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1、,污水的三级处理过滤气浮离子交换膜分离法,过滤,一、过滤机理1、阻力截留2、重力沉降3、接触絮凝,二、快滤池的构造及工作过程（1）构造,（2）工作过程过滤过程：,反冲洗过程：,三、滤料和承托层 1、滤料 要求：有足够机械强度；有足够化学稳定性；有一定颗粒级配和适当空隙率。2、承脱层：天然卵石或碎石,四、快滤池的冲洗 目的：清除滤料中截留的污物，使滤池恢复工作能力。方法：水流冲洗。1、滤层膨胀率和冲洗强度（1）滤层膨胀率（2）冲洗强度 单位面积滤层上所通过的冲洗流量称为冲洗强度。,2、配水系统（1）大阻力配水系统（2）小阻力配水系统,3、冲洗水的供应冲洗水泵供给：投资省、操作麻烦，耗电大；高位水
2、箱供给：造价高、操作简单，耗电较少。,4、排水设备 及时将冲洗废水排出，使冲洗水均匀分布在滤料面积上。,五、快滤池的设计 F=Q/v F滤池总面积m2 Q设计流量m3/h v设计滤速m/h每个滤池面积：f=F/N N滤池个数。,六、管廊布置 集中布置滤池的管渠、配件及法门的场所称为管廊。布置形式：,气浮作用：去除比重和水差不多的悬浮物质。方法：向水中加入空气，使空气以高度分散的微小气 泡形式将水中悬浮颗粒载浮于水面。基本条件：必须向水中提供足够量的细微气泡；必须使污水中的污染物质能形成悬浮状态；必须使气泡与悬浮的物质产生粘附作用。有了上述这三个基本条件，才能完成浮上处理过程，达到污染物质从水中
3、去除的目的。,（一）原理必要条件：污染物必须黏附在气泡上。接触角,（二）气浮设备类型1、布气气浮设备(1)叶轮气浮设备(2)射流式空气扩散装置,2、加压溶气气浮设备,（1）全部加压溶气气浮,（2）部分加压溶气气浮,（3）回流加压溶气气浮,（三）压力溶气浮上法系统的组成1、压力溶气浮上法系统的组成与主要工艺参数(1)压力溶气系统 压力溶气系统包括加压水泵、压力溶气罐、空气供给设备(空压机或射流器)及其他附属设备。加压水泵的作用是提升污水，将水、气以一定压力送至压力溶气罐，其压力的选择应考虑溶气罐压力和管路系统的水力损失二部分。,（1）溶气系统,（三）压力溶气浮上法系统的组成,(2)空气释放系统
4、由溶气释放装置和溶气水管路组成。常用的溶气释放装置有减压阀、溶气释放喷嘴、释放器等。(3)气浮池 常用的气浮池有平流式和竖流式二种。,气浮池,离子交换,离子交换剂的分类、组成及结构1、分类按母体材质分为：无机和有机两大类。按其他分类,2、组成和结构,离子交换树脂的命名和型号,1、命名 2、型号 离子交换产品的型号以三位阿拉伯数字组成，第一位数字代表产品的分类，第二位数字代表骨架的差异，第三位数字为顺序号用以区别基因、交联剂等的差异。,离子交换树脂的性能,物理性能1外观 常用凝胶型离子交换树脂为透明或半透明的珠体，大孔树脂为乳白色或不透明珠体。优良的树脂圆球率高，无裂纹，颜色均匀，无杂质。2粒度
5、 一般树脂粒径0.31.2mm有效粒径（d10）0.360.61，均一系数（d40/d90）为1.221.66。,3密度,4含水率 树脂的含水率以每克树脂（在水中充分膨胀）所含水分的百分比（约50%），树脂的含水率相应地反映了树脂网架中的孔隙率。5溶胀性 干树脂+水湿树脂 6.机械强度 7.耐热性 8.孔结构,化学性能 1.再生 2.酸碱性：各种树脂在使用时都有适当的pH值范围。3.选择性：树脂对水中某种离子能优先交换的性能称为 选择性，选择性大小用选择性系数来表征。4.交换容量：表示树脂的交换能力。,离子交换树脂的选择、保存、使用和鉴别,树脂选择 选择树脂时应综合考虑原水水质、处理要求、交换
6、工艺以及投资和运行费用等因素。树脂保存 树脂宜在040下存放，通常强性树脂以盐型保存，弱酸树脂以氢型保存，弱碱树脂以游离胺型保存。树脂使用 树脂在使用前应进行适当的预处理，以除去杂质。最好分别用水、5HCl、24NaOH反复浸泡清洗两次，每次48h。,未知树脂的鉴别,离子扩散过程示意图,离子交换工艺,离子交换系统及应用离子交换过程 1.固定床离子交换器间歇工作过程 2.连续式离子交换器工作工程,离子交换系统及应用,1.在水的软化主要使用 Na离子交换软化法 H离子交换软化法 HNa串联及并联 2.在除盐中 一级复床除盐系统 多极复床除盐系统 混合床除盐系统 3.在处理工业废水中 多级阴阳离子交
7、换系统,离子交换过程 固定床离子交换器间歇工作过程,1.离子交换过程,在床层穿透以前，树脂分属于饱和区、交换区和未用区，真正工作的只有交换区内树脂交换区的厚度取决于所用的树脂、离子种类和浓度以及工作条件。,2.再生（1)再生剂种类 强酸性阳树脂用HCl或H2SO4等强酸及NaCl、Na2SO4再生；弱酸性阳树脂用HCl、H2SO4再生；强碱性阴树脂用NaOH等强碱及NaCl再生，弱碱性阴树脂用NaOH，Na2CO3、NaHCO3等再生。（2)再生剂用量 树脂的交换和再生均按等当量进行。理论上，再生剂可以恢复树脂的交换容量，但实际上再生剂用量比理论值大得多。,连续式离子交换器工作过程,左图为三塔
8、式移动床，由交换塔、再生塔和清洗塔组成。运行时，原水由交换塔下部逆流而上，把整个树脂层承托起来并与之交换离子。一段时间后，当出水离子开始穿透时，停止进水，并由塔下排水。排水时树脂层下降(称为落床)，由塔底排出部分已饱和的树脂，同时浮球阀自动打开，放入等量已再生好的树脂。,膜分离法,膜分离法是利用特殊的薄膜对液体中的某些成分进行选择性透过的方法的统称。常用的膜分离方法有电渗析、反渗透、超滤等。,电渗析,电渗析的原理与过程电渗析器的构造电渗析的操作控制电渗析除盐的设计计算电渗析法在废水处理中的应用,电渗析原理和工作过程,C阳膜 A阴膜 阳极：Cl-Cl2+2e 阴极：2H+2e H2（氧化反应）：
9、H2O H+OH-（还原反应）：4OH-O2+2H2O+4e,电渗析工作原理图,电渗析器的构造,1.构造 膜堆：一对阴阳膜和一对浓淡水隔板交替排列，组成最基本的脱盐单元，称为膜对。一对电极之间若干膜对组成膜堆。极区：电极、极框、电极托板、橡胶垫板。紧固装置：压杆、螺杆紧固。配套设备：整流器、水泵、转子流量计等。(1)离子交换膜 有关膜的内容前面已有介绍，这里只强调组装前对膜的处理。首先将膜放在操作溶液中浸泡2448小时，使之与膜外溶液平衡，然后剪裁打孔。膜的尺寸大小比隔板周边小1 mm，应比隔板水孔大1 mm。电渗析停运时，应在电渗析器中充满溶液，以防膜发霉变质，或膜因干燥收缩变形甚至破裂。,
10、（2）隔板 隔板放在阳、阴膜之间，其作用一是作为膜的支撑体，使两层膜之间保持一段距离；二是作为水流通道，使两层膜之间的流体均匀分布，同时依靠水流的涡动作用，减薄膜表面的滞流层，以提高净化效果和减少耗电量。隔板上有进出水孔、配水槽及过水道，其结构如图9-3所示。为了支撑膜和加强搅拌作用，使液体产生紊流，在大部分隔板的流道中，均粘贴或热压上一定形式的隔网。,(3)电极 电极设在膜堆两端，连接直流电源，作为电渗析的推动力，通过直流电时，在电极上会发生电极反应，要求电极耐腐蚀、导电性能和机械性能好。石墨、炭板和许多金属导体如铂、铜、铅、铁、钛等，都可以作为电极材料。常用铅板或石墨作阳极，不锈钢作阴极。
11、(4)夹紧装置 其作用是把圾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。,电渗析器的组成,将阴、阳离子交换膜和隔板交替排列、再配上阴、阳极就构成了电渗析器。其组装示意如图9-4所示。,电渗析器的组装方式有几种，如图9-5所示。,电渗析法在废水处理中的应用,电渗析法用于废水处理的典型实例有：(1)处理碱法造纸废液，从浓液中回收碱，从淡液中回收木 质素；(2)从芒硝废液中制取硫酸和氢氧化钠；(3)从酸洗废液中制取硫酸和沉积重金属离子；(4)从放射性废水中分离放射性元素，然后将其浓缩液掩埋；(5)处理电镀废水和废液，含Cu2+、Ni2+、Zn2+、Cr6+等金属离子的废
12、水都适宜用电渗析处理，其中含铁废水处理技术最为成熟，回收的NiSO4浓液可返回电镀槽。设备投资可在2年内收回。,反渗透,反渗透原理反渗透膜及其传质机理反渗透装置反渗透工艺流程及操作控制反渗透法在废水处理中的应用举例,反渗透原理,用一张半透膜将淡水和某种浓溶液隔开，如图9-7所示，该膜只让水分子通过，而不让溶质通过。,实现反渗透过程必须具备二个条件：一是必须有一种高选择性和高透水性的半透膜；二是操作压力必须高于溶液的渗透压。,反渗透膜及其传质机理,反渗透膜 反渗透膜反渗透膜是一类具有不带电荷的亲水性基团的膜，是实现反渗透分离的关键，其种类很多。目前研究得比较多和应用比较广的是醋酸纤维素膜(简称C
13、A膜)和芳香族聚酰胺膜两种。1醋酸纤维素膜的结构及性能,CA膜的特性(1)膜的方向性 由于CA膜是种不对称膜，因此，在进行反渗透时，必须保持表皮层与待处理的溶液或废水接触，而决不能倒置，否则达不到处理的目的。(2)选择透过性 CA膜对无机电解质和有机构具有选择透过性。(3)压密效率 CA膜在压力作用下，外观厚度一般减少1/41/2，同时，透水性反对溶质的脱除率也相应降低，这种现象称为膜的压密效应。(4)膜的水解作用和生物分解作用 CA膜是一种酯，易于水解，水解速率与PH值、水温有关。,2.反渗透膜的透过机理,(1)氢键理论 这是最早提出的反渗透膜透过理论。该理论认为，水透过膜是由于水分子和膜的
14、活化点(或极性基团，如CA膜的羟基和酰基)形成氢键及断开氢键之故。即在高压作用下，溶液中水分子和膜表皮层活化点缔合，原活化点上的结合水解离出来，解离出来的水分子继续和下一个活化点缔合，又解离出下一个结合水。这样，水分子通过一连串的缔合-解离过程(即氢键形成-断开过程)，依次从一个活化点转移到下一个活化点，直至离开表皮层，进入多孔层。由于膜的多孔层含大量的毛细管水，水分子便能畅通流出膜外。由上可知，溶质能否透过膜与表皮层厚度关系不大。换言之，只要表皮层仅含一级结合水，而又无缺陷和破洞，不管其厚薄如何，溶质均不能透过。根据氢键理论，只有适当极性的高聚物才能作为反渗透膜材料，许多实验也说明了这一结论
15、。,(2)优先吸附 毛细管流理论优先吸附-毛细管流理论把反渗透膜看作一种微细多孔结构物质，它有选择吸附水分子而排斥溶质分子的化学特性。当水溶液同膜接触时，膜表面优先吸附水分子，在界面上形成一层不含溶质的纯水分于层，其厚度视界面性质而异，或为单分子层或为多分子层。在外压作用下，界面水层在膜孔内产生毛细管流，连续地透过膜，溶质则被膜截留下来。,毛细管流机理,反渗透装置,2.管式装置 管式反渗透装置是把膜和支撑物均制成管状，两者装在一起，再将一定数量的管，以一定方式联成一体而组成。管式装置形式较多，可分为：单管式和管束式，内压型管式和外压型管式等，如图9-10所示。,图9-10管式反渗透装置,3螺旋
16、卷式装置 螺旋卷式装置的膜组件是在两层膜中间夹一层多孔的柔性格网，并将它们的三边粘合密封起来、再在下面铺一层供废水通过的多孔透水格网，然后将另一开放边与一根多孔集水管密封联接，使进水与净化水完全隔开，最后以集水管为轴，将膜叶螺旋卷紧而成。把几个膜组件串联起来，装入圆筒形耐压容器中，便组成螺旋卷式反渗透装置。如图9-11所示。这种装置的膜堆密度大，结构紧凑，但密封较困难，易堵塞，清洗不使。,4中空纤维式装置 中空纤维膜是一种细如头发的空心管，由制膜液空心纺丝而成。纤维外经为50100m，内径为2542m。将数十万根中空纤维膜捆成膜束，弯成U字形装入耐压圆筒容器中，并将纤维膜开口端固定在环氧树脂管
17、板上，即可组成反渗透器。如图9-12所示。,反渗透法在废水处理中的应用举例,1电镀废水的处理2.照相洗印废水的处理3酸性尾矿水的处理4其他废水处理,超滤,超滤与反渗透一样也依靠压力推动力和半透膜实现分离。超滤过程在本质上是一种筛滤过程，膜表面的孔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，而与膜的化学性质关系不大。微孔模型将膜孔隙当作垂直于膜表面的圆柱体来处理，水在孔隙中的流动可看作层流，其通量与压力差P成正比并与膜的阻力m成反比，即(945),在超滤过程中中浓差极化是一个影响更大的因素。超滤中的界面层影响相似于反渗透中的界面层影响。图9-15反映了膜两侧压力差对水通量的影响。,在超滤运行中克服浓差极化的常用方法有：加快平行于膜面的进水流速；进水渠道尽量做得浅些；尽量提高操作温度，高温下运行有利于降低溶剂粘度，能提高凝胶物质的再扩散速度；还能提高积聚物质的临界凝胶浓度。,
