污水的吸附法、離子交換法、萃取法和膜析法處理PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1污水的吸附法、離子交換法、萃取法和污水的吸附法、離子交換法、萃取法和膜析法處理膜析法處理第1頁(yè)/共125頁(yè)第2頁(yè)/共125頁(yè)等優(yōu)點(diǎn)。第3頁(yè)/共125頁(yè)第4頁(yè)/共125頁(yè)1、 吸附原理吸附物理吸附化學(xué)吸附吸附劑與吸附物質(zhì)之間是通過(guò)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5頁(yè)/共125頁(yè)第6頁(yè)/共125頁(yè)WccVqee)(0第7頁(yè)/共125頁(yè)第8頁(yè)/共125頁(yè)001QCbQqCeee第9頁(yè)/共125頁(yè)第10頁(yè)/共125頁(yè)eecnkqlg1lglgWCCqee0第11頁(yè)/共125頁(yè)第12頁(yè)/共125頁(yè)三、影響吸附的因素衡量指標(biāo)吸附能力吸附速

2、度固體吸附劑用吸附量衡量單位質(zhì)量吸附劑在單位時(shí)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13頁(yè)/共125頁(yè)吸附速度主要取決于外部擴(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(duì)運(yùn)動(dòng)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14頁(yè)/共125頁(yè) 吸附劑的物理化學(xué)性質(zhì)和吸附質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)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(zhì)。 非

3、極性分子型的吸附劑容易吸附非極性的吸附質(zhì)。第15頁(yè)/共125頁(yè)第16頁(yè)/共125頁(yè)第17頁(yè)/共125頁(yè)第18頁(yè)/共125頁(yè)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(jié)構(gòu)基本不發(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19頁(yè)/共125頁(yè)再生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(guò)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(lái)第20頁(yè)/共125頁(yè)第21頁(yè)/共125頁(yè)第22頁(yè)/共125頁(yè)第23頁(yè)/共125頁(yè)4. 腐植酸類吸附

4、劑 種類：天然的富含腐植酸的風(fēng)化煤、泥煤、褐煤等，它們可以直接使用或經(jīng)簡(jiǎn)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?shù)脂。 腐植酸是一組芳香結(jié)構(gòu)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(duì)陽(yáng)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(zhì)在吸附重金屬離子后,可以用H2SO4、HCl、NaCl等進(jìn)行解吸。第24頁(yè)/共125頁(yè)第25頁(yè)/共125頁(yè)第26頁(yè)/共125頁(yè)第27頁(yè)/共125頁(yè)五、 吸附工藝和設(shè)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(nèi)進(jìn)行攪拌30min左右，然后靜置沉淀

5、，排除澄清液固定床移動(dòng)床流化床吸附劑固定填放在吸附柱(或塔)中在操作過(guò)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(shí)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28頁(yè)/共125頁(yè)六、吸附法在污水處理中的應(yīng)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。吸附法除汞流程第29頁(yè)/共125頁(yè)2. 煉油廠、印染廠廢水的深度處理 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(guò)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

6、/L，COD從85mg/L降至18mg/L。第30頁(yè)/共125頁(yè)第31頁(yè)/共125頁(yè)第32頁(yè)/共125頁(yè) 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應(yīng)，是一種特殊的吸附過(guò)程，通常是可逆化學(xué)吸附。 離子交換是可逆反應(yīng)，其反應(yīng)式可表達(dá)為：HRMMRH交換樹(shù)脂交換離子飽和樹(shù)脂 在平衡狀態(tài)下，樹(shù)脂中及溶液中的反應(yīng)物濃度符合下列關(guān)系式：KRHMRMH K值的大小能定量地反映離子交換劑對(duì)某兩個(gè)固定離子交換選擇性的大小。第33頁(yè)/共125頁(yè)第34頁(yè)/共125頁(yè)1. 離子交換劑樹(shù)脂 離子交換樹(shù)脂是人工合成的高分子聚合物，由樹(shù)脂本體(又稱母體或骨架)和活性基團(tuán)兩個(gè)部分組成。

7、種類凝膠型樹(shù)脂大孔型樹(shù)脂多孔凝膠型樹(shù)脂巨孔型(MR型)樹(shù)脂高巨孔型(超MR型)樹(shù)脂按活性基團(tuán)可分為含有酸性基團(tuán)的陰離子交換樹(shù)脂含有堿性基團(tuán)的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂含有胺羧基團(tuán)等的螯合樹(shù)脂含有氧化還原基團(tuán)的氧化還原樹(shù)脂兩性樹(shù)脂第35頁(yè)/共125頁(yè)第36頁(yè)/共125頁(yè)第37頁(yè)/共125頁(yè)第38頁(yè)/共125頁(yè)二、離子交換樹(shù)脂的選用1. 離子交換樹(shù)脂的有效pH范圍樹(shù)脂類型強(qiáng)酸性離子交換樹(shù)脂弱酸性離子交換樹(shù)脂強(qiáng)堿性離子交換樹(shù)脂弱堿性離子交換樹(shù)脂有效pH范圍114514112072. 交換容量 定量表示樹(shù)脂交換能力的大小，單位為mol/kg(干樹(shù)脂)或mol/L(濕樹(shù)脂)第39頁(yè)/共125頁(yè)交換容量全交換容量工作

8、交換容量一定量的樹(shù)脂所具有的活性基團(tuán)或可交換離子的總數(shù)量樹(shù)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(shù)脂，孔隙較低，密度較大，離子擴(kuò)散速度較低，對(duì)半徑較大的離子和水合離子的交換量較小，浸泡在水中時(shí)，水化度較低，形變較小，也就比較穩(wěn)定，不易破碎。第40頁(yè)/共125頁(yè)第41頁(yè)/共125頁(yè)規(guī)律： （1）離子的交換的選擇性, 除同它本身和離子交換樹(shù)脂的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)外, 溫度和濃度的影響都很大。 （2）在常溫和低濃度水溶液中，陽(yáng)離子的價(jià)態(tài)越高，它的選擇性越大。 （3）在常溫和低濃度水溶液中，同價(jià)陽(yáng)離子的選擇性大致上是原子序數(shù)越高，選擇性越大；但是稀土元素情況正好相反。 （4）氫離子對(duì)陽(yáng)離

9、子交換樹(shù)脂的選擇性，取決于樹(shù)脂的性質(zhì)。 （5）在常溫和低濃度水溶液中，對(duì)弱堿性陰離子交換樹(shù)脂來(lái)說(shuō), 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42頁(yè)/共125頁(yè)第43頁(yè)/共125頁(yè)第44頁(yè)/共125頁(yè) （6）對(duì)強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂講，離子的交換勢(shì)隨樹(shù)脂的性質(zhì)而異，沒(méi)有一般性的規(guī)律。 （7）氫氧基對(duì)陰離子交換樹(shù)脂的交換勢(shì)決定于樹(shù)脂類型。 （8）離子量高的有機(jī)離子和金屬絡(luò)合離子的交換勢(shì)特別大。 （9）大孔型樹(shù)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)。第45頁(yè)/共12

10、5頁(yè)第46頁(yè)/共125頁(yè)第47頁(yè)/共125頁(yè)第48頁(yè)/共125頁(yè)第49頁(yè)/共125頁(yè)第50頁(yè)/共125頁(yè)操作1取未知樹(shù)脂樣品2 ml，置于30ml試管中操作2加 1 mol/L HCl 15ml，搖12 min，重復(fù)23次操作3水洗23次操作4加10CuSO4（其中含1H2SO4）5ml,搖1 min，放置5 min檢查淺綠色操作5加5 mol/L氨液2 ml,搖1 min，水洗檢查 深藍(lán) 顏色不變結(jié)果強(qiáng)酸型陽(yáng)樹(shù)脂 弱酸型陽(yáng)樹(shù)脂 第51頁(yè)/共125頁(yè)第52頁(yè)/共125頁(yè)第53頁(yè)/共125頁(yè)第54頁(yè)/共125頁(yè)第55頁(yè)/共125頁(yè)第56頁(yè)/共125頁(yè)第57頁(yè)/共125頁(yè)第58頁(yè)/共125頁(yè)第59

11、頁(yè)/共125頁(yè)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(dòng)床流動(dòng)床第60頁(yè)/共125頁(yè)第61頁(yè)/共125頁(yè)1. 交換 開(kāi)啟進(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(dòng)樹(shù)脂層，以便下一步再生時(shí)，注入的再生液能分布均勻，同時(shí)也及時(shí)地清除積存在樹(shù)脂層內(nèi)的雜質(zhì)、碎粒和氣泡。 先關(guān)閉閥門1和2，打開(kāi)反洗閥3，然后再逐漸開(kāi)大排水閥4進(jìn)行反洗。3. 再生 先關(guān)閉閥門3和4，打開(kāi)排氣閥7及排水閥5，將水放到離樹(shù)脂層表面10cm左右，再關(guān)閉閥門5，開(kāi)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(kāi)啟閥門5，進(jìn)行再生。第62頁(yè)/共125頁(yè)四、離子交換法在廢水處理

12、中的應(yīng)用1. 電鍍含鉻廢水的處理 生產(chǎn)實(shí)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(guān)閉閥門8，然后開(kāi)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：TccqAhEOV)(A離子交換器截面積，m2；h樹(shù)脂層高度，m；E交換樹(shù)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63頁(yè)/共125頁(yè)第64頁(yè)/共125頁(yè)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(shù)脂和螯合樹(shù)脂處理含汞(氯化汞絡(luò)合離子)廢水。第65頁(yè)/共

13、125頁(yè)第66頁(yè)/共125頁(yè)第67頁(yè)/共125頁(yè)第68頁(yè)/共125頁(yè) 萃取過(guò)程：用適當(dāng)?shù)娜軇┓蛛x混合物的過(guò)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(kāi)了，廢水就得到了處理把萃取物從萃取劑中分離出來(lái)，使有害物成為有用的副產(chǎn)品，而萃取劑則可用于萃取過(guò)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69頁(yè)/共125頁(yè)萃取劑 萃取劑對(duì)被萃取物的溶解度要高，對(duì)水中其他物質(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：*s*cfccK 萃取劑在廢水中不會(huì)乳化，容易同廢水分離。 萃取劑要易于再生。 萃取劑價(jià)格要低廉，

14、供應(yīng)要充沛。第70頁(yè)/共125頁(yè)二、 萃取過(guò)程萃取過(guò)程的三種流程第71頁(yè)/共125頁(yè)第72頁(yè)/共125頁(yè)第73頁(yè)/共125頁(yè)第74頁(yè)/共125頁(yè)第75頁(yè)/共125頁(yè)第76頁(yè)/共125頁(yè)第77頁(yè)/共125頁(yè)第78頁(yè)/共125頁(yè)貯存和使用。第79頁(yè)/共125頁(yè)第80頁(yè)/共125頁(yè)第81頁(yè)/共125頁(yè)第82頁(yè)/共125頁(yè)第83頁(yè)/共125頁(yè)第84頁(yè)/共125頁(yè)三、萃取設(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85頁(yè)/共125頁(yè)第86頁(yè)/共125頁(yè)1. 篩板萃取塔第87頁(yè)/共125頁(yè)2. 脈沖萃取塔第88頁(yè)/共125頁(yè)3. 轉(zhuǎn)盤萃取塔第89頁(yè)/共125頁(yè)4. 填料萃取塔第90頁(yè)/共1

15、25頁(yè)四、萃取法在廢水處理中的應(yīng)用1. 萃取法處理含酚廢水第91頁(yè)/共125頁(yè)2. 萃取法處理含重金屬?gòu)U水 某銅礦礦石場(chǎng)廢水中含銅0.31.5g/L，含鐵4.55.4g/L，含砷10300mg/L，pH0.13。該廢水用N-510作復(fù)合萃取劑，用萃取器進(jìn)行六級(jí)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92頁(yè)/共125頁(yè)第93頁(yè)/共125頁(yè)第94頁(yè)/共125頁(yè)積小、適用范圍廣、處理效率高等特點(diǎn)。第95頁(yè)/共125頁(yè)二、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96頁(yè)/共125頁(yè)

16、動(dòng)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(guò)濾法第97頁(yè)/共125頁(yè)三、 電滲析法海水淡化電滲析法示意圖第98頁(yè)/共125頁(yè)陽(yáng)極反應(yīng)式：2OH2HO2H24224SOHSO2H2e2HO2OH2陰極反應(yīng)式：Fe2eFe22H2e2H第99頁(yè)/共125頁(yè)第100頁(yè)/共125頁(yè)第101頁(yè)/共125頁(yè)第102頁(yè)/共125頁(yè)第103頁(yè)/共125頁(yè)第104頁(yè)/共125頁(yè)-C6H4OH）等。第105頁(yè)/共125頁(yè)第106頁(yè)/共125頁(yè)涂層膜。第107頁(yè)/共125頁(yè)第108頁(yè)/共125頁(yè)第109頁(yè)/共125頁(yè)四、反滲透法 反滲透法是以壓力為驅(qū)動(dòng)力的膜法分離技術(shù)。滲透和反滲透第110頁(yè)/共125頁(yè) 任何

17、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(wú)關(guān)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：iRTc 當(dāng)完全解離時(shí)，i等于陰、陽(yáng)離子的總數(shù)；對(duì)非電解質(zhì)，則i1。900.643.5NaCl，1032.5kPa芳香聚酰膜920.443.5NaCl，10132.5kPaCA混合膜980.4海水，6079.5kPaCA3中空纖維膜981.0海水，10132.2kPaCA3復(fù)合膜900.81NaCl，5066.3kPaCA2.5膜脫鹽率/%透水性測(cè)試條件品種 幾種反滲透膜的性能第111頁(yè)/共125頁(yè)處理、分離提純等的膜。第112頁(yè)/共125頁(yè)裝置板框式把滲透膜貼在多孔透水板單側(cè)或兩側(cè)，再緊貼在不銹鋼或環(huán)氧玻璃鋼承壓板的兩側(cè)，構(gòu)成一個(gè)滲透元件管式把滲透膜裝在耐壓微孔承壓管的內(nèi)側(cè)或外側(cè)，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(wǎng)，再在下面鋪一層供廢水通過(guò)的多孔透水格網(wǎng)，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(gè)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第113頁(yè)/共125頁(yè)第114頁(yè)/共125頁(yè)第115頁(yè)/共125頁(yè)第116頁(yè)/共125頁(yè)五、 超濾法作用溶質(zhì)在膜表面和微孔孔壁上發(fā)生吸附溶質(zhì)的粒徑大小與膜孔徑相仿，溶質(zhì)嵌在孔中，引起堵塞溶質(zhì)的