水污染控制工程：第5章 污水的物理化學(xué)處理

1、水污染控制工程南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院環(huán)境系第5章 污水的物理化學(xué)處理第5章 污水的物理化學(xué)處理5.1 混凝5.2 氣浮5.3 吸附5.4 膜處理一、混凝概述1、混凝的作用 廢水中的大顆?？梢酝ㄟ^重力沉淀法去除，但微小粒徑的懸浮物和膠體能在水中長(zhǎng)期保持分散懸浮狀態(tài)，即使靜置數(shù)十個(gè)小時(shí)也不會(huì)自然沉降。 混凝所處理的對(duì)象，主要是水和廢水中的微小懸浮物和膠體雜質(zhì)。5.1 混凝2、凝聚、絮凝和混凝 凝聚(coagulation)：投加混凝劑后水中的膠體失去穩(wěn)定性，膠體顆?；ハ嗄郏Y(jié)果形成眾多的“小礬花”。 絮凝(flocculation)： 凝聚過程中形成的“小礬花”通過吸附、卷帶、架橋等作用，形成

2、顆粒較大絮凝體的過程。 混凝：是凝聚、絮凝兩各過程的總稱。是水中膠體粒子及微小懸浮物的聚集過程。3、天然水中的膠體雜質(zhì) 通常是負(fù)電荷膠體，如粘土、細(xì)菌、病毒、藻類、腐殖質(zhì)等。4、混凝的應(yīng)用 給水處理： 混凝+沉淀，微絮凝+過濾； 去除廢水中的懸浮物和膠體物質(zhì)外。 廢水處理： 各種工業(yè)廢水的預(yù)處理、中間處理或 最終處理及城市污水的三級(jí)處理和污 泥處理。除用于去除廢水中的懸浮物 和膠體物質(zhì)外，還用于除油和脫色。5、混凝的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便； 便于間歇運(yùn)行，效果好。 缺點(diǎn)：運(yùn)行費(fèi)用高； 沉渣量大，處置困難；二、膠體的特性 1、膠體的基本特性 (一) 光學(xué)特性：指膠體在水溶液中能引起光的反

3、射。 (二) 布朗運(yùn)動(dòng): 膠體為常見的分散體系之一。 (三) 表面特性：分散體系的分散度越大，膠體顆粒的比表面積越大，具有的表面自由能越大，使膠體可以產(chǎn)生特殊的吸附能力和溶解現(xiàn)象。 (四) 動(dòng)電現(xiàn)象 （電泳現(xiàn)象）：膠體具有帶電性，在電場(chǎng)力作用下，膠體微粒向一個(gè)電極方向移動(dòng)的現(xiàn)象。2、膠體的結(jié)構(gòu) 膠核 膠粒 膠團(tuán) 吸附層 擴(kuò)散層3、雙電層理論 中心稱為膠核，其表面選擇性地吸附了一層帶有同號(hào)電荷的離子（可以是膠核的組成物直接電離產(chǎn)生的，也可以是從水中選擇吸附的H+或OH-造成的），成為膠體的電位離子。 由于電位離子的靜電引力，在其周圍又吸附了大量的異號(hào)離子，形成了所謂的“雙電層”。膠核 這些異號(hào)離

4、子，其中緊靠電位離子的部分被牢固的吸引著，當(dāng)膠核運(yùn)動(dòng)時(shí)，它也隨著一起運(yùn)動(dòng)，形成固定的離子層，稱為吸附層。而其它的異號(hào)離子，距離電位離子較遠(yuǎn)，受到的引力較弱，不隨膠核一起運(yùn)動(dòng)，并有向水中擴(kuò)散的趨勢(shì)，形成了擴(kuò)散層。 吸附層與擴(kuò)散層之間的交界面稱為滑動(dòng)面。膠核 滑動(dòng)面以內(nèi)的部分稱為膠粒，膠粒與擴(kuò)散層之間有一個(gè)電位差，稱為膠體的電動(dòng)電位（電位）。而膠核表面的電位離子與溶液之間的電位差稱為總電位（電位，電位離子和反離子形成的總電位。） 膠體在水中受到幾個(gè)方面的影響： （1）由于膠粒的帶電現(xiàn)象，帶相同電荷的膠體產(chǎn)生靜電斥力，而且電位越高，膠體間的靜電斥力越大。 （2）受水分子熱運(yùn)動(dòng)的撞擊，使膠體在水中做不

5、規(guī)則的布朗運(yùn)動(dòng)。 （3）膠粒之間還存在著相互引力范德華引力。范德華引力的大小與膠粒間距離的平方成反比，當(dāng)間距較大時(shí)，可忽略不計(jì)。 一般水中的膠粒，電位較高。其互相間斥力不僅與電位有關(guān)，還與膠粒的間距有關(guān)，距離愈近，斥力愈大。而布朗運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能不足以將兩顆膠粒推近到使范德華引力發(fā)揮作用的距離。因此，膠體微粒不能相互聚結(jié)而長(zhǎng)期保持穩(wěn)定的分散狀態(tài)。 使膠體微粒不能相互聚結(jié)的另一個(gè)因素是水化作用。由于膠粒帶電，將極性水分于吸引到它的周圍形成一層水化膜。水化膜同樣能阻止膠粒間相互接觸。但是，水化膜是伴隨膠粒帶電而產(chǎn)生的，如果膠粒的（電位消除或減弱，水化膜也就隨之消失或減弱。3、雙電層理論 受膠核電位離子的

6、靜電引力和反離子熱運(yùn)動(dòng)的擴(kuò)散作用、溶液對(duì)反離子的水化作用，反離子的濃度隨與膠粒表面距離增加而逐漸減少，分布符合Boltzmann分布。4、膠體的穩(wěn)定性 膠體的穩(wěn)定性，指膠體粒子在水中長(zhǎng)期保持分散懸浮狀態(tài)的特性。 穩(wěn)定因素 靜電斥力 布朗運(yùn)動(dòng) 水化作用 不穩(wěn)定因素 范德華引力 布朗運(yùn)動(dòng) 重力作用 膠體的穩(wěn)定性 （1）動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定：是指顆粒布朗運(yùn)動(dòng)對(duì)抗重力影響的能力。粒子越小，動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性越高。 （2）聚集穩(wěn)定性：指膠體粒子間不能相互聚集的特性。膠體粒子小，比表面積大，故表面能大，在布朗運(yùn)動(dòng)作用下，有自發(fā)地相互聚集的傾向，但由于粒子表面同性電荷的排斥力作用或水化膜的的阻礙使這種自發(fā)聚集不能發(fā)生。 （

7、電位導(dǎo)致） 可見膠體粒子表面電荷或水化膜消除，便失去聚集穩(wěn)定性，小顆粒便可相互聚集成大的顆粒，從而動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性也隨之破壞，沉淀就會(huì)發(fā)生。因此，膠體穩(wěn)定性關(guān)鍵在于聚集穩(wěn)定性。 混凝處理即是要破壞膠體的聚集穩(wěn)定性，使膠體脫穩(wěn)、聚集、沉淀析出。5、膠體的類型 (一) 疏水性膠體（憎水性膠體） 吸附層中的離子直接與膠核接觸，水分子不能直接接觸膠核。如氫氧化鋁、二氧化硅在水中形成的膠體。 (二) 親水性膠體 膠核表面存在某些極性基團(tuán)和水分子親和力很大，使水分子直接吸附到膠核表面而形成一層水化膜的膠體。 根據(jù)膠體的特性，在水處理中，采取措施破壞膠體的穩(wěn)定性。采用的方法： 投加電解質(zhì) 投加電荷不同或水化作用

8、不同的膠體或產(chǎn)生此類膠體的電解質(zhì) 投加高分子物質(zhì) 接觸凝聚 上述投加的物質(zhì)統(tǒng)稱混凝劑三、混凝原理 化學(xué)混凝的機(jī)理至今仍未完全清楚。因?yàn)樗婕暗囊蛩睾芏?，如水中雜質(zhì)的成分和濃度、水溫、水的pH值、堿度，以及混凝劑的性質(zhì)和混凝條件等。 （一）雙電層壓縮機(jī)理 （二）吸附電中和機(jī)理 （三）吸附架橋機(jī)理 （四）沉淀物網(wǎng)捕機(jī)理 （一）雙電層壓縮 1、憎水性膠體 當(dāng)兩個(gè)膠粒相互接近以至雙電層發(fā)生重疊時(shí)，就產(chǎn)生靜電斥力。 向溶液中投加電解質(zhì)，溶液中離子濃度增加，擴(kuò)散層的厚度將從圖上的oa減小到ob。 加入的反離子與擴(kuò)散層原有反離子之間的靜電斥力將部分反離子擠壓到吸附層中，從而使擴(kuò)散層厚度減小。 由于擴(kuò)散層厚度

9、的減小，電位相應(yīng)降低，膠粒間的相互排斥力也減少。 由于擴(kuò)散層減薄，顆粒相撞時(shí)的距離減少，相互間的吸引力變大。顆粒間排斥力與吸引力的合力由斥力為主變?yōu)橐砸橹鳎w粒就能相互凝聚。 兩個(gè)膠粒能否相互凝聚，取決于二者的總勢(shì)能。DLVO理論 根據(jù)DLVO理論，要使膠粒通過布朗運(yùn)動(dòng)相互碰撞聚集，需要降低其排斥勢(shì)能，即降低或消除膠粒的電位，在水中投加電解質(zhì)即可達(dá)到此目的。 對(duì)于水中的負(fù)電荷膠體，投入的電解質(zhì)混凝劑應(yīng)是正電荷或聚合離子，如Na+、Ca2+、Al3+等，其作用是壓縮膠體雙電層為保持膠體電性中和所要求的擴(kuò)散層厚度。 根據(jù)SchulzeHardy法則： 濃度相同的電解質(zhì)破壞膠體穩(wěn)定性的效力隨離子

10、價(jià)數(shù)的增加而加大。 （高價(jià)電解質(zhì)壓縮膠體雙電層的效果遠(yuǎn)比低價(jià)電解質(zhì)有效。） 重新穩(wěn)定現(xiàn)象: 當(dāng)混凝劑投量過多時(shí)，凝聚效果下降的現(xiàn)象。原因：膠體吸附電解質(zhì)，表面電荷重新分布。 2、親水性膠體： 水化作用是親水性膠體聚集穩(wěn)定性的主要原因。 親水性膠體雖然也存在雙電層結(jié)構(gòu)，但電位對(duì)膠體穩(wěn)定性的影響遠(yuǎn)小于水化膜的影響。 （二）吸附電中和機(jī)理 異號(hào)膠粒間相互吸引達(dá)到電中和而凝聚； 大膠粒吸附許多小膠?；虍愄?hào)離子，電位降低，吸引力使同號(hào)膠粒相互靠近發(fā)生凝聚。 在水處理中，一般均投加高價(jià)電解質(zhì)或聚合離子。 再穩(wěn)現(xiàn)象：過多投加多核絡(luò)合離子，膠核的強(qiáng)烈吸附作用，使膠體重新帶電（電荷異號(hào)），而出現(xiàn)的再穩(wěn)現(xiàn)象。 （

11、三）吸附架橋機(jī)理 吸附架橋作用是指鏈狀高分子聚合物在靜電引力、范德華力和氫鍵力等作用下，通過活性部位與膠粒和細(xì)微懸浮物等發(fā)生吸附橋連的現(xiàn)象。 再穩(wěn)現(xiàn)象 膠體再穩(wěn)現(xiàn)象： （1）高分子聚合物濃度較高時(shí)，對(duì)膠粒的包裹，產(chǎn)生“膠體保護(hù)”作用。 （2）膠粒較少時(shí)，高分子聚合物的纏繞作用； （3）長(zhǎng)時(shí)間的劇烈攪拌。（四）沉淀物網(wǎng)捕機(jī)理 當(dāng)采用硫酸鋁、石灰或氯化鐵等高價(jià)金屬鹽類作混凝劑時(shí)，當(dāng)投加量很大形成大量的金屬氫氧化物(如Al(OH)3 、Fe(OH)3或帶金屬碳酸鹽(CaCO3)沉淀時(shí)，可以網(wǎng)捕、卷掃水中的膠粒，水中的膠粒以這些沉淀為核心產(chǎn)生沉淀。這基本上是一種機(jī)械作用。 混凝劑最佳投加量與被除去物質(zhì)

12、的濃度成反比，膠粒越多，金屬混凝劑投加量越少。 在混凝過程中，上述現(xiàn)象常不是單獨(dú)存在的，往往同時(shí)存在，只是在一定情況下以某種現(xiàn)象為主。 對(duì)于混凝劑而言，在廢水處理時(shí)：（帶負(fù)電膠體） （1）普通電解質(zhì) 只有壓縮雙電層和吸附電中和作用； （2）高分子物質(zhì) A、陽離子型（帶正電荷）聚合電解質(zhì)，具有電中和作用和吸附架橋功能。 B、非離子型（不帶電荷）或陰離子型（帶負(fù)電荷）聚合電解質(zhì)，只能起吸附架橋作用。(一) 混凝劑的分類四、混凝劑與助凝劑 1、無機(jī)混凝劑 傳統(tǒng)無機(jī)混凝劑和無機(jī)高分子混凝劑。 鋁鹽 硫酸鋁（Al2(SO4)318H2O） 明礬（K2SO4Al2(SO4)324H2O） 由于鋁的比重小，

13、在水溫低的情況下，絮粒較輕而疏松，處理效果較差。 pH有效范圍較窄，在5.5-8之間。 投加量大。 以 鋁鹽 為例，介紹混凝的過程： 在水中，Al3+以Al(H2O)63+的形態(tài)存在，發(fā)生水解： Al(H2O)63+ =Al (OH)(H2O)52+ + H+ Al(OH)(H2O)52+ = Al(OH )2(H2O)4+ + H+ Al(OH )2(H2O)4+ =Al(OH )3(H2O)3 + H+ （1）pH4時(shí)，水中以Al(H2O)63+ 為主； （2） pH45時(shí)，以Al (OH)(H2O)52+ 、 Al(OH )2(H2O)4+ 及少量的Al(OH )3(H2O)3； （3）

14、pH78時(shí)，水中以Al(OH )3(H2O)3為主。 （4）pH9時(shí)，水中產(chǎn)生Al(OH )3沉淀。 水解過程 單核絡(luò)合物通OH-橋鍵縮聚成單核羥基絡(luò)合物： Al(H2O)63+ +Al (OH)(H2O)52+ + Al2 (OH)(H2O)105+H2O 兩個(gè)單羥基絡(luò)合物可縮合成雙羥基雙核絡(luò)合物： OH 2Al (OH)(H2O)52+ = (H2O)4Al Al(H2O)44+ + 2H2O OH 生成物Al2(OH)2(OH)84+還可進(jìn)一步縮合成Al3(OH)4(H2O)105+ 縮合產(chǎn)物同時(shí)也會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)： Al3(OH)4(H2O)105+ Al3(OH)5(H2O)94+ +

15、 H+ 水解與縮聚兩種反應(yīng)交替進(jìn)行，最終生成聚合度極大的中性氫氧化鋁，濃度超過其溶解度時(shí)析出氫氧化鋁沉淀。鋁離子在水中化學(xué)反應(yīng)的全過程 Al3+在水中的存在狀態(tài)和pH有關(guān)： 在pH 較低時(shí)，高電荷低聚合度的絡(luò)合物占多數(shù)； 在pH 較高時(shí)，低電荷高聚合度的絡(luò)合物占多數(shù)。其中： 對(duì)于高電荷低聚合度的水解聚合物，主要起到壓縮雙電層和吸附架橋作用； 對(duì)于低電荷高聚合度的水解聚合物，主要起到吸附架橋作用和沉淀網(wǎng)捕作用； 對(duì)于高聚合度的水解沉淀物，以吸附、網(wǎng)捕、卷帶作用為主。 鐵鹽 三氯化鐵（FeCl36H2O） 硫酸亞鐵（FeSO47H2O） 生成的絮粒在水中的沉淀速度較快； 處理濁度高、水溫較低的廢水

16、，效果比較顯著； FeCl3容易吸水潮解，故不易保管；腐蝕性強(qiáng)，對(duì)混凝土也產(chǎn)生腐蝕作用；生成Fe(OH)2它的溶解度很大，殘留水中的Fe2+會(huì)使處理后的水帶色， 無機(jī)高分子混凝劑 聚合氯化鋁 (堿式氯化鋁，簡(jiǎn)稱PAC) 化學(xué)通式為Al2(OH)nCl6-nm,式中n5，m10。 制備：以鋁灰或含鋁礦物作原料，采用酸溶法或堿溶法加工制成的。參考書：堿式氯化鋁李潤(rùn)生 A 對(duì)水質(zhì)適應(yīng)性較強(qiáng)，適用pH范圍廣，5-9之間； B 絮凝體形成快，比重大，沉降性好； C 投藥量低。 D 堿化度較高，對(duì)設(shè)備的腐蝕性小，處理后的水pH和堿度下降較小。 聚合硫酸鐵(堿式硫酸鐵)(簡(jiǎn)寫PFS) 化學(xué)通式為Fe2(OH

17、)n(SO4)3- n/2m式中n10。 A 適用范圍廣：pH 4-11；低水溫，混凝效果穩(wěn)定； B 用量小，絮凝體沉降性能好； C COD去除率和脫色效果好； D 處理后水中鐵殘留量低，腐蝕性較小。 2、有機(jī)混凝劑 天然高分子混凝劑 人工合成高分子混凝劑，水處理中常用陰離子型、陽離子型、非離子型3種高分子混凝劑。 (1) 天然高分子混凝劑 主要有動(dòng)物膠、淀粉、甲殼素等。 特點(diǎn)：電荷密度小，分子量較低，且易發(fā)生降解而失去活性。 (2) 人工合成高分子混凝劑 陰離子型：主要含-COOM(M為H+或金屬離子)或 -SO3H的聚合物，如陰離子聚丙烯酰胺(CPAM)和聚苯乙烯磺酸鈉（PSS）等。 陽離

18、子型：主要是含有-NH3+、-NH2+和-N+R4的聚合物，如陽離子聚丙烯酰胺（APAM）等。 非離子型：所含基團(tuán)未發(fā)生反應(yīng)的聚合物。如非離子型聚丙烯酰胺（NPAM）和聚氧化乙烯(PEO)等。聚丙烯酰胺 簡(jiǎn)稱PAM，又稱三號(hào)混凝劑，PAM的分子結(jié)構(gòu)通式為： PAM是線狀水溶性高分子，其分子量在300-1800萬。 陰離子聚丙烯酰胺(CPAM) 陽離子聚丙烯酰胺（APAM） 非離子型聚丙烯酰胺（NPAM） 兩性離子型聚丙烯酰胺（NPAM） -CH2-CH-n , CONH2 （3）高分子混凝劑的作用： 靠氫鍵、靜電、范德華力的作用對(duì)膠粒強(qiáng)烈的吸附作用。 高聚合度的線型高分子在溶液中保持適當(dāng)?shù)纳煺?/p>

19、形狀，從而發(fā)揮吸附架橋作用，把許多細(xì)小顆粒吸附后，纏結(jié)在一起。 有機(jī)高分子混凝劑使用時(shí)須注意的問題： 與其他混凝劑共同使用時(shí)的投加順序： 當(dāng)廢水低濁度時(shí)，宜先投其他混凝劑；當(dāng)廢水濁度高時(shí)，應(yīng)先投加PAM。 高分子混凝劑最佳投加量的確定。 在高分子混凝劑使用時(shí)，應(yīng)盡量采用較低的濃度。 (二) 混凝劑研究發(fā)展方向 有機(jī)高分子混凝劑 天然有機(jī)高分子混凝劑：如殼聚糖及其改性產(chǎn)物、淀粉改性 聚丙烯酰胺改性產(chǎn)品：陰離子型、陽離子型、非離子型、兩性 無機(jī)混凝劑 無機(jī)復(fù)合混凝劑的研制，如：聚硅酸鋁、聚硅酸鐵、聚硅酸鋁鐵 微生物絮凝劑（三）助凝劑 （P519） 1、定義 當(dāng)單用混凝劑不能取得良好效果時(shí)，可投加某

20、些輔助藥劑以提高混凝效果，這種輔助藥劑稱為助凝劑。 2、 作用 （調(diào)節(jié)或改善混凝的條件） 改善絮粒結(jié)構(gòu)，增大顆粒粒度及比重。 調(diào)整廢水的pH和堿度，使其達(dá)到最佳的混凝條件。 3、助凝劑分類 pH調(diào)整劑：調(diào)節(jié)廢水的pH符合混凝處理工藝要求。常用石灰、硫酸、氫氧化鈉等。 絮凝結(jié)構(gòu)改良劑：投加絮體結(jié)構(gòu)改良劑以增大絮體的粒徑、密度。常用骨膠、活化硅酸、海藻酸鈉、粘土、 PAM、水玻璃等。 氧化劑：有機(jī)物含量高，易起泡沫，絮凝體不易沉降。投加氯氣、次氯酸、臭氧等分解有機(jī)物，使膠體脫穩(wěn)，還可將Fe2+轉(zhuǎn)化成Fe3+,以提高混凝效果。五、影響混凝的因素 絮凝作用是復(fù)雜的物理化學(xué)過程，影響混凝效果因素主要包括

21、： 1.濁度 濁度過高或過低都不利于絮凝，濁度不同，所需的絮凝劑用量也不同。 低濁水缺少凝聚核心，可將部分沉渣連續(xù)回流到混合池入口，以促進(jìn)反應(yīng)過程。 2.水溫 水溫會(huì)影響無機(jī)鹽類的水解。水溫低，水解反應(yīng)慢；水的粘度增大，布朗運(yùn)動(dòng)減弱，混凝效果下降。 另外，水溫也影響反應(yīng)后的沉降過程。 3.pH值及堿度影響混凝效果的重要因素 (1)pH值影響膠體顆粒表面電荷及電位 對(duì)于帶正電膠體，pH降低， H+吸附量增加，膠粒電荷增大，電泳速度加快；pH升高，結(jié)果與上相反。 (2)pH值對(duì)混凝劑作用的影響 pH影響著混凝劑在水中的存在狀態(tài)，不同的pH，混凝劑水解產(chǎn)物不同，所起的混凝作用各異。 工程上應(yīng)充分考慮

22、混凝劑水解而引起水pH值的變化，必要時(shí)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，使其滿足混凝作用的要求。 .共存雜質(zhì) (1)有利成分: 可促進(jìn)混凝過程。除硫、磷化合物以外的其他各種無機(jī)金屬鹽，均能壓縮膠體粒子的擴(kuò)散層厚度，促進(jìn)膠體凝聚，且濃度越高，促進(jìn)能力越強(qiáng)。 (2)不利成分: 不利于混凝過程的進(jìn)行。磷酸離子、亞硫酸離子、高級(jí)有機(jī)酸離子影響高分子絮凝作用。氯、螯合物、水溶性高分子物質(zhì)和表面活性物質(zhì)不利于混凝。 5.混凝劑 （重點(diǎn)） 混凝劑種類 混凝劑的選擇主要取決于膠體和細(xì)微懸浮物的性質(zhì)、及濃度。 膠體電位高，應(yīng)投加無機(jī)混凝劑使其脫穩(wěn)凝聚；絮體細(xì)小，須投加高分子混凝劑或配合使用助凝劑。 混凝劑投加量 投加量與水中微粒種

23、類、性質(zhì)、濃度有關(guān)。 廢水的混凝處理，最佳混凝劑和最佳投藥量的選擇應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)確定。 混凝劑的投加順序 當(dāng)使用多種混凝劑時(shí)，其最佳投藥順序可通過試驗(yàn)來確定。 一般而言，當(dāng)無機(jī)混凝劑與有機(jī)混凝劑混用時(shí)，先投加無機(jī)混凝劑，再投加有機(jī)混凝劑。但當(dāng)處理的膠粒在50um以上時(shí)，常先投加有機(jī)混凝劑吸附架橋，再加無機(jī)混凝劑壓縮擴(kuò)散層使膠體脫穩(wěn)。 6.水力條件 水力條件對(duì)混凝劑效果有重要影響。主要的控制指標(biāo)為攪拌強(qiáng)度和攪拌時(shí)間。 混合階段，要求混凝劑于廢水迅速均勻混合，為此要求G在500-1000s1，攪拌時(shí)間t 應(yīng)在10-30s。 反應(yīng)階段，相應(yīng)G和t值分別應(yīng)在20-70s-1和15-30min . 為確定最

24、佳的工藝條件，一般情況下，可以用燒杯攪拌進(jìn)行混凝的模擬實(shí)驗(yàn)。一、概述二、分類三、加壓溶氣浮上法的基本原理四、加壓溶氣浮上法系統(tǒng)的組成及設(shè)計(jì)5.2 氣浮一、概述 氣浮法是固-液或液-液分離的一種方法。它是通過某種方式產(chǎn)生大量的微氣泡，使其與廢水中密度小于或接近水的細(xì)小固體或液體顆粒粘附，形成密度小于水的氣浮體，在浮力的作用下，上浮至水面，形成浮渣，進(jìn)行固-液或液-液分離。二、氣浮法分類1.電解氣浮法2.分散空氣浮上法擴(kuò)散板曝氣氣浮法葉輪切割氣泡氣浮法3.溶氣氣浮法溶氣真空氣浮加壓溶氣氣浮加壓溶氣氣浮法：是最常用的一種氣浮法，它是使空氣在 加壓的條件下溶解于水，然后通過壓力 將至常壓而使過飽和的空

25、以微氣泡的形 式釋放出來。加壓溶氣氣浮工藝:由空氣飽和設(shè)備（水泵、空壓機(jī)或 射流器、溶氣罐）、空氣釋放設(shè)備 和氣浮池組成。加壓溶氣氣浮的三種基本流程： 全溶氣流程、部分溶氣流程、回流溶氣流程。加壓溶氣氣浮法特點(diǎn)三、加壓溶氣氣浮的基本原理1.空氣在水中的溶解度與壓力的關(guān)系 圖5-2-1空氣在純水中的飽和溶解度S0與溫度T、壓力P的關(guān)系101 203 304 405 507 608 709 811120 8040空氣溶解量/（ml.L-1)P/kpa溫度 00 150 300從圖5-2-1可得：在一定范圍內(nèi)，溫度越低、壓力越大，其溶解度也越大。一定溫度下，P增大， S0也增大。真空溶氣法利用常壓（

26、101KPa）和負(fù)壓（30-40KPa）之差造成溶氣過飽和釋放。加壓溶氣法利用高壓（300-400KPa）和常壓（101KPa）之差造成溶氣過飽和釋放。同一溫度下，因壓差不同，加壓溶氣法相對(duì)真空溶氣法釋放的氣體更多。2.水中懸浮顆粒與微小氣泡相粘附的原理（1）氣泡與懸浮顆粒粘附的條件 氣泡與顆粒的吸附力是由兩相之間的界面張力引起 的。根據(jù)作用于氣-固-液三相之間的界面張力，可以推 測(cè)這種吸附力的大小。圖5-2-2 氣固液三相體系 在氣固液三相的接觸點(diǎn)上，由液、氣界面與液、固界面構(gòu)成的 角稱為接觸角。根據(jù)三個(gè)界面張力在接觸點(diǎn)處于平衡有：GS= LGcos+LS當(dāng)=0時(shí)，固體表面完全被潤(rùn)濕，氣泡不

27、能吸附在固體表面。 當(dāng)0 90時(shí)，固體與氣泡吸附的不夠牢固，容易在水流的作用下脫附。當(dāng) 90時(shí)，則容易吸附。 或者吸附前后單位面積上的界面能差E=E1-E2 =（LG+ LS）-GS = LG（1-cos） 0 ， E 0，不能吸附。 180 ， E 2 LG ，易吸附。氣固固LGLSGSLGLSGS液 90 90 總之，親水性顆粒不易被氣泡吸附，疏水性顆粒易被吸附（2）微氣泡與懸浮顆粒的粘附形式有三種： 氣泡吸附顆粒上浮 氣泡頂托顆粒上浮 氣泡裹夾顆粒上浮（3）“顆粒-氣泡”復(fù)合體上浮速度 當(dāng)顆粒上粘附的氣泡越多，粒徑越大，密度越小，上升的速度越大。3.化學(xué)藥劑投加對(duì)氣浮效果的影響 除強(qiáng)疏水

28、性物質(zhì)外，一般疏水性物質(zhì)和親水性物質(zhì)均需投加化學(xué)藥劑，以改善顆粒的表面性質(zhì)，增加氣泡與顆粒的吸附。 常用的化學(xué)藥劑有： 混凝劑、浮選劑、助凝劑、抑制劑、調(diào)節(jié)劑。四、壓力溶氣氣浮法系統(tǒng)組成及設(shè)計(jì)組成：壓力溶氣系統(tǒng)（加壓泵、壓力溶氣罐、空氣供 給設(shè)備、附屬設(shè)備、空氣釋放設(shè)備、氣浮池。設(shè)計(jì)計(jì)算：氣浮所需空氣量、溶氣罐、氣浮池。 吸附法功能與特點(diǎn) 吸附法基本原理 吸附劑及其再生 吸附工藝與設(shè)計(jì) 吸附法廢水處理應(yīng)用5.3 吸附一、吸附法功能與特點(diǎn)功能 去除水中溶解態(tài)微量污染物。有機(jī)物 膠體粒子重金屬離子放射性元素其他（微生物、余氯、臭味、色度） 特點(diǎn)深度處理可回收有用物料進(jìn)水預(yù)處理要求高運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用貴二、吸

29、附法基本原理固體表面吸附 不同相表（界）面 剩余表面能 溶質(zhì)濃集 吸附劑 吸附質(zhì) 解吸或脫附 1、吸附機(jī)理及分類引起吸附的原因 范德華力化學(xué)鍵力靜電引力 吸附的分類 物理吸附化學(xué)吸附交換吸附 物理吸附 分子間力(范德華力)引起沒有選擇性放熱較小，約42kJmol或更少多分子層吸附吸附劑的比表面積和細(xì)孔分布影響大 化學(xué)吸附化學(xué)反應(yīng)，形成牢固的化學(xué)鍵放熱量較大，約84420kJmol有選擇性單分子層吸附表面化學(xué)性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)影響大 交換吸附 正負(fù)電荷間靜電引力引起吸附劑表面帶電點(diǎn)離子置換離子電荷數(shù)和水合半徑影響大2、吸附平衡與吸附等溫式 平衡吸附量 式中 V溶液體積，L Co、Ce分別為溶質(zhì)的初始

30、和平衡濃度，mgL m吸附劑量，g 2.2 吸附平衡與吸附等溫式 吸附試驗(yàn) 吸附等溫線 吸附等溫式 Langmuir 吸附等溫式 理論假設(shè)：吸附劑表面均一吸附是單分子層的 Langmuir 吸附等溫式 式中 a、b常數(shù) Ce 平衡濃度，mg/LLangmuir 吸附等溫式 Langmuir 吸附等溫式 B.E.T 吸附等溫式 假定發(fā)生多分子層吸附。在原先被吸附的分子上面仍可吸附另外的分子，而且不一定等第一層吸滿后再吸附第二層。第一層吸附是靠吸附劑與吸附質(zhì)問的分子引力，而第二層以后是靠吸附質(zhì)分子間的引力。總吸附量等于各層吸附量之和。 式中 a ，B常數(shù)； Cs 吸附質(zhì)飽和濃度，mg/L Ce 平

31、衡濃度，mg/L。B.E.T 吸附等溫式 B.E.T 吸附等溫式 Freundlich吸附等溫式 指數(shù)形式的經(jīng)驗(yàn)式。 式中 K，n常數(shù)； Ce 平衡濃度，mg/L。 一般認(rèn)為，1n值介于0.10.5之間時(shí)易于吸附，而2時(shí)難以吸附。吸附等溫式直線式 吸附等溫式直線圖 三、影響吸附的因素吸附劑結(jié)構(gòu)的影響 比表面積 孔結(jié)構(gòu) 大孔 100 nm 2nm過渡孔100nm 微孔2nm 表面化學(xué)性質(zhì) 表面含氧官能團(tuán)的性質(zhì) COOH、OH等 有助于對(duì)極性分子的吸附 吸附質(zhì)性質(zhì)的影響 對(duì)于一定的吸附劑，由于吸附質(zhì)性質(zhì)的差異，吸附效果也不一樣。通常有機(jī)物在水中的溶解度隨著鏈長(zhǎng)的增長(zhǎng)而減小，而活性炭的吸附容量卻隨著

32、有機(jī)物在水中溶解度的減少而增加，也即吸附量隨有機(jī)物分子量的增大而增加（不能過大）。如活性炭對(duì)有機(jī)酸的吸附量按甲酸乙酸丙酸丁酸的次序而增加。 活性炭處理廢水時(shí)，對(duì)芳香族化合物的吸附效果較脂肪族化合物好，不飽和鏈有機(jī)物較飽和鏈有機(jī)物好，非極性或極性小的吸附質(zhì)較極性強(qiáng)吸附質(zhì)好。實(shí)際廢水體系的吸附質(zhì)往往不是單一的，它們之間可以互相促進(jìn)、干擾或互不相干。 操作條件的影響 吸附是放熱過程，低溫有利于吸附，升溫有利于解吸。溶液的pH值影響到溶質(zhì)的存在狀態(tài)(分子、離子、絡(luò)合物），也影響到吸附劑表面的電荷特性和化學(xué)特性，進(jìn)而影響到吸附效果。國內(nèi)用太原8炭吸附CdCN絡(luò)合物的試驗(yàn)結(jié)果如圖所示。四、吸附動(dòng)力學(xué)吸附速

33、度 單位重量吸附劑在單位時(shí)間內(nèi)所吸附的物質(zhì)量。 吸附過程基本上可分為三個(gè)連續(xù)的階段。第一階段為吸附質(zhì)擴(kuò)散通過水膜而到達(dá)吸附別表面(膜擴(kuò)散)；第 二階段為吸附質(zhì)在孔隙內(nèi)擴(kuò)散；第三階段為吸附質(zhì)在吸附劑內(nèi)表面上發(fā)生吸附。通常吸附階段反應(yīng)速度非?？?，總的過程速度由第一、二階段速度所控制。在一般情況下，吸附過程開始時(shí)往往由膜擴(kuò)散控制，而在吸附接近終了時(shí)，內(nèi)擴(kuò)散起決定作用。 內(nèi)容反滲透技術(shù)反滲透技術(shù)的應(yīng)用反滲透技術(shù)的經(jīng)濟(jì)適用性反滲透技術(shù)的發(fā)展5.4 反滲透一、除鹽技術(shù)包括：樹脂離子交換技術(shù) 多級(jí)閃蒸技術(shù) 冷凍技術(shù) 溶劑萃取技術(shù) 膜技術(shù) 膜技術(shù)包括：反滲透技術(shù) 微濾 超濾 電滲析 EDI 反滲透除鹽的去除雜

34、質(zhì)范圍反滲透技術(shù)的發(fā)展過程1748年法國Abble Nelle發(fā)現(xiàn)滲透現(xiàn)象。1950年美國Reid和Hasslar提出反滲透海水淡化。1953年實(shí)驗(yàn)室證明反滲透的脫鹽能力。1960年世界上第一張反滲透膜研制成功。1972年至1977年世界范圍內(nèi)反滲透數(shù)量增至15倍，制水量增加至41倍。90年代初仍以18%速度遞增。2000年達(dá)到了普及反滲透膜原理凈推動(dòng)力外加壓滲透壓FT30復(fù)合膜(TFC)的斷面結(jié)構(gòu)脫鹽層多孔層支撐層0.2 m40 m120 mPolyamidePolysulfoneFT30復(fù)合膜(TFC)的斷面結(jié)構(gòu)UltrathinBarrier LayerMicroporousPolysulfoneReinforcingFabricBarrier Layer聚砜 Polysulfone支持層 Support LayerBarrier LayerPolysulfoneTFC 膜表面反滲透膜元件結(jié)構(gòu)示意圖Spiral Wound ElementConstructionFeed spacerPermeate spacerMembrane leaf卷式膜元件水流示意圖膜元件膜殼及膜元件組裝反滲透裝置EL ATABAL,西班牙產(chǎn)水量:16.5萬噸/天元件數(shù):8,400支BW30400FR排列:68/32,