二水的物理化学处理方法PPT课件.ppt

第二第二节 水中水中悬浮物浮物质和胶体物和胶体物质的去的去除除1.气气 浮浮o一、气浮理一、气浮理论基基础 气浮法是利用高度分散的微小气泡作气浮法是利用高度分散的微小气泡作为载体去粘附体去粘附废水中的水中的悬浮物，使其随气泡浮升到水面而加以分离浮物，使其随气泡浮升到水面而加以分离去除的一种水去除的一种水处理方法。理方法。气浮分离的气浮分离的对象是乳化油以及疏水性象是乳化油以及疏水性细微固体微固体悬浮浮物，如物，如细沙、沙、纤维、藻、藻类以及乳化油滴等。以及乳化油滴等。2.o实现气浮分离的三个条件气浮分离的三个条件：1、必、必须使待分离的使待分离的污染物形成不溶性的固体或染物形成不溶性的固体或液体液体悬浮体；浮体；2、必、必须使气泡能使气泡能够与与悬浮粒子相粘附；浮粒子相粘附；3、必、必须在水中在水中产生足生足够数量的数量的细微气泡。微气泡。3.（一）气浮的理（一）气浮的理论基基础o实现气气浮浮分分离离过程程的的必必要要条条件件是是使使污染染物物能能够粘粘附在气泡上。气、液、固附在气泡上。气、液、固(液液)三相介三相介质的的问题。o界面能的大小可用下式表示：界面能的大小可用下式表示：=S 式中式中r界面界面张力力(Nm)S 界面面界面面积(m2)界面能有降低到最小的界面能有降低到最小的趋势，当水中有气泡存，当水中有气泡存在在时，悬浮浮颗粒就力粒就力图黏附在气泡上而降低其界黏附在气泡上而降低其界面能。面能。4.悬浮颗粒与气泡的黏附性悬浮浮颗粒与气泡的黏附粒与气泡的黏附性取决于性取决于水水对该种物种物质的的润湿性。湿性。水水对各种物各种物质润湿性的湿性的大小可用它大小可用它们与水的接与水的接触角来衡量。触角来衡量。5.水对颗粒物质的润湿性当当0时，这种物种物质不能气浮；不能气浮；Al3+Ca2+Na+2）在低）在低浓度和常温下，价数相同度和常温下，价数相同时，交，交换势随原子序数增随原子序数增加而增加加而增加。这是因是因为原子序数大，水化离子半径小，作原子序数大，水化离子半径小，作用力就用力就强。例如：。例如：Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+3）交交换势随离子随离子浓度的增加而增大度的增加而增大。高。高浓度的低价离子甚度的低价离子甚至可以把高价离子置至可以把高价离子置换下来，下来，这就是离子交就是离子交换树脂能脂能够再生的依据。再生的依据。4）H+离子和离子和OH-离子的交离子的交换势，取决于它，取决于它们与固定离子所与固定离子所形成的酸或碱的形成的酸或碱的强度，度，强度越大，交度越大，交换势越小。越小。5）金属在溶液中呈）金属在溶液中呈络阴离子存在阴离子存在时，一般来，一般来说交交换势降低。降低。42.（8 8）化学）化学稳定性定性o废水水中中的的氧氧化化剂，如如氧氧、氯、铬酸酸、硝硝酸酸等等，由由于于其其氧氧化化作作用用能能使使树脂脂网网状状结构构破破坏坏，活活性性基基团的的数数量量和性和性质也会也会发生生变化。化。o防防止止树脂脂因因氧氧化化而而化化学学降降解解的的办法法有有三三种种：一一是是采采用用高高交交联度度的的树脂脂；二二是是在在废水水中中加加入入适适量量的的还原原剂；三是使交三是使交换柱内的柱内的pHpH值保持在保持在6 6左右。左右。o除除了了上上述述几几项指指标外外，还有有树脂脂的的外外形形、粘粘度度、耐耐磨磨性、在水中的不溶性等。性、在水中的不溶性等。43.6、水、水质对树脂交脂交换能力的影响能力的影响1）悬浮物和油脂浮物和油脂o废水水中中的的悬浮浮物物会会堵堵塞塞树脂脂孔孔隙隙，油油脂脂会会包包住住树脂脂颗粒粒，都都会会使使交交换能能力力下下降降。因因此此当当这些些物物质含含量量较多多时，应进行行预处理理。预处理理的的方方法法有有过滤、吸附等。、吸附等。2）有机物）有机物o废水水中中某某些些高高分分子子有有机机物物与与树脂脂活活性性基基团的的固固定定离离子子结合合力力很很大大，一一旦旦结合合就就很很难进行行再再生生，结果是降低果是降低树脂的再生率和交脂的再生率和交换能力。能力。44.3）高价金属离子）高价金属离子o废水水中中Fe3、A13、Cr3等等高高价价金金属属离离子子能能引引起起树脂中毒，当脂中毒，当树脂受脂受铁中毒中毒时，会使，会使树脂脂颜色色变深。深。o从从阳阳离离子子树脂脂的的选择性性可可看看出出，高高价价金金属属离离子子易易为树脂脂吸吸附附，再再生生时难于于把把它它洗洗脱脱下下来来，结果果会会降降低低树脂的交脂的交换能力。能力。o为了恢复了恢复树脂的交脂的交换能力可用高能力可用高浓度酸度酸长时间浸泡。浸泡。45.4）pH值o强酸和酸和强碱碱树脂的活性基脂的活性基团的的电离能力很离能力很强，交交换能力基本上与能力基本上与pH值无关。无关。o但弱酸性但弱酸性树脂在脂在pH值低低时不不电离或部分离或部分电离，离，因此，在碱性条件下，才能得到因此，在碱性条件下，才能得到较高的交高的交换能能力。力。o而弱碱性而弱碱性树脂在酸性溶液中才能得到脂在酸性溶液中才能得到较大的交大的交换能力。能力。o螯合螯合树脂脂对金属的金属的结合与合与pH值有很大关系，每有很大关系，每种金属都有适宜的种金属都有适宜的pH值。46.5）水温）水温o水水温温高高虽可可加加速速离离子子交交换的的扩散散，但但各各种种离离子子交交换树脂都有一定的允脂都有一定的允许使用温度范使用温度范围。6）氧化）氧化剂o废水水中中如如果果含含有有氧氧化化剂（如如Cl2、O2、H2Cr2O7等等）时，会会使使树脂脂氧氧化化分分解解。强碱碱性性阴阴树脂脂容容易易被被氧氧化化剂氧氧化化，使使交交换基基团变成成非非碱碱性性物物质，可可能能完完全全丧失失交交换能能力力。氧氧化化作作用用也也会会影影响响交交换树脂脂的的本本体体，使使树脂加速老化，脂加速老化，结果使交果使交换能力下降。能力下降。47.7 离子交换的工艺过程离子交离子交换装置装置固定床固定床单层床床双双层床床混合床混合床连续床床移移动床床流流动床床48.离子交离子交换的运行操作步的运行操作步骤o交交换：利用离子交利用离子交换树脂的交脂的交换能力，从能力，从废水中分水中分离脱除需要去除的离子的操作离脱除需要去除的离子的操作过程程o反洗：反洗：反冲洗的目的有二：一是松反冲洗的目的有二：一是松动树脂脂层，使再，使再生液能均匀渗入生液能均匀渗入层中，与交中，与交换剂颗粒充分接触；粒充分接触；二是把二是把过滤过程中程中产生的破碎粒子和截留的生的破碎粒子和截留的污物物冲走。冲走。为了达到了达到这两个目的，两个目的，树脂脂层在反冲洗在反冲洗时要膨要膨胀30%-40%30%-40%。冲洗水可用自来水或。冲洗水可用自来水或废再生液。再生液。49.o再生：再生：即交即交换反反应的逆的逆过程。使具有程。使具有较高高浓度的再生液流度的再生液流过树脂，将先前吸附的离子置脂，将先前吸附的离子置换出来，从而使出来，从而使树脂的交脂的交换能力得到恢复。能力得到恢复。再生液的再生液的浓度度对树脂的再生程度有脂的再生程度有较大影响大影响。o清洗：清洗：洗洗涤残留的再生液和再生残留的再生液和再生时可能出可能出现的反的反应产物物 。50.再生再生剂的的选择o强酸性阳离子交酸性阳离子交换树脂可用脂可用HCl或或H2SO4等等强酸及酸及NaCl、Na2SO4等再生。等再生。o弱酸性阳离子弱酸性阳离子树脂可以用脂可以用HCl、H2SO4等再生。等再生。o强碱性阴离子交碱性阴离子交换树脂可用脂可用NaOH等等类强碱及碱及NaCl再生，再生，o弱碱性阴离子弱碱性阴离子树脂可以用脂可以用NaOH、Na2CO3、NaHCO3等再生。等再生。51.离子交离子交换法在法在给水水处理中的理中的应用用52.53.三、三、吸附法吸附法3.1 3.1 吸附的基本理吸附的基本理论3.2 3.2 吸附操作及吸附操作及设备3.3 3.3 影响吸附的因素影响吸附的因素3.4 3.4 吸附吸附剂3.5 3.5 吸附吸附剂的解吸的解吸3.6 3.6 吸附平衡和吸附等温吸附平衡和吸附等温线3.7 3.7 吸附法吸附法处理的特点及理的特点及应用用54.1、吸附的基本理论（1）吸附吸附过程及分程及分类o吸附吸附是指利用多孔性固体物是指利用多孔性固体物质吸附吸附废水中某种水中某种或几种或几种污染物，以回收或去除某些染物，以回收或去除某些污染物，使染物，使废水得到水得到净化的方法。化的方法。o具有吸附能力的多孔性固体物具有吸附能力的多孔性固体物质称称为吸附吸附剂。而而废水中被吸附的物水中被吸附的物质称称为吸附吸附质。o吸附是一种界面吸附是一种界面现象，象，发生在两个相的界面上。生在两个相的界面上。o根据吸附根据吸附剂与吸附与吸附质之之间作用力不同，可分作用力不同，可分为物理吸附、化学吸附物理吸附、化学吸附和和离子交离子交换吸附吸附三种三种类型。型。55.1 1）物理吸附的特点）物理吸附的特点o吸吸附附剂和和吸吸附附质之之间通通过分分子子间力力作作用用所所发生生的吸附的吸附为物理吸附，没有物理吸附，没有选择性。性。o物理吸附主要物理吸附主要发生在生在低温状低温状态下，放下，放热较小。小。o可以是可以是单分子分子层或多分子或多分子层吸附。吸附。o解吸容易。解吸容易。o影影响响物物理理吸吸附附的的主主要要因因素素是是吸吸附附剂表表面面积和和细孔分布孔分布。56.2 2）化学吸附的特点）化学吸附的特点o吸吸附附剂和和吸吸附附质之之间发生生由由化化学学键力力引引起起的的吸吸附称附称为化学吸附。化学吸附。o有有选择性性，即即一一种种吸吸附附剂只只对某某种种或或特特定定几几种种物物质有吸附作用。有吸附作用。o吸附吸附时放放热量量较大；通常需要一定的活化能。大；通常需要一定的活化能。o在低温在低温时，吸附速度，吸附速度较小。小。o吸附牢固，解吸困吸附牢固，解吸困难。57.3 3）离子交）离子交换吸附的特点吸附的特点o指吸附指吸附质的离子由于静的离子由于静电引力作用聚集在吸附引力作用聚集在吸附剂表表面的面的带电点上，并置点上，并置换出原先固定在出原先固定在这些些带电点上点上的其他离子。的其他离子。o吸附力吸附力为静静电引力引力o有一定的有一定的选择性性o吸附吸附热与物理吸附相近与物理吸附相近58.（2 2）吸附平衡与吸附容量）吸附平衡与吸附容量o当当废水水和和吸吸附附剂充充分分接接触触后后，一一方方面面吸吸附附质被被吸吸附附剂吸吸附附，另另一一方方面面一一部部分分巳巳被被吸吸附附的的吸吸附附质由由于于热运运动的的结果果，能能够脱脱离离吸吸附附剂的的表表面面，又又回回到到液液相相中中去去。前前者者称称为吸吸附附过程程，后者称，后者称为解吸解吸过程程。o当当吸吸附附速速度度和和解解吸吸速速度度相相等等时，即即单位位时间内内吸吸附附的的数数量量等等于于解解吸吸数数量量时，则吸吸附附质在在液液相相中中和和吸吸附附剂表表面面上上的的浓度都不再改度都不再改变，此，此时称称为达到达到吸附平衡吸附平衡。59.达到吸附平衡达到吸附平衡时吸附吸附质在液相中的在液相中的浓度称度称为平衡平衡浓度度。吸附容量吸附容量是指是指单位位质量的吸附量的吸附剂所吸附的吸附所吸附的吸附质的的质量，一般用量，一般用q表示，表示，单位位mg/g 或或g/g。如果用如果用V表示表示废水体水体积；C0和和C分分别表示吸附前后吸表示吸附前后吸附附质的的浓度；度；W表示吸附表示吸附剂的的质量量，则：60.吸附速度吸附速度(adsorption(adsorption rate)rate)o吸附速度吸附速度是指是指单位位质量的吸附量的吸附剂在在单位位时间内内所吸附的吸附所吸附的吸附质的数量。的数量。&第一个第一个阶段称段称为颗粒外部粒外部扩散（又称散（又称为膜膜扩散）散）阶段，吸附段，吸附质从溶液中从溶液中扩散到吸附散到吸附剂表面；表面；&第二第二阶段称段称为孔隙孔隙扩散散阶段，吸附段，吸附质在吸附在吸附剂孔隙中孔隙中继续向吸附点向吸附点扩散；散；&第三第三阶段称段称为吸附反吸附反应阶段，吸附段，吸附质被吸附在被吸附在吸附吸附剂孔隙内的表面上。孔隙内的表面上。61.2、吸附的操作及设备(1)(1)吸附操作的分吸附操作的分类o按吸附操作按吸附操作过程中程中废水的水的流流动状状态，可把吸附操作分，可把吸附操作分为静静态吸附吸附和和动态吸附。吸附。o废水在不流水在不流动条件下条件下进行吸附操作行吸附操作为静静态吸附操作吸附操作。o静静态吸附操作工吸附操作工艺过程是把一定量的吸附程是把一定量的吸附剂投入欲投入欲处理理的的废水中，不断地水中，不断地进行行搅拌达到吸附平衡后，再用沉降拌达到吸附平衡后，再用沉降或或过滤的方法使的方法使废水与吸附水与吸附剂分开。分开。o静静态吸附操作是吸附操作是间歇式操作。有歇式操作。有时需要需要进行多次。行多次。o如如一一次次吸吸附附后后出出水水水水质达达不不到到要要求求时，往往往往采采用用多多次次静静态吸吸附附操操作作。由由于于多多次次吸吸附附操操作作麻麻烦，在在废水水处理理中中应用用较少。少。62.o动态吸吸附附操操作作是是废水水在在流流动条条件件下下进行行的的吸吸附附操作。操作。o动态吸吸附附操操作作是是连续的的过程程。一一般般是是废水水连续通通过一一定定厚厚度度的的活活性性炭炭床床层，使使废水水中中的的污染染物吸附在活性炭中。物吸附在活性炭中。o从从处理理设备的的类型型上上，可可以以分分成成固固定定床床方方式式、移移动床方式床方式和和流化床方式流化床方式。63.（2）固定床：）固定床：固定床是固定床是废水水处理中常用的吸附装置。理中常用的吸附装置。让废水水连续地通地通过填充吸附填充吸附剂的的设备。这种种动态吸附吸附设备中，吸附中，吸附剂在在操作操作过程中是固定的，所以叫程中是固定的，所以叫固定床固定床。固定床根据水流方向又分固定床根据水流方向又分为升流式升流式(up-flow)和和降流式降流式(down-flow)两种。两种。降流式出水水降流式出水水质较好，水好，水头损失失较大，易堵塞。大，易堵塞。升流式水升流式水头损失小，运行失小，运行时间较长。不易堵塞，但吸附。不易堵塞，但吸附剂易流失。易流失。64.固固定定床床吸吸附附塔塔示示意意图粒状活性炭粒状活性炭吸附吸附层固定床的操作是间断的，因为吸附饱和后需要更换新炭65.（2）移）移动床：床：o移移动床床的运行操作方式是原水从吸附塔底部流入的运行操作方式是原水从吸附塔底部流入和吸附和吸附剂进行行逆流接触逆流接触，处理后的水从塔理后的水从塔顶流出，流出，再生后的吸附再生后的吸附剂从塔从塔顶加入，接近吸咐加入，接近吸咐饱和的吸和的吸附附剂从塔底排出，即从塔底排出，即吸附吸附剂由上而下移由上而下移动，所以，所以称称为移移动床。床。o按吸附按吸附剂排出的方式又分排出的方式又分为间歇移歇移动床床和和连续移移动床床。o移移动床充分利用吸附床充分利用吸附剂的吸附容量，水的吸附容量，水头损失小。失小。66.移移动床床吸吸附附塔塔构构造造示示意意图粒状活性炭粒状活性炭吸附吸附层去再去再生系生系统新的或再生后的新的或再生后的活性炭活性炭移动床的进出水是连续的，活性炭的进出可以是连续的也可以是间断的67.（3 3）流）流动床床o流流动床也叫做流化床。吸附床也叫做流化床。吸附剂在塔中在塔中处于膨于膨胀状状态，塔中吸附塔中吸附剂与与废水逆向水逆向连续流流动。o可使用小可使用小颗粒的吸附粒的吸附剂，吸附，吸附剂一次投量一次投量较少，不少，不需反洗，需反洗，设备小，生小，生产能力大，能力大，预处理要求低。理要求低。o运运转中操作要求高，不易控制，同中操作要求高，不易控制，同时吸附吸附剂的机械的机械强度要求高。度要求高。68.3、影响吸附的因素（1 1）吸附）吸附剂性性质的影响的影响 1 1）比表面）比表面积单位位重重量量吸吸附附剂的的表表面面积称称为比比表表面面积。吸吸附附剂的的粒粒径径越越小小，或或是是微微孔孔越越发达达，其其比比表表面面积越越大大。吸附吸附剂的比表面的比表面积越大，越大，则吸附能力越吸附能力越强。2 2）孔）孔结构构o吸附吸附剂内孔的大小和分布内孔的大小和分布对吸附性能影响很大。吸附性能影响很大。o孔径太大，比表面孔径太大，比表面积小，吸附能力差。小，吸附能力差。o孔径太小，孔径太小，则不利于吸附不利于吸附质扩散，并散，并对直径直径较大大的分子起屏蔽作用。的分子起屏蔽作用。69.（2 2）吸附）吸附质的性的性质o不不饱和和较饱和物和物质更容易被吸附更容易被吸附o对长链有机物的吸附有机物的吸附优于于对短短链有机物的吸附有机物的吸附o对溶解度低的物溶解度低的物质的吸附的吸附优于于对溶解度高的物溶解度高的物质的吸附。的吸附。o对非极性分子的吸附非极性分子的吸附优于于对极性分子的吸附极性分子的吸附o如活性炭如活性炭对有机酸的吸附量按有机酸的吸附量按甲酸甲酸 乙酸乙酸 丙酸丙酸 丁丁酸酸的次序而增加。的次序而增加。70.（3）操作条件）操作条件温度：温度：吸附是放吸附是放热过程，低温有利于吸附，升温有程，低温有利于吸附，升温有利于脱附。利于脱附。pH:溶液的溶液的pH值影响到溶影响到溶质的存在状的存在状态(分子、离子、分子、离子、络合物合物)，也影响到吸附，也影响到吸附剂表面的表面的电荷特性和化学特荷特性和化学特性，性，进而影响到吸附效果而影响到吸附效果接触接触时间：应保保证吸附吸附剂与吸附与吸附质有足有足够的接触的接触时间。吸附吸附剂的脱附再生，溶液的的脱附再生，溶液的组成和成和浓度度及其它因素及其它因素也影响吸附效果。也影响吸附效果。71.4、吸附剂工工业吸附吸附剂必必须满足下列要求足下列要求:（a a）吸附能力）吸附能力强；（b b）吸附）吸附选择性好；性好；（c c）吸附平衡）吸附平衡浓度低；度低；（d d）容易再生和再利用；）容易再生和再利用；（e e）机械）机械强度好；度好；（f f）化学性）化学性质稳定；定；（g g）来源广；）来源广；（h h）价格低。）价格低。一般工一般工业吸附吸附剂难于同于同时满足足这八个方面的要求，八个方面的要求，应根据不同的根据不同的场合合选用用.72.（1 1）活性炭）活性炭o活性炭是一种非极性吸附剂。o是由含炭为主的物质为原料，经高温炭化和活化制得的疏水性吸附剂。o外观为暗黑色，有粒状和粉状两种，目前工业上大量采用的是粒状活性炭。o活性炭主要成分除碳外，还含有少量的氧、氢、硫等元素，以及水分、灰分。o活性炭的吸附中心点o具有良好的吸附性能和稳定化学性质，可以耐强酸、强碱，能经受水浸、高温、高压作用，不易破碎。73.（2 2）树脂吸附脂吸附剂o树脂脂吸吸附附剂也也叫叫做做吸吸附附树脂脂，是是一一种种新新型型有有机机吸吸附附剂。吸附吸附树脂的制脂的制备方法与大孔离子交方法与大孔离子交换树脂的母体相似。脂的母体相似。o具具有有立立体体网网状状结构构，呈呈多多孔孔海海绵状状，加加热不不熔熔化化，可可在在150150下下使使用用，不不溶溶于于一一般般溶溶剂及及酸酸、碱碱，比比表表面面积可达可达800m800m2 2/g/g。o按按照照基基本本结构构分分类，吸吸附附树脂脂大大体体可可分分为非非极极性性、中中性性、极性极性和和强极性极性四种四种类型。型。74.5、吸附剂的解吸再生o解吸再生解吸再生就是在保持吸附就是在保持吸附剂结构不构不发生或者稍微生或者稍微发生生变化的情况下将吸附化的情况下将吸附质由吸附由吸附剂的表面去除，以的表面去除，以恢复其吸附性能的恢复其吸附性能的过程。所以解吸再生是吸附的逆程。所以解吸再生是吸附的逆过程。程。o吸附吸附剂的解吸再生方法有：的解吸再生方法有：加加热再生法再生法、化学氧化化学氧化再生法再生法、药剂再生法再生法、生物再生法生物再生法等。等。75.6 6、吸附法、吸附法处理理废水的水的应用用o应用范用范围：o脱色，除臭味，脱除重金属、各种溶解性有机物和脱色，除臭味，脱除重金属、各种溶解性有机物和放射性元素等。放射性元素等。o作作为离子交离子交换、膜分离等方法的、膜分离等方法的预处理，以去除有理，以去除有机物、胶体物及余机物、胶体物及余氯等，等，o作作为二二级处理后的深度理后的深度处理手段，保理手段，保证回用水的回用水的质量。量。76.77.