《環(huán)保設(shè)備》物化法處理技術(shù)與設(shè)備

1、第三章 水污染控制機(jī)械與設(shè)備3.2物化法水處理技術(shù)與設(shè)備1.絮凝設(shè)備2.萃取原理及其設(shè)備設(shè)計(jì)3.吸附裝置4.離子交換裝置5.膜分離技術(shù)與設(shè)備6.其他處理技術(shù)與設(shè)備1.1混合與攪拌設(shè)備混合設(shè)備是完成凝聚過程的重要設(shè)備。它能保證在較短的時(shí)間內(nèi)將藥劑擴(kuò)散到整個(gè)水體，并使水體產(chǎn)生強(qiáng)烈紊動(dòng)，為藥劑在水中的水解和聚合創(chuàng)造了良好的條件。一般混合時(shí)間約為2min左右，混合時(shí)的流速應(yīng)在1.5m/s以上。常用的混合方式有水泵混合、隔板混合和機(jī)械混合。一、水泵混合將藥劑加于水泵的吸水管或吸水喇叭口處，利用水泵葉輪的高速轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到快速而劇烈的混合目的，得到良好的混合效果，不需另建混合設(shè)備，但需在水泵內(nèi)側(cè)、吸入管和排放管

2、內(nèi)壁襯以耐酸、耐腐材料。當(dāng)泵房遠(yuǎn)離處理構(gòu)筑物時(shí)不宜采用，因已形成的絮體在管道出口一經(jīng)破碎難于重新聚結(jié)，不利于以后的絮凝。二、隔板混合設(shè)備 圖3-55為分流隔板式混合槽。槽內(nèi)設(shè)隔板，藥劑于隔板前投入，水在隔板通道間流動(dòng)過程中與藥劑充分混合?；旌闲Ч容^好，但占地面積大，水頭損失也大。 圖3-56為多孔隔板式混合槽，槽內(nèi)設(shè)若干穿孔隔板，水流經(jīng)小孔時(shí)作旋流運(yùn)動(dòng)，使藥劑與原水充分混合。當(dāng)流量變化時(shí)，可調(diào)整淹沒孔口數(shù)目，以適應(yīng)流量變化。缺點(diǎn)是水頭損失較大。 圖3-55 分流隔板式混合槽 圖3-56 多孔隔板式混合槽 三、機(jī)械混合設(shè)備 多采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工制造容易的槳板式機(jī)械攪拌混合槽，如圖3-57所示。

3、 混合槽可采用圓形或方形水池，高H約35m. 為加強(qiáng)混合效果，可在內(nèi)壁設(shè)四塊固定擋板。 圖3-57機(jī)械攪拌混合槽 動(dòng)畫演示四、管式靜態(tài)混合器管式靜態(tài)混合器主要適用于自來水廠、污水處理廠，混合原水與混凝劑、消毒劑等。由于用管式靜態(tài)混合器在混合中不需要添加攪拌設(shè)備，故在同類混合設(shè)備中，管式靜態(tài)混合器因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、節(jié)約能源、混合效率高等而被廣泛應(yīng)用。管式靜態(tài)混合器的外形圖見圖.管式靜態(tài)混合器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)見下圖. 以江蘇省某廠生產(chǎn)的GJH型管式靜態(tài)混合器為例，其結(jié)構(gòu)分二級(jí)單體和三級(jí)單體兩種，由兩組或三組串聯(lián)弧形板呈交叉組合固定在管道中（見圖3-）。當(dāng)原水與藥劑從交叉體通過時(shí)，由不同轉(zhuǎn)向的弧形板對(duì)流過的水產(chǎn)

4、生分流、交叉、反向旋流三種作用，使藥劑與原水混合，均勻擴(kuò)散到整個(gè)水體，達(dá)到瞬時(shí)混合的目的。 混合率：一般情況能達(dá)90%95%；壓頭損失：原流速為1.4m/s時(shí)，壓降約0.5m。 GJH型管式靜態(tài)混合器型號(hào)規(guī)格有：GJH100（100， 32），GJH1200（1200， 80）。其中括號(hào)中直徑分別表示管徑及加藥口管徑d。1.2 反應(yīng)設(shè)備反應(yīng)設(shè)備的任務(wù)是將混合后產(chǎn)生的細(xì)小絮體逐漸絮凝成大絮體而便于沉淀。反應(yīng)設(shè)備應(yīng)有一定的停留時(shí)間和適當(dāng)?shù)臄嚢鑿?qiáng)度，以讓小絮體能相互碰撞，并防止生成的大絮體沉淀。但攪拌強(qiáng)度太大，則會(huì)使生成絮體破碎，且絮體越大越易破碎，因此在反應(yīng)設(shè)備中，沿著水流方向攪拌強(qiáng)度越來越少。

5、一、隔板反應(yīng)池 隔板反應(yīng)池主要有往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式兩種，分別見圖3-58及圖3-59。往復(fù)式隔板反應(yīng)池是在一個(gè)矩形水池內(nèi)設(shè)置許多隔板，水流沿兩隔板之間的廊道往復(fù)前進(jìn)。隔板間距(廊道寬度)自進(jìn)水端至出水端逐漸增加，從而使水流速度逐漸減小，以避免逐漸增大的絮體在水流剪力下破碎。通過水流在廊道間往返流動(dòng)，造成顆粒碰撞聚集，水流的能量消耗來自反應(yīng)池內(nèi)的水位差。 圖3-58 往復(fù)式隔板反應(yīng)池 圖3-59回轉(zhuǎn)式隔板反應(yīng)池 往復(fù)式隔板反應(yīng)池在水流轉(zhuǎn)角處1800的急劇轉(zhuǎn)彎，能量消耗大，雖會(huì)增加顆粒碰撞幾率，但也易使絮體破碎。但對(duì)絮體成長(zhǎng)并不有利。 為減少不必要的能量消耗，于是將1800轉(zhuǎn)彎改為900轉(zhuǎn)彎，形成回轉(zhuǎn)

6、式反應(yīng)池，見圖3-59. 為便于與沉淀池配合，水流自反應(yīng)池中央進(jìn)入，逐漸轉(zhuǎn)向外側(cè)。廊道內(nèi)水流斷面自中央至外側(cè)逐漸增大，原理與往復(fù)式相同。 動(dòng)畫演示動(dòng)畫演示二、機(jī)械攪拌反應(yīng)池圖3-60 機(jī)械攪拌反應(yīng)池 機(jī)械攪拌反應(yīng)池是將反應(yīng)池用隔板分為24格，每一格裝一攪拌葉輪，機(jī)械攪拌反應(yīng)池根據(jù)轉(zhuǎn)軸的位置的不同可分為水平軸式和垂直軸式兩種。垂直軸式應(yīng)用較廣，水平軸式因操作和維修不便而較少使用。垂直軸式機(jī)械攪拌反應(yīng)池結(jié)構(gòu)見圖3-60。三、渦流式反應(yīng)池渦流式反應(yīng)池的結(jié)構(gòu)如圖3-61所示。池體下半部為圓錐形，水從錐底部流入，形成渦流，邊擴(kuò)散邊上升，隨著錐體面積的逐漸擴(kuò)大，上升速度逐漸由大變小，有利于絮凝體的形成。圖

7、3-61渦流式反應(yīng)池 1.3 澄清池一、澄清池基本原理與工作特征 澄清池是一種將絮凝反應(yīng)過程與澄清分離過程綜合于一體的構(gòu)筑物。 在澄清池中沉泥被提升起來并使之處于均勻分布的懸浮狀態(tài)，在池中形成高濃度穩(wěn)定的活性泥渣層。該層懸浮物濃度約為310g/L。原水在澄清池中由下向上流動(dòng)，泥渣層由于重力作用在上升水流中處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。當(dāng)原水通過活性泥渣層時(shí)，利用接觸絮凝原理，原水中的懸浮物便被活性泥渣層阻留下來，使水獲得澄清。清水在澄清池上部被收集。 二、澄清池的類型 澄清池從基本原理上可分為泥渣懸浮型和泥渣循環(huán)型兩大類。 1. 泥渣懸浮澄清池 圖3-62為懸浮澄清池流程圖。原水由池底進(jìn)入，靠向上的流速使

8、絮凝體懸浮。因絮凝作用，懸浮層逐漸膨脹，超過一定高度時(shí)，通過排泥窗口排入泥渣濃縮室，壓實(shí)后定期排出池外。懸浮澄清池的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造較簡(jiǎn)單，能處理高濁度水(雙層式加懸浮層底部開孔)。缺點(diǎn)是對(duì)水量、水溫較敏感，處理效果不夠穩(wěn)定，且雙層式池深較大，較少采用。圖3-62 懸浮澄清池流程圖（2）脈沖澄清池 圖3-63為脈沖澄清池。在脈沖作用下，池內(nèi)懸浮層一直周期性地處于膨脹和壓縮狀態(tài)，進(jìn)行一上一下的運(yùn)動(dòng)。這種脈沖作用使懸浮層的工作穩(wěn)定，斷面上的濃度分布均勻，并加強(qiáng)顆粒的接觸碰撞，改善混合絮凝的條件，從而提高了凈水效果。進(jìn)水通過配水豎井。井上部為脈沖發(fā)生器，其工作過程如下。原水加入 混凝劑后流入進(jìn)水室，使室內(nèi)

9、水位逐步上升，并壓縮鐘罩內(nèi)的空氣，當(dāng)鐘罩內(nèi)水位超過中心 管后，則溢流入落水井內(nèi)，由于溢流作用，將壓縮在鐘罩頂部的空氣帶走，由排氣管排除， 這就使鐘罩內(nèi)形成真空，產(chǎn)生虹吸作用，進(jìn)水室內(nèi)的水迅速通過鐘罩、中心管進(jìn)入下面的落 水井內(nèi)，再流進(jìn)支管配水系統(tǒng)，如圖2.49(a)所示。當(dāng)進(jìn)水室水位下降到虹吸破壞管的管口時(shí)(即脈沖發(fā)生器的低水位)，由于空氣進(jìn)入了鐘罩，使虹吸破壞，流水停止，進(jìn)水室內(nèi)水位又不斷上升，如圖2.49(b)所示。如此循環(huán)不已，產(chǎn)生脈沖。 2. 泥渣循環(huán)澄清池（1）機(jī)械加速澄清池 機(jī)械加速澄清池是將混合、絮凝反應(yīng)及沉淀工藝綜合在一個(gè)池內(nèi)完成的設(shè)備，如圖3-64所示。這種池多為圓形鋼筋混凝

10、土結(jié)構(gòu)，小型的池子有時(shí)也采用鋼板結(jié)構(gòu)，主要由混合區(qū)、反應(yīng)區(qū)、導(dǎo)流區(qū)、沉淀區(qū)及回流區(qū)幾部分組成。圖3-64 機(jī)械加速澄清池 動(dòng)畫演示工作原理 機(jī)械加速澄清池工作時(shí)原水、加入的藥劑同澄清區(qū)沉降下來的回流泥漿一起流入一次混合及反應(yīng)區(qū)，在裝在池中心的葉輪攪拌下形成較大絮體。由于葉輪的提升作用，混合后的泥水被提升到二次混合及反應(yīng)區(qū)，繼續(xù)進(jìn)行混合反應(yīng)，并溢流到導(dǎo)流區(qū)。導(dǎo)流區(qū)設(shè)有導(dǎo)流板，其作用是消除反應(yīng)區(qū)帶來的環(huán)形運(yùn)動(dòng)，使廢水平穩(wěn)地進(jìn)入沉淀區(qū)。沉淀的污泥部分進(jìn)入回流區(qū)，回流量為進(jìn)水量的35倍，可通過調(diào)節(jié)葉輪開啟度來控制。 （2）水力循環(huán)加速澄清池 圖3-65為水力循環(huán)加速澄清池。原水由底部進(jìn)入池內(nèi)，經(jīng)噴嘴噴

11、出。噴嘴上面為混合室、喉管和第一反應(yīng)室。噴嘴和混合室組成一個(gè)射流器，噴嘴高速水流將池子錐形底部含有大量絮凝體的水吸進(jìn)混合室，與進(jìn)水摻合后，經(jīng)第一反應(yīng)室喇叭口溢流進(jìn)入第二反應(yīng)室。圖3-65 水力循環(huán)加速澄清池 吸進(jìn)去的流量稱為回流。第一反應(yīng)室和第二反應(yīng)室構(gòu)成一個(gè)懸浮層區(qū)，第二反應(yīng)室的出水進(jìn)入分離室，相當(dāng)于進(jìn)水量的清水向上流向出口，剩余流量則向下流動(dòng)，經(jīng)噴嘴吸入與進(jìn)水混合，再重復(fù)上述水流過程。動(dòng)畫演示2 萃取原理及其設(shè)備設(shè)計(jì)液-液萃?。╡xtraction and stripping）操作屬于兩液相間的液-液傳質(zhì)過程，其在環(huán)境工程中的應(yīng)用主要是從廢渣、污泥及煙塵浸出液和廢液中提取、回收各種有用組分

12、或去除有害組分，以達(dá)到消除污染、綜合利用資源的目的。在多數(shù)情況下，被提取組分在廢渣和廢水中是低濃、微量的，這時(shí)液-液萃取技術(shù)的優(yōu)越性更加突出。 一、萃取原理 萃取是利用溶液中的溶質(zhì)在原溶劑中溶解度與在新加入溶劑（萃取劑）中溶解度的差異，將溶質(zhì)從溶液中進(jìn)行分離。萃取工業(yè)過程包括3個(gè)工序： 混合；分離；回收。 根據(jù)萃取劑S與廢水接觸方式的不同，萃取作業(yè)可分為間歇式和連續(xù)式兩種；根據(jù)兩相接觸次數(shù)的不同，萃取流程可分為單級(jí)萃取和多級(jí)萃取兩種，后者又分為“錯(cuò)流”與“逆流”兩種方式。動(dòng)畫演示 最常用多級(jí)逆流萃取流程，該過程將多次萃取操作串聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)廢水與萃取劑S的逆流操作。多級(jí)逆流萃取只在最后一級(jí)使用新

13、鮮的萃取劑S，其余各級(jí)都是與后一級(jí)使用過的萃取劑S接觸，因此能夠充分利用萃取劑S的萃取能力，充分體現(xiàn)了逆流萃取傳質(zhì)推動(dòng)力大、分離程度高、萃取劑用量少的特點(diǎn)，因此也稱為多級(jí)多效萃取或簡(jiǎn)稱多效萃取。二、萃取裝置及其選擇 1.逐級(jí)接觸式萃取裝置（stepwise contact extractor） 逐級(jí)接觸式萃取裝置既可用于間歇操作，又可用于連續(xù)操作。在操作過程中要求每一級(jí)為兩相提供良好的接觸，然后使兩相分層而得到相當(dāng)完全的機(jī)械分離?；旌铣吻宀酆秃Y板萃取塔是兩種常用的逐級(jí)接觸裝置類型。 混合澄清槽（mixed settter）混合澄清組合裝置動(dòng)畫演示 篩板萃取塔的結(jié)構(gòu)類似于氣-液傳質(zhì)設(shè)備中的篩板塔

14、，塔內(nèi)設(shè)有一系列篩板。輕、重兩相依靠密度差，在重力的作用下，進(jìn)行分散和逆向流動(dòng)。動(dòng)畫演示2.連續(xù)接觸式萃取裝置（differential contact extractor） 連續(xù)接觸式萃取裝置一般用于連續(xù)操作。該裝置要求分散相在連續(xù)相中通過時(shí)有良好的兩相接觸，但一直到接觸的最后才進(jìn)行分層，因而在接觸區(qū)減少返混成為重要的考慮因素。連續(xù)接觸式萃取裝置有噴淋塔、填料萃取塔、脈沖填料柱、脈沖篩板塔、振動(dòng)篩板塔（Karr萃取塔）、轉(zhuǎn)盤塔、離心萃取器等多種類型。噴淋塔填料萃取塔動(dòng)畫演示填料類型動(dòng)畫演示動(dòng)畫演示動(dòng)畫演示 離心萃取機(jī)藉高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力，使密度差很小的輕重兩相快速分離。波德式離心萃取機(jī)就

15、是一種連續(xù)接觸式萃取設(shè)備，簡(jiǎn)稱POD離心萃取器動(dòng)畫演示三、超臨界萃取技術(shù)與設(shè)備 超臨界流體萃?。ê?jiǎn)稱超臨界萃?。?，它利用超臨界流體作為萃取劑，是近20年來迅速發(fā)展起來的一種新型萃取分離技術(shù)。1. 超臨界流體萃取過程的特征 超臨界流體具有良好的溶解能力和選擇性，且溶解能力隨壓力的增大而增大，例如CO2在45C、7.6MPa時(shí)不能溶解萘，當(dāng)壓力達(dá)到15.2MPa，每升可溶解萘50g。因此利用超臨界流體作為萃取劑，在高密度（低溫、高壓）條件下，萃取分離物質(zhì)，然后稍微提高溫度或降解壓力，即可將萃取劑與待分離的物質(zhì)分離出來。 所選用超臨界流體與被萃取流體的化學(xué)性質(zhì)越相似，對(duì)其溶解能力就越大。一般選用化學(xué)

16、性質(zhì)穩(wěn)定、無腐蝕性、其臨界溫度不過高或過低的物質(zhì)作為超臨界流體，常見的超臨界流體有CO2、NH3、C2H4、C3H3、H2O等。由于CO2的臨界溫度為31C、臨界壓力為7.4MPa，萃取條件較為溫和，萃取后可以回收，不會(huì)造成溶劑殘留，被稱為“綠色溶劑”，因?yàn)槟壳笆褂米顝V。 最先用于環(huán)保工程的超臨界萃取技術(shù)，是采用大粒度的憎水性陽離子交換樹脂，吸附污水中的有機(jī)氯、有機(jī)硫、有機(jī)磷、酚類、胺類、腈類、石油醚、苯、聯(lián)苯、二苯醚等有毒物。吸附了有毒物的憎水性陽離子交換樹脂，用超臨界CO2流體進(jìn)行萃取解吸再生，重復(fù)使用憎水性陽離子交換樹脂。3 吸附裝置 吸附過程是流體與固體顆粒之間的相際傳質(zhì)過程，包括氣體

17、吸附和液體吸附兩種。在水污染控制工程領(lǐng)域，液體吸附廣泛應(yīng)用于深度處理。 當(dāng)采用顆粒狀活性炭對(duì)這類廢水進(jìn)行處理時(shí)，不但能夠吸附這些難分解的有機(jī)物、降低COD，還能使廢水脫色、脫臭，把廢水處理到可以回用的程度。 吸附是一種界面現(xiàn)象，起作用發(fā)生在兩個(gè)相的界面上。具有吸附能力的多孔性固體物質(zhì)稱為吸附劑，而廢水中被吸附的物質(zhì)稱為吸附質(zhì)。根據(jù)固體表面吸附力的不同，吸附可分為以下三種類型。 （1）物理吸附：吸附劑和吸附質(zhì)之間通過分子間力產(chǎn)生的吸附稱為物理吸附。物理吸附是一種常見的吸附現(xiàn)象。 （2）化學(xué)吸附：吸附劑和吸附質(zhì)之間發(fā)生由化學(xué)鍵力引起的吸附稱為化學(xué)吸附。（3）離子交換吸附：就是通常所指的離子交換。二

18、、吸附劑及其解吸再生 1、吸附劑 雖然所有的固體表面對(duì)流體或多或少地具有物理吸附作用，但合乎工業(yè)需要的吸附劑，必須具備一些條件。環(huán)境工程中常用的吸附劑有活性炭、活性氧化鋁、硅膠和沸石分子篩，此外還有吸附樹脂、活性粘土及碳分子篩等。 活性炭最常用的吸附劑，是以含炭為主的物質(zhì)作原料，經(jīng)高溫度碳化和活化制得的疏水性吸附劑。外觀為暗黑色，有粒狀和粉狀兩種，目前工業(yè)設(shè)計(jì)大量采用的是粒狀活性炭，具有良好的吸附性能和穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，可以耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿，能經(jīng)受水浸、高溫、高壓作用，不易破碎。 2.吸附劑的解吸再生 吸附劑在達(dá)到飽和吸附后，必須進(jìn)行解吸再生，才能重復(fù)使用。所謂解吸再生就是在吸附劑結(jié)構(gòu)不發(fā)生或者稍微

19、發(fā)生變化的情況下將被吸附的物質(zhì)從吸附劑的表面去除，以恢復(fù)其吸附性能， 所以解吸再生是吸附的逆過程。 目前，吸附劑的解吸再生方法有加熱解吸再生法、降壓或真空解吸、置換再生、溶劑萃取、化學(xué)氧化再生法等。 化學(xué)氧化再生的方法很多，可分為濕式氧化法、電解氧化法及臭氧氧化法等幾種。 吸附的操作方式有間歇式和連續(xù)式。間歇式是先將廢水和吸附劑放在吸附池內(nèi)攪拌30min左右，然后靜置沉淀，排除澄清液，主要用于小量廢水的處理和實(shí)驗(yàn)研究。由于間歇式在生產(chǎn)上一般要用兩個(gè)吸附池交換工作，實(shí)際常用連續(xù)式。 連續(xù)式吸附可分為固定床、移動(dòng)床和流化床，按照廢水在吸附柱上的流向可分為上向流和下向流。 固定床是吸附劑固定裝填在吸

20、附柱（或塔）中，在廢水處理中最為常用。（一）固定床吸附器 固定床吸附器是最古老的吸附裝置，但目前仍然是應(yīng)用最廣的吸附裝置。 在固定床吸附器內(nèi)，吸附劑在承載板上固定不動(dòng)。按照吸附劑床層的布置形式，固定床吸附器可分為立式、臥式、方型、圓環(huán)型和圓錐形等。 （二）移動(dòng)床吸附器移動(dòng)床吸附器中固體吸附劑在吸附床中不斷移動(dòng)。 工作原理：經(jīng)脫附后的吸附劑從設(shè)備頂部進(jìn)入，經(jīng)分配板進(jìn)入吸附段，借重力作用不斷下降通過整個(gè)吸附器。需凈化的水，從上面第二段分配板下面引入，自下而上通過吸附段，與吸附劑逆流式接觸，易吸附的組分全被吸附。凈化后的水從頂部引出。(三) 流化床吸附器 流化床吸附的方式是需凈化的水從進(jìn)口管以一定速

21、度進(jìn)入筒體吸附段，水向上流動(dòng)，使吸附劑與水均勻混合、相互接觸以吸附水中的吸附質(zhì)，在吸附段完成吸附過程。由于磨損的原因，流化床吸附器的排出水中常帶有吸附劑粉末，所以其后面加分離器。凈化后的水進(jìn)入分離器，這樣收集的吸附劑可以回到床層繼續(xù)參加吸附過程；而凈化后的水，從出口管排出。 活性炭吸附用于水處理時(shí)一般有如下三種方式： （1）用粒狀活性炭替換部分砂礫，成為雙層濾料池。凈化效果比單層好，可減少反沖洗次數(shù)，降低反沖洗強(qiáng)度。由于僅替換部分砂層，故可迅速投產(chǎn)使用，但換炭困難，只可作為應(yīng)急的有效措施。 （2）用粒狀活性炭替換全部砂粒，即活性炭吸附兼過濾，經(jīng)證明，此時(shí)活性炭吸附效率不受由沉淀池帶來的懸浮物影

22、響和預(yù)先未經(jīng)砂濾的影響。 （3）在砂濾之后建立單獨(dú)的活性炭濾池，這樣可以延長(zhǎng)活性炭對(duì)殺蟲劑、酚、有機(jī)臭味吸附的使用時(shí)間，有效利用活性炭的吸附性能。 下向流固定床吸附器的結(jié)構(gòu)形式與機(jī)械過濾器類似，它既可吸附有機(jī)物又可過濾除去懸浮固體，其底部裝填0.20.3厚碎石、石英砂，支持層粒徑20400mm，在石英砂上部裝11.5m厚活性炭等作過濾吸附層，濾速612mm/h。 ZTJ活性炭過濾器 能有效地除臭、去色、脫氮、去除有機(jī)合成洗滌劑、部分重金屬、病毒及部分放射物質(zhì)。廣泛用于給水排水工程。如：飲用水、釀酒等行業(yè)用水的深度處理，排水方面如各種污廢水經(jīng)有關(guān)工藝處理后的進(jìn)一步凈化處理。4.離子交換裝置 離子

23、交換法（ion exchange）是一種借助于離子交換劑上的離子和廢水中的離子進(jìn)行交換反應(yīng)而除去廢水中有害離子的方法。離子交換過程是一種特殊吸附過程，在許多方面都與吸附過程類似。但與吸附法比較，離子交換過程的特點(diǎn)在于：它主要吸附水中的離子化物質(zhì)，并進(jìn)行等當(dāng)量的離子交換。在廢水處理中，離子交換主要用于回收和去除廢水中金、銀、銅、鎘、鋅等金屬離子，對(duì)于凈化放射性廢水及有機(jī)廢水也有應(yīng)用。一、離子交換基本理論1.離子交換劑 離子交換劑分為無機(jī)和有機(jī)兩大類。無機(jī)離子交換劑有天然沸石和人工合成沸石，沸石既可作陽離子交換劑，也能用作吸附劑。有機(jī)的離子交換劑有磺化煤和各種離子交換樹脂，目前前者已經(jīng)逐漸被后者所

24、取代。2.離子交換過程 離子交換過程通常分為五個(gè)階段：交換離子從溶液中擴(kuò)散到樹脂顆粒表面；交換離子在樹脂顆粒內(nèi)部擴(kuò)散；交換離子與結(jié)合在樹脂活性基團(tuán)上的可交換離子發(fā)生交換反應(yīng)；被交換下來的離子在樹脂顆粒內(nèi)部擴(kuò)散；被交換下來的離子在溶液中擴(kuò)散。離子交換的總速度取決于擴(kuò)散速度，實(shí)際上離子交換反應(yīng)的速度很快。 二、離子交換設(shè)備 常用的離子交換設(shè)備有固定床、移動(dòng)床和流動(dòng)床三種。 1、固定床離子交換設(shè)備（fix-bed ion exchanger） 固定床離子交換設(shè)備是將離子交換樹脂裝在豎式容器內(nèi)，按批量運(yùn)行的水處理設(shè)備。這類設(shè)備的特點(diǎn)是，每臺(tái)離子交換器都有一個(gè)固定、膨脹、再生和沖洗順次運(yùn)行的周期，之后才

25、能再次恢復(fù)到原來狀態(tài)，準(zhǔn)備開始一個(gè)新的周期，因而此類設(shè)備為間歇式運(yùn)行。 順流離子交換器（downflow ion exchanger） 逆流再生離子交換器 順流離子交換器：工作時(shí)水流自上而下留過離子交換劑層，再生時(shí)，溶液流向相同。工作水流和再生溶液呈同向流動(dòng)（并流）。 逆流再生離子交換器：再生液和進(jìn)水呈對(duì)流方向流動(dòng)，即運(yùn)行時(shí)水流由上而下流動(dòng)，而再生時(shí)再生液由下而上地逆流。2.移動(dòng)床和流動(dòng)床離子交換裝置三塔式流動(dòng)床軟水處理設(shè)備 四塔式流動(dòng)床水處理設(shè)備 流動(dòng)床離子交換裝 置有兩種，即壓力式和重力式。目前所用的大多為重力式流動(dòng)床，重力式流動(dòng)床按結(jié)構(gòu)又可分為雙塔式（交換器和再生清洗塔）和三塔式（交換塔

26、、再生塔、清洗塔）兩個(gè)類型。使用一種樹脂，有兩個(gè)以上交換器同一交換器內(nèi)填裝陰陽兩種樹脂 使用兩種樹脂的兩個(gè)交換器的串聯(lián) 復(fù)床與混合床聯(lián)合使用 離子交換器簡(jiǎn)介 離子交換器主要用于熱電站、化工、醫(yī)藥、生物、電子、鍋爐等工業(yè)需進(jìn)行硬水軟化，去離子水制備的場(chǎng)合。5.膜分離技術(shù)與設(shè)備 膜分離技術(shù)在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣，按照膜分離功能的不同有微濾膜、超濾膜、納濾、反滲透膜、電滲析膜、（擴(kuò)散）滲析膜等。1.非壓力驅(qū)動(dòng)型 電滲析器、擴(kuò)散滲析器、正滲透2.壓力驅(qū)動(dòng)型 反滲透（RO）納濾超濾微濾過濾 目前的氣體分離膜則都多屬于壓力驅(qū)動(dòng)型 1.非壓力驅(qū)動(dòng)型（1）電滲析器 由膜堆、極區(qū)和夾緊裝置三大部分構(gòu)成。膜堆

27、結(jié)構(gòu)單元包括陽膜、隔板、陰膜，一個(gè)結(jié)構(gòu)單元也叫一個(gè)膜對(duì)。一臺(tái)電滲析器由許多膜對(duì)組成，這些膜對(duì)總稱為膜堆。（2）擴(kuò)散滲析器 目前廢水處理中最常用的半透膜是離子交換膜，離子交換膜擴(kuò)散滲析器除了沒有電極以外，其他構(gòu)造與電滲析器基本相同。圖 自然滲透與反滲透的原理2.壓力驅(qū)動(dòng)型典型壓力驅(qū)動(dòng)型膜分離技術(shù)反滲透 反滲透是用足夠的壓力使溶液中的溶劑(一般常指水)通過反滲透膜(或稱半透膜)而分離出來，因?yàn)樗妥匀粷B透的方向相反，故稱反滲透。自然滲透與反滲透的原理見圖。 2.壓力驅(qū)動(dòng)型 膜分離設(shè)備根據(jù)膜組件的形式不同可以分為：板框式、圓管式、螺旋卷式、中空纖維式、毛細(xì)管式和槽式。板框式膜組件結(jié)構(gòu)示意圖（DDT公

28、司，RO膜）緊螺栓式板框式反滲透膜組件螺旋卷式反滲透膜組件1,2,3-中心管；4,7-膜；5-多孔支撐材料；6-進(jìn)料液隔網(wǎng)；8-多孔支撐層；9-隔網(wǎng)螺旋卷式反滲透器1-端蓋；2-密封圈；3-卷式膜組件；4-連接器；5-耐壓容器外壓管式膜組件圓管式膜組件結(jié)構(gòu)示意圖1-孔外襯管；2-膜管；3-滲透液；4-料液；5-耐壓端套；6-玻璃鋼管；7-淡化水收集外殼；8-耐壓端套 中空纖維式膜是一種很細(xì)的空心纖維管，將幾十萬根這種中空纖維彎成U形裝入耐壓容器中，纖維開口端固定在圓板上用環(huán)氧樹脂密封，就成中空纖維式反滲透器。 毛細(xì)管式膜組件示意圖1-膜；2-滌綸紡織層；3-槽條管；4-耐壓管；5,8-橡膠密封

29、；6-端板；7-套封；9-多孔支撐板槽式膜組件示意圖（ABS）卷式膜超濾系統(tǒng) 用途：制藥工業(yè)除菌水。除熱源水。大輸液除菌、除微粒。食品飲料工業(yè)的無菌水制備，果汁、酒的澄清、純生啤酒去除酵母菌。不銹鋼卷式膜超濾系統(tǒng)樣品最大膜過濾面積20，無菌水制備，大輸液及針劑除菌、除微粒、除熱源，澄清發(fā)酵液，濃縮抗生素。大型雙極反滲透設(shè)備 反滲透技術(shù)廣泛應(yīng)用于給水處理；城市自來水的凈化；制取電力、電子、醫(yī)療、醫(yī)藥和食品等行業(yè)的純水、超純水、注射用水和食用純凈水的制備；海水和苦咸水的淡化制取飲用水等。山東怡明水處理技術(shù)開發(fā)公司生產(chǎn)的成套反滲透裝置，主體配置：美國(guó)海德能及陶氏低壓復(fù)合膜，選用進(jìn)口高壓泵、儀器表擇優(yōu)

30、選用。 小專題：垃圾滲濾液的碟管式反滲透系統(tǒng) 城市垃圾填埋場(chǎng)滲濾液的處理一直是填埋場(chǎng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行和管理中非常棘手的問題。滲濾液是液體在填埋場(chǎng)重力流動(dòng)的產(chǎn)物，主要來源于降水和垃圾本身的內(nèi)含水。 城市垃圾填埋場(chǎng)滲濾液是一種成分復(fù)雜的高濃度有機(jī)廢水，若直接排入環(huán)境，會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。 垃圾滲濾液的處理方法包括物理化學(xué)法和生物法。物化方法處理成本較高，不適于大水量垃圾滲濾液的處理，因此目前垃圾滲濾液主要是采用生物法。國(guó)內(nèi)外近幾年頗為熱門碟管式反滲透（DTRO）垃圾滲濾液處理系統(tǒng)。 目前碟管式反滲透技術(shù)和系統(tǒng)的中試演示設(shè)備已在北京、重慶、廣州、青島、上海等城市的近十個(gè)垃圾填埋場(chǎng)成功的進(jìn)行了示范運(yùn)行。

31、對(duì)于城市生活垃圾滲濾液的處理，如果要達(dá)到國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，一般提供兩級(jí)DTRO處理系統(tǒng)，包括中央控制系統(tǒng)、砂濾器、第一級(jí)反滲透系統(tǒng)、第二級(jí)反滲透系統(tǒng)、滲濾液儲(chǔ)罐、硫酸儲(chǔ)罐、凈水儲(chǔ)罐、清洗劑儲(chǔ)罐、除味器等。 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，將滲濾液由調(diào)節(jié)池泵入砂濾器，除掉50m以上的懸浮物，再經(jīng)過筒式過濾器除去粒徑大于10m的顆粒，然后進(jìn)入滲濾液儲(chǔ)罐。在原液進(jìn)入儲(chǔ)罐的過程中，酸添加系統(tǒng)啟動(dòng)，將PH值調(diào)節(jié)到66.5。 當(dāng)儲(chǔ)罐中液位達(dá)到設(shè)定高度時(shí)，第一級(jí)反滲透系統(tǒng)啟動(dòng)，由高壓柱塞泵將滲濾液泵入膜組系統(tǒng)。第一級(jí)反滲透產(chǎn)出的凈水直接進(jìn)入第二級(jí)反滲透系統(tǒng)，產(chǎn)生的濃縮液在膜組內(nèi)循環(huán)，達(dá)到設(shè)定的回收率后排放到濃縮液儲(chǔ)存池。 經(jīng)過第二級(jí)反滲透系統(tǒng)后，產(chǎn)出的凈水再經(jīng)脫氣裝置除味后直接排放或回用。由于第二級(jí)產(chǎn)生的濃縮液中污染物質(zhì)濃度不高，可以排到第一級(jí)反滲透前再進(jìn)行一次處理，提高系統(tǒng)的水回收率。 膜組的清洗由系統(tǒng)根據(jù)壓差自動(dòng)執(zhí)行，只需要在兩個(gè)清洗劑儲(chǔ)罐中分別置入酸性清洗劑和堿性清洗劑既可。 其他處理技術(shù)與設(shè)備一、吹脫法的原理與設(shè)備二、汽提法分離設(shè)備三、蒸發(fā)的基本原理與設(shè)備四、結(jié)晶法五、冷凍