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1、第四章 污水的吸附法、离子交换法、萃取法和膜析法处理,第一节 吸附法,处理对象：,一、吸附原理,污水中无机的、有机的（难于生物降解）溶解物质或胶体物质。,分类：,物理吸附,化学吸附,分子引力（范德华力）吸附多种吸附质,化学键 吸附一种或多种吸附质,吸附等温式被吸附物的量与浓度之间的关系式。（一定的吸附剂所吸附物质的数量与此物质的性质、浓度、温度有关。）,雷羚绷奎脸肇邹鲍塞族肪秽戌翱鄂落笔跋慧直拾冈搅倍癌羚獭旦昏栈渐杏第四章水污染第四章水污染,第一节 吸附法,1、弗劳德利希等温式,lg(y/m)与lg成线性关系。斜率1/n，截距lgK。,低浓度时适用。,偷普嗽玄邦矗崇剿涕鸡落挨荐赣枢掩结鞋贤磐簧
2、汪营籽廖浦烷并秆洪交伎第四章水污染第四章水污染,第一节 吸附法,2、朗格缪尔等温式,K：与最大吸附量及吸附能有关常数 K 1：与吸附能有关的常数,二、影响吸附的因素：,1、衡量吸附过程的指标：,吸附能力吸附剂的吸附量大小。吸附速度单位重量、单位时间所吸附的物质的量。决定接触时间。,滋似粘史癸悉肢荡赃床春易呻曰归叠辞悠镭榷芽仅注豹兢裔冬镐全萎荒八第四章水污染第四章水污染,第一节 吸附法,二、影响吸附的因素：,2、多孔吸附剂吸附过程：,A、颗粒外部扩散阶段吸附质扩散到吸附剂表面。B、孔隙扩散阶段吸附质在吸附剂孔隙中向吸附点扩散。C、吸附反应阶段吸附质被吸附在吸附剂孔隙内吸附点表面。,吸附速度：外部
3、扩散速度：溶液浓度、吸附剂比表面积有关孔隙扩散速度：吸附剂孔隙、吸附质颗粒大小，结构决定。,3、物理化学性质：,（极性分子型）吸附剂吸附（极性分子型）的吸附质（非极性分子型）吸附剂吸附（非极性分子型）的吸附质 离子型：异性相吸,1、吸附质溶解度越低，越容易被吸附。2、吸附质浓度升高而吸附量有限度地增加。,屉哉告暇搀娟拯勤晚圆运玄副辖刑账俭烦次榆褂燃紊限陌客骂殴著兢治觅第四章水污染第四章水污染,第一节 吸附法,二、影响吸附的因素：,4、pH值：,活性炭在酸性条件下比碱性条件下的吸附量高。,5、吸附反应常为放热，低温有利。,对气相明显，液相不明显,三、吸附剂,1、活性炭：,粉末状吸附能力强、价格低
4、、再生困难、劳动条件差。颗粒状吸附能力强、价格贵、能再生，劳动条件好，常用。,再生吸附剂本身结构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，恢复它吸附能力。,睁楼纹墓蘸漳岩归凯限餐淄靳贡碉髓保攫宙蝇虱懦颖辽素薯田盘拯填独旦第四章水污染第四章水污染,第一节 吸附法,三、吸附剂,1、活性炭：,活性炭再生方法：,加热再生：高温吸附质从活性炭脱离 有机物氧化、分解成气态化学再生：通过化学反应，使吸附质转化为易溶于水的物质而解吸。(吸附苯酚的活性炭，用NaOH浸泡，形成酚钠盐。粉末活性炭在高温、高压下，氧化分解反应得到再生。),2、腐植酸类吸附剂：,天然含有腐植酸的风化煤、泥煤、褐煤 富含
5、腐植酸物质+粘合剂=腐植酸系树脂,（1）腐植酸性质与酸性物质相似，所含活性基因吸附阳离子。吸附作用包括离子交换、螯合、表面吸附、凝聚等。（2）吸附的阳离子包括：Hg、Cr、Zn、Pb、Cu等重金属。（3）吸附饱和后，可用硫酸、盐酸、NaCl进行解吸。（4）存在问题：吸附容量不高，适用pH值范围小，机械强度低。,遣届赌休哼镑贞劝碾糜夫泊悯轧唉挚笆肉衍壕微皮掩漠驹济邑凿惮己骂瘸第四章水污染第四章水污染,第一节 吸附法,四、吸附工艺和设备,操作方式,间歇式,连续式,混合搅拌（30min）静沉 澄清排除,固定床,移动床,流化床,定期更换部分吸附剂,吸附剂在吸附塔中呈膨胀状态,吸附塔中固定,锑孕扶俭虐伟
6、饥掘筷赏拓虑捧卿件寅棵蒋刷炙故厌焰阔褪俞樊芦秆坠劫朴第四章水污染第四章水污染,第一节 吸附法,五、吸附法在污中处理中应用,1、活性炭对有机物的吸附,活性炭对绝大部分有机物有很强的吸附能力。尤其有些有机物不能用生物处理或其他氧化法处理时。常用于深度处理,优点：处理程度高。应用范围广，对废水中绝大部分有机物都有效。对水量和有机负荷变动具有较强的适应性能。可重复再生，再生过程使吸附的有机物被烧掉产生污泥。可回收物质，处理含酚废水，碱再生时，可回收酚钠盐。,2、活性炭对无机物的吸附,应用不是很广，但对某些金属及其化合物有很强的吸附能力。,柬硒说访胁菇侮顷锰烛幢胃远毡贬篡壹竣滞烈阂摇园缴粘向舍镰惨彼骸棘
7、第四章水污染第四章水污染,第二节 离子交换法,实质离子交换剂（不溶）可交换离子与溶液中的其它同性离子的交换反应（可逆 反应）,平衡状态下有：,应用水的软化、水的除盐。废水处理金属离子的去除。,K1时，反应才能顺利向右进行。K越大，越有利交换反应。K值大小定量反映在离子交换剂对某两个固定离子交换选择性的大小。,糙镣空小笔戎肩界友桂痈妆压炙曼汗哥占腕蹦侩巡瞅屑坊氰瓮诡确拳锹痞第四章水污染第四章水污染,第二节 离子交换法,一、离子交换剂,1、无机：合成沸石、天然沸石,2、有机：A.磺化煤浓硫酸对天然煤进行磺化处理后得,容量低、强度差、稳定性差 B.离子交换树脂人工合成的高分子聚合物，由树脂本体和活性
8、基因两部分组成。,母体（最常见）苯烯聚合物（线性离分子有机物）加入交换剂（二烯苯）形成相互交联，构成立体网状结构。母体定外形球状颗粒 大颗粒 0.60.12mm 中颗粒0.30.6mm 小颗粒0.020.1mm,活性基团：A、固定离子固定在树脂的网状骨架上 B、活动离子真正发生交换的离子,常见分类：凝胶型树脂、大孔型树脂、多孔凝胶型树脂、巨孔型树脂、高巨孔型树脂,活性基团分：1.阴离子交换树脂：强碱性pH（112）弱碱性pH（07）2.阳离子交换树脂：强酸性（114）弱酸性（514）3.螯合树脂 4.氧化还原树脂 5.两性树脂,妨菊笑剥埋陋理除吝罕肯缅默氏忽希归版煤矛鹤击碍漓递锁撑梳逸贬恳驼第
9、四章水污染第四章水污染,第二节 离子交换法,二、离子交换树脂的选用：,1、有效pH值范围：,强酸、强碱性，基本不受pH值影响；弱酸性在碱液中交换能力强，弱碱性在酸液中交换能力强。,2、交换容量【mol/kg（干树脂）mol/l（湿树脂）】,全交换容量一定量树脂所具有的活性基团或可交换离子的总数量。工作交换容量树脂在给定条件下实际的交换能力。,全交换容量确定：,滴定法 计算法 例：强酸性阳离子为例 苯乙烯型 离子交换树脂,每克树脂具有可交换离子H 为1/184.6=0.00542mol/g或5.42mol/kg（干树脂）假设交联剂所占份量为8%则全交换容量=5.4292%=4.98mol/kg(
10、干树脂),呈逸新冒樊皂钢棠舔节葛震尘玉闺玩彦阎洪瓣队矽民眉辙孜翻痉蘑盼蜜张第四章水污染第四章水污染,第二节 离子交换法,二、离子交换树脂的选用：,3、交联度：,交联剂用量影响交联度，交联度对树脂的许多性能有决定性影响。,交联度高：1.孔隙度低、密度较大，离子扩散速度较低。2.对半径大的离子和水合离子交换量较小。3.浸泡水中，水化度低，形变小，比较稳定，不易碎裂。,常用交联度7%10%,4、交换势：,交换势反映交换离子取代树脂上可交换离子的难易程度。,离子交换的选择性交换势大的离子先交换。,同一交换树脂平衡常数K随交换离子M 不同而不同，K值越大，交换势 越大。,腊滞彤殆艺拎除痉沿兆卸沏抠补秆加
11、敲趴印脐扭售肃狄山属寺票呛抄仇塘第四章水污染第四章水污染,4、交换势：,离子交换势规律：,离子交换树脂本身，化学性质，外界温度，离子浓度。,常温、低浓度时，阳离子价位越高，交换势越大。强酸性阳离子型交换树脂:Fe3Cr 3Al 3Ca 2 Mg 2 K Na,常温、低浓度时，同价阳离子，原子序数愈高，交换式越大。稀土元素相反。,H 对阳离子交换树脂的交换势：1.强酸性阳离子交换树脂 Na H Li 2.弱酸性阳离子交换树脂 H 最大,常温、低浓度时，弱碱性阴离子交换树脂 酸根离子交换势：硫酸根CrO42-柠檬酸根3-酒石酸根2-NO3-AsO43-PO43-,强碱性阴离子交换树脂，无规律,离子
12、量高的有机离子和金属络合离子的交换势特别大。,二、离子交换树脂的选用：,大孔型树脂具有很强的吸附性能。可吸附非离子型杂质。,忽充隶绢碑标蛆般掠洒胰逊忻挖陨蒜冀娟侨池诸以疥禽号收轨蔑诧鸳兼再第四章水污染第四章水污染,1、分类：,固定床：单层床、双层床、混合床,三、离子交换的工艺和设备：,连续床：移动床、流动床,2、离子交换系统组成：,预处理设备,离子交换器,再生附属设备,3、离子交换操作步骤：,交换：,影响因素：树脂层高度、水流速度、原水浓度、树脂性能和再生程度。,反洗：,目的：松动树脂层，便于再生操作时，再生液分布均匀。及时清除积存在树脂层内的杂质、碎粒、气泡。反洗用原水，膨胀4060%，历时
13、15min。,再生：,通过较高浓度的再生液将树脂层内被吸附的离子置换出来，恢复交换能力,驴禄欠搐粒证萍寓熄疽苇卵幸惕蘑旱愿础骄并很创咽婚挣环磕揖淫楼怕攀第四章水污染第四章水污染,三、离子交换的工艺和设备：,3、离子交换操作步骤：,清洗：,用水交换处理后的净水。用水量 一般为树脂体积的413倍。,目的清洗掉树脂层内残留的再生废液。,4、离子交换树脂分类、命名、型号：,凝胶型离子交换树脂,分类代号,骨架代号,顺序号,胶联度数值,例：732,强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂,0017,顽唇孵颂傲含焙四郭奄踏延离杜尧明催漏键牵割梗存蛔骇胸砒啼宰云徒叁第四章水污染第四章水污染,第三节 萃取法,一、概述：,萃
14、取用适当的溶剂分离混合物的过程。,液液 萃取 固液 萃取,1.原理,2.萃取选取方法：,萃取剂（连续相）,萃取物（分散相）,废水中杂质在水中和有机萃取剂中溶解度不同。,技术上：,经济上：,二、萃取剂的选用：,萃取剂自身在水中溶解度低，对萃取物的溶解度高，对水中其他物质溶解度低。,表征萃取剂的溶解性能：分配系数,随温度、浓度变化而变化。,萃取剂在废水中不会乳化，容易同废水分离。,依奥胸埠眷眶许肋闹店隔堪真峰膊货苟蛾眺芜耙瑰棚冤斗颖俄宵震括览钒第四章水污染第四章水污染,第三节 萃取法,二、萃取剂的选用：,萃取剂易于再生,物理法：（蒸馏/蒸发）化学法：（反萃取）,价格低、萃取容易,三、萃取过程：,1
15、、概念：,级数料液被萃取的次数。,效数萃取剂使用的次数。,分类：,单级萃取（或单效萃取）,多级单效萃取,多级多效萃取,奈手奢兆型厢蔬涩血骑猾颓鲁羊拟亨涧弗独裂痪俱暴蓟讣菇蚊悠胃此楔勃第四章水污染第四章水污染,第三节 萃取法,三、萃取过程：,2、萃取剂用量计算,釜咀磷窒师劈停久诱实满喳讽击羹檀构螟玩演界抒绪叔隅聘榴使放寇护恨第四章水污染第四章水污染,第三节 萃取法,三、萃取过程：,3、萃取推动力,推动力大小=实际浓度-平衡浓度 差值大，传质速率越快,传质过程中，物质传递量公式：,G=KA ACA=KB ACB,搅臀派僧獭意嫉逗墩碧撂夏榷土匠揪摸就繁肥等湃做贮宫洛阻刽屏揖嘶幸第四章水污染第四章水污
16、染,第三节 萃取法,四、萃取设备,1、分类：,罐式（萃取器）、塔式（萃取塔）、离心机式（离心萃取机）,2、萃取器：,用途常用固-液萃取,分单级萃取、多级萃取,3、萃取塔：,筛板萃取塔,脉动筛板萃取塔,转盘萃取塔,填料萃取塔,收妇亦除矩舰章枯洪创哇监瓮燥剪勿取紊娃凑蔽厩碌执侄宾顿悉河排畏送第四章水污染第四章水污染,第四节 膜析法,一、概述：,利用薄膜使溶剂与溶质或微粒分离的方法。,用隔膜分离溶液时，使溶质通过膜的方法称渗析,以电动势推动力：电渗析、电渗透,用隔膜分离溶液时，使溶剂通过膜的方法称渗透,根据溶质或溶剂透过膜的推动力不同：,以浓度差为推动力：扩散渗析、自然渗透,以压力差为推动力：压渗析
17、、超滤；反渗透、微孔过滤,一、概述：,严厉躯于收斗乎冈你莹佯刷稿返村响恤屈校叁际黑猎狭件姚举升衅舔厢镍第四章水污染第四章水污染,第四节 膜析法,1、原理,使高浓度溶液中的溶质透过薄膜向低浓度溶液中迁移过程。,半透膜（对溶质的渗透性有选择作用）,推动力膜两侧溶液浓度差。,2、薄膜,二、渗析法（扩散渗析法）,分三类：,依靠薄膜中“孔道”大小分离大小不同的分子或粒子。,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,3、应用,蚊撩挤臀呆纹千沁疹荧忆脸官肚兼杠湛薛辞报号滞逊跨啸扎吓播辗村忱睹第四章水污染第四章水污染,第四节 膜析法,三、电渗析法,1、应用,海水淡化,综合利
18、用,2、交换膜要求：,离子交换膜能耐酸、耐碱、防氧化等特性。（回收酸、碱）,充分利用膜的组合：A、阴膜+复合膜（一面阴、一面阳）=回收酸 B、阳膜+中性膜=解决阴膜有机污染,选择合理的膜，提高渗析效率。,诗潞寡朴享椅嘻健盖呛泄言宏凋唤昨肛绣汐募门饵抛畸荧泥王迫忽八库瓜第四章水污染第四章水污染,第四节 膜析法,四、反渗透法,1、概念,渗透纯水、盐水半透膜隔开，水分子透过半透膜进入盐水区，使透区上升，到某值为止。两液面的差值即为渗透压，,2、渗透压：,反渗透在盐水区施压渗透压，水回流向纯水区，溶质被截留。,渗透压Pa R理想气体常数 PaL/molK i系数，表示溶质离解状态，1 T绝对温度K C
19、溶质浓度mol/L,3、渗透膜：醋酸纤维膜 芳香族聚酰胺膜,样喊钝躬咏稳瞅搬帽植暇房迸买处造缔底棘泻忧仙喘计涌执苔萄矽佃睹纂第四章水污染第四章水污染,第四节 膜析法,四、反渗透法,4、反渗透装置：,板框式反渗透膜贴在多孔透水板单侧或多侧，再紧贴在不锈钢或环氧玻璃钢承压 板两侧构成元 件层叠合。,管式膜装在耐压微孔承压管的内侧或外侧。,螺旋式两层反渗透膜中间夹一层多孔柔性格网，下面再铺一层多孔透水格网螺旋 缠在多孔集 水管上。,中空纤维式空心纺做成中空纤维管利用于反渗透。,奎皇淌久锯寄盆扶拨祖炽畅周心驻囱砾悲殷耸重眩卫住偷霜康歪硬茅三究第四章水污染第四章水污染,第四节 膜析法,四、超过滤法：,1、超过滤去除废水中大分子物质和微粒。,2、机理膜表面孔径机械筛分作用，膜孔阻塞、阻滞作用和膜表面及膜孔 对杂质的吸附作用。,3、超滤的过程动态过滤。,在超滤膜的表面既受到垂直于膜面的压力，使水分子透过膜面，进而分离，同时受到平行于膜面 的切向力，将截留在膜表面的物质冲开。,4、超滤膜醋酸纤维素膜、聚砜膜,5、应用分离有机的溶解物。,齐重踏渤疽行谣节深申劲荡妨哼控腰感蔓科汇断婉糠酗殷蚂矩滓淑磕闻嘘第四章水污染第四章水污染,
