環(huán)境工程原理課件圖文解析

第八章其他傳質(zhì)分離方法

學(xué)習(xí)目標(biāo)了解離子交換分離、氣浮分離及電解分離等環(huán)境工程中常見(jiàn)的傳質(zhì)分離方法的基本概念，在環(huán)境工程中的應(yīng)用。

掌握離子交換分離、氣浮分離及電解分離的基本原理，各種常用設(shè)備選用。第一節(jié)離子交換分離

離子交換分離是利用固相離子交換劑功能基團(tuán)所帶的可交換離子，與接觸交換劑的溶液中相同電性的離子進(jìn)行交換反應(yīng)，以達(dá)到粒子的置換、分離、去除、濃縮等目的。一、離子交換的基本原理

⑴離子交換劑

離子交換劑：離子交換樹(shù)脂無(wú)機(jī)離子交換劑（如天然與合成沸石）天然有機(jī)交換劑（如磺化煤等）離子交換樹(shù)脂的固體骨架多為苯乙烯和二乙烯苯的共聚物，它具有三維交聯(lián)結(jié)構(gòu)?？捎没瘜W(xué)反應(yīng)的方法，將某些離子功能基團(tuán)加到聚合物骨架上，將其轉(zhuǎn)變成具有離子交換性能的水溶脹性的凝膠。a-苯乙烯與二乙烯共聚物；b-丙烯酸與二乙烯共聚物a-磺化；b-陽(yáng)離子交換樹(shù)脂中的固定離子與遷移離子示意；c-氯甲基化和氨基化⑵離子交換平衡離子交換平衡規(guī)律的理論依據(jù)為質(zhì)量作用定律。

離子交換反應(yīng)為：交換反應(yīng)的平衡關(guān)系：K＝

K---離子交換平衡選擇系數(shù)。K值越大，吸著量越大，即溶液中的Bn+離子的去除率越高。根據(jù)K值的大小，可以判斷交換樹(shù)脂選擇性的強(qiáng)弱。

強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的選擇系數(shù)離子種類二乙烯苯含量離子種類二乙烯苯含量4％8％16％4％8％16％Li+H+Na+NH4+K+Rb+Cs+Ag+Tl+UO22+1.001.321.581.902.272.462.674.736.712.361.001.271.982.552.903.163.258.5112.42.451.001.472.373.344.504.624.6622.928.53.34Mg2+Zn2+Co2+Cu2+Cd2+Ni2+Ca2+Sr2+Pb2+Ba2+2.953.133.233.293.373.454.154.706.567.473.293.473.743.853.883.935.166.519.9111.53.513.783.814.464.954.067.2710.118.020.8⑶傳質(zhì)速率在離子交換過(guò)程中，同樣存在著兩個(gè)主要的傳質(zhì)阻力：①離子交換劑粒子附近的邊界層中產(chǎn)生的外部傳質(zhì)阻力。②是在粒子內(nèi)部的擴(kuò)散傳質(zhì)阻力。

一般來(lái)說(shuō)，溶液中交換離子的濃度很低時(shí)，外部傳質(zhì)是控制步驟，在分離因數(shù)或選擇性系數(shù)很高時(shí)，傾向于外部擴(kuò)散控制。二、離子交換設(shè)備

最常用的離子交換設(shè)備：1.固定床---床層固定不變，水流由上而下流動(dòng)。2.移動(dòng)床---交換設(shè)備主要由交換柱和再生柱兩部分組成。

3.流動(dòng)床---交換樹(shù)脂在連續(xù)移動(dòng)中實(shí)現(xiàn)交換和再生。三、離子交換技術(shù)的應(yīng)用⑴含汞污水的處理：

用巰基樹(shù)脂交換柱進(jìn)行處理。⑵含鎘污水的處理：用D370大孔叔胺型弱堿性陰離子交換樹(shù)脂來(lái)處理。⑶除磷脫氮：用離子交換法對(duì)城市污水進(jìn)行深度處理。第二節(jié)氣氣浮分離氣浮分離---在污水中利用大量的微小小氣泡作為為載體去粘附疏水性性懸浮固體體和乳化油油，使其隨隨氣泡浮升升到水面，，形成泡沫層，，然后用機(jī)機(jī)械方法撇撇除。一、氣浮分分離原理空氣、污水、污水中細(xì)小小顆粒物質(zhì)質(zhì)組成三相相系統(tǒng)，由于細(xì)小顆粒粘粘附到氣泡泡上時(shí)，使使氣泡界面面發(fā)生變化化，引起界界面能的變化。。ΔE＞0，界面能減減少，顆粒粒粘附在氣氣泡上；ΔE＜0，則顆粒不能能粘附于氣氣泡上，ΔE＝б（1－cosθ）不同懸浮顆顆粒與水的的潤(rùn)濕情況況二、氣浮分分離設(shè)備——?dú)飧〕貧飧〕亟Y(jié)構(gòu)構(gòu)平流式氣浮浮池的設(shè)計(jì)計(jì)⑴接觸室面積積AcAc＝⑵分離室表面面積AsAs＝⑶核算⑷氣浮池總高高H（m）＝t≥20minH=h1+h2+h3三、氣浮分離在在環(huán)保工業(yè)業(yè)中的應(yīng)用用①分離地面面水中的細(xì)細(xì)小懸浮物物、藻類以以及微絮體體；②回收工業(yè)業(yè)污水中的的有用物質(zhì)質(zhì)，如造紙紙廠污水中中的紙漿纖維及填料料等；③代替二次次沉淀池，，分離和濃濃縮剩余活活性污泥，，特別適用于那些易易于產(chǎn)生污污泥膨脹的的生化處理理工藝中；；④分離回收收油污水中中的懸浮油油和乳化油油；⑤分離回收收以分子或或離子狀態(tài)態(tài)存在的目目的物，如如表面活性劑和金屬屬離子等。。第三節(jié)電電解分離技技術(shù)一、電解分分離原理接通直流電電源后，電電解槽的陰陰極和陽(yáng)極極之間發(fā)生生了電位差，驅(qū)使正正離子移向向陰極，在在陰極取得得電子，進(jìn)進(jìn)行還原反反應(yīng)；負(fù)離子移向向陽(yáng)極，在在陽(yáng)極放出出電子，進(jìn)進(jìn)行氧化反反應(yīng)。從而而使得污水中的的污染物在在陽(yáng)極被氧氧化，在陰陰極被還原原，或者與與電極反應(yīng)產(chǎn)物物作用，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為無(wú)害害成分被分分離除去。。二、電解設(shè)設(shè)備—電解解槽電解槽的結(jié)結(jié)構(gòu)形式電解槽極板板電路結(jié)構(gòu)構(gòu)形式三、電解分分離在環(huán)保保工業(yè)中的的應(yīng)用電解凝聚法法對(duì)各類污污水處理的的工藝參數(shù)數(shù)污水來(lái)源PH電量消耗/(A.h/L)電流密度/(A.min/dm2)電能消耗/(kW.h/m3)電解電壓(單極式)/V電極金屬消耗/(g/m3)電極材料極距/mm污水電解時(shí)間/min制革廠8-100.3-0.80.5-1.01.5-3.03-5250-700鋼板2020-25毛皮廠8-100.1-0.31-20.6-1.53-5150-200鋼板2020肉類加工廠8-90.08-0.121.5-2.01.0-0.158-1270-110鋼板2040電鍍廠9-10.50.3-0.150.3-0.50.4-2.59-1245-150鋼板1020-30第四節(jié)生物處理技技術(shù)一、好氧生物處處理1.活性污泥法法⑴活性污泥法法的基本原原理①生物吸附階階段②生物氧化階階段③絮凝體形成成與凝聚沉沉淀階段⑵活性污泥法法的基本流流程活性污泥法法基本流程程圖⑶曝氣池裝置置①鼓風(fēng)曝氣式式曝氣池②機(jī)械曝氣式式曝氣池機(jī)械曝氣法法裝置簡(jiǎn)圖圖2.生物膜法依靠固著于于固體介質(zhì)質(zhì)表面的微微生物來(lái)凈凈化有機(jī)物物。⑴基本原理生物膜對(duì)污污水的凈化化作用⑵生物膜法設(shè)設(shè)備①生物濾池a.普通生物濾濾池普通生物濾濾池構(gòu)造圖圖b.高負(fù)荷生物物濾池高負(fù)荷生物物濾池剖面面圖c.塔式生物濾濾池塔式生物濾濾池②生物轉(zhuǎn)盤(pán)生物轉(zhuǎn)盤(pán)工工作情況示示意圖二、厭氧生物處處理厭氧生物處處理是在無(wú)無(wú)氧的條件件下，利用用兼性菌和和厭氧菌分解有機(jī)物物的一種生生物處理法法。1.厭氧生物處處理的基本本原理第一階段---酸性發(fā)酵階階段。第二階段---堿性發(fā)酵階階段，又稱稱作甲烷發(fā)發(fā)酵階段。。厭氧處理的的生