1、第十七章 溶解態(tài)污染物的物理化學(xué)分離技術(shù),1,利用物理化學(xué)的原理和化工單元操作可以去除污水中的 雜質(zhì)，它的處理對象主要是污水中無機(jī)的或有機(jī)的（難以生 物降解）溶解物質(zhì)或膠體物質(zhì)，尤其適用于處理雜質(zhì)濃度很 高的污水（用作回收利用的方法）或是很低的廢水（用作污 水的深度處理）。,2,第一節(jié) 吸附法,3,吸附的基本理論,吸附機(jī)理及其分類,溶質(zhì)從水中移向固體顆粒表面，發(fā)生吸附，是水、溶質(zhì)和固體顆粒三者相互作用的結(jié)果。引起吸附的主要原因在于溶質(zhì)對水的疏水特性和溶質(zhì)對固體顆粒的高度親和力。,交換吸附 指溶質(zhì)的離子由于靜電引力作用聚集在吸附劑表面的帶電點(diǎn)上，并置換出原先固定在這些帶電點(diǎn)上的其它離子。影響因素

2、為離子電荷數(shù)和水合半徑的大小。 物理吸附 作用力為范德華力，特點(diǎn)是無選擇性，過程放熱較少，約42kJ/mol，可以是單分子層或多分子層吸附。影響因素主要是吸附劑的比表面積和細(xì)孔分布。 化學(xué)吸附 作用力為化學(xué)鍵力，放熱量較大，約84420kJ/mol，有選擇性，且為單分子層吸附。影響因素主要是吸附質(zhì)和吸附劑的化學(xué)性質(zhì)。,4,吸附平衡與吸附等溫式,平衡吸附量：吸附與脫附達(dá)動態(tài)平衡，單位吸附劑所吸附的物質(zhì)的量，常用qe(mg/g)表示。 qeV(c0-ce)/W 將平衡吸附容量qe與相應(yīng)的平衡濃度ce作圖，得吸附等溫線。描述吸附等溫線的數(shù)學(xué)表達(dá)式稱為吸附等溫式。 (1) Freundlich等溫式：

3、 qe=Kce1/n (2) Langmuir等溫式： qe=abce/(1+bce) (a為與最大吸附量有關(guān)的常數(shù)；b為與吸附能有關(guān)的常數(shù))。,5,6,7,吸附劑,活性炭,活性炭的比表面達(dá)8002000m2/g，具有很高的吸附能力。活性炭的吸附能力與孔隙的構(gòu)造和分布情況有關(guān)。它的孔隙分為三類：小孔孔徑在20以下；過渡孔孔徑為201000；大孔孔徑為l000以上?；钚蕴康男】妆缺砻娣e占總比表面積的95以上，對吸附量影響最大；過渡孔不僅為吸附質(zhì)提供擴(kuò)散通道，而且當(dāng)吸附質(zhì)的分子直徑較大時(shí)(如有機(jī)物質(zhì))，主要靠它們來完成吸附；大孔的比表面積所占比例很小，主要為吸附質(zhì)擴(kuò)散提供通道。,8,活性炭的吸附中

4、心點(diǎn)有兩類：一種是物理吸附活性點(diǎn)，數(shù)量很多，沒有極性，是構(gòu)成活性炭吸附能力的主體部分；另一種是化學(xué)吸附活性點(diǎn)，主要是在制備過程中形成的一些具有專屬反應(yīng)性能的含氧官能團(tuán)，如羧基(-COOH)、羥基(-OH)、碳基(CO)等，它們對活性炭的吸附特性有一定的影響。,9,樹脂吸附劑,這是一種具有立體結(jié)構(gòu)的多孔海綿狀物質(zhì)，可在150下使用，不溶于酸、堿及一般溶劑，比表面積可達(dá)800m2/g。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特性，樹脂吸附劑可分為非極性、弱極性、極性、強(qiáng)極性四類。它的吸附能力接近活性炭，但比活性炭容易再生。此外，還有穩(wěn)定性高、選擇性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，這是廢水處理中有發(fā)展前途的一種新型吸附劑。例如，國產(chǎn)的TX

5、F型吸附樹脂(炭質(zhì)吸附樹脂)，比表面積35350m2/g，它是含氯有機(jī)化合物的特效吸附劑。XAD-2樹脂吸附劑對TNT的去除效果很好，樹脂易于再生，當(dāng)原水中含TNT34mg/L時(shí)，每個(gè)循環(huán)可處理體積為樹脂體積500倍的廢水。吸附后可用丙酮進(jìn)行再生，TNT的回收率達(dá)80%。,10,腐殖酸類吸附劑,腐植酸是一組芳香結(jié)構(gòu)的、性質(zhì)與酸性物質(zhì)相似的復(fù)雜混合物。據(jù)測定，腐植酸含有的活性基團(tuán)有酚羥基、羧基、醇羥、甲氧基、羰基、醌基、胺基、磺酸基等。這些活性基團(tuán)決定了腐植酸的陽離子吸附性能。 用作吸附劑的腐植酸類物質(zhì)有兩大類：一類是天然的富含腐植酸的風(fēng)化煤、泥煤、褐煤等，它們可直接或者經(jīng)簡單處理后作吸附劑用；

6、另一類是把富含腐植酸的物質(zhì)用適當(dāng)?shù)恼澈蟿┲苽涑筛菜嵯禈渲炝３尚秃笫褂谩?腐植酸類物質(zhì)在吸附重金屬離子后，容易解吸再生，重復(fù)使用。常用的解吸劑有H2SO4、HCl、NaCl、CaCl2等。 腐植酸類物質(zhì)能吸附工業(yè)廢水中的許多余屬離子，例如汞、鎘、鉛、銅、鉻等，吸附率可達(dá)9099。,11,吸附工藝過程及設(shè)備,吸附操作方式,吸附操作方式分為靜態(tài)間歇式和動態(tài)連續(xù)式兩種。前者多用于實(shí)驗(yàn)研究或小規(guī)模的廢水處理中，而生產(chǎn)運(yùn)行一般采用動態(tài)連續(xù)方式。,(1)固定床動態(tài)吸附 這是廢水處理工藝中最常用的一種方式。由于吸附劑固定填充在吸附柱(或塔)中，所以叫固定床。當(dāng)廢水連續(xù)流過吸附劑層時(shí)，吸附質(zhì)便不斷被吸附。

7、若吸附劑數(shù)量足夠，出水中吸附質(zhì)的濃度即可降低至接近于零。但隨著運(yùn)行時(shí)間的延長，出水中吸附質(zhì)的濃度會逐漸增加。當(dāng)達(dá)到某一規(guī)定的數(shù)值時(shí)，就必須停止進(jìn)水，進(jìn)行吸附劑再生。,廢水在流動條件下進(jìn)行的操作，叫做動態(tài)連續(xù)吸附，或簡稱為動態(tài)吸附。,12,13,14,(2)移動床吸附 廢水從吸附柱底部進(jìn)入，處理后的水由柱頂排出。在操作過程中，定期將一部分接近飽和的吸附劑從柱底排出，送到再生柱進(jìn)行再生。與此同時(shí)，將等量的新鮮吸附劑由柱頂加入，因而這種吸附床稱之為移動床。這種運(yùn)行方式較固定床吸附能更充分地利用吸附劑的吸附能力，水頭損失小，但柱內(nèi)上下層吸附劑不能相混，所以對操作管理要求較為嚴(yán)格。,(3)流化床吸附 吸

8、附劑在塔內(nèi)處于膨脹狀態(tài)，懸浮于由下而上的水流中。所以這種運(yùn)行方式也稱為膨脹床吸附。膨脹床的吸附率高，適于處理懸浮物含量較高的廢水。,15,固定床吸附的工作規(guī)律穿透曲線,固定床吸附的整個(gè)工作過程如圖15-3所示。當(dāng)吸附質(zhì)濃度為C0的廢水自上方進(jìn)入吸附柱后，首先與第一層吸附劑接觸，降低了吸附質(zhì)的濃度。降低了濃度的廢水接著進(jìn)入第二層吸附劑，又使其濃度進(jìn)一步降低。廢水依次流下，當(dāng)流到某一深度時(shí)，其中的吸附質(zhì)全部被吸附，該層出水中吸附質(zhì)的濃度C0，在此深度以下的吸附劑暫未發(fā)揮作用。由于廢水是連續(xù)不斷地流過吸附劑層，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，上部吸附劑層中的吸附質(zhì)濃度將逐漸增高，到某一時(shí)刻就達(dá)到飽和，從而失去繼

9、續(xù)吸附的能力。實(shí)際發(fā)揮吸附作用的吸附劑層高度稱為吸附帶。在正常運(yùn)行情況下，值是一個(gè)常數(shù)。隨著運(yùn)行時(shí)間的推移，吸附帶逐步下移，上部飽和區(qū)高度不斷增加，下部新鮮吸附劑層高度則不斷減小。當(dāng)運(yùn)行到某一時(shí)刻，吸附帶的前沿達(dá)到柱內(nèi)整個(gè)吸附劑層的下端，此時(shí)出水濃度不再保持CO，開始出現(xiàn)污染物質(zhì)，這一時(shí)刻就稱為吸附柱工作的穿透點(diǎn)。此后，,16,如果廢水仍繼續(xù)通過，吸附帶仍將往下移動，直到吸附帶上端達(dá)到吸附劑層的下端。這時(shí)全部吸附劑都達(dá)到飽和，出水濃度與進(jìn)水濃度相等(CC0)，吸附柱即全部喪失工作能力。 在實(shí)際操作中，吸附柱達(dá)到完全飽和及出水濃度達(dá)到與進(jìn)水濃度相等都是不可能的。出水濃度Cx只能接近于進(jìn)水濃度C0

10、兩者保持一個(gè)很小的濃度差值，通常Cx(0.900.95)C0，這一點(diǎn)稱為吸附劑吸附容量的耗竭點(diǎn)。另外，通常是根據(jù)對出水水質(zhì)的要求，規(guī)定一個(gè)出水含污染物質(zhì)的濃度允許值，當(dāng)運(yùn)行達(dá)到這一規(guī)定的允許值時(shí)，即認(rèn)為吸附已達(dá)到穿透點(diǎn)，吸附柱便應(yīng)停止工作，需進(jìn)行吸附劑的更換或再生。,17,18,吸附的再生,所謂再生，就是吸附劑本身不發(fā)生或極少發(fā)生變化的情況下，用某種方法將吸附質(zhì)從吸附劑的微孔中除去，恢復(fù)它的吸附能力，以達(dá)到重復(fù)使用的目的。,(1)加熱再生法,(2)化學(xué)再生法,(3)生物再生法,19,20,吸附法在廢水處理中的應(yīng)用,含汞廢水的處理,含鉻廢水的處理,煉油廠廢水的深度處理,21,第二節(jié) 離子交換法,

11、22,離子交換劑,離子交換劑可分為無機(jī)離子交換劑和有機(jī)離子交換劑兩類。前者如天然沸石和人造沸石等；后者是一種高分子聚合物電解質(zhì)，稱為離子交換樹脂，它是使用最廣泛的離子交換劑。,離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)特征,離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)如圖所示，它是由骨架和活性基團(tuán)兩部分組成。骨架又稱為母體，是形成離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)主體。它是以一種線型結(jié)構(gòu)的高分子有機(jī)化合物為主，加上一定數(shù)量的交聯(lián)劑，通過橫鍵架橋作用構(gòu)成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。活性基團(tuán)由固定離子和活動離子組成。固定離子固定在樹脂骨架上，活動離子(或稱交換離子)則依靠靜電引力與固定離子結(jié)合在-起，二者電性相反電荷相等，處于電性中和狀態(tài)。,23,離子交換樹脂的種類,離子交換

12、樹脂按照功能基團(tuán)的性質(zhì)可分為：含有酸性基團(tuán)的陽離子交換樹脂、含有堿性基團(tuán)的陰離子交換樹脂、含有胺羧基團(tuán)等的整合樹脂、含有氧化-還原基團(tuán)的氧化還原樹脂(或稱電子交換樹脂)以及兩性樹脂等五種，還有新近發(fā)展起來的萃淋樹脂(或稱溶劑浸漬樹脂)等等。其中，陽、陰離子交換樹脂按照活性基團(tuán)電離的強(qiáng)弱程度，又分別分為強(qiáng)酸(如-SO3H)、弱酸(如-COOH)、強(qiáng)堿(如-N(CH3)3+0H-)、弱堿(如-NH2)樹脂。 離子交換樹脂按樹脂類型和孔結(jié)構(gòu)的不同可分為：凝膠型樹脂，大孔型樹脂，多孔凝膠型樹脂，巨孔型(MR型)樹脂，高巨孔型(超MR型)樹脂等。如果按樹脂交聯(lián)度(交聯(lián)劑含量的百分?jǐn)?shù))大小分類，可把離子交

13、換樹脂分為：低交聯(lián)度(24%)，一般交聯(lián)度(78%)，高交聯(lián)度(1220%)等三種。實(shí)際中常用的是交聯(lián)度712%的樹脂。此外，習(xí)慣上還按照出廠型式即活動離子的名稱，把交換樹脂簡稱為H型、Na型、OH型、C1型樹脂等等。,24,離子交換樹脂的性能,離子交換樹脂對水溶液或廢水中某種離子優(yōu)先交換的性能，稱為樹脂的交換選擇性，簡稱選擇性。它是表征樹脂對不同離子親合能力的差別。離子交換的選擇性與許多因素有關(guān)。,樹脂的交換選擇性,1)在低濃度和常溫下，離子的交換勢(即交換離子與固定離子結(jié)合的能力)隨溶液中離子價(jià)數(shù)的增加而增加，例如：Th4+La3+Ca2+Na+。 2)在低濃度和常溫下，價(jià)數(shù)相同時(shí)，交換勢

14、隨原子序數(shù)增加而增加。這是因?yàn)樵有驍?shù)大，水化離子半徑小，作用力就強(qiáng)。例如：Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+。 3)交換勢隨離子濃度的增加而增大。高濃度的低價(jià)離子甚至可以把高價(jià)離子置換下來，這就是離子交換樹脂能夠再生的依據(jù)。 4)H+離子和OH-離子的交換勢，取決于它們與固定離子所形成的酸或堿的強(qiáng)度，強(qiáng)度越大，交換勢越小。 5)金屬在溶液中呈絡(luò)陰離子存在時(shí)，一般來說交換勢降低。,25,離子交換樹脂的交換容量,離子交換樹脂交換能力的大小以交換容量來衡量，它表示樹脂所能吸著(交換)的交換離子數(shù)量。,26,樹脂的溶脹性,各種離子交換樹脂都含有極性很強(qiáng)的交換基團(tuán)，因此親水性很強(qiáng)。樹脂的這種結(jié)構(gòu)使它具有

15、溶脹和收縮的性能。樹脂溶脹或收縮的程度以溶脹率表示。品種不同的樹脂具有不同的溶脹率；同一種樹脂，活動離子形式不同，其體積也不相同，因此樹脂在轉(zhuǎn)型時(shí)就會發(fā)生體積改變；此外溶液的不同，樹脂溶脹率也不一樣，所以當(dāng)樹脂浸入某種溶液時(shí)就會產(chǎn)生溶脹或收縮。樹脂的這種溶脹和收縮性能，直接影響樹脂的操作條件和使用壽命，因此在交換器的設(shè)計(jì)和使用過程中，都應(yīng)注意這一因素,27,樹脂的物理和化學(xué)穩(wěn)定性,樹脂的物理穩(wěn)定性是指樹脂受到機(jī)械作用時(shí)(包括在使用過程中的溶脹和收縮)的磨損程度，還包括溫度變化時(shí)對樹脂影響的程度。樹脂的化學(xué)穩(wěn)定性包括承受酸堿度變化的能力、抵抗氧化還原的能力等。樹脂穩(wěn)定性是選擇和使用樹脂時(shí)必須注意

16、的因素之一。,粒度、密度,樹脂粒度對水流分布、床層壓力有很大影響。密度對設(shè)計(jì)計(jì)算交換柱，對交換柱反洗強(qiáng)度以及對混合床再生前分層分離狀況等都有關(guān)系。所以，這些性能在選擇和使用離子交換樹脂時(shí)必須予以考慮。,28,29,離子交換工藝及設(shè)備,離子交換裝置，按照運(yùn)行方式的不同，可分為固定床和連續(xù)床兩大類。,用于廢水處理的離子交換系統(tǒng)一般包括：預(yù)處理設(shè)備(一般采用砂濾器，用以去除懸浮物，防止離子交換樹脂受污染和交換床堵塞)、離子交換器和再生附屬設(shè)備(再生液配制設(shè)備)。,30,31,離子交換的運(yùn)行操作包括四個(gè)步驟：交換、反洗、再生、清洗。,1交換 操作時(shí)，開啟進(jìn)水閥和出水閥，其余閥門關(guān)閉，交換過程主要與樹脂

17、層高度、水流速度、原水濃度，樹脂性能以及再生程度等因素有關(guān)。當(dāng)出水中的離子濃度達(dá)到限值時(shí)，應(yīng)進(jìn)行再生。 2反洗 反洗的目的在于松動樹脂層，以便下一步再生時(shí)，注入的再生液能分布均勻，同時(shí)也及時(shí)地清除積存在樹脂層內(nèi)的雜質(zhì)、碎粒和氣泡。反洗前先關(guān)閉閥門和，打開反洗閥，然后再逐漸開大排水閥進(jìn)行反洗。反洗用原水。反洗使樹脂層膨脹4060。反沖流速約15m/h，歷時(shí)約15min。,32,3再生 再生前先關(guān)閉閥門和，打開排氣閥及排水閥，將水放到離樹脂層表面10 cm左右，再關(guān)閉閥門，開啟進(jìn)再生液閥門，排出交換器內(nèi)空氣后，即關(guān)閉閥門，再適當(dāng)開啟閥門，進(jìn)行再生。再生過程也就是交換反應(yīng)的逆過程。借助具有較高濃度的

18、再生液流過樹脂層，將先前吸附的離子置換出來，使其交換能力得到恢復(fù)，再生是固定床運(yùn)行操作中很重要的一環(huán)。 再生液的濃度對樹脂再生程度有較大影響。當(dāng)再生劑用量一定時(shí)，在一定范圍內(nèi)，濃度越大再生程度越高；但超過一定范圍，再生程度反而下降。對于陽離子交換樹脂，食鹽再生液濃度一般采用510；鹽酸再生液濃度一般用46；硫酸再生液濃度則不應(yīng)大于2，以免再生時(shí)生成CaSO4粘著在樹脂顆粒上 。,33,4清洗 清洗時(shí)，先關(guān)閉閥門，然后開啟閥門及。清洗水最好用交換處理后的凈水。清洗是將樹脂層內(nèi)殘留的再生廢液清洗掉，直到出水水質(zhì)符合要求為止。清洗用水量一般為樹脂體積的413倍。,設(shè)計(jì)計(jì)算： AhE=qv(C0-C)

19、T h一般采用1.52.0m，交換周期一般按810h，可求出離子交換器的直徑，交換樹脂的裝填量可按VAh(m3)計(jì)算。,34,離子交換法在廢水處理中的應(yīng)用,含汞廢水的處理,當(dāng)汞在廢水中呈Hg2+或HgCl+或CH3Hg+等陽離子形態(tài)存在時(shí)，含巰基(-SH)的樹脂如聚硫代苯乙烯陽離子交換樹脂，對它們的分離具有特效，其反應(yīng)如下： 2RSH + Hg2+ (RS)2Hg + 2H+ RSH + HgCl+ RSHgCl + H+ RSH + CH3Hg+ RSHgCH3 + H+ 國外用大孔巰基樹脂進(jìn)行交換，在pH2的條件下，處理含汞2050mg/L的氯堿廢水，出水含汞在0.002mg/L以下。我國

20、某研究部門用國產(chǎn)大孔巰基樹脂處理甲基汞廢水的研究取得了良好的結(jié)果，該法的流程是：將甲基汞廢水通入巰基樹脂交換柱進(jìn)行交換，然后用鹽酸-氯化鈉溶液洗脫，洗脫液經(jīng)紫外光照射迅速分解后，再用銅屑還原回收金屬汞。經(jīng)過處理，出水中含甲基汞lppb以下，汞得以回收。,35,含鎘廢水的處理,在廢水中鎘也有兩種離子形態(tài)。氰化鍍鎘淋洗水中的銀為四氰絡(luò)鎘陰離子Cd(CN)42-，它可以用D370大孔叔胺型弱堿性陰離子交換樹脂來處理，出水含鎘低于國家排放標(biāo)準(zhǔn)，鎘還可以回收利用。另外一種廢水中的鎘以Cd2+離子或者Cd(NH3)42+絡(luò)離子形態(tài)存在， 例如鍍銀漂洗水，含鎘約20mg/L，pH值為7左右，采用Na型DK1

21、10陽離子交換樹脂處理，得到很好的效果。據(jù)報(bào)導(dǎo)已有許多除鎘的特效樹脂可用于廢水處理或回收銀。當(dāng)處理含鎘50250mg/L的廢水時(shí)，回收鎘的價(jià)值可使離子交換裝置的投資在半年到兩年內(nèi)得到補(bǔ)償。,36,含鉻廢水的處理,在城市污水的深度處理中，也可用離子交換法去除常規(guī)二級處理中難以去除的營養(yǎng)物質(zhì)磷和氮，使水質(zhì)達(dá)到受納水體或某具體回用目的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。 氯型強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂吸著磷酸的反應(yīng)如下： 2RCl + HPO42- R2HPO4 + 2C1- 樹脂的選擇性次序?yàn)椋篜O43-HPO42-H2PO4-，但吸著量以一價(jià)的H2PO4-為最大。三價(jià)鐵離子型的強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂也能吸著磷酸，這種樹脂對污水二

22、級處理出水進(jìn)行深度處理時(shí)，磷酸的吸附量為2.75kg(磷)/m3(樹脂)，處理后出水的磷酸濃度在0.01mg/L (磷)以下。再生時(shí)使用三氯化鐵溶液。 用氯型陽離子交換樹脂對污水二級處理出水進(jìn)行處理時(shí)，一個(gè)工作周期的處理水量約為樹脂量的170倍，硝酸根離子的去除率為77，處理出水的硝酸根離子濃度降到1.3mg/L。,除磷脫氮,37,8噸/小時(shí)全自動離子交換純水系統(tǒng),38,第三節(jié) 萃取法,39,萃取法處理廢水的步驟：把萃取劑加入廢水，并使它們充分接觸，有害物質(zhì)作為萃取物從廢水中轉(zhuǎn)移到萃取劑中；把萃取劑和廢水分離開來，廢水就得到了處理，也可以再進(jìn)一步接受其他的處理；把萃取物從萃取劑中分離出來，使有

23、害物質(zhì)成為有用的副產(chǎn)品，而萃取劑則可回用于萃取過程才算在技術(shù)上已經(jīng)成立；其次，就是經(jīng)濟(jì)上的考慮。技術(shù)上可靠，經(jīng)濟(jì)上合理，生產(chǎn)才能采用。,萃取:用適當(dāng)?shù)娜軇┓蛛x混合物的過程。使用的溶劑叫萃取劑，提出的物質(zhì)叫萃取物，在廢水處理中，利用廢水中的雜質(zhì)在水中和有機(jī)萃取劑中溶解度的不同，可以采用萃取的方法，將雜質(zhì)提取出來。,40,液液萃取中，萃取劑的性質(zhì)和價(jià)格影響萃取效果和費(fèi)用，也影響萃取物的產(chǎn)量和質(zhì)量。,萃取劑,萃取劑的選擇一般應(yīng)考慮下列幾點(diǎn)：,(1)萃取劑對被萃取物的溶解度要高，對水中其他物質(zhì)的溶解度要低，而萃取劑本身在水中的溶解度要低。一般用“分配系數(shù)”表征萃取劑的溶解性能。 (2)萃取劑在廢水中不

24、會乳化，容易同廢水分離。 (3)萃取劑要易于再生。 (4)萃取劑價(jià)格要低廉，供應(yīng)要充沛。,41,料液被萃取的次數(shù)叫級數(shù)，萃取劑使用的次數(shù)叫效數(shù)。萃取方法分為單級或單效萃取、多級單效萃取和多級多效萃取(或稱連續(xù)萃取)，由于多效萃取總是多級的，而且級數(shù)等于效數(shù)，因此多級多效萃取常簡稱多效萃取。而單效萃取則常指單級萃取。,萃取過程,42,43,單效萃取中萃取劑用量的計(jì)算圖,44,多效萃取中萃取劑用量的計(jì)算圖,45,萃取設(shè)備,萃取設(shè)備的型式：罐式(萃取器)、塔式(萃取塔)和離心機(jī)式(離心萃取機(jī))，其中塔式設(shè)備是最常用的。萃取器通常是間歇操作的，裝料、攪拌、靜澄和出料等四個(gè)步驟構(gòu)成一個(gè)循環(huán)。萃取塔和萃取

25、離心機(jī)則是連續(xù)操作的。 萃取器是一個(gè)具有攪拌設(shè)備的圓筒形容器。在混和時(shí)開動攪拌設(shè)備，在靜澄分離時(shí)關(guān)閉攪拌設(shè)備，攪拌和靜澄的時(shí)間能夠調(diào)節(jié)。它可以用于單級萃取，也可以用于多級萃級。在用于單級萃取時(shí)，多個(gè)萃取器可以并聯(lián)；在用于多級萃取時(shí)，多個(gè)萃取器可以串聯(lián)。這種設(shè)備較多地用于固-液萃取。 在萃取塔內(nèi)，重液從頂部流人，從底部流出，而輕液則從底部流人，從頂部流出。在塔身中輕重兩液相充分混和、充分接觸，完成萃取。在塔頂有充分的空間和斷面，讓輕液流中的重液相分離出來，從頂部流出的輕液就比較純凈。同樣，在塔底也有充分的空間和斷面，讓重液流中輕液相分離出來，從底部流出的重液就比較純凈。,46,篩板萃取塔,塔身用

26、篩板(多孔板)分隔成若干段，篩板上附有導(dǎo)流管，塔的上半部各篩板上的導(dǎo)流管都是向上裝的，塔的下半部各篩板上的導(dǎo)流管都是向下裝的。在塔的上半部，重液為分散相，輕液為連續(xù)相，而在塔的下半部，重液為連續(xù)相，輕液為分散相。連續(xù)相是通過導(dǎo)流管從一段流向另一段的，分散相是通過篩板的孔眼從一段流向另一段的。萃取主要是在分散相透過連續(xù)相時(shí)完成的。但不是所有的篩板萃取塔都是這樣設(shè)計(jì)的。,47,脈動篩板萃取塔,萃取塔也可采用“攪拌”，方式有多種，圖17-11是一種篩板上下脈動的篩板塔。這時(shí)，導(dǎo)流管的作用不大，常不設(shè)。篩板脈動的幅度和頻率影響萃取效率，其值由經(jīng)驗(yàn)決定。例如，當(dāng)用重苯萃取含酚廢水時(shí)，脈動頻率一般不超過4

27、00次/min，在250350次/min之間較好；脈動幅度在18mm之間；篩板間距在100600mm之間。,48,轉(zhuǎn)盤萃取塔,轉(zhuǎn)盤萃取塔也是一種有攪拌作用的萃取塔。如圖17-12，塔身由若干環(huán)形隔板分隔成若干段，每段中央有一塊裝在一根中心豎軸上的圓盤，豎軸由電動機(jī)帶動回轉(zhuǎn)，在塔上部的重液人流管和在塔下部的輕液人流管都同塔身相切，液流方向與圓盤旋轉(zhuǎn)方向一致。在圓盤的轉(zhuǎn)動作用下，一相分散，其液滴的大小同轉(zhuǎn)速有關(guān)，影響萃取效率。調(diào)整圓盤轉(zhuǎn)速，可以獲得最佳的萃取條件。塔頂和塔底是分離室，各用環(huán)形隔板和網(wǎng)格與人流區(qū)分隔，以消除液流的動能，保證分離室不受圓盤轉(zhuǎn)動的影響。,49,填料萃取塔,如圖17-13所

28、示。塔身填充填料。在操作時(shí)，流入萃取塔的重液和氫液通過布液裝置較均勻地分布在整個(gè)塔的斷面上，在流過填料時(shí)相互充分接觸，完成萃取過程。為了防止液流向塔壁集中，塔壁上常設(shè)若干環(huán)形隔板，使沿塔壁流動的流體回到中間來。實(shí)踐表明，塔徑較大時(shí)，效率下降。填料萃取塔不適用于有懸浮物的料液。,50,萃取法在廢水處理中的應(yīng)用,萃取法處理含酚廢水,51,萃取法處理重金屬廢水,52,第四節(jié) 膜分離法,53,膜分離法是利用特殊的薄膜對液體中的成分進(jìn)行選擇性分離的技術(shù)。膜分離法包括擴(kuò)散滲析、電滲析、反滲透、超濾、液體膜滲析、隔膜電解等分離技術(shù)。,概述,膜分離技術(shù)有許多共同的特點(diǎn)，其中重要的一點(diǎn)是被處理的溶液沒有物相的變

29、化，因而能量轉(zhuǎn)化的效率高；大多不消耗化學(xué)藥劑；可在一般溫度下操作，不消耗熱能；設(shè)備可用于生產(chǎn)。,54,擴(kuò)散滲析法,擴(kuò)散滲析是使高濃度溶液中的溶質(zhì)透過薄膜向低濃度溶液中遷移的過程。擴(kuò)散滲析的推動力是薄膜兩側(cè)的濃度差。最初擴(kuò)散滲析使用的薄膜是惰性膜，大多用于高分子物質(zhì)的提純。使用離子交換膜的擴(kuò)散滲析，利用膜的選擇透過性，可以分離電解質(zhì)。離子交換膜擴(kuò)散滲析器除了沒有電極以外，其它構(gòu)造與電滲析器基本相同。,基本原理,55,以下用回收酸洗鋼鐵廢水中的硫酸為例來說明擴(kuò)散滲析的原理，見圖17-1?；厥樟蛩岬臄U(kuò)散滲析器，全部使用陰離子交換膜。含酸原液自下而上通入1、3、5、7隔室中，這些隔室稱為原液室。水自上

30、而下地通入2、4、6隔室中，這些隔室稱為回收室。原液室的含酸廢液中Fe2+、H+、S042-離子的濃度較高，三種離子都有向兩側(cè)回收室的水中擴(kuò)散的趨勢。由于陰膜的選擇透過性，硫酸根離子極,56,易通過陰膜，而氫離子和亞鐵離子則難以通過。又由于回收室中OH-離子的濃度比原液室中高，則回收室中的OH-離子極易通過陰膜進(jìn)入原液室，與原液室中的H+離子結(jié)合成水。為了保持電中性，SO42-滲析的當(dāng)量數(shù)與OH-滲析的當(dāng)量數(shù)相等。在回收室得到硫酸，由下端流出。原液脫除硫酸后，從原液室的上端排出，成為主要含F(xiàn)eSO4的殘液。,57,擴(kuò)散滲析的應(yīng)用實(shí)例,58,電滲析法,基本原理和特點(diǎn),電滲析脫鹽原理如圖17-3所

31、示。電滲析器中交替排列著許多陽膜和陰膜，分隔成小水室。當(dāng)原水進(jìn)入這些小室時(shí)，在直流電場的作用下，溶液中的離子就作定向遷移。陽膜只允許陽離子通過而把陰離子截留下來；陰膜只允許陰離子通過而把陽離子截留下來。結(jié)果這些小室的一部分變成含離子很少的淡水室，出水稱為淡水。而與淡水室相鄰的小室則變成聚集大量離子的濃水室，出水稱為濃水。從而使離子得到了分離和濃縮，水便得到了凈化。,59,電滲析和離子交換相比，有以下異同點(diǎn)： (1)分離離子的工作介質(zhì)雖均為離子交換樹脂，但前者是呈片狀的薄膜，后者則為圓球形的顆粒； (2)從作用機(jī)理來說，離子交換屬于離子轉(zhuǎn)移置換，離子交換樹脂在過程中發(fā)生離子交換反應(yīng)。而電滲析屬于

32、離子截留置換，離子交換膜在過程中起離子選擇透過和截阻作用。所以更精確地說，應(yīng)該把離子交換膜稱為離子選擇性透過膜； (3)電滲析的工作介質(zhì)不需要再生，但消耗電能；而離子交換的工作介質(zhì)必須再生，但不消耗電能。電滲析法處理廢水的特點(diǎn)是：不需要消耗化學(xué)藥品，設(shè)備簡單，操作方便。,60,電滲析器,利用電滲析原理進(jìn)行脫鹽或處理廢水的裝置，稱為電滲析器。,電滲析器的構(gòu)造,1)膜堆：其結(jié)構(gòu)單元包括陽膜、隔板、陰膜，一個(gè)結(jié)構(gòu)單元也叫一個(gè)膜對。一臺電滲析器由許多膜對組成，這些膜對總稱為膜堆。隔板常用l2mm的硬聚氯乙烯板制成，板上開有配水孔、布水槽、流水道、集水槽和集水孔。隔板的作用是使兩層膜間形成水室，構(gòu)成流水

33、通道，并起配水和集水的作用。,61,2)極區(qū)：極區(qū)的主要作用是給電滲析器供給直流電，將原水導(dǎo)入膜堆的配水孔，將淡水和濃水排出電滲析器，并通入和排出極水。極區(qū)由托板、電極、極框和彈性墊板組成。電極托板的作用是加固極板和安裝進(jìn)出水接管，常用厚的硬聚氯乙烯板制成。電極的作用是接通內(nèi)外電路，在電滲析器內(nèi)造成均勻的直流電場。陽極常用石墨、鉛等材料；陰極可用不銹鋼等材料制成。極框用來在極板和膜堆之間保持一定的距離，構(gòu)成極室，也是極水的通道。極框常用厚57mm的粗網(wǎng)多水道式塑料板制成。墊板起防止漏水和調(diào)整厚度不均的作用，常用橡膠或軟聚氯乙烯板制成。 3)壓緊裝置：其作用是把極區(qū)和膜堆組成不漏水的電滲析器整體

34、?？刹捎脡喊搴吐菟ɡo，也可采用液壓壓緊。,62,電滲析器的組裝,63,電滲析法在廢水處理中的應(yīng)用,在廢水處理中，根據(jù)工藝特點(diǎn)電滲析操作有兩種類型：一種是由陽膜和陰膜交替排列而成的普通電滲析工藝，主要用來從廢水中單純分離污染物離子，或者把廢水中的污染物離子和非電解質(zhì)污染物分離開來，再用其它方法處理；另一種是由復(fù)合膜與陽膜構(gòu)成的特殊電滲析分離工藝，利用復(fù)合膜中的極化反應(yīng)和極室中的電極反應(yīng)以產(chǎn)生H+離子和OH-離子，從廢水中制取酸和堿。 目前，電滲析法在廢水處理實(shí)踐中應(yīng)用最普遍的有：1)處理堿法造紙廢液，從濃液中回收堿，從淡液中回收木質(zhì)素；2)從含金屬離子的廢水中分離和濃縮金屬離子，然后對濃縮液進(jìn)

35、一步處理或回收利用：3)從放射性廢水中分離放射性元素；4)從芒硝廢液中制取硫酸和氫氧化鈉；5)從酸洗廢液中制取硫酸及沉積重金屬離子；6)處理電鍍廢水和廢液等，含Cu2+、Zn2+、Cr()、Ni2+等金屬離子的廢水都適宜用電滲析法處理，其中應(yīng)用較廣泛的是從鍍鎳廢液中回收鎳，許多工廠實(shí)踐表明，用這種方法可以實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)。,64,化工廠200T/H電滲析純水站,65,反滲透法,反滲透原理,66,反滲透膜,醋酸纖維素膜(簡稱CA膜),以醋酸纖維素為成膜物質(zhì)，丙酮為溶劑，加入過氯酸鎂Mg(C1O4)2或甲酰胺HCONH2為添加劑(發(fā)孔劑或溶脹劑)，按一定比例配制而成。CA膜的外觀為乳白色或淡黃色的含水

36、凝膠，膜厚100250，它是由致密的表皮層和多孔支撐層組成。表皮層是脫鹽面，厚0.251m，其孔隙率為1214%，微孔孔徑小于100。多孔支撐層為海綿狀，孔隙率為5060，微孔孔徑1001000，此層起支撐表皮層的作用。 影響CA膜工作性能的因素有溫度、pH值、工作壓力、進(jìn)液流速和工作時(shí)間等。進(jìn)水溫度增高透水量增加，在1530工作溫度范圍內(nèi)，水溫每提高l，透水量約增加3.5%，但是CA膜在水中會水解，溫度愈高，水解速度愈快。此外，水解速度還與pH值有關(guān)，在pH4.5-5時(shí)最小。所以供水溫度一般以20-30為宜，pH值范圍為3-7，以在酸性中工作為好。,67,芳香族聚酰胺膜,這種膜的主要成膜材料

37、為芳香聚酰胺，以二甲基乙酰胺為溶劑，硝酸鹽為添加劑制成。它是一種非對稱結(jié)構(gòu)的膜。制成中空纖維膜時(shí)，其外徑45-85m，內(nèi)徑24-42m，表皮層厚0.1-1.0m。這類反滲透膜具有良好的透水性能；較高的脫鹽率、工作壓力低(2.74MPa即可)、機(jī)械強(qiáng)度好、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐壓實(shí)、能在pH值為4-11范圍內(nèi)使用、壽命較長。,聚苯并咪唑膜,簡稱為PBI膜，其特點(diǎn)是在高溫時(shí)透水性能好。在2190溫度范圍內(nèi)，PBI膜的透水量隨溫度上升而提高；而當(dāng)溫度升高到90時(shí)，F(xiàn)BI膜的透水量將將到零。,68,反滲透裝置,板框式反滲透裝置,在多孔透水板的單側(cè)或兩側(cè)貼上反滲透膜，即構(gòu)成板式反滲透元件。再將元件緊粘在用不銹

38、鋼或環(huán)氧玻璃鋼制作的承壓板兩側(cè)。然后將幾塊或幾十塊元件成層疊合(圖17-10)，用長螺栓固定，裝入密封耐壓容器中，按壓濾機(jī)形式制成板式反滲透器。這種裝置的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)牢固、能承受高壓、占地面積不大；其缺點(diǎn)是液流狀態(tài)差、易造成濃差極化、設(shè)備費(fèi)用較大、清洗維修也不太方便。,69,管式反滲透裝置,這種裝置是把膜裝在(或者將鑄膜液直接涂在)耐壓微孔承壓管內(nèi)側(cè)或外側(cè)，制成管狀膜元件，然后再裝配成管束式反滲透器。這種裝置的優(yōu)點(diǎn)是水力條件好，適當(dāng)調(diào)節(jié)水流狀態(tài)就能防止膜的沾污和堵塞，能夠處理含懸浮物的溶液，安裝、清洗、維修都比較方便。它的缺點(diǎn)是：單位體積的膜面積小、裝置體積大、制造的費(fèi)用較高。,70,螺旋卷式反滲透裝置,它是在兩層反