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水处理I第四章:水的物化处理总结课件.ppt

123页
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    • 单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第四章 污水的物化处理,4.1,热过程法,4.2,吹脱和汽提,4.3,吸附法,4.4,膜分离法,4.5,离子交换法,4.6,萃取法,4.1,热过程法,(,1,)定义:依热量转移来实现处理目的的方法;,(,2,)分类:蒸发、冷冻、及结晶;,A,、,蒸发:,加热废水,使水分子汽化逸出,从而达到,制取纯水和浓缩废水中的溶质的目的B,、,冷冻:将水温降到冰点以下,使水分子结成冰晶,,然后分离冰晶与浓缩液;,C,、,结晶:通过蒸发浓缩或者降温,使废水中具有,结,晶性能,的溶质达到,过饱和状态,;从而将,多余的溶质结晶出来蒸发、冷冻、结晶:分离和浓缩溶质,;,4.1.1,蒸发法,一、基本原理,(,1,)汽化:水分子逸入大气,变成蒸气的过程;,蒸发汽化:沸点以下进行的,表面汽化,;,沸腾汽化:沸点时发生的,内部汽化过程,;,(,2,)蒸发过程的,物料衡算,:,A,、,一次蒸气:用于加热废水,使之沸腾蒸发的蒸气;,B,、,二次蒸气:废水在蒸发器内沸腾蒸发,逸出蒸气;,C,、,蒸发前后溶质量不变;,G,1,B,1,=G,2,B,2,+G,3,B,3,=G,2,B,2,+,(,G,1,-G,2,),B,3,浓缩后的溶质浓度:,B,3,=,(,G,1,B,1,-G,2,B,2,),/G,3,;,蒸发浓缩倍数:,去除效率:,G-,水量;,B-,溶质的浓度;,二、蒸发工艺,(,1,)单效蒸发工艺系统,定义:二次蒸气冷凝后排出,不再利用,(,2,)多效蒸发工艺系统,A,、,定义:多次利用二次蒸气进行蒸发的工艺;,B,、,条件:前一级产生的,二次蒸气的温度必须高于后,一级的废水沸腾温度,;,C,、,类型:,并联式、顺流串联式、逆流串联式,;,三、蒸发法处理废水的应用,(,1,)浓缩放射性废水:,蒸发浓缩后,浓缩液密闭固封,让其自然衰变;,(,2,)浓缩高浓度有机废水;,蒸发浓缩后,综合利用或焚烧处理;,(,3,)浓缩和回收废酸、废碱液;,4.1.2,结晶法,(,1,)定义:,通过,蒸发,浓缩或,降温,冷却,,使溶液达到,饱和,,,让多余的溶质结晶析出,加以回收利用;,(,2,)结晶条件:,过饱和状态,改变温度、移去部分溶剂,(,3,)物质的溶解度及,溶解曲线,;,物质的溶解度随温度升高而,增大;,KNO,3,、,NaNO,3,物质的溶解度曲线有折点,;,Na,2,SO,4,10H,2,O,物质的溶解度受温度影响很小;,NaCl,(,4,)晶体过程的控制,晶核的形成;,晶核的长大;,晶核的形成速率,晶体的成长速率,晶粒小而多;,晶核的形成速率,晶体的成长速率,晶粒大而少;,4.1.3,冷冻法,(,1,)目的,浓缩高浓度有机或无机废液;,从废水中制取脱盐的高品质用水;,(,2,)工艺过程,冻结;,固液分离;,洗涤与融化;,(,3,)流程及方法,流程:,4.2,吹脱和汽提,4.2.1,概述,(,1,)分离实质:气,液相转移分离;,(,2,)分离过程:,气体(载气),废水,溶解气体,或易挥发溶质,气液界面,气相,实现污染物的去除,(,3,)载气类型,A,、,吹脱:空气(伴随充氧和化学氧化作用),B,、,汽提:水蒸汽,4.2.2,吹脱法(,溶解气体和挥发性有机物,),(,1,)气液相平衡理论,亨利定律:,P*=E X,i,(,平衡状态,),;,(,2,)传质速度,当,P P*,由气相向液相传质;,提高传质速度的方法:,提高水温;,使用新鲜空气或负压操作;,增大气液接触面积;,增大接触时间;,(,3,)吹脱设备,A,、,吹脱池,(曝气池),自然吹脱池:,强化吹脱:,吹脱效果:,吹脱时间,水层高度,接触面积,适用条件:,溶解气体极易挥发;,水温较高;,风速较大;,有开阔地段,不产生二次污染的场合;,B,、,吹脱塔,功能:,提高吹脱效率,回收有用气体,;,防止二次污染;,类型:,填料塔,、,板式塔,;,板式塔的主要特征:,(,4,)吹脱气体量:,Q,废水流量,,m,3,h,;,c,0,原水中的气体浓度,,mg,L,;,c,出水中的气体浓度,,mg,L,;,(,5,),吹脱影响因素:,温度:升温对吹脱有利,气水比:工程上常采用,80,作为设计气水比,pH,值:,pH,值,5 6 7 8 9 10,游离,H,2,S,,,%,100 95 64 15 2 0,游离,H CN,,,%,99.7 99.3 93.3 58.1 12.2,游离,H,2,S,和,HCN,与,pH,的关系,4.2.3,汽提法,(,1,)去除对象:,脱除挥发性溶解物质:,酚、甲醛、苯胺、硫化氢,(,2,)分离过程:,废水与,水蒸气,直接接触;,水中挥发性物质扩散到气相中;,实现废水中污染物的分离;,(,3,)含酚废水的处理,上段:汽提段,A,、,汽提塔,下段:再生段,B,、,流程,汽提段:,脱除废水中酚,再生段:,用碱液从蒸汽中吸收酚,(,4,)含硫废水的处理,4.3,吸附法,(Absorption),4.3.1,概述,(,1,)定义:利用,多孔性,的,固体物质,,水废水中的一种或,多种物质被吸附在固体表面而去除的方法:,(,2,)吸附对象:,溶解性有机质,微生物,痕量重金属,(,3,)吸附类型:,物理吸附和化学吸附,主要特征,物理吸附,化学吸附,吸附力,选择性,吸附热,吸附速度,吸附层,可逆性,分子间力,不明显,较小,2,难吸附,q,C,吸附等温线,B,、,Langmuir,型,:,适用条件:单分子层吸附,式,中:,q,吸附量;,C,吸附质平衡浓度;,a,、,b,分别为与吸附量,吸附能量有关的常数;,当液相浓度很低时,即,bC1,则,q=,abC,;,当液相,浓度很高时,即,bC1,则,q=a,吸附等温线,q,C,a,C,、,BET,型(,Brunauer,-Emmett-Teller,),适用条件:多分子层吸附;,式中:,C,s,吸附质的饱和浓度;,C,吸附质的平衡浓度;,q,0,分别表示单分子层吸附时的最大吸附量;,B,与吸附能量有关的常数;,q,C,C,S,吸附等温线,(,3,)吸附速度,吸附速度,接触时间 吸附设备容积,吸附速度取决于吸附剂对吸附质的,吸附过程,:,吸附过程,:,颗粒的外部扩散阶段(慢);,颗粒的内部扩散阶段(慢);,吸附反应阶段,(,快,),;,(,细孔内表面,),(,4,)影响吸附的因素,吸附剂的性质,吸附剂的比表面积;,吸附剂的种类;,吸附剂的颗粒大小、细孔构造和分布、表面化学性质;,吸附质的性质,溶解度(低有利于吸附),表面自由能,极性,吸附质分子的大小和不饱和度;,吸附质的浓度;,废水的,pH,值,共存物质,温度:升高温度,吸附量减少;,接触时间,(,5,)活性炭柱吸附操作,A,、,吸附操作,静态:小水量、间歇排放;,动态:连续操作;,B,、,吸附床,固定床,:升流式、,降流式,;,升流式:运行时间长,易流失吸附剂;,降流式:出水水质好,水头损失大,需反冲洗,;,移动床,:,优点:占地面积小,出水水质好,不需要反冲洗;,缺点:不能使塔内吸附剂上下层互混,操作要求较高,,流化床,特点:,吸附剂保持流化状态,与水的接触面积增大;,设备小、生产能力大、基建费用低;,不需要反冲洗;,C,、,穿透曲线,(,如图,),(Breakthrough Curves),a,b,a-,穿透点,b-,吸附终点,c,0,c,a,=(0.05,0.1),c,0,c,b,=(0.90,0.95),c,0,D,、,吸附容量的利用,1),采用多床串联操作,2),采用升流式移动操作,(,6,)吸附剂的再生,加热再生法:,低温再生,:,吸附碳氢和芳香化合物的活性碳再生,;,高温再生,:,适于粒状活性碳的再生,;,_,脱水、干燥、炭化、活化、冷却;,药剂再生法:无机药剂再生、有机溶剂再生;,化学氧化法:湿式氧化、电解氧化、臭氧氧化;,生物法;,(,7,)吸附法的优点,处理程度高;,应用范围广;,适应性强;,吸附剂可再生重复利用;,可回收有用物质;,设备紧凑,管理方便;,(,8,),吸附法在废水处理,中的应用,染料化工废水的处理,调节池,冷却沉降,结晶,废水池,固定床,吸附塔,石灰石膨胀,中和滤池,图 二硝基氯苯废水处理工艺流程,二硝基氯苯,铁路货车洗刷废水处理,4.4,离子交换法,(Ion Exchange),4.4.1,概述,处理对象:去除废水中有毒有害的,离子;,离子交换树脂,:空间,网状结构骨架,和附属在骨架上,活,性基团,所构成的高分子化合物;,RSO,3,-,H,+,网状结,构骨架,活性基团,固定部分,活性基,团可交,换部分,RCH,3,N,+,(CH,3,),3,OH,-,交换反应:,强酸性,阳离子交换剂,(Strong-acid,cation,resins),弱酸性阳离子交换剂,(Weak-acid,cation,resins),强碱性,阴离子交换剂,(Strong-base anion resins),弱碱性阴离子交换剂,(Weak-base anion resins),交换过程,外扩散(慢);,内扩散(慢);,进行离子交换反应(快);,内扩散;,外扩散;,4.4.2,离子交换法,基本原理,RH +M,+,=RM +H,+,交换 交换 饱和,树脂 离子 树脂,平衡状态 时有:,K,越大表示树脂对该离子的交换能力越强;,4.4.3,离子交换剂,4.4.3.1,离子交换剂,分类,离子交换剂,有机类,无机类,天然沸石,合成沸石,天然,合成,强酸阳离子交换树脂,RSO,3,H,弱酸阳离子交换树脂,RCOOH,强碱阴离子交换树脂,R-R,3,NOH,弱碱阴离子交换树脂,R-NH,3,OH,4.4.3.2,离子交换剂的交换能力影响因素,(,1,)离子交换树脂的选择性,1,)强酸阳树脂的选择顺序:,Fe,3+,Cr,3+,Al,3+,Ca,2+,Mg,2+,K,+,=NH,+,4,Na,+,Li,+,2,),弱酸阳树脂的选择顺序:,Fe,3+,Cr,3+,Al,3+,Ca,2+,Mg,2+,K,+,=NH,+,4,Na,+,Li,+,3,),强碱阴树脂的选择顺序:,Cr,2,O,7,2-,SO,4,2-,NO,3,-,Cl,-,F,-,HCO,3,-,HSiO,3,-,4,),弱碱阴树脂的选择顺序:,Cr,2,O,7,2-,SO,4,2-,NO,3,-,Cl,-,HCO,3,-,(,2,)废水水质对交换能力的影响,1,)悬浮物和油脂,2,)有机物,3,)高价金属离子,4,),pH,值:弱酸、碱离子交换树脂,5,)水温:,732,#,阳树脂,110,C,,,717,#,阴树脂,60,C,6,),氧化剂:,O,2,、,Cl,2,、,H,2,Cr,2,O,7,(,3,)离子交换树脂的物理化学特性,A,、,物理性能,外观:透明或半透明球体;,粒度:,0.31.2mm,;,密度:,1.04-1.3g,mL,。

      含水率:,50,左右;,交联度:,8,-12,;,机械强度:年损耗量,Cl,-,(I),Na,+,(II),),反渗透,(,3,)反渗透器类型,A,、,板式,(承压板、透水板、膜),B,、,管式,(膜衬在耐压微孔管内壁),C,、,卷式,D,、,中空纤维式,(,4,)膜的清洗,水力清洗,水气混合冲洗,逆流清洗等,氢氧化铁,柠檬酸铵,乳化油废水,表面活性剂,物理法,化学法,4.5.5,超滤(,Ultrafiltration,),(,1,),分离对象:,大分子(,M500 D=0.005-10,m,),微 粒(细菌、病毒、蛋白质等),(,2,)推动力:压力差(,0.1,0.5MPa,),(,3,),分离机理:筛滤及表面作用;,膜表面孔径机械,筛分作用(主要作用),;,膜孔阻塞、阻滞作用,;,膜孔对杂质的,吸附作用,;,(,4,)超滤膜的种类及组件:,醋酸纤维素超滤膜,聚砜超滤膜(,PS,),组件:板式、管式、卷式、中空纤维式,(,5,),超滤在环境保护中的应用,A,、,超滤法处理染色废水,;,B,、,超滤。

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