其他傳質(zhì)分離方法(2).ppt

第八章 其他傳質(zhì)分離方法,學(xué)習(xí)目標(biāo) 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(jiàn)的傳質(zhì)分離方法的基本概念，在環(huán)境工程中的應(yīng)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(shè)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(tuán)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(jìn)行交換 反應(yīng)，以達(dá)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 離子交換劑 離子交換劑：離子交換樹(shù)脂 無(wú)機(jī)離子交換劑（如天然與合成沸石） 天然有機(jī)交換劑（如磺化煤等）,離子交換樹(shù)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(jié)構(gòu)。 可用化學(xué)反應(yīng)的方法，將某些離子功能基團(tuán)加到聚合物骨架上，將其轉(zhuǎn)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(yáng)離子交換樹(shù)脂中的固定離子與遷移離子示意；c-氯甲基化和氨基化,離子交換平衡 離子交換平衡規(guī)律的理論依據(jù)為質(zhì)量作用定律。 離子交換反應(yīng)為： 交換反應(yīng)的平衡關(guān)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(shù)脂選擇性的強(qiáng)弱。,強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的選擇系數(shù),傳質(zhì)速率 在離子交換過(guò)程中，同樣存在著兩個(gè)主要的傳質(zhì)阻力： 離子交換劑粒子附近的邊界層中產(chǎn)生的外部傳質(zhì)阻力。 是在粒子內(nèi)部的擴(kuò)散傳質(zhì)阻力。 一般來(lái)說(shuō)，溶液中交換離子的濃度很低時(shí)，外部傳質(zhì)是 控制步驟，在分離因數(shù)或選擇性系數(shù)很高時(shí)，傾向于外部擴(kuò) 散控制。,二、離子交換設(shè)備 最常用的離子交換設(shè)備： 1.固定床 - 床層固定不變，水流由上而下流動(dòng)。 2.移動(dòng)床 - 交換設(shè)備主要由交換柱和再生柱兩部分組成。 3.流動(dòng)床 - 交換樹(shù)脂在連續(xù)移動(dòng)中實(shí)現(xiàn)交換和再生。,三、離子交換技術(shù)的應(yīng)用 含汞污水的處理： 用巰基樹(shù)脂交換柱進(jìn)行處理。 含鎘污水的處理： 用D370大孔叔胺型弱堿性陰離子交換樹(shù)脂來(lái)處理。 除磷脫氮： 用離子交換法對(duì)城市污水進(jìn)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(jī)械方法撇除。 一、氣浮分離原理 空氣、污水、污水中細(xì)小顆粒物質(zhì)組成三相系統(tǒng)，由于 細(xì)小顆粒粘附到氣泡上時(shí)，使氣泡界面發(fā)生變化，引起界面 能的變化。 E0，界面能減少，顆粒粘附在氣泡上； E0，則顆粒不能粘附于氣泡上，,E（1cos）,不同懸浮顆粒與水的潤(rùn)濕情況,二、氣浮分離設(shè)備氣浮池,氣浮池結(jié)構(gòu),平流式氣浮池的設(shè)計(jì) 接觸室面積Ac Ac 分離室表面積As As 核算 氣浮池總高H（m）,t20min,H=h1+h2+h3,三、氣浮分離在環(huán)保工業(yè)中的應(yīng)用 分離地面水中的細(xì)小懸浮物、藻類(lèi)以及微絮體； 回收工業(yè)污水中的有用物質(zhì)，如造紙廠污水中的紙漿 纖維及填料等； 代替二次沉淀池，分離和濃縮剩余活性污泥，特別適 用于那些易于產(chǎn)生污泥膨脹的生化處理工藝中； 分離回收油污水中的懸浮油和乳化油； 分離回收以分子或離子狀態(tài)存在的目的物，如表面活 性劑和金屬離子等。,第三節(jié) 電解分離技術(shù),一、電解分離原理 接通直流電源后，電解槽的陰極和陽(yáng)極之間發(fā)生了電位 差，驅(qū)使正離子移向陰極，在陰極取得電子，進(jìn)行還原反應(yīng)； 負(fù)離子移向陽(yáng)極，在陽(yáng)極放出電子，進(jìn)行氧化反應(yīng)。從而使 得污水中的污染物在陽(yáng)極被氧化，在陰極被還原，或者與電 極反應(yīng)產(chǎn)物作用，轉(zhuǎn)化為無(wú)害成分被分離除去。,二、電解設(shè)備電解槽,電解槽的結(jié)構(gòu)形式,電解槽極板電路結(jié)構(gòu)形式,三、電解分離在環(huán)保工業(yè)中的應(yīng)用,電解凝聚法對(duì)各類(lèi)污水處理的工藝參數(shù),第四節(jié) 生物處理技術(shù),一、好氧生物處理 1.活性污泥法 活性污泥法的基本原理 生物吸附階段 生物氧化階段 絮凝體形成與凝聚沉淀階段,活性污泥法的基本流程,活性污泥法基本流程圖,曝氣池裝置 鼓風(fēng)曝氣式曝氣池 機(jī)械曝氣式曝氣池,機(jī)械曝氣法裝置簡(jiǎn)圖,2.生物膜法 依靠固著于固體介質(zhì)表面的微生物來(lái)凈化有機(jī)物。 基本原理,生物膜對(duì)污水的凈化作用,生物膜法設(shè)備 生物濾池 a.普通生物濾池,普通生物濾池構(gòu)造圖,b.高負(fù)荷生物濾池,高負(fù)荷生物濾池剖面圖,c.塔式生物濾池,塔式生物濾池,生物轉(zhuǎn)盤(pán),生物轉(zhuǎn)盤(pán)工作情況示意圖,二、厭氧生物處理 厭氧生物處理是在無(wú)氧的條件下，利用兼性菌和厭氧菌 分解有機(jī)物的一種生物處理法。 1.厭氧生物處理的基本原理 第一階段 - 酸性發(fā)酵階段。 第二階段 - 堿性發(fā)酵階段，又稱(chēng)作甲烷發(fā)酵階段。,厭氧處理的生化過(guò)程,2.常用的厭氧處理設(shè)備 厭氧消化池,固定