環(huán)境工程原理課件圖文解析一七

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

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）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。

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+2.953.133.233.293.373.454.154.706.567.473.293.473.743.853.883.935.166.519.9111.53.513.783.814.464.954.067.2710.118.020.8⑶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。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。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(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。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）不同懸浮顆粒與水水的潤濕情況二、氣浮分離設(shè)備備—?dú)飧〕貧飧〕亟Y(jié)構(gòu)平流式氣浮池的設(shè)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≥20minH=h1+h2+h3三、氣浮分離在環(huán)保工工業(yè)中的應(yīng)用①分離地面水中的的細(xì)小懸浮物、藻藻類以及微絮體；；②回收工業(yè)污水中中的有用物質(zhì)，如如造紙廠污水中的的紙漿纖維及填料等；③代替二次沉淀池池，分離和濃縮剩剩余活性污泥，特特別適用于那些易于產(chǎn)生生污泥膨脹的生化化處理工藝中；④分離回收油污水水中的懸浮油和乳乳化油；⑤分離回收以分子子或離子狀態(tài)存在在的目的物，如表表面活性劑和金屬離子等等。第三節(jié)電解分離離技術(shù)一、電解分離原理理接通直流電源后，，電解槽的陰極和和陽極之間發(fā)生了了電位差，驅(qū)使正離子移移向陰極，在陰極極取得電子，進(jìn)行行還原反應(yīng)；負(fù)離子移向陽極，，在陽極放出電子子，進(jìn)行氧化反應(yīng)應(yīng)。從而使得污水中的污染物物在陽極被氧化，，在陰極被還原，，或者與電極反應(yīng)產(chǎn)物作用，，轉(zhuǎn)化為無害成分分被分離除去。二、電解設(shè)備—電電解槽電解槽的結(jié)構(gòu)形式式電解槽極板電路結(jié)結(jié)構(gòu)形式三、電解分離在環(huán)環(huán)保工業(yè)中的應(yīng)用用電解凝聚法對(duì)各類類污水處理的工藝藝參數(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絮凝體形成與凝聚聚沉淀階段⑵活性污泥法的基本本流程活性污泥法基本流流程圖⑶曝氣池裝置①鼓風(fēng)曝氣式曝氣池池②機(jī)械曝氣式曝氣池池機(jī)械曝氣法裝置簡簡圖2.生物膜法依靠固著于固體介介質(zhì)表面的微生物物來凈化有機(jī)物。⑴基本原理生物膜對(duì)污水的凈凈化作用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)造造圖b.高負(fù)荷生物濾池高負(fù)荷生物濾池剖剖面圖c.塔式生物濾池塔式生物濾池②生物轉(zhuǎn)盤生物轉(zhuǎn)盤工作情況況示意圖二、厭氧生物處理厭氧生物處理是在在無氧的條件下，，利用兼性菌和厭厭氧菌分解有機(jī)物的一種種生物處理法。1.厭氧生物處理的基基本原理第一階段---酸性發(fā)酵階段。第二階段---堿性發(fā)酵階段，又