污水的化學(xué)與物理化學(xué)處理

第十六章污水的化學(xué)與物理化學(xué)(wùlǐhuàxué)處理第五節(jié)吸附法第六節(jié)離子交換(lízǐjiāohuàn)法第七節(jié)萃取法第八節(jié)膜析法第一頁，共50頁。1第五節(jié)吸附法第二頁，共50頁。2一、吸附(xīfù)原理吸附(xīfù)劑：固體外表有吸附(xīfù)水中溶解及膠體物質(zhì)的能力,比外表積很大的活性炭等具有很高的吸附(xīfù)能力。吸附物理吸附化學(xué)吸附吸附劑與吸附物質(zhì)之間是通過分子間引力(即范徳華力)而產(chǎn)生的吸附吸附劑與被吸附物質(zhì)之間產(chǎn)生化學(xué)作用，生成化學(xué)鍵引起吸附第三頁，共50頁。3說明(shuōmíng)被吸附物的量與濃度之間的關(guān)系式稱為吸附等溫式。1.Freundlich等溫式對上式取對數(shù)，可得：第四頁，共50頁。42.Langmuir等溫式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：將上式變換成以下形式，使用時較方便：第五頁，共50頁。5二、影響吸附(xīfù)的因素衡量指標(biāo)吸附能力吸附速度固體吸附劑用吸附量衡量單位質(zhì)量吸附劑在單位時間內(nèi)所吸附的物質(zhì)量吸附階段顆粒外部擴(kuò)散階段孔隙擴(kuò)散階段吸附反應(yīng)階段吸附質(zhì)從溶液中擴(kuò)散到吸附劑表面吸附質(zhì)在吸附劑孔隙中繼續(xù)向吸附點(diǎn)擴(kuò)散吸附質(zhì)被吸附在吸附劑孔隙內(nèi)的吸附點(diǎn)表面第六頁，共50頁。6吸附速度主要取決于外部(wàibù)擴(kuò)散速度和孔隙擴(kuò)散速度。外部擴(kuò)散速度與溶液濃度成正比與吸附劑的比表面積的大小成正比吸附劑顆粒直徑越小，速度越快增加溶液與顆粒間的相對運(yùn)動速度，可提高速度孔隙擴(kuò)散速度吸附劑顆粒越小，速度越快第七頁，共50頁。7吸附(xīfù)劑的物理化學(xué)性質(zhì)和吸附(xīfù)質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)對吸附(xīfù)有很大影響。極性分子(或離子)型的吸附劑容易吸附極性分子(或離子)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)。三、吸附劑1.活性炭在水處理中較多采用(cǎiyòng)顆?；钚蕴俊Ｔ偕窃谖絼┍旧淼慕Y(jié)構(gòu)(jiégòu)根本不發(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,恢復(fù)它的吸附能力。第八頁，共50頁。8再生(zàishēng)方法加熱再生法在高溫條件下，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)逸出或斷裂成低分子化學(xué)再生法通過化學(xué)反應(yīng)，使吸附質(zhì)轉(zhuǎn)化為易溶于水的物質(zhì)而解吸下來第九頁，共50頁。92.腐植酸類吸附劑種類：天然的富含腐植酸的風(fēng)化煤、泥煤、褐煤等，它們可以(kěyǐ)直接使用或經(jīng)簡單處理后使用；將富含腐植酸的物質(zhì)用適當(dāng)?shù)酿ず蟿┲苽涑傻母菜嵯禈渲?。腐植酸是一組芳香結(jié)構(gòu)(jiégòu)的，性質(zhì)與酸性物質(zhì)相似的復(fù)雜混合物。腐植酸類物質(zhì)能吸附(xīfù)工業(yè)廢水中的許多金屬離子，如汞、鉻、鋅、鎘、鉛、銅等。腐植酸對陽離子的吸附，包括離子交換、螯合、外表吸附、凝聚等作用。腐植酸類物質(zhì)在吸附重金屬離子后,可以用H2SO4、HCl、NaCl等進(jìn)行解吸。第十頁，共50頁。10四、吸附(xīfù)工藝和設(shè)備操作(cāozuò)方式連續(xù)式間歇式將廢水和吸附劑放在吸附池內(nèi)進(jìn)行攪拌30min左右，然后靜置沉淀，排除澄清液固定床移動床流化床吸附劑固定填放在吸附柱(或塔)中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，并同時將等量的新鮮吸附劑加入柱中吸附劑在吸附柱內(nèi)處于膨脹狀態(tài)，懸浮于由下而上的水流中第十一頁，共50頁。11五、吸附(xīfù)法在污水處理中的應(yīng)用1.吸附(xīfù)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(nénglì)有限，只適宜于處理含汞量低的廢水。吸附法除汞流程第十二頁，共50頁。122.煉油廠、印染廠廢水的深度(shēndù)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(guòl(fā)ǜ)深度處理。廢水(fèishuǐ)的含酚量從0.1mg/L(生物處理后)降至，氰從降至，COD從85mg/L降至18mg/L。第十三頁，共50頁。13第六節(jié)離子交換(lízǐjiāohuàn)法第十四頁，共50頁。14實(shí)質(zhì)：不溶性離子化合物(離子交換劑)上的可交換離子與溶液中的其他同性離子的交換反響，是一種特殊的吸附過程，通常(tōngcháng)是可逆化學(xué)吸附。離子交換是可逆反響(fǎnxiǎng)，其反響(fǎnxiǎng)式可表達(dá)為：交換(jiāohuàn)樹脂交換離子飽和樹脂在平衡狀態(tài)下，樹脂中及溶液中的反響物濃度符合以下關(guān)系式：

K值的大小能定量地反映離子交換劑對某兩個固定離子交換選擇性的大小。第十五頁，共50頁。15一、離子交換(lízǐjiāohuàn)劑離子交換樹脂是人工合成的高分子聚合物，由樹脂本體(又稱母體或骨架)和活性基團(tuán)(jītuán)兩個局部組成。種類凝膠型樹脂大孔型樹脂多孔凝膠型樹脂巨孔型(MR型)樹脂高巨孔型(超MR型)樹脂按活性基團(tuán)可分為含有酸性基團(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)的氧化還原樹脂兩性樹脂第十六頁，共50頁。16二、離子交換(lízǐjiāohuàn)樹脂的選用1.離子交換(lízǐjiāohuàn)樹脂的有效pH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1~145~141~120~72.交換(jiāohuàn)容量定量表示樹脂交換能力的大小，單位為mol/kg(干樹脂)或mol/L(濕樹脂)第十七頁，共50頁。17交換容量全交換容量工作交換容量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)量樹脂在給定工作條件下實(shí)際的交換能力3.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，對半徑較大的離子和水合(shuǐhé)離子的交換量較小，浸泡在水中時，水化度較低，形變較小，也就比較穩(wěn)定，不易破碎。4.交換(jiāohuàn)勢交換勢大，交換離子越容易取代(qǔdài)樹脂上的可交換離子，也就說明交換離子與樹脂之間的親和力越大。第十八頁，共50頁。18規(guī)律〔1〕離子的交換的交換勢,除同它本身和離子交換樹脂(shùzhī)的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)外,溫度和濃度的影響都很大。〔2〕在常溫(chángwēn)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。〔3〕在常溫和低濃度水溶液中，同價(jià)陽離子的交換勢大致上是原子序數(shù)越高，交換勢越大；但是稀土元素情況正好(zhènghǎo)相反?！?〕氫離子對陽離子交換樹脂的交換勢，取決于樹脂的性質(zhì)。〔5〕在常溫和低濃度水溶液中，對弱堿性陰離子交換樹脂來說,酸根(陰離子)的交換序列如下：SO42->CrO42->檸檬酸根>酒石酸根>NO3->AsO43->PO43->MoO42->醋酸根、I-、Br->Cl->F-。第十九頁，共50頁。19〔6〕對強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂(shùzhī)講，離子的交換勢隨樹脂(shùzhī)的性質(zhì)而異，沒有一般性的規(guī)律?！?〕氫氧基對陰離子交換樹脂(shùzhī)的交換勢決定于樹脂(shùzhī)類型。〔8〕離子量高的有機(jī)(yǒujī)離子和金屬絡(luò)合離子的交換勢特別大?！?〕大孔型樹脂具有很強(qiáng)的吸附性能，往往可以吸附廢水中的非離子型雜質(zhì)。三、離子交換的工藝和設(shè)備離子交換裝置固定床單層床雙層床混合床連續(xù)床移動床流動床第二十頁，共50頁。20第二十一頁，共50頁。211.交換(jiāohuàn)開啟(kāiqǐ)進(jìn)水閥1和出水閥2，其余閥門關(guān)閉。2.反洗目的在于松動樹脂層，以便下一步再生時，注入的再生液能分布均勻，同時也及時地清除積存在樹脂層內(nèi)的雜質(zhì)、碎粒和氣泡。先關(guān)閉閥門1和2，打開反洗閥3，然后再逐漸開大排水閥4進(jìn)行反洗。3.再生(zàishēng)先關(guān)閉閥門3和4，翻開排氣閥7及排水閥5，將水放到離樹脂層外表10cm左右，再關(guān)閉閥門5，開啟進(jìn)再生液閥門8，排出交換器內(nèi)空氣后，即關(guān)閉閥門7，再適當(dāng)開啟閥門5，進(jìn)行再生。第二十二頁，共50頁。22四、離子交換(lízǐjiāohuàn)法在廢水處理中的應(yīng)用1.電鍍(diàndù)含鉻廢水的處理生產(chǎn)實(shí)踐說明，在電鍍車間(chējiān)鉻鍍槽的洗滌水閉路循環(huán)系統(tǒng)中采用離子交換法別離、回收鉻酸是有效的。4.清洗先關(guān)閉閥門8，然后開啟閥門1及5。固定床離子交換器的設(shè)計(jì)計(jì)算，根據(jù)物料平衡原理，可得如下基本公式：A——離子交換器截面積，m2； h——樹脂層高度，m；E——交換樹脂的工作交換容量，mmol/L; qv——廢水平均流量，m3/h;c0——進(jìn)水濃度，mmol/L; c——出水濃度，nmol/L；T——交換周期，h。第二十三頁，共50頁。23第二十四頁，共50頁。242.離子交換法處理(chǔlǐ)含汞廢水日本和瑞士的氯堿廠采用陰離子交換樹脂(shùzhī)和螯合樹脂(shùzhī)處理含汞(氯化汞絡(luò)合離子)廢水。第二十五頁，共50頁。25第二十六頁，共50頁。26第七節(jié)萃取法第二十七頁，共50頁。27萃取(cuìqǔ)：用適當(dāng)?shù)娜軇﹦e離混合物的過程。步驟把萃取劑加入廢水，并使它們充分接觸，有害物質(zhì)作為萃取物從廢水中轉(zhuǎn)移到萃取劑中把萃取劑和廢水分離開了，廢水就得到了處理把萃取物從萃取劑中分離出來，使有害物成為有用的副產(chǎn)品，而萃取劑則可用于萃取過程才算在技術(shù)上已經(jīng)成立；其次，就是經(jīng)濟(jì)上的考慮第二十八頁，共50頁。28一、萃取(cuìqǔ)劑萃取劑對被萃取物的溶解度要高，對水中其他(qítā)物質(zhì)的溶解度要低，而萃取劑本身在水中的溶解度要低。分配系數(shù)表征萃取劑的溶解性能：萃取劑在廢水中不會乳化(rǔhuà)，容易同廢水別離。

萃取劑要易于再生。萃取劑價(jià)格要低廉，供給要充分。第二十九頁，共50頁。29二、萃取(cuìqǔ)過程萃取過程(guòchéng)的三種流程第三十頁，共50頁。30單級萃取中萃取劑用量的計(jì)算可根據(jù)物料衡算原理(即流入萃取系統(tǒng)的萃取物量等于流出萃取系統(tǒng)的萃取物量)，可得：通常，廢水的量和質(zhì)與萃取劑的質(zhì)都是已知的，要計(jì)算萃取劑的量，從上式可得：本式也適用(shìyòng)于多效萃取。第三十一頁，共50頁。31第三十二頁，共50頁。32傳質(zhì)過程中的物質(zhì)傳遞量同傳質(zhì)推動力成正比，也同兩相接觸(jiēchù)外表的面積成正比，因此得公式：三、萃取(cuìqǔ)設(shè)備分類罐式(萃取器)塔式(萃取塔)離心機(jī)式(離心萃取機(jī))第三十三頁，共50頁。331.篩板萃取(cuìqǔ)塔第三十四頁，共50頁。342.脈動(màidòng)篩板萃取塔第三十五頁，共50頁。353.轉(zhuǎn)盤(zhuànpán)萃取塔第三十六頁，共50頁。364.填料(tiánliào)萃取塔第三十七頁，共50頁。37四、萃取(cuìqǔ)法在廢水處理中的應(yīng)用1.萃取(cuìqǔ)法處理含酚廢水第三十八頁，共50頁。382.萃取(cuìqǔ)法處理含重金屬廢水某銅礦礦石場廢水(fèishuǐ)中含銅，含鐵，含砷10~300mg/L，pH＝0.1~3。該廢水(fèishuǐ)用N-510作復(fù)合萃取劑，用萃取器進(jìn)行六級逆流萃取，含銅的萃取劑用H2SO4進(jìn)行反萃取，再生后重復(fù)使用。第三十九頁，共50頁。39第八節(jié)膜析法第四十頁，共50頁。40膜析法是利用(lìyòng)薄膜以別離水溶液中某些物質(zhì)的方法總稱。一、滲析法半透膜的滲析作用依靠薄膜中“孔道”的大小分離不同的分子或離子依靠薄膜的離子結(jié)構(gòu)分離性質(zhì)不同的離子依靠薄膜的有選擇的溶解性分離某些物質(zhì)第四十一頁，共50頁。41動力分子擴(kuò)散作用電力壓力滲析法電滲析法反滲法和超過濾法第四十二頁，共50頁。42二、

電滲析法海水淡化(dànhuà)電滲析法示意圖第四十三頁，共50頁。43陽極(yángjí)反響式：陰極(yīnjí)反響式：第四十四頁，共50頁。44用滲析法處理酸洗廢水第四十五頁，共50頁。45三、反滲透法反滲透法是以壓力為驅(qū)動力的膜法別離(biélí)技術(shù)。滲透和反滲透第四十六頁，共50頁。46任何溶液都具有相應(yīng)的滲透壓，其數(shù)值取決于溶液中溶質(zhì)的分子數(shù)，而與溶質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：當(dāng)完全解離時，i等于(děngyú)陰、陽離子的總數(shù)；對非電解質(zhì)，那么i＝1。>900.643.5％NaCl，1032.5kPa芳香聚酰膜>920.443.5％NaCl，101