水污染控制工程：第5章 污水的物理化学处理

《水污染控制工程：第5章 污水的物理化学处理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水污染控制工程：第5章 污水的物理化学处理（126页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、水污染控制工程水污染控制工程南京师范大学南京师范大学地理科学学院环境系地理科学学院环境系第5章 污水的物理化学处理第第5章章 污水的污水的物理物理化学处理化学处理l5.1 5.1 混凝混凝l5.2 5.2 气浮气浮l5.3 5.3 吸附吸附l5.4 5.4 膜处理膜处理一、混凝概述一、混凝概述一、混凝概述一、混凝概述1 1、混凝的作用、混凝的作用 废水中的大颗粒可以通过重力沉淀法去除，废水中的大颗粒可以通过重力沉淀法去除，但微小粒径的悬浮物和胶体能在水中长期保持分但微小粒径的悬浮物和胶体能在水中长期保持分散悬浮状态，即使静置数十个小时也不会自然沉散悬浮状态，即使静置数十个小时也不会自然沉降。降

2、。 混凝所处理的混凝所处理的对象对象，主要是水和废水中的，主要是水和废水中的微微小悬浮物和胶体杂质小悬浮物和胶体杂质。5.1 5.1 混凝混凝2 2、凝聚、絮凝和混凝、凝聚、絮凝和混凝 凝聚凝聚(coagulation)(coagulation)：投加混凝剂后水中的胶体失去投加混凝剂后水中的胶体失去稳定性，胶体颗粒互相凝聚，结果形成众多的稳定性，胶体颗粒互相凝聚，结果形成众多的“小矾花小矾花”。 絮凝絮凝(flocculation)(flocculation)： 凝聚过程中形成的凝聚过程中形成的“小矾花小矾花”通过吸附、卷带、架桥等作用，形成颗粒较大絮凝体的通过吸附、卷带、架桥等作用，形成颗粒

3、较大絮凝体的过程。过程。 混凝：混凝：是凝聚、絮凝两各过程的总称。是水中胶体粒是凝聚、絮凝两各过程的总称。是水中胶体粒子及微小悬浮物的聚集过程。子及微小悬浮物的聚集过程。3 3、天然水中的胶体杂质、天然水中的胶体杂质 通常是通常是负电荷胶体负电荷胶体，如粘土、细菌、病毒、藻类、，如粘土、细菌、病毒、藻类、腐殖质等。腐殖质等。4 4、混凝的应用、混凝的应用 给水处理：给水处理： 混凝混凝+ +沉淀，微絮凝沉淀，微絮凝+ +过滤；过滤； 去除废水中的悬浮物和胶体物质外。去除废水中的悬浮物和胶体物质外。 废水处理：废水处理： 各种工业废水的预处理、中间处理或各种工业废水的预处理、中间处理或 最终处理

4、及城市污水的三级处理和污最终处理及城市污水的三级处理和污 泥处理。除用于去除废水中的悬浮物泥处理。除用于去除废水中的悬浮物 和胶体物质外，还用于除油和脱色。和胶体物质外，还用于除油和脱色。5 5、混凝的特点、混凝的特点 优点：设备简单，操作方便；优点：设备简单，操作方便； 便于间歇运行，效果好。便于间歇运行，效果好。 缺点：运行费用高；缺点：运行费用高； 沉渣量大，处置困难；沉渣量大，处置困难；二、胶体的特性二、胶体的特性二、胶体的特性二、胶体的特性 1 1 1 1、胶体的基本特性、胶体的基本特性、胶体的基本特性、胶体的基本特性 ( ( ( (一一一一) ) ) ) 光学特性光学特性光学特性光

5、学特性：指胶体在水溶液中能引起光的反射指胶体在水溶液中能引起光的反射指胶体在水溶液中能引起光的反射指胶体在水溶液中能引起光的反射。 ( ( ( (二二二二) ) ) ) 布朗运动布朗运动布朗运动布朗运动: : : : 胶体为常见的分散体系之一。胶体为常见的分散体系之一。胶体为常见的分散体系之一。胶体为常见的分散体系之一。 ( ( ( (三三三三) ) ) ) 表面特性表面特性表面特性表面特性：分散体系的分散度越大，胶体颗粒的分散体系的分散度越大，胶体颗粒的分散体系的分散度越大，胶体颗粒的分散体系的分散度越大，胶体颗粒的比表面积越大，具有的表面自由能越大，使胶体可以产生比表面积越大，具有的表面自

6、由能越大，使胶体可以产生比表面积越大，具有的表面自由能越大，使胶体可以产生比表面积越大，具有的表面自由能越大，使胶体可以产生特殊的吸附能力和溶解现象。特殊的吸附能力和溶解现象。特殊的吸附能力和溶解现象。特殊的吸附能力和溶解现象。 ( ( ( (四四四四) ) ) ) 动电现象动电现象动电现象动电现象 （电泳现象）：胶体具有带电性，（电泳现象）：胶体具有带电性，（电泳现象）：胶体具有带电性，（电泳现象）：胶体具有带电性，在电在电场力作用下，胶体微粒向一个电极方向移动的现象场力作用下，胶体微粒向一个电极方向移动的现象。2 2、胶体的结构、胶体的结构 胶核胶核 胶粒胶粒 胶团胶团 吸附层吸附层 扩散

7、层扩散层3 3、双电层理论、双电层理论 中心称为中心称为胶核胶核，其表面，其表面选择性地吸附了一层带有选择性地吸附了一层带有同号电荷的离子（可以是同号电荷的离子（可以是胶核的组成物直接电离产胶核的组成物直接电离产生的，也可以是从水中选生的，也可以是从水中选择吸附的择吸附的H H+ +或或OHOH- -造成的），造成的），成为胶体的成为胶体的电位离子电位离子。 由于电位离子的静电引由于电位离子的静电引力，在其周围又吸附了大力，在其周围又吸附了大量的异号离子，形成了所量的异号离子，形成了所谓的谓的“双电层双电层”。胶核 这些异号离子，其中紧靠电这些异号离子，其中紧靠电位离子的部分被牢固的吸引着，位

8、离子的部分被牢固的吸引着，当胶核运动时，它也随着一起当胶核运动时，它也随着一起运动，形成固定的离子层，称运动，形成固定的离子层，称为为吸附层吸附层。而其它的异号离子，。而其它的异号离子，距离电位离子较远，受到的引距离电位离子较远，受到的引力较弱，不随胶核一起运动，力较弱，不随胶核一起运动，并有向水中扩散的趋势，形成并有向水中扩散的趋势，形成了了扩散层扩散层。 吸附层与扩散层之间的交界吸附层与扩散层之间的交界面称为面称为滑动面。滑动面。胶核 滑动面以内的部分称为滑动面以内的部分称为胶粒胶粒，胶粒与扩散层之间有一个电位差，称，胶粒与扩散层之间有一个电位差，称为胶体的为胶体的电动电位（电动电位（电位

9、）电位）。而胶核表面的电位离子与溶液之间的。而胶核表面的电位离子与溶液之间的电位差称为电位差称为总电位（总电位（电位电位，电位离子和反离子形成的总电位。），电位离子和反离子形成的总电位。） 胶体在水中受到几个方面的影响：胶体在水中受到几个方面的影响： （1 1）由于胶粒的带电现象，带相同电荷的胶体产生）由于胶粒的带电现象，带相同电荷的胶体产生静静电斥力电斥力，而且，而且电位越高，胶体间的静电斥力越大。电位越高，胶体间的静电斥力越大。 （2 2）受水分子热运动的撞击，使胶体在水中做不规则）受水分子热运动的撞击，使胶体在水中做不规则的的布朗运动布朗运动。 （3 3）胶粒之间还存在着）胶粒之间还存在

10、着相互引力相互引力范德华引力范德华引力。范。范德华引力的大小与胶粒间距离的平方成反比，当间距较德华引力的大小与胶粒间距离的平方成反比，当间距较大时，可忽略不计。大时，可忽略不计。 一般水中的胶粒，一般水中的胶粒，电位较高。其互相间斥力不仅电位较高。其互相间斥力不仅与电位有关，还与胶粒的间距有关，距离愈近，斥力愈与电位有关，还与胶粒的间距有关，距离愈近，斥力愈大。而布朗运动的动能不足以将两颗胶粒推近到使范德大。而布朗运动的动能不足以将两颗胶粒推近到使范德华引力发挥作用的距离。因此，华引力发挥作用的距离。因此，胶体微粒不能相互聚结胶体微粒不能相互聚结而长期保持稳定的分散状态。而长期保持稳定的分散状

11、态。 使胶体微粒不能相互聚结的另一个因素是水化作用。使胶体微粒不能相互聚结的另一个因素是水化作用。由于胶粒带电，将极性水分于吸引到它的周围形成一层由于胶粒带电，将极性水分于吸引到它的周围形成一层水化膜。水化膜。水化膜同样能阻止胶粒间相互接触。水化膜同样能阻止胶粒间相互接触。但是，水但是，水化膜是伴随胶粒带电而产生的，如果胶粒的（电位消除化膜是伴随胶粒带电而产生的，如果胶粒的（电位消除或减弱，水化膜也就随之消失或减弱。或减弱，水化膜也就随之消失或减弱。3 3、双电层理论、双电层理论 受胶核电位离子的受胶核电位离子的静电引力静电引力和反离子热运动的和反离子热运动的扩散作用扩散作用、溶、溶液对反离子

12、的液对反离子的水化作用水化作用，反离子反离子的浓度的浓度随随与胶粒表面距离与胶粒表面距离增加而增加而逐渐减少，分布符合逐渐减少，分布符合BoltzmannBoltzmann分分布。布。4 4、胶体的稳定性、胶体的稳定性 胶体的稳定性，指胶体粒子在水中长期保持分散悬胶体的稳定性，指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。浮状态的特性。 稳定因素稳定因素 静电斥力静电斥力 布朗运动布朗运动 水化作用水化作用 不稳定因素不稳定因素 范德华引力范德华引力 布朗运动布朗运动 重力作用重力作用 胶体的稳定性胶体的稳定性 （1 1 1 1）动力学稳定：）动力学稳定：）动力学稳定：）动力学稳定：是指颗粒布朗

13、运动对抗重力影响的是指颗粒布朗运动对抗重力影响的是指颗粒布朗运动对抗重力影响的是指颗粒布朗运动对抗重力影响的能力。粒子越小，动力学稳定性越高。能力。粒子越小，动力学稳定性越高。能力。粒子越小，动力学稳定性越高。能力。粒子越小，动力学稳定性越高。 （2 2 2 2）聚集稳定性：）聚集稳定性：）聚集稳定性：）聚集稳定性：指胶体粒子间不能相互聚集的特性。指胶体粒子间不能相互聚集的特性。指胶体粒子间不能相互聚集的特性。指胶体粒子间不能相互聚集的特性。胶体粒子小，比表面积大，故表面能大，在胶体粒子小，比表面积大，故表面能大，在胶体粒子小，比表面积大，故表面能大，在胶体粒子小，比表面积大，故表面能大，在布

14、朗运动作用布朗运动作用布朗运动作用布朗运动作用下，有自发地相互聚集的倾向，但由于粒子下，有自发地相互聚集的倾向，但由于粒子下，有自发地相互聚集的倾向，但由于粒子下，有自发地相互聚集的倾向，但由于粒子表面同性电荷表面同性电荷表面同性电荷表面同性电荷的排斥力作用或水化膜的排斥力作用或水化膜的排斥力作用或水化膜的排斥力作用或水化膜的的的的的的的的阻碍阻碍阻碍阻碍使这种自发聚集不能发生。使这种自发聚集不能发生。使这种自发聚集不能发生。使这种自发聚集不能发生。 （电位导致）电位导致）电位导致）电位导致） 可见胶体粒子表面电荷或水化膜消除，便失去聚集可见胶体粒子表面电荷或水化膜消除，便失去聚集可见胶体粒子

15、表面电荷或水化膜消除，便失去聚集可见胶体粒子表面电荷或水化膜消除，便失去聚集稳定性，小颗粒便可相互聚集成大的颗粒，从而动力学稳定性，小颗粒便可相互聚集成大的颗粒，从而动力学稳定性，小颗粒便可相互聚集成大的颗粒，从而动力学稳定性，小颗粒便可相互聚集成大的颗粒，从而动力学稳定性也随之破坏，沉淀就会发生。稳定性也随之破坏，沉淀就会发生。稳定性也随之破坏，沉淀就会发生。稳定性也随之破坏，沉淀就会发生。因此，胶体稳定性因此，胶体稳定性因此，胶体稳定性因此，胶体稳定性关键在于聚集稳定性。关键在于聚集稳定性。关键在于聚集稳定性。关键在于聚集稳定性。 混凝处理即是要破坏胶体的混凝处理即是要破坏胶体的混凝处理即

16、是要破坏胶体的混凝处理即是要破坏胶体的聚集稳定性，聚集稳定性，聚集稳定性，聚集稳定性，使胶体脱使胶体脱使胶体脱使胶体脱稳、聚集、沉淀析出。稳、聚集、沉淀析出。稳、聚集、沉淀析出。稳、聚集、沉淀析出。5 5 5 5、胶体的类型、胶体的类型、胶体的类型、胶体的类型 ( ( ( (一一一一) ) ) ) 疏水性胶体（憎水性胶体）疏水性胶体（憎水性胶体）疏水性胶体（憎水性胶体）疏水性胶体（憎水性胶体） 吸附层中的离子直接与胶核接触，水分子不能直接吸附层中的离子直接与胶核接触，水分子不能直接吸附层中的离子直接与胶核接触，水分子不能直接吸附层中的离子直接与胶核接触，水分子不能直接接触胶核。如氢氧化铝、二氧

17、化硅在水中形成的胶体。接触胶核。如氢氧化铝、二氧化硅在水中形成的胶体。接触胶核。如氢氧化铝、二氧化硅在水中形成的胶体。接触胶核。如氢氧化铝、二氧化硅在水中形成的胶体。 ( ( ( (二二二二) ) ) ) 亲水性胶体亲水性胶体亲水性胶体亲水性胶体 胶核表面存在某些极性基团和水分子亲和力很大，胶核表面存在某些极性基团和水分子亲和力很大，胶核表面存在某些极性基团和水分子亲和力很大，胶核表面存在某些极性基团和水分子亲和力很大，使水分子直接吸附到胶核表面而形成一层水化膜的胶体。使水分子直接吸附到胶核表面而形成一层水化膜的胶体。使水分子直接吸附到胶核表面而形成一层水化膜的胶体。使水分子直接吸附到胶核表面

18、而形成一层水化膜的胶体。 根据胶体的特性，在水处理中，采取措施根据胶体的特性，在水处理中，采取措施破坏胶体的稳定性。采用的方法：破坏胶体的稳定性。采用的方法： 投加电解质投加电解质 投加电荷不同或水化作用不同的胶体或产投加电荷不同或水化作用不同的胶体或产生此类胶体的电解质生此类胶体的电解质 投加高分子物质投加高分子物质 接触凝聚接触凝聚 上述投加的物质统称上述投加的物质统称混凝剂混凝剂三、混凝原理三、混凝原理 化学混凝的机理至今仍未完全清楚。因为它涉及的化学混凝的机理至今仍未完全清楚。因为它涉及的因素很多，如水中杂质的成分和浓度、水温、水的因素很多，如水中杂质的成分和浓度、水温、水的pHpH值

19、、值、碱度，以及混凝剂的性质和混凝条件等。碱度，以及混凝剂的性质和混凝条件等。 （一）双电层压缩机理（一）双电层压缩机理 （二）吸附电中和机理（二）吸附电中和机理 （三）吸附架桥机理（三）吸附架桥机理 （四）沉淀物网捕机理（四）沉淀物网捕机理 （一）双电层压缩一）双电层压缩一）双电层压缩一）双电层压缩 1 1 1 1、憎水性胶体憎水性胶体憎水性胶体憎水性胶体 当两个胶粒相互接近以至双电层发生重叠当两个胶粒相互接近以至双电层发生重叠当两个胶粒相互接近以至双电层发生重叠当两个胶粒相互接近以至双电层发生重叠时，就产生静电斥力。时，就产生静电斥力。时，就产生静电斥力。时，就产生静电斥力。 向溶液中投加

20、电解质，溶液中离子浓度增向溶液中投加电解质，溶液中离子浓度增向溶液中投加电解质，溶液中离子浓度增向溶液中投加电解质，溶液中离子浓度增加，扩散层的厚度将从图上的加，扩散层的厚度将从图上的加，扩散层的厚度将从图上的加，扩散层的厚度将从图上的oaoaoaoa减小到减小到减小到减小到obobobob。 加入的反离子与扩散层原有反离子之间的加入的反离子与扩散层原有反离子之间的加入的反离子与扩散层原有反离子之间的加入的反离子与扩散层原有反离子之间的静电斥力将部分反离子挤压到吸附层中，从而静电斥力将部分反离子挤压到吸附层中，从而静电斥力将部分反离子挤压到吸附层中，从而静电斥力将部分反离子挤压到吸附层中，从而

21、使扩散层厚度减小。使扩散层厚度减小。使扩散层厚度减小。使扩散层厚度减小。 由于扩散层厚度的减小，由于扩散层厚度的减小，电位相应降低，胶粒间电位相应降低，胶粒间的相互排斥力也减少。的相互排斥力也减少。 由于扩散层减薄，颗粒相撞时的距离减少，相互间由于扩散层减薄，颗粒相撞时的距离减少，相互间的吸引力变大。的吸引力变大。颗粒间排斥力与吸引力的合力由斥力为颗粒间排斥力与吸引力的合力由斥力为主变为以引力为主，颗粒就能主变为以引力为主，颗粒就能相互凝聚相互凝聚。 两个胶粒能否相互凝聚，取决于二者的总势能。两个胶粒能否相互凝聚，取决于二者的总势能。两个胶粒能否相互凝聚，取决于二者的总势能。两个胶粒能否相互凝

22、聚，取决于二者的总势能。DLVO理论理论 根据根据DLVODLVO理论，理论，要使胶粒通过布朗运动相互要使胶粒通过布朗运动相互碰撞聚集，需要降低其排斥势能，碰撞聚集，需要降低其排斥势能，即降低或消除即降低或消除胶粒的胶粒的电位，电位，在水中投加电解质即可达到此目在水中投加电解质即可达到此目的。的。 对于水中的负电荷胶体，投入的电解质对于水中的负电荷胶体，投入的电解质混凝剂应是正电荷或聚合离子，如混凝剂应是正电荷或聚合离子，如NaNa+ +、CaCa2+2+、AlAl3+3+等，其等，其作用作用是压缩胶体双电层是压缩胶体双电层为保持胶体为保持胶体电性中和电性中和所要求的扩散层厚度。所要求的扩散层

23、厚度。 根据根据SchulzeSchulzeHardyHardy法则：法则： 浓度相同的电解质破坏胶体稳定性的浓度相同的电解质破坏胶体稳定性的效力效力随随离子价离子价数数的增加而加大。的增加而加大。 （高价电解质压缩胶体双电层的效果远比低价电解质（高价电解质压缩胶体双电层的效果远比低价电解质有效。）有效。） 重新稳定现象重新稳定现象: : 当混凝剂投量过多时，凝聚效果下当混凝剂投量过多时，凝聚效果下降的现象。降的现象。原因：原因：胶体吸附电解质，表面电荷重新分布。胶体吸附电解质，表面电荷重新分布。 2 2 2 2、亲水性胶体：、亲水性胶体：、亲水性胶体：、亲水性胶体： 水化作用水化作用是亲水性

24、胶体聚集稳定性的主要原因。是亲水性胶体聚集稳定性的主要原因。 亲水性胶体虽然也存在双电层结构，但亲水性胶体虽然也存在双电层结构，但电位对胶体电位对胶体稳定性的影响远小于水化膜的影响。稳定性的影响远小于水化膜的影响。 （二）吸附电中和机理二）吸附电中和机理 异号胶粒间相互吸引达到电中和而凝聚；异号胶粒间相互吸引达到电中和而凝聚； 大胶粒吸附许多小胶粒或异号离子，大胶粒吸附许多小胶粒或异号离子，电位降低，吸电位降低，吸引力使同号胶粒相互靠近发生凝聚。引力使同号胶粒相互靠近发生凝聚。 在水处理中，一般均投加高价电解质或聚合离子。在水处理中，一般均投加高价电解质或聚合离子。 再稳现象：再稳现象：过多投

25、加多核络合离子，胶核的强烈吸附过多投加多核络合离子，胶核的强烈吸附作用，使胶体重新带电（电荷异号），而出现的再稳现象。作用，使胶体重新带电（电荷异号），而出现的再稳现象。 （三）吸附架桥机理（三）吸附架桥机理 吸吸附附架架桥桥作作用用是是指指链链状状高高分分子子聚聚合合物物在在静静电电引引力力、范范德德华华力力和和氢氢键键力力等等作作用用下下，通通过过活活性性部部位位与与胶胶粒粒和和细细微悬浮物等发生吸附桥连的现象。微悬浮物等发生吸附桥连的现象。 再稳现象 胶体再稳现象：胶体再稳现象： （1 1）高高分分子子聚聚合合物物浓浓度度较较高高时时，对对胶胶粒粒的的包包裹裹，产产生生“胶体保护胶体保护

26、”作用。作用。 （2 2）胶粒较少时，高分子聚合物的缠绕作用；）胶粒较少时，高分子聚合物的缠绕作用； （3 3）长时间的剧烈搅拌。）长时间的剧烈搅拌。（四）沉淀物网捕机理（四）沉淀物网捕机理 当当采采用用硫硫酸酸铝铝、石石灰灰或或氯氯化化铁铁等等高高价价金金属属盐盐类类作作混混凝凝剂剂时时，当当投投加加量量很很大大形形成成大大量量的的金金属属氢氢氧氧化化物物( (如如Al(OH)Al(OH)3 3 、Fe(OH)Fe(OH)3 3或或带带金金属属碳碳酸酸盐盐(CaCO(CaCO3 3) )沉沉淀淀时时，可可以以网网捕捕、卷卷扫扫水水中中的的胶胶粒粒，水水中中的的胶胶粒粒以以这这些些沉沉淀淀为为

27、核核心心产生沉淀。这基本上是产生沉淀。这基本上是一种机械作用一种机械作用。 混混凝凝剂剂最最佳佳投投加加量量与与被被除除去去物物质质的的浓浓度度成成反反比比，胶胶粒越多，金属混凝剂投加量越少粒越多，金属混凝剂投加量越少。 在在混混凝凝过过程程中中，上上述述现现象象常常不不是是单单独独存存在在的的，往往往往同同时时存存在在，只只是是在在一一定定情情况况下以某种现象为主。下以某种现象为主。 对于混凝剂而言，在废水处理时：对于混凝剂而言，在废水处理时：（带负电胶体）（带负电胶体） （1）普通电解质）普通电解质 只有压缩双电层和吸附电中和作用；只有压缩双电层和吸附电中和作用； （2）高分子物质）高分子

28、物质 A、阳阳离离子子型型（带带正正电电荷荷）聚聚合合电电解解质质，具具有有电电中中和作用和吸附架桥功能。和作用和吸附架桥功能。 B、非非离离子子型型（不不带带电电荷荷）或或阴阴离离子子型型（带带负负电电荷荷）聚合电解质，只能起吸附架桥作用。聚合电解质，只能起吸附架桥作用。( (一一) ) 混凝剂的分类混凝剂的分类四、混凝剂与助凝剂四、混凝剂与助凝剂 1 1、无机混凝剂、无机混凝剂 传统无机混凝剂和无机高分子混凝剂。传统无机混凝剂和无机高分子混凝剂。 铝盐铝盐 硫酸铝（硫酸铝（AlAl2 2(SO(SO4 4) )3 318H18H2 2O O） 明矾（明矾（K K2 2SOSO4 4AlAl

29、2 2(SO(SO4 4) )3 324H24H2 2O O） 由由于于铝铝的的比比重重小小，在在水水温温低低的的情情况况下下，絮絮粒粒较较轻轻而而疏松，处理效果较差。疏松，处理效果较差。 pHpH有效范围较窄，在有效范围较窄，在5.5-85.5-8之间。之间。 投加量大。投加量大。 以以 铝盐铝盐 为例，介绍混凝的过程：为例，介绍混凝的过程： 在水中，Al3+以Al(H2O)63+的形态存在，发生水解： Al(H2O)63+ =Al (OH)(H2O)52+ + H+ Al(OH)(H2O)52+ = Al(OH )2(H2O)4+ + H+ Al(OH )2(H2O)4+ =Al(OH )

30、3(H2O)3 + H+ （1）pH4时，水中以Al(H2O)63+ 为主； （2） pH45时，以Al (OH)(H2O)52+ 、 Al(OH )2(H2O)4+ 及少量的Al(OH )3(H2O)3； （3）pH78时，水中以Al(OH )3(H2O)3为主。 （4）pH9时，水中产生Al(OH )3沉淀。 水解过程水解过程 单核络合物通OH-桥键缩聚桥键缩聚成单核羟基络合物： Al(H2O)63+ +Al (OH)(H2O)52+ + Al2 (OH)(H2O)105+H2O 两个单羟基络合物可缩合成双羟基双核络合物： OH 2Al (OH)(H2O)52+ = (H2O)4Al Al

31、(H2O)44+ + 2H2O OH 生成物Al2(OH)2(OH)84+还可进一步缩合成Al3(OH)4(H2O)105+ 缩合产物同时也会发生水解反应： Al3(OH)4(H2O)105+ Al3(OH)5(H2O)94+ + H+ 水解与缩聚两种反应交替进行，最终生成聚合度极大的中性氢氧化铝，浓度超过其溶解度时析出氢氧化铝沉淀。铝离子在水中化学反应的全过程铝离子在水中化学反应的全过程 Al Al3+3+在水中的存在状态和在水中的存在状态和pHpH有关有关： 在在pH pH 较低时，较低时，高电荷低聚合度的络合物占多数；高电荷低聚合度的络合物占多数； 在在pH pH 较高时，较高时，低电荷

32、高聚合度的络合物占多数。低电荷高聚合度的络合物占多数。其中：其中： 对对于于高高电电荷荷低低聚聚合合度度的的水水解解聚聚合合物物，主主要要起起到到压压缩缩双双电层和吸附架桥作用；电层和吸附架桥作用； 对对于于低低电电荷荷高高聚聚合合度度的的水水解解聚聚合合物物，主主要要起起到到吸吸附附架架桥作用和沉淀网捕作用；桥作用和沉淀网捕作用； 对对于于高高聚聚合合度度的的水水解解沉沉淀淀物物，以以吸吸附附、网网捕捕、卷卷带带作作用为主。用为主。 铁盐铁盐 三氯化铁（三氯化铁（FeClFeCl3 36H6H2 2O O） 硫酸亚铁（硫酸亚铁（FeSOFeSO4 47H7H2 2O O） 生成的絮粒在水中的

33、沉淀速度较快；生成的絮粒在水中的沉淀速度较快； 处理浊度高、水温较低的废水，效果比较显著；处理浊度高、水温较低的废水，效果比较显著； FeClFeCl3 3容易吸水潮解，故不易保管；腐蚀性强，对混容易吸水潮解，故不易保管；腐蚀性强，对混凝土也产生腐蚀作用；生成凝土也产生腐蚀作用；生成Fe(OH)Fe(OH)2 2它的溶解度很大，残它的溶解度很大，残留水中的留水中的FeFe2+2+会使处理后的水带色，会使处理后的水带色， 无机高分子混凝剂无机高分子混凝剂 聚合氯化铝聚合氯化铝 ( (碱式氯化铝，简称碱式氯化铝，简称PAC)PAC) 化学通式为化学通式为AlAl2 2(OH)(OH)n nClCl

34、6-n6-n m m, ,式中式中n5n5，m10m10。 制备：以铝灰或含铝矿物作原料，采用酸溶法或碱制备：以铝灰或含铝矿物作原料，采用酸溶法或碱溶法加工制成的。溶法加工制成的。 参考书：参考书：碱式氯化铝碱式氯化铝李润生李润生 A A 对水质适应性较强，适用对水质适应性较强，适用pHpH范围广，范围广，5-95-9之间；之间； B B 絮凝体形成快，比重大，沉降性好；絮凝体形成快，比重大，沉降性好； C C 投药量低。投药量低。 D D 碱化度较高，对设备的腐蚀性小，处理后的水碱化度较高，对设备的腐蚀性小，处理后的水pHpH和碱度下降较小。和碱度下降较小。 聚合硫酸铁聚合硫酸铁( (碱式硫

35、酸铁碱式硫酸铁)()(简写简写PFS)PFS) 化学通式为化学通式为FeFe2 2(OH)(OH)n n(SO(SO4 4) )3- n/23- n/2 m m式中式中n10n10。 A A 适用范围广：适用范围广：pH 4-11pH 4-11；低水温，混凝效果稳定；低水温，混凝效果稳定； B B 用量小，絮凝体沉降性能好；用量小，絮凝体沉降性能好； C C COD COD去除率和脱色效果好；去除率和脱色效果好； D D 处理后水中铁残留量低，腐蚀性较小。处理后水中铁残留量低，腐蚀性较小。 2 2、有机混凝剂、有机混凝剂 天然高分子混凝剂天然高分子混凝剂 人工合成高分子混凝剂，水处理中常用阴离

36、子型、人工合成高分子混凝剂，水处理中常用阴离子型、阳离子型、非离子型阳离子型、非离子型3 3种高分子混凝剂。种高分子混凝剂。 (1) (1) 天然高分子混凝剂天然高分子混凝剂 主要有动物胶、淀粉、甲壳素等。主要有动物胶、淀粉、甲壳素等。 特点：特点：电荷密度小，分子量较低，且易发生降解电荷密度小，分子量较低，且易发生降解而失去活性。而失去活性。 (2) (2) 人工合成高分子混凝剂人工合成高分子混凝剂 阴阴离离子子型型：主主要要含含-COOM-COOM(M(M为为H H+ +或或金金属属离离子子) )或或 -SO-SO3 3H H的的聚聚合合物物，如如阴阴离离子子聚聚丙丙烯烯酰酰胺胺(CPAM

37、)(CPAM)和和聚聚苯苯乙乙烯烯磺酸钠（磺酸钠（PSSPSS）等。）等。 阳阳离离子子型型：主主要要是是含含有有-NH-NH3 3+ +、-NH-NH2 2+ +和和-N-N+ +R R4 4的的聚聚合物，合物，如阳离子聚丙烯酰胺（如阳离子聚丙烯酰胺（APAMAPAM）等。）等。 非非离离子子型型：所所含含基基团团未未发发生生反反应应的的聚聚合合物物。如如非离子型聚丙烯酰胺（非离子型聚丙烯酰胺（NPAMNPAM）和聚氧化乙烯）和聚氧化乙烯(PEO)(PEO)等。等。聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺 简称简称PAMPAM，又称三号混凝剂，又称三号混凝剂，PAMPAM的分子结构通式为：的分子结构通式为： P

38、AMPAM是线状水溶性高分子，其分子量在是线状水溶性高分子，其分子量在300-1800300-1800万。万。 阴离子聚丙烯酰胺阴离子聚丙烯酰胺(CPAM)(CPAM) 阳离子聚丙烯酰胺（阳离子聚丙烯酰胺（APAMAPAM） 非离子型聚丙烯酰胺（非离子型聚丙烯酰胺（NPAMNPAM） 两性离子型聚丙烯酰胺（两性离子型聚丙烯酰胺（NPAMNPAM） CH2CHn , CONH2 （3 3）高分子混凝剂的作用：）高分子混凝剂的作用： 靠靠氢氢键键、静静电电、范范德德华华力力的的作作用用对对胶胶粒粒强强烈烈的的吸吸附附作用。作用。 高高聚聚合合度度的的线线型型高高分分子子在在溶溶液液中中保保持持适适

39、当当的的伸伸展展形形状状，从从而而发发挥挥吸吸附附架架桥桥作作用用，把把许许多多细细小小颗颗粒粒吸吸附附后后，缠结在一起。缠结在一起。 有机高分子混凝剂使用时须注意的问题：有机高分子混凝剂使用时须注意的问题： 与其他混凝剂共同使用时的与其他混凝剂共同使用时的投加顺序：投加顺序： 当废水低浊度时，宜先投其他混凝剂；当废水浊度当废水低浊度时，宜先投其他混凝剂；当废水浊度高时，应先投加高时，应先投加PAMPAM。 高分子混凝剂最佳投加量的确定。高分子混凝剂最佳投加量的确定。 在高分子混凝剂使用时，应尽量采用较低的浓度。在高分子混凝剂使用时，应尽量采用较低的浓度。 ( (二二) ) 混凝剂研究发展方向

40、混凝剂研究发展方向 有机高分子混凝剂有机高分子混凝剂 天天然然有有机机高高分分子子混混凝凝剂剂：如如壳壳聚聚糖糖及及其其改改性性产产物物、淀粉改性淀粉改性 聚聚丙丙烯烯酰酰胺胺改改性性产产品品：阴阴离离子子型型、阳阳离离子子型型、非非离子型、两性离子型、两性 无机混凝剂无机混凝剂 无无机机复复合合混混凝凝剂剂的的研研制制，如如：聚聚硅硅酸酸铝铝、聚聚硅硅酸酸铁、聚硅酸铝铁铁、聚硅酸铝铁 微生物絮凝剂微生物絮凝剂（三）助凝剂（三）助凝剂 （P519P519） 1 1、定义、定义 当当单单用用混混凝凝剂剂不不能能取取得得良良好好效效果果时时，可可投投加加某某些些辅辅助助药药剂剂以以提提高高混混凝凝

41、效效果果，这这种种辅辅助助药药剂剂称称为为助凝剂。助凝剂。 2 2、 作用作用 （调节或改善混凝的条件）（调节或改善混凝的条件） 改善絮粒结构，增大颗粒粒度及比重。改善絮粒结构，增大颗粒粒度及比重。 调调整整废废水水的的pHpH和和碱碱度度，使使其其达达到到最最佳佳的的混混凝凝条件。条件。 3 3、助凝剂分类、助凝剂分类 pHpH调调整整剂剂：调调节节废废水水的的pHpH符符合合混混凝凝处处理理工工艺艺要要求求。常用石灰、硫酸、氢氧化钠等。常用石灰、硫酸、氢氧化钠等。 絮絮凝凝结结构构改改良良剂剂：投投加加絮絮体体结结构构改改良良剂剂以以增增大大絮絮体体的的粒粒径径、密密度度。常常用用骨骨胶胶

42、、活活化化硅硅酸酸、海海藻藻酸酸钠钠、粘粘土土、 PAMPAM、水玻璃等。、水玻璃等。 氧化剂氧化剂：有机物含量高，易起泡沫，絮凝体不易沉：有机物含量高，易起泡沫，絮凝体不易沉降。投加氯气、次氯酸、臭氧等分解有机物，使胶体脱稳，降。投加氯气、次氯酸、臭氧等分解有机物，使胶体脱稳，还可将还可将FeFe2+2+转化成转化成FeFe3+3+, ,以提高混凝效果。以提高混凝效果。五、影响混凝的因素五、影响混凝的因素 絮絮凝凝作作用用是是复复杂杂的的物物理理化化学学过过程程，影影响响混混凝凝效效果果因因素主要包括：素主要包括： 1.1.浊度浊度 浊浊度度过过高高或或过过低低都都不不利利于于絮絮凝凝，浊浊

43、度度不不同同，所所需需的的絮凝剂用量也不同。絮凝剂用量也不同。 低低浊浊水水缺缺少少凝凝聚聚核核心心，可可将将部部分分沉沉渣渣连连续续回回流流到到混混合池入口，以促进反应过程。合池入口，以促进反应过程。 2.2.水温水温 水水温温会会影影响响无无机机盐盐类类的的水水解解。水水温温低低，水水解解反反应应慢慢；水的粘度增大，布朗运动减弱，混凝效果下降。水的粘度增大，布朗运动减弱，混凝效果下降。 另外，水温也影响反应后的沉降过程。另外，水温也影响反应后的沉降过程。 3.pH3.pH值及碱度值及碱度影响混凝效果的重要因素影响混凝效果的重要因素 (1)(1)pHpH值影响胶体颗粒表面电荷及值影响胶体颗粒

44、表面电荷及电位电位 对对于于带带正正电电胶胶体体，pHpH降降低低， H H+ +吸吸附附量量增增加加，胶胶粒粒电电荷荷增增大大，电电泳速度加快；泳速度加快；pHpH升高，结果与上相反。升高，结果与上相反。 (2)(2)pHpH值对混凝剂作用的影响值对混凝剂作用的影响 pHpH影影响响着着混混凝凝剂剂在在水水中中的的存存在在状状态态，不不同同的的pHpH，混混凝凝剂剂水水解解产产物不同，所起的混凝作用各异。物不同，所起的混凝作用各异。 工工程程上上应应充充分分考考虑虑混混凝凝剂剂水水解解而而引引起起水水pHpH值值的的变变化化，必必要要时时进进行适当调节，使其满足混凝作用的要求。行适当调节，使

45、其满足混凝作用的要求。 . .共存杂质共存杂质 (1)(1)有利成分有利成分: : 可可促促进进混混凝凝过过程程。除除硫硫、磷磷化化合合物物以以外外的的其其他他各各种种无无机机金金属属盐盐，均均能能压压缩缩胶胶体体粒粒子子的的扩扩散散层层厚厚度度，促促进进胶胶体凝聚，且浓度越高，促进能力越强。体凝聚，且浓度越高，促进能力越强。 (2)(2)不利成分不利成分: : 不不利利于于混混凝凝过过程程的的进进行行。磷磷酸酸离离子子、亚亚硫硫酸酸离离子子、高高级级有有机机酸酸离离子子影影响响高高分分子子絮絮凝凝作作用用。氯氯、螯螯合合物物、水水溶性高分子物质和表面活性物质不利于混凝。溶性高分子物质和表面活

46、性物质不利于混凝。 5.5.混凝剂混凝剂 （重点）（重点） 混凝剂种类混凝剂种类 混凝剂的选择主要取决于胶体和细微悬浮物的性质、及浓度。混凝剂的选择主要取决于胶体和细微悬浮物的性质、及浓度。 胶胶体体电电位位高高，应应投投加加无无机机混混凝凝剂剂使使其其脱脱稳稳凝凝聚聚；絮絮体体细细小小，须投加高分子混凝剂或配合使用助凝剂。须投加高分子混凝剂或配合使用助凝剂。 混凝剂投加量混凝剂投加量 投加量与水中微粒种类、性质、浓度有关。投加量与水中微粒种类、性质、浓度有关。 废废水水的的混混凝凝处处理理，最最佳佳混混凝凝剂剂和和最最佳佳投投药药量量的的选选择择应应通通过过实实验验确定。确定。 混凝剂的投加

47、顺序混凝剂的投加顺序 当使用多种混凝剂时，当使用多种混凝剂时，其最佳投药顺序可通过试验来确定。其最佳投药顺序可通过试验来确定。 一般而言，当无机混凝剂与有机混凝剂混用时，先投加无机混一般而言，当无机混凝剂与有机混凝剂混用时，先投加无机混凝剂，再投加有机混凝剂。但当处理的胶粒在凝剂，再投加有机混凝剂。但当处理的胶粒在50um50um以上时，常先投以上时，常先投加有机混凝剂吸附架桥，再加无机混凝剂压缩扩散层使胶体脱稳。加有机混凝剂吸附架桥，再加无机混凝剂压缩扩散层使胶体脱稳。 6.6.水力条件水力条件 水水力力条条件件对对混混凝凝剂剂效效果果有有重重要要影影响响。主主要要的的控控制制指指标为标为搅

48、拌强度搅拌强度和和搅拌时间搅拌时间。 混混合合阶阶段段，要要求求混混凝凝剂剂于于废废水水迅迅速速均均匀匀混混合合，为为此此要求要求G G在在500-1000s500-1000s1 1，搅拌时间，搅拌时间t t 应在应在10-30s10-30s。 反反应应阶阶段段，相相应应G G和和t t值值分分别别应应在在20-70s20-70s-1-1和和15-30min 15-30min . . 为为确确定定最最佳佳的的工工艺艺条条件件，一一般般情情况况下下，可可以以用用烧烧杯杯搅拌进行混凝的模拟实验。搅拌进行混凝的模拟实验。l一、概述l二、分类l三、加压溶气浮上法的基本原理l四、加压溶气浮上法系统的组成

49、及设计5.2 5.2 气浮气浮一、概述一、概述 气浮法是固气浮法是固- -液或液液或液- -液分离的一种方法。它是通过某种液分离的一种方法。它是通过某种方式产生大量的微气泡，使其与废水中方式产生大量的微气泡，使其与废水中密度小于或接近水的密度小于或接近水的细小固体或液体颗粒细小固体或液体颗粒粘附，形成密度小于水的气浮体，在浮粘附，形成密度小于水的气浮体，在浮力的作用下，上浮至水面，形成浮渣，进行固力的作用下，上浮至水面，形成浮渣，进行固- -液或液液或液- -液分液分离。离。二、气浮法分类二、气浮法分类1.1.电解气浮法电解气浮法2.2.分散空气浮上法分散空气浮上法l扩散板曝气气浮法扩散板曝气

50、气浮法l叶轮切割气泡气浮法叶轮切割气泡气浮法3.3.溶气气浮法溶气气浮法l溶气真空气浮溶气真空气浮l加压溶气气浮加压溶气气浮l加压溶气气浮法：是最常用的一种气浮法，它是使空气在加压溶气气浮法：是最常用的一种气浮法，它是使空气在 加压的条件下溶解于水，然后通过压力加压的条件下溶解于水，然后通过压力 将至常压而使过饱和的空以微气泡的形将至常压而使过饱和的空以微气泡的形 式释放出来。式释放出来。l加压溶气气浮工艺加压溶气气浮工艺:由空气饱和设备（水泵、空压机或由空气饱和设备（水泵、空压机或 射流器、溶气罐）、空气释放设备射流器、溶气罐）、空气释放设备 和气浮池组成。和气浮池组成。l加压溶气气浮的三种

51、基本流程：加压溶气气浮的三种基本流程： 全溶气流程、部分溶气流程、回流溶气流程。全溶气流程、部分溶气流程、回流溶气流程。l加压溶气气浮法特点加压溶气气浮法特点三、加压溶气气浮的基本原理三、加压溶气气浮的基本原理1.1.空气在水中的溶解度与压力的关系空气在水中的溶解度与压力的关系 图图5-2-15-2-1空气在纯水中的饱和溶解度空气在纯水中的饱和溶解度S S0 0与温度与温度T T、压力、压力P P的关系的关系101 203 304 405 507 608 709 811120 8040空气溶解量/（ml.L-1)P/kpa温度 00 150 300l从图从图5-2-15-2-1可得：在一定范围

52、内，温度越低、压力越大，可得：在一定范围内，温度越低、压力越大，其溶解度也越大。一定温度下，其溶解度也越大。一定温度下，P P增大，增大， S S0 0也增大。也增大。l真空溶气法利用常压（真空溶气法利用常压（101KPa101KPa）和负压（）和负压（30-40KPa30-40KPa）之差）之差造成溶气过饱和释放。造成溶气过饱和释放。l加压溶气法利用高压（加压溶气法利用高压（300-400KPa300-400KPa）和常压（）和常压（101KPa101KPa）之）之差造成溶气过饱和释放。差造成溶气过饱和释放。l同一温度下，因压差不同，加压溶气法相对真空溶气法释同一温度下，因压差不同，加压溶气

53、法相对真空溶气法释放的气体更多。放的气体更多。2.2.2.2.水中悬浮颗粒与微小气泡相粘附的原理水中悬浮颗粒与微小气泡相粘附的原理水中悬浮颗粒与微小气泡相粘附的原理水中悬浮颗粒与微小气泡相粘附的原理（1 1）气泡与悬浮颗粒粘附的条件）气泡与悬浮颗粒粘附的条件 气泡与颗粒的吸附力是由两相之间的界面张力引起气泡与颗粒的吸附力是由两相之间的界面张力引起 的。根据作用于气的。根据作用于气- -固固- -液三相之间的界面张力，可以推液三相之间的界面张力，可以推 测这种吸附力的大小。测这种吸附力的大小。图图图图5-2-2 5-2-2 5-2-2 5-2-2 气固液三相体系气固液三相体系气固液三相体系气固液

54、三相体系 在气固液三相的接触点上，由液、气界面在气固液三相的接触点上，由液、气界面与液、固界面构成的与液、固界面构成的 角称为接触角。根据角称为接触角。根据三个界面张力在接触点处于平衡有：三个界面张力在接触点处于平衡有：G GS S= = L LG Gcos+cos+L LS Sl当当=0=0时，固体表面完全被润湿，气泡不能时，固体表面完全被润湿，气泡不能吸附在固体表面。吸附在固体表面。l 当当0 0 9090时，固体与气泡吸附的不时，固体与气泡吸附的不够牢固，容易在水流的作用下脱附。够牢固，容易在水流的作用下脱附。l当当 90 90时，则容易吸附。时，则容易吸附。 或者吸附前后单位面积上的界

55、面能差或者吸附前后单位面积上的界面能差E=EE=E1 1- -E E2 2 = =（L LG G+ + L LS S）-G GS S = = L LG G（1-cos1-cos）l 0 0 ， E 0E 0，不能吸附。，不能吸附。l 180 180 ， E 2 E 2 L LG G ，易吸附。，易吸附。气固固固LGLSGSLGLSGS液 90 90 总之，亲水性颗粒不易被气泡吸附，疏水性颗粒易被吸附总之，亲水性颗粒不易被气泡吸附，疏水性颗粒易被吸附（2 2）微气泡与悬浮颗粒的粘附形式有三种：）微气泡与悬浮颗粒的粘附形式有三种：l 气泡吸附颗粒上浮气泡吸附颗粒上浮l 气泡顶托颗粒上浮气泡顶托颗粒

56、上浮l 气泡裹夹颗粒上浮气泡裹夹颗粒上浮（3 3）“颗粒颗粒- -气泡气泡”复合体上浮速度复合体上浮速度 当颗粒上粘附的气泡越多，粒径越大，密度越小，上当颗粒上粘附的气泡越多，粒径越大，密度越小，上升的速度越大。升的速度越大。3.3.化学药剂投加对气浮效果的影响化学药剂投加对气浮效果的影响l 除强疏水性物质外，一般疏水性物质和亲水性物质除强疏水性物质外，一般疏水性物质和亲水性物质均需投加化学药剂，以改善颗粒的表面性质，增加气泡均需投加化学药剂，以改善颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。与颗粒的吸附。l 常用的化学药剂有：常用的化学药剂有：l 混凝剂混凝剂、浮选剂、助凝剂、抑制剂、调节剂。、浮

57、选剂、助凝剂、抑制剂、调节剂。四、压力溶气气浮法系统组成及设计四、压力溶气气浮法系统组成及设计四、压力溶气气浮法系统组成及设计四、压力溶气气浮法系统组成及设计l组成：压力溶气系统（加压泵、压力溶气罐、空气供组成：压力溶气系统（加压泵、压力溶气罐、空气供 给设备、附属设备、空气释放设备、气浮池。给设备、附属设备、空气释放设备、气浮池。l设计计算：气浮所需空气量、溶气罐、气浮池。设计计算：气浮所需空气量、溶气罐、气浮池。l l 吸附法功能与特点l l 吸附法基本原理l l 吸附剂及其再生l l 吸附工艺与设计l l 吸附法废水处理应用5.3 5.3 吸附吸附一、吸附法功能与特点uu功能 去除水中溶

58、解态微量污染物。l l有机物 l l胶体粒子l l重金属离子l l放射性元素l l其他（微生物、余氯、臭味、色度） uu特点l l深度处理l l可回收有用物料l l进水预处理要求高l l运转费用贵二、吸附法基本原理uu固体表面吸附 l l 不同相表（界）面l l 剩余表面能l l 溶质浓集l l 吸附剂l l 吸附质 u解吸或脱附 1、吸附机理及分类uu引起吸附的原因 l l范德华力l l化学键力l l静电引力 uu吸附的分类 l l物理吸附l l化学吸附l l交换吸附 uu物理吸附 l l分子间力(范德华力)引起l l没有选择性l l放热较小，约42kJmol或更少l l多分子层吸附l l吸

59、附剂的比表面积和细孔分布影响大 uu化学吸附l l化学反应，形成牢固的化学键l l放热量较大，约84420kJmoll l有选择性l l单分子层吸附l l表面化学性质和化学性质影响大 uu交换吸附 l l正负电荷间静电引力引起l l吸附剂表面带电点l l离子置换l l离子电荷数和水合半径影响大2、吸附平衡与吸附等温式 uu平衡吸附量 式中式中 V V溶液体积，溶液体积，L L Co Co、CeCe分别为溶质的初始和平衡浓度，分别为溶质的初始和平衡浓度，mgmgL L m m吸附剂量，吸附剂量，g g 2.2 吸附平衡与吸附等温式 uu吸附试验 uu 吸附等温线uu 吸附等温式 uuLangmu

60、ir 吸附等温式 理论假设：l l吸附剂表面均一l l吸附是单分子层的 uuLangmuir Langmuir 吸附等温式吸附等温式 式中式中 a a、b b常数常数 Ce Ce 平衡浓度，平衡浓度，mg/Lmg/LuuLangmuir Langmuir 吸附等温式吸附等温式 uuLangmuir Langmuir 吸附等温式吸附等温式 uuB.E.T B.E.T 吸附等温式吸附等温式 假定发生多分子层吸附。在原先被吸附的假定发生多分子层吸附。在原先被吸附的分子上面仍可吸附另外的分子，而且不一定等第一层分子上面仍可吸附另外的分子，而且不一定等第一层吸满后再吸附第二层。第一层吸附是靠吸附剂与吸附

61、吸满后再吸附第二层。第一层吸附是靠吸附剂与吸附质问的分子引力，而第二层以后是靠吸附质分子间的质问的分子引力，而第二层以后是靠吸附质分子间的引力。总吸附量等于各层吸附量之和。引力。总吸附量等于各层吸附量之和。 式中式中 a a ，B B常数；常数； Cs Cs 吸附质饱和浓度，吸附质饱和浓度，mg/Lmg/L Ce Ce 平衡浓度，平衡浓度，mg/Lmg/L。uuB.E.T B.E.T 吸附等温式吸附等温式 uuB.E.T B.E.T 吸附等温式吸附等温式 uuFreundlichFreundlich吸附等温式吸附等温式 指数形式的经验式。指数形式的经验式。 式中式中 K K，n n常数；常数；

62、 Ce Ce 平衡浓度，平衡浓度，mg/Lmg/L。 一般认为，一般认为，1 1n n值介于值介于0.10.10.50.5之间时易于吸之间时易于吸附，而附，而2 2时难以吸附。时难以吸附。uu吸附等温式直线式吸附等温式直线式 uu吸附等温式直线图吸附等温式直线图 三、影响吸附的因素uu吸附剂结构的影响吸附剂结构的影响 比表面积比表面积 孔结构孔结构 大孔大孔 100 100 nmnm 2nm 2nm过渡孔过渡孔100nm100nm 微孔微孔2nm2nm 表面化学性质表面化学性质 表面含氧官能团的性质表面含氧官能团的性质 COOHCOOH、OHOH等等 有助于对有助于对极性分子的吸附极性分子的吸

63、附 uu吸附质性质的影响吸附质性质的影响 对于一定的吸附剂，由于吸附质性质的对于一定的吸附剂，由于吸附质性质的差异，吸附效果也不一样。通常有机物在水中的溶解差异，吸附效果也不一样。通常有机物在水中的溶解度随着链长的增长而减小，而活性炭的吸附容量却随度随着链长的增长而减小，而活性炭的吸附容量却随着有机物在水中溶解度的减少而增加，也即吸附量随着有机物在水中溶解度的减少而增加，也即吸附量随有机物分子量的增大而增加（不能过大）。如活性炭有机物分子量的增大而增加（不能过大）。如活性炭对有机酸的吸附量按甲酸乙酸丙酸丁酸的次序对有机酸的吸附量按甲酸乙酸丙酸丁酸的次序而增加。而增加。 活性炭处理废水时，对芳香

64、族化合物的活性炭处理废水时，对芳香族化合物的吸附效果较脂肪族化合物好，不饱和链有机物较饱和吸附效果较脂肪族化合物好，不饱和链有机物较饱和链有机物好，非极性或极性小的吸附质较极性强吸附链有机物好，非极性或极性小的吸附质较极性强吸附质好。实际废水体系的吸附质往往不是单一的，它们质好。实际废水体系的吸附质往往不是单一的，它们之间可以互相促进、干扰或互不相干。之间可以互相促进、干扰或互不相干。 uu操作条件的影响操作条件的影响 吸附是放热过吸附是放热过程，低温有利于吸附，升程，低温有利于吸附，升温有利于解吸。溶液的温有利于解吸。溶液的pHpH值影响到溶质的存在状态值影响到溶质的存在状态( (分子、离子

65、、络合物），分子、离子、络合物），也影响到吸附剂表面的电也影响到吸附剂表面的电荷特性和化学特性，进而荷特性和化学特性，进而影响到吸附效果。国内用影响到吸附效果。国内用太原太原8 8炭吸附炭吸附CdCdCNCN络络合物的试验结果如图所示。合物的试验结果如图所示。四、吸附动力学uu吸附速度吸附速度 单位重量吸附剂在单位时间内所吸附单位重量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量。的物质量。 吸附过程基本上可分为三个连续的阶段。吸附过程基本上可分为三个连续的阶段。第一阶段为吸附质扩散通过水膜而到达吸附别表面第一阶段为吸附质扩散通过水膜而到达吸附别表面( (膜扩散膜扩散) )；第；第 二阶段为吸附质在孔隙内扩

66、散；第三二阶段为吸附质在孔隙内扩散；第三阶段为吸附质在吸附剂内表面上发生吸附。通常吸附阶段为吸附质在吸附剂内表面上发生吸附。通常吸附阶段反应速度非常快，总的过程速度由第一、二阶段阶段反应速度非常快，总的过程速度由第一、二阶段速度所控制。在一般情况下，吸附过程开始时往往由速度所控制。在一般情况下，吸附过程开始时往往由膜扩散控制，而在吸附接近终了时，内扩散起决定作膜扩散控制，而在吸附接近终了时，内扩散起决定作用。用。 内容内容l反渗透技术反渗透技术l反渗透技术的应用反渗透技术的应用l反渗透技术的经济适用性反渗透技术的经济适用性l反渗透技术的发展反渗透技术的发展5.4 5.4 反渗透反渗透一、除盐技

67、术一、除盐技术包括：树脂离子交换技术 多级闪蒸技术 冷冻技术 溶剂萃取技术 膜技术 膜技术包括：反渗透技术 微滤 超滤 电渗析 EDI 反渗透除盐的去除杂质范围反渗透技术的发展过程l1748年法国Abble Nelle发现渗透现象。l1950年美国Reid和Hasslar提出反渗透海水淡化。l1953年实验室证明反渗透的脱盐能力。l1960年世界上第一张反渗透膜研制成功。l1972年至1977年世界范围内反渗透数量增至15倍，制水量增加至41倍。l90年代初仍以18%速度递增。l2000年达到了普及反渗透膜原理净推动力外加压渗透压FT30复合膜复合膜(TFC)的断面结构的断面结构脱盐层多孔层支

68、撑层0.2 m40 m120 mPolyamidePolysulfoneFT30复合膜复合膜(TFC)的断面结构的断面结构UltrathinBarrier LayerMicroporousPolysulfoneReinforcingFabricBarrier Layer聚砜聚砜 PolysulfonePolysulfone支持层支持层 Support LayerSupport LayerBarrier LayerPolysulfoneTFC 膜表面膜表面反渗透膜元件结构示意图Spiral Wound ElementConstructionFeed spacerPermeate spacerMe

69、mbrane leaf卷式膜元件卷式膜元件卷式膜元件卷式膜元件水流示意图水流示意图水流示意图水流示意图膜元件膜壳及膜元件组装反渗透装置EL ATABAL,EL ATABAL, 西班牙西班牙产水量产水量: :16.5万吨/天元件数元件数: :8,400支BW30400FR排列排列: :68/32, 7芯外壳单段反渗透工作示意图浓水产品水高压泵RO水回收率水回收率50%以下以下脱盐率脱盐率99%一般适用于海水淡化一般适用于海水淡化100m3/h50m3/h50m3/h二段反渗透工作示意图高压泵浓水产品水RO水回收率水回收率75%80%脱盐率脱盐率98%一般适用于一般适用于6000mg/L以下苦咸水

70、以下苦咸水100m3/h75m3/h25m3/h三段反渗透工作示意图高压泵浓水产品水RO100m3/h水回收率水回收率85%87.5%脱盐率脱盐率97%一般适用于含盐量一般适用于含盐量400mg/L以下的原水以下的原水补充说明：该方式在实际系统中较少采用。补充说明：该方式在实际系统中较少采用。85m3/h15m3/h二级反渗透系统一级浓水产品水二级浓水二级RO一级RO一级高压泵二级高压泵水回收率水回收率75%脱盐率脱盐率99.8% 出水电导率可达到出水电导率可达到0.5 s/cmPH调节反渗透技术的优点l反渗透是在室温条件下，采用无相变的物理方法使水进行淡化、纯化。l在多种水处理技术中能耗最低

71、。l无需大量的化学药品和酸碱再生处理。l无化学废液和酸碱排放，无环境污染。l操作方便，自动化程度高，出水水质稳定。l适用于较大范围的原水水质，即适用于苦咸水、海水、污水的处理，又适用于低含盐量的淡水处理。l占地面积小、设备维护、检修工作量极少。RO的劣势25%的进水要排掉 约5%TDS渗透过来，其产水对HP锅炉不足娇贵的个性导致其容易被堵塞 提高操作成本 降低树脂寿命二、反渗透技术的应用适用行业领域：电力、石油、石化、化工、电子、 冶金、医药、食品饮料等。l工业锅炉补给水处理。l化工、石化、化肥的生产用水处理。l电子行业的生产用水处理。l食品饮料、医药行业的生产用水处理。l果汁、奶酪、药品的浓

72、缩提纯。l贵重金属回收。l海水淡化。反渗透技术在锅炉补给水系统中的应用机械过滤器产品水细砂过滤器高压泵RO反渗透技术在贵重金属回收系统中的应用产品水回用RO过滤器 高压泵回收水泵 回收水箱回收液工业循环冷却水排水处理系统工业循环冷却水排水处理系统用户超滤RO循环水排水一级污水处理一级污水处理污水池污水池生物污泥生物污泥反应器反应器工业用水工业用水循环循环超超/微滤微滤污泥浓缩装置污泥浓缩装置生活污水处理生活污水处理三、反渗透技术的经济适用性l国家有关部门规定项目投资回收年限57年。l对于新建厂锅炉补给水系统使用RO技术 美国、欧洲等发达国家含盐量大于75mg/L。 我国97年前含盐量大于300mg/L的原水。 现在含盐量大于250mg/L的原水。l对于已建厂的改造 含盐量大于500mg/L原水。 水处理系统拟进行程控改造的应与反渗透技术进行比较。 反渗透浓水的综合利用l作为过滤器的反洗用水。l作为电厂的冲灰水、冲煤水等。l作为高BOD生活污水的稀释用水。l北京世博公司国内首创：浓水回收技术回收水质基本也可达到某些一级反渗透的出水水质 四、反渗透技术的发展l膜种类的多样化及适应性的扩大。l和EDI技术相结合，发展为零酸碱高纯水制备系统。l膜蒸馏技术的研究。 UF+RO+EDI 零酸碱高纯水制备工艺高纯水17M超滤反渗透EDI