《《工业废水处理工程》第十五章物化处理单元第5-6节ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《工业废水处理工程》第十五章物化处理单元第5-6节ppt课件（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、4.2 离子交在废水中的应用4.2.1 含铬废水,电镀废水中常含有Cr2O72-、CrO42-、Cr3+三种离子形式 。 对于Cr3+采用阳离子交换柱除去： 对于Cr2O72- 、 CrO42- ，采用阴离子交换柱除去：,4.2.1 含铬废水,通过采用先阳柱、后两个阴柱串连、再用阳柱的四柱串连方式，通过第一阳柱除去阳离子污染包括Cr6+，通过双阴柱后废水中已除去了大部分的Cr6+和其他阴离子，出水中Cr6+含量低于0.5 ppm，可以回用。再生所得的铬酸钠和重铬酸钠，再经一阳柱全部转换为重铬酸供回收，该流程称为双阳柱、全酸性、全饱和流程。,4.2.2 含汞废水处理,汞法电解食盐生产烧碱的工艺中
2、，盐水精制过程中汞全部转入污泥中。首先需要用盐酸溶解，Hg转化为HgCl2存在，进而形成HgCl42-的络合离子形态存在，然后用强碱阴离子交换： 经再生： 然后将H2HgCl4送入电解槽中电解，Hg2+还原为Hg回收。,第五节 萃取,利用某种溶剂对废水污染物的选择作用，使一种或几种组分分离出来，以回收废水中高浓度污染物的处理方法。,萃取过程是一个使两相充分混合，污染物在两相中得到重新分配后，再使两相完全分离，最后使溶剂进行再生的过程，它包括三个步骤： 被处理的废水和加入的溶剂充分混合，密切接触，促使溶质的有效传递，用混合器完成； 两相完全分离，通过澄清分离器来达到这一目的； 从萃余相和萃取相中
3、除去溶剂、回收溶剂，分别用后续处理和再生装置完成这一目的。,物理萃取：溶剂萃取如果利用混合物中各组分在溶剂中溶解度不同而达到分离的目的，称为物理萃取； 化学处理：若利用溶剂和废水中某些组分形成络合物或化合物而得以分离，称为化学处理。 废水中常采用物理萃取过程，不改变污染物化学性质而得以回收。,溶剂萃取适于污染物浓度高、难以生物降解、污染物具有热敏性、与水的相对挥发度接近、或与水能形成恒沸物、采用化学氧化还原难以处理等之类的污染物，同时萃取可以回收污染物，因此，成本相对较低。但由于溶剂往往是有机溶剂，或多或少地溶解在废水中一部分，给出水带来新的污染，因此萃取工艺往往要有后续处理，而不能单独使用。
4、,5.1 废水处理中萃取理论,在废水的萃取中，至少要涉及三种组分：溶剂即萃取剂、水和污染物，从而形成一个三元物系，并且这个三元物系由两个相组成：有机相和无机相，污染物在这两个相中进行分配。 从宏观上来看，它可呈物理分配和化学分配，呈物理分配时则为溶质在水中和溶剂中的不同溶解度所致；呈化学分配时则为溶质和溶剂之间发生化学作用形成了络合物，而从水相中得以分离。,从微观上分析，则它可以分成四种不同力的作用： 污染物分子在水中和在溶剂中所呈现的分子间范德华力作用。当污染物分子和溶剂分子间作用力体现在分子极性大小上，当两者极性越接近，根据相似相溶原理，则溶解度越易进入溶剂相。 污染物分子和溶剂分子存在配
5、位键位作用，而形成中性配位化合物。如: 反应的生成物都是中性配位化合物，而溶于溶剂中，与水相分离。,污染物分子在水相中呈阳离子或阴离子存在，而这些离子和溶剂分子间存在配位键力作用而形成缔合物。如： 从后者来看，实际上是溶剂中阴离子被污染物离子所代替，两种阴离子进行了交换，同样，阳离子也可发生这种交换作用，这种萃取称为离子交换萃取，或称液体离子交换过程，即离子交换剂呈液态。 污染物分子和溶剂分子间存在螯合键力作用而形成螯合物。,5.2 萃取平衡及萃取剂的选择,污染物由于上面四种不同的作用力的作用而引起在水相合有机相中的不同分配浓度，最后达到一个平衡： 或表达为： 在达到平衡时，污染物在两相中呈一
6、定的比例关系，其数学表达式为： 式中，K为分配系数，co为污染物在有机相中的平衡浓度，cw为污染物在废水中的平衡浓度。 对于分配系数K来说，数值越大，萃取的效果越好，反之亦然，因此它是衡量萃取分离过程好坏的一个重要参数。,5.2 萃取平衡及萃取剂的选择,其中污染物、溶剂和废水之间的关系可以表示为三角形坐标或直角坐标：,在实际废水中，往往是多种污染物的混合，因此，用一宏观指标COD、BOD、TOC等来表征。,5.2 萃取平衡及萃取剂的选择,溶质在萃取相和萃余相中总量的比为萃取因素或称为分配比E： 浓缩比 m： 用于表示产品与杂质的分离程度的参数分离因素 ：,5.2 萃取平衡及萃取剂的选择,对于某
7、一特定的废水来说，萃取剂选择成为关键因素，它影响过程的经济实用性。对于萃取剂主要从以下几个方面进行考虑： 对污染物的选择性 希望选择对废水中污染物有较高的参数值：如K，m，等，这些数值越高的溶剂，越有利于污染物从废水中分离出来。具体来说，选择与污染物分子化合物介电常数接近的溶剂，即如污染物极性接近的溶剂；污染物在其中溶解度较大的溶剂；与污染物能形成较为牢固的化学键的溶剂。 对于溶剂本身来说，密度与水相差越大越好；溶剂和水互溶度较小，以减小二次污染的程度。,5.3 萃取动力学和影响过程的主要因素,萃取过程同样发生在非均相的体系中，因此溶质在两相中进行质量传递，质量传递的速率决定了萃取速度的快慢。
8、 当溶剂和废水接触时，在相界面上存在两个滞留膜，一个是水相的液膜，一个是溶剂相的液膜。,5.3 萃取动力学和影响过程的主要因素,传质示意图如下所示：,5.3 萃取动力学和影响过程的主要因素,总传质系数为： KW为水膜传质系数，KS为溶剂膜传质系数，KWS为总传质系数。推导得总传质方程为： 由上式可见，萃取传质也是一个浓差驱动，并与两相的接触面积成正比，与总的传质系数也有关。,5.3 萃取动力学和影响过程的主要因素,通过以下措施来提高传质系数：增大传质推动力，一般采用逆流操作方式进行两相的接触；增大两相接触面积，尽量使一相呈分散状态；通过使得分散相的液滴反复地破碎和聚集等。 对于废水处理来说，萃
9、取单元常用于含酚废水的处理（萃取剂为焦化厂自产的重苯）、含铜废水（萃取剂为N-510+稀释剂磺化煤油）、含低浓度汞的电解废水（萃取剂为三异辛基冷胺），汞从10ppm降低至0.001ppm，反萃取液中汞浓度可达25g/L，可以浓缩2500倍。,5.4 萃取操作流程,单级萃取,多级错流间歇萃取,多级逆流萃取,往复式脉冲筛板塔,转盘萃取塔,往复式脉冲筛板塔,5.5 萃取剂,萃取剂的基本要求 选择性好，K值大； 适宜的物理性质； 化学稳定性好； 易得、价廉 容易再生 萃取剂的再生 物理再生 化学再生,含酚废水,5.6 应用实例,含铜废水,第六节 汽提,吹脱是属于由液相向气相传质的过程，实际上是吸收的逆
10、过程解吸，习惯上将以空气、氮气、二氧化碳等气体作为解吸剂来推动水中污染物向气相传递的过程，称吹脱。 如果采用水蒸汽作为解吸剂，则称为汽提，这两种过程特别适于污染物浓度高、沸点较低，冷凝后又易与气相介质分离的废水，如用水蒸汽作为解吸剂，则蒸汽冷凝后，冷凝水可以与污染物分层而得以分离。,6.1 汽提传质基本原理,汽提/吹脱流程示意图,6.1 汽提传质基本原理,汽提主要利用废水中污染物的沸点与水沸点的差异，由此带来两者挥发度不同，从而达到从废水中回收或去除有害物质的目的。 废水和污染物相对挥发度为，表示为： 代入道尔顿分压定律， 得： 即相对挥发度等于污染物和水在气相中的摩尔分数比与污染物和水分子在
11、水相中的摩尔分数比的比值。,6.1 汽提传质基本原理,表示了污染物从废水中分离出来的难易程度： 1，意味着污染物易于用汽提的方法分离； 1，表示污染物和水分子在气液两相中摩尔比一样，没有分离效果； 1表示污染物比水更难挥发，汽提意味着将水从废水中代入气相，而不是将污染物代入气相，不适于用汽提去除污染物。,6.2 汽提分离过程的影响因素,1进水温度 温度的升高加速了传质过程的溶质渗透速度和界面的不断更新，对汽提过程是有利的。进水温度低，传质效率下降，影响废水中污染物转入气相；如果进水温度达到废水的沸点时，则无须提供汽提用的蒸汽，实际上称为废水的蒸馏作用，气液两相的自由表面比汽提时小得多，非定态扩
12、散和界面更新的基础减少，因此，冷凝液中是大量的水，而挥发性污染物的浓度降低，因此，进水温度也不能过高。,2汽水比或凝水比 塔底供蒸汽量对塔身的汽提温度有很大的影响，蒸汽量大，塔身温度高。塔底蒸汽用量的大小可用它与废水的比值（简称汽水比）或冷凝液与废水的比值（简称凝水比）来描述。 蒸汽量过大，则加热塔底废水时产生的冷凝量增大，稀释了废水中污染物浓度，减少了传质推动力；同时蒸汽流量较大时，在塔内蒸汽的停留时间减少，挥发物没有足够的时间向气相扩散，降低传质效率。 蒸汽量过小，没有足够的热量来保证挥发物从液相中转入气相，则冷凝液中挥发物的浓度也必然会降低。 因此，必须通过实验和物料衡算制得汽提操作曲线
13、图，得到最佳的汽水比，既能以最经济的蒸汽用量，又能达到冷凝液中挥发性污染物浓度较高、废水中残留挥发性污染物浓度较低的目的。,6.3 汽提过程处理废水实例,汽提主要适用于废水中高浓度、低沸点挥发性污染物的回收处理，这些挥发性污染物的沸点100，沸点越低越易于和水直接分离，或者要求这些污染物的密度与水相差越多越好，在水中溶解度越小越好，汽提后在冷凝液中污染物与水分层而得以回收。,6.3.1 含酚废水,废水首先在换热器（105蒸汽为热介质）中加热至100后送入汽提塔，在汽提阶段内与105的循环蒸汽相遇，经汽提后，酚和蒸汽一起排出塔外，经鼓风机送到再生段，在此与10的NaOH溶液在102下逆流接触，反
14、应生成酚钠盐回收，脱酚后的蒸汽重新进入汽提阶段循环使用，新鲜蒸汽用于补充设备的热损失。为进一步提高酚钠浓度，吸收酚后的碱液经回流至再生段，循环碱液使酚钠达到饱和后，排出塔底。汽提后的废水经过一间接热交换器，将含酚废水预热，充分利用其余热。,6.3.2 含硫含氨废水处理流程,废水经过热交换器预热后，首先经pH调节，使得废水呈酸性，则硫化氢以分子形态存在废水中，进入H2S汽提塔，经汽提后，脱去硫化氢汽提，富含硫化氢的蒸汽经冷凝后进入硫化氢产品精制工艺，一般制备成金属硫化物回收；而脱除硫化氢后的废水，用碱调节废水pH高于11.5，呈碱性，则废水中的N主要以NH3分子的形态存在，进入NH3汽提塔除氨，出水达标后，利用余热来预热进水，然后排放或循环利用，而富含氨的蒸汽经冷凝后回收氨，一般采用硫酸吸收，制备硫酸铵。,
