第16章污水的化学与物理化学处理.ppt

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,第十六章 污水的化学与物理化学处理,1.,概念,利用化学反应作用来去除水中杂质。,利用物理化学原理和化工单元操作去除水中杂质。,针对无机物或者难以生物降解的有机物、高浓度杂质的回收利用、污水的深度处理,2.,化学处理方法,混凝法、中和法、化学沉淀法、氧化还原法,3.,物理化学处理方法,吸附法、离子交换法、萃取法、膜析法,蒸发、蒸馏、结晶,混凝沉淀池,一,.,概 述,1.,混 凝,向污水中预先投加化学药剂来破坏胶体的稳,定性，使污水中的胶体和细小的悬浮物聚集,成具有可分离性的絮凝体，再加以分离除去,的过程。,2.,处理对象,粒度在,1nm100m,部分悬浮液和胶体溶液,第一节 化学混凝法,图,3.1,胶体结构及电位示意图,3.,胶体稳定性的原因,（,1,）胶体颗粒间的静电斥力；,（,2,）微颗粒的布朗运动,（不足以将两个胶粒推近到使范德华引力发生作用）；,（,3,）颗粒表面的水化作用,（带电的胶粒将极性水分子吸引到周围形成水化膜，阻止胶粒之间的接触）。,Al(OH),3,溶胶,4,混凝原理,1),压缩双电层作用,（降低或消除,电位，胶粒布朗运动的动能足以克服斥力）,2),吸附架桥作用,（高分子物质吸附多个胶粒，并相互粘结）,3),网捕作用,（沉淀物自身沉淀过程中，卷集、网捕水中的胶粒等并使之粘结）,不同情况下高聚物对胶体的吸附架桥作用,5.,凝聚和絮凝,1),凝聚,向水中加入混凝剂搅拌混合，使胶体颗粒的脱稳，通过互相接触、吸附、卷带和桥连等机理凝聚在一起，形成小凝粒的过程。,2),絮凝,小凝粒互相接触，聚合形成大的凝絮体的过程。,混凝过程,1.,混凝剂,概念,混凝过程中，为使悬浮粒子或胶体变成易于去除的大絮凝体而投加的主要化学药剂。,种类,1,）无机盐类混凝剂及混凝特性,2,）有机合成高分子混凝剂,二,.,混凝剂、助凝剂,常用无机盐混凝剂及其主要性能,混凝剂分类,聚合硫酸铁（,PFS,）,Fe,2,(OH),n,(SO,4,),3-n/2,m,天然高分子物质：淀粉、树胶、动物胶等,铝盐,铁盐,无机类,有机类,硫酸铝,Al,2,(SO,4,),3,18H,2,O,明 矾,Al,2,(SO,4,),3,K,2,SO,4,24H,2,O,聚合氯化铝（,PAC,）,Al,2,(OH),n,Cl,6-n,m,硫酸亚铁,FeSO,4,7H,2,O,三氯化铁,FeCl,3,6H,2,O,阴离子型 聚丙烯酸钠,阳离子型 乙烯吡啶共聚物,非离子型 聚丙烯酰胺（,PAM,）,人工合成,polyacrylamide,Polymeric ferric sulfate,Polyaluminium,Chloride,明 矾,聚合硫酸铁,聚丙烯酰胺,淀粉,2.,助凝剂,常用的助凝剂作用：,投加酸或碱类以调整,pH,值；,投加活化硅酸、骨胶、海藻酸钠、,PAM,等，以增强絮凝体的密实性和沉降性能；,投加氯、臭氧等氧化剂，以提高混凝效果。,海藻酸钠,骨胶,三,、影响混凝效果的主要因素,水温,无机盐混凝剂的水解是吸热反应,温度低，粘度大，不利于胶粒的絮凝长大,水的,pH,值（碱度）,不同混凝剂适合的,pH,范围不同,水中杂质的成分、性质和浓度,需通过试验来确定合适的混凝剂和投加量,水力条件（混合和反应）,混合要求快速和剧烈搅拌,反应阶段的搅拌强度和水流速度要随絮凝体的结大而降低,P,295-296,四水与混凝剂的混合与絮凝反应,（一）混凝剂溶液的配制（湿投法）,1.,溶液池容积,W,1,2.,溶解池容积,W2,（二）混凝剂溶液的投加,1,计量设备（流量计）,2,投加方式及设备,1),泵前投加,2),高位溶液池重力投加,3),水射器投加,4),采用计量泵投加,P,297,高位溶液池重力投加,图,3,11,水射器压力投加,计量泵压力投加,(,三,),混合设备,1.,混合设备的作用,混合设备应满足下列要求：,保证药剂迅速均匀扩散到整个水中；,混合时间不宜过长；,能使水体产生强烈紊动。,2.,混合设备,1,）水泵混合（快速剧烈，不需另建设备，但要注意腐蚀和管线长度）,2,）隔板混合,3,）机械混合,P,299,（四）反应设备,(1),隔板反应池,(2),机械搅拌反应池,(3),折板絮凝池,(4),栅条,(,网格,),絮凝池,(5),穿孔旋流絮凝池,(6),其他形式的絮凝池,P,300,主要设计参数,(,1),廊道中的流速起端取,0.5-0.6m/s,末端取,0.15-0.2m/s,。隔板间距从进口到出口逐渐放宽；,(2),池数不少于,2,个，反应时间为,20-30 min,；,(3),隔板间距应大于,0.5m,，池底坡度为,0.02-0.03;,(4),转弯处过水断面面积为廊道过水断面面积的,1.2-1.3,倍,;,(5),水头损失计算可分成数段进行计算。总水头损失为各段损失（包括沿程和局部损失）之和。,隔板反应池,主要设计参数：,每台搅拌设备上的浆板总面积为水流截面积的,10%-20%,，不超过,25%.,浆板长度不大于叶轮直径的,75%,，宽度为,19-30cm,；,叶轮半径中心点的旋转线速度，第一格用,0.5-0.6m/s,，以后逐渐减少，最后一格采用,0.1-0.2m/s,，不得大于,0.3m/s,；,反应时间为,15-20min,。,机械搅拌反应池,折板絮凝池,网格絮凝池,第二节 中和法,一,.,概念,1.,中和法,利用碱性药剂或酸性药剂将废水从酸性或碱性调整到中性附近的一类处理方法。,2.,处理对象：废酸液和废碱液,废酸液：酸含量大于,5-10%,的高浓度含酸废水；,废碱液,:,碱含量大于,3-5%,的高浓度含碱废水。,1.,投药中和法 （湿投加）,2.,过滤中和法,（采用中和剂为滤料）,1,）普通中和滤池,2,）升流式膨胀床滤池（图,16-3,）,3,）喷淋塔（图,16-4,）,3.,以废治废,酸性废水与碱性废水相互中和,，节约中和剂,中和法分类,P,288,第三节 化学沉淀处理,一,.,概 念,1.,化学沉淀法,向水中投加某种化学药剂，使其与水中的溶解物质反应生成难溶物沉淀下来的方法。,2.,分级沉淀,当溶液中有数种离子都能与同一种离子生成沉淀时，它们生成沉淀的顺序。,二、处理对象,废水中的重金属离子、贵金属和放射性元素等，如：,Hg,、,Cr,、,Cd,、,Pb,、,Cu,、,Ag,、,Zn,、,Ni,、,Fe,。,给水处理中去除,Ca,、,Mg,硬度,大量阴离子的去除，如,S,2-,、,SO,4,2-,、,PO,4,3-,、,F,-,。,1.,氢氧化物沉淀法,2.,硫化物沉淀法,3.,碳酸盐沉淀法,4.,铁氧体法,P,302,表,16-1,三、沉淀类型,铁氧体法,四、沉淀原理和影响因素,五、操作注意事项,六、化学沉淀法的优缺点,技术方法成熟、操作简单,可选择性回收金属，产生一定收益,处理后可能存在大量二次污染。,沉淀剂用量的计算,P,303,第四节 氧化和还原法,目,录,1,直接氧化法,2,高级氧化技术,3,还原法,概述,利用氧化剂或还原剂，改变水中某些有毒有害化合物中的元素的化合价以及改变化合物的分子结构，使得毒性高的化合物转变为无毒或微毒的化合物，使得难于生物降解的有机物转化为可以生物降解的有机物。,类型,氧化法：向污水中投加氧化剂的方法。,还原法：向污水中投加氧化剂的方法。,引言,1,直接氧化法,氧化剂,空气、氯、臭氧等,处理对象,工业废水，地下水，深度处理,（,1,）空气氧化,把空气鼓入污,(,废,),水中，利用空气中氧气氧化废水中的污染物,特点,：,电对,O,2,/O,2-,的半反应式中有,H,+,或,OH,-,离子参加，因而氧化还原电位与,pH,有关，低,pH,时，氧化还原电位更高。,在常温常压下和中性,pH,条件，分子氧为弱氧化剂，用来处理易氧化物质。,提高温度和氧分压，可以增大电极电位；添加催化剂，可以降低反应活化能,例,1,：地下水除铁、锰,在缺氧的地下水中常出现二价铁和锰。通过曝气，可以将它们分别氧化为,Fe(OH),3,和,MnO,2,沉淀物。,除铁,氧化速度与氢氧根浓度平方成正比。在,pH6.5,条件下，氧化速度相当缓慢。,反应动力学方程,：,考虑碱度影响,除锰,比除铁难，相似条件下，反应时间漫长，需要寻找更强的催化剂或更强的氧化剂。,MnO,2,对,Mn,2+,的氧化具有催化作用。,曝气过滤除锰需要强烈曝气，尽量散去,CO,2,，提高,pH,，,再流入天然锰砂或石英砂过滤器。,MnO,2,对,Fe,2,也具有催化作用，使其氧化速度加快,铁细菌以水中,CO,2,为碳源，无机氮为氮源，氧化,Fe,2,为,Fe,3,获得能量；对锰的氧化起生物催化作用。,氧化,吸附,氧化,除铁、除锰工艺流程图,例,2,：工业废水脱硫,存在形式：,Na,2,S,NaHS,(NH,4,),2,S,NH,4,HS,在碱性溶液中，各电对具有较强的还原能力，可以利用分子氧氧化硫化物,方法：向废水中注入空气和蒸汽，硫化物发生如下反应：,装置：空气氧化脱硫塔,试验表明：操作温度90，废水含硫2900,mg/L,，,脱硫效率达到98.3%,费用0.9元/,m,3,；,操作温度64，其它条件同，脱硫效率达到94.3%,费用0.6元/,m,3,；,酸性溶液,碱性溶液,含硫废水,1,2,3,4,5,6,出水,压缩空气,蒸汽,废气,1-隔油池，2-泵，3-换热器，4-射流器，5-空气氧化塔，6-分离器,空气氧化法处理含硫废水流程,（,2,）氯氧化,氯的存在形式,液氯、氯胺、漂白粉、次氯酸钠、二氧化氯,有效氯（表征各药剂的氧化能力）,化合价大于-1的那部分氯具有氧化能力，称为有效氯。,例,3,：氯消毒,4 5 6 7 8 9 10 11,100,90,80,70,60,50,40,30,20,10,0,0,10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,pH,NHCl,2,HOCl(%),NH,2,Cl,OCl,-,(%),HOCl,0,HOCl,20,氯胺,25,HOCl、OCl,-,所占的百分数与,pH,值和水温的关系,氯气与水发生歧化反应，次氯酸在水中离解：,电离常数,K=H,+,OCl,-,/HOCl,HOCl,与,OCl,-,在溶液中的比例随,pH,值变化，关系如右图,在酸性溶液中：,HOCl H,+,+2e,Cl,-,+H,2,O E,0,=1.49v,在碱性溶液中：,OCl,-,H,2,O,+2e,Cl,-,+2O,H,-,E,0,=0.9v,在中性溶液中：,E,0,=1.2v,HOCl,比,OCl,-,的氧化能力强得多，,OCl,-,带电，影响接触，氯氧化法在酸性溶液中较为有利,氯氧化（消毒）原理,NH,2,Cl,与,NHCl,2,的分布由如下平衡决定：,NHCl,2,的杀菌能力比,NH,2,Cl,强，氯胺消毒还是依靠,HOCl，,当水中,HOCl,消耗后，上式反应向左进行，释放出,HOCl，,因而氯胺消毒比,HOCl,慢,氯胺也是常用的消毒剂，主要包括一氯胺、二氯胺和三氯胺（,NH,2,Cl,，,NHCl,2,和,NCl,3,）,加氯量,mg/L,余氯量,mg/L,游离性余氯,化合性余氯,B,A,0,H,a,1,a,2,a,3,a,4,b,1,b,2,b,3,b,4,1区,2区,3区,4区,需氯量试验结果,图中虚线（该线，与坐标轴成45角）表示水中无杂质时加氯量与余氯量的关系。实线表示氯与杂质化合后的情况，,b,值即需氯量被氯氧化的杂质，,a,代表余氯量，,a,加,b,即加氯量。,1区：氧化还原性物质，余氯为零；2区：氯与氨化合，产生氯胺，有余氯，是化合氯；3区：加氯量增加，氯胺被氧化成不起消毒作用的氯，余氯减少，到折点,B；4,区：完全是游离性余氯。折点加氯,加氯设备,采用加氯机：注意安全，防止腐蚀,氯氧化系统,例,4,：电镀废水脱,CN,-,第一阶段：要求,pH,值1011，需要5分钟，控制10-15分钟,第二阶段：要求,pH,值88.5，需要1小时,理论值：,CN,-,:Cl,2,:NaOH=1:6.8:6.2,实际控制投加,CN,-,:Cl,2,=1:8,P,304,（,3,）臭氧氧化,臭氧是氧的同素异构体，常温常压下是一种具有鱼腥味的淡蓝色气体。,性质,不稳定性,在常温下自行分解为氧气放热,温度越高，分解越快；浓度越高，分解越快；在水溶液中分解比气相中快；,pH,高分解快。,溶解性,在水中溶解度比纯氧高10倍，比空气高25倍,毒性,卫生部规定其最高浓度为0.3,mg/m,3,氧化性,强氧化剂：,E,0,=2.07V,氧化能力仅次于氟,在水处理中的应用,消毒；污染水源水的净化；工业废水的臭氧净化,降低,COD、,杀菌、增加溶解氧、脱色除臭、降低浊度,53,臭氧与有机物反应：,1.,直接反应,（,1,）偶极加成,（,2,）亲电取代,2.,间接反应,OH,臭氧氧化有机物原理,例,5,：无机物的去除,将铁锰氧化为高价化合物：,氧化硫化物、氰化物,：,氰化物在酸性条件下水中的实际反应过程可用下列反应式表示：,总反应式为：,烯烃类双键化合物,芳香族化合物,有机胺,臭氧可氧化硫氰化物离子和复杂的氰化物：,例,6,：有机物的去除,P,304,例,7,：工业废水的深度处理,例,8,：臭氧消毒,臭氧处理闭路系统,臭氧发生系统及接触反应器,臭氧不稳定，现场随制随用；,发生器：板式和管式两种,接触反应器：鼓泡塔、螺旋混合器、涡轮注入器、射流器,COD,去除率：85.6%;,丙烯腈：99.9%;,SCN,-,100%,（,4,）其他氧化剂氧化,高锰酸盐氧化,能与水中,Fe,2+,、Mn,2+,、S,2-,、CN,-,、,酚及其它至臭味有机物很好地反应，能杀死很多藻类和微生物，与臭氧处理一样，出水无异味。,过氧化氢氧化,2,高级氧化技术,定义,（,1987,年,Glaze,提出）,任何以产生羟基自由基（,OH,）,为目的的过程均是高级氧化工艺,特点,反应速率快：由于羟基自由基具有极强的氧化性，这使得它可以与绝大多数有机物和无机物在水中迅速反应。,氧化效率高：绝大多数有机物可以被彻底氧化。,常见的高级氧化过程：,62,Fenton,反应,H,2,O,2,/UV,过程,湿式氧化（,WO,）和催化湿式氧化（,CWO,）,UV/TiO,2,催化氧化,臭氧高级氧化过程,超声波高级氧化,电化学氧化,高能电子辐射,过硫酸盐氧化,Wet Oxidation,Catalytic Wet Oxidation,Fenton,试剂氧化有机物反应历程,Fenton,试剂,亚铁盐（,Fe,2+,）和过氧化氢（,H,2,O,2,）,一般控制,pH,为,3,例,1,：处理垃圾渗滤液,P,306,H,2,O,2,/UV,过程,比单独,H,2,O,2,效果好,不会造成二次污染,例,2,：去除氯代酚类化合物,P,306,湿式氧化（,WO,）和催化湿式氧化（,CWO,）,在较高的温度和压力下，用空气中的氧来氧化废水中溶解和悬浮的有机物和还原性无机物的方法在液相中进行,发展方向,开发高效催化剂，使反应能在较温和的条件下，在更短的时间内完成；,进行超临界湿式氧化；,回收系统的能量和物料。,影响处理效果的因素：,废水性质,操作条件（温度、氧分压、时间、催化剂等）,温度越高，时间越长，去除率越高，不低于180,达到相同的去除率，温度越高，时间越短，对应反应器容积越小,用作高浓度、难生降工业废水和污泥处理,两个速度段，前段快，考虑作为生物氧化预处理手段,湿式氧化法基本流程,湿式氧化处理浓废液流程,68,臭氧与有机物反应：,1.,直接反应,（,1,）偶极加成,（,2,）亲电取代,2.,间接反应,OH,臭氧（催化）高级氧化,69,O,3,与,OH,氧化难降解有机污染物的对比,右表中的有机物（国标限制的）,与,O,3,的反应速率,:,10,7,M,-1,s,-1,对右表中的每一种有机物而言，其与,OH,的反应速率与,O,3,的反应速率之比,:,10,5,倍,其他高级氧化技术,电化学氧化,超声波高级氧化,高能电子辐射,过硫酸盐氧化,高级氧化技术对污水中难生降物质及不能生降的有毒有害物质具有显著的功效，,成为近年来的研究热点，,由于成本的限制，目前只能用于特种废水的处理或作为生物处理的预处理,3,还原法,常用的还原剂,某些电极电位较低的金属，铁屑、锌粉,带负电的离子，例如：,SO,3,2-,SO,4,2-,带正电的离子，例如：,Fe,2+,Fe,3+,例,1,：还原除铬,把,Cr,6+,还原成毒性较低的,Cr,3+,亚硫酸石灰法除铬,二步：废水中的,Cr,2,O,7,2-,在酸性条件下（,pH7,时，反应不能进行。,例,1,：还原除铬,把,Cr,6+,还原成毒性较低的,Cr,3+,铁屑过滤除铬,酸性条件下,FeFe,2+,，,Cr,6+,Cr,3+,，,反应进行中消耗氢离子使得,pH,升高，,Cr(OH),3,，,Fe(OH),3,同时去除,牺牲阳极（铁）除铬,亚硫酸铁石灰法除铬,P,307,例,2,：还原法除汞,氯碱、炸药、制药、仪表工业废水中含有剧毒的,Hg,+,，,处理方法是将其还原为,Hg,，,加以回收。,采用比汞活泼的金属（铁屑、锌粉、铝粉、钢屑等），获得金属汞回收利用,采用铁屑过滤时：,pH,值69较好，耗铁量最小；,采用锌粉时：,pH,值911较好；,采用铜屑时：,pH,值110均可，一般用于废水含酸浓度较大的场合。,例,3,：金属铁还原处理硝基苯类废水,例,4,：,Cu/Fe,催化还原处理难生降工业废水,P,307-308,第五节 吸附法,目,录,1,基本概念,2,吸附剂,3,吸附工艺与设备,4,吸附法在水处理中的应用,硅胶,一,.,概念,1.,吸附法,利用多孔性固体物质具有选择性吸附废水（废气）中的一种或多种有害组分的特点，把废水（废气）中某一组分或某些组分吸留在固体表面上，实现净化废水（废气）的一种方法。,2.,吸附类型,物理吸附：,吸附剂与吸附质间由范德华力引起的；,化学吸附：,吸附剂与吸附质间由化学键力导致的。,吸附质与吸附剂间不发生化学反应；,吸附过程极快，参与吸附的各相间常常瞬间即达平衡；,放出的,“,吸附热,”,少；,吸附剂与吸附质间的吸附力不强。,a.,物理吸附的特征：,吸附有很强的选择性；,吸附速率较漫，达到吸附平衡需要的时间长；,升高温度可以提高吸附速率；,放出的,“,吸附热,”,多。,b.,化学吸附的特征：,吸附过程,3.,吸附,等温线,吸附等温线有多种类型，,常见的两种类型如下图所示。,型的吸附等温线可用,Langmuir,公式处理,;,型等温线可用,Branauer,、,Emmett,及,Teller,（,简称,BET,）,公式处理。,单位吸附剂的吸附量,吸附质在液体中的浓度,最常用的吸附等温式是,Freundlich,经验公式，该表达式为：,式中,K,f,和,n,为常数。,求吸附公式中的常数时，可将上式变为：,在双对数坐标纸上根据试验数据绘图，见下图，在图中就可求出常数,K,f,和,n,。,求,Freundlich,公式的常数,4.,吸附速率,吸附速率决定与吸附剂对吸附质的吸附过程，即外扩散（膜扩散）、孔隙扩散和吸附反应；通常吸附反应速率非常快，因而吸附速率主要由外扩散和孔隙扩散速率控制。,与界膜厚度成反比；,与单位体积床层中吸附剂颗粒的外表面积,a,成正比；,与流体主体中吸附质的浓度,c,成正比；,与吸附剂颗粒外表面上流体中吸附质浓度,ci,成正比。,a.,界膜内吸附质扩散速率,N,：,即：,b.,孔隙扩散速率,N,：,与吸附剂外表面的吸附量,qi,和颗粒的平均吸附量,q,的差成正比，即：,式中：,Ks,吸附剂外表面至内表面的传质系数。,5.,影响吸附的因素,1,溶质（吸附质）的性质,(1),溶质与溶剂之间的作用力；,(2),溶质分子的大小；,(3),电离和极性；,2,吸附剂的性质,表面积、种类，制造方法等；,3,溶液的性质,(1)pH,；,(2),温度；,(3),共存物质；,P313314,二,.,吸附剂,1,吸附剂的选择,具有大的比表面积；,具有良好的选择性吸附作用；,吸附容量大；,具有良好的机械强度和均匀的颗粒尺寸,有足够的热稳定性及化学稳定性,有良好的再生性能,吸附剂的来源广泛、价格低廉,2,常用的工业吸附剂：,活性白土、漂白土、硅藻土等天然矿物质；,活性炭；,硅胶；,活性氧化铝；,沸石分子筛；,吸附树脂；,腐殖酸类吸附剂。,P314,活性炭,块状,球状,柱状,活性炭的微晶片结构示意,硅藻土,沸石分子筛,腐殖酸类吸附剂,吸附树脂,三,.,吸附工艺与设备,1.,吸附操作的三个步骤：,（,1,）流体与固体吸附剂进行充分接触，使流体中的吸附质被吸附在吸附剂上；,（,2,）将已吸附吸附质的吸附剂与流体分离；,（,3,）进行吸附剂的再生或更换新的吸附剂。,2.,吸附装置的主要结构形式：,（,1,）混合接触式吸附装置,a.,并流多级吸附；,b.,逆流多级吸附；,（,2,）固定床吸附装置,（固定吸附剂）,a.,立式；,b.,环式；,c.,卧式。,P316,P316,固定床吸附操作示意图,a.,单床式；,b.,多床串联式；,c.,多床并联式,降流式固定床型吸附塔,（,3,）移动床吸附装置（移动吸附剂）,在移动床内被处理流体由塔下部进入，和吸附剂呈逆流接触，再从塔的上部排出。饱和的吸附剂从塔的下部取出进行再生，新鲜的吸附剂从塔上部放入。,（,4,）流化床吸附装置,流化床是吸附剂处于流化状态操作的吸附装置。,移动床吸附操作装置图,再生剂,四,.,吸附法在水处理中的应用,图,16-8,吸附法除汞流程示意图,Ca(OH),2,.Na,2,S.FeSO,4,压缩空气,含汞废水,反应池,沉淀池,吸附池,1,吸附池,2,排放,HgS,HgO,压缩空气,1.,含汞废水的处理,2.,炼油厂、印染厂废水的深度处理,3.,芳香磺酸类有机废水的治理和资源回收,4.,芳香胺类有机废水的治理和资源回收,P318,第六节 离子交换法,目,录,1,离子交换剂,2,离子交换树脂的选用,3,离子交换的工艺和设备,4,离子交换法在水处理中的应用,废水与离子交换剂接触时，离子态污染物与交换剂上同号离子相互交换，使废水中有害离子被分离的方法。,一离子交换剂：,水处理中用的离子交换剂主要有磺化煤和离子交换树脂。,1.,磺化煤,磺化煤利用天然煤经浓硫酸磺化处理后制成，但交换容量低，机械强度差，化学稳定性较差，已逐渐为离子交换树脂所取代。,2.,离子交换树脂,离子交换树脂是人工合成的高分子聚合物，由树脂,本体（骨架）和,活性,基团（包括固定离子和活动离子）两,部分组成。,离子交换树脂,离子交换树脂,a.,按树脂的类型和孔结构的不同可分为：,b.,按树脂活性基团的不同可分为：,凝胶型树脂、大孔型树脂、多孔凝胶型树脂、巨孔型（,MR,型）树脂和高巨孔型（超,MR,型）树脂。,含有酸性基团的阳离子交换树脂、含有碱性基团的阴离子交换树脂、含有胺羧基团等的螯合树脂、含有氧化还原基团的氧化还原树脂及两性树脂等。,其中,，阴、阳离子交换树脂按活性基团电离的强弱程度，又分为强酸性、弱酸性、强碱性和弱碱性。,阳离子交换树脂：强酸性和弱酸性；,阴离子交换树脂：强碱性和弱碱性；,二离子交换树脂的选用：,1.,离子交换树脂的有效,pH,值范围,表,16-4,各类型交换树脂的有效,pH,范围,树脂类型,有效,pH,值范围,强酸性离子,交换树脂,114,514,112,17,弱酸性离子,交换树脂,强碱性离子,交换树脂,弱碱性离子,交换树脂,2.,交换容量,指树脂交换能力的大小，即可交换的离子数量。干树脂的交换容量的单位为,m,ol,/g,，湿树脂的交换容量的单位为,m,ol,/mL,。,Eop,（,60,80,）,Et,。,全交换容量,Et,：,指单位质量树脂所具有可交换离子的总数量。,工作交换容量,Eop,：,指在给定条件下，单位质量树脂实际可利用的可交换离子的数量。,3.,交联度,工业上常用的凝胶型树脂含有,2,12,的二乙烯苯作为苯乙烯的交联剂。,交联度越大，树脂的孔隙率越小，密度越大，交换能力越小。,水处理中用的离子交换树脂的交联度一般为,7,10,。,4.,交换势,对同一种交换树脂,RH,讲，平衡选择系数,K,愈大，通常说这种离子的交换势很大；反之亦然。,1,）强酸性阳树脂的选择性顺序：,2,）弱酸性阳树脂的选择性顺序：,3,）强碱性阴树指的选择性顺序：,4,）弱碱性阴树脂的选择性顺序：,5,）螯合树脂的选择性顺序与树脂种类有关,亚氨基醋酸型螯合树脂的选择性顺序：,三离子交换的工艺和设备：,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,：,离子交换装置,连续床,固定床,混合床,双层床,单层床,移动床,流动床,离子交换的运行操作包括四个步骤：交换、反洗、再生、清洗。,P,323-325,P,324,四离子交换法在水处理中的应用：,1.,电镀含铬废水的处理,a.,一般流程,(,图,),b.,树脂的选择,c.,原水的预处理,与设备材料,2.,离子交换法处理含汞废水,图,16-9,含铬废水离子交换处理流程,P,326-327,3.,水的软化、,DI,水的制备,第七节 萃取法,目,录,1,萃取剂的选择,2,萃取工艺过程,3,萃取设备,4,萃取法在水处理中的应用,用一种与水不互溶，而对废水中某种污染物溶解度大的 有机溶剂，从废水中分离去除该污染物的方法。,萃取过程,是一个传质过程，包括：,1,）原料液和溶剂进行接触；,2,）使萃取相和萃余相分层；,3,）进行溶剂回收等步骤。,原理：,分配定律,P,327,a.,萃取剂应有良好的选择性,b.,萃取剂与原料液有大的密度差,c.,萃取剂要有较大的表面张力，减少乳化现象,d.,萃取过程的能耗低,e.,无毒、不易燃易爆、稳定性要好,f.,价格低廉、来源要广、,一,.,苯取剂的选择,二,.,萃取工艺过程,萃取工序：混合,分离,回收,萃取流程：,单级萃取,多级萃取,P,331,三,.,萃取设备,图 转盘塔,图 脉冲筛板塔,P,334,填料萃取塔,四,.,萃取法在废水处理中的应用,1.,萃取法处理含酚废水,2.,萃取法处理含重金属废水,图 萃取塔脱酚工艺流程,P,335,第八节 膜析法,目,录,1,类型及特征,2,（扩散）渗析法,3,电渗析法,4,反渗透法,5,超滤法,一,.,类型及特征,(,扩散,),渗析、电渗析、超滤、反渗透,是通过一种特殊的半透膜分离水中离子和分子的技术,二扩散渗析法,1.,基本原理：,选择性地,使高浓度溶液中的溶质透过薄膜向低浓度溶液中迁移的过程,2.,特点,渗析过程依靠分子扩散作用，运转费用省，但是分离效率低，设备投资较大。,例：渗析法处理钢铁厂酸洗废水，,P,337,三电渗析法,1.,基本原理,通过离子交换膜，在直流电作用下，使废水中的离子朝相反电荷的极板方向迁移，阳离子只能穿透阳离子交换膜，而被阴离子膜所阻；同理，阴离子只能穿透阴离子交换膜而被阳离子膜所阻。,2.,特点,不需要消耗化学药品，设备简单，操作方便,例：海水淡化、回收处理酸洗废水中的硫酸和铁，,P,339,(-),(+),极,室,极,室,A,C,A,C,C,淡室,淡室,浓室,浓室,浓室,淡室,+,-,-,+,-,-,+,-,-,+,-,-,+,-,-,+,-,-,+,-,-,+,-,-,+,-,-,+,-,-,+,-,-,+,-,-,电渗析分离原理略图,A-,阴离子交换膜,C-,阳离子交换膜,浓水,淡水,电渗析和离子交换相比，有以下异同点：,(1),分离离子的工作介质虽均为离子交换树脂，但前者是呈片状的薄膜，后者则为圆球形的颗粒；,(2),作用机理：离子交换属离子转移置换，过程中发生离子交换反应。电渗析属离子截留置换，过程中起离子选择透过和截阻作用；,(3),电渗析的工作介质不需要再生，但消耗电能；而离子交换的工作介质必须再生，但不消耗电能。,四反渗透法,当用一个仅允许溶剂分子通过的半透性膜分离两种不同浓度的溶液时，由于浓溶液中溶剂的化学势低于它在稀溶液中的化学势，稀溶液中的溶剂分子会自发地透过半透膜向浓溶液中迁移。,渗透过程示意图,若,p,，即：浓溶液中溶剂分子的化学势将高于稀溶液中溶剂分子的化学势，溶剂分子将通过半透膜向稀溶液迁移，与自发的趋势相反，被称为反渗透，见图（,c,）。,称为渗透压。,在实际反渗透过程中为达到一定的渗透速率，施加在膜两边的压差远大于渗透压。,1,反渗透原理,2,反渗透膜,醋酸纤维素膜,芳香族聚酰胺膜,3,反渗透装置,板框式、管式、螺旋卷式和中空纤维式,卷式装置如下图所示，把导流隔网、膜和多孔支 撑材料依次叠合，用粘合剂沿三边把两层膜粘结密封，另一开放边与中间淡水集水管联接，再卷绕一起。含盐水由一端流入导流隔网，从另一端流出，透过膜的淡化水沿多孔支撑材料流动，由中间集水管引出。,卷式装置示意图,五超滤法,1,超滤的基本原理,与反渗透相似，需要的压力低于反渗透法（超滤膜孔径大）,2,超滤膜,醋酸纤维,超滤膜,聚酰胺超滤膜,聚丙烯腈、聚醚砜、。,3,废水处理中的应用,分离有机溶解物,图 超过滤的原理,1.,超过滤进口溶液；,2.,超过滤透过膜溶液；,3.,超过,滤膜；,4.,超过滤出口溶液；,5.,透过超过滤膜的物,质；,6.,被超过滤膜截流的物质,。,第九节 超临界处理技术,一概述,二两类常用的超临界流体,1.,超临界水,2.,超临界,CO,2,三超临界技术的应用,1.,超临界水氧化,2.,超临界流体萃取,