T環(huán)境工程原理課件圖文解析9

第八章其他傳質分離方法

學習目標了解離子交換分離、氣浮分離及電解分離等環(huán)境工程中常見的傳質分離方法的基本概念，在環(huán)境工程中的應用。

掌握離子交換分離、氣浮分離及電解分離的基本原理，各種常用設備選用。第一節(jié)離子交換分離

離子交換分離是利用固相離子交換劑功能基團所帶的可交換離子，與接觸交換劑的溶液中相同電性的離子進行交換反應，以達到粒子的置換、分離、去除、濃縮等目的。一、離子交換的基本原理

⑴離子交換劑

離子交換劑：離子交換樹脂無機離子交換劑（如天然與合成沸石）天然有機交換劑（如磺化煤等）離子交換樹脂的固體骨架多為苯乙烯和二乙烯苯的共聚物，它具有三維交聯(lián)結構?？捎没瘜W反應的方法，將某些離子功能基團加到聚合物骨架上，將其轉變成具有離子交換性能的水溶脹性的凝膠。a-苯乙烯與二乙烯共聚物；b-丙烯酸與二乙烯共聚物a-磺化；b-陽離子交換樹脂中的固定離子與遷移離子示意；c-氯甲基化和氨基化⑵離子交換平衡離子交換平衡規(guī)律的理論依據(jù)為質量作用定律。

離子交換反應為：交換反應的平衡關系：K＝

K---離子交換平衡選擇系數(shù)。K值越大，吸著量越大，即溶液中的Bn+離子的去除率越高。根據(jù)K值的大小，可以判斷交換樹脂選擇性的強弱。

強酸性陽離子交換樹脂的選擇系數(shù)離子種類二乙烯苯含量離子種類二乙烯苯含量4％8％16％4％8％16％Li+H+Na+NH4+K+Rb+Cs+Ag+Tl+UO22+1.001.321.581.902.272.462.674.736.712.361.001.271.982.552.903.163.258.5112.42.451.001.472.373.344.504.624.6622.928.53.34Mg2+Zn2+Co2+Cu2+Cd2+Ni2+Ca2+Sr2+Pb2+Ba2+2.953.133.233.293.373.454.154.706.567.473.293.473.743.853.883.935.166.519.9111.53.513.783.814.464.954.067.2710.118.020.8⑶傳質速率在離子交換過程中，同樣存在著兩個主要的傳質阻力：①離子交換劑粒子附近的邊界層中產(chǎn)生的外部傳質阻力。②是在粒子內部的擴散傳質阻力。

一般來說，溶液中交換離子的濃度很低時，外部傳質是控制步驟，在分離因數(shù)或選擇性系數(shù)很高時，傾向于外部擴散控制。二、離子交換設備

最常用的離子交換設備：1.固定床---床層固定不變，水流由上而下流動。2.移動床---交換設備主要由交換柱和再生柱兩部分組成。

3.流動床---交換樹脂在連續(xù)移動中實現(xiàn)交換和再生。三、離子交換技術的應用⑴含汞污水的處理：

用巰基樹脂交換柱進行處理。⑵含鎘污水的處理：用D370大孔叔胺型弱堿性陰離子交換樹脂來處理。⑶除磷脫氮：用離子交換法對城市污水進行深度處理。第二節(jié)氣浮分離

氣浮分離---在污水中利用大量的微小氣泡作為載體去粘附疏水性懸浮固體和乳化油，使其隨氣泡浮升到水面，形成泡沫層，然后用機械方法撇除。一、氣浮分離原理

空氣、污水、污水中細小顆粒物質組成三相系統(tǒng)，由于細小顆粒粘附到氣泡上時，使氣泡界面發(fā)生變化，引起界面能的變化。ΔE＞0，界面能減少，顆粒粘附在氣泡上；

ΔE＜0，則顆粒不能粘附于氣泡上，ΔE＝б（1－cosθ）不同懸懸浮顆顆粒與與水的的潤濕濕情況況二、氣氣浮分分離設設備——氣浮浮池氣浮池池結構構平流式式氣浮浮池的的設計計⑴接觸室室面積積AcAc＝⑵分離室室表面面積AsAs＝⑶核算⑷氣浮池池總高高H（m）＝t≥20minH=h1+h2+h3三、氣浮分分離在在環(huán)保保工業(yè)業(yè)中的的應用用①分離離地面面水中中的細細小懸懸浮物物、藻藻類以以及微微絮體體；②回收收工業(yè)業(yè)污水水中的的有用用物質質，如如造紙紙廠污污水中中的紙紙漿纖維及及填料料等；；③代替替二次次沉淀淀池，，分離離和濃濃縮剩剩余活活性污污泥，，特別別適用于那那些易易于產(chǎn)產(chǎn)生污污泥膨膨脹的的生化化處理理工藝藝中；；④分離離回收收油污污水中中的懸懸浮油油和乳乳化油油；⑤分離離回收收以分分子或或離子子狀態(tài)態(tài)存在在的目目的物物，如如表面面活性劑劑和和金金屬屬離離子子等等。。第三三節(jié)節(jié)電電解解分分離離技技術術一、、電電解解分分離離原原理理接通通直直流流電電源源后后，，電電解解槽槽的的陰陰極極和和陽陽極極之之間間發(fā)發(fā)生生了了電電位位差，，驅驅使使正正離離子子移移向向陰陰極極，，在在陰陰極極取取得得電電子子，，進進行行還還原原反反應應；；負離離子子移移向向陽陽極極，，在在陽陽極極放放出出電電子子，，進進行行氧氧化化反反應應。。從從而而使使得污污水水中中的的污污染染物物在在陽陽極極被被氧氧化化，，在在陰陰極極被被還還原原，，或或者者與與電電極反反應應產(chǎn)產(chǎn)物物作作用用，，轉轉化化為為無無害害成成分分被被分分離離除除去去。。二、、電電解解設設備備——電電解解槽槽電解解槽槽的的結結構構形形式式電解解槽槽極極板板電電路路結結構構形形式式三、、電電解解分分離離在在環(huán)環(huán)保保工工業(yè)業(yè)中中的的應應用用電解解凝凝聚聚法法對對各各類類污污水水處處理理的的工工藝藝參參數(shù)數(shù)污水來源PH電量消耗/(A.h/L)電流密度/(A.min/dm2)電能消耗/(kW.h/m3)電解電壓(單極式)/V電極金屬消耗/(g/m3)電極材料極距/mm污水電解時間/min制革廠8-100.3-0.80.5-1.01.5-3.03-5250-700鋼板2020-25毛皮廠8-100.1-0.31-20.6-1.53-5150-200鋼板2020肉類加工廠8-90.08-0.121.5-2.01.0-0.158-1270-110鋼板2040電鍍廠9-10.50.3-0.150.3-0.50.4-2.59-1245-150鋼板1020-30第四四節(jié)節(jié)生物物處處理理技技術術一、好氧氧生生物物處處理理1.活性性污污泥泥法法⑴活性性污污泥泥法法的的基基本本原原理理①生物物吸吸附附階階段段②生物物氧氧化化階階段段③絮凝凝體體形形成成與與凝凝聚聚沉沉淀淀階階段段⑵活性性污污泥泥法法的的基基本本流流程程活性性污污泥泥法法基基本本流流程程圖圖⑶曝氣氣池池裝裝置置①鼓風風曝曝氣氣式式曝曝氣氣池池②機械械曝曝氣氣式式曝曝氣氣池池機械械曝曝氣氣法法裝裝置置簡簡圖圖2.生物物膜膜法法依靠靠固固著著于于固固體體介介質質表表面面的的微微生生物物來來凈凈化化有有機機物物。⑴基本本原原理理生物物膜膜對對污污水水的的凈凈化化作作用用⑵生物物膜膜法法設設備備①生物物濾濾池池a.普通通生生物物濾濾池池普通通生生物物濾濾池池構構造造圖圖b.高負負荷荷生生物物濾濾池池高負負荷荷生生物物濾濾池池剖剖面面圖圖c.塔式式生生物物濾濾池池塔式式生生物物濾濾池池②生物物轉轉盤盤生物物轉轉盤盤工工作作情情況況示示意意圖圖二、厭氧氧生生物物處處理理厭氧氧生生物物處處理理是是在在無無氧氧的的條條件件下下，，利利用用兼兼性性菌菌和和厭厭氧氧菌菌分解解有有機機物物的的一一種種生生物物處處理理法法。。1.厭氧氧生生物物處處理理的的基基本本原原理理第一一階階段段---酸性性發(fā)發(fā)酵酵階階段段。。第二二階階段段---堿性性發(fā)發(fā)酵酵階階段段，，又又