工业废水的物理化学处理市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

Chapter 13 工业废水物理化学处理工业废水物理化学处理10/10/1水质工程学II第1页主要内容：p 混凝混凝 Coagulationp 气浮气浮 Air Flotationp 吸附吸附 Adsorptionp 离子交换离子交换 Ion-exchangep 电渗析电渗析 Electrodialysisp扩散渗析、反渗透、超滤扩散渗析、反渗透、超滤 Diffusion Dialysis,Reverse Osmosis,Ultrafiltration10/10/2水质工程学II第2页13.1 混凝混凝1.原理：向污水中投入电解质，压缩杂质双电层，降低或消除电位，杂质相互聚结沉淀。(1)双电层机理利用电解质压缩双电层，降低电位，消除静电排斥能峰，使胶体脱稳聚和。(2)吸附架桥机理利用高分子吸附架桥能力，将杂质吸附，形成大絮体下沉。2.材料：石灰、碳酸铝、硫酸亚铁、三氯化铁、聚合铝10/10/3水质工程学II第3页13.1 混凝混凝3.混凝种类混凝种类(1)化学混凝化学混凝利用正电荷电解质，压缩污水中负电粒子双电层，当大量正电荷进入胶粒双电层内，使双电层变薄，电位减小，胶粒不带电，能够相互聚和下沉。(2)生物混凝生物混凝 利用微生物吸附絮凝作用，吸附胶体颗粒一同下沉，活性污泥回流污泥到达吸附絮凝作用。回流污泥目标：a.接种，使生物种类多样 b.预絮凝和生物混凝作用10/10/4水质工程学II第4页13.1 混凝混凝(3)物理混凝物理混凝混凝经水解形成高聚物，大颗粒高聚物对杂质胶体有强烈吸附能力，可吸附一定距离内胶体共同下沉。本身混凝本身混凝：高聚物大颗粒可在其作用空间内吸附胶体一同下沉。有效作用空间：a.Rr;b.rR;c.A=r+R时吸附最正确。增浓聚沉增浓聚沉：向污水中投入一些大颗粒杂质，使浓度增大，可沉淀大颗粒吸附小颗粒快速下沉。应用：竖流式沉淀池增加污泥层浓度到达增浓聚沉。水力澄清池加入细泥沙增加泥沙浓度到达增浓聚沉。10/10/5水质工程学II第5页13.1 混凝混凝 经过混凝可去除污水浊度、色度、各种高分子化合物，重金属离子等，常与其它方法一同使用。混凝法只能去除胶体和悬浮物，不能去除溶解性物质，影响混凝原因很多，混凝剂种类，浓度等需要用试验确定。混凝应用：1 预处理(SS可从2万降至5000)2 深度处理(已推广，由张杰院士提出，COD去除率为5060%)10/10/6水质工程学II第6页13.1 混凝混凝10/10/7水质工程学II第7页13.1 混凝混凝10/10/8水质工程学II第8页13.2 气浮气浮1.气浮处理理论基础 将空气通入水中，并以微小气泡析出，使水中固体杂质粘附气泡一同上浮至水面分离。(1)气浮流程 气污水气粒吸附泡沫分解含油污水中油可经过 1隔油池 2粗粒化 3气浮 来去除10/10/9水质工程学II第9页13.2 气浮气浮2、气浮条件 去除比重近于1，直径60m悬浮物(大于60m可下沉)气粒吸附气粒吸附属物理吸附。吸附放热，低温吸附效果很好极性相同，吸附效果很好(气泡是疏水性物质，即非极性)物理性质相同，吸附效果很好。吸附对象吸附对象吸附疏水性物质疏水性物质难为水润湿物质，能够直接吸附。亲水性物质轻易被水润湿物质，需要转为疏水性物质。10/10/10水质工程学II第10页13.2 气浮气浮表面活性剂表面活性剂能够实现疏水亲水相互转移 表面活性剂由极性非极性分子组成，分子一端呈亲水性，另一端呈疏水性，也叫二亲分子。a.表面活性剂对于亲水性物质有利，亲水性物质转为疏水性。b.表面活性剂对于疏水性物质不利，疏水性物质转为亲水性。10/10/11水质工程学II第11页13.2 气浮气浮水中气、粒粘附着力计算水中气、粒粘附着力计算 在液、气、粒三相表面上，产生表面力不一样，其粘附着力也不一样。1表面能表面能 液体表面分子与内部分子受到分子引力不一样，表面分子所受到力不平衡，该力把表面分子拉向液体内部，力图缩小表面积，降低表面能。2表面能物理现象表面能物理现象 表面能力图使自由表面积最小，从而表面能最小。液体内部分子引力使液体呈球状，降低表面积，防止展开。10/10/12水质工程学II第12页13.2 气浮气浮表面能大小计算表面能大小计算设液、气、固三相分别为1、2、3，表示表面能 则 液固，液气，气固分别用13、12、23表示依据热力学已知：界面能表面能界面面积 s界面面积(cm2)，取单位面积为1进行计算颗粒和气泡粘附前其表面能之和 (N/m)颗粒和气泡粘附后其表面能 (N/m)吸附前后界面能降低值为 10/10/13水质工程学II第13页13.2 气浮气浮依据图解，代入上式：接触角 分析：1)W越大，吸附越轻易进行。2)当接触角0时，cos1，(1cos)0，气固不易吸附。3)当接触角180时，cos1，(1cos)2，气固易吸附。4)接触角可判断物质被水润湿性质，90为亲水性物质，不轻易吸附，90为疏水性物质，轻易吸附。10/10/14水质工程学II第14页13.2 气浮气浮气泡稳定性气泡稳定性1)加入表面活性剂使气泡壁变厚，预防破碎。(外包一层水摸)2)加入表面活性剂使液体表面蒸发量降低，浮渣稳定。(吸附水膜变厚，降低蒸发量)3)依据气泡与内压关系式：r气泡半径、12水气表面张力、P气泡内压力。当气泡内压一定时，水表面张力越大，气泡直径越大；当气量一定时，气泡直径，表面积，不易吸附。气泡大小应一致，不然小气泡内压大，大气泡内压小，小气泡易进入大气泡合并。4)气泡越小越密集，效果越好。10/10/15水质工程学II第15页13.2 气浮气浮混凝剂与表面活性剂关系混凝剂与表面活性剂关系1)混凝剂Al2(SO4)3，FeCl3，Fe2(SO4)3，可吸附水中固体使其凝聚，压缩双电层，相互聚合，生成一些大絮凝体。2)表面活性剂两亲分子，对亲水性物质有利，对疏水性物质不利。投量，气液界面张力12，泡沫稳定。投量，疏水杂质严重乳化，影响吸附。投量，12，使气固吸附牢靠。10/10/16水质工程学II第16页13.2 气浮气浮气浮方法、系统与计算气浮方法、系统与计算 将产生气泡方法分为布气气浮，溶气气浮，电气浮。1布气气浮布气气浮:利用机械剪切力，将混于水中空气粉碎成细小气泡。(第一代气浮)1)水泵吸水管吸入气浮水泵吸水管吸入气浮 设备简单，但会破坏水泵工作特征。吸入空气不能过多，不大于吸水量10。2)射流气浮射流气浮(需水泵扬程大，耗电量高，已淘汰)采取吸水带气射流器，向污水中吸入空气进行气浮。3)扩散板气浮扩散板气浮(停顿曝气时易堵，主要应用于给水，污水中已淘汰)压缩空气经过含有微细孔隙扩散板，使空气以细小气泡形式逸出，进行气浮。4)叶轮气浮叶轮气浮 电动机带动叶轮高速旋转，空气进入水中被叶轮打坏成为细小气泡。10/10/17水质工程学II第17页13.2 气浮气浮气浮方法、系统与计算气浮方法、系统与计算 溶气气浮溶气气浮(第二代气浮)空气在一定压力下，溶解于水中，并到达过饱和状态，然后突然减压，溶解于水中空气以微小形状从水中折出，进行气浮。1)加压溶气气体加压溶气气体 工作特征 污水由水泵加压34压力，在压力管上进入压缩空气，水气混合体在溶气罐内停留一定时间进行溶气，然后经减压阀进入气浮池气浮。工艺流程 惯用加压溶气有：全加压溶气，部分加压溶气和部分回流加压溶气。2)溶气真空气浮溶气真空气浮 气浮池在负压下工作，空气在常压下和加压下溶于水中，溶于水中空气在负压下过饱和，大量空气会折出形成气泡上浮。(但浮渣不能出来，出水必须靠水泵抽，且不易检修)10/10/18水质工程学II第18页10/10/19水质工程学II第19页13.2 气浮气浮电解气浮电解气浮 将含有电解质污水作为电解介质通入直流电进行电解，可同时发生三种效应，电解氧化(IEO)，电解混凝(电絮凝)和电解气浮，当选取不溶性电极可充分发挥电解气浮效应。10/10/20水质工程学II第20页 10/10/21水质工程学II第21页13.3 吸附吸附 在相界面上，物质浓度自动发生累积或浓集现象称为吸附。吸附就是利用多孔性固体物质，使废水中一个或各种物质被吸附在固体表面而去除方法。10/10/22水质工程学II第22页10/10/23水质工程学II第23页13.3 吸附吸附产生吸附原因产生吸附原因 1物理吸附物理吸附 吸附剂和吸附质之间经过分子间力产生吸附称为物理吸附。物理吸附可形成单分子吸附层或多分子吸附层。被吸附分子因为热运动还会离开吸附剂表面，这种现象称为解吸，它是吸附逆过程。(可逆，是一个动态平衡)2化学吸附化学吸附(成本高，基本不用)化学吸附是吸附剂和吸附质之间因为化学键力引发化学作用，一个吸附剂只能对某几个吸附质发生化学吸附，所以化学吸附含有选择性，不可逆性。3离子吸附离子吸附(使用也不多)相互交换离子吸附，依靠静电引力牢靠吸附。10/10/24水质工程学II第24页13.3 吸附吸附吸附等温线吸附等温线1吸附平衡 吸附过程是可逆，当吸附速度和解吸速度相等时，则吸附质在溶液中浓度和吸附剂表面上浓度都不改变而到达平衡，此时吸附质在溶液中浓度称为平衡浓度。吸附剂吸附能力大小以吸附量q表示，指单位重量吸附剂所吸附吸附质重量。q=V(C0C)/W式中 V废水容积；W吸附剂投量；C0原水吸附质浓度；C吸附平衡时水中剩下吸附质浓度。10/10/25水质工程学II第25页13.3 吸附吸附吸附等温式吸附等温式(1)朗谬尔公式 朗谬尔公式是从动力学观点出发，经过一些假设条件而推导出来单分子吸附公式。式中q吸附量 C吸附质平衡浓度 a、b吸附常数。将上式改为倒数式，即：10/10/26水质工程学II第26页13.3 吸附吸附吸附等温式吸附等温式(2)费兰德利希公式 q=K C1/n 式中q吸附量；C吸附质平衡浓度；K、1/n常数。将上式改写为对数式：10/10/27水质工程学II第27页13.3 吸附吸附吸附速度吸附速度 吸附速度是指单位重量吸附剂在单位时间内所吸附物质 量。吸附过程可分为3个阶段。第一阶段为外部扩散阶段。在吸附剂周围存在着一层固定水膜吸附质首先经过这个水膜才能抵达吸附剂表面，所以吸附速度与液膜扩散速度相关。第二阶段称为颗粒内部扩散阶段。经水膜扩散到吸附剂表面吸附质向细孔深处扩散。第三阶段称为吸附反应阶段。吸附质被吸在细孔内表面上。10/10/28水质工程学II第28页13.3 吸附吸附吸附影响原因吸附影响原因 1吸附剂性质 普通是极性分子吸附剂易吸附极性分子吸附质，非极性分子吸附剂易于吸附非极性吸附质。(处理污水是惯用非极性吸附剂-活性炭)2吸附质性质 吸附质溶解度，表面自由能，极性，吸附质分子大小，吸附质浓度相关 3废水pH 废水pH影响吸附剂及吸附质性质。4共存物质 物理吸附时吸附剂可吸附各种吸附质。普通共存各种吸附质时，吸附剂对某种吸附质吸附能力比只含该种吸附质时吸附能力差。5温度 因为物理吸附过程是放热过程，温度升高吸附量降低，反之吸附量增加。6接触时间 在进行吸附时，应确保吸附质与吸附剂有一定接触时间，使吸附靠近平衡，充分利用吸附能力。10/10/29水质工程学II第29页13.3 吸附吸附吸附操作方式吸附操作方式 1静态吸附 在废水不流动条件下，进行吸附操作称为静态吸附操作，静态吸附在废水处理中采取较少。2动态吸附 动态吸附是在废水流动条件下进行吸附操作。当废水连续经过填充吸附剂吸附设备时，废水中吸附质便被吸附剂吸附，从吸附设备流出废水中吸附质浓度能够降低，吸附剂使用一段时间后，出水中吸附质浓度逐步增加，当增加到某一数值时，将吸附剂进行再生。10/10/30水质工程学II第30页 10/10/31水质工程学II第31页13.3 吸附吸附 穿透曲线穿透曲线 向固定床连续地通人废水，发觉有填充层正在发生吸附作用，展现显著吸附带，在这段下部填充层几乎没有发生吸咐作用，在其上部填充层因为已到达饱和状态，不再起吸附作用。当有显著吸附带时，吸附带随废水不停流人而缓缓地向下移动。吸附带移动速度比废水在填充层内流动线速度要小多。当吸附带下缘移到填充层下端时，从装置中流出废水中便开始出现吸附质。以后继续通水，出水中吸附质浓度将快速增加，直到等于原水浓度C0时为止。10/10/32水质工程学II第32页13.3 吸附吸附惯用吸附剂惯用吸附剂 废水处理中惯用吸附剂有活性炭，磺化煤、沸石、活性白土、硅藻土、焦炭等。工程中使用较多是活性炭，活性炭比表面积可达5001700m2/g。10/10/33水质工程学II第33页