环境工程化学 2

第三节氮与磷在环境中的循环作用一、氮的循环作用氮循环包括氮素同化作用、氨化作用、硝化作用、反硝化作用及固氮作用。氮素同化：植物体或微生物吸收无机氮(NO3-、NH4+、N2)，把它们同化为转化为有机态氮(氨基酸、蛋白质、核酸等)的过程。氨化作用:又叫脱氨作用，微生物分解有机氮化物产生氨的过程。产生的氨，一部分供微生物或植物同化，一部分被转变成硝酸盐。硝化反应：由氨根离子转化为硝酸盐反硝化：由硝酸盐经亚硝酸盐转化为氮气的过程固氮：是将气态氮转化为离子形式下面以含氮化合物的脱氨反应，讲述氨化作用：,（）蛋白质的分解氨化过程一般可分为两步:第一步是含氮有机化合物（蛋白质、核酸等）降解为多肽、氨基酸、氨基糖、核甘酸等简单含氮化合物；第二步则是降解产生的简单含氮化合物在脱氨基过程中转变为NH3。氨基酸的脱氨过程方式很多，在脱氨基酶的作用下，可通过氧化脱氨基、还原脱氨基、水解脱氨基以及转饱合脱氨基作用，生成相应的有机酸，并释放氨：氨基酸还可以通过脱羧基反应降解，形成胺类物质：,环境中绝大多数异养微生物都具有分解蛋白质、释放出氨的能力。,(2)核酸的分解：核酸在完成转氨分解第一步后，生成核苷酸，再分解为核苷与磷酸后，进一步分解为核糖或脱氧核糖与生物碱。含氮的生物碱经脱氨基产生氨，以腺嘌呤为例，腺嘌呤在脱氨基酶作用与，生成次黄嘌呤，次黄嘌呤在次黄嘌呤酶作用下，被氧化成黄嘌呤，黄嘌呤在黄嘌呤酶作用下，产生尿酸，尿酸进一步分解成尿素和乙醛酸，尿素分解成成氨与CO2。,(3)其它含氮有机物的分解除了蛋白质、核酸外，还有尿素、尿酸、几丁质、卵磷脂等含氮有机物，它们都能被相应的微生物分解并释放出氨。凡能产生尿酶的微生物都能分解尿素，尿素在酸、碱、酶作用下，都能水解生成氨与CO2：,硝化作用：硝化作用是指氨在微生物作用下氧化为硝酸（盐）的过程。第一阶段为亚硝化，即铵根（NH4+)氧化为亚硝酸根（NO2-）的阶段。参与这个阶段活动的亚硝酸细菌主要有5个属：亚硝化毛杆菌属(Nitrosomonas)；亚硝化囊杆菌属(Nitrosocystis)；亚硝化球菌属(Nitrosococcus)；亚硝化螺菌属(Nitrosospira)和亚硝化肢杆菌属(Nitrosogloea)。其中，尤以亚硝化毛杆菌属的作用居主导地位，常见的有欧洲亚硝化毛杆菌(Nitrosomonaseuropaea)等。第二阶段为硝化，即亚硝酸根（NO2-）氧化为硝酸根（NO3-）的阶段。参与这个阶段活动的硝酸细菌主要有3个属：硝酸细菌属(Nitrobacter)；硝酸刺菌属(Nitrospina)和硝酸球菌属(Nitrococcus)。其中以硝酸细菌属为主，常见的有维氏硝酸细菌(Nitrobacterwinogradskyi)和活跃硝酸细菌(N.agilis)等。,反硝化过程：也称脱氮作用。反硝化细菌在缺氧条件下，还原硝酸盐，释放出分子态氮（N2）或一氧化二氮（N2O）的过程。总的反硝化过程可以用以下方程式表示：2NO3-+10e+12HN2+6H2O其中包括以下四个还原反应还原反应：硝酸盐还原为亚硝酸盐：2NO3-+4H+4e2NO2-+2H2O亚硝酸盐还原为一氧化氮：2NO2-+4H+2e2NO+2H2O一氧化氮还原为一氧化二氮：2NO+2H+2eN2O+H2O一氧化二氮还原为氮气：N2O+2H+2eN2+H2O,固氮作用：是分子态氮被还原成氨和其他含氮化合物的过程。自然界氮（N2）的固定有两种方式：一种是非生物固氮，即通过闪电、高温放电等固氮，这样形成的氮化物很少；二是生物固氮，即分子态氮在生物体内还原为氨的过程。大气中90%以上的分子态氮都是通过固氮微生物的作用被还原为氨的。根据固氮微生物的固氮特点以及与植物的关系，可以将它们分为自生固氮微生物、共生固氮微生物和联合固氮微生物三类。,自生固氮微生物自生固氮微生物在土壤或培养基中生活时，可以自行固定空气中的分子态氮，对植物没有依存关系。常见的自生固氮微生物包括以圆褐固氮菌为代表的好氧性自生固氮菌、以梭菌为代表的厌氧性自生固氮菌，以及以鱼腥藻、念珠藻和颤藻为代表的具有异形胞的固氮蓝藻（异形胞内含有固氮酶，可以进行生物固氮）。固氮效率低。,共生固氮微生物共生固氮微生物只有和植物互利共生时，才能固定空气中的分子态氮。共生固氮微生物可以分为两类：一类是与豆科植物互利共生的根瘤菌，以及与桤木属、杨梅属和沙棘属等非豆科植物共生的弗兰克氏放线菌；另一类是与红萍（又叫做满江红）等水生蕨类植物或罗汉松等裸子植物共生的蓝藻。由蓝藻和某些真菌形成的地衣也属于这一类。固氮效率高。,联合固氮微生物有些固氮微生物如固氮螺菌、雀稗固氮菌等，能够生活在玉米、雀稗、水稻和甘蔗等植物根内的皮层细胞之间。这些固氮微生物和共生的植物之间具有一定的专一性，但是不形成根瘤那样的特殊结构。这些微生物还能够自行固氮，它们的固氮特点介于自生固氮和共生固氮之间，这种固氮形式叫做联合固氮。生物固氮过程可以用下面的反应式概括表示：N2+6H+nMg-ATP+6e-（酶）2NH3+nMg-ADP+nPi固氮酶对氮不是特异的，它还可以还原CN-、乙炔和若干化合物。,微生物固氮的应用：一些来自化工废水、国防工业废水、电镀废水等含氮物质，如氢氰酸、乙腈、丙腈、正丁腈、丙烯腈及硝基化合物，它们对水体、对环境、对人畜都有不同程度的危害，然而某些微生物可利用它们作为氮源，在碳源等存在下，可将有害物质变成微生物自身的营养物。有些微生物也可分解不同含氮的污染物，从而达到治理废水中有害污染物的目的。,（三）微生物与水体中的氮素循环自然水域中，在好氧或厌氧条件下，通过微生物固氮作用固定的氮，以及有机物通过氨化作用释放的氨，既可被许多生物作为唯一氮源而同化，也可在好氧条件下被硝化菌氧化，经亚硝酸盐进而转化为硝酸盐，即硝化作用。生成的硝酸盐，是藻类及一些微生物生长所需的营养，在厌氧区不发生硝化作用，形成的氨一部分被生物质同化，较多部分积累起来。已形成的硝酸盐则因反硝化作用，而还原为气态氮（N2,N2O）。水体环境中的氮素循环如图3-13所示。在自然界水体中，不断地进行着氮素的同化、氮化、固氮、硝化和反硝化，微生物起着极其重要的作用。通过这样的循环保持着水体环境中氮素平衡。,二、磷在环境中的循环过程（一）环境中的磷磷是包括微生物在内的所有生命体中不可缺少的元素。在生物大分子核酸、高能量化合物ATP、以及生物体内糖代谢的某些中间体中，都有磷的存在。磷的循环：包括可溶性无机磷的同化、有机磷的矿化、不溶性磷的溶解等。可溶性的无机磷化物的同化：可溶性的无机磷化物被微生物吸收后合成有机磷化物，成为生命物质结构组分（同化作用）的过程。有机磷的矿化：在土壤中，许多的细菌、放线菌和霉菌等含有植酸酶和磷酸酶，能够将含磷的有机物分解（异化作用），产生的无机磷化物可被植物吸收利用。不溶性磷的溶解：土壤中的磷酸或可溶性的磷酸盐与土壤中的一些盐基结合，形成不溶性的磷酸盐。在天然水体中，大部分的磷存在于水下的沉积物中。而生活在土壤和水体中的一些微生物，通过代谢产生的硝酸、硫酸和有机酸又可将不溶性的磷酸盐溶解，从而使自然界中的磷素循环周而复始的不断进行。应当指出，如果人类活动将含磷物质大量排放到水环境中，可溶性磷酸盐浓度过高会造成蓝细菌及其它藻类大量增殖，即常说的富营养化作用，从而破坏环境的生态平衡。,（二）磷的循环作用.有机磷的矿化动植物、微生物体中的含磷有机物有核酸、磷脂、植素以及各种磷脂酸，它们均可被微生物分解。核酸的矿化：核酸首先在核酸酶作用下，水解成核苷酸，核苷酸又在核苷酸酶作用下，分解成核苷与磷酸，完成有机磷的矿化；核苷又核苷酶作用下，水解成核糖与五种不同生物碱，生物碱脱氨产生氨，完成有机氨的矿化。如：,磷脂卵磷脂是含胆碱的甘油磷酸脂，其结构如下：它可以被微生物卵磷脂酶水解为甘油、脂肪酸、磷酸和胆碱，胆碱进一步分解成氨与二氧化碳、有机酸与醇。,植素：植素是由植酸（肌醇六磷酸脂）和钙、镁结合成的盐类。植素在土壤中分解很慢，经微生物的植酸酶分解为磷酸和CO2。,2.难溶性无机磷的可溶化作用在土壤中存在难溶性的无机磷化合物（例如磷酸钙、磷灰石矿石），植物与微生物不能直接利用，必须经过微生物分解为溶解性的磷酸盐才能被植物和微生物吸收利用。环境酸性增大，可使磷酸钙转化成磷酸氢钙与二氢钙，从而使钙可溶性增大。也可与异养微生物的生命活动产生的有机酸和碳酸，微生物在硝化作用中产生的亚硝酸、硝酸；硫酸化作用中产生的硫酸；在呼吸作用中产生的二氧化碳溶于水产生的碳酸等作用，都可促进磷的溶解。例如：可溶性磷酸盐被植物、藻类及其它微生物吸收利用，同化成卵磷脂、核酸及ATP等。,磷酸盐在厌氧条件下，被梭状芽孢菌、大肠杆菌等还原作用形成PH3:磷灰石、正长石、玻璃等被硅酸盐细菌分解，产生水溶性的磷酸盐。,3.磷的同化作用无机磷通过生物转化变为有机磷，成为细胞的组成成分，称为磷的同化作用或磷的固化作用。磷对农业十分重要，土壤中往往不足，必须施入磷肥以满足农作物生长和微生物发育的需要。影响磷的同化作用主要因素有：碳、氮以及pH和环境温度。生物同化过程需要适量的碳、氮、磷。异养微生物的同化作用需要适量的有机碳。若则微生物对磷的转化作用会受到限制；合适的pH和环境温度有利于微生物代谢活动，也有利于对磷的转化，反之则限制了磷的转化。,例如秋季池塘中水温下降，藻类死亡，有机磷被异养微生物分解，释放无机磷；释放的无机磷须待来年气温转暖，水温合适后才能被细菌和藻类同化。磷的同化作用与水体富营养化防治水体中如进入的磷酸盐过多，会造成富营养化，其来源主要为磷肥流失，含磷废水（如含磷洗涤剂等）和二级生化处理出水所含磷酸盐。怎样有效地对磷污染进行控制和治理，充分利用微生物对磷的同化作用，已成为水体富营养化防治研究中的重要课题。,第四节各种重要化合物在环境中的环境行为和生态效应（与前内容重复，略）,第五节污染物的分离原理与技术在环境工程中分离过程主要包括萃取法、离子交换与吸附法、膜分离法，下面对这几种分离过程的原理、影响因素、设备和工艺等作一介绍。一、萃取法（一）萃取过程液液萃取是指两个完全不互溶或部分互溶的液相接触后，一个液相中的溶质经过物理或化学作用另一个液相，或在两相中重新分配的过程。在萃取的过程中，所使用的萃取溶剂称为萃取剂。在废水处理中欲萃取的溶质在水相与萃取溶剂中的溶解度不同，有三个步骤：将萃取剂加入水废水中，并使它们充分混合接触，废水中有害物质因在萃取剂中的溶解度大于水相，所以当溶质在水相与萃取相达平衡后，大部分有害物质进入萃取剂中；废水与萃取剂分离含有害物质萃取物从萃取剂中分离，萃取物作为有用的副产品；而萃取剂则回用于萃取过程。,（二）萃取过程的基本原理“在定温、定压下，若一个物质溶解在两个同时存在的互不相溶的液体里，达到平衡后，该物质在两相中浓度之比等于常数”，这称为分配定律。用公式表示为：cB1/cB2=K式中cB1和cB2分别为溶质B在两个互不相溶的溶剂中的浓度，K称为分配系数当溶液浓度不大时，活度比可用浓度比代替，就得到分配定律的经验式。若原来料液中除溶质还有溶质，则由于、在萃取剂与料液中分配系数不同，选用合适的萃取剂进行分离。,（三）萃取剂的选择在液-液萃取中，萃取剂的性质和价格影响萃取效果和费用，也影响萃取物的产量和质量。其选取原则：对溶质的溶解度要远大于原溶剂和原溶液中的溶剂互不相溶、粘度小，界面张力适中，便于两相分离；萃取剂的回收和再生容易，化学稳定好；萃取剂价格要低廉，供应要充沛。,（四）萃取设备萃取设备型式很多，可按结构分为三大类：罐式（萃取器）、塔式（萃取塔）和离心机式（萃取机），其中塔式设备最常见。无论那种萃取设备，首先必须完成萃取两相的混合（萃取）与分离。混合充分是基础；分离完全是结果。罐式萃取器通常是间歇操作的，装料、搅拌、静澄和出料等四个步骤构成一个循环。而萃取塔与萃取离心机则是连续操作的。萃取器是一个具有搅拌设备的圆筒形容器。在混合时，开动搅拌设备，在静澄分离时，关闭搅拌设备。搅拌与静澄分离的时间可以调节。可以是单级也可以是多级萃取。,在萃取塔内，重液从顶部流入，萃取分离后从底部流出；而轻液则从底部流入，萃取分离后从顶部流出；在塔身中部，轻重液相充分混合、充分接触，完成萃取；在塔顶与塔底有充分的空间与断面，让轻重液彼此完全分离。常用的萃取塔有以下几种：筛板萃取塔如图3-19（a），塔身用筛板（多孔板）分隔成若干段，筛板上附有导流管，塔上半身的导流管都是向上装的；塔下半身的导流管都是向下装的；塔上部重液为分散相，轻液为连续相；塔下部重液为连续相，轻液为分散相；连续相是通过导管从一端流向另一端；分散相是通过孔眼从一段流向另一段。,转盘萃取塔转盘萃取塔也是一种有搅拌作用的萃取塔。如图3-19（b）塔身由若干环形隔板分隔成若干段，每段中央有一块装在一根中心竖轴上的园盘，竖轴由电动机带动回转，在塔上部的重液流入管与塔下部的轻液入流管都同塔身相切，液流方向与园盘旋转方向一致。在园盘的旋转作用下，一相分散，其液滴的大小同转速有关，影响萃取效率。塔顶和塔底是分离室，各个环形隔板和网格与入流区分隔，以消除液流的动能，保证分流室不受圆盘转动的影响。,填料萃取塔填料萃取塔如图3-19（C）所示，塔身填充填料。在操作时，流入萃取塔的重液与轻液通过布液装置较均匀地分布在整个塔的断面上，在流过填料时相互接触，完成萃取过程。,二、吸附法固体表面因比表面积大，表面能高，为了使其更加稳定，主要是通过吸附其它物质在其表面，降低表面能。被吸附的物质称吸附质；固体物质称为吸附剂。工业废水处理中，常用的吸附剂有：硅胶、分子筛、活性炭等。吸附量通常有两种表示方法：(1)单位质量的吸附剂所吸附气体的体积：(2)单位质量的吸附剂所吸附气体物质的量：目前常用Langmuir吸附等温式。,Langmuir吸附理论的基本假设是：固体颗粒表面是均匀的，被吸附分子间的作用力互不影响；分子在其表的吸附是单分子层，固体表面一旦被吸附质覆盖就不能被再吸附其它分子。在吸附平衡时，吸附与脱附达动态平衡。吸附平衡前，吸附速率与固体表面的空白成正比，解吸速率与覆盖度成正比。设固体颗粒表面的吸附总数为N，覆盖度为，溶液中吸附质的浓度为c，根据上述假设有吸附速率：r吸=k1N(1-)c(k1为吸附速率常数)脱附速率：r脱=k-1N(k-1为脱附速率常数)当吸附平衡时：r吸=r脱即k1N(1-)c=k-1N由此得出：（）,式中称为吸附平衡常数，其值决定于吸附剂和吸附质的性质与温度，值越大，吸附剂的吸附能力就越强。若用表示浓度c时达吸附平衡时的吸附量，以表示全部吸附位被占据时单分子层的吸附量，即饱和吸附量，则有：代入（）整理得：作c图，从直线斜率可求出。若每个吸附质分子在吸附剂上所占据面积为，则吸附剂的比表面积可按下式计算吸附分物理吸附与化学吸附。,（二）影响吸附的因素吸附能力与吸附速率是衡量吸附过程的主要指标。固体吸附剂的吸附能力是用吸附量来表示；吸附速率是指单位重量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量。在水处理中，吸附速率决定了污水需要与吸附剂接触的时间。吸附速率快，则所需要的接触时间就短，吸附设备的容量就小。多孔吸附剂的吸附过程，可分为三个阶段：（）颗粒部外部扩散阶段；（）孔隙扩散阶段；（）吸附质被吸附在孔隙吸附点表面。通常前（）（）阶段决定吸附速率。颗粒部外部扩散速度与溶液浓度成正比，也与吸附剂的比表面积（颗粒越小比表面积越大）成正比；同时增大溶液与颗粒间的相对运动速率也可提高外部扩散速率。孔隙扩散速率与孔隙大小与结构、吸附剂颗粒的大小和结构等都有关。一般，吸附剂颗粒越小，孔隙扩散速率越快。吸附能力也与吸附剂与吸附质本身的物理化学性质、吸附温度、介质pH等有关。,（三）吸附剂及再生活性炭：加热再生与化学再生。（四）吸附工艺与设备吸附操作方式分为间歇式和连续式。间歇式是将废水和吸附剂放在吸附池内直行搅拌30分，然后静置沉淀，排除清液。连续式吸附主要采用固定床、移动床和流化床。,固定床式吸附固定床式吸附即吸附剂固定不动，水流通过吸附层，水处理工艺中最常用的一种方式。当废水连续通过填充吸附剂的吸附设备（吸附塔或吸附池）时，废水中的吸附质便被吸附剂吸附。若吸附剂数量足够时，从吸附设备流出的废水中吸附质的浓度可以降低到零。吸附剂使用一段时间后，出水中吸附质的浓度逐渐增加，当增加到某一数值时，应停止通水，将吸附剂进行再生。吸附和再生可在同一设备内交替进行，也可将失效的吸附剂卸出，送到再生设备进行再生。,移动床式吸附这种操作方式是原水与吸附剂逆流接触，处理水由塔顶流出，再生后的再生剂由塔顶加入。饱和的吸附剂间歇从塔底排出。这种方式可连续进行，适用于较大规模的废水处理。下图是移动床吸附工艺流程。,移动床吸附工艺流程1、进水；2、移动床；3、出水；4、输炭管；5、新炭贮槽；6、饱和炭贮槽；7、脱水格网；8、再生炉；9、再生炭；10、再生炭贮槽；11、空压机；12、饱和炭,三、离子交换法（一）离子交换法原理利用液相中的离子和固相中离子间所进行的可逆性化学反应提纯或分离物质的方法。是一种特殊的化学吸附。离子交换是可逆反应，其反应式可表达为：当达离子交换平衡时，存在如下关系式：是平衡常数，值越大，正向离子交换能力越强，逆向越弱；反之逆向越强，正向越弱。,（二）离子交换剂离子交换剂通常是一种不溶性高分子化合物，如树脂，纤维素，葡聚糖，醇脂糖等，它的分子中含有可解离的基团，这些基因在水溶液中能与溶液中的其它阳离子或阴离子起交换作用。离子交换剂分为无机质和有机质两类。无机质主要是沸石，有机质有磺化煤和离子交换树脂。磺化煤是烟煤用浓硫酸磺化的产物，是阳离子交换剂，含有磺酸基、羧基和酚羟基，用于水的脱碱软化。磺化煤价廉，但性能随煤种而异，交换容量较低，性脆易碎，不耐磨耗。离子交换树脂大都是苯乙烯与二乙烯苯的共聚物，也有的是丙烯酸系的共聚物或苯酚甲醛的缩聚物。离子交换树脂按它的交换基团分成阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两大类：阳离子交换树脂又分为强酸性与弱酸性，前者具有的磺酸基交换基团，适用于所有的酸性溶液,后者则是羧基、膦酸基或酚羟基,仅能用于中性至碱性溶液，但交换容量大，容易再生。阴离子交换树脂又分为强碱性与弱碱性，前者带有季胺基，适用于所有酸度的溶液，还能交换吸附弱酸；后者带有叔胺基或仲胺基，仅能用于中性至酸性溶液，但交换容量大，容易再生。,离子交换树脂按物理结构又分为凝胶型和大孔型，前者是外观透明的均相凝胶结构，离子通过基体的大分子链间孔隙，才能扩散到交换基团附近，只适用于交换一般无机离子。此外，还有大孔离子交换树脂，在它的颗粒内有毛细孔道，具有非均相凝胶结构，适用于交换分子量较大的有机离子。近年为适应生物化学工程的需要，在葡聚糖或纤维素上引入交换基团，用于提取多肽、核酸等物质。,（三）离子交换剂的选用对不同的废水，应根据废水处理对象的性质、要求处理程度等，合理地选择离子交换树脂。1离子交换树脂有交效的pH值范围强酸、强碱性离子交换树脂，在水中电离能力强，因此交换能力与pH无关；弱酸性离子交换树脂只有在高pH介质，电离能力强，对阳离子体现出高的离子交换能力；弱碱性离子交换树脂只有在低pH介质，电离能力强，对阴离子体现出高的离子交换能力；,交换容量通常所说的离子交换剂的交换容量是指离子交换剂所能提供交换离子的总量，又称为总交换容量。影响交换容量的因素很多，主要可以分为两个方面，一方面是离子交换剂颗粒大小、颗粒内孔隙大小以及所分离的样品组分的大小等的影响。另一些影响因素如实验中的离子强度、pH值等主要影响样品中组分和离子交换剂的带电性质。一般pH对弱酸和弱碱型离子交换剂影响较大。,交联度树脂的交联度，即树脂基体聚合时所用交联剂的百分数，对树脂的性质有很大影响。如苯乙烯、丁二烯、丙烯腈、甲基丙烯酸等聚合性单体共聚，制备离子交换树脂时，所使用的二苯乙烯，富有反应性，能生成三维结构的不溶聚合物，用作交联剂。交联度高的树脂聚合得比较紧密，坚牢而耐用，密度较高，内部空隙较少，对离子的选择性较强；而交联度低的树脂孔隙较大，脱色能力较强，反应速度较快，但在工作时的膨胀性较大，机械强度稍低，比较脆而易碎。工业应用的离子树脂的交联度一般不低于4%；用于脱色的树脂的交联度一般不高于8%；单纯用于吸附无机离子的树脂，其交联度可较高。,交换势指酸性阳树脂或碱性阴树脂对不同阳离子或阴离子的吸附交换的亲和性，亦即选择交换的能力。如强酸性阳树脂对不同碱金属的交换亲和性按以下程序增加，如Li+Na+K+Rb+Cs+，对强碱性阴树脂而言，则为F-Cl-Br-I-。,（四）离子交换工艺与设备离子交换装置，按照进行方式的不同，可分为固定床和连续床两大类。用于废水处理的离子交换系统一般包括：预处理设备（一般采用砂滤器）、离子交换器和再生附属设备（再生液配制设备）。常用的固定床离子交换器见图3-21所示：离子交换的运行操作包括四个步骤：交换、反洗、再生、清洗。交换过程：是离子交换树脂上的离子与溶液中的其它同性离子的反应过程；反洗过程：目的在于松动树脂层，以便下一步再生时，注入的再生液能分布均匀，同时也及时清除积存在树脂层内的杂质、碎粒和气泡。反洗：用原水，反洗使树脂膨胀40-60%。再生过程：就是交换反应的逆反应过程，借助高浓度的再生液，流过树脂层，将先前吸附交换的离子置换出来，使其恢复应用的交换能力。不同的再生液的浓度要求不同，一般在-%为宜。清洗过程：清洗是用净水将树脂层残留的再生废液清洗掉，直至出水水质同位符合要求为止。,四、膜分离法（一）定义膜是一薄层物质，能将流动相分隔开来成为两部分，是具有选择性分离功能的材料。利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。它与传统过滤的不同在于，膜可以在分子范围内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。,（二）膜的分类根据相态：可分为固态与气态膜根据来源：可分成天然与人工膜根据膜体结构可分为：固体膜可分为致密膜与多孔膜根据的功能，可分为离子交换膜、渗析膜、超滤膜、反渗透膜和气体渗透膜等根据孔径大小：可以分为：微滤膜（MF）、超滤膜（UF）、纳滤膜（NF）、反渗透膜（RO）等,（三）膜的性能膜通量和膜的过滤方式膜通量是指在一定压力下单位时间通过单位膜面积的液体量，在水处理中膜通量的单位是（m3/m2.s）。影响膜通量的主要因素有：膜阻力，单位膜面积上的驱动压力，膜表面的水动力学状况，膜污染与清洗情况等膜过滤有两个基本操作方式：全程过滤和错流过滤。全程过滤比错流过滤简单，但容易产生膜污染。在实际污水处理中，常采用错流过滤方式。,膜的分离性能参数表征膜的分离性能参数主要有两个：一个参数是各种物质透过膜的速率的比值，即分离因素，通常用截留率来表示。它表示了该体系分离的难易程度。截留率分为表观与本征截留率，其表达式如下：表观截留率：，本征截留率：Cp为溶质在渗透液侧的浓度；cb为溶质的料液主体浓度；cm为溶质在渗透产物侧的浓度。另一个参数是物质透过膜的速率，或称膜通量，即一定压力下单位时间通过单位膜面积的液体量，其定义式为：式中-膜通量，m3/m2.s；-透过液体积，m3,膜分离中的物质传递膜分离必须通过力的作用才能发生。膜分离的推动力可以是膜两侧的压力差、电位差或浓度差。在以压力差为推动力的膜分离过程中，最重要的是传质现象是对流和扩散。对流：是物料运动引起的，其流动方式与流动状态取决于动动速率。流速高时呈紊流状态；流速低时呈层流状态。一般来讲，流动速率越高，膜通量越大，因此通常希望增加膜高压侧的紊流程度。扩散是由离子、原子或分子的热运动产生的，通常称为布朗热运动。扩散的基本定律是Fick第一扩散定律，即扩散速率与浓度梯度、扩散系数成正比，颗粒越小，扩散速率越大。,浓差极化与膜污染膜浓差极化：在膜分离过程中，由于水的不断透过，使膜表面溶质的浓度高于主体溶液中溶质的浓度，这种现象称为膜的浓差极化。膜污染：通常是指不可逆吸附水中难溶盐、金属氧化物及胶体等，在膜表面形成结垢，或因微生物形成污垢（不可逆污染）。同时也包括由于浓差极化及其导致的凝胶层的形成（可逆污染），二者共同造成运行过程中膜通量的衰减。对膜污染种类与成因需具体分析，及时采取合适的措施减弱或消除它对膜分离过程的不良影响。,（四）膜分离过程膜分离过程从分离精度上划分，一般可分为四类：微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO)，他们的过滤精度按照以上顺序越来越高。微滤：微滤能截留0.1-75m之间的颗粒。微滤膜允许大分子和溶解性固体（无机盐）等通过，但会截留住悬浮物、细菌及大分子量胶体等物质。微滤膜的运行压力一般为0.7-7Kpa.超滤：超滤能截留10nm-0.1m之间的大分子物质和杂质。超滤膜允许小分子物质和溶解性固体(无机盐)等通过，同时将截留下胶体、蛋白质、微生物和大分子有机物，用于表示超滤膜孔径大小的切割分子量范围一般在500-500，000之间，超滤膜运行压力一般为0.1-0.6Mpa。,纳滤:纳滤能截留纳米级的物质。纳滤膜的操作区间介于超滤和反渗透之间，其截留有机物的分子量约200-1000左右，截留溶解盐类的能力为20%-98%之间，对可溶性单价离子的去除率低于高价离子，如对氯化钠及氯化钙的去除率为20%-80%，而对硫酸镁和硫酸钠的去除率为90%-98%。纳滤一般用于去除地表水中的有机物和色素，地下水中的硬度及镭，且部分去除溶解盐、食品和医药生产中有用物质的提取、浓缩。纳滤膜的运行压力一般为0.35-3Mpa。反渗透:反渗透是最精细的一种膜分离产品，其能有效截留所有溶解盐份及分子量大于100的有机物，同时允许水分子通过，醋酸纤维类反渗透膜脱盐率一般大于95%，反渗透复合膜脱盐率一般大于98%，反渗透的滤膜的运行压力大于一般介于苦咸水的1.2Mpa到海水的7Mpa，一般在1.5-10.5Mpa。反渗透主要用于海水及苦咸水的脱盐淡化、纯水制备以及低分子量水溶性组分的浓缩和回收。,第六节混凝与絮凝机理一、混凝的原理（一）胶体的结构：胶粒的结构比较复杂，先有一定量的难溶物分子聚结形成胶粒的中心，称为胶核；然后胶核选择性的吸附稳定剂中的一种离子，形成紧密吸附层；由于正、负电荷相吸，在紧密层外形成反号离子的包围圈，从而形成了带与紧密层相同电荷的胶粒；胶粒与扩散层中的反号离子，形成一个电中性的胶