第4章++污水的物理化學(xué)處理

1、第第 一一 節(jié)節(jié) 吸吸 附附 法法第第 二二 節(jié)節(jié) 離子交換法離子交換法第第 三三 節(jié)節(jié) 膜膜 析析 法法第第 四四 節(jié)節(jié) 其他分離方法其他分離方法 污水的物理化學(xué)處理第 一 節(jié) 吸 附 法 吸附法利用固體吸附劑的物理吸附和化學(xué)吸附性能，去除吸附法利用固體吸附劑的物理吸附和化學(xué)吸附性能，去除水中多種污染物的過程。水中多種污染物的過程。 吸附內(nèi)容吸附內(nèi)容 1、吸附原理、吸附原理 2、影響因素、影響因素 3、吸附劑、吸附劑 4、吸附工藝與設(shè)備、吸附工藝與設(shè)備 一、 吸附原理 吸附劑：固體表面有吸附水中溶解及膠體物質(zhì)或吸附吸附劑：固體表面有吸附水中溶解及膠體物質(zhì)或吸附氣體中某些物質(zhì)的能力氣體中某些物

2、質(zhì)的能力,比表面積較大的固體物質(zhì)。比表面積較大的固體物質(zhì)。吸吸附附物理吸附物理吸附離子交換吸附離子交換吸附吸附劑與吸附物質(zhì)之間是通過分子間引吸附劑與吸附物質(zhì)之間是通過分子間引力力(即范徳華力即范徳華力)而產(chǎn)生的吸附而產(chǎn)生的吸附無選擇性無選擇性吸附劑與被吸附物質(zhì)之間產(chǎn)生化學(xué)作用，吸附劑與被吸附物質(zhì)之間產(chǎn)生化學(xué)作用，生成生成化學(xué)鍵化學(xué)鍵引起吸附引起吸附有選擇性有選擇性化學(xué)吸附化學(xué)吸附吸附質(zhì)由于靜電引力被吸附在吸附劑表面的帶吸附質(zhì)由于靜電引力被吸附在吸附劑表面的帶電點(diǎn)上，此吸附為離子交換吸附電點(diǎn)上，此吸附為離子交換吸附 表明被吸附物的量與濃度之間的關(guān)系式稱為表明被吸附物的量與濃度之間的關(guān)系式稱為吸附

3、等溫式。吸附等溫式。1. Freundlich等溫式等溫式對(duì)上式取對(duì)數(shù)，可得：對(duì)上式取對(duì)數(shù)，可得：qe=KfCe1/nlgqe=lgKf+ lgCen12. Langmuir等溫式等溫式 該公式是在被吸附物質(zhì)僅為單分子層的假定下該公式是在被吸附物質(zhì)僅為單分子層的假定下導(dǎo)出的，形式為：導(dǎo)出的，形式為： 將上式變換成以下形式，使用時(shí)較方便：將上式變換成以下形式，使用時(shí)較方便： qe=eeCaC0eq 0ee0eeq1C1qaq1 0ee0eeq1C1qaq1 0ee0eeq1C1qaq1二、影響吸附的因素二、影響吸附的因素衡量衡量指標(biāo)指標(biāo)吸附能力吸附能力吸附速度吸附速度固體吸附劑用吸附量衡量固體吸

4、附劑用吸附量衡量單位質(zhì)量吸附劑在單位單位質(zhì)量吸附劑在單位時(shí)間內(nèi)所吸附的物質(zhì)量時(shí)間內(nèi)所吸附的物質(zhì)量吸附吸附階段階段顆粒外部顆粒外部擴(kuò)散階段擴(kuò)散階段孔隙擴(kuò)散孔隙擴(kuò)散階段階段吸附反應(yīng)吸附反應(yīng)階段階段吸附質(zhì)從溶液中擴(kuò)散到吸附吸附質(zhì)從溶液中擴(kuò)散到吸附劑表面劑表面吸附質(zhì)在吸附劑孔隙中繼續(xù)吸附質(zhì)在吸附劑孔隙中繼續(xù)向吸附點(diǎn)擴(kuò)散向吸附點(diǎn)擴(kuò)散吸附質(zhì)被吸附在吸附劑孔隙吸附質(zhì)被吸附在吸附劑孔隙內(nèi)的吸附點(diǎn)表面內(nèi)的吸附點(diǎn)表面吸附速度主要取決于外部擴(kuò)散速度和孔隙擴(kuò)散速度。吸附速度主要取決于外部擴(kuò)散速度和孔隙擴(kuò)散速度。外部擴(kuò)外部擴(kuò)散速度散速度與溶液濃度成正比與溶液濃度成正比與吸附劑的比表面積的大小成正與吸附劑的比表面積的大小

5、成正比比吸附劑顆粒直徑越小，速度越快吸附劑顆粒直徑越小，速度越快增加溶液與顆粒間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，增加溶液與顆粒間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，可提高速度可提高速度孔隙擴(kuò)孔隙擴(kuò)散速度散速度吸附劑顆粒越小，速度越快吸附劑顆粒越小，速度越快 吸附劑的物理化學(xué)性質(zhì)和吸附質(zhì)的物理化學(xué)性吸附劑的物理化學(xué)性質(zhì)和吸附質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)吸附有很大影響。質(zhì)對(duì)吸附有很大影響。 極性分子極性分子(或離子或離子)型的吸附劑容易吸附極性分子型的吸附劑容易吸附極性分子(或離子或離子)型的吸附質(zhì)。型的吸附質(zhì)。 非極性分子型的吸附劑容易吸附非極性的吸附質(zhì)。非極性分子型的吸附劑容易吸附非極性的吸附質(zhì)。三、吸附劑三、吸附劑1. 活性炭活性炭 在

6、水處理中較多采用顆?；钚蕴?。在水處理中較多采用顆粒活性炭。 再生是在吸附劑本身的結(jié)構(gòu)基本不發(fā)生變化的情再生是在吸附劑本身的結(jié)構(gòu)基本不發(fā)生變化的情況下，用某種方法將吸附質(zhì)從吸附劑微孔中除去況下，用某種方法將吸附質(zhì)從吸附劑微孔中除去,恢復(fù)恢復(fù)它的吸附能力。它的吸附能力。吸附劑孔結(jié)構(gòu)吸附劑孔結(jié)構(gòu)再再生生方方法法加熱再生法加熱再生法在高溫條件下，提高了吸附質(zhì)分在高溫條件下，提高了吸附質(zhì)分子的能量，使其易于從活性炭的子的能量，使其易于從活性炭的活性點(diǎn)脫離；而吸附的有機(jī)物則活性點(diǎn)脫離；而吸附的有機(jī)物則在高溫下氧化和分解，成為氣態(tài)在高溫下氧化和分解，成為氣態(tài)逸出或斷裂成低分子逸出或斷裂成低分子化學(xué)再生法化學(xué)

7、再生法通過化學(xué)反應(yīng)，使吸附質(zhì)轉(zhuǎn)化為通過化學(xué)反應(yīng)，使吸附質(zhì)轉(zhuǎn)化為易溶于水的物質(zhì)而解吸下來易溶于水的物質(zhì)而解吸下來2. 腐殖酸類吸附劑腐殖酸類吸附劑 種類：天然的富含腐殖酸的風(fēng)化煤、泥煤、褐煤等，種類：天然的富含腐殖酸的風(fēng)化煤、泥煤、褐煤等，它們可以直接使用或經(jīng)簡單處理后使用；將富含腐殖酸它們可以直接使用或經(jīng)簡單處理后使用；將富含腐殖酸的物質(zhì)用適當(dāng)?shù)酿ず蟿┲苽涑傻母乘嵯禈渲?。的物質(zhì)用適當(dāng)?shù)酿ず蟿┲苽涑傻母乘嵯禈渲?腐殖酸是一組芳香結(jié)構(gòu)的，性質(zhì)與酸性物質(zhì)相似的復(fù)腐殖酸是一組芳香結(jié)構(gòu)的，性質(zhì)與酸性物質(zhì)相似的復(fù)雜混合物。雜混合物。 腐殖酸類物質(zhì)能吸附工業(yè)廢水中的許多金屬離子，如腐殖酸類物質(zhì)能吸附工

8、業(yè)廢水中的許多金屬離子，如汞、鉻、鋅、鎘、鉛、銅等。汞、鉻、鋅、鎘、鉛、銅等。 腐殖酸對(duì)陽離子的吸附作用，包括離子交換、螯合、腐殖酸對(duì)陽離子的吸附作用，包括離子交換、螯合、表面吸附、凝聚等作用。表面吸附、凝聚等作用。 腐殖酸類物質(zhì)在吸附重金屬離子后腐殖酸類物質(zhì)在吸附重金屬離子后,可以用可以用H2SO4、HCl、NaCl等進(jìn)行解吸。等進(jìn)行解吸?；钚蕴茧x子吸附樹脂吸附劑的種類吸附劑的種類 在工業(yè)廢水中用到的吸附劑有活性炭、磺化煤、木炭、焦炭、硅藻土、爐渣、木屑以及粘土等。一般吸附劑均呈松散多孔性結(jié)構(gòu)，具有巨大的比表面積。不同的吸附劑對(duì)處理吸附質(zhì)會(huì)有不同的效果，使用時(shí)應(yīng)注意選擇。吸附劑與廢吸附劑與廢

9、水接觸吸附水接觸吸附吸附劑與吸附劑與廢水分離廢水分離吸附劑的再吸附劑的再生或更新生或更新一般可分為間歇與連續(xù)兩種。四、 吸附工藝和設(shè)備操操作作方方式式連續(xù)式連續(xù)式間歇式間歇式將廢水和吸附劑放在吸附池內(nèi)進(jìn)行攪拌將廢水和吸附劑放在吸附池內(nèi)進(jìn)行攪拌30min30min左右，左右，然后靜置沉淀，排除澄清液然后靜置沉淀，排除澄清液固定床固定床移動(dòng)床移動(dòng)床流化床流化床吸附劑固定填放在吸附柱吸附劑固定填放在吸附柱( (或塔或塔) )中中在操作過程中定期地將接近飽和的在操作過程中定期地將接近飽和的一部分吸附劑從吸附柱中排出，并一部分吸附劑從吸附柱中排出，并同時(shí)將等量的新鮮吸附劑加入柱中同時(shí)將等量的新鮮吸附劑加

10、入柱中吸附劑在吸附柱內(nèi)處于膨脹狀態(tài)，懸吸附劑在吸附柱內(nèi)處于膨脹狀態(tài)，懸浮于由下而上的水流中浮于由下而上的水流中五、吸附法在污水處理中的應(yīng)用五、吸附法在污水處理中的應(yīng)用1. 吸附法除汞吸附法除汞 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，只適宜于處理含汞量低的廢水。能力有限，只適宜于處理含汞量低的廢水。吸附法除汞流程吸附法除汞流程2. 煉油廠、印染廠廢水的深度處理煉油廠、印染廠廢水的深度處理 某煉油廠含油廢水，經(jīng)隔油，氣浮和生物處理某煉油廠含油廢水，經(jīng)隔油，氣浮和生物處理后，再經(jīng)砂濾和活性炭過濾深度處理。后，再經(jīng)砂濾和活性炭過濾深度處理。 廢水

11、的含酚量從廢水的含酚量從0.1mg/L(生物處理后生物處理后)降至降至0.005mg/L，氰從，氰從0.19mg/L降至降至0.048mg/L，COD從從85mg/L降至降至18mg/L。第二節(jié)第二節(jié) 離子交換法離子交換法 實(shí)質(zhì)：不溶性離子化合物實(shí)質(zhì)：不溶性離子化合物(離子交換劑離子交換劑)上的可交上的可交換離子與溶液中的其他同性離子的交換反應(yīng)，是一種換離子與溶液中的其他同性離子的交換反應(yīng)，是一種特殊的吸附過程，通常是可逆化學(xué)吸附。特殊的吸附過程，通常是可逆化學(xué)吸附。 離子交換是可逆反應(yīng)，其反應(yīng)式可表達(dá)為：離子交換是可逆反應(yīng)，其反應(yīng)式可表達(dá)為：HRMMRH交換交換樹脂樹脂交換交換離子離子飽和飽

12、和樹脂樹脂 在平衡狀態(tài)下，樹脂中及溶液中的反應(yīng)物濃度符合下列關(guān)系式：在平衡狀態(tài)下，樹脂中及溶液中的反應(yīng)物濃度符合下列關(guān)系式：KRHMRMH K值的大小能定量地反映離值的大小能定量地反映離子交換劑對(duì)某兩個(gè)固定離子交換子交換劑對(duì)某兩個(gè)固定離子交換選擇性的大小。選擇性的大小。一、離子交換劑一、離子交換劑 離子交換樹脂是人工合成的高分子聚合物，由樹脂本體離子交換樹脂是人工合成的高分子聚合物，由樹脂本體(又稱又稱母體或骨架母體或骨架)和活性基團(tuán)兩個(gè)部分組成。和活性基團(tuán)兩個(gè)部分組成。種類種類凝膠型樹脂凝膠型樹脂大孔型樹脂大孔型樹脂多孔凝膠型樹脂多孔凝膠型樹脂巨孔型樹脂巨孔型樹脂高巨孔型樹脂高巨孔型樹脂按活

13、性基團(tuán)按活性基團(tuán)可分為可分為含有酸性基團(tuán)的陰離子交換樹脂含有酸性基團(tuán)的陰離子交換樹脂含有堿性基團(tuán)的陽離子交換樹脂含有堿性基團(tuán)的陽離子交換樹脂含有胺羧基團(tuán)等的螯合樹脂含有胺羧基團(tuán)等的螯合樹脂含有氧化還原基團(tuán)的氧化還原樹脂含有氧化還原基團(tuán)的氧化還原樹脂兩性樹脂兩性樹脂種類和種類和孔結(jié)構(gòu)孔結(jié)構(gòu)二、離子交換樹脂的選用二、離子交換樹脂的選用1. 離子交換樹脂的有效離子交換樹脂的有效pH范圍范圍樹脂類型強(qiáng)酸性離子交換樹脂弱酸性離子交換樹脂強(qiáng)堿性離子交換樹脂弱堿性離子交換樹脂有效pH范圍114514112072. 交換容量交換容量 定量表示樹脂交換能力的大小，單位為定量表示樹脂交換能力的大小，單位為mol/

14、kg(干樹干樹脂脂)或或mol/L(濕樹脂濕樹脂)交交換換容容量量全交換全交換容量容量工作交工作交換容量換容量一定量的樹脂所具有的活性一定量的樹脂所具有的活性基團(tuán)或可交換離子的總數(shù)量基團(tuán)或可交換離子的總數(shù)量樹脂在給定工作條件下實(shí)際樹脂在給定工作條件下實(shí)際的交換能力的交換能力3. 交聯(lián)度交聯(lián)度 交聯(lián)度較高的樹脂，孔隙較低，密度較大，離子擴(kuò)散速度較低，交聯(lián)度較高的樹脂，孔隙較低，密度較大，離子擴(kuò)散速度較低，對(duì)半徑較大的離子和水合離子的交換量較小，浸泡在水中時(shí)，水化對(duì)半徑較大的離子和水合離子的交換量較小，浸泡在水中時(shí)，水化度較低，形變較小，也就比較穩(wěn)定，不易破碎。度較低，形變較小，也就比較穩(wěn)定，不易

15、破碎。4. 交換勢交換勢 交換勢大，交換離子越容易取代樹脂上的可交換離子，也就表交換勢大，交換離子越容易取代樹脂上的可交換離子，也就表明交換離子與樹脂之間的親和力越大。明交換離子與樹脂之間的親和力越大。規(guī)規(guī) 律律 （1）離子的交換的交換勢）離子的交換的交換勢, 除同它本身和離子交換樹除同它本身和離子交換樹脂的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)外脂的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)外, 溫度和濃度的影響都很大。溫度和濃度的影響都很大。 （2）在常溫和低濃度水溶液中，陽離子的價(jià)態(tài)越高，）在常溫和低濃度水溶液中，陽離子的價(jià)態(tài)越高，它的交換勢越大。它的交換勢越大。 （3）在常溫和低濃度水溶液中，同價(jià)陽離子的交換勢）在常溫和低濃度水溶液中，同價(jià)

16、陽離子的交換勢大致上是：原子序數(shù)越高，交換勢越大。大致上是：原子序數(shù)越高，交換勢越大。 （4）氫離子和氫氧根離子交換勢取決于它們與固定離）氫離子和氫氧根離子交換勢取決于它們與固定離子形成的酸或堿的強(qiáng)度，強(qiáng)度越大，交換勢越小。子形成的酸或堿的強(qiáng)度，強(qiáng)度越大，交換勢越小。 （5）金屬在溶液中呈絡(luò)陰離子存在時(shí)，一般來說交換）金屬在溶液中呈絡(luò)陰離子存在時(shí)，一般來說交換勢降低。勢降低。1. 過慮（交換）過慮（交換） +從廢水中分離需要除去的離子的過程。從廢水中分離需要除去的離子的過程。離子交換工藝過程：過慮（交換）、反洗、再生、清洗離子交換工藝過程：過慮（交換）、反洗、再生、清洗 +交換柱分為：飽和層、

17、工作層、新料層交換柱分為：飽和層、工作層、新料層 +工作過程中，工作層不斷下移，達(dá)到底部，出水中工作過程中，工作層不斷下移，達(dá)到底部，出水中出現(xiàn)需去除的離子，穿透點(diǎn)出現(xiàn)。出現(xiàn)需去除的離子，穿透點(diǎn)出現(xiàn)。 +繼續(xù)通入廢水，出水與進(jìn)水中需除去的離子濃度相繼續(xù)通入廢水，出水與進(jìn)水中需除去的離子濃度相等，交換柱能力耗盡，達(dá)到飽和。等，交換柱能力耗盡，達(dá)到飽和。 +實(shí)際操作中，達(dá)到穿透點(diǎn)，停止工作，要進(jìn)行樹實(shí)際操作中，達(dá)到穿透點(diǎn)，停止工作，要進(jìn)行樹脂再生。脂再生。2. 反洗反洗 目的：一是松動(dòng)樹脂層，使再生液能均勻滲入；二是清除積存目的：一是松動(dòng)樹脂層，使再生液能均勻滲入；二是清除積存在樹脂層內(nèi)的雜質(zhì)、碎

18、粒等。在樹脂層內(nèi)的雜質(zhì)、碎粒等。 反沖洗水：自來水或廢的再生液反沖洗水：自來水或廢的再生液3. 再生再生 再生動(dòng)力：反應(yīng)系統(tǒng)離子濃度差再生動(dòng)力：反應(yīng)系統(tǒng)離子濃度差 再生方式（固定床）：順流再生和逆流再生再生方式（固定床）：順流再生和逆流再生 再生方法：一次再生強(qiáng)酸強(qiáng)堿再生方法：一次再生強(qiáng)酸強(qiáng)堿 二次再生弱酸弱堿（洗脫再生二次再生弱酸弱堿（洗脫再生+轉(zhuǎn)型再生）轉(zhuǎn)型再生）4. 清洗清洗 目的：洗滌殘留的再生液和再生時(shí)可能出現(xiàn)的反應(yīng)物。目的：洗滌殘留的再生液和再生時(shí)可能出現(xiàn)的反應(yīng)物。 一般清洗時(shí)水流方向與過慮一致一般清洗時(shí)水流方向與過慮一致離子交換裝置離子交換裝置固定床固定床單層床單層床雙層床雙層床

19、混合床混合床連續(xù)床連續(xù)床移動(dòng)床移動(dòng)床流動(dòng)床流動(dòng)床三、離子交換的工藝和設(shè)備三、離子交換的工藝和設(shè)備離子交換操作方法離子交換操作方法離子交換操作方式離子交換操作方式第第 三三 節(jié)節(jié) 膜膜 析析 法法 膜析法是利用具有選擇透過性薄膜以分離水溶膜析法是利用具有選擇透過性薄膜以分離水溶液中某些物質(zhì)的方法總稱。液中某些物質(zhì)的方法總稱。1、半透膜作用、半透膜作用半透膜的滲半透膜的滲析作用析作用依靠薄膜中依靠薄膜中“孔道孔道”的大小分離不同的大小分離不同的分子或離子的分子或離子依靠薄膜的離子結(jié)構(gòu)分離性質(zhì)不同依靠薄膜的離子結(jié)構(gòu)分離性質(zhì)不同的離子的離子2、膜析法分類、膜析法分類動(dòng)力動(dòng)力分子擴(kuò)散作用分子擴(kuò)散作用電力

20、電力壓力壓力滲析法滲析法電滲析法電滲析法反滲法和超過濾法反滲法和超過濾法2.1、擴(kuò)散滲析法、擴(kuò)散滲析法2.2、電滲析法、電滲析法海水淡化電滲析法示意圖海水淡化電滲析法示意圖陽極反應(yīng)式：陽極反應(yīng)式：2OH2HO2H24224SOHSO2H2e2HO2OH2陰極反應(yīng)式：陰極反應(yīng)式：Fe2eFe22H2e2H 反滲透法是以壓力為驅(qū)動(dòng)力的膜法分離技術(shù)。反滲透法是以壓力為驅(qū)動(dòng)力的膜法分離技術(shù)。滲透和反滲透2.3、反滲透法、反滲透法一、膜的定義和分類二、膜分離概述三、擴(kuò)散滲析（diffusion dialysis）四、電滲析(electrodialysis )五、反滲透（ reverse osmosis)

21、六、超過濾(ultrafiltration)第三節(jié) 膜析法一、膜的定義和分類1、膜（分離膜）的定義分離膜可看作是分離兩相和作為選擇性傳遞物質(zhì)的屏障。它可以是固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)的，目前使用的分離膜絕大多數(shù)是固膜。膜可以存在于兩流體之間或附著于支撐體或載體的微孔隙上，膜厚度要遠(yuǎn)小于其比表面積。2、膜的分類按膜結(jié)構(gòu)分：有對(duì)稱膜和不對(duì)稱膜按膜材料分：有機(jī)膜：纖維素膜、聚酰胺膜、聚砜膜、聚乙烯膜等；無機(jī)膜：玻璃膜、陶瓷膜、氧化鋁膜等按分離機(jī)理分：多孔膜、無孔膜和載體膜按幾何形狀分：平板式、管式、毛細(xì)管式和中空纖維式膜二、膜分離概述1膜分離的概念2、膜分離技術(shù)的特點(diǎn)3膜分離法的分類4膜分離法的應(yīng)用1膜分離的

22、概念用一張?zhí)厥庵圃斓?、具有選擇透過性能的薄膜（分離膜），在外力推動(dòng)下對(duì)雙組分或多組分溶質(zhì)和溶劑進(jìn)行分離、提純、濃縮的方法，統(tǒng)稱為膜分離法。膜分離可用于液相和氣相，對(duì)液相分離，可以用于水溶液體系、非水溶液體系、水溶膠體系以及含有其他微粒的水溶液體系等。推 動(dòng) 力膜 過 程壓力差電位差電滲析濃度差擴(kuò)散滲析、控制釋放濃度差（分壓差）滲透氣化濃度差加化學(xué)反應(yīng)液膜，膜傳感器膜分離過程的推動(dòng)力有兩類：借助外界能量，物質(zhì)發(fā)生由低位向高位的流動(dòng)；以化學(xué)位差為推動(dòng)力，物質(zhì)發(fā)生由高位向低位的流動(dòng)。一些主要的膜分離過程的推動(dòng)力2膜分離法的分類膜分離法的種類很多，現(xiàn)已應(yīng)用的膜過程有反滲透、納濾、超濾、微濾、擴(kuò)散滲析、

23、電滲析、氣體分離、滲透蒸發(fā)、控制釋放、液膜、膜蒸餾等。目前，在廢水處理中常用的有微濾、電滲析、反滲透、超濾等四種膜分離技術(shù)。膜過程 推動(dòng)力傳質(zhì)機(jī)理透過物及其尺寸截留物膜類型電滲析 電位差離子選擇性透過溶解性無機(jī)物 非電解質(zhì)大分子離子交換膜反滲透 壓力差2-10MPa溶劑的擴(kuò)散 水或溶劑溶質(zhì)、鹽、SS非對(duì)稱膜超過濾 壓力差0.07-0.7MPa篩濾及表面作用水、鹽及低分子有機(jī)物膠體大分子、不容有機(jī)物非對(duì)稱膜滲析濃度差溶質(zhì)的擴(kuò)散 低分子物質(zhì)、離子溶劑非對(duì)稱膜水處理中幾種常用膜分離法的特點(diǎn)如下表所示：3、膜分離的應(yīng)用領(lǐng)域（1）化學(xué)/染料工業(yè)活性染料的脫鹽、純化、濃縮與回收食品染料的脫鹽、純化、濃縮與

24、回收催化劑與貴金屬的回收利用脫氧、氧化、酯化、皂化、磺化、硝化、脫氫反應(yīng)中液體的分離、純化甘油/己內(nèi)酰胺/苯/染料活性劑等有機(jī)化工原料的回收汽車/儀表及其它工業(yè)涂漆的濃縮回收（2）食品/飲料工業(yè)啤酒/果酒/黃酒/葡萄酒的澄清除菌過濾蘋果、梨、草莓、橙、芒果、桃、梅、李、檸檬等果汁的澄清除菌過濾蘋果、梨、鳳梨、草莓、橙、芒果、桃、梅、李、檸檬等果汁的脫水濃縮葡萄酒/果酒/茶/咖啡芬香氣味的濃縮保留豆蛋白/乳清蛋白/白蛋白/單糖/多糖溶液的澄清與濃縮乳清、奶酶及其他乳品的澄清、脫鹽與濃縮蔬菜抽提汁/西紅柿汁的脫水濃縮（3）制藥/生物工程抗生素、維生素、有機(jī)酸、氨基酸、酶等發(fā)酵液的澄清除菌過濾抗生素

25、、維生素、有機(jī)酸、氨基酸等發(fā)酵液的蛋白剔除酶、蛋白質(zhì)、多糖制備過程中細(xì)胞碎片的剔除抗生素、氨基酸、維生素、有機(jī)酸、酶、多糖、蛋白質(zhì)的純化與濃縮6-APA、7-ACA、7-ADCA及其他半合成抗生素的脫鹽濃縮中成藥、保健品口服液的澄清除菌過濾動(dòng)物血漿、血清的濃縮精制其他相關(guān)的脫鹽濃縮、澄清除菌、蛋白剔除、細(xì)胞收集等分離過程（4）空氣過濾噴霧干燥過程中染料、抗生素、奶粉等的回收電池廠金屬鎘、氧化鉛粉塵的收集粉碎過程中磷酸鹽、氧化鎂、二氧化鈦、碳粉、水泥、碳酸鈣的回收包裝過程中砂糖、染料、奶粉、味精等的回收干燥過程中PVC、二氧化硅、活性碳、肥料等的回收合成氨尾氣中氫氣的回收利用其他一切有關(guān)的粉塵收

26、集及空氣除塵過程（5）水處理飲用純水的制備醫(yī)藥工業(yè)中注射用水/洗瓶水及其他無菌水的制備電子工業(yè)中超純水的制備火力發(fā)電廠鍋爐補(bǔ)給水的制備飲料與化妝品工業(yè)中產(chǎn)品配方用水的制備制造業(yè)中終端洗滌水的制備飲用水純化/苦堿水脫鹽/海水淡化廢水循環(huán)與再生利用（零排放）BOD、COD的最小化垃圾填埋場滲出水的濃縮處理染料、顏料、油漆、含油廢水的處理紙漿與造紙廢水的處理及木素磺酸鹽的回收金屬、食品、皮革、農(nóng)藥和除草劑廢水的處理紡織印染廢水的處理及絲光廢水的回收利用三、擴(kuò)散滲析（diffusion dialysis）1、滲析：把溶液中溶質(zhì)透過半透膜而溶劑被截留的現(xiàn)象稱為滲析。半透膜：起滲析作用的薄膜，對(duì)溶質(zhì)具有選

27、擇性。半透膜的發(fā)展：動(dòng)物的膀胱膜、腸膜、羊皮紙；離子交換膜：陽離子交換膜、陰離子交換膜2、擴(kuò)散滲析的原理利用離子交換膜的選擇透過性，以濃度差為推動(dòng)力來實(shí)現(xiàn)酸與鹽或者堿與酸的分離。SO42-擴(kuò)散滲析回收酸原理示意圖(1) 原液室；(2) 回收液室；A 陰離子交換膜殘液 / 滲析液H2O回收液 / 擴(kuò)散液廢酸液AH+H+H+H+SO42-（2）Fe2+SO42-（1）擴(kuò)散滲析法回收酸的原理為原液室，為回收室，向室自下而上引入料液(H2SO4和FeSO4的混合液)，另向室自上而下引入水流。由于室中的酸及鹽的濃度較大，其中的Fe2、H、SO42-均有向室擴(kuò)散的趨勢，因陰離子交換膜對(duì)離子具有選擇透過性，

28、只允許陰離子SO42-通過而不讓陽離子透過，所以Fe2受到陰膜的阻擋而不能進(jìn)入室，而H則因性質(zhì)特殊，其水合離子半徑小，遷移速度快，也能跟隨SO42-一起進(jìn)入室，以保持溶液的電中性。這樣，室中的H2SO4就不斷擴(kuò)散進(jìn)入(2)室，而FeSO4被阻擋在室中，從而實(shí)現(xiàn)了酸與鹽的分離。3、優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：能耗小，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，不需要對(duì)膜進(jìn)行酸堿再生，分離過程中不需要加入其它化學(xué)藥劑。缺點(diǎn)滲析速度慢，分離效率低。4、應(yīng)用：在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用最為廣泛，主要的用途是血液滲析法（又稱為人工腎），此外還有人工肺。在工業(yè)方面的應(yīng)用從鋼鐵工業(yè)酸洗廢液中回收硫酸及在其它廢酸液中回收硝酸等；從化工廠人造絲漿壓液中

29、回收NaOH四、電滲析（electrodialysis，簡稱ED ）1電滲析的基本原理電滲析是在直流電場的作用下，以電位差為推動(dòng)力，利用陰、陽離子交換膜對(duì)溶液中陰、陽離子的選擇透過性(即陽膜只允許陽離子通過，陰膜只允許陰離子通過），而使溶液中的溶質(zhì)與水分離的一種物理化學(xué)過程。從而實(shí)現(xiàn)溶液的濃縮、淡化、精制和提純的一種膜過程。陽極陰極+ Cl-+ Na+陽膜陽極室NaCl-Cl-NaCl-Cl-NaNaCl-Cl-NaNa濃縮室淡化室濃縮室陰極室陰膜陽膜陰膜電滲析過程原理圖陽極反應(yīng)式：陽極反應(yīng)式：2OH2HO2H24224SOHSO2H2e2HO2OH2陰極反應(yīng)式：陰極反應(yīng)式：Fe2eFe22H

30、2e2H2離子交換膜離子交換膜具有與離子交換樹脂相同的組成，含有活性基團(tuán)和能使離子透過的細(xì)孔。常用的離子交換膜按其選擇透過性可分為陽膜、陰膜、復(fù)合膜等數(shù)種。陽膜(cation exchange membrane)含有陽離子交換基團(tuán)，在水中交換基團(tuán)發(fā)生離解，使膜上帶有負(fù)電，能排斥水中的陰離子，吸引水中的陽離子并使其通過。陰膜(anion exchange membrane)含有陰離子交換基團(tuán)，在水中離解出陰離子，使膜上帶正電，吸引陰離子并使其通過。復(fù)合膜復(fù)合膜由一面陽膜和一面陰膜其間夾一層極薄的網(wǎng)布做成，具有方向性的電阻。當(dāng)陽膜面朝向陰極，陰膜面朝向陽極時(shí)，正、負(fù)離子都不能透過膜，顯示出很高的電

31、阻。當(dāng)膜的朝向與上述相反時(shí)，膜電阻降低，膜兩側(cè)相應(yīng)的離子進(jìn)入膜中。離子交換膜功能示意圖注意：離子交換膜的作用并不是起離子交換的作用，而是起離子選擇透過性作用。3、電滲析器 電滲析器由膜堆、極區(qū)和夾緊裝置三部分組成。 膜堆位于電滲析器的中部，由陽膜、濃（或淡）水室隔板、陰膜、淡（濃）水室隔板交替排列成濃水室和淡水室。 極區(qū)位于膜堆兩側(cè)，包括電極、極水框和保護(hù)室； 壓緊裝置由蓋板和螺桿組成。實(shí)際應(yīng)用的電滲析器4、電滲析在廢水處理中的應(yīng)用目前，電滲析在廢水處理實(shí)踐中應(yīng)用最普遍的有： 造紙工業(yè)廢水處理，利用電滲析法處理造紙工業(yè)的亞硫酸紙漿廢液和洗漿廢水及堿法造紙黑液，從中回收化學(xué)藥品，已得到工業(yè)應(yīng)用。

32、 從芒硝廢液中制取硫酸和氫氧化鈉。 從酸洗廢液中制取硫酸和沉淀重金屬離子。 電鍍廢水和廢液處理，含Cd2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+、Cr6+等重金屬離子和氰化物的電鍍廢水都適宜用電滲析法處理，其中應(yīng)用最成熟的是含鎳廢水處理。 從放射性廢水中分離放射性元素，然后將其濃縮液掩埋。五、反滲透（RO）Reverse Osmosis1、概述2、反滲透基本原理3、反滲透膜4、反滲透裝置5、反滲透工藝流程1、概述反滲透膜孔徑很小，大都1010 10（10A），它能去除濾液中的離子范圍和分子量很小的有機(jī)物，如細(xì)菌、病毒、熱源等。它已廣泛用于海水或苦咸水淡化、電子、醫(yī)藥用純水、飲用蒸餾水、超純水生產(chǎn)，還應(yīng)

33、用于生物、醫(yī)學(xué)工程。特點(diǎn)常溫條件下，可以對(duì)溶質(zhì)和水進(jìn)行分離或濃縮，因而能耗低；雜質(zhì)去除范圍廣，可去除無機(jī)鹽和各類有機(jī)物雜質(zhì)；較高的水回用率；分離裝置簡單，容易操作和維修。應(yīng)用范圍純凈水、蒸餾水等制備；酒類制造及降度用水；醫(yī)藥、電子等行業(yè)用水的前期制備；化工工藝的濃縮、分離、提純及配水制備；鍋爐補(bǔ)給水除鹽軟水；海水、苦咸水淡化；造紙、電鍍、印染等行業(yè)用水及廢水處理。2、反滲透的原理在濃水邊加壓，當(dāng)壓力超過滲透壓時(shí)，則水透過半透膜，即反滲透，實(shí)現(xiàn)凈化過程。 面升高，產(chǎn)生滲透壓開始時(shí)兩邊液面相同半透膜滲透和反滲透原理示意圖3反滲透膜（1）對(duì)反滲透膜的性能要求選擇性好，單位膜面積上透水量大，脫鹽率高；

34、機(jī)械強(qiáng)度好，能抗壓、抗拉、耐磨；熱和化學(xué)的穩(wěn)定性好，能耐酸、堿腐蝕和微生物侵蝕，耐水解、輻射和氧化；結(jié)構(gòu)均勻一致，盡可能地薄，壽命長，成本低。（2）反滲透膜的分類按成膜材料可分為有機(jī)膜和無機(jī)高聚物膜；按膜的形狀可分為平板狀、管狀、中空纖維狀膜；按膜結(jié)構(gòu)可分為多孔性和致密性膜，或?qū)ΨQ牲(均勻性)和不對(duì)稱性(各向異性)結(jié)構(gòu)膜；按應(yīng)用對(duì)象可分為海水淡化用的海水膜、咸水淡化用的咸水膜及用于廢水處理、分離提純等的膜。4反滲透裝置工業(yè)生產(chǎn)中使用的膜分離設(shè)備是由多個(gè)構(gòu)造相同的單個(gè)裝置組合而成的，一般把構(gòu)成設(shè)備的相同的裝置稱為膜組件（membrane module）。反滲透膜組件有板框式（plate andf

35、rame)、管式(tubular modules)、螺旋卷式(spirals wound)和中空纖維式(hollow fiber)等四種。（1）板框式反滲透膜組件裝配圖（2）管式反滲透膜組件管式膜組件又分為內(nèi)壓式和外壓式內(nèi)壓式管式膜組件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖特點(diǎn):水力條件好，安裝、清洗、維修比較方便。能耐高壓，可以處理高粘度的原水。缺點(diǎn)是膜的有效面積小，裝置體積大，而且兩端要較多的聯(lián)結(jié)裝置。玻璃纖維管淡水膜表皮層 進(jìn)水淡水（3）螺旋卷式反滲透膜組件工業(yè)應(yīng)用的反滲透裝置工業(yè)應(yīng)用的反滲透裝置的膜組件之間的連接螺旋卷式反溶透裝置的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，單位容積的膜面積大。處理能力高，占地面積小，操作方便。缺點(diǎn)是

36、不能處理含有懸浮物的液體，原水流程短，壓力損失大，濃水難于循環(huán)以及密封長度大，清洗、維修不方便，易堵塞。（4）中空纖維式反滲透膜組件中空纖維膜組件是由中空纖維膜制成的。中空纖維外徑50200m，內(nèi)徑2542m。將數(shù)萬至數(shù)十萬根中空纖維制成膜束，膜束外側(cè)覆以保護(hù)性格網(wǎng)，內(nèi)部中間放置供分配原水用的多孔管，膜束兩端用環(huán)氧樹脂加固。將其一端切斷，使纖維膜呈開口狀，并在這一側(cè)放置多孔支撐板。將整個(gè)膜束裝在耐壓筒內(nèi)。中空纖維反滲透組件簡圖多孔進(jìn)水管密封濃水中空纖維膜外徑50200內(nèi)徑2542密封進(jìn)水濃水出口耐壓容器透過水淡水出口中空纖維式膜組件的特點(diǎn)：單位體積膜表面積大。制造和安裝簡單，不需要支撐物。缺點(diǎn)

37、是不能用于處理含有懸浮物的廢水，預(yù)處理必須經(jīng)過濾處理。難以發(fā)現(xiàn)損壞的膜。5反滲透工藝流程反滲透工藝一般包括預(yù)處理和膜分離兩部分。預(yù)處理可以用物理化學(xué)法，也可以用化學(xué)法。所采取的預(yù)處理方法與原水的物理、化學(xué)性質(zhì)及生物學(xué)特性有關(guān)，還與膜裝置的結(jié)構(gòu)有關(guān)。六、超過濾（Ultrafiltration)1、超過濾與反滲透的異同2、超過濾的原理3、超濾膜及膜組件4、 超濾的基本工藝流程5、 超濾的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域1、超過濾與反滲透的異同超過濾簡稱超濾，它同反滲透一樣，都是利用膜來分離廢水中溶解的物質(zhì)。兩種方法的共同點(diǎn)在于：兩種過程的動(dòng)力同是溶液的壓力，在溶液的壓力下，溶劑的分子通過薄膜，而溶解的物質(zhì)被阻滯在膜

38、表面上。兩者區(qū)別在于：（1）膜不同：超過濾所用的膜(超濾膜)較疏松，透水量大，除鹽率低，一般用超過濾分離高分子和低分子有機(jī)物以及無機(jī)離子等，能夠分離的溶質(zhì)分子至少要比溶劑的分子大10倍，在這種系統(tǒng)中滲透壓已經(jīng)不起作用了。反滲透所用的膜 (反滲透膜)致密，透水量低，除鹽率高，具有選擇透過能力，用以分離分子大小大致相同的溶劑和溶質(zhì)（2）機(jī)理不同：超過濾的去除機(jī)理主要是篩濾作用。在反滲透膜上分離過程伴隨有半透膜、溶解物質(zhì)和溶劑之間復(fù)雜的物理化學(xué)作用。（3）工作壓力不同：超過濾的工作壓力低(0.070.7MPa)。反滲透所需的工作壓力高(大于2.8MPa)。超濾裝置與反滲透裝置類似，目前我國試驗(yàn)研究及生產(chǎn)中普遍用管式裝置。超濾又稱為超過濾，通過膜表面的微孔結(jié)構(gòu)對(duì)物質(zhì)進(jìn)行選擇性分離。當(dāng)液體混合物在一定壓力下流經(jīng)膜表面時(shí)，小分子溶質(zhì)透過膜（稱為超濾液），而大分子物質(zhì)則被截留，使原液中大分子濃度逐漸提高（稱為濃縮液），從而實(shí)現(xiàn)大、小分