8-水污染控制工程-溶解态污染物的物理化学处理法.ppt

溶解态污染物处理物理化学法,第一节吸附法,第二节离子交换法,第三节膜析法,第四节其他分离方法,第一节吸附法,吸附法利用固体吸附剂的物理吸附和化学吸附性能，去除水中多种污染物的过程。,吸附内容1、吸附原理2、影响因素3、吸附剂4、吸附工艺与设备,一、吸附原理,吸附剂：固体表面有吸附水中溶解及胶体物质或吸附气体中某些物质的能力,比表面积较大的固体物质。,吸附,物理吸附,离子交换吸附,吸附剂与吸附物质之间是通过分子间引力(即范徳华力)而产生的吸附无选择性,吸附剂与被吸附物质之间产生化学作用，生成化学键引起吸附有选择性,化学吸附,吸附质由于静电引力被吸附在吸附剂表面的带电点上，此吸附为离子交换吸附,表明被吸附物的量与浓度之间的关系式称为吸附等温式。,1.Freundlich等温式,对上式取对数，可得：,qe=KfCe1/n,lgqe=lgKf+lgCe,2.Langmuir等温式,该公式是在被吸附物质仅为单分子层的假定下导出的，形式为：,将上式变换成以下形式，使用时较方便：,qe=,二、影响吸附的因素,吸附速度主要取决于外部扩散速度和孔隙扩散速度。,吸附剂的物理化学性质和吸附质的物理化学性质对吸附有很大影响。,三、吸附剂,1.活性炭,在水处理中较多采用颗粒活性炭。,再生是在吸附剂本身的结构基本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,恢复它的吸附能力。,再生方法,2.腐殖酸类吸附剂,种类：天然的富含腐殖酸的风化煤、泥煤、褐煤等，它们可以直接使用或经简单处理后使用；将富含腐殖酸的物质用适当的黏合剂制备成的腐殖酸系树脂。,腐殖酸是一组芳香结构的，性质与酸性物质相似的复杂混合物。,腐殖酸类物质能吸附工业废水中的许多金属离子，如汞、铬、锌、镉、铅、铜等。,腐殖酸对阳离子的吸附作用，包括离子交换、螯合、表面吸附、凝聚等作用。,腐殖酸类物质在吸附重金属离子后,可以用H2SO4、HCl、NaCl等进行解吸。,四、吸附工艺和设备,p240穿透曲线,第二节离子交换法,实质：不溶性离子化合物(离子交换剂)上的可交换离子与溶液中的其他同性离子的交换反应，是一种特殊的吸附过程，通常是可逆化学吸附。,离子交换是可逆反应，其反应式可表达为：,交换树脂,交换离子,饱和树脂,在平衡状态下，树脂中及溶液中的反应物浓度符合下列关系式：,K值的大小能定量地反映离子交换剂对某两个固定离子交换选择性的大小。,一、离子交换剂,离子交换树脂是人工合成的高分子聚合物，由树脂本体(又称母体或骨架)和活性基团两个部分组成。,种类和孔结构,二、离子交换树脂的选用,1.离子交换树脂的有效pH范围,2.交换容量,定量表示树脂交换能力的大小，单位为mol/kg(干树脂)或mol/L(湿树脂),3.交联度,交联度较高的树脂，孔隙较低，密度较大，离子扩散速度较低，对半径较大的离子和水合离子的交换量较小，浸泡在水中时，水化度较低，形变较小，也就比较稳定，不易破碎。,4.交换势,交换势大，交换离子越容易取代树脂上的可交换离子，也就表明交换离子与树脂之间的亲和力越大。,规律,（1）离子的交换的交换势,除同它本身和离子交换树脂的化学性质有关外,温度和浓度的影响都很大。,（2）在常温和低浓度水溶液中，阳离子的价态越高，它的交换势越大。,（3）在常温和低浓度水溶液中，同价阳离子的交换势大致上是：原子序数越高，交换势越大。,（4）氢离子和氢氧根离子交换势取决于它们与固定离子形成的酸或碱的强度，强度越大，交换势越小。,（5）金属在溶液中呈络阴离子存在时，一般来说交换势降低。,1.过虑（交换）,+从废水中分离需要除去的离子的过程。,离子交换工艺过程：过虑（交换）、反洗、再生、清洗,+交换柱分为：饱和层、工作层、新料层,+工作过程中，工作层不断下移，达到底部，出水中出现需去除的离子，穿透点出现。,+继续通入废水，出水与进水中需除去的离子浓度相等，交换柱能力耗尽，达到饱和。,+实际操作中，达到穿透点，停止工作，要进行树脂再生。,2.反洗,目的：一是松动树脂层，使再生液能均匀渗入；二是清除积存在树脂层内的杂质、碎粒等。反冲洗水：自来水或废的再生液,3.再生,再生动力：反应系统离子浓度差再生方式（固定床）：顺流再生和逆流再生再生方法：一次再生强酸强碱二次再生弱酸弱碱（洗脱再生+转型再生）,4.清洗,目的：洗涤残留的再生液和再生时可能出现的反应物。一般清洗时水流方向与过虑一致,三、离子交换的工艺和设备,第三节膜析法,膜析法是利用具有选择透过性薄膜以分离水溶液中某些物质的方法总称。,1、半透膜作用,2、膜析法分类,2.1、扩散渗析法,2.2、电渗析法,海水淡化电渗析法示意图,阳极反应式：,阴极反应式：,反渗透法是以压力为驱动力的膜法分离技术。,渗透和反渗透,2.3、反渗透法,第四节溶解态污染物其他分离方法,1、萃取法2、吹脱法3、汽提法4、结晶法,萃取：用适当的溶剂分离混合物的过程。,1、萃取法,萃取剂再生,（1）物理再生：利用沸点差分离（2）化学再生：化学药剂与萃取物形成不溶物分离,2、吹脱法原理：气液相平衡传质速度理论，将废水中的挥发物质由液相变为气相。吹脱过程为传质过程。介质为空气。处理对象：CO2、H2S