废水的物理化学处理

废水的物理化学处理第1页/共135页第一节吸附法第2页/共135页一、

吸附原理（一）吸附本质：吸附是一种或几种物质（称为吸附质）在另一种物质（称为吸附剂）表面上自动发生变化（累积或浓集）的过程。是一种相界面上的反应。可以发生在气－液界面、气－固、液－固。在水处理中，主要讨论的是液－固界面。固相物质：吸附剂，一般为多孔性物质液相中被吸附物质：吸附质水处理的吸附法是指水中的一种或多种物质被吸附在固体表面（吸附剂）而被去除的方法。第3页/共135页

吸附是利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择吸附的能力，使其富集在吸附剂表面，而从混合物中分离的过程。

典型的吸附过程包括四个步骤：待分离的料液通入吸附剂吸附质被吸附在吸附剂表面料液流出吸附质解吸吸附剂再生第4页/共135页（二）吸附方式吸附物理吸附交换吸附吸附剂与吸附物质间由分子间引力(即范徳华力)而产生的吸附吸附剂与被吸附物质间由静电引力产生的吸附化学吸附吸附剂与被吸附物质间由化学键力引起的吸附特点：吸附快，吸附热小；吸附没有选择性，过程可逆；特点：吸附慢，吸附热大，具有选择性；单分子层吸附；吸附不可逆。

离子电荷越多，吸附越强。离子水化半径越小，越易被吸附。第5页/共135页（三）吸附平衡和吸附等温式1、吸附平衡V――废水容积，L；m――吸附剂投加量，mg；

――吸附质的初始浓度和最终浓度，mg/L；

吸附容量指单位重量的吸附剂（mg）能够吸附的吸附质重量（mg）。q――单位吸附剂的吸附量，（mg/mg）

当吸附质分子到达吸附剂表面的数量和吸附剂表面释放吸附质的数量相等时，即达到吸附平衡第6页/共135页2、吸附等温线如果不考虑溶剂的吸附，当固体吸附剂与溶液中的溶质达到平衡时，其吸附量q应与溶液中溶质的浓度和温度有关。当温度一定时，吸附量只和浓度有关，q=f（c），这个函数关系称为吸附等温线。吸附等温线表示平衡吸附量.

第7页/共135页2、吸附等温线Langmuir等温线单分子层Freundlich等温线单分子层Henry等温线稀浓度等温线多分子层第8页/共135页2、吸附等温式（1）亨利吸附等温式q――单位吸附剂的吸附量，mg/mg。y――吸附剂吸附的物质总量，mg；m――投加的吸附剂量，mg；H――亨利常数，L/mg；c――吸附质在液体中的质量浓度，mg/L；适用于低浓度吸附质的水溶液，单分子层的吸附。第9页/共135页（2）朗缪尔（Langmuir）吸附等温式

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：k’

=qmk1

qm——单位质量或单位体积吸附剂盖满一层单分子层时的吸附量。k1——朗格缪尔常数第10页/共135页（3）弗罗因德利希(Freundlich)吸附等温式

k――弗劳德利希(Freundlich)吸附常数；

n――常数，n>1

c――吸附质在液体中的质量浓度，mg/L；两边取对数：本公式在低浓度时较适用。1/n越小，吸附性能越好。一般认为1/n=0.1–0.5时容易吸附;1/n大于2时难于吸附。第11页/共135页（4）BET方程（Brunauer-Emmett-Tellerequation）

当时，得令，则上式变为朗谬尔方程：适用于多分子层的吸附。第12页/共135页BET法的源由1938年，勃鲁瑙尔(Brunauer)、爱默特(Emmett)和泰勒(Teller)(简称)等三人建立了多分子层吸附理论。基本假设是：固体表面积是均匀的；吸附质与吸附剂之间的作用力是范德华力，吸附质分子之间的作用力也是范德华力，所以当气相中的吸附质分子被吸附在固体表面上之后，它们还可能从气相分子中吸附同类分子，因而吸附是多层的。但被吸附在同一层的吸附质分子之间相互无作用；吸附平衡是吸附和解吸的动态平衡；第二层及其以后各层分子的吸附热等于气体的液化热。第13页/共135页3、吸附速率

吸附速度快，接触时间就短，吸附设备容积小。吸附过程分为三个阶段：第一阶段：颗粒的外扩散第二阶段：孔隙扩散第三阶段：吸附反应

吸附速率与吸附质颗粒直径的较高次方成反比，颗粒愈小，孔隙扩散速度愈快。第14页/共135页二、影响吸附的因素衡量指标吸附能力吸附速度固体吸附剂用吸附量衡量单位质量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量吸附阶段颗粒外部扩散阶段孔隙扩散阶段吸附反应阶段吸附质从溶液中扩散到吸附剂表面吸附质在吸附剂孔隙中继续向吸附点扩散吸附质被吸附在吸附剂孔隙内的吸附点表面第15页/共135页吸附速度主要取决于外部扩散速度和孔隙扩散速度。外部扩散速度与溶液浓度成正比与吸附剂的比表面积的大小成正比吸附剂颗粒直径越小，速度越快增加溶液与颗粒间的相对运动速度，可提高速度孔隙扩散速度吸附剂颗粒越小，速度越快第16页/共135页电离和极性：极性相容原则极性分子(或离子)型的吸附剂容易吸附极性分子(或离子)型的吸附质。非极性分子型的吸附剂容易吸附非极性的吸附质。溶液的性质pH值：活性炭在低pH值时吸附量较大。温度：低温有利于吸附反应。共存物质：影响复杂。第17页/共135页2、几种常用的吸附剂（1）天然矿物质：活性白土、漂白土、硅藻土；（2）活性炭：按原料分：果壳系、泥炭褐煤系、烟煤系和石油系；按形态分：粉末活性炭、颗粒活性炭、纤维活性炭。比表面积可达800-2000m2/g，吸附能力强；容易再生；1、选择原则：吸附容量高，吸附速度快。再生容易，物化性能好。价廉、来源广。三、吸附剂第18页/共135页（3）硅胶：极性吸附剂，对非极性物质吸附较难

（4）活性氧化铝：（5）沸石分子筛：孔径大小均一的吸附剂，人工合成的沸石是极性吸附剂。（6）吸附树脂：具有巨大网状结构的大孔径树脂。（7）腐殖酸类吸附剂：如风化煤、泥煤、褐煤等。粉末活性炭

颗粒活性炭

第19页/共135页再生方法加热再生法在高温条件下，提高了吸附质分子的能量，使其易于从活性炭的活性点脱离；而吸附的有机物则在高温下氧化和分解，成为气态逸出或断裂成低分子化学再生法通过化学反应，使吸附质转化为易溶于水的物质而解吸下来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。3、吸附剂的再生第20页/共135页四、吸附工艺和设备操作方式连续式间歇式将废水和吸附剂放在吸附池内进行搅拌30min左右，然后静置沉淀，排除澄清液固定床移动床流化床吸附剂固定填放在吸附柱(或塔)中在操作过程中定期地将接近饱和的一部分吸附剂从吸附柱中排出，并同时将等量的新鲜吸附剂加入柱中吸附剂在吸附柱内处于膨胀状态，悬浮于由下而上的水流中第21页/共135页1、混合接触式吸附装置（间歇式）搅拌→静置→沉淀（过滤等）。单级吸附：被处理液与吸附剂接触一次；多级吸附：被处理液与吸附剂接触多次；用于少量废水的处理和实验研究。四、吸附工艺和设备第22页/共135页吸附剂吸附剂1级2级3级吸附剂1级2级3级吸附剂溶液并流多级吸附

逆流多级吸附

第23页/共135页固定床

2、固定床吸附装置立式、卧式、环式等多种形式第24页/共135页单床式多床串联多床并联第25页/共135页3、移动床吸附装置

移动床吸附是废水从吸附柱底部流入和吸附剂进行逆流接触，处理后的水从柱顶排出。接近吸附饱和的吸附剂从柱底间歇排出，进行再生，再生后的吸附剂从柱顶加入。要求水中悬浮物小于30mg/L.

第26页/共135页4、流化床吸附装置

吸附剂在塔内处于膨胀状态或流化状态；适合处理悬浮物较高的废水。再生器吸附剂溢流管塔板颗粒吸附剂与水的接触面积大，传质效果好，吸附效率高，设备小，基建费用低，生产能力大。流化床操作要求高，吸附剂的磨损大，对吸附剂的机械强度要求高。第27页/共135页1、废水的深度处理

吸附法除汞流程工艺流程二级处理出水→→活性炭吸附→→回用2、吸附法除汞反应池Ca(OH)2Na2SFeSO4沉淀池

吸附池1

吸附池2HgSHgO压缩空气压缩空气含汞废水排放五、吸附法在污水处理中的应用活性炭有吸附汞和汞化合物的性能，但因其吸附能力有限，只适宜于处理含汞量低的废水。第28页/共135页3、炼油厂、印染厂废水的深度处理污泥

沉砂池

隔油池

调节池

气浮池

曝气池

快滤池活性炭吸附

回用油泥某炼油厂含油废水，经隔油，气浮和生物处理后，再经砂滤和活性炭过滤深度处理。废水中含酚量从0.1降至0.005mg/L，氰从0.19mg/L降至0.048mg/L，COD从85mg/L降至18mg/L。第29页/共135页第二节离子交换法第30页/共135页离子交换的实质：离子交换剂上的可交换离子与溶液中其它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，反应式为：RA+B+RB+A+一、基本原理K值越大，越有利于交换反应。

[RB]、[RA]――树脂中B+、A+的离子浓度；[B＋]、[A＋]――溶液中B+、A+的离子浓度；第31页/共135页离子交换过程示意图第32页/共135页

磺化煤和离子交换树脂（应用广泛）。1、离子交换树脂结构树脂本体（母体或骨架）和活性基团组成。本体：有机化合物和交联剂组成。

活性基团：固定离子和活动离子组成

二、离子交换剂例如：R--树脂母体；--活性基团；--固定离子－－可交换离子。第33页/共135页第34页/共135页2、离子交换树脂的种类（1）按活性基团的不同阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、敖合树脂、氧化还原及两性树脂等（2）按树脂的类型和孔结构凝胶型、大孔型、巨孔型和高巨孔型树脂。（3）按交联度大小（4）按粒径低交联度（2～4％）、一般交联度（7～8％）

、高交联度（12～20％）大粒径（0.6～1.2mm)、中粒径(0.3～0.6mm)、小粒径树脂（0.02～0.1mm）第35页/共135页三、离子交换树脂的选用1、有效pH值范围强酸、强碱性树脂交换能力与pH值无关。弱酸性、弱碱性树脂交换能力与pH值有关。2、交换容量单位：mol/kg（干树脂）、mol/L（湿树脂）全交换容量：一定量的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：给定工作条件下实际的交换能力。

3、交联度：交联度决定网状结构程度；孔隙率大小；树脂密度；树脂膨胀性、稳定性。第36页/共135页4、交换势①离子交换势，同它本身和离子交换树脂的化学性质有关外，温度和浓度的影响很大。②常温和低浓度，阳离子化合价越高，交换势越大；

③低浓度和常温下，价数相同时，交换势随原子序数增加而增加；④

H+离子对阳离子的交换树脂的交换势，决定于树脂的性质。

⑤OH-离子对阴离子的交换树脂的交换势，决定于树脂的类型。⑥价位高的有机离子和金属络合离子的交换势特别大。第37页/共135页⑦大孔型树脂具有很强的吸附性能，往往可以吸附废水中的非离子型杂质。⑧交换势随离子浓度的增加而增大。

5、溶胀性

6、物化稳定性7、粒径、密度第38页/共135页（一）交换阶段利用离子交换树脂的交换能力，从废水中分离脱除需要去除的离子。（二）反冲洗阶段（三）再生阶段（四）清洗阶段目的是松动树脂，使再生液能均匀渗入层中，与交换剂颗粒充分接触；把过滤过程中产生的破碎粒子和截留的污物冲走。洗涤残留的再生液和再生时可能出现的反应产物。四、离子交换的工艺第39页/共135页包括：预处理设备、离子交换器和再生设备。四、离子交换的工艺固定床离子交换器第40页/共135页离子交换运行操作步骤：交换：①、②阀开，其余关闭;反洗：关闭①、②，开③，再逐渐开④;再生：关闭③、④，开气阀⑦，排水阀⑤，将水放到离树脂表面10cm左右，关闭⑤，开启再生液阀⑧，排除空气后关闭⑦，适当开⑤，再生。清洗：关闭⑧，开①、⑤.第41页/共135页固定床

床层固定不变，水流由上而下流动。五、离子交换的设备第42页/共135页固定床离子交换器第43页/共135页固定床移动床床层固定不变，水流由上而下流动。工作时，定期从交换柱排出部分失效树脂，送到再生柱再生，同时补充等量的新鲜树脂参与工作。五、离子交换的设备第44页/共135页移动床离子交换器第45页/共135页固定床移动床流动床床层固定不变，水流由上而下流动。工作时，定期从交换柱排出部分失效树脂，送到再生柱再生，同时补充等量的新鲜树脂参与工作。交换树脂在连续移动中实现交换和再生。五、离子交换的设备第46页/共135页流动床离子交换器第47页/共135页堵塞、包裹废水中悬浮物与固定离子牢固结合有机物引起树脂中毒高价金属离子强酸和强碱树脂交换能力基本上与pH无关。弱酸或弱碱性树脂在pH高或低时才能得到较大的交换能力。pH值加速树脂的老化与分解氧化剂六、影响离子交换能力的因素第48页/共135页七、离子交换装置的设计计算废水全面分析工艺流程设计设备结构、规模设计树脂用量与工作周期确定正反洗水量与再生剂消耗量计算：包括阳离子、阴离子的种类数量和pH值。：选择适合的工艺和树脂种类。实例说明：见教材p100～102第49页/共135页除去水中六价铬；两根交换柱轮换使用Na2Cr2O7经阳离子柱交换Na+形成H2Cr2O71、去除金属阳离子杂质2、使CrO42-变为Cr2O72-镀铬废水处理回收流程八、离子交换法处理废水实例第50页/共135页废水种类有害离子树脂类型废水出路再生剂再生液出路电镀铬废水CrO42-大孔型阴离子交换树脂循环使用食盐或烧碱用氢型阳离子交换树脂除钠后回用于生产电镀废水Cr3+，Cu2+氢型强酸性阳离子交换树脂循环使用18%-20%硫酸蒸发浓缩后回用含汞废水Hg2+HgClx(x-2)-氯型强碱性大孔阴离子交换树脂中和后排放盐酸回收汞粘胶纤维废水Zn2+强酸性阳离子交换树脂中和后排放硫酸回用于生产氯苯酚废水氯苯酚弱碱性大孔型离子交换树脂排放2%NaOH甲醇回收酚或甲醇离子交换法在废水处理方面的某些应用第51页/共135页课后思考题简述固定床离子交换器的工艺流程？第52页/共135页第三节膜析法第53页/共135页膜析法是利用薄膜以选择性分离水溶液中某些物质的方法总称。

溶剂(水)透过膜的过程称为渗透，溶质透过膜的过程为渗析。第三节膜析法动力浓度差电位差压力差渗析法电渗析法反渗透法和超滤法第54页/共135页一、渗析法半透膜的渗析作用依靠薄膜中“孔道”的大小分离不同的分子或离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利用离子交换膜的选择透过性，以浓度差为推动力以实现不同物质的分离。第55页/共135页扩散渗析法回收硫酸第56页/共135页阴离子交换膜原液室回收液室扩散渗析法回收硫酸第57页/共135页二、

电渗析法海水淡化电渗析法示意图第58页/共135页1、电渗析原理：在外加直流电场作用下，利用离子交换膜对溶液中阴阳离子的选择透过性，而使溶液中的溶质与水分离的一种物理化学过程。59++++++阳极－－－－－－阴极Cl-Na＋阳膜阳极室Cl-Cl-Cl-Na＋Na＋Cl-Na＋Na＋Cl-Cl-Na＋Na＋浓缩室淡化室浓缩室阴极室阴膜阳膜阴膜阴膜只让阴离子穿过；阳膜只让阳离子穿过。第59页/共135页阳极反应：阴极反应：第60页/共135页阳离子交换膜——用阳离子交换树脂制成，阳离子可以透过。阴离子交换膜，阴离子可以透过离子交换膜第61页/共135页2、电渗析器的构造与组装

电渗析器由膜堆、极区和夹紧装置三部分组成。

膜堆位于电渗析器的中部，由阳膜、浓（或淡）水室隔板、阴膜、淡（浓）水室隔板交替排列成浓水室和淡水室。

极区位于膜堆两侧，包括电极、极水框和保护室，其作用是供给电渗析器直流电，将原水导入膜堆的配水孔，将淡水和浓水排出电渗析器，并通入和排出极水。

压紧装置由盖板和螺杆组成，其作用是将极区和膜堆组成不漏水的电渗析器整体，可采用压板和螺栓拉紧，也可采用液压压紧。

第62页/共135页（1）电渗析器的组装电渗析器的组装依其应用不同而有所不同。其组装的情况是用级和段来表示的。级：一对正、负电极之间的膜堆称为一级。段：具有同一水流方向的并联膜堆称为一段。63电渗析器的组装示意图第63页/共135页（2）电渗析器的级与段一级一段一级两段两级一段两级两段一对正、负电极之间的膜堆称为一级具有同一水流方向的并联膜堆称为一段第64页/共135页实际应用的电渗析器第65页/共135页3、用电渗析法处理酸洗废水第66页/共135页阳极反应式：阴极反应式：第67页/共135页三、反渗透法反渗透法是以压力为驱动力的膜法分离技术。渗透和反渗透第68页/共135页渗透压：渗透平衡时，两边液面高度形成的压力差称渗透压，π。渗透压由溶质种类和浓度大小而定，还与温度有关。691．渗透压与反渗透第69页/共135页反渗透：

向咸水一侧施压P则可阻止渗透的进行，如果P>π，则咸水溶液中的水分子向纯水一边迁移,此过程称反渗透。70

凡基于此原理所进行的浓缩或纯化溶液的分离方法，一般称之为反渗透工艺。

反渗透是渗透的一种反向迁移运动，它主要是在压力推动下，借助半透膜的截留作用，迫使溶液中的溶剂与溶质分开。第70页/共135页

2、应用范围太空水、纯净水、蒸馏水等制备；

酒类制造及降度用水；

医药、电子等行业用水的前期制备；

化工工艺的浓缩、分离、提纯及配水制备；

锅炉补给水除盐软水；

海水、苦咸水淡化；

造纸、电镀、印染等行业用水及废水处理。第71页/共135页按成膜材料可分为有机膜和无机高聚物膜；按膜的形状可分为平板状、管状、中空纤维状膜；按膜结构可分为多孔性和致密性膜，或对称牲(均匀性)和不对称性(异向性)结构膜；按应用对象可分为海水淡化用的海水膜、咸水淡化用的咸水膜及用于废水处理、分离提纯等的膜。目前用于水的淡化除盐的反渗透膜主要有醋酸纤维素（CA)膜和芳香族聚酰胺膜。CA膜具有良好的成膜性能、价廉、耐游离氯、不易污染和结垢等优点；其缺点是应用PH范围窄（4~6.5）、不抗压、易水解、性能衰减快。芳香族聚酰胺膜具有脱盐率高、通量大、应用PH范围广（4~11），耐生物降解等优点，但是易受氯氧化，抗结垢和污染等性能差。3．反渗透膜及其分离机理第72页/共135页醋酸纤维素是没有强烈氢键的无定形链状高分子化合物。这种膜有不对称结构，表面结构致密，孔隙很小，通称为表皮层或致密层、活化层；下层结构较疏松，孔隙较大，通称为多孔层或支撑层。

CA膜是被水充分溶胀了的凝胶体。由于铸膜液中的所有添加剂及溶剂在制膜过程中先后被除去，膜中仅含水分。73醋酸纤维素膜的结构第73页/共135页74第74页/共135页醋酸纤维素膜的结构示意图7599％表皮层，孔径（8－10）×10－10m过渡层，孔径200×10－10m多孔层，孔径（1000－4000）×10－10m1%第75页/共135页反渗透膜分离机理尚不十分清楚。优先吸附—毛细管流机理常被引用。由于膜表面的亲水性，优先吸附水分子而排斥盐分子，因此在膜表皮层形成两个水分子（1nm）的纯水层，施加压力，纯水层的分子不断通过毛细管流过反渗透膜。控制表皮层的孔径非常重要，影响脱盐效果和透水性，一般为纯水层厚度的一倍时，称为膜的临界孔径，可达到理想的脱盐和透水效果。第76页/共135页装置板框式把渗透膜贴在多孔透水板单侧或两侧，再紧贴在不锈钢或环氧玻璃钢承压板的两侧，构成一个渗透元件管式把渗透膜装在耐压微孔承压管的内侧或外侧，制成管状膜的元件螺旋卷式在两层反渗透膜中间夹一层多孔的柔性格网，再在下面铺一层供废水通过的多孔透水格网，然后将它们的一端粘贴在多孔集水管上，绕管卷成螺旋卷筒，并将另一端密封，就成为一个反渗透元件中空纤维式在两层反渗透膜的原料空心纺丝而成中空纤维管4．反渗透装置第77页/共135页（1）板框式反渗透膜组件装配图第78页/共135页79进水透过水浓缩水耐压容器透水板半透膜板框式膜组件工作过程示意图特点：结构简单，体积比管式的小。缺点：装卸复杂，单位体积膜表面积小。第79页/共135页（2）管式反渗透膜组件80管式膜组件又分为内压式和外压式第80页/共135页内压式管式膜组件的内部结构示意图81特点:

水力条件好，安装、清洗、维修比较方便。能耐高压，可以处理高粘度的原水。缺点是膜的有效面积小，装置体积大，而且两端要较多的联结装置。淡水淡水膜表皮层玻璃纤维管进水第81页/共135页（3）螺旋卷式反渗透膜组件82第82页/共135页密封密封密封螺旋卷式膜组件一个膜叶结构示意图多孔透水材料膜，上下两层第83页/共135页膜叶透水网状材料透过水浓水进水螺旋卷式膜组件组合示意图第84页/共135页膜组件的组装示意图85进水口耐压容器连接器膜组件密封圈端盖透过液浓缩液第85页/共135页86工业应用的反渗透装置第86页/共135页87工业应用的反渗透装置的膜组件之间的连接第87页/共135页5、反渗透在水处理中的应用苦咸水、海水淡化；与离子交换联用，制取超纯水；处理重金属废水，回收重金属：如处理镀镍废水，镍回收率可达99％；废水脱盐深度处理：美国加州21世纪水处理回用厂，就是将二级生物处理出水，经一定的预处理后经反渗透处理后回灌地下水。第88页/共135页四、超过滤法

用于截留水中胶体大小的颗粒，水和低分子量的溶质则允许透过膜。

超滤是在静压差的推动力作用下进行的液相分离过程，从原理上说是筛孔分离。

超滤过程的本质是一种筛滤过程，膜表面的空隙大小是主要的控制因素，溶质能否被膜孔截留取决于溶质粒子的大小、形状、柔韧性以及操作条件等。第89页/共135页进口料液透过膜的溶液超滤膜出口溶液被截留物质透过膜的物质超过滤原理示意图超滤的过程是动态过程，即在超滤膜的表面既受到垂直于膜面的压力，使水分子得以透过膜面并与被截留物质分离，同时又产生一个与膜表面平行的切向力，以将截留在膜表面的物质冲开。第90页/共135页

1、超过滤与反渗透的异同:超过滤简称超滤，它同反渗透一样，都是利用膜来分离废水中溶解的物质。两种方法的共同点在于：两种过程的动力同是溶液的压力，在溶液的压力下，溶剂的分子通过薄膜，而溶解的物质被阻滞在膜表面上。第91页/共135页两者区别在于：（1）膜不同：超过滤所用的膜(超滤膜)较疏松，透水量大，除盐率低，一般用超过滤分离高分子和低分子有机物以及无机离子等，能够分离的溶质分子至少要比溶剂的分子大10倍，在这种系统中渗透压已经不起作用了。反渗透所用的膜(反渗透膜)致密，透水量低，除盐率高，具有选择透过能力，用以分离分子大小大致相同的溶剂和溶质，第92页/共135页（2）机理不同：超过滤的去除机理主要是筛滤作用。在反渗透膜上分离过程伴随有半透膜、溶解物质和溶剂之间复杂的物理化学作用。（3）工作压力不同：超过滤的工作压力低(0.07－0.7MPa)。反渗透所需的工作压力高(大于2.8MPa)。超滤装置与反渗透装置类似，目前我国试验研究及生产中普遍用管式装置。第93页/共135页

对比：反渗透、超滤、微孔过滤均以压力差为推动力，电渗析以电压为推动力，渗析以浓度差为推动力。94第94页/共135页操作方式：与反渗透工作方式相同，水在膜表面流动，部分水透过膜，大部分水流走的同时将膜表面的截留物质带走。（微孔过滤是将全部进水挤压滤过，因而膜微孔易堵塞）性能：超滤虽无脱盐性能，但对于去除水中的细菌、病毒、胶体，大分子等微粒相当有效，而且与反渗透相比，操作压力低，设备简单，因此超滤技术用于纯水终端处理是较为理想的处理方法。此外，超滤亦广泛应用于医药工业、食品工业以及工业废水处理等各个领域。95第95页/共135页

超滤膜种类：

目前超滤膜的种类有醋酸纤维素膜，聚砜膜以及聚酰胺膜等。超滤装置如同反渗透装置，有板框式、管式(内压列管式和外压管束式)，卷式和中空纤维式等型式。96超滤膜为多孔结构，超滤机理归结为筛出作用，即筛分机理。大于膜的截留分子量的分子几乎全部的被膜截留。第96页/共135页膜的截留分子量（表示膜的孔径特征的量）：对于该膜的特定曲线，对应于截留率为90%的分子量称为该膜的截留分子量。97

采用系列化不同截留分了量的膜，能将不同分子量溶质的混合液中各组分实行分子量分级第97页/共135页膜过程推动力传质机理透过物及其尺寸截留物膜类型渗析浓度差溶质扩散、选择性透过低分子物质、离子电解质大分子离子交换膜电渗析电位差离子选择性透过溶解性无机物电解质大分子离子交换膜反渗透压力差2-10MPa溶剂的扩散水或溶剂溶质、盐、SS非对称反渗透膜超过滤压力差0.1-10.MPa筛滤及表面作用水、盐及低分子有机物胶体大分子、不容有机物非对称超滤膜98膜分离的推动力可以是膜两侧的压力差、电位差或浓度差。这种分离方法可在室温、无相变条件下进行，具有广泛的适用性。各种膜分离法的推动力与分离对象如下表所示：第98页/共135页课后作业比较分析膜分离法---渗析、电渗析、反渗透及超滤法的特点。第99页/共135页第四节溶剂萃取法第100页/共135页一、溶剂萃取概述广义的溶剂萃取法(solventextraction)包括液-固萃取和液-液萃取：液-固萃取又称浸取、浸提液-液萃取指用一种溶剂将物质从另一种溶剂（如发酵液）中提取出来的方法。第101页/共135页杂质溶质原溶剂萃取剂LightphaseHeavyphase溶剂萃取概述第102页/共135页

萃取一般指用有机溶剂将物质从水相转移到有机相的过程。反萃取(stripping或backextraction)是将萃取液与反萃取剂（一般为水溶液）相接触，使某种被萃入有机相的溶质转入水相的过程，可看作是萃取的逆过程。第103页/共135页废水的萃取处理法：利用萃取剂与废水充分混合接触，由于萃取剂对废水中某些杂质有更高的亲和力而使它们重新分配，然后将萃取液与萃余液分离，从而达到分离或回收废水污染物的目的。步骤使废水和萃取剂充分混合接触，废水中的污染物作为萃取物转移到萃取剂中；将萃取液和萃余液分离开来；分离出萃取液中的污染物并回收萃取剂以重复利用（污染物的回收与萃取物的再生）。第104页/共135页二、萃取分离规律1、能斯特分配定律：

在一定温度、一定压力下，某一溶质在互不相溶的两种溶剂间分配时，达到平衡后，在两相中的活度之比为一常数。如果是稀溶液，可以用浓度代替活度，即：

K称为分配系数第105页/共135页

应用分配定律时，须符合下列条件：①必须是稀溶液，即适用于接近理想溶液的萃取体系；②溶质对溶剂的互溶度没有影响；③溶质在两相中必须是同一分子形式，即不发生缔合或解离。第106页/共135页

在萃取过程中，溶质在两相的分子形式常常并不相同，仍然采用类似分配定律的公式作为基本公式。这时候溶质在萃取相和萃余相中的浓度，实际上是以各种化学形式进行分配的溶质总浓度，它们的比值以分配比(distributionratio)表示：第107页/共135页2、分离因素（β）

料液中的溶质并非是单一的组分，除了所需产物（A）外，还存在有杂质（B）。分离因素(separationfactor)，常用表示，其定义为：在同一萃取体系内两种溶质在同样条件下分配系数的比值.的大小表示出了两种溶质的分离效果.

第108页/共135页分离因素表示有效成分A与杂质B的分离程度。

β=1KA=KB

分离效果不好；β>1KA>KB

分离效果好；β越大，KA

越大于KB，分离效果越好。分离因素（β）第109页/共135页三、萃取剂的选择1、有较高的选择性萃取剂对被萃取物的溶解度高，对水中其他物质的溶解度低，而萃取剂本身在水中的溶解度低。分离系数表征萃取剂的选择性：β=1KA=KB

分离效果不好；β>1KA>KB

分离效果好；β越大，KA

越大