工業(yè)廢水的物理化學處理市公開課一等獎百校聯(lián)賽特等獎課件

Chapter13工業(yè)廢水物理化學處理10/10/1水質(zhì)工程學II第1頁主要內(nèi)容：

混凝

Coagulation氣浮AirFlotation吸附

Adsorption離子交換Ion-exchange電滲析Electrodialysis擴散滲析、反滲透、超濾Diffusion

Dialysis,

ReverseOsmosis,Ultrafiltration10/10/2水質(zhì)工程學II第2頁13.1混凝1.原理：向污水中投入電解質(zhì)，壓縮雜質(zhì)雙電層，降低或消除ζ電位，雜質(zhì)相互聚結(jié)沉淀。(1)雙電層機理－利用電解質(zhì)壓縮雙電層，降低ζ電位，消除靜電排斥能峰，使膠體脫穩(wěn)聚和。(2)吸附架橋機理－利用高分子吸附架橋能力，將雜質(zhì)吸附，形成大絮體下沉。2.材料：石灰、碳酸鋁、硫酸亞鐵、三氯化鐵、聚合鋁10/10/3水質(zhì)工程學II第3頁13.1混凝3.混凝種類化學混凝－利用正電荷電解質(zhì)，壓縮污水中負電粒子雙電層，當大量正電荷進入膠粒雙電層內(nèi)，使雙電層變薄，電位減小，膠粒不帶電，能夠相互聚和下沉。生物混凝利用微生物吸附絮凝作用，吸附膠體顆粒一同下沉，活性污泥回流污泥到達吸附絮凝作用?；亓魑勰嗄繕耍篴.接種，使生物種類多樣b.預絮凝和生物混凝作用10/10/4水質(zhì)工程學II第4頁13.1混凝(3)物理混凝－混凝經(jīng)水解形成高聚物，大顆粒高聚物對雜質(zhì)膠體有強烈吸附能力，可吸附一定距離內(nèi)膠體共同下沉。本身混凝：高聚物大顆?？稍谄渥饔每臻g內(nèi)吸附膠體一同下沉。有效作用空間：

a.R≠r;b.r<R;c.A=r+R時吸附最正確。

增濃聚沉：向污水中投入一些大顆粒雜質(zhì)，使?jié)舛仍龃?，可沉淀大顆粒吸附小顆?？焖傧鲁?。應用：豎流式沉淀池增加污泥層濃度到達增濃聚沉。水力澄清池加入細泥沙增加泥沙濃度到達增濃聚沉。10/10/5水質(zhì)工程學II第5頁13.1混凝經(jīng)過混凝可去除污水濁度、色度、各種高分子化合物，重金屬離子等，常與其它方法一同使用?；炷ㄖ荒苋コz體和懸浮物，不能去除溶解性物質(zhì)，影響混凝原因很多，混凝劑種類，濃度等需要用試驗確定?；炷龖茫?預處理(SS可從2萬降至5000)2深度處理(已推廣，由張杰院士提出，COD去除率為50~60%)10/10/6水質(zhì)工程學II第6頁13.1混凝10/10/7水質(zhì)工程學II第7頁13.1混凝10/10/8水質(zhì)工程學II第8頁13.2氣浮1.氣浮處理理論基礎將空氣通入水中，并以微小氣泡析出，使水中固體雜質(zhì)粘附氣泡一同上浮至水面分離。(1)氣浮流程氣＋污水→氣粒吸附→泡沫→分解含油污水中油可經(jīng)過1隔油池2粗?；?氣浮來去除10/10/9水質(zhì)工程學II第9頁13.2氣浮2、氣浮條件

去除比重近于1，直徑≤60μm懸浮物(大于60μm可下沉)①氣粒吸附－屬物理吸附。吸附放熱，低溫吸附效果很好極性相同，吸附效果很好(氣泡是疏水性物質(zhì)，即非極性)物理性質(zhì)相同，吸附效果很好。②吸附對象－吸附疏水性物質(zhì)疏水性物質(zhì)－難為水潤濕物質(zhì)，能夠直接吸附。親水性物質(zhì)－輕易被水潤濕物質(zhì)，需要轉(zhuǎn)為疏水性物質(zhì)。10/10/10水質(zhì)工程學II第10頁13.2氣浮③表面活性劑—能夠?qū)崿F(xiàn)疏水－親水相互轉(zhuǎn)移表面活性劑由極性－非極性分子組成，分子一端呈親水性，另一端呈疏水性，也叫二親分子。a.表面活性劑對于親水性物質(zhì)有利，親水性物質(zhì)轉(zhuǎn)為疏水性。b.表面活性劑對于疏水性物質(zhì)不利，疏水性物質(zhì)轉(zhuǎn)為親水性。10/10/11水質(zhì)工程學II第11頁13.2氣浮水中氣、粒粘附著力計算

在液、氣、粒三相表面上，產(chǎn)生表面力不一樣，其粘附著力也不一樣。1．表面能液體表面分子與內(nèi)部分子受到分子引力不一樣，表面分子所受到力不平衡，該力把表面分子拉向液體內(nèi)部，力圖縮小表面積，降低表面能。

2．表面能物理現(xiàn)象表面能力圖使自由表面積最小，從而表面能最小。液體內(nèi)部分子引力使液體呈球狀，降低表面積，防止展開。10/10/12水質(zhì)工程學II第12頁13.2氣浮表面能大小計算設液、氣、固三相分別為1、2、3，σ表示表面能則液－固，液－氣，氣－固分別用σ13、σ12、σ23表示依據(jù)熱力學已知：界面能＝表面能×界面面積s－界面面積(cm2)，取單位面積為1進行計算顆粒和氣泡粘附前其表面能之和(N/m)顆粒和氣泡粘附后其表面能(N/m)吸附前后界面能降低值為

10/10/13水質(zhì)工程學II第13頁13.2氣浮依據(jù)圖解，代入上式：θ—接觸角

分析：1)△W越大，吸附越輕易進行。2)當接觸角θ→0時，cosθ→1，(1－cosθ)→0，氣固不易吸附。3)當接觸角θ→180°時，cosθ→－1，(1－cosθ)→2，氣固易吸附。4)接觸角可判斷物質(zhì)被水潤濕性質(zhì)，θ＜90°為親水性物質(zhì)，不輕易吸附，θ＞90°為疏水性物質(zhì)，輕易吸附。10/10/14水質(zhì)工程學II第14頁13.2氣浮氣泡穩(wěn)定性1)加入表面活性劑使氣泡壁變厚，預防破碎。(外包一層水摸)2)加入表面活性劑使液體表面蒸發(fā)量降低，浮渣穩(wěn)定。(吸附水膜變厚，降低蒸發(fā)量)3)依據(jù)氣泡與內(nèi)壓關系式：r－氣泡半徑、σ12－水氣表面張力、P－氣泡內(nèi)壓力。當氣泡內(nèi)壓一定時，水表面張力越大，氣泡直徑越大；當氣量一定時，氣泡直徑↑，表面積↓，不易吸附。氣泡大小應一致，不然小氣泡內(nèi)壓大，大氣泡內(nèi)壓小，小氣泡易進入大氣泡合并。4)氣泡越小越密集，效果越好。10/10/15水質(zhì)工程學II第15頁13.2氣浮混凝劑與表面活性劑關系1)混凝劑－Al2(SO4)3，F(xiàn)eCl3，F(xiàn)e2(SO4)3，可吸附水中固體使其凝聚，壓縮雙電層，ξ↓，相互聚合，生成一些大絮凝體。2)表面活性劑－兩親分子，①對親水性物質(zhì)有利，對疏水性物質(zhì)不利。②投量↑，氣液界面張力σ12↓，泡沫穩(wěn)定。③投量↑，ζ↑，疏水雜質(zhì)嚴重乳化，影響吸附。④投量↓，σ12↑，使氣固吸附牢靠。10/10/16水質(zhì)工程學II第16頁13.2氣浮氣浮方法、系統(tǒng)與計算將產(chǎn)生氣泡方法分為布氣氣浮，溶氣氣浮，電氣浮。1．布氣氣浮:利用機械剪切力，將混于水中空氣粉碎成細小氣泡。(第一代氣浮)1)水泵吸水管吸入氣浮設備簡單，但會破壞水泵工作特征。吸入空氣不能過多，不大于吸水量10％。2)射流氣浮(需水泵揚程大，耗電量高，已淘汰)采取吸水帶氣射流器，向污水中吸入空氣進行氣浮。3)擴散板氣浮(停頓曝氣時易堵，主要應用于給水，污水中已淘汰)壓縮空氣經(jīng)過含有微細孔隙擴散板，使空氣以細小氣泡形式逸出，進行氣浮。4)葉輪氣浮電動機帶動葉輪高速旋轉(zhuǎn)，空氣進入水中被葉輪打壞成為細小氣泡。10/10/17水質(zhì)工程學II第17頁13.2氣浮氣浮方法、系統(tǒng)與計算溶氣氣浮(第二代氣浮)空氣在一定壓力下，溶解于水中，并到達過飽和狀態(tài)，然后突然減壓，溶解于水中空氣以微小形狀從水中折出，進行氣浮。1)加壓溶氣氣體①工作特征污水由水泵加壓3－4壓力，在壓力管上進入壓縮空氣，水氣混合體在溶氣罐內(nèi)停留一定時間進行溶氣，然后經(jīng)減壓閥進入氣浮池氣浮。②工藝流程慣用加壓溶氣有：全加壓溶氣，部分加壓溶氣和部分回流加壓溶氣。2)溶氣真空氣浮氣浮池在負壓下工作，空氣在常壓下和加壓下溶于水中，溶于水中空氣在負壓下過飽和，大量空氣會折出形成氣泡上浮。(但浮渣不能出來，出水必須靠水泵抽，且不易檢修)10/10/18水質(zhì)工程學II第18頁10/10/19水質(zhì)工程學II第19頁13.2氣浮電解氣浮

將含有電解質(zhì)污水作為電解介質(zhì)通入直流電進行電解，可同時發(fā)生三種效應，電解氧化(IEO)，電解混凝(電絮凝)和電解氣浮，當選取不溶性電極可充分發(fā)揮電解氣浮效應。10/10/20水質(zhì)工程學II第20頁

10/10/21水質(zhì)工程學II第21頁13.3吸附在相界面上，物質(zhì)濃度自動發(fā)生累積或濃集現(xiàn)象稱為吸附。吸附就是利用多孔性固體物質(zhì)，使廢水中一個或各種物質(zhì)被吸附在固體表面而去除方法。10/10/22水質(zhì)工程學II第22頁10/10/23水質(zhì)工程學II第23頁13.3吸附產(chǎn)生吸附原因

1．物理吸附

吸附劑和吸附質(zhì)之間經(jīng)過分子間力產(chǎn)生吸附稱為物理吸附。物理吸附可形成單分子吸附層或多分子吸附層。被吸附分子因為熱運動還會離開吸附劑表面，這種現(xiàn)象稱為解吸，它是吸附逆過程。(可逆，是一個動態(tài)平衡)

2．化學吸附(成本高，基本不用)化學吸附是吸附劑和吸附質(zhì)之間因為化學鍵力引發(fā)化學作用，一個吸附劑只能對某幾個吸附質(zhì)發(fā)生化學吸附，所以化學吸附含有選擇性，不可逆性。3．離子吸附(使用也不多)相互交換離子吸附，依靠靜電引力牢靠吸附。10/10/24水質(zhì)工程學II第24頁13.3吸附吸附等溫線1．吸附平衡吸附過程是可逆，當吸附速度和解吸速度相等時，則吸附質(zhì)在溶液中濃度和吸附劑表面上濃度都不改變而到達平衡，此時吸附質(zhì)在溶液中濃度稱為平衡濃度。吸附劑吸附能力大小以吸附量q表示，指單位重量吸附劑所吸附吸附質(zhì)重量。

q=V(C0—C)/W式中V—廢水容積；W—吸附劑投量；C0—原水吸附質(zhì)濃度；C—吸附平衡時水中剩下吸附質(zhì)濃度。10/10/25水質(zhì)工程學II第25頁13.3吸附吸附等溫式(1)朗謬爾公式朗謬爾公式是從動力學觀點出發(fā)，經(jīng)過一些假設條件而推導出來單分子吸附公式。

式中q——吸附量C——吸附質(zhì)平衡濃度a、b——吸附常數(shù)。將上式改為倒數(shù)式，即：10/10/26水質(zhì)工程學II第26頁13.3吸附吸附等溫式(2)費蘭德利希公式q=KC1/n

式中q——吸附量；C——吸附質(zhì)平衡濃度；K、1/n——常數(shù)。將上式改寫為對數(shù)式：10/10/27水質(zhì)工程學II第27頁13.3吸附吸附速度吸附速度是指單位重量吸附劑在單位時間內(nèi)所吸附物質(zhì)量。吸附過程可分為3個階段。第一階段為外部擴散階段。在吸附劑周圍存在著一層固定水膜吸附質(zhì)首先經(jīng)過這個水膜才能抵達吸附劑表面，所以吸附速度與液膜擴散速度相關。第二階段稱為顆粒內(nèi)部擴散階段。經(jīng)水膜擴散到吸附劑表面吸附質(zhì)向細孔深處擴散。第三階段稱為吸附反應階段。吸附質(zhì)被吸在細孔內(nèi)表面上。10/10/28水質(zhì)工程學II第28頁13.3吸附吸附影響原因1．吸附劑性質(zhì)普通是極性分子吸附劑易吸附極性分子吸附質(zhì)，非極性分子吸附劑易于吸附非極性吸附質(zhì)。(處理污水是慣用非極性吸附劑-活性炭)2．吸附質(zhì)性質(zhì)吸附質(zhì)溶解度，表面自由能，極性，吸附質(zhì)分子大小，吸附質(zhì)濃度相關3．廢水pH廢水pH影響吸附劑及吸附質(zhì)性質(zhì)。4．共存物質(zhì)物理吸附時吸附劑可吸附各種吸附質(zhì)。普通共存各種吸附質(zhì)時，吸附劑對某種吸附質(zhì)吸附能力比只含該種吸附質(zhì)時吸附能力差。5．溫度

因為物理吸附過程是放熱過程，溫度升高吸附量降低，反之吸附量增加。6．接觸時間

在進行吸附時，應確保吸附質(zhì)與吸附劑有一定接觸時間，使吸附靠近平衡，充分利用吸附能力。10/10/29水質(zhì)工程學II第2