其他傳質(zhì)分離方法

其他傳質(zhì)分離方法第一頁，共四十五頁，2022年，8月28日第一節(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

⑴離子交換劑

離子交換劑：離子交換樹脂無機(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）第二頁，共四十五頁，2022年，8月28日離子交換樹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第三頁，共四十五頁，2022年，8月28日a-磺化；b-陽離子交換樹脂中的固定離子與遷移離子示意；c-氯甲基化和氨基化第四頁，共四十五頁，2022年，8月28日⑵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，可以判斷交換樹脂選擇性的強(qiáng)弱。

第五頁，共四十五頁，2022年，8月28日強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂的選擇系數(shù)離子種類二乙烯苯含量離子種類二乙烯苯含量4％8％16％4％8％16％Li+H+Na+NH4+K+Rb+Cs+Ag+Tl+UO22+1.001.321.581.902.272.462.674.736.712.361.001.271.982.552.903.163.258.5112.42.451.001.472.373.344.504.624.6622.928.53.34Mg2+Zn2+Co2+Cu2+Cd2+Ni2+Ca2+Sr2+Pb2+Ba2+2.953.133.233.293.373.454.154.706.567.473.293.473.743.853.883.935.166.519.9111.53.513.783.814.464.954.067.2710.118.020.8第六頁，共四十五頁，2022年，8月28日⑶傳質(zhì)速率在離子交換過程中，同樣存在著兩個(gè)主要的傳質(zhì)阻力：①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。②是在粒子內(nèi)部的擴(kuò)散傳質(zhì)阻力。

一般來說，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。第七頁，共四十五頁，2022年，8月28日二、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---交換樹脂在連續(xù)移動(dòng)中實(shí)現(xiàn)交換和再生。第八頁，共四十五頁，2022年，8月28日三、離子交換技術(shù)的應(yīng)用⑴含汞污水的處理：

用巰基樹脂交換柱進(jìn)行處理。⑵含鎘污水的處理：用D370大孔叔胺型弱堿性陰離子交換樹脂來處理。⑶除磷脫氮：用離子交換法對城市污水進(jìn)行深度處理。第九頁，共四十五頁，2022年，8月28日第二節(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。ΔE＞0，界面能減少，顆粒粘附在氣泡上；

ΔE＜0，則顆粒不能粘附于氣泡上，ΔE＝б（1－cosθ）第十頁，共四十五頁，2022年，8月28日不同懸浮顆粒與水的潤濕情況第十一頁，共四十五頁，2022年，8月28日二、氣浮分離設(shè)備—?dú)飧〕貧飧〕亟Y(jié)構(gòu)第十二頁，共四十五頁，2022年，8月28日平流式氣浮池的設(shè)計(jì)⑴接觸室面積AcAc＝⑵分離室表面積AsAs＝

⑶核算

⑷氣浮池總高H（m）

＝t≥20min

H=h1+h2+h3

第十三頁，共四十五頁，2022年，8月28日三、氣浮分離在環(huán)保工業(yè)中的應(yīng)用①分離地面水中的細(xì)小懸浮物、藻類以及微絮體；②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；③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；④分離回收油污水中的懸浮油和乳化油；⑤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。第十四頁，共四十五頁，2022年，8月28日第三節(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)離子移向陽極，在陽極放出電子，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)化為無害成分被分離除去。第十五頁，共四十五頁，2022年，8月28日二、電解設(shè)備—電解槽電解槽的結(jié)構(gòu)形式第十六頁，共四十五頁，2022年，8月28日電解槽極板電路結(jié)構(gòu)形式第十七頁，共四十五頁，2022年，8月28日三、電解分離在環(huán)保工業(yè)中的應(yīng)用電解凝聚法對各類污水處理的工藝參數(shù)污水來源PH電量消耗/(A.h/L)電流密度/(A.min/dm2)電能消耗/(kW.h/m3)電解電壓(單極式)/V電極金屬消耗/(g/m3)電極材料極距/mm污水電解時(shí)間/min制革廠8-100.3-0.80.5-1.01.5-3.03-5250-700鋼板2020-25毛皮廠8-100.1-0.31-20.6-1.53-5150-200鋼板2020肉類加工廠8-90.08-0.121.5-2.01.0-0.158-1270-110鋼板2040電鍍廠9-10.50.3-0.150.3-0.50.4-2.59-1245-150鋼板1020-30第十八頁，共四十五頁，2022年，8月28日第四節(jié)生物處理技術(shù)

一、好氧生物處理1.活性污泥法⑴活性污泥法的基本原理①生物吸附階段②生物氧化階段③絮凝體形成與凝聚沉淀階段第十九頁，共四十五頁，2022年，8月28日⑵活性污泥法的基本流程活性污泥法基本流程圖第二十頁，共四十五頁，2022年，8月28日⑶曝氣池裝置①鼓風(fēng)曝氣式曝氣池②機(jī)械曝氣式曝氣池機(jī)械曝氣法裝置簡圖第二十一頁，共四十五頁，2022年，8月28日2.生物膜法

依靠固著于固體介質(zhì)表面的微生物來凈化有機(jī)物。

⑴基本原理生物膜對污水的凈化作用第二十二頁，共四十五頁，2022年，8月28日⑵生物膜法設(shè)備①生物濾池a.普通生物濾池普通生物濾池構(gòu)造圖第二十三頁，共四十五頁，2022年，8月28日b.高負(fù)荷生物濾池高負(fù)荷生物濾池剖面圖第二十四頁，共四十五頁，2022年，8月28日c.塔式生物濾池塔式生物濾池第二十五頁，共四十五頁，2022年，8月28日②生物轉(zhuǎn)盤生物轉(zhuǎn)盤工作情況示意圖第二十六頁，共四十五頁，2022年，8月28日二、厭氧生物處理厭氧生物處理是在無氧的條件下，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，又稱作甲烷發(fā)酵階段。第二十七頁，共四十五頁，2022年，8月28日厭氧處理的生化過程第二十八頁，共四十五頁，2022年，8月28日2.常用的厭氧處理設(shè)備

⑴厭氧消化池固定蓋式消化池的構(gòu)造圖第二十九頁，共四十五頁，2022年，8月28日⑵上流式厭氧污泥床反應(yīng)器上流式厭氧污泥床反應(yīng)器第三十頁，共四十五頁，2022年，8月28日三、生物處理技術(shù)在環(huán)保中的應(yīng)用⑴生物法除磷生物法除磷的基本類型:①A/O法（厭氧－好氧法）②Phostrip除磷工藝流程⑵生物法脫氮第三十一頁，共四十五頁，2022年，8月28日第五節(jié)其他新型分離技術(shù)一、新型萃取技術(shù)超臨界萃取

（supercriticalfluidextraction）

以超臨界流體為萃取劑，利用其對脂肪酸、植物堿、醚類、酮、甘油脂等物質(zhì)具有溶解作用，從固態(tài)或液態(tài)混合物中將這些物質(zhì)提取出來的技術(shù)。雙水相萃取

（aqueoustwo-phaseextraction）

某些親水性高分子聚合物的水溶性超過一定濃度后可形成兩相，利用待分離組分在兩水相中的分配系數(shù)差異來分離的萃取技術(shù)。第三十二頁，共四十五頁，2022年，8月28日第五節(jié)其他新型分離技術(shù)凝膠萃取

（gelextraction）

利用凝膠在溶劑中的溶脹與收縮特性、以及凝膠網(wǎng)絡(luò)對大分子、微粒等的排斥作用來實(shí)現(xiàn)溶液中特定組分分離與濃縮的技術(shù)。

膜基萃取

（membranebasedextraction）

利用微孔膜的親水或疏水性，使萃取劑與萃取液的兩相傳質(zhì)界面固定在膜的一側(cè)表面上，來實(shí)現(xiàn)萃取的一種新技術(shù)支撐液膜萃取

（supportliquidmembraneextraction）

支撐液膜孔內(nèi)充滿膜溶劑，將料液相與反萃相分隔，實(shí)現(xiàn)滲透溶質(zhì)的選擇性萃取回收或去除的分離技術(shù)。第三十三頁，共四十五頁，2022年，8月28日反相膠團(tuán)萃取二-（3-乙基己基）琥珀酸酯磺酸鈉（AOT）第三十四頁，共四十五頁，2022年，8月28日二、基于場效應(yīng)的分離技術(shù)重力場、壓力場、離心力場分離

利用外加力場的作用，使混合物中各組分本身特征帶來其在場內(nèi)運(yùn)動(dòng)的特性差異，由此來達(dá)到分離的技術(shù)。磁場分離利用不同物質(zhì)在磁場中具有不同磁性的特點(diǎn)來分離混合物的技術(shù)。第三十五頁，共四十五頁，2022年，8月28日力場中速度差分離原理與改進(jìn)重力場的能源成本為零第三十六頁，共四十五頁，2022年，8月28日靜電除塵

荷電粒子置于電場時(shí)會(huì)向著與其電荷相反方向移動(dòng)，利用荷電粒子的移動(dòng)速度及方向差異來進(jìn)行分離的技術(shù)。電泳

利用分子大小、荷電性與荷電量、以及溶液的酸堿度（pH）等的差異。雙極膜水解離

利用陰、陽離子膜復(fù)合而成的雙極膜，在直流電場的作用下，使雙極膜間的水解離并使OH－和H＋分別透過陰、陽膜來實(shí)現(xiàn)酸或堿回收、食鹽的電解等。第三十七頁，共四十五頁，2022年，8月28日三、電泳分離技術(shù)指帶電粒子在電場中朝與自身帶相反電荷的電極移動(dòng)的現(xiàn)象CATHODEANODE+--+第三十八頁，共四十五頁，2022年，8月28