3.萃取工藝萃取——了解1.萃取的基本原理31萃取的基本原理利用一種不溶于水而能溶解水中某種物質(zhì)（溶質(zhì)或萃取物）的溶劑（萃取劑）投加到廢水中，使溶質(zhì)充分溶解到溶劑內(nèi)，從而分離去除或回收某種物質(zhì)的方法。實(shí)質(zhì)——利用溶質(zhì)在水和溶劑中的不同溶解度。萃取的基本原理利用一種不溶于水而能溶解水中某種物質(zhì)（溶質(zhì)或萃32萃取劑的選擇教材P57一般了解萃取劑的選擇教材P5733萃取工藝包括三個(gè)過程：1.混合：把萃取劑于廢水進(jìn)行充分接觸，使溶質(zhì)從廢水中轉(zhuǎn)移到萃取劑中去。2.分離：使含有萃取物（溶質(zhì)）的溶劑與萃取過的廢水分層分離。3.回收：萃取劑與萃取物分離得以再生，萃取物（溶質(zhì)）回收。萃取工藝包括三個(gè)過程：2.分離：使含有萃取物（溶質(zhì)）的溶劑與34萃取工藝萃取劑的再生：物理法化學(xué)法利用萃取劑與萃取物的沸點(diǎn)差進(jìn)行分離。投加某種化學(xué)藥劑與萃取物反應(yīng)生成不溶于萃取劑的鹽類，進(jìn)行分離。萃取工藝萃取劑的再生：物理法化學(xué)法利用萃取劑35萃取工藝操作方式：1.單級(jí)萃取2.多級(jí)逆流萃取萃取工藝操作方式：364.2.1吸附的基本原理與類型4.2.2吸附操作方式4.2.3活性碳的再生

4.2.4吸附在水處理中的應(yīng)用

吸附4.2.1吸附的基本原理與類型吸附37一、吸附的定義二、吸附的類型三、吸附平衡四、吸附等溫線

吸附的基本原理與類型一、吸附的定義吸附的基本原理與類型38吸附法(工藝)：利用多孔性的固體物質(zhì)，使廢水中一種或多種污染物吸附于固體表面，而得以回收或去除的方法。吸附劑──具有吸附能力的多孔性固體物質(zhì)。吸附質(zhì)──(廢水中)被吸附的物質(zhì)。

吸附的定義吸附的定義39根據(jù)吸附力不同可分為：物理吸附：分子間力(范德華引力)吸附化學(xué)吸附：化學(xué)鍵力離子交換交換吸附：靜電引力吸附的實(shí)質(zhì)：表面現(xiàn)象，減小界面能的一種方式物質(zhì)吸附于固體表面之后，減小表面張力，使界面上的分子受力趨于均衡，故是自動(dòng)發(fā)生的。

吸附的類型根據(jù)吸附力不同可分為：吸附的類型40吸附的特征1、物理吸附①吸附時(shí)表面能降低、放熱；②可在低溫下進(jìn)行∵不需要活化能③選擇性不強(qiáng)，吸引力隨分子量增大而增大，可以吸附多種吸附質(zhì)；④易于解吸(吸附的逆過程)∵分子的熱運(yùn)動(dòng)；⑤可形成單層或多層吸附。

吸附的特征1、物理吸附41吸附的特征2、化學(xué)吸附①吸附熱大，需在高溫下進(jìn)行；②具有選擇性；③化學(xué)鍵力大時(shí)，吸附不可逆；④只能形成單分子吸附層。

吸附的特征2、化學(xué)吸附42吸附的特征3、交換吸附吸附質(zhì)的離子由于靜電引力聚集到吸附劑表面帶電點(diǎn)，同時(shí)吸附劑也放出等當(dāng)量離子。離子帶電荷多，吸附強(qiáng)；電荷相同，水化半徑小，吸附力強(qiáng)。三種吸附作用往往相伴發(fā)生，水處理中的吸附大部分是綜合作用的結(jié)果。

吸附的特征3、交換吸附43吸附平衡吸附速度=解吸速度如果吸附是可逆的，存在吸附和解吸兩個(gè)過程。當(dāng)吸附質(zhì)在吸附劑表面達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，吸附質(zhì)在溶液中的濃度和吸附劑表面的濃度都不再改變，此時(shí)溶液中的吸附質(zhì)濃度稱為平衡濃度。

吸附平衡吸附速度44吸附劑的吸附量吸附劑吸附能力的大小用吸附量q表示：在吸附平衡條件下以及一定溫度和壓力下，單位重量的吸附劑吸附的吸附質(zhì)的重量。吸附量q（g/g）按下式計(jì)算：

（11-23）式中：V——水的體積，L；C0——原水中吸附質(zhì)濃度，g/L；C——平衡水中的殘余吸附質(zhì)濃度，g/L；W——活性炭投加量，g

吸附劑的吸附量吸附劑吸附能力的大小用吸附量q表示：在45吸附等溫線溫度一定的條件下，V、C0一定時(shí)，改變投炭量，吸附的平衡濃度和吸附量均發(fā)生相應(yīng)改變的曲線。其規(guī)律如圖所示——Freundlich等溫吸附公式在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上可得一近似直線（如圖所示）——Langmuir等溫吸附公式

吸附等溫線溫度一定的條件下，V、C0一定時(shí)，改變投炭46Freundlich等溫吸附公式（11-24）（11-25）式中：K，n——常數(shù)Freundlich等溫吸附公式是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式

Freundlich等溫吸附公式（11-24）（11-25）47Langmuir等溫吸附公式根據(jù)分子運(yùn)動(dòng)學(xué)說，通過一些假設(shè)而推導(dǎo)的單分子層吸附公式如下：

(11-26)式中：a，b—常數(shù)

線性化：(11-27)Langmuir等溫吸附公式根據(jù)分子運(yùn)動(dòng)學(xué)說，通過一48廢水進(jìn)行吸附前，應(yīng)先經(jīng)預(yù)處理去除懸浮物、油類等雜質(zhì)，避免堵塞吸附劑的孔隙。吸附操作分為靜態(tài)與動(dòng)態(tài)操作方式。靜態(tài)為間歇式，很少用(小流量，間歇排放)；動(dòng)態(tài)操作為連續(xù)式，有固定床、移動(dòng)床和流動(dòng)床三種。

吸附的操作方式廢水進(jìn)行吸附前，應(yīng)先經(jīng)預(yù)處理去除懸浮物、油類等雜質(zhì)，避免堵49操作方式1、固定床水連續(xù)進(jìn)入和流出，經(jīng)床層吸附雜質(zhì)可得到清潔的出水。為充分發(fā)揮炭床的最大吸附作用，常采用多塔串聯(lián)運(yùn)行。2、移動(dòng)床水由下部進(jìn)入上部排出，底層飽和的炭定期由下部排出，經(jīng)再生的炭由塔頂補(bǔ)充，可節(jié)省占地面積。3、流動(dòng)床（流化床）利用進(jìn)水動(dòng)力使炭粒之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，呈流化態(tài)懸浮，利于炭水的充分接觸。

操作方式1、固定床2、移動(dòng)床3、流動(dòng)床（流化床）50第四章水的物化處理方法課件51活性炭的再生在吸附劑本身結(jié)構(gòu)不發(fā)生或極少發(fā)生變化的情況下，將吸附質(zhì)從吸附劑表面去除，以便恢復(fù)吸附劑的吸附能力的過程稱為吸附劑的再生。再生方法：加熱再生法化學(xué)再生法生物再生法活性炭的再生在吸附劑本身結(jié)構(gòu)不發(fā)生或極少發(fā)生變化的情52吸附在水處理中的應(yīng)用給水處理：過濾之后，去除微量有害物質(zhì)的臭味，脫氯廢水處理：深度處理，微量污染物。①脫色、除臭②去除重金屬離子③脫除溶解性有機(jī)物④去除放射性物質(zhì)教材P52吸附在水處理中的應(yīng)用給水處理：過濾之后，去除微量有害53膜分離法概述1擴(kuò)散滲析法2電滲析

3反滲透4超濾

膜分離法概述54概述凡是使溶液中一種或幾種成分不能透過，而其它成分能透過的膜都叫半透膜。半透膜最大的特點(diǎn)是選擇透過性。

膜分離法就是用一種特殊的半透膜將溶液隔開，使溶液中的某種溶質(zhì)或溶劑（水）滲透出來，從而達(dá)到分離溶質(zhì)的目的。概述凡是使溶液中一種或幾種成分不能透過，而其它成分能55概述根據(jù)采用的膜的種類不同和分離的推動(dòng)力不同，膜分離法可區(qū)別如下：

分離過程推動(dòng)力膜用途擴(kuò)散滲析濃度差滲析膜分離溶質(zhì)，回收酸、堿等電滲析電位差離子交換膜分離離子，用于回收酸、堿，苦咸水淡化反滲透壓力差反滲透膜分離小分子溶質(zhì)，用于海水淡化、去除無機(jī)離子或有機(jī)物超濾壓力差超過濾膜截留分子量大于500的大分子，去除粘土、植物質(zhì)、油漆、微生物等概述根據(jù)采用的膜的種類不同和分離的推動(dòng)力不同，膜分離56概述膜分離技術(shù)的共同優(yōu)點(diǎn)是：常溫下操作，不消耗熱能，無相變化，無相變能耗，設(shè)備簡(jiǎn)單，易操作，無化學(xué)藥劑消耗，分離與濃縮同時(shí)進(jìn)行，有利回收；缺點(diǎn)是處理能力小，需消耗相當(dāng)?shù)哪芰?。概述膜分離技術(shù)的共同優(yōu)點(diǎn)是：57擴(kuò)散滲析法利用滲透膜將濃度不同的溶液分開，溶質(zhì)即從濃度高的一側(cè)透過半透膜而擴(kuò)散到濃度低的一側(cè)，當(dāng)膜兩側(cè)的濃度達(dá)到平衡時(shí)，滲析過程停止。

擴(kuò)散滲析主要用于酸、堿的回收，回收率可達(dá)70~90%，但不能將它們濃縮。擴(kuò)散滲析法利用滲透膜將濃度不同的溶液分開，溶質(zhì)即從濃58例：擴(kuò)散滲析法從含H2SO4、FeSO4的廢水中回收酸例：擴(kuò)散滲析法從含H2SO4、FeSO4的廢水中回收酸59電滲析法一、原理在直流電場(chǎng)的作用下，利用離子交換膜對(duì)溶液中陰、陽(yáng)離子的選擇透過性（陰膜只允許陰離子通過，陽(yáng)膜只允許陽(yáng)離子通過）而使溶液中的溶質(zhì)與水分離的方法。

可對(duì)廢水中污染物質(zhì)進(jìn)行濃縮、回收。給水處理中，可獲得淡水。電滲析法一、原理可對(duì)廢水中污染物質(zhì)進(jìn)行濃縮、回收。60電滲析系統(tǒng)由一系列陰、陽(yáng)膜置放于兩電極之間組成。離子減少的隔室稱為淡室，出水為淡水；離子增多的室稱為濃室，出水為濃水；與電極板接觸的隔室稱極室，出水為極水。

電滲析原理電滲析系統(tǒng)由一系列陰、陽(yáng)膜置放于兩電極之間組成。電滲析原61電滲析法的離子交換膜離子交換膜——一種由高分子材料制成的具有離子交換集團(tuán)的薄膜，具有離子選擇通過性。按膜體構(gòu)造分：異相膜均相膜（電化性好，耐溫性能好；但制造較復(fù)雜）按膜的作用分：陽(yáng)膜、陰膜、復(fù)合膜膜的選擇原則：教材P60電滲析法的離子交換膜離子交換膜——一種由高分子材料制成的具有62電滲析法的設(shè)備由膜堆（隔板+離子交換膜）、極區(qū)（電極+極框+墊板）、壓緊裝置組成。隔板隔開陰膜和陽(yáng)膜，也是水流的通道。電極—石墨電極、鈦涂釕電極、鉛電極膜對(duì)數(shù)—1-120對(duì)。電滲析法的設(shè)備由膜堆（隔板+離子交換膜）、極區(qū)（電極+極框+63電滲析法的應(yīng)用電滲析法的應(yīng)用64第四章水的物化處理方法課件65第四章水的物化處理方法課件66影響電滲析的因素有濃差極化、結(jié)垢、腐蝕等。電滲析法的操作事項(xiàng)濃差極化：由于電流強(qiáng)度過大，使膜附近與水流主體之間產(chǎn)生濃度差。原因——由于水流主體內(nèi)的離子來不及補(bǔ)充到膜表面水層，因而膜表面水層發(fā)生電離，使陰膜濃室的pH升高，產(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象.措施——有極限電流法、倒換電極法、定期酸洗法、增加水流主體紊動(dòng)程度等方法。

影響電滲析的因素有濃差極化、結(jié)垢、腐蝕等。電滲析法的操作事項(xiàng)67反滲透一、滲透與反滲透1、滲透一種膜只允許溶劑通過而不允許溶質(zhì)通過，用這種膜將鹽和水、淡水或兩種濃度不同的溶液隔開，則可發(fā)現(xiàn)水將從淡水側(cè)或濃度低的一側(cè)通過膜自動(dòng)滲透到鹽水或濃度高的一側(cè)，直至達(dá)到平衡時(shí)為止，這種現(xiàn)象為滲透作用。滲透平衡時(shí)，溶液兩側(cè)液面的靜水壓差稱為滲透壓。（見圖所示）

反滲透一、滲透與反滲透682、反滲透若在鹽水一側(cè)施加大于滲透壓的壓力，則鹽水中的水就會(huì)流向淡水側(cè)，此種現(xiàn)象稱為反滲透。2、反滲透69反滲透二、反滲透膜常用的反滲透膜有兩種——CA膜和中空纖維膜CA膜——成膜材料為醋酸纖維素中空纖維膜——以醋酸纖維素、脂肪族聚酰胺和芳香族聚酰胺為材料制成。

反滲透70三、反滲透裝置板框式——主要用于超濾管式——用于超濾或反滲透螺卷式——用于反滲透中空纖維膜——用于超濾和反滲透三、反滲透裝置71超濾一、原理超濾又稱超過濾，用于去除廢水中大分子物質(zhì)和微粒。超濾之所以能夠截留大分子物質(zhì)和微粒，其機(jī)理是：膜表面孔徑機(jī)械篩分作用，膜孔堵塞、堵滯作用和膜表面及膜孔對(duì)雜質(zhì)的吸附作用，主要是篩分作用。二、超濾膜常用的超濾膜——醋酸纖維膜、聚砜膜

超濾一、原理二、超濾膜72第四章水的物化處理方法課件73超濾三、廢水處理中的應(yīng)用處理染料廢水、涂裝廢水及含油乳化廢水等，可去除廢水中大分子物質(zhì)，回收染料、漆等，得到較為純凈的出水。目前，超濾被用于活性污泥法處理中。國(guó)際上現(xiàn)在研究較多的是膜+活性污泥法，利用超濾膜分離活性污泥，可省去二沉池并得到SS極低的出水，并可避免污泥膨脹等現(xiàn)象。曝氣池需在一定壓力下運(yùn)轉(zhuǎn)。膜+活性污泥法目前處于研究的前沿。超濾三、廢水處理中的應(yīng)用74§4.1氣浮法§4-2吸附§4-3離子交換法§4-4萃取§4-5電解§4-6膜分離法第四章廢水的物理化學(xué)處理§4.1氣浮法第四章廢水的物理化學(xué)處理75離子交換法4.3.1離子交換的基本原理4.3.2離子交換操作方式與工藝過程4.3.3離子交換法在廢水處理中的應(yīng)用

4.3.4離子交換系統(tǒng)的操作管理與維護(hù)離子交換法76在給水處理中，離子交換是軟化、除鹽的主要方法之一；廢水處理中，常用于去除金屬離子。離子交換的實(shí)質(zhì)是不溶性離子化合物（離子交換劑）上的可交換離子與溶液中其它同樣離子的交換反應(yīng)，是一種特殊的吸附過程，通常是可逆的化學(xué)吸附。反應(yīng)式可表達(dá)為：RH+M+RM+H+離子交換的基本原理在給水處理中，離子交換是軟化、除鹽的主要方法之一；廢771.離子交換劑2.離子交換樹脂的種類3.離子交換樹脂的主要性能4.離子交換樹脂的有效pH范圍離子交換的基本原理1.離子交換劑離子交換的基本原理78離子交換劑水處理中常用的離子交換劑為磺化煤和離子交換樹指，廢水處理中主要用樹指?；腔海好貉心ズ蠼?jīng)濃硫酸處理而得的碳質(zhì)離子交換劑。離子交換樹脂：有凝膠型、大孔型和等孔型等。根據(jù)交換基團(tuán)（活性基團(tuán)）的不同，可分為強(qiáng)酸性、弱酸性、強(qiáng)堿性、弱堿性四種。前兩種有酸性交換基團(tuán)，為陽(yáng)離子型交換樹脂；后兩種帶堿性交換基團(tuán)，為陰離子交換樹脂。

離子交換劑水處理中常用的離子交換劑為磺化煤和離子交換樹指，79按樹脂類型和孔結(jié)構(gòu)不同，分為凝膠型、大孔型、多孔型、巨孔型等。離子交換數(shù)脂的種類按活性基團(tuán)不同：陽(yáng)離子(酸性基團(tuán))：強(qiáng)酸型(-SO3H)；弱酸性(-COOH)陰離子(堿性基團(tuán))：強(qiáng)堿性(≡NOH)；弱堿性(≡NHOH，=NH2OH，—NH3OH)螯合樹指（羥胺基團(tuán)）氧化還原樹指：兩性樹指等。按樹脂類型和孔結(jié)構(gòu)不同，分為凝膠型、大孔型、多孔型、801、密度2、含水率3、溶漲性4、耐熱性5、機(jī)械強(qiáng)度6、酸、堿性7、選擇性

離子交換樹脂的性能指標(biāo)1、密度離子交換樹脂的性能指標(biāo)81含水率在水中充分膨脹后的濕樹脂所含溶脹水的重量與濕樹脂重量的百分比

（11-5）一般為50%含水率在水中充分膨脹后的濕樹脂所含溶脹水的重量與濕樹82酸、堿性離子交換樹脂具有一般酸、堿的反應(yīng)性能，在水中離解出H+或OH-。根據(jù)離解能力的大小，樹脂的酸、堿性有強(qiáng)、弱之分。pH影響活性基團(tuán)的電離能力，強(qiáng)酸強(qiáng)堿性受其影響小，弱酸堿性則受pH影響大。樹脂類型強(qiáng)酸強(qiáng)堿弱酸弱堿有效pH范圍1~141~125~140~7

酸、堿性離子交換樹脂具有一般酸、堿的反應(yīng)性能，在水中離解出83選擇性離子交換樹脂對(duì)水中某種離子能優(yōu)先交換的性能稱為離子交換選擇性。選擇性表示了交換離子取代樹脂上可交換離子的難易程度，與樹脂間結(jié)合力的大小，離子交換的先后順序和交換量。交換離子與樹脂的親和力的大小稱為交換勢(shì)。交換勢(shì)越大，表明選擇性越高。

選擇性離子交換樹脂對(duì)水中某種離子能優(yōu)先交換的性能稱為84選擇性關(guān)于不同離子交換勢(shì)的大小，有多種理論解釋，影響因素較多，一般有如下規(guī)律：①離子的交換勢(shì)，與自身化學(xué)性質(zhì)，樹脂化學(xué)性有關(guān)，并受溫度和濃度影響較大。下面介紹的規(guī)律適用于常溫和低濃度溶液中。②離子所帶電荷愈多，交換勢(shì)愈大。Th4+>Al3+>Ca2+>Na+PO43->SO42->Cl-選擇性關(guān)于不同離子交換勢(shì)的大小，有多種理論解釋，影響85選擇性③電荷相同時(shí)，大致是原子序數(shù)愈高或水合半徑愈小，交換勢(shì)愈大，副族元素正好相反。Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+≈NH3+>Na+>Li+NO3->Cl->HCO3->HSiO3-選擇性③電荷相同時(shí)，大致是原子序數(shù)愈高或水合半徑愈小，交換86選擇性④H+和OH-的交換選擇性與樹脂的酸、堿性關(guān)系很大，如：強(qiáng)酸性陽(yáng)樹脂F(xiàn)e3+>Al3+>Ca2+>…>Na+>H+>Li+弱酸性陽(yáng)樹脂H+>Fe3+>…強(qiáng)堿性陰樹脂SO42->NO3->Cl->OH->F->HCO3->HSiO3-弱堿性陰樹脂OH->SO42->…選擇性④H+和OH-的交換選擇性與樹脂的酸、堿性關(guān)系很大，87選擇性⑤離子量高的有機(jī)離子和金屬絡(luò)合離子交換勢(shì)特別大。⑥大孔型樹脂具有很強(qiáng)的吸附性，可以吸附非離型雜質(zhì)。上述規(guī)律適用于稀溶液，當(dāng)離子濃度很高時(shí)則可使交換次序發(fā)生改變，再生時(shí)即如此。

選擇性⑤離子量高的有機(jī)離子和金屬絡(luò)合離子交換勢(shì)特別大。88廢水水質(zhì)對(duì)離子交換的影響1、懸浮物、油脂：堵塞樹指孔隙，包裹樹脂顆粒，影響交換容量。預(yù)處理：沉淀、過濾、除油等。2、有機(jī)物：某些高分子有機(jī)物與固定離子結(jié)合力很強(qiáng)，使樹脂難以再生，降低了交換容量。減少有機(jī)污染，選用低交聯(lián)度樹脂，預(yù)處理，特殊的再生操作(加氧化劑等)。

廢水水質(zhì)對(duì)離子交換的影響1、懸浮物、油脂：堵塞樹指孔隙，包裹89影響交換速度的因素1、交聯(lián)度2、水中的離子濃度3、水的流速4、樹脂顆粒大小5、水溫

影響交換速度的因素1、交聯(lián)度90離子交換軟化裝置離子交換裝置，按照運(yùn)行方式的不同，可分為固定床和連續(xù)床兩大類：?jiǎn)螌哟补潭ù搽p層床混合床離子交換裝置移動(dòng)床連續(xù)床流動(dòng)床

離子交換軟化裝置離子交換裝置，按照運(yùn)行方式的不同，可91離子交換軟化裝置單層固定床離子交換裝置是最常用、最基本的形式。離子交換樹脂（或磺化煤）裝填在離子交換器內(nèi)。在操作過程中，樹脂不往外輸送，所以稱為固定床。移動(dòng)床、流動(dòng)床都是與固定床相對(duì)而言的，并在固定床基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。離子交換操作方式與工藝過程離子交換軟化裝置離子交換操作方式與工藝過程92固定床的基本缺陷：①樹脂不能邊失效，邊再生，造成交換器內(nèi)樹指積壓，利用率低，交換器容積利用不充分；②樹脂層中樹脂交換能力使用不勻，上層飽和程度高，下層低。固定床的基本缺陷：①樹脂不能邊失效，邊再生，造成交換器內(nèi)樹93連續(xù)床離子交換設(shè)備連續(xù)式的特點(diǎn):樹脂不固定在交換器內(nèi)，而是處于連續(xù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)中，交換與再生長(zhǎng)則在不同塔內(nèi)進(jìn)行。樹脂的用量比固定床減少1/3~1/2，設(shè)備單位容積的產(chǎn)水量還可提高。連續(xù)式離子交換至分移動(dòng)床和流動(dòng)床兩種。

連續(xù)床離子交換設(shè)備連續(xù)式的特點(diǎn):樹脂不固定在交換器內(nèi)，而94離子交換工藝流程

過濾→反洗

↑↓清洗←再生離子交換工藝流程過濾→反洗95離子交換法在廢水處理中的應(yīng)用主要去除對(duì)象：銅、鎳、鎘、鉻、鋅、汞、金、銀、鉑、磷酸、硝酸、氨、有機(jī)物、放射性物質(zhì)等。下面以離子交換法處理含鉻廢水為例說明其在廢水處理中的應(yīng)用。

離子交換法在廢水處理中的應(yīng)用主要去除對(duì)象：銅、鎳、鎘、鉻、鋅96離子交換法在廢水處理中的應(yīng)用雙陰柱全酸性全飽和流程處理含鉻廢水1、目的：實(shí)現(xiàn)鉻的回收及漂洗水的循環(huán)回用2、處理流程（見圖）含鉻廢水pH<6，含強(qiáng)氧化劑H2CrO4和H2Cr2O7，廢水依次流經(jīng)陽(yáng)柱和陰柱得以處理。陽(yáng)柱——強(qiáng)酸型H樹脂。陰柱——弱堿型樹脂，抗氧化能力較強(qiáng)(強(qiáng)堿型容量大，但易被氧化分解)。離子交換法在廢水處理中的應(yīng)用雙陰柱全酸性全飽和流程處理含鉻廢97第四章水的物化處理方法課件98第四章水的物化處理方法課件99離子交換系統(tǒng)得操作管理與維護(hù)1.水中含有懸浮物質(zhì)與油類物質(zhì)危害——堵塞樹脂孔隙，降低樹脂的交換能力。措施——進(jìn)行砂濾等預(yù)處理離子交換系統(tǒng)得操作管理與維護(hù)1.水中含有懸浮物質(zhì)與油類物質(zhì)措1002.廢水中溶解鹽過高危害——縮短樹脂的工作周期。離子交換系統(tǒng)得操作管理與維護(hù)措施——溶解鹽濃度大于1000-2000mg/L時(shí)，不宜采用離子交換法處理。2.廢水中溶解鹽過高離子交換系統(tǒng)得操作管理與維護(hù)措施——溶解1013.工業(yè)廢水常為酸性或堿性危害——影響某些離子在廢水中的存在狀態(tài)；影響樹脂交換基團(tuán)的離解。離子交換系統(tǒng)得操作管理與維護(hù)措施——處理含鉻水，應(yīng)在酸性條件下；可采用強(qiáng)酸、強(qiáng)堿性樹脂；3.工業(yè)廢水常為酸性或堿性離子交換系統(tǒng)得操作管理與維護(hù)措施—1024.溫度的影響危害——引起樹脂的分解，降低或破壞樹脂的交換能力。離子交換系統(tǒng)得操作管理與維護(hù)措施——水溫不得超過樹脂的耐熱性能的要求。高溫水應(yīng)先降溫。4.溫度的影響離子交換系統(tǒng)得操作管理與維護(hù)措施——水溫不得超1035.高價(jià)離子的影響危害——與樹脂的結(jié)合能力強(qiáng)，但樹脂再生困難。離子交換系統(tǒng)得操作管理與維護(hù)6.氧化劑和高分子有機(jī)物的影響危害——使樹脂氧化、有機(jī)污染，導(dǎo)致樹脂的使用壽命縮短或交換容量降低。5.高價(jià)離子的影響離子交換系統(tǒng)得操作管理與維護(hù)6.氧化劑和高104萃取——了解1.萃取的基本原理2.萃取劑的選擇3.萃取工藝萃取——了解1.萃取的基本原理105萃取的基本原理利用一種不溶于水而能溶解水中某種物質(zhì)（溶質(zhì)或萃取物）的溶劑（萃取劑）投加到廢水中，使溶質(zhì)充分溶解到溶劑內(nèi)，從而分離去除或回收某種物質(zhì)的方法。實(shí)質(zhì)——利用溶質(zhì)在水和溶劑中的不同溶解度。萃取的基本原理利用一種不溶于水而能溶解水中某種物質(zhì)（溶質(zhì)或萃106萃取劑的選擇教材P57一般了解萃取劑的選擇教材P57107萃取工藝包括三個(gè)過程：1.混合：把萃取劑于廢水進(jìn)行充分接觸，使溶質(zhì)從廢水中轉(zhuǎn)移到萃取劑中去。2.分離：使含有萃取物（溶質(zhì)）的溶劑與萃取過的廢水分層分離。3.回收：萃取劑與萃取物分離得以再生，萃取物（溶質(zhì)）回收。萃取工藝包括三個(gè)過程：2.分離：使含有萃取物（溶質(zhì)）的溶劑與108萃取工藝萃取劑的再生：物理法化學(xué)法利用萃取劑與萃取物的沸點(diǎn)差進(jìn)行分離。投加某種化學(xué)藥劑與萃取物反應(yīng)生成不溶于萃取劑的鹽類，進(jìn)行分離。萃取工藝萃取劑的再生：物理法化學(xué)法利用萃取劑109萃取工藝操作方式：1.單級(jí)萃取2.多級(jí)逆流萃取萃取工藝操作方式：1104.2.1吸附的基本原理與類型4.2.2吸附操作方式4.2.3活性碳的再生

4.2.4吸附在水處理中的應(yīng)用

吸附4.2.1吸附的基本原理與類型吸附111一、吸附的定義二、吸附的類型三、吸附平衡四、吸附等溫線

吸附的基本原理與類型一、吸附的定義吸附的基本原理與類型112吸附法(工藝)：利用多孔性的固體物質(zhì)，使廢水中一種或多種污染物吸附于固體表面，而得以回收或去除的方法。吸附劑──具有吸附能力的多孔性固體物質(zhì)。吸附質(zhì)──(廢水中)被吸附的物質(zhì)。

吸附的定義吸附的定義113根據(jù)吸附力不同可分為：物理吸附：分子間力(范德華引力)吸附化學(xué)吸附：化學(xué)鍵力離子交換交換吸附：靜電引力吸附的實(shí)質(zhì)：表面現(xiàn)象，減小界面能的一種方式物質(zhì)吸附于固體表面之后，減小表面張力，使界面上的分子受力趨于均衡，故是自動(dòng)發(fā)生的。

吸附的類型根據(jù)吸附力不同可分為：吸附的類型114吸附的特征1、物理吸附①吸附時(shí)表面能降低、放熱；②可在低溫下進(jìn)行∵不需要活化能③選擇性不強(qiáng)，吸引力隨分子量增大而增大，可以吸附多種吸附質(zhì)；④易于解吸(吸附的逆過程)∵分子的熱運(yùn)動(dòng)；⑤可形成單層或多層吸附。

吸附的特征1、物理吸附115吸附的特征2、化學(xué)吸附①吸附熱大，需在高溫下進(jìn)行；②具有選擇性；③化學(xué)鍵力大時(shí)，吸附不可逆；④只能形成單分子吸附層。

吸附的特征2、化學(xué)吸附116吸附的特征3、交換吸附吸附質(zhì)的離子由于靜電引力聚集到吸附劑表面帶電點(diǎn)，同時(shí)吸附劑也放出等當(dāng)量離子。離子帶電荷多，吸附強(qiáng)；電荷相同，水化半徑小，吸附力強(qiáng)。三種吸附作用往往相伴發(fā)生，水處理中的吸附大部分是綜合作用的結(jié)果。

吸附的特征3、交換吸附117吸附平衡吸附速度=解吸速度如果吸附是可逆的，存在吸附和解吸兩個(gè)過程。當(dāng)吸附質(zhì)在吸附劑表面達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，吸附質(zhì)在溶液中的濃度和吸附劑表面的濃度都不再改變，此時(shí)溶液中的吸附質(zhì)濃度稱為平衡濃度。

吸附平衡吸附速度118吸附劑的吸附量吸附劑吸附能力的大小用吸附量q表示：在吸附平衡條件下以及一定溫度和壓力下，單位重量的吸附劑吸附的吸附質(zhì)的重量。吸附量q（g/g）按下式計(jì)算：

（11-23）式中：V——水的體積，L；C0——原水中吸附質(zhì)濃度，g/L；C——平衡水中的殘余吸附質(zhì)濃度，g/L；W——活性炭投加量，g

吸附劑的吸附量吸附劑吸附能力的大小用吸附量q表示：在119吸附等溫線溫度一定的條件下，V、C0一定時(shí)，改變投炭量，吸附的平衡濃度和吸附量均發(fā)生相應(yīng)改變的曲線。其規(guī)律如圖所示——Freundlich等溫吸附公式在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上可得一近似直線（如圖所示）——Langmuir等溫吸附公式

吸附等溫線溫度一定的條件下，V、C0一定時(shí)，改變投炭120Freundlich等溫吸附公式（11-24）（11-25）式中：K，n——常數(shù)Freundlich等溫吸附公式是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式

Freundlich等溫吸附公式（11-24）（11-25）121Langmuir等溫吸附公式根據(jù)分子運(yùn)動(dòng)學(xué)說，通過一些假設(shè)而推導(dǎo)的單分子層吸附公式如下：

(11-26)式中：a，b—常數(shù)

線性化：(11-27)Langmuir等溫吸附公式根據(jù)分子運(yùn)動(dòng)學(xué)說，通過一122廢水進(jìn)行吸附前，應(yīng)先經(jīng)預(yù)處理去除懸浮物、油類等雜質(zhì)，避免堵塞吸附劑的孔隙。吸附操作分為靜態(tài)與動(dòng)態(tài)操作方式。靜態(tài)為間歇式，很少用(小流量，間歇排放)；動(dòng)態(tài)操作為連續(xù)式，有固定床、移動(dòng)床和流動(dòng)床三種。

吸附的操作方式廢水進(jìn)行吸附前，應(yīng)先經(jīng)預(yù)處理去除懸浮物、油類等雜質(zhì)，避免堵123操作方式1、固定床水連續(xù)進(jìn)入和流出，經(jīng)床層吸附雜質(zhì)可得到清潔的出水。為充分發(fā)揮炭床的最大吸附作用，常采用多塔串聯(lián)運(yùn)行。2、移動(dòng)床水由下部進(jìn)入上部排出，底層飽和的炭定期由下部排出，經(jīng)再生的炭由塔頂補(bǔ)充，可節(jié)省占地面積。3、流動(dòng)床（流化床）利用進(jìn)水動(dòng)力使炭粒之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，呈流化態(tài)懸浮，利于炭水的充分接觸。

操作方式1、固定床2、移動(dòng)床3、流動(dòng)床（流化床）124第四章水的物化處理方法課件125活性炭的再生在吸附劑本身結(jié)構(gòu)不發(fā)生或極少發(fā)生變化的情況下，將吸附質(zhì)從吸附劑表面去除，以便恢復(fù)吸附劑的吸附能力的過程稱為吸附劑的再生。再生方法：加熱再生法化學(xué)再生法生物再生法活性炭的再生在吸附劑本身結(jié)構(gòu)不發(fā)生或極少發(fā)生變化的情126吸附在水處理中的應(yīng)用給水處理：過濾之后，去除微量有害物質(zhì)的臭味，脫氯廢水處理：深度處理，微量污染物。①脫色、除臭②去除重金屬離子③脫除溶解性有機(jī)物④去除放射性物質(zhì)教材P52吸附在水處理中的應(yīng)用給水處理：過濾之后，去除微量有害127膜分離法概述1擴(kuò)散滲析法2電滲析

3反滲透4超濾

膜分離法概述128概述凡是使溶液中一種或幾種成分不能透過，而其它成分能透過的膜都叫半透膜。半透膜最大的特點(diǎn)是選擇透過性。

膜分離法就是用一種特殊的半透膜將溶液隔開，使溶液中的某種溶質(zhì)或溶劑（水）滲透出來，從而達(dá)到分離溶質(zhì)的目的。概述凡是使溶液中一種或幾種成分不能透過，而其它成分能129概述根據(jù)采用的膜的種類不同和分離的推動(dòng)力不同，膜分離法可區(qū)別如下：

分離過程推動(dòng)力膜用途擴(kuò)散滲析濃度差滲析膜分離溶質(zhì)，回收酸、堿等電滲析電位差離子交換膜分離離子，用于回收酸、堿，苦咸水淡化反滲透壓力差反滲透膜分離小分子溶質(zhì)，用于海水淡化、去除無機(jī)離子或有機(jī)物超濾壓力差超過濾膜截留分子量大于500的大分子，去除粘土、植物質(zhì)、油漆、微生物等概述根據(jù)采用的膜的種類不同和分離的推動(dòng)力不同，膜分離130概