水污染控制工程第16章2

第16章（2）污水的吸附法、離子交換法、萃取法和膜析法處理第五節(jié)吸附法第六節(jié)離子交換法第七節(jié)萃取法第八節(jié)膜析法第一節(jié)吸附法一、

吸附原理吸附劑：固體表面有吸附水中溶解及膠體物質的能力,比表面積很大的活性炭等具有很高的吸附能力。吸附物理吸附化學吸附吸附劑與吸附物質之間是通過分子間引力(即范徳華力)而產生的吸附吸附劑與被吸附物質之間產生化學作用，生成化學鍵引起吸附表明被吸附物的量與濃度之間的關系式稱為吸附等溫式。2.Freundlich等溫式對上式取對數，可得：1、亨利吸附等溫式q=y/m=Hc該公式是在被吸附物質僅為單分子層的假定下導出的，形式為：4、BET方程Cs>>C二、影響吸附的因素衡量指標吸附能力吸附速度固體吸附劑用吸附量衡量單位質量吸附劑在單位時間內所吸附的物質量吸附階段顆粒外部擴散階段孔隙擴散階段吸附反應階段吸附質從溶液中擴散到吸附劑表面吸附質在吸附劑孔隙中繼續(xù)向吸附點擴散吸附質被吸附在吸附劑孔隙內的吸附點表面吸附速度主要取決于外部擴散速度和孔隙擴散速度。外部擴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動速度，可提高速度孔隙擴散速度吸附劑顆粒越小，速度越快吸附劑的物理化學性質和吸附質的物理化學性質對吸附有很大影響。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。非極性分子型的吸附劑容易吸附非極性的吸附質。三、吸附劑1.活性炭在水處理中較多采用顆?；钚蕴?。再生是在吸附劑本身的結構基本不發(fā)生變化的情況下，用某種方法將吸附質從吸附劑微孔中除去,恢復它的吸附能力。再生方法加熱再生法在高溫條件下，提高了吸附質分子的能量，使其易于從活性炭的活性點脫離；而吸附的有機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再生法通過化學反應，使吸附質轉化為易溶于水的物質而解吸下來2.腐植酸類吸附劑種類：天然的富含腐植酸的風化煤、泥煤、褐煤等，它們可以直接使用或經簡單處理后使用；將富含腐植酸的物質用適當的黏合劑制備成的腐植酸系樹脂。腐植酸是一組芳香結構的，性質與酸性物質相似的復雜混合物。腐植酸類物質能吸附工業(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、表面吸附、凝聚等作用。腐植酸類物質在吸附重金屬離子后,可以用H2SO4、HCl、NaCl等進行解吸。四、吸附工藝和設備操作方式連續(xù)式間歇式將廢水和吸附劑放在吸附池內進行攪拌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處于膨脹狀態(tài)，懸浮于由下而上的水流中五、吸附法在污水處理中的應用1.吸附法除汞活性炭有吸附汞和汞化合物的性能，但因其吸附能力有限，只適宜于處理含汞量低的廢水。吸附法除汞流程2.煉油廠、印染廠廢水的深度處理某煉油廠含油廢水，經隔油，氣浮和生物處理后，再經砂濾和活性炭過濾深度處理。

廢水的含酚量從0.1mg/L(生物處理后)降至0.005mg/L，氰從0.19mg/L降至0.048mg/L，COD從85mg/L降至18mg/L。第二節(jié)離子交換法實質：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應，是一種特殊的吸附過程，通常是可逆化學吸附。離子交換是可逆反應，其反應式可表達為：交換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應物濃度符合下列關系式：

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。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(又稱母體或骨架)和活性基團兩個部分組成。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)樹脂按活性基團可分為含有酸性基團的陰離子交換樹脂含有堿性基團的陽離子交換樹脂含有胺羧基團等的螯合樹脂含有氧化還原基團的氧化還原樹脂兩性樹脂二、離子交換樹脂的選用1.離子交換樹脂的有效pH范圍樹脂類型強酸性離子交換樹脂弱酸性離子交換樹脂強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)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或可交換離子的總數量樹脂在給定工作條件下實際的交換能力3.交聯度

交聯度較高的樹脂，孔隙較低，密度較大，離子擴散速度較低，對半徑較大的離子和水合離子的交換量較小，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，也就表明交換離子與樹脂之間的親和力越大。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的化學性質有關外,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，同價陽離子的交換勢大致上是原子序數越高，交換勢越大；但是稀土元素情況正好相反。（4）氫離子對陽離子交換樹脂的交換勢，取決于樹脂的性質。（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-。（6）對強堿性陰離子交換樹脂講，離子的交換勢隨樹脂的性質而異，沒有一般性的規(guī)律。（7）氫氧基對陰離子交換樹脂的交換勢決定于樹脂類型。（8）離子量高的有機離子和金屬絡合離子的交換勢特別大。（9）大孔型樹脂具有很強的吸附性能，往往可以吸附廢水中的非離子型雜質。三、離子交換的工藝和設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1.交換開啟進水閥1和出水閥2，其余閥門關閉。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的雜質、碎粒和氣泡。先關閉閥門1和2，打開反洗閥3，然后再逐漸開大排水閥4進行反洗。3.再生先關閉閥門3和4，打開排氣閥7及排水閥5，將水放到離樹脂層表面10cm左右，再關閉閥門5，開啟進再生液閥門8，排出交換器內空氣后，即關閉閥門7，再適當開啟閥門5，進行再生。四、離子交換法在廢水處理中的應用1.電鍍含鉻廢水的處理生產實踐表明，在電鍍車間鉻鍍槽的洗滌水閉路循環(huán)系統(tǒng)中采用離子交換法分離、回收鉻酸是有效的。4.清洗先關閉閥門8，然后開啟閥門1及5。固定床離子交換器的設計計算，根據物料平衡原理，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——進水濃度，mmol/L; c——出水濃度，nmol/L；T——交換周期，h。2.離子交換法處理含汞廢水日本和瑞士的氯堿廠采用陰離子交換樹脂和螯合樹脂處理含汞(氯化汞絡合離子)廢水。第三節(jié)萃取法萃?。河眠m當的溶劑分離混合物的過程。步驟把萃取劑加入廢水，并使它們充分接觸，有害物質作為萃取物從廢水中轉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品，而萃取劑則可用于萃取過程才算在技術上已經成立；其次，就是經濟上的考慮一、萃取劑

萃取劑對被萃取物的溶解度要高，對水中其他物質的溶解度要低，而萃取劑本身在水中的溶解度要低。分配系數表征萃取劑的溶解性能：

萃取劑在廢水中不會乳化，容易同廢水分離。

萃取劑要易于再生。

萃取劑價格要低廉，供應要充沛。二、萃取過程萃取過程的三種流程單級萃取中萃取劑用量的計算可根據物料衡算原理(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，廢水的量和質與萃取劑的質都是已知的，要計算萃取劑的量，從上式可得：本式也適用于多效萃取。傳質過程中的物質傳遞量同傳質推動力成正比，也同兩相接觸表面的面積成正比，因此得公式：三、萃取設備分類罐式(萃取器)塔式(萃取塔)離心機式(離心萃取機)1.篩板萃取塔2.脈動篩板萃取塔3.轉盤萃取塔4.填料萃取塔萃取分離設備萃取分離設備

四、萃取法在廢水處理中的應用1.萃取法處理含酚廢水2.萃取法處理含重金屬廢水某銅礦礦石場廢水中含銅0.3~1.5g/L，含鐵4.5~5.4g/L，含砷10~300mg/L，pH＝0.1~3。該廢水用N-510作復合萃取劑，用萃取器進行六級逆流萃取，含銅的萃取劑用H2SO4進行反萃取，再生后重復使用。第四節(jié)膜析法膜析法是利用薄膜以分離水溶液中某些物質的方法總稱。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構分離性質不同的離子依靠薄膜的有選擇的溶解性分離某些物質動力分子擴散作用電力壓力滲析法電滲析法反滲法和超過濾法二、

電滲析法海水淡化電滲析法示意圖陽極反應式：陰極反應式：用滲析法處理酸洗廢水三、反滲透法反滲透法是以壓力為驅動力的膜法分離技術。滲透和反滲透任何溶液都具有相應的滲透壓，其數值取決于溶液中溶質的分子數，而與溶質的性質無關，其數學表達式為：當完全解離時，i等于陰、陽離子的總數；對非電解質，則i＝1。>900.643.5％NaCl，1032.5kPa芳香聚酰膜>920.443.5％NaCl，10132.5kPaCA混合膜980.4海水，6079.5kPaCA3中空纖維膜981.0海水，10132.2kPaCA3復合膜>900.81％NaCl，5066.3kPaCA2.5膜脫鹽率/%透水性測試條件品種幾種反滲透膜的性能裝置板框式把滲透膜貼在多孔透水板單側或兩側，再緊貼在不銹鋼或環(huán)氧玻璃鋼承壓板的兩側，構成一個滲透元件管式把滲透膜裝在耐壓微孔承壓管的內側或外側，制成管狀膜的元件螺旋卷式在兩層反滲透膜中間夾一層多孔的柔性格網，再在下面鋪一層供廢水通過的多孔透水格網，然后將它們的一端粘貼在多孔集水管上，繞管卷成螺旋卷筒，并將另一端密封，就成為一個反滲透元件中空纖維式在兩層反滲透膜的原料空心紡絲而成中空纖維管四、超過濾法作用溶質在膜表面和微孔孔壁上發(fā)生吸附溶質的粒徑大小與膜孔徑相仿，溶質嵌在孔中，引起堵塞溶質的粒徑大于膜孔徑，溶質在膜表面被機械截留，實現篩分超濾的過程是動態(tài)過程，即在超濾膜的表面既受到垂直于膜面的壓力，使水分子得以透過膜面并與被截留物質分離，同時又產生一個與膜表面平行的切向力，以將截留在膜表面的物質沖開。主要用于分離有機的溶解物,如淀粉、蛋白質、樹膠、油漆等。第五節(jié)超臨界處理技術一、超臨界流體概念兩類常用的超臨界流體超臨界水溫度、壓力在臨界點（溫度374，壓力在22MPa）以上的高溫高壓水。超臨界CO2：(Supercriticalca