16+污水的化學(xué)與物理化學(xué)處理公開課一等獎(jiǎng)省優(yōu)質(zhì)課大賽獲獎(jiǎng)?wù)n件

第16章污水化學(xué)與物理化學(xué)處理第一節(jié)中和法第二節(jié)化學(xué)混凝法第三節(jié)化學(xué)沉淀法第四節(jié)氧化和還原法第五節(jié)吸附法第六節(jié)離子交換法第七節(jié)萃取法第八節(jié)膜析法第九節(jié)超臨界處理技術(shù)集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明“化學(xué)”是研究物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、以及改變規(guī)律科學(xué)?！拔锢砘瘜W(xué)”是以物理原理和試驗(yàn)技術(shù)為基礎(chǔ)，研究化學(xué)體系性質(zhì)和行為，發(fā)覺(jué)并建立化學(xué)體系中特殊規(guī)律學(xué)科。（伴隨科學(xué)快速發(fā)展和各門學(xué)科之間相互滲透，物理化學(xué)與物理學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)在內(nèi)容上存在著難以準(zhǔn)確劃分界限。）化學(xué)法：中和法、化學(xué)混凝法、化學(xué)沉淀法、氧化和還原法物理化學(xué)法：吸附法、離子交換法、萃取法、膜析法集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明第一節(jié)中和法原理：堿中和酸性廢水或酸中和堿性廢水。調(diào)整pH為7濕投加法過(guò)濾法1.酸性廢水藥劑中和處理中和劑慣用石灰、電石渣、石灰石、白云石。2.堿性廢水藥劑中和處理中和劑慣用工業(yè)廢酸、煙道氣（含CO2、SO2）集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明第二節(jié)化學(xué)混凝法化學(xué)混凝處理對(duì)象主要是水中微小懸浮固體和膠體雜質(zhì)，范圍1nm~0.1m（有時(shí)認(rèn)為在1m）。

1637年我國(guó)開始使用明礬凈水1884年西方才開始使用混凝過(guò)程包括到三個(gè)方面問(wèn)題：1.水中膠體性質(zhì)2.混凝劑在水中水解與形態(tài)3.膠體與混凝劑相互作用集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明水中膠體穩(wěn)定性膠體穩(wěn)定性：是指膠體粒子在水中長(zhǎng)久保持分散懸浮狀態(tài)特征。膠體穩(wěn)定性分“動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性”和“聚集穩(wěn)定”兩種。動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性：無(wú)規(guī)則布朗運(yùn)動(dòng)強(qiáng)，反抗重力影響能力強(qiáng)。聚集穩(wěn)定性包含：①膠體帶電相斥（憎水性膠體）；②水化膜妨礙（親水性膠體）在動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性和聚集穩(wěn)定二者之中，聚集穩(wěn)定性對(duì)膠體穩(wěn)定性影響起關(guān)鍵作用?；瑒?dòng)面上電位：稱為電位，決定了憎水膠體聚集穩(wěn)定性。也決定親水膠體水化膜妨礙，當(dāng)ξ電位降低，水化膜減薄及至消失。集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明

混凝原理（1）壓縮雙電層作用加入電解質(zhì)加入，形成與反離子同電荷離子，產(chǎn)生壓縮雙電層作用，使ξ電位降低，從而膠體顆粒失去穩(wěn)定性，產(chǎn)生凝聚作用。壓縮雙電層機(jī)理適合用于叔采－哈代法則，即：凝聚能力離子價(jià)數(shù)6。該機(jī)理認(rèn)為電位最多可降至0。因而不能解釋以下兩種現(xiàn)象：①混凝劑投加過(guò)多，混凝效果反而下降；②與膠粒帶一樣電號(hào)聚合物或高分子也有良好混凝效果。集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明

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（2）吸附架橋吸附架橋作用是指高分子物質(zhì)和膠粒，以及膠粒與膠粒之間架橋，高分子絮凝劑投加后，通常可能出現(xiàn)以下兩個(gè)現(xiàn)象：①高分子投量過(guò)少，不足以形成吸附架橋；②但投加過(guò)多，會(huì)出現(xiàn)“膠體保護(hù)”現(xiàn)象，集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明

（3）．網(wǎng)捕（或卷掃）金屬氫氧化物在形成過(guò)程中對(duì)膠粒網(wǎng)捕與卷掃。所需混凝劑量與原水雜質(zhì)含量成反比，即當(dāng)原水膠體含量少時(shí)，所需混凝劑多，反之亦然。集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明二混凝劑和助凝劑

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混凝劑混凝劑應(yīng)符合以下要求：①混凝效果好；②對(duì)人體無(wú)危害；③使用方便；④貨源充分，價(jià)格低廉。當(dāng)前混凝劑種類有不少于200－300種，分為無(wú)機(jī)與有機(jī)兩大系列。與硫酸鋁相比，三氯化鐵含有以下優(yōu)點(diǎn)：①適用pH值范圍較寬；②形成絮凝體比鋁鹽絮凝體密實(shí)；③處理低溫低濁水效果優(yōu)于硫酸鋁；④但三氯化鐵腐蝕性較強(qiáng)。硫酸亞鐵普通與氧化劑如氯氣同時(shí)使用，方便將二價(jià)鐵氧化成三價(jià)鐵。集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明發(fā)展方向無(wú)機(jī)復(fù)合聚合物混凝劑：聚合硫酸鋁鐵（PFAS）、聚合氯化鋁鐵（PFAC）、聚合硫酸氯化鐵（PFSC）、聚合硫酸氯化鋁（PASC）、聚合鋁硅（PASi）、聚合鐵硅（PFSi）、聚合硅酸鋁（PSA）、聚合硅酸鐵（PSF）。無(wú)機(jī)－有機(jī)復(fù)合：聚合鋁/鐵-聚丙烯酰胺、聚合鋁/鐵-甲殼素、聚合鋁/鐵-天然有機(jī)高分子、聚合鋁/鐵-其它合成有機(jī)高分子。有機(jī)高分子絮凝劑：陽(yáng)離子有機(jī)化合物，天然改性高分子絮凝劑，多功效絮凝劑，微生物絮凝劑。集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明

慣用混凝劑無(wú)機(jī)鋁系硫酸鋁明礬聚合氯化鋁（PAC）聚合硫酸鋁（PAS）適宜pH：5.5~8鐵系三氯化鐵硫酸亞鐵硫酸鐵（國(guó)內(nèi)生產(chǎn)少）聚合硫酸鐵聚合氯化鐵適宜pH：5~11，但腐蝕性強(qiáng)有機(jī)人工合成陽(yáng)離子型：含氨基、亞氨基聚合物國(guó)外開始增多，國(guó)內(nèi)尚少陰離子型：水解聚丙烯酰胺（HPAM）非離子型：聚丙烯酰胺（PAM），聚氧化乙烯（PEO）兩性型：使用極少天然淀粉、動(dòng)物膠、樹膠、甲殼素等微生物絮凝劑集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明

2助凝劑助凝劑：凡能提升或改進(jìn)混凝劑作用效果化學(xué)藥劑可稱為助凝劑。助凝劑能夠參加混凝，也可不參加混凝。廣義上可分為以下幾類：①酸堿類：調(diào)整水pH，如石灰、硫酸等；②加大礬花粒度和堅(jiān)固性：如活化硅酸（SiO2nH2O）、骨膠、高分子絮凝劑；③氧化劑類：破壞干擾混凝物質(zhì)，如有機(jī)物。如投加Cl2、O3等。集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明三、影響混凝效果主要原因影響混凝效果原因比較復(fù)雜，主要包含：①原水性質(zhì)，包含水溫、水化學(xué)特征、雜質(zhì)性質(zhì)和濃度等；②投加凝聚劑種類與數(shù)量；③使用絮凝設(shè)備及其相關(guān)水力參數(shù)。集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明

1水溫影響水溫低時(shí)，通常絮凝體形成遲緩，絮凝顆粒細(xì)小、渙散，凝聚效果較差。其原因有：①無(wú)機(jī)鹽水解吸熱；②溫度降低，粘度升高――布朗運(yùn)動(dòng)減弱；③水溫低時(shí)，膠體顆粒水化作用增強(qiáng)，妨礙凝聚；④水溫與水pH值相關(guān)集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明

2水pH和堿度影響

水pH值對(duì)混凝效果影響程度，與混凝劑種類相關(guān)?；炷龝r(shí)最正確pH范圍與原水水質(zhì)、去除對(duì)象等親密相關(guān)。當(dāng)投加金屬鹽類凝聚劑時(shí)，其水解會(huì)生成H+，但水中堿度有緩沖作用，當(dāng)堿度不夠時(shí)需要投加石灰。集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明3水中雜質(zhì)成份、性質(zhì)和濃度影響

雜質(zhì)濃度低，顆粒間碰撞機(jī)率下降，混凝效果差。可采取對(duì)策有：①加高分子助凝劑；②加粘土③投加混凝劑后直接過(guò)濾假如原水懸浮物含量過(guò)高，為降低混凝劑用量，通常投加高分子助凝劑。如黃河高濁度水常需投加有機(jī)高分子絮凝劑作為助凝劑。集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明4.水力條件

混合階段：藥劑快速均勻地?cái)U(kuò)散到全部水中以創(chuàng)造良好水解和聚合條件。反應(yīng)階段：混凝劑微粒經(jīng)過(guò)絮凝形成大含有良好沉淀性能絮凝體集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明四化學(xué)混凝設(shè)備1混凝劑溶解和溶液配制溶解池容積W1：W1=（0.2~0.3）W2式中W2為溶液池容積。式中：W2——溶液池容積，m3Q——處理水量m3/ha——混凝劑最大投加量，mg/Lc——溶液濃度，普通取5%~20%n——每日調(diào)制次數(shù)，普通不超出3次集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明（2）混凝劑投加

混凝劑投加設(shè)備包含計(jì)量設(shè)備、藥液提升設(shè)備、投藥箱、必要水封箱以及注入設(shè)備等。

1.計(jì)量設(shè)備計(jì)量設(shè)備有：轉(zhuǎn)子流量計(jì)；電磁流量計(jì)；苗嘴；計(jì)量泵等。

2.投加方式（1）泵前投加：安全可靠，普通適用取水泵房距水廠較近者，圖中水封箱是為預(yù)防空氣進(jìn)入，見(jiàn)圖6-9。。（2）高位溶液池重力投加：適用取水泵房距水廠較遠(yuǎn)者，安全可靠，但溶液池位置較高，見(jiàn)圖6-10。（3）水射器投加：設(shè)備簡(jiǎn)單，使用方便，溶液池高度不會(huì)受太大限制，但效率低，易磨損，見(jiàn)圖6-11。（4）泵投加：無(wú)須另設(shè)計(jì)量設(shè)備，適合混凝劑自動(dòng)控制系統(tǒng)，有利于藥劑與水混合，見(jiàn)圖6-12。集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明

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集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明2

混合設(shè)備（1）.水泵混合投藥投加在水泵吸水口或管上。混合效果好，節(jié)約動(dòng)力，各種水廠均可用，慣用于取水泵房靠近水廠處理構(gòu)筑物場(chǎng)所，二者間距小于150m。（2）.隔板混合在混合池設(shè)有數(shù)塊隔板水流經(jīng)過(guò)隔板形成渦流，使得藥劑和原水充分混合。流速大于0.6m/s，混合時(shí)間10~30s。集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明

（3）機(jī)械混合在池內(nèi)安裝攪拌裝置，攪拌器能夠是槳板式、螺旋槳式或透平式，速度梯度700~1000s-1，時(shí)間10~30s以內(nèi)，優(yōu)點(diǎn)是混合效果好，不受水質(zhì)影響，缺點(diǎn)是增加機(jī)械設(shè)備，增加維修工作。集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明

3.反應(yīng)設(shè)備（1）.隔板絮凝反應(yīng)池隔板絮凝池分往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式。隔板絮凝池水頭損失由局部水頭和沿程水頭損失組成。往復(fù)式總水頭損失普通在0.3~0.5m，回轉(zhuǎn)式水頭損失比往復(fù)式小40％左右。隔板絮凝池特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、管理方便，但絮凝效果不穩(wěn)定，池子大。適應(yīng)大水廠。隔板絮凝池設(shè)計(jì)參數(shù)：

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①流速：起端0.5-0.6m/s，末端0.2-0.3m/s段數(shù)：4~6段；②轉(zhuǎn)彎處過(guò)水?dāng)嗝娣e為廊道過(guò)水?dāng)嗝娣e1.2~1.5倍；③絮凝時(shí)間：20~30min；④隔板間距：小于0.5m，池底應(yīng)有0.02~0.03坡度直徑大于150mm排泥管；⑤廊道最小寬度大于0.5m；⑥各段水頭損失，總水頭損失集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明

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（2）.折板絮凝池通常采取豎流式，它將隔板絮凝池平板隔板改成一定角度折板。折板波峰對(duì)波谷平行安裝稱“同波折板”，波峰相對(duì)安裝稱“異波折板”。與隔板式相比，水流條件大大改進(jìn)，有效能量消耗百分比提升，但安裝維修較困難，折板費(fèi)用較高。集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明

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（3）機(jī)械絮凝池?cái)嚢杵饔袧{板式和葉輪式，按攪拌軸安裝位置分水平軸式和垂直軸式。第一格攪拌強(qiáng)度最大，而后逐步減小，G值也對(duì)應(yīng)減小，攪拌強(qiáng)度決定于攪拌器轉(zhuǎn)速和槳板面積。

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設(shè)計(jì)參數(shù)①絮凝時(shí)間10~15分。②池內(nèi)普通設(shè)3～4擋攪拌機(jī)。③攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速按葉輪半徑中心點(diǎn)線速度計(jì)算確定，線速度第一擋0.5m/s逐步減小至末擋0.2m/s。④槳板總面積宜為水流截面積10～20％，不宜超出75％，槳板長(zhǎng)度小于葉輪半徑75％，寬度宜取10～30cm。優(yōu)缺點(diǎn)機(jī)械絮凝池優(yōu)點(diǎn)是調(diào)整輕易，效果好，大、中、小水廠均可，但維修是問(wèn)題。集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明

（4）.穿孔旋流絮凝池

由若干方格組成。分格數(shù)普通不少于6格。流速逐步減小，G也對(duì)應(yīng)減小以適應(yīng)絮凝體形成，孔口流速宜取0.6～1.0m/s，末端流速宜取0.2～0.3m/s。絮凝時(shí)間15～25min。穿孔旋流絮凝池優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，造價(jià)低，可用于中、小型水廠或與其它形式絮凝池組合應(yīng)用。

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（5）.網(wǎng)格、柵條絮凝池

網(wǎng)格、柵條絮凝池設(shè)計(jì)成多格豎井回流式。每個(gè)豎井安裝若干層網(wǎng)格或柵條，各豎井間隔墻上、下交織開孔，進(jìn)水端至出水端逐步降低，普通分3段控制。前段為密網(wǎng)或密柵，中段為疏網(wǎng)或疏柵，末段不安裝網(wǎng)、柵。

網(wǎng)格絮凝池效果好，水頭損失小，絮凝時(shí)間較短，但還存在末端池底積泥現(xiàn)象，小數(shù)水廠發(fā)覺(jué)網(wǎng)格上滋生藻類、堵塞網(wǎng)眼現(xiàn)象。集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明

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（6）.不一樣形式絮凝池組合應(yīng)用

每種形式絮凝池各有其優(yōu)缺點(diǎn)。不一樣形式絮凝池組合應(yīng)用能夠相互補(bǔ)充，取長(zhǎng)補(bǔ)短。往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式隔板絮凝池在豎向組合是慣用方式之一，穿孔旋流與隔板絮凝池也往往組合應(yīng)用。不一樣形式絮凝池配合使用，效果良好，但設(shè)備形式增多，應(yīng)依據(jù)詳細(xì)情況決定。集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明第三節(jié)化學(xué)沉淀法“化學(xué)沉淀法”是向水中投加某種化學(xué)物質(zhì)，使之與廢水中一些離子發(fā)生反應(yīng)，生成難溶沉淀物而從水中析出，以到達(dá)降低水中溶解污染物目標(biāo)集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明利用顆粒與水密度之差，比重>1，下沉比重<1，上浮沉淀工藝簡(jiǎn)單，主要用于去除100um以上顆粒給水處理――混凝沉淀，高濁預(yù)沉廢水處理――沉砂池（去除無(wú)機(jī)物）初沉池（去除懸浮有機(jī)物）二沉池（活性污泥與水分離）集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明自由沉淀：離散顆粒、在沉淀過(guò)程中沉速不變（沉砂池、初沉池前期）絮凝沉淀：絮凝性顆粒，在沉淀過(guò)程中沉速增加（初沉池后期、二沉池前期、給水混凝沉淀）擁擠沉淀：顆粒濃度大，相互間發(fā)生干擾，分層（高濁水、二沉池、污泥濃縮池）壓縮沉淀：顆粒間相互擠壓，下層顆粒間水在上層顆粒重力下擠出，污泥得到濃縮。沉淀類型集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明原理：經(jīng)過(guò)氧化或還原，將水中溶解性物質(zhì)→無(wú)害物無(wú)機(jī)物：失去電子過(guò)程→氧化過(guò)程，失去電子物質(zhì)→還原劑得到電子過(guò)程→還原過(guò)程，得到電子物質(zhì)→氧化劑每個(gè)物質(zhì)都有各自氧化態(tài)和還原態(tài)。氧化還原能力（失去或得到電子能力）：

―――氧化還原電位作為指標(biāo)。第四節(jié)氧化還原集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明分類方法氧化法常溫常壓空氣氧化法氯氧化法（液氯、NaClO、漂白粉等）Fenton氧化法臭氧氧化法電解（陽(yáng)極）光氧化法光催化氧化法高溫高壓濕式催化氧化超臨界氧化燃燒法還原法藥劑還原法（亞硫酸鈉、硫代硫酸鈉、硫酸亞鐵、二氧化硫）金屬還原法（金屬鐵、金屬鋅）電解（陰極）集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明氧化劑氧化劑是一個(gè)能氧化其它物質(zhì)而本身被還原物質(zhì)。非金屬單質(zhì)氧化劑:如F2、O2、Cl2、Br2等；金屬陽(yáng)離子氧化劑:如Fe3+、Ag+、Cu2+等；弱氧化性酸:如鹽酸、稀硫酸等；強(qiáng)氧化性酸:如濃H2SO4、濃HNO3、稀HNO3、HClO、KMnO4、K2Cr2O7、KNO3、Na2O2、MnO2等。既可做氧化劑又可做還原劑：比如，Na2O2、H2O2、S、SO2等，但它們以一個(gè)性質(zhì)為主，Na2O2、H2O2、S主要做氧化劑；Fe2+、SO2主要做還原劑。集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明高級(jí)氧化技術(shù)當(dāng)前廢水處理最慣用生物法對(duì)可生化性差、相對(duì)分子質(zhì)量從幾千到幾萬(wàn)物質(zhì)處理較困難?；瘜W(xué)氧化法可將其直接礦化或經(jīng)過(guò)氧化提升污染物可生化性，然而普通氧化劑氧化能力不強(qiáng)且有選擇性等缺點(diǎn)難以滿足要求。1987年Gaze等提出以自由羥基（.OH）為主要氧化劑高級(jí)氧化法（AdvancedOxidationprocessible,簡(jiǎn)稱AOPs)，采取兩種或各種氧化劑聯(lián)用發(fā)生協(xié)同效應(yīng)。

集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明1Fenton試劑

Fenton試劑是亞鐵離子和過(guò)氧化氫組合，該試劑作為強(qiáng)氧化劑應(yīng)用已含有一百多年歷史，在精細(xì)化工、醫(yī)藥化工、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境污染治理等方面得到廣泛應(yīng)用。2H2O2/UV工藝即過(guò)氧化氫與紫外聯(lián)用氧化工藝集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明3.濕式氧化和催化濕式氧化濕式氧化法（WetAirOxidation，簡(jiǎn)稱WO或WAO）是在高溫、高壓下，利用氧化劑將廢水中有機(jī)物氧化成二氧化碳和水，從而到達(dá)去除污染物目標(biāo)。與常規(guī)方法相比，含有適用范圍廣、處理效率高、極少有二次污染、氧化速率快、可回收能量及有用物料等特點(diǎn)，因而受到了世界各國(guó)科研人員廣泛重視，是一項(xiàng)很有發(fā)展前途水處理方法。

集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明高級(jí)氧化技術(shù)存在問(wèn)題及研究熱點(diǎn)高級(jí)氧化技術(shù)作為一門新型有效污染治理技術(shù)，因?yàn)檠芯刻剿鲿r(shí)間短，其基礎(chǔ)理論工作還不十分完備，再加上實(shí)際污染系統(tǒng)復(fù)雜多樣性，使得高級(jí)氧化技術(shù)不論在理論研究上還是實(shí)踐應(yīng)用上都存在不少有待研究處理問(wèn)題。這些熱點(diǎn)問(wèn)題主要有以下幾類。

1).低成本高效氧化劑及其催化劑研發(fā)

2).高級(jí)氧化技術(shù)中催化劑研發(fā)

3).氧化動(dòng)力學(xué)與反應(yīng)機(jī)理探討

4).強(qiáng)化傳質(zhì)研究

5).聲光電波等技術(shù)在高級(jí)氧化工藝中應(yīng)用研究

6).高級(jí)氧化工藝開發(fā)集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明還原法

藥劑還原法是利用一些化學(xué)藥劑還原性，將廢水中有毒有害物質(zhì)還原成低毒或無(wú)毒化合物一個(gè)水處理方法。常見(jiàn)例子是用硫酸亞鐵處理含鉻廢水。亞鐵離子起還原作用，在酸性條件下（pH2-3），廢水中六價(jià)鉻主要以重鉻酸根離子形式存在。六價(jià)鉻被還原成三價(jià)鉻，亞鐵離子被氧化成鐵離子，需再用中和沉淀法將三價(jià)鉻沉淀。沉淀污染物是鉻氫氧化物和鐵氫氧化物混合物，需要妥善處理，以防二次污染。該工藝流程包含集水、還原、沉淀、固液分離和污泥脫水等工序，可連續(xù)操作，也可間歇操作。集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明

金屬還原法是向廢水中投加還原性較強(qiáng)金屬單質(zhì)，將水中氧化性金屬離子還原成單質(zhì)金屬析出，投加金屬則被氧化成離子進(jìn)入水中。此種處理方法慣用來(lái)處理含重金屬離子廢水，經(jīng)典例子是鐵屑還原處理含汞廢水。其中鐵屑還原效果與水中pH值相關(guān)，當(dāng)水中pH值較低時(shí)，鐵屑還會(huì)將廢水中氫離子還原成氫氣逸出，因而，當(dāng)廢水pH值較低時(shí)，應(yīng)調(diào)整后再處理。反應(yīng)溫度普通控制在20℃～30℃。

集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明一、吸附原理當(dāng)氣體或液體與固體接觸時(shí)，在固體表面上一些成份被富集過(guò)程。物理吸附：靠分子間力產(chǎn)生吸附，可吸附各種吸附質(zhì)，可形成多分子吸附層。吸附━解吸是可逆過(guò)程，在低溫下就能吸附?；瘜W(xué)吸附：由化學(xué)鍵力引發(fā)吸附，吸能形成單分子吸附層，并含有選擇性，同時(shí)是不可逆，在高溫下才能吸附。二種吸附往往是相伴發(fā)生，而不能嚴(yán)格分開。第五節(jié)吸附集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明吸附平衡

1.定義

當(dāng)吸附質(zhì)吸附速率=解吸速率（即V吸附=V解吸），即在單位時(shí)間內(nèi)吸附數(shù)量等于解吸數(shù)量，則吸附質(zhì)在溶液中濃度C與在吸附劑表面上濃度都不再變時(shí)，即到達(dá)吸附平衡，此時(shí)吸附質(zhì)在溶液濃度C叫平衡濃度。

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2.吸附量q(g/g)

衡量吸附劑吸附能力大小，到達(dá)吸附平衡時(shí)，單位重量吸附劑（g）所吸附吸附質(zhì)重量（g）。

式中：V—廢水容積；W—活性炭投量，gC0—廢水吸附質(zhì)濃度（g/L）

C—吸附平衡時(shí)水中剩下吸附質(zhì)濃度(g/L)

—平衡濃度

q=f(C、T)，當(dāng)T不變時(shí)，即T恒定，則q=f(C)，叫吸附等溫線。

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3.吸附等溫線

在一定T下，q隨平衡濃度C改變曲線（q=f(C)）叫吸附等溫線。用數(shù)學(xué)公式描述則叫吸附等溫式。4.吸附等溫式（三種）朗謬爾公式表示I型吸附等溫線有費(fèi)蘭德利希公式表示II型吸附等溫線有BET公式

集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明1.朗謬爾公式：

取倒數(shù)式：

2.費(fèi)蘭德利希經(jīng)驗(yàn)公式：

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適于中等濃度吸附式中：K、n——常數(shù)；

C——吸附質(zhì)平衡濃度（g/L）

q——吸附量取對(duì)數(shù)：

（10-5）1/n越小，吸附性能越好，1/n=0.1~0.5，輕易吸附；1/n>2，則難吸附。1/n較大則采取連續(xù)吸附，反之采取間歇吸附。

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3.BET公式（多層吸附）

式中:qo—單分子吸附層飽和吸附量,g/gCs—吸附質(zhì)飽和濃度,g/L

B—常數(shù)；C—平衡濃度，g/L

集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明取倒數(shù)：

BET公式包含了朗謬爾公式：設(shè)

，且C<<Cs，則BET公式可寫成：令a=1/m，b=qo

……朗謬爾式

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BET公式能夠適應(yīng)更廣泛吸附現(xiàn)象?！搅縬是選擇吸附劑和吸附設(shè)備主要參數(shù)，q決定吸附劑再生周期長(zhǎng)短，q越大，再生周期越長(zhǎng)，再生劑用量及其費(fèi)用越小。q經(jīng)過(guò)吸附試驗(yàn)來(lái)確定。

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（二）吸附速度

,單位:

吸附速度V決定了廢水和吸附劑接觸時(shí)間，V越大，則接觸時(shí)間越短，所需設(shè)備容積就越小，反之亦然。

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吸附過(guò)程普通分為3個(gè)階段：

1.液膜擴(kuò)散（顆粒外部擴(kuò)散）階段

2.顆粒內(nèi)部擴(kuò)散階段

3.吸附反應(yīng)階段：吸附質(zhì)被吸附在細(xì)孔內(nèi)表面上。

吸附反應(yīng)速度非常快，V主要取決于第I、II階段速度，而顆粒外部擴(kuò)散速度（液膜擴(kuò)散）U=f(c、d、攪動(dòng))集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明

溶液濃度C↑，則U↑顆粒直徑d↓，則U↑加強(qiáng)攪動(dòng)，則U↑而顆粒內(nèi)部擴(kuò)散速度V=f（細(xì)孔大小與結(jié)構(gòu)，吸附質(zhì)d）吸附劑顆粒直徑d↓，V↑。

d大小對(duì)內(nèi)、外部擴(kuò)散都有很大影響，d↓,V↑。所以，粉末狀活性炭比粒狀活性炭吸附速度要快，接觸時(shí)間短，設(shè)備容積小。

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（三）影響吸附原因1.溶質(zhì)（吸附質(zhì)）性質(zhì)：（1）溶解度：越低越輕易吸附，含有較大影響。（2）使液體表面自由能W降低得越多吸附質(zhì)則越輕易被吸附。（3）極性：極性吸附劑易吸附極性吸附質(zhì)。非極性吸附劑易吸附非極性吸附質(zhì)。（4）吸附質(zhì)分子大小和不飽和度。（活性炭：易吸附分子直徑較大飽和化合物。合成沸石：易吸附分子直徑小不飽和化合物）（5）吸附質(zhì)濃度較低時(shí)，提升C可增加吸附量。集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明2.吸附劑性質(zhì)：吸附劑種類、顆粒大小、比表面積，顆粒細(xì)孔結(jié)構(gòu)與分布、吸附劑是否是極性分子等。3.溶液性質(zhì)（pH、溫度、共存物質(zhì)）集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明吸附劑含有較大比表面積，較高吸附容量，良好吸附選擇性、穩(wěn)定性、耐磨性、耐腐蝕性、很好機(jī)械強(qiáng)度，價(jià)廉宜得。活性白土、漂白土、硅藻土活性炭硅膠活性氧化鋁沸石吸附樹脂腐殖酸類集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明吸附劑再生用某種方法將被吸附物質(zhì)，從吸附劑細(xì)孔中除去，以到達(dá)能重復(fù)使用目標(biāo)。加熱再生法：由脫水、干燥、炭化，活化、冷卻等5步組成藥劑再生法：無(wú)機(jī)酸或NaOH，有機(jī)溶劑（苯、丙酮等）化學(xué)氧化法：電解氧化法，O3氧化法，濕式氧化法。生物法：利用微生物作用，將被活性炭吸附有機(jī)物加以氧化分解。集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明

集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明活性炭比表面積為：500~1700m2/g，99.9%表面積，在多孔結(jié)構(gòu)顆粒內(nèi)部。小孔：<2nm，0.15~0.90mL/g，占比表面積95%以上，起吸附作用，吸附量以小孔吸附為主。過(guò)渡孔：2~100nm，0.02~0.10mL/g，占比表面積<5%，吸附量不大，起吸附作用和通道作用。大孔：100~1000nm，0.2~0.5mL/g，占比表面積很小，吸附量小，提供通道。

集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明三、吸附工藝和設(shè)備（1）固定床：吸附劑在床中是固定，廢水自上而下流過(guò)吸附劑。單床式、多床串聯(lián)式、多床并聯(lián)式。按水流方向又可分：升流式與降流式。（2）移動(dòng)床：靠近飽和吸附劑從塔底間歇排出，每次卸出總填充量（5~20）%，同時(shí)從塔頂投加等量再生炭或新炭。（3）流化床：吸附劑在塔內(nèi)處于膨脹狀態(tài)。四、吸附法在污水處理中應(yīng)用

（課外作業(yè)－查閱相關(guān)文件）集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明第六節(jié)離子交換法水處理中軟化和除鹽主要方法，污水處理中主要去除污水中金屬離子離子交換實(shí)質(zhì)是不溶性離子化合物（離子交換劑）上交換離子與溶劑中其它同性離子交換反應(yīng)，是一個(gè)特殊吸附過(guò)程，通常是可逆化學(xué)吸附。集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明離子交換劑2．離子交換樹脂1）分類集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明2）結(jié)構(gòu)3磺化煤：兼有強(qiáng)酸性和弱酸性兩種活性基團(tuán)陽(yáng)離子交換劑集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明離子交換樹脂基本性能

1．外觀粒徑0.3～1.2mm乳白、淡黃、棕褐色等不透明或半透明球狀顆粒

2．交聯(lián)度：以7~10%為宜3．含水率樹脂含水率以每克樹脂（在水中充分膨脹）所含水分百分比（約50%）樹脂含水率對(duì)應(yīng)地反應(yīng)了樹脂網(wǎng)架中孔隙率4．溶脹性干樹脂+水→濕樹脂體積脹大絕對(duì)溶脹度集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明5．密度集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明6.有效PH值范圍因?yàn)闃渲钚曰鶊F(tuán)分為強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、弱酸、弱堿性，水pH值勢(shì)必對(duì)其交換容量產(chǎn)生影響。各種類型樹脂有效pH值范圍樹脂類型強(qiáng)酸性弱酸性強(qiáng)堿性弱堿性有效pH值范圍1~145~141~120~7集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明離子交換樹脂交換容量1．交換容量：

1）全交換容量（1）定義：一定量樹脂所含有活性基團(tuán)或可交換離子總量代表交換能力大小（2）測(cè)定方法：滴定測(cè)定與理論上計(jì)算集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明

逆流再生操作步驟：⑴小反洗⑵放水⑶頂壓→使床不亂（為何需頂壓，順流時(shí)是否需頂壓）⑷進(jìn)再生液⑸逆向沖洗（軟化水，流速5～7m/h）⑹正洗為何需軟化水逆向沖洗：逆流再生要用軟化水清洗，不然底層已再生好樹脂在清洗過(guò)程中又被消耗，造成出水質(zhì)量下降，失去了逆流再生特點(diǎn)。集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明逆流再生固定床再生劑耗量與再生液濃度再生劑耗量(g/mol)濃度(%)NaCl80～1005～8HCl50～551.5～3NaOH55～651～3鈉離子交換器順流、逆流再生鹽耗量和出水水質(zhì)鹽耗量(g/mol)出水硬度c（1/2Ca2+）umol/L順流逆流節(jié)約（%）逆流再生鹽比耗順流逆流A廠109.586.720.81.55~100B廠109.68819.71.54~62C廠12474.6401.310~16<3集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明第七節(jié)萃取法利用溶質(zhì)在互不相溶溶劑里溶解度不一樣，用一個(gè)溶劑把溶質(zhì)從另一溶劑所組成溶液里提取出來(lái)操作方法（比如，用四氯化碳從碘水中萃取碘）。K是一個(gè)常數(shù)，稱為“分配系數(shù)”。集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明一、萃取劑選擇選擇性好萃取劑與原料液有大密度差萃取劑表面張力萃取過(guò)程能耗萃取劑化學(xué)穩(wěn)定性萃取劑價(jià)格集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明二、萃取工藝依據(jù)操作狀態(tài)（連續(xù)式、間歇式）依據(jù)萃取次數(shù)（單級(jí)萃取、多級(jí)萃?。┘来髮W(xué)生物工程學(xué)院劉啟明三、萃取設(shè)備罐式（萃取器）塔式（萃取塔），最為常見(jiàn)離心機(jī)式（萃取離心機(jī)）集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明第八節(jié)膜析法在某種推進(jìn)力作用下，利用某種隔膜特定透過(guò)性能，使溶質(zhì)或溶劑分離方法稱為膜分離。分離溶質(zhì)時(shí)普通叫滲析；分離溶劑時(shí)普通叫滲透。滲析法電滲析法反滲透法超濾法集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明一、滲析法一些動(dòng)物膜，如膀胱膜、羊皮紙，有分隔水溶液中一些溶解物質(zhì)(溶質(zhì))作用。比如，食鹽能透過(guò)羊皮紙，而糖、淀粉、樹膠等則不能。這種方法叫滲析法。起滲析作用薄膜，因?qū)θ苜|(zhì)滲透性有選擇作用，故叫半透膜。近年來(lái)半透膜有很大發(fā)展，出現(xiàn)很多由高分子化合物制造人造薄膜。半透膜滲析作用有三種類型：①依靠薄膜中“孔道”大，小分離大小不一樣分子或粒子；②依靠薄膜離子結(jié)構(gòu)分離性質(zhì)不一樣離子，比如用陽(yáng)離子交換樹脂做成薄膜能夠透過(guò)陽(yáng)離子，叫陽(yáng)離子交換膜，用陰離子樹脂做成薄膜能夠透過(guò)陰離子，叫陰離子交換膜；③依靠薄膜：有選擇溶解性分離一些物質(zhì)。在廢水處理中最慣用半透膜是離子交換膜。集美大學(xué)生物工程學(xué)院劉啟明二、電滲析法電滲析法指是在外加直流電場(chǎng)作用下，利用陰離子交換膜和陽(yáng)離子交換膜選擇透過(guò)性，使一部分離子透過(guò)