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第四章污水的吸附法 离子交换法 萃取法和膜析法处理 第一节吸附法 处理对象 一 吸附原理 污水中无机的 有机的 难于生物降解 溶解物质或胶体物质 分类 物理吸附 化学吸附 分子引力 范德华力 吸附多种吸附质 化学键吸附一种或多种吸附质 吸附等温式 被吸附物的量与浓度之间的关系式 一定的吸附剂所吸附物质的数量与此物质的性质 浓度 温度有关 第一节吸附法 1 弗劳德利希等温式 lg y m 与lg 成线性关系 斜率1 n 截距lgK 低浓度时适用 第一节吸附法 2 朗格缪尔等温式 K 与最大吸附量及吸附能有关常数K1 与吸附能有关的常数 二 影响吸附的因素 1 衡量吸附过程的指标 吸附能力 吸附剂的吸附量大小 吸附速度 单位重量 单位时间所吸附的物质的量 决定接触时间 第一节吸附法 二 影响吸附的因素 2 多孔吸附剂吸附过程 A 颗粒外部扩散阶段 吸附质扩散到吸附剂表面 B 孔隙扩散阶段 吸附质在吸附剂孔隙中向吸附点扩散 C 吸附反应阶段 吸附质被吸附在吸附剂孔隙内吸附点表面 吸附速度 外部扩散速度 溶液浓度 吸附剂比表面积有关孔隙扩散速度 吸附剂孔隙 吸附质颗粒大小 结构决定 3 物理化学性质 极性分子型 吸附剂吸附 极性分子型 的吸附质 非极性分子型 吸附剂吸附 非极性分子型 的吸附质离子型 异性相吸 1 吸附质溶解度越低 越容易被吸附 2 吸附质浓度升高而吸附量有限度地增加 第一节吸附法 二 影响吸附的因素 4 pH值 活性炭在酸性条件下比碱性条件下的吸附量高 5 吸附反应常为放热 低温有利 对气相明显 液相不明显 三 吸附剂 1 活性炭 粉末状 吸附能力强 价格低 再生困难 劳动条件差 颗粒状 吸附能力强 价格贵 能再生 劳动条件好 常用 再生 吸附剂本身结构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 恢复它吸附能力 第一节吸附法 三 吸附剂 1 活性炭 活性炭再生方法 加热再生 高温 吸附质从活性炭脱离有机物 氧化 分解成气态 化学再生 通过化学反应 使吸附质转化为易溶于水的物质而解吸 吸附苯酚的活性炭 用NaOH浸泡 形成酚钠盐 粉末活性炭在高温 高压下 氧化分解反应得到再生 2 腐植酸类吸附剂 天然含有腐植酸的风化煤 泥煤 褐煤富含腐植酸物质 粘合剂 腐植酸系树脂 1 腐植酸性质与酸性物质相似 所含活性基因吸附阳离子 吸附作用包括离子交换 螯合 表面吸附 凝聚等 2 吸附的阳离子包括 Hg Cr Zn Pb Cu等重金属 3 吸附饱和后 可用硫酸 盐酸 NaCl进行解吸 4 存在问题 吸附容量不高 适用pH值范围小 机械强度低 第一节吸附法 四 吸附工艺和设备 操作方式 间歇式 连续式 混合 搅拌 30min 静沉 澄清排除 固定床 移动床 流化床 定期更换部分吸附剂 吸附剂在吸附塔中呈膨胀状态 吸附塔中固定 第一节吸附法 五 吸附法在污中处理中应用 1 活性炭对有机物的吸附 活性炭对绝大部分有机物有很强的吸附能力 尤其有些有机物不能用生物处理或其他氧化法处理时 常用于深度处理 优点 处理程度高 应用范围广 对废水中绝大部分有机物都有效 对水量和有机负荷变动具有较强的适应性能 可重复再生 再生过程使吸附的有机物被烧掉产生污泥 可回收物质 处理含酚废水 碱再生时 可回收酚钠盐 2 活性炭对无机物的吸附 应用不是很广 但对某些金属及其化合物有很强的吸附能力 第二节离子交换法 实质 离子交换剂 不溶 可交换离子与溶液中的其它同性离子的交换反应 可逆反应 平衡状态下有 应用 水的软化 水的除盐 废水处理 金属离子的去除 K 1时 反应才能顺利向右进行 K越大 越有利交换反应 K值大小 定量反映在离子交换剂对某两个固定离子交换选择性的大小 第二节离子交换法 一 离子交换剂 1 无机 合成沸石 天然沸石 2 有机 A 磺化煤 浓硫酸对天然煤进行磺化处理后得 容量低 强度差 稳定性差B 离子交换树脂 人工合成的高分子聚合物 由树脂本体和活性基因两部分组成 母体 最常见 苯烯聚合物 线性离分子有机物 加入交换剂 二烯苯 形成相互交联 构成立体网状结构 母体定外形 球状颗粒大颗粒 0 6 0 12mm中颗粒 0 3 0 6mm小颗粒 0 02 0 1mm 活性基团 A 固定离子 固定在树脂的网状骨架上B 活动离子 真正发生交换的离子 常见分类 凝胶型树脂 大孔型树脂 多孔凝胶型树脂 巨孔型树脂 高巨孔型树脂 活性基团分 1 阴离子交换树脂 强碱性pH 1 12 弱碱性pH 0 7 2 阳离子交换树脂 强酸性 1 14 弱酸性 5 14 3 螯合树脂4 氧化还原树脂5 两性树脂 第二节离子交换法 二 离子交换树脂的选用 1 有效pH值范围 强酸 强碱性 基本不受pH值影响 弱酸性在碱液中交换能力强 弱碱性在酸液中交换能力强 2 交换容量 mol kg 干树脂 mol l 湿树脂 全交换容量 一定量树脂所具有的活性基团或可交换离子的总数量 工作交换容量 树脂在给定条件下实际的交换能力 全交换容量确定 滴定法 计算法例 强酸性阳离子为例苯乙烯型离子交换树脂 每克树脂具有可交换离子H 为1 184 6 0 00542mol g或5 42mol kg 干树脂 假设交联剂所占份量为8 则全交换容量 5 42 92 4 98mol kg 干树脂 第二节离子交换法 二 离子交换树脂的选用 3 交联度 交联剂用量影响交联度 交联度对树脂的许多性能有决定性影响 交联度高 1 孔隙度低 密度较大 离子扩散速度较低 2 对半径大的离子和水合离子交换量较小 3 浸泡水中 水化度低 形变小 比较稳定 不易碎裂 常用交联度7 10 4 交换势 交换势 反映交换离子取代树脂上可交换离子的难易程度 离子交换的选择性 交换势大的离子先交换 同一交换树脂 平衡常数K随交换离子M 不同而不同 K值越大 交换势越大 4 交换势 离子交换势规律 离子交换树脂本身 化学性质 外界温度 离子浓度 常温 低浓度时 阳离子价位越高 交换势越大 强酸性阳离子型交换树脂 Fe3 Cr3 Al3 Ca2 Mg2 K Na 常温 低浓度时 同价阳离子 原子序数愈高 交换式越大 稀土元素相反 H 对阳离子交换树脂的交换势 1 强酸性阳离子交换树脂Na H Li 2 弱酸性阳离子交换树脂H 最大 常温 低浓度时 弱碱性阴离子交换树脂酸根离子交换势 硫酸根 CrO42 柠檬酸根3 酒石酸根2 NO3 AsO43 PO43 强碱性阴离子交换树脂 无规律 离子量高的有机离子和金属络合离子的交换势特别大 二 离子交换树脂的选用 大孔型树脂具有很强的吸附性能 可吸附非离子型杂质 1 分类 固定床 单层床 双层床 混合床 三 离子交换的工艺和设备 连续床 移动床 流动床 2 离子交换系统组成 预处理设备 离子交换器 再生附属设备 3 离子交换操作步骤 交换 影响因素 树脂层高度 水流速度 原水浓度 树脂性能和再生程度 反洗 目的 松动树脂层 便于再生操作时 再生液分布均匀 及时清除积存在树脂层内的杂质 碎粒 气泡 反洗用原水 膨胀40 60 历时15min 再生 通过较高浓度的再生液将树脂层内被吸附的离子置换出来 恢复交换能力 三 离子交换的工艺和设备 3 离子交换操作步骤 清洗 用水 交换处理后的净水 用水量一般为树脂体积的4 13倍 目的 清洗掉树脂层内残留的再生废液 4 离子交换树脂分类 命名 型号 凝胶型离子交换树脂 分类代号 骨架代号 顺序号 胶联度数值 例 732 强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂 001 7 第三节萃取法 一 概述 萃取 用适当的溶剂分离混合物的过程 液 液萃取固 液萃取 1 原理 2 萃取选取方法 萃取剂 连续相 萃取物 分散相 废水中杂质在水中和有机萃取剂中溶解度不同 技术上 经济上 二 萃取剂的选用 萃取剂自身在水中溶解度低 对萃取物的溶解度高 对水中其他物质溶解度低 表征萃取剂的溶解性能 分配系数 随温度 浓度变化而变化 萃取剂在废水中不会乳化 容易同废水分离 第三节萃取法 二 萃取剂的选用 萃取剂易于再生 物理法 蒸馏 蒸发 化学法 反萃取 价格低 萃取容易 三 萃取过程 1 概念 级数 料液被萃取的次数 效数 萃取剂使用的次数 分类 单级萃取 或单效萃取 多级单效萃取 多级多效萃取 第三节萃取法 三 萃取过程 2 萃取剂用量计算 第三节萃取法 三 萃取过程 3 萃取推动力 推动力大小 实际浓度 平衡浓度差值大 传质速率越快 传质过程中 物质传递量公式 G KAA CA KBA CB 第三节萃取法 四 萃取设备 1 分类 罐式 萃取器 塔式 萃取塔 离心机式 离心萃取机 2 萃取器 用途 常用固 液萃取 分单级萃取 多级萃取 3 萃取塔 筛板萃取塔 脉动筛板萃取塔 转盘萃取塔 填料萃取塔 第四节膜析法 一 概述 利用薄膜使溶剂与溶质或微粒分离的方法 用隔膜分离溶液时 使溶质通过膜的方法称渗析 以电动势推动力 电渗析 电渗透 用隔膜分离溶液时 使溶剂通过膜的方法称渗透 根据溶质或溶剂透过膜的推动力不同 以浓度差为推动力 扩散渗析 自然渗透 以压力差为推动力 压渗析 超滤 反渗透 微孔过滤 一 概述 第四节膜析法 1 原理 使高浓度溶液中的溶质透过薄膜向低浓度溶液中迁移过程 半透膜 对溶质的渗透性有选择作用 推动力 膜两侧溶液浓度差 2 薄膜 二 渗析法 扩散渗析法 分三类 依靠薄膜中 孔道 大小分离大小不同的分子或粒子 依靠薄膜的离子结构分离性质不同的离子 依靠薄膜的有选择的溶解性分离某些物质 3 应用 第四节膜析法 三 电渗析法 1 应用 海水淡化 综合利用 2 交换膜要求 离子交换膜能耐酸 耐碱 防氧化等特性 回收酸 碱 充分利用膜的组合 A 阴膜 复合膜 一面阴 一面阳 回收酸B 阳膜 中性膜 解决阴膜有机污染 选择合理的膜 提高渗析效率 第四节膜析法 四 反渗透法 1 概念 渗透 纯水 盐水半透膜隔开 水分子透过半透膜进入盐水区 使透区上升 到某值为止 两液面的差值即为渗透压 2 渗透压 反渗透 在盐水区施压 渗透压 水回流向纯水区 溶质被截留 渗透压PaR 理想气体常数PaL molKi 系数 表示溶质离解状态 1T 绝对温度 KC 溶质浓度mol L 3 渗透膜 醋酸纤维膜芳香族聚酰胺膜 第四节膜析法 四 反渗透法 4 反渗透装置 板框式 反渗透膜贴在多孔透水板单侧或多侧 再紧贴在不锈钢或环氧玻璃钢承压板两侧构成元件层叠合 管式 膜装在耐压微孔承压管的内侧或外侧 螺旋式 两层反渗透膜中间夹一层多孔