水污染控制工程污水的吸附法、离子交换法、萃取法和膜析法处理.ppt

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1、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,第 二 节 离子交换法,第 三 节 萃 取 法,第 四 节 膜 析 法,第 一 节 吸 附 法,一、 吸附原理,吸附剂：固体表面有吸附水中溶解及胶体物质的能力,比表面积很大的活性炭等具有很高的吸附能力。,表明被吸附物的量与浓度之间的关系式称为吸附等温式。,1. Freundlich等温式,对上式取对数，可得：,2. Langmuir等温式,该公式是在被吸附物质仅为单分子层的假定下导出的，形式为：,将上式变换成以下形式，使用时较方便：,二、影响吸附的因素,吸附速度主要取决于外部扩散速度和孔隙扩散速度。,吸附剂的物理化学性质和吸

2、附质的物理化学性质对吸附有很大影响。,三、吸附剂,1. 活性炭,在水处理中较多采用颗粒活性炭。,再生是在吸附剂本身的结构基本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,恢复它的吸附能力。,再生方法,2. 腐植酸类吸附剂,种类：天然的富含腐植酸的风化煤、泥煤、褐煤等，它们可以直接使用或经简单处理后使用；将富含腐植酸的物质用适当的黏合剂制备成的腐植酸系树脂。,腐植酸是一组芳香结构的，性质与酸性物质相似的复杂混合物。,腐植酸类物质能吸附工业废水中的许多金属离子，如汞、铬、锌、镉、铅、铜等。,腐植酸对阳离子的吸附，包括离子交换、螯合、表面吸附、凝聚等作用。,腐植酸类物质在吸附重金属离子后

3、,可以用H2SO4、HCl、NaCl等进行解吸。,四、 吸附工艺和设备,操作方式,连续式,五、吸附法在污水处理中的应用,1. 吸附法除汞,活性炭有吸附汞和汞化合物的性能，但因其吸附能力有限，只适宜于处理含汞量低的废水。,吸附法除汞流程,2. 炼油厂、印染厂废水的深度处理,某炼油厂含油废水，经隔油，气浮和生物处理后，再经砂滤和活性炭过滤深度处理。,废水的含酚量从0.1mg/L(生物处理后)降至0.005mg/L，氰从0.19mg/L降至0.048mg/L，COD从85mg/L降至18mg/L。,第二节 离子交换法,实质：不溶性离子化合物(离子交换剂)上的可交换离子与溶液中的其他同性离子的交换反应

4、，是一种特殊的吸附过程，通常是可逆化学吸附。,离子交换是可逆反应，其反应式可表达为：,交换树脂,交换离子,饱和树脂,在平衡状态下，树脂中及溶液中的反应物浓度符合下列关系式：,K值的大小能定量地反映离子交换剂对某两个固定离子交换选择性的大小。,一、离子交换剂,离子交换树脂是人工合成的高分子聚合物，由树脂本体(又称母体或骨架)和活性基团两个部分组成。,二、离子交换树脂的选用,1. 离子交换树脂的有效pH范围,2. 交换容量,定量表示树脂交换能力的大小，单位为mol/kg(干树脂)或mol/L(湿树脂),3. 交联度,交联度较高的树脂，孔隙较低，密度较大，离子扩散速度较低，对半径较大的离子和水合离子

5、的交换量较小，浸泡在水中时，水化度较低，形变较小，也就比较稳定，不易破碎。,4. 交换势,交换势大，交换离子越容易取代树脂上的可交换离子，也就表明交换离子与树脂之间的亲和力越大。,规 律,（1）离子的交换的交换势, 除同它本身和离子交换树脂的化学性质有关外, 温度和浓度的影响都很大。,（2）在常温和低浓度水溶液中，阳离子的价态越高，它的交换势越大。,（3）在常温和低浓度水溶液中，同价阳离子的交换势大致上是原子序数越高，交换势越大；但是稀土元素情况正好相反。,（4）氢离子对阳离子交换树脂的交换势，取决于树脂的性质。,（5）在常温和低浓度水溶液中，对弱碱性阴离子交换树脂来说, 酸根(阴离子)的交换

6、序列如下：SO42- CrO42- 柠檬酸根酒石酸根 NO3- AsO43- PO43- MoO42- 醋酸根、I-、Br- Cl- F-。,（6）对强碱性阴离子交换树脂讲，离子的交换势随树脂的性质而异，没有一般性的规律。,（7）氢氧基对阴离子交换树脂的交换势决定于树脂类型。,（8）离子量高的有机离子和金属络合离子的交换势特别大。,（9）大孔型树脂具有很强的吸附性能，往往可以吸附废水中的非离子型杂质。,三、离子交换的工艺和设备,1. 交换,开启进水阀1和出水阀2，其余阀门关闭。,2. 反洗,3. 再生,先关闭阀门3和4，打开排气阀7及排水阀5，将水放到离树脂层表面10cm左右，再关闭阀门5，开

7、启进再生液阀门8，排出交换器内空气后，即关闭阀门7，再适当开启阀门5，进行再生。,四、离子交换法在废水处理中的应用,1. 电镀含铬废水的处理,生产实践表明，在电镀车间铬镀槽的洗涤水闭路循环系统中采用离子交换法分离、回收铬酸是有效的。,2. 离子交换法处理含汞废水,日本和瑞士的氯碱厂采用阴离子交换树脂和螯合树脂处理含汞(氯化汞络合离子)废水。,第 三 节 萃 取 法,萃取：用适当的溶剂分离混合物的过程。,一、萃取剂,萃取剂对被萃取物的溶解度要高，对水中其他物质的溶解度要低，而萃取剂本身在水中的溶解度要低。,分配系数表征萃取剂的溶解性能：,萃取剂在废水中不会乳化，容易同废水分离。,萃取剂要易于再生

8、。,萃取剂价格要低廉，供应要充沛。,二、 萃取过程,萃取过程的三种流程,单级萃取中萃取剂用量的计算可根据物料衡算原理(即流入萃取系统的萃取物量等于流出萃取系统的萃取物量)，可得：,通常，废水的量和质与萃取剂的质都是已知的，要计算萃取剂的量，从上式可得：,本式也适用于多效萃取。,传质过程中的物质传递量同传质推动力成正比，也同两相接触表面的面积成正比，因此得公式：,三、萃取设备,1. 筛板萃取塔,2. 脉动筛板萃取塔,3. 转盘萃取塔,4. 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,某铜矿矿石场废水中含铜0.31.5g/L，含铁4.55.4g

9、/L，含砷10300mg/L，pH0.13。该废水用N-510作复合萃取剂，用萃取器进行六级逆流萃取，含铜的萃取剂用H2SO4进行反萃取，再生后重复使用。,第 四 节 膜 析 法,膜析法是利用薄膜以分离水溶液中某些物质的方法总称。,一、渗析法,二、 电渗析法,海水淡化电渗析法示意图,阳极反应式：,阴极反应式：,用渗析法处理酸洗废水,三、反渗透法,反渗透法是以压力为驱动力的膜法分离技术。,渗透和反渗透,任何溶液都具有相应的渗透压，其数值取决于溶液中溶质的分子数，而与溶质的性质无关，其数学表达式为：,当完全解离时，i等于阴、阳离子的总数；对非电解质，则i1。,装置,四、 超过滤法,超滤的过程是动态过程，即在超滤膜的表面既受到垂直于膜面的压力，使水分子得以透过膜面并与被截留物质分离，同时又产生一个与膜表面平行的切向力，以将截留在膜表面的物质冲开。,主要用于分离有机的溶解物, 如淀粉、蛋白质、树胶、油漆等。,