16污水的化学与物理化学处理

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1、第第1616章章 污水的化学与物理化学处理污水的化学与物理化学处理第一节第一节 中和法中和法第二节第二节 化学混凝法化学混凝法第三节第三节 化学沉淀法化学沉淀法第四节第四节 氧化和还原法氧化和还原法第五节第五节 吸附法吸附法第六节第六节 离子交换法离子交换法第七节第七节 萃取法萃取法第八节第八节 膜析法膜析法第九节第九节 超临界处理技术超临界处理技术集美大学 生物工程学院 刘启明“化学化学”是研究物质的组成、结构、性质、是研究物质的组成、结构、性质、以及变化规律的科学。以及变化规律的科学。“物理化学物理化学”是以是以物理物理的原理和实验技术为的原理和实验技术为基础，研究化学体系的性质和行为，发

2、现并建基础，研究化学体系的性质和行为，发现并建立化学体系中特殊规律的学科。立化学体系中特殊规律的学科。（随着科学的迅（随着科学的迅速发展和各门学科之间的相互渗透，物理化学与速发展和各门学科之间的相互渗透，物理化学与物理物理学学、无机化学无机化学、有机化学有机化学在内容上存在着难以准确划在内容上存在着难以准确划分的界限。）分的界限。）l化学法化学法： 中和法、中和法、 化学混凝法、化学沉淀法、化学混凝法、化学沉淀法、氧化和还原法氧化和还原法l物理化学法物理化学法：吸附法、离子交换法、萃取法、：吸附法、离子交换法、萃取法、膜析法膜析法集美大学 生物工程学院 刘启明第一节第一节 中和法中和法原理：碱

3、中和酸性废水或酸中和碱性废水。调节原理：碱中和酸性废水或酸中和碱性废水。调节pH为为7l 湿投加法湿投加法l 过滤法过滤法1. 酸性废水的药剂中和处理酸性废水的药剂中和处理中和剂常用石灰、电石渣、石灰石、白云石。中和剂常用石灰、电石渣、石灰石、白云石。2. 碱性废水的药剂中和处理碱性废水的药剂中和处理中和剂常用工业废酸、烟道气（含中和剂常用工业废酸、烟道气（含CO2、SO2）集美大学 生物工程学院 刘启明第二节第二节 化学混凝法化学混凝法化学混凝处理对象主要是水中的微小悬浮固体和胶化学混凝处理对象主要是水中的微小悬浮固体和胶体杂质，体杂质，范围范围1nm0.1 m（有时认为在（有时认为在1 m

4、）。）。 1637年年 我国开始使用明矾净水我国开始使用明矾净水1884年年 西方才开始使用西方才开始使用混凝过程涉及到三个方面的问题：混凝过程涉及到三个方面的问题：1. 水中胶体的性质水中胶体的性质2. 混凝剂在水中的水解与形态混凝剂在水中的水解与形态3. 胶体与混凝剂的相互作用胶体与混凝剂的相互作用集美大学 生物工程学院 刘启明水中胶体的稳定性水中胶体的稳定性l胶体稳定性：是指胶体粒子在水胶体稳定性：是指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。中长期保持分散悬浮状态的特性。l胶体稳定性分胶体稳定性分“动力学稳定性动力学稳定性”和和“聚集稳定聚集稳定”两种。两种。l动力学稳定性：无规则的布

5、朗运动力学稳定性：无规则的布朗运动强，对抗重力影响的能力强。动强，对抗重力影响的能力强。l聚集稳定性包括：聚集稳定性包括：胶体带电相胶体带电相斥（憎水性胶体）；斥（憎水性胶体）；水化膜的阻水化膜的阻碍（亲水性胶体）碍（亲水性胶体）l 在动力学稳定性和聚集稳定两在动力学稳定性和聚集稳定两者之中，聚集稳定性对胶体稳定性者之中，聚集稳定性对胶体稳定性的影响起关键作用。的影响起关键作用。l滑动面上的电位：称为滑动面上的电位：称为 电位，电位，决定了憎水胶体的聚集稳定性。也决定了憎水胶体的聚集稳定性。也决定亲水胶体的水化膜的阻碍，当决定亲水胶体的水化膜的阻碍，当电位降低，水化膜减薄及至消失。电位降低，水

6、化膜减薄及至消失。集美大学 生物工程学院 刘启明 混凝原理混凝原理（1）压缩双电层作用）压缩双电层作用 加入电解质加入，形成与反离子同电荷离子，加入电解质加入，形成与反离子同电荷离子，产生压缩双电层作用，使产生压缩双电层作用，使电位降低，从而胶电位降低，从而胶体颗粒失去稳定性，产生凝聚作用。体颗粒失去稳定性，产生凝聚作用。 压缩双电层机理适用于叔采哈代法则，即：压缩双电层机理适用于叔采哈代法则，即：凝聚能力凝聚能力 离子价数离子价数6。 该机理认为该机理认为 电位最多可降至电位最多可降至0。因而不能解。因而不能解释以下两种现象：释以下两种现象：混凝剂投加过多，混凝混凝剂投加过多，混凝效果反而下

7、降；效果反而下降；与胶粒带同样电号的聚合与胶粒带同样电号的聚合物或高分子也有良好的混凝效果。物或高分子也有良好的混凝效果。集美大学 生物工程学院 刘启明 集美大学 生物工程学院 刘启明 （2）吸附架桥）吸附架桥 吸附架桥作用是指高分子物质和胶粒，以及胶粒与吸附架桥作用是指高分子物质和胶粒，以及胶粒与胶粒之间的架桥，高分子絮凝剂投加后，通常可能胶粒之间的架桥，高分子絮凝剂投加后，通常可能出现以下两个现象：出现以下两个现象： 高分子投量过少，不足以形成吸附架桥；高分子投量过少，不足以形成吸附架桥； 但投加过多，会出现但投加过多，会出现“胶体保护胶体保护”现象，现象，集美大学 生物工程学院 刘启明

8、（3）网捕（或卷扫）网捕（或卷扫） 金属氢氧化物在形成过程中对胶粒的金属氢氧化物在形成过程中对胶粒的网捕与卷扫。所需混凝剂量与原水杂质含网捕与卷扫。所需混凝剂量与原水杂质含量成反比，即当原水胶体含量少时，所需量成反比，即当原水胶体含量少时，所需混凝剂多，反之亦然。混凝剂多，反之亦然。集美大学 生物工程学院 刘启明二二 混凝剂和助凝剂混凝剂和助凝剂 1 混凝剂混凝剂 混凝剂应符合以下要求：混凝剂应符合以下要求：混凝效果好；混凝效果好；对人对人体无危害；体无危害；使用方便；使用方便；货源充足，价格低廉。货源充足，价格低廉。 目前混凝剂的种类有不少于目前混凝剂的种类有不少于200300种，分为无种，

9、分为无机与有机两大系列。机与有机两大系列。 与硫酸铝相比，三氯化铁具有以下优点：与硫酸铝相比，三氯化铁具有以下优点：适用适用的的pH值范围较宽；值范围较宽；形成的絮凝体比铝盐絮凝体密形成的絮凝体比铝盐絮凝体密实；实；处理低温低浊水的效果优于硫酸铝；处理低温低浊水的效果优于硫酸铝；但三但三氯化铁腐蚀性较强。氯化铁腐蚀性较强。 硫酸亚铁一般与氧化剂如氯气同时使用，以便将硫酸亚铁一般与氧化剂如氯气同时使用，以便将二价铁氧化成三价铁。二价铁氧化成三价铁。集美大学 生物工程学院 刘启明发展方向展方向l无机复合聚合物混凝无机复合聚合物混凝剂：聚合硫酸：聚合硫酸铝铁（PFAS）、）、聚合聚合氯化化铝铁（PF

10、AC）、聚合硫酸）、聚合硫酸氯化化铁（PFSC）、）、聚合硫酸聚合硫酸氯化化铝（PASC）、聚合）、聚合铝硅（硅（PASi）、聚）、聚合合铁硅（硅（PFSi）、聚合硅酸）、聚合硅酸铝（PSA）、聚合硅酸）、聚合硅酸铁（PSF）。）。l无机有机复合：聚合无机有机复合：聚合铝/铁-聚丙聚丙烯酰胺、聚合胺、聚合铝/铁-甲壳素、聚合甲壳素、聚合铝/铁-天然有机高分子、聚合天然有机高分子、聚合铝/铁-其其它合成有机高分子。它合成有机高分子。l有机高分子絮凝有机高分子絮凝剂：阳离子有机化合物：阳离子有机化合物，天然改性天然改性高分子絮凝高分子絮凝剂，多功能絮凝，多功能絮凝剂，微生物絮凝，微生物絮凝剂。集美

11、大学 生物工程学院 刘启明 常用的混凝剂常用的混凝剂无无机机铝系系 硫酸硫酸铝明明矾聚合聚合氯化化铝（PAC）聚合硫酸聚合硫酸铝（PAS） 适宜适宜pH：5.58 铁系系 三三氯化化铁硫酸硫酸亚铁硫酸硫酸铁（国内生（国内生产少）少）聚合硫酸聚合硫酸铁聚合聚合氯化化铁 适宜适宜pH：511，但腐但腐蚀性性强 有有机机 人工人工合成合成 阳离子型：含氨基、阳离子型：含氨基、亚氨基的聚合物氨基的聚合物 国外开始增多，国国外开始增多，国内尚少内尚少 阴离子型：水解聚丙阴离子型：水解聚丙烯酰胺（胺（HPAM） 非离子型：聚丙非离子型：聚丙烯酰胺（胺（PAM），聚氧），聚氧化乙化乙烯（PEO） 两性型：两

12、性型： 使用极少使用极少 天然天然 淀粉、淀粉、动物胶、物胶、树胶、甲壳素等胶、甲壳素等 微生物絮凝微生物絮凝剂 集美大学 生物工程学院 刘启明 2 助凝剂助凝剂助凝剂：凡能提高或改善混凝剂作用效果的助凝剂：凡能提高或改善混凝剂作用效果的化学药剂可称为助凝剂。助凝剂可以参加化学药剂可称为助凝剂。助凝剂可以参加混凝，也可不参加混凝。广义上可分为以混凝，也可不参加混凝。广义上可分为以下几类：下几类：酸碱类：调整水的酸碱类：调整水的pH，如石灰、硫酸等；，如石灰、硫酸等；加大矾花的粒度和结实性：如活化硅酸加大矾花的粒度和结实性：如活化硅酸（SiO2 nH2O）、骨胶、高分子絮凝剂；）、骨胶、高分子絮

13、凝剂；氧化剂类：破坏干扰混凝的物质，如有机氧化剂类：破坏干扰混凝的物质，如有机物。如投加物。如投加Cl2、O3等。等。集美大学 生物工程学院 刘启明三、三、 影响混凝效果的主要因素影响混凝效果的主要因素影响混凝效果的因素比较复杂，主要包括：影响混凝效果的因素比较复杂，主要包括：原水性质，包括水温、水化学特性、杂原水性质，包括水温、水化学特性、杂质性质和浓度等；质性质和浓度等；投加的凝聚剂种类与数量；投加的凝聚剂种类与数量；使用的絮凝设备及其相关水力参数。使用的絮凝设备及其相关水力参数。 集美大学 生物工程学院 刘启明 1 水温影响水温影响 水温低时，通常絮凝体形成缓慢，絮凝颗水温低时，通常絮凝

14、体形成缓慢，絮凝颗粒细小、松散，凝聚效果较差。其原因有：粒细小、松散，凝聚效果较差。其原因有： 无机盐水解吸热；无机盐水解吸热； 温度降低，粘度升高温度降低，粘度升高布朗运动减弱；布朗运动减弱； 水温低时，胶体颗粒水化作用增强，妨碍水温低时，胶体颗粒水化作用增强，妨碍凝聚；凝聚； 水温与水的水温与水的pH值有关值有关集美大学 生物工程学院 刘启明 2 水的水的pH和碱度影响和碱度影响 水的水的pH值对混凝效果的影响程度，与混值对混凝效果的影响程度，与混凝剂种类有关。凝剂种类有关。 混凝时最佳混凝时最佳pH范围与原水水质、去除对范围与原水水质、去除对象等密切有关。象等密切有关。 当投加金属盐类凝

15、聚剂时，其水解会生当投加金属盐类凝聚剂时，其水解会生成成H+，但水中碱度有缓冲作用，当碱度不，但水中碱度有缓冲作用，当碱度不够时需要投加石灰。够时需要投加石灰。集美大学 生物工程学院 刘启明3 水中杂质的成分、性质和浓度的影响水中杂质的成分、性质和浓度的影响 杂质浓度低，颗粒间碰撞机率下降，混凝效杂质浓度低，颗粒间碰撞机率下降，混凝效果差。可采取的对策有：果差。可采取的对策有： 加高分子助凝剂；加高分子助凝剂； 加粘土加粘土 投加混凝剂后直接过滤投加混凝剂后直接过滤 如果原水悬浮物含量过高，为减少混凝剂的如果原水悬浮物含量过高，为减少混凝剂的用量，通常投加高分子助凝剂。如黄河高浊度水用量，通常

16、投加高分子助凝剂。如黄河高浊度水常需投加有机高分子絮凝剂作为助凝剂。常需投加有机高分子絮凝剂作为助凝剂。集美大学 生物工程学院 刘启明4. 水力条件水力条件 l混合阶段：药剂迅速均匀地扩散到全部水中以创混合阶段：药剂迅速均匀地扩散到全部水中以创造良好的水解和聚合条件。造良好的水解和聚合条件。l反应阶段：混凝剂的微粒通过絮凝形成大的具有反应阶段：混凝剂的微粒通过絮凝形成大的具有良好沉淀性能的絮凝体良好沉淀性能的絮凝体集美大学 生物工程学院 刘启明四四 化学混凝的设备化学混凝的设备 1 混凝剂的溶解和溶液配制混凝剂的溶解和溶液配制溶解池容积溶解池容积W1：W1=（0.20.3）W2式中式中W2为溶

17、液池容积。为溶液池容积。 式中：式中：W2溶液池容积，溶液池容积，m3Q处理的水量处理的水量 m3/ ha混凝剂最大投加量，混凝剂最大投加量，mg/Lc溶液浓度，一般取溶液浓度，一般取5%20%n每日调制次数，一般不超过每日调制次数，一般不超过3次次集美大学 生物工程学院 刘启明（2） 混凝剂投加混凝剂投加 混凝剂投加设备包括计量设备、药液提升设备、投药箱、必混凝剂投加设备包括计量设备、药液提升设备、投药箱、必要的水封箱以及注入设备等。要的水封箱以及注入设备等。 1.计量设备计量设备 计量设备有：转子流量计；电磁流量计；苗嘴；计量泵等。计量设备有：转子流量计；电磁流量计；苗嘴；计量泵等。 2.

18、投加方式投加方式 （1）泵前投加）泵前投加 ：安全可靠，一般适用取水泵房距水厂较近者，：安全可靠，一般适用取水泵房距水厂较近者，图中水封箱是为防止空气进入，见图图中水封箱是为防止空气进入，见图6-9。 （2）高位溶液池重力投加：适用取水泵房距水厂较远者，安）高位溶液池重力投加：适用取水泵房距水厂较远者，安全可靠，但溶液池位置较高，见图全可靠，但溶液池位置较高，见图6-10。 （3）水射器投加：设备简单，使用方便，溶液池高度不会受）水射器投加：设备简单，使用方便，溶液池高度不会受太大限制，但效率低，易磨损，见图太大限制，但效率低，易磨损，见图6-11。 （4）泵投加：不必另设计量设备，适合混凝剂

19、自动控制系统，）泵投加：不必另设计量设备，适合混凝剂自动控制系统，有利于药剂与水混合，见图有利于药剂与水混合，见图6-12。集美大学 生物工程学院 刘启明 集美大学 生物工程学院 刘启明 集美大学 生物工程学院 刘启明 集美大学 生物工程学院 刘启明2 混合设备混合设备 （1）. 水泵混合水泵混合 投药投加在水泵吸水口或管上。混合效果好，投药投加在水泵吸水口或管上。混合效果好，节省动力，各种水厂均可用，常用于取水泵房靠节省动力，各种水厂均可用，常用于取水泵房靠近水厂处理构筑物的场合，两者间距不大于近水厂处理构筑物的场合，两者间距不大于150m。 （2）. 隔板混合隔板混合 在混合池设有数块隔板

20、水流通过隔板形成涡流，在混合池设有数块隔板水流通过隔板形成涡流，使得药剂和原水充分混合。流速不小于使得药剂和原水充分混合。流速不小于0.6m/s，混合时间混合时间1030s。集美大学 生物工程学院 刘启明 （3） 机械混合机械混合 在池内安装搅拌装置，搅拌器可以是桨在池内安装搅拌装置，搅拌器可以是桨板式、螺旋桨式或透平式，速度梯度板式、螺旋桨式或透平式，速度梯度7001000s-1，时间，时间1030s以内，优点是混以内，优点是混合效果好，不受水质影响，缺点是增加机合效果好，不受水质影响，缺点是增加机械设备，增加维修工作。械设备，增加维修工作。集美大学 生物工程学院 刘启明 3. 反应设备反应

21、设备 （1）.隔板絮凝反应池隔板絮凝反应池 隔板絮凝池分往复式和回转式。隔板絮凝池的水隔板絮凝池分往复式和回转式。隔板絮凝池的水头损失由局部水头和沿程水头损失组成。往复式总水头损失由局部水头和沿程水头损失组成。往复式总水头损失一般在头损失一般在0.30.5m，回转式的水头损失比往复式，回转式的水头损失比往复式的小的小40左右。左右。 隔板絮凝池特点：构造简单、管理方便，但絮凝隔板絮凝池特点：构造简单、管理方便，但絮凝效果不稳定，池子大。适应大水厂。效果不稳定，池子大。适应大水厂。 隔板絮凝池的设计参数：隔板絮凝池的设计参数： 集美大学 生物工程学院 刘启明 流速：起端流速：起端0.5-0.6m

22、/s，末端，末端0.2-0.3m/s段数：段数：46段；段； 转弯处过水断面积为廊道过水断面积的转弯处过水断面积为廊道过水断面积的1.21.5倍；倍； 絮凝时间：絮凝时间：2030min； 隔板间距：不大于隔板间距：不大于0.5m，池底应有，池底应有0.020.03坡度坡度直径不小于直径不小于150mm的排泥管；的排泥管； 廊道的最小宽度不小于廊道的最小宽度不小于0.5m； 各段的水头损失各段的水头损失 ，总水头损失，总水头损失集美大学 生物工程学院 刘启明 集美大学 生物工程学院 刘启明 （2）.折板絮凝池折板絮凝池 通常采用竖流式，它将隔板絮凝池的通常采用竖流式，它将隔板絮凝池的平板隔板改

23、成一定角度的折板。折板波峰平板隔板改成一定角度的折板。折板波峰对波谷平行安装称对波谷平行安装称“同波折板同波折板”，波峰相，波峰相对安装称对安装称“异波折板异波折板”。与隔板式相比，。与隔板式相比，水流条件大大改善，有效能量消耗比例提水流条件大大改善，有效能量消耗比例提高，但安装维修较困难，折板费用较高。高，但安装维修较困难，折板费用较高。集美大学 生物工程学院 刘启明 集美大学 生物工程学院 刘启明 集美大学 生物工程学院 刘启明 （3） 机械絮凝池机械絮凝池 搅拌器有浆板式和叶轮式，按搅拌轴的安装位搅拌器有浆板式和叶轮式，按搅拌轴的安装位置分水平轴式和垂直轴式。置分水平轴式和垂直轴式。 第

24、一格搅拌强度最大，而后逐步减小，第一格搅拌强度最大，而后逐步减小，G值也相值也相应减小，搅拌强度决定于搅拌器转速和桨板面积。应减小，搅拌强度决定于搅拌器转速和桨板面积。 集美大学 生物工程学院 刘启明 集美大学 生物工程学院 刘启明 设计参数设计参数 絮凝时间絮凝时间1015分。分。 池内一般设池内一般设34挡搅拌机。挡搅拌机。 搅拌机转速按叶轮半径中心点线速度计算确定，搅拌机转速按叶轮半径中心点线速度计算确定，线速度第一挡线速度第一挡0.5m/s逐渐减小至末挡的逐渐减小至末挡的0.2m/s。 桨板总面积宜为水流截面积的桨板总面积宜为水流截面积的1020，不宜，不宜超过超过75，桨板长度不大于

25、叶轮半径的，桨板长度不大于叶轮半径的75，宽度宜取宽度宜取1030cm。优缺点优缺点 机械絮凝池的优点是调节容易，效果好，大、机械絮凝池的优点是调节容易，效果好，大、中、小水厂均可，但维修是问题。中、小水厂均可，但维修是问题。集美大学 生物工程学院 刘启明 （4）.穿孔旋流絮凝池穿孔旋流絮凝池 由若干方格组成。分格数一般不少于由若干方格组成。分格数一般不少于6格。流速格。流速逐渐减小，逐渐减小，G也相应减小以适应絮凝体形成，孔口也相应减小以适应絮凝体形成，孔口流速宜取流速宜取0.61.0m/s，末端流速宜取，末端流速宜取0.20.3m/s。絮凝时间絮凝时间1525min。 穿孔旋流絮凝池的优点

26、是构造简单，施工方便，穿孔旋流絮凝池的优点是构造简单，施工方便，造价低，可用于中、小型水厂或与其他形式的絮凝造价低，可用于中、小型水厂或与其他形式的絮凝池组合应用。池组合应用。 集美大学 生物工程学院 刘启明 集美大学 生物工程学院 刘启明 （5）.网格、栅条絮凝池网格、栅条絮凝池 网格、栅条絮凝池设计成多格竖井回流式。网格、栅条絮凝池设计成多格竖井回流式。每个竖井安装若干层网格或栅条，各竖井间的隔每个竖井安装若干层网格或栅条，各竖井间的隔墙上、下交错开孔，进水端至出水端逐渐减少，墙上、下交错开孔，进水端至出水端逐渐减少，一般分一般分3段控制。前段为密网或密栅，中段为疏段控制。前段为密网或密栅

27、，中段为疏网或疏栅，末段不安装网、栅。网或疏栅，末段不安装网、栅。 网格絮凝池效果好，水头损失小，絮凝时间较网格絮凝池效果好，水头损失小，絮凝时间较短，但还存在末端池底积泥现象，小数水厂发现短，但还存在末端池底积泥现象，小数水厂发现网格上滋生藻类、堵塞网眼现象。网格上滋生藻类、堵塞网眼现象。集美大学 生物工程学院 刘启明 集美大学 生物工程学院 刘启明 （6）.不同形式絮凝池组合应用不同形式絮凝池组合应用 每种形式的絮凝池各有其优缺点。不同形式的每种形式的絮凝池各有其优缺点。不同形式的絮凝池组合应用可以相互补充，取长补短。往复絮凝池组合应用可以相互补充，取长补短。往复式和回转式隔板絮凝池在竖向

28、组合是常用方式之式和回转式隔板絮凝池在竖向组合是常用方式之一，穿孔旋流与隔板絮凝池也往往组合应用。不一，穿孔旋流与隔板絮凝池也往往组合应用。不同形式絮凝池配合使用，效果良好，但设备形式同形式絮凝池配合使用，效果良好，但设备形式增多，应根据具体情况决定。增多，应根据具体情况决定。集美大学 生物工程学院 刘启明第三节第三节 化学沉淀法化学沉淀法“化学沉淀法化学沉淀法”是向水中投加某种化学物质，是向水中投加某种化学物质，使之与废水中的一些离子发生反应，生成难溶使之与废水中的一些离子发生反应，生成难溶的沉淀物而从水中析出，以达到降低水中溶解的沉淀物而从水中析出，以达到降低水中溶解污染物的目的污染物的目

29、的集美大学 生物工程学院 刘启明利用颗粒与水的密度之差，比重利用颗粒与水的密度之差，比重1，下沉，下沉 比重比重2，则难吸附。则难吸附。1/n较大则采用连续吸较大则采用连续吸附，反之采用间歇吸附。附，反之采用间歇吸附。 集美大学 生物工程学院 刘启明 3. .BET公式（多层吸附）公式（多层吸附） 式中式中:qo单分子吸附层的饱和吸附量单分子吸附层的饱和吸附量,g/gCs吸附质的饱和浓度吸附质的饱和浓度,g/L B常数；常数；C平衡浓度，平衡浓度，g/L 集美大学 生物工程学院 刘启明取倒数：取倒数： BETBET公式包括了朗谬尔公式：公式包括了朗谬尔公式： 设设 ， 且且CCCCs s，则则

30、BETBET公式可写成：公式可写成：令令a=1/ma=1/m，b=b=q qo o 朗谬尔式朗谬尔式 集美大学 生物工程学院 刘启明 BET公式可以适应更广泛的吸附现象。公式可以适应更广泛的吸附现象。吸附量吸附量q是选择吸附剂和吸附设备的重要是选择吸附剂和吸附设备的重要参数，参数，q决定吸附剂再生周期的长短，决定吸附剂再生周期的长短，q越大，再生周期越长，再生剂用量及其越大，再生周期越长，再生剂用量及其费用越小。费用越小。q通过吸附试验来确定。通过吸附试验来确定。 集美大学 生物工程学院 刘启明 （二）吸附速度（二）吸附速度 , 单位单位: 吸附速度吸附速度V决定了废水和吸附剂的接触决定了废水

31、和吸附剂的接触时间，时间，V越大，则接触时间越短，所需设越大，则接触时间越短，所需设备容积就越小，反之亦然。备容积就越小，反之亦然。 集美大学 生物工程学院 刘启明 吸附过程一般分为吸附过程一般分为3个阶段：个阶段： 1.液膜扩散（颗粒外部扩散）阶段液膜扩散（颗粒外部扩散）阶段 2.颗粒内部扩散阶段颗粒内部扩散阶段 3.吸吸附附反反应应阶阶段段：吸吸附附质质被被吸吸附附在在细细孔孔内内表表面上。面上。 吸附反应速度非常快，吸附反应速度非常快，V主要取决于第主要取决于第I、II阶段速度，而颗粒外部扩散速度（液膜扩阶段速度，而颗粒外部扩散速度（液膜扩散）散）U=f(c、d、搅动搅动) 集美大学 生

32、物工程学院 刘启明 溶液浓度溶液浓度C，则则U 颗粒直径颗粒直径d，则则U 加强搅动，则加强搅动，则U 而而颗颗粒粒内内部部扩扩散散速速度度V=f（细细孔孔大大小小与与构构造造，吸附质的吸附质的d）吸附剂颗粒直径吸附剂颗粒直径d，V。 d的大小对内、外部扩散都有很大影响，的大小对内、外部扩散都有很大影响，d,V。所以，粉末状活性炭比粒状活性炭的所以，粉末状活性炭比粒状活性炭的吸附速度要快，接触时间短，设备容积小。吸附速度要快，接触时间短，设备容积小。 集美大学 生物工程学院 刘启明 （三）（三） 影响吸附的因素影响吸附的因素1. 溶质（吸附质）的性质：溶质（吸附质）的性质：（1）溶解度：越低越

33、容易吸附，具有较大的影响。）溶解度：越低越容易吸附，具有较大的影响。（2）使液体表面自由能）使液体表面自由能W降低得越多的吸附质则越容降低得越多的吸附质则越容易被吸附。易被吸附。（3）极性：极性吸附剂易吸附极性的吸附质。非极性）极性：极性吸附剂易吸附极性的吸附质。非极性吸附剂易吸附非极性的吸附质。吸附剂易吸附非极性的吸附质。（4）吸附质分子的大小和不饱和度。（活性炭：易吸）吸附质分子的大小和不饱和度。（活性炭：易吸附分子直径较大的饱和化合物。合成沸石：易吸附附分子直径较大的饱和化合物。合成沸石：易吸附分子直径小的不饱和化合物）分子直径小的不饱和化合物）（5）吸附质的浓度较低时，提高）吸附质的浓

34、度较低时，提高C可增加吸附量。可增加吸附量。集美大学 生物工程学院 刘启明2.吸附剂的性质：吸附剂的种类、颗粒大小、吸附剂的性质：吸附剂的种类、颗粒大小、比表面积，颗粒的细孔构造与分布、吸附剂是比表面积，颗粒的细孔构造与分布、吸附剂是否是极性分子等。否是极性分子等。3. 溶液的性质（溶液的性质（pH、温度、共存物质）、温度、共存物质）集美大学 生物工程学院 刘启明二吸附剂吸附剂具有较大的比表面积，较高的吸附容量，良具有较大的比表面积，较高的吸附容量，良好的吸附选择性、稳定性、耐磨性、耐腐蚀好的吸附选择性、稳定性、耐磨性、耐腐蚀性、较好的机械强度，价廉宜得。性、较好的机械强度，价廉宜得。l活性白

35、土、漂白土、硅藻土活性白土、漂白土、硅藻土l活性炭活性炭l硅胶硅胶l活性氧化铝活性氧化铝l沸石沸石l吸附树脂吸附树脂l腐殖酸类腐殖酸类集美大学 生物工程学院 刘启明吸附剂的再生吸附剂的再生 用某种方法将被吸附的物质，从吸附剂的细用某种方法将被吸附的物质，从吸附剂的细孔中除去，以达到能重复使用的目的。孔中除去，以达到能重复使用的目的。l 加热再生法：由脱水、干燥、炭化，活化、加热再生法：由脱水、干燥、炭化，活化、冷却等冷却等5步组成步组成l 药剂再生法：无机酸或药剂再生法：无机酸或NaOH，有机溶剂，有机溶剂（苯、丙酮等）（苯、丙酮等）l 化学氧化法：电解氧化法，化学氧化法：电解氧化法，O3氧化

36、法，湿氧化法，湿式氧化法。式氧化法。l 生物法：利用微生物的作用，将被活性炭生物法：利用微生物的作用，将被活性炭吸附的有机物加以氧化分解。吸附的有机物加以氧化分解。集美大学 生物工程学院 刘启明 集美大学 生物工程学院 刘启明活性炭的比表面积为：活性炭的比表面积为：5001700m2/g，99.9%的表面积，在多孔结构颗粒的内部。的表面积，在多孔结构颗粒的内部。l 小孔：小孔：2nm，0.150.90mL/g，占比表面积的占比表面积的95%以上，起吸附作用，吸附量以小孔吸附为主。以上，起吸附作用，吸附量以小孔吸附为主。l 过渡孔：过渡孔：2100nm，0.020.10mL/g，占比表面积占比表

37、面积5%，吸附量不大，起吸附作用和通道作用。，吸附量不大，起吸附作用和通道作用。l 大孔：大孔：1001000nm，0.20.5mL/g，占比表面积很占比表面积很小，吸附量小，提供通道。小，吸附量小，提供通道。 集美大学 生物工程学院 刘启明三、三、 吸附工艺和设备吸附工艺和设备（1）固定床：吸附剂在床中是固定的，废水）固定床：吸附剂在床中是固定的，废水自上而下流过吸附剂。自上而下流过吸附剂。 单床式、多床串联式、多床并联式。单床式、多床串联式、多床并联式。 按水流方向又可分：升流式与降流式。按水流方向又可分：升流式与降流式。（2）移动床：接近饱和的吸附剂从塔底间歇）移动床：接近饱和的吸附剂从

38、塔底间歇排出，每次卸出总填充量的（排出，每次卸出总填充量的（520）%，同，同时从塔顶投加等量再生炭或新炭。时从塔顶投加等量再生炭或新炭。（3）流化床：吸附剂在塔内处于膨胀状态。）流化床：吸附剂在塔内处于膨胀状态。四、四、 吸附法在污水处理中的应用吸附法在污水处理中的应用 （课外作业查阅相关文献）（课外作业查阅相关文献）集美大学 生物工程学院 刘启明第六节第六节 离子交换法离子交换法l 水处理中软化和除盐的主要方法，污水处理水处理中软化和除盐的主要方法，污水处理中主要去除污水中的金属离子中主要去除污水中的金属离子l 离子交换的实质是不溶性离子化合物（离子离子交换的实质是不溶性离子化合物（离子交

39、换剂）上的交换离子与溶剂中的其它同性离交换剂）上的交换离子与溶剂中的其它同性离子的交换反应，是一种特殊的吸附过程，通常子的交换反应，是一种特殊的吸附过程，通常是可逆化学吸附。是可逆化学吸附。集美大学 生物工程学院 刘启明 离子交换剂离子交换剂2 离子交换树脂离子交换树脂1） 分类分类集美大学 生物工程学院 刘启明2） 结构3磺化煤：兼有强酸性和弱酸性两种活性基团的阳离子交换剂集美大学 生物工程学院 刘启明离子交换树脂的基本性能离子交换树脂的基本性能 1 外观外观 粒径粒径0.31.2mm 乳白、淡黄、棕褐色等乳白、淡黄、棕褐色等 不透明或半透明球状颗粒不透明或半透明球状颗粒 2交联度：以交联度

40、：以710%为宜为宜3含水率含水率 树脂的含水率以每克树脂（在水中充分膨胀）所含水分的百树脂的含水率以每克树脂（在水中充分膨胀）所含水分的百分比（约分比（约50%） 树脂的含水率相应地反映了树脂网架中的孔隙率树脂的含水率相应地反映了树脂网架中的孔隙率4溶胀性溶胀性 干树脂干树脂+水水湿树脂湿树脂 体积胀大体积胀大 绝对溶胀度绝对溶胀度集美大学 生物工程学院 刘启明5密度密度集美大学 生物工程学院 刘启明6.有效有效PH值范围值范围 由于树脂活性基团分为强酸、强碱、弱酸、弱由于树脂活性基团分为强酸、强碱、弱酸、弱碱性，水的碱性，水的pH值势必对其交换容量产生影响。值势必对其交换容量产生影响。各种

41、类型树脂有效各种类型树脂有效pH值范围值范围树脂类型树脂类型强酸性强酸性弱酸性弱酸性强碱性强碱性弱碱性弱碱性有效有效pH值范围值范围11451411207集美大学 生物工程学院 刘启明离子交换树脂的交换容量离子交换树脂的交换容量1交换容量：交换容量： 1）全交换容量）全交换容量（1）定义：一定量的树脂所具有的活性基团或可交换离子）定义：一定量的树脂所具有的活性基团或可交换离子的总量的总量代表交换能力的大小代表交换能力的大小 （2）测定方法：滴定测定与理论上计算）测定方法：滴定测定与理论上计算集美大学 生物工程学院 刘启明集美大学 生物工程学院 刘启明集美大学 生物工程学院 刘启明 逆流再生操作

42、步骤：逆流再生操作步骤： 小反洗小反洗 放水放水 顶压顶压 使床不乱使床不乱 （为何需顶压，顺流时是否需顶压）（为何需顶压，顺流时是否需顶压） 进再生液进再生液 逆向冲洗逆向冲洗 （软化水，流速（软化水，流速57m/h） 正洗正洗为何需软化水逆向冲洗：为何需软化水逆向冲洗：逆流再生要用软化水清洗，否则底层已再生好的树脂在清洗过程中逆流再生要用软化水清洗，否则底层已再生好的树脂在清洗过程中又被消耗，导致出水质量下降，失去了逆流再生的特点。又被消耗，导致出水质量下降，失去了逆流再生的特点。集美大学 生物工程学院 刘启明集美大学 生物工程学院 刘启明逆流再生固定床的再生剂耗量与再生液浓度逆流再生固定

43、床的再生剂耗量与再生液浓度再生剂再生剂 耗量耗量(g/mol) 浓度浓度(%) NaCl 80100 58 HCl 5055 1.53 NaOH 5565 13 钠离子交换器顺流、逆流再生盐耗量和出水水质钠离子交换器顺流、逆流再生盐耗量和出水水质盐耗量盐耗量(g/mol) 出水硬度出水硬度c（1/2Ca2+）umol/L 顺流顺流 逆流逆流 节约节约（%） 逆流再生逆流再生盐比耗盐比耗 顺流顺流 逆流逆流 A厂厂 109.5 86.7 20.8 1.5 510 0 B厂厂 109.6 88 19.7 1.5 46 2 C厂厂 124 74.6 40 1.3 1016 3 集美大学 生物工程学院

44、 刘启明集美大学 生物工程学院 刘启明第七节第七节 萃取法萃取法利用溶质在互不相溶的溶剂里溶解度的不同，用一种利用溶质在互不相溶的溶剂里溶解度的不同，用一种溶剂把溶质从另一溶剂所组成的溶液里提取出来的操溶剂把溶质从另一溶剂所组成的溶液里提取出来的操作方法（例如，用四氯化碳从碘水中萃取碘）。作方法（例如，用四氯化碳从碘水中萃取碘）。K是一个常数，称为是一个常数，称为“分配系数分配系数”。 集美大学 生物工程学院 刘启明一、一、 萃取剂的选择萃取剂的选择1. 选择性好选择性好2. 萃取剂与原料液有大的密度差萃取剂与原料液有大的密度差3. 萃取剂的表面张力萃取剂的表面张力4. 萃取过程的能耗萃取过程

45、的能耗5. 萃取剂的化学稳定性萃取剂的化学稳定性6. 萃取剂的价格萃取剂的价格集美大学 生物工程学院 刘启明二、二、 萃取工艺萃取工艺l根据操作状态（连续式、间歇式）根据操作状态（连续式、间歇式）l根据萃取次数（单级萃取、多级萃取）根据萃取次数（单级萃取、多级萃取）集美大学 生物工程学院 刘启明三、三、 萃取设备萃取设备l 罐式（萃取器）罐式（萃取器）l 塔式（萃取塔）塔式（萃取塔） ，最为常见，最为常见l 离心机式（萃取离心机）离心机式（萃取离心机）集美大学 生物工程学院 刘启明第八节第八节 膜析法膜析法在某种推动力的作用下，利用某种隔膜特定的透过在某种推动力的作用下，利用某种隔膜特定的透过

46、性能，使溶质或溶剂分离的方法称为膜分离。性能，使溶质或溶剂分离的方法称为膜分离。分离溶质时一般叫渗析；分离溶剂时一般叫渗透。分离溶质时一般叫渗析；分离溶剂时一般叫渗透。l渗析法渗析法l电渗析法电渗析法l反渗透法反渗透法l超滤法超滤法集美大学 生物工程学院 刘启明一、渗析法一、渗析法一些动物膜，如膀胱膜、羊皮纸，有分隔水溶液中一些动物膜，如膀胱膜、羊皮纸，有分隔水溶液中某些溶解物质某些溶解物质(溶质溶质)的作用。例如，食盐能透过羊皮的作用。例如，食盐能透过羊皮纸，而糖、淀粉、树胶等则不能。这种方法叫渗析法。纸，而糖、淀粉、树胶等则不能。这种方法叫渗析法。起渗析作用的薄膜，因对溶质的渗透性有选择作

47、用，起渗析作用的薄膜，因对溶质的渗透性有选择作用，故叫半透膜。近年来半透膜有很大的发展，出现很多故叫半透膜。近年来半透膜有很大的发展，出现很多由高分子化合物制造的人造薄膜。半透膜的渗析作用由高分子化合物制造的人造薄膜。半透膜的渗析作用有三种类型：有三种类型：依靠薄膜中依靠薄膜中“孔道孔道”的大，小分离大的大，小分离大小不同的分子或粒子；小不同的分子或粒子；依靠薄膜的离子结构分离性依靠薄膜的离子结构分离性质不同的离子，例如用阳离子交换树脂做成的薄膜可质不同的离子，例如用阳离子交换树脂做成的薄膜可以透过阳离子，叫阳离子交换膜，用阴离子树脂做成以透过阳离子，叫阳离子交换膜，用阴离子树脂做成的薄膜可以

48、透过阴离子，叫阴离子交换膜；的薄膜可以透过阴离子，叫阴离子交换膜；依靠薄依靠薄膜：的有选择的溶解性分离某些物质。在废水处理中膜：的有选择的溶解性分离某些物质。在废水处理中最常用的半透膜是离子交换膜。最常用的半透膜是离子交换膜。集美大学 生物工程学院 刘启明二、电渗析法二、电渗析法电渗析法指的是在外加直流电场的作用下，利用阴离电渗析法指的是在外加直流电场的作用下，利用阴离子交换膜和阳离子交换膜的选择透过性，使一部分离子交换膜和阳离子交换膜的选择透过性，使一部分离子透过离子交换膜而迁移到另一部分水中，从而使一子透过离子交换膜而迁移到另一部分水中，从而使一部分水淡化而另一部分水浓缩的过程。部分水淡化

49、而另一部分水浓缩的过程。 电渗析与电解不同之处在于：电渗析的电压虽高，电电渗析与电解不同之处在于：电渗析的电压虽高，电流并不大，维持不了连续的氧化还原反应所需；电解流并不大，维持不了连续的氧化还原反应所需；电解却正好相反。却正好相反。 电渗析广泛应用于化工、轻工、冶金、电渗析广泛应用于化工、轻工、冶金、造纸、海水淡化、环境保护等领域；造纸、海水淡化、环境保护等领域； 集美大学 生物工程学院 刘启明三、反渗透法三、反渗透法 反渗透法是一种借助压力促使水分子反向渗透，以反渗透法是一种借助压力促使水分子反向渗透，以浓缩溶液或废水的方法。近年来，由于反渗透膜材料浓缩溶液或废水的方法。近年来，由于反渗透

50、膜材料和制造技术的发展以及新型装置的不断开发和运行经和制造技术的发展以及新型装置的不断开发和运行经验的积累，反渗透技术的发展非常迅速，已广泛用于验的积累，反渗透技术的发展非常迅速，已广泛用于水的淡化、除盐和制取纯水等。但反渗透法所需的压水的淡化、除盐和制取纯水等。但反渗透法所需的压力较高，工作压力要比渗透压力大几十倍。即使是改力较高，工作压力要比渗透压力大几十倍。即使是改进的复合膜，正常工作压力也需进的复合膜，正常工作压力也需1.5MPa左右。同时，左右。同时，为了保证反渗透装置的正常运行和延长膜的寿命，在为了保证反渗透装置的正常运行和延长膜的寿命，在反渗透装置前必须有充分的预处理装置。反渗透

51、装置前必须有充分的预处理装置。集美大学 生物工程学院 刘启明四、超滤法四、超滤法 超过滤法与反渗透法相似。但超滤膜的微孔孔径比超过滤法与反渗透法相似。但超滤膜的微孔孔径比反渗透膜大，在反渗透膜大，在0.0051um之间。超滤的过程并不是之间。超滤的过程并不是单纯的机械截留，物理筛分，而是存在着以下三种作单纯的机械截留，物理筛分，而是存在着以下三种作用：用：溶质在膜表面和微孔孔壁上发生吸附；溶质在膜表面和微孔孔壁上发生吸附；溶质溶质的粒径大小与膜孔径相仿，溶质嵌在孔中，引起阻塞；的粒径大小与膜孔径相仿，溶质嵌在孔中，引起阻塞；溶质的粒径大于膜孔径，溶质在膜表面被机械截留，溶质的粒径大于膜孔径，溶

52、质在膜表面被机械截留，实现筛分。实现筛分。 超滤的过程是动态过滤，即在超滤膜的表面既受到超滤的过程是动态过滤，即在超滤膜的表面既受到垂直于膜面的压力，使水分子得以透过膜面并与被截垂直于膜面的压力，使水分子得以透过膜面并与被截留物质分离，同时又产生一个与膜表面平行的切向力，留物质分离，同时又产生一个与膜表面平行的切向力，以将截留在膜表面的物质冲开。所以，超滤运行的周以将截留在膜表面的物质冲开。所以，超滤运行的周期可以较长。期可以较长。 在废水处理中，超过滤法目前主要用于分离有机的在废水处理中，超过滤法目前主要用于分离有机的溶解物，如淀粉、蛋白质、树胶、油漆等。超过滤法溶解物，如淀粉、蛋白质、树胶

53、、油漆等。超过滤法所需的压力比反渗透法要低，一般为所需的压力比反渗透法要低，一般为0.10.7MPa。集美大学 生物工程学院 刘启明l 可在一般温度下操作，没有相变；可在一般温度下操作，没有相变；l 浓缩分离同时进行；浓缩分离同时进行；l 不需投加其他物质，不改变分离物质的性质；不需投加其他物质，不改变分离物质的性质；l 适应性强，运行稳定。适应性强，运行稳定。l 贵！贵！膜分离的特点膜分离的特点集美大学 生物工程学院 刘启明第九节第九节 超临界处理技术超临界处理技术l任何物质，随着温度、压力的变化，都会相应地呈现任何物质，随着温度、压力的变化，都会相应地呈现为固态、液态和气态这三种物相状态，

54、即超临界流体。为固态、液态和气态这三种物相状态，即超临界流体。三态之间互相转化的温度和压力值叫作临界点。三态之间互相转化的温度和压力值叫作临界点。 l超临界状态是一种特殊的超临界状态是一种特殊的流体流体。在。在临界点临界点附近，它有附近，它有很大的可压缩性，适当增加压力，可使它的很大的可压缩性，适当增加压力，可使它的密度密度接近一接近一般液体的密度，因而有很好的溶解其他物质的性能。另般液体的密度，因而有很好的溶解其他物质的性能。另一方面，超临界态的一方面，超临界态的黏度黏度只有一般液体的只有一般液体的1/12至至1/4，但它的但它的扩散系数扩散系数却比一般液体大却比一般液体大7至至24倍，近似

55、于气体。倍，近似于气体。这就使它具有很好的这就使它具有很好的流动性流动性，因此超临界态物质，因此超临界态物质(尤其尤其是是二氧化碳二氧化碳和水和水)可以是很好的工业萃取剂。可以是很好的工业萃取剂。集美大学 生物工程学院 刘启明集美大学 生物工程学院 刘启明超临界水超临界水将水的温度和压力升高到临界点（温度将水的温度和压力升高到临界点（温度374，压力，压力22MPa）以上，水就会处于一种既不同于气态也不同）以上，水就会处于一种既不同于气态也不同于液态和固态的新的流体态于液态和固态的新的流体态超临界态，该状态的超临界态，该状态的水即称之为超临界水。水即称之为超临界水。超临界超临界CO2临界点温度

56、低临界点温度低31，压力低，压力低7.3MPa集美大学 生物工程学院 刘启明 超临界水氧化超临界水氧化 （1）效率高，处理彻底，有机物能完全被氧化成）效率高，处理彻底，有机物能完全被氧化成二氧化碳、水、氮气以及盐类等无毒的小分子产物；二氧化碳、水、氮气以及盐类等无毒的小分子产物； （2）由于反应速率快，停留时间短）由于反应速率快，停留时间短(1min)，所以，所以反应器结构简洁，体积小；反应器结构简洁，体积小； （3）适用范围广，可以适用于各种有毒物质、废）适用范围广，可以适用于各种有毒物质、废水废物的处理；水废物的处理； （4）不形成二次污染，产物清洁不需要进一步处）不形成二次污染，产物清洁不需要进一步处理，且无机盐可从水中分离出来，处理后的废水可完理，且无机盐可从水中分离出来，处理后的废水可完全回收利用；全回收利用； （5）当有机物含量超过）当有机物含量超过2%时，就可以依靠反应过时，就可以依靠反应过程中自身氧化放热来维持反应所需的温度，不需要额程中自身氧化放热来维持反应所需的温度，不需要额外供给热量。外供给热量。超临界技术的应用超临界技术的应用集美大学 生物工程学院 刘启明