污水的化學(xué)與物理化學(xué)處理

污水的化學(xué)與物理化學(xué)處理第1頁/共124頁1.概念利用化學(xué)反應(yīng)作用來去除水中雜質(zhì)。

利用物理化學(xué)原理和化工單元操作去除水中雜質(zhì)。針對無機(jī)物或者難以生物降解的有機(jī)物、高濃度雜質(zhì)的回收利用、污水的深度處理2.化學(xué)處理方法混凝法、中和法、化學(xué)沉淀法、氧化還原法3.物理化學(xué)處理方法吸附法、離子交換法、萃取法、膜析法蒸發(fā)、蒸餾、結(jié)晶第2頁/共124頁混凝沉淀池第3頁/共124頁一.概述

1.混凝

向污水中預(yù)先投加化學(xué)藥劑來破壞膠體的穩(wěn)定性，使污水中的膠體和細(xì)小的懸浮物聚集成具有可分離性的絮凝體，再加以分離除去的過程。

2.處理對象

粒度在1nm~100μm部分懸浮液和膠體溶液

第一節(jié)化學(xué)混凝法第4頁/共124頁圖3.1膠體結(jié)構(gòu)及電位示意圖3.膠體穩(wěn)定性的原因

（1）膠體顆粒間的靜電斥力；（2）微顆粒的布朗運動（不足以將兩個膠粒推近到使范德華引力發(fā)生作用）；（3）顆粒表面的水化作用（帶電的膠粒將極性水分子吸引到周圍形成水化膜，阻止膠粒之間的接觸）。

第5頁/共124頁Al(OH)3溶膠第6頁/共124頁4．混凝原理

1)壓縮雙電層作用（降低或消除ζ電位，膠粒布朗運動的動能足以克服斥力）

2)吸附架橋作用（高分子物質(zhì)吸附多個膠粒，并相互粘結(jié)）

3)網(wǎng)捕作用（沉淀物自身沉淀過程中，卷集、網(wǎng)捕水中的膠粒等并使之粘結(jié)）

不同情況下高聚物對膠體的吸附架橋作用

第7頁/共124頁5.凝聚和絮凝

1)凝聚向水中加入混凝劑攪拌混合，使膠體顆粒的脫穩(wěn)，通過互相接觸、吸附、卷帶和橋連等機(jī)理凝聚在一起，形成小凝粒的過程。

2)絮凝小凝?；ハ嘟佑|，聚合形成大的凝絮體的過程。第8頁/共124頁混凝過程第9頁/共124頁1.混凝劑概念

混凝過程中，為使懸浮粒子或膠體變成易于去除的大絮凝體而投加的主要化學(xué)藥劑。種類

1）無機(jī)鹽類混凝劑及混凝特性

2）有機(jī)合成高分子混凝劑

二.混凝劑、助凝劑第10頁/共124頁

常用無機(jī)鹽混凝劑及其主要性能第11頁/共124頁混凝劑分類聚合硫酸鐵（PFS）[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m天然高分子物質(zhì)：淀粉、樹膠、動物膠等鋁鹽鐵鹽無機(jī)類有機(jī)類硫酸鋁Al2(SO4)3·18H2O明礬Al2(SO4)3K2SO4·24H2O聚合氯化鋁（PAC）[Al2(OH)nCl6-n]m硫酸亞鐵FeSO4·7H2O三氯化鐵FeCl3·6H2O陰離子型聚丙烯酸鈉陽離子型乙烯吡啶共聚物非離子型聚丙烯酰胺（PAM）人工合成polyacrylamidePolymericferricsulfatePolyaluminiumChloride第12頁/共124頁明礬聚合硫酸鐵聚丙烯酰胺淀粉第13頁/共124頁2.助凝劑

常用的助凝劑作用：投加酸或堿類以調(diào)整pH值；投加活化硅酸、骨膠、海藻酸鈉、PAM等，以增強(qiáng)絮凝體的密實性和沉降性能；投加氯、臭氧等氧化劑，以提高混凝效果。海藻酸鈉骨膠第14頁/共124頁三、影響混凝效果的主要因素

水溫

無機(jī)鹽混凝劑的水解是吸熱反應(yīng)

溫度低，粘度大，不利于膠粒的絮凝長大

水的pH值（堿度）不同混凝劑適合的pH范圍不同水中雜質(zhì)的成分、性質(zhì)和濃度

需通過試驗來確定合適的混凝劑和投加量水力條件（混合和反應(yīng)）混合要求快速和劇烈攪拌反應(yīng)階段的攪拌強(qiáng)度和水流速度要隨絮凝體的結(jié)大而降低

P295-296第15頁/共124頁四．水與混凝劑的混合與絮凝反應(yīng)（一）混凝劑溶液的配制（濕投法）

1.溶液池容積W12.溶解池容積W2（二）混凝劑溶液的投加

1．計量設(shè)備（流量計）2．投加方式及設(shè)備

1)泵前投加2)高位溶液池重力投加

3)水射器投加4)采用計量泵投加P297第16頁/共124頁第17頁/共124頁高位溶液池重力投加第18頁/共124頁圖3－11水射器壓力投加第19頁/共124頁計量泵壓力投加第20頁/共124頁

(三)混合設(shè)備

1.混合設(shè)備的作用混合設(shè)備應(yīng)滿足下列要求：①保證藥劑迅速均勻擴(kuò)散到整個水中；②混合時間不宜過長；③能使水體產(chǎn)生強(qiáng)烈紊動。

2.混合設(shè)備

1）水泵混合（快速劇烈，不需另建設(shè)備，但要注意腐蝕和管線長度）

2）隔板混合3）機(jī)械混合P299第21頁/共124頁（四）反應(yīng)設(shè)備(1)隔板反應(yīng)池(2)機(jī)械攪拌反應(yīng)池(3)折板絮凝池(4)柵條(網(wǎng)格)絮凝池(5)穿孔旋流絮凝池(6)其他形式的絮凝池

P300第22頁/共124頁

主要設(shè)計參數(shù)

(1)廊道中的流速起端取0.5-0.6m/s,末端取0.15-0.2m/s。隔板間距從進(jìn)口到出口逐漸放寬；

(2)池數(shù)不少于2個，反應(yīng)時間為20-30min；

(3)隔板間距應(yīng)大于0.5m，池底坡度為0.02-0.03;(4)轉(zhuǎn)彎處過水?dāng)嗝婷娣e為廊道過水?dāng)嗝婷娣e的1.2-1.3倍;(5)水頭損失計算可分成數(shù)段進(jìn)行計算?？偹^損失為各段損失（包括沿程和局部損失）之和。隔板反應(yīng)池第23頁/共124頁

主要設(shè)計參數(shù)：①每臺攪拌設(shè)備上的漿板總面積為水流截面積的10%-20%，不超過25%.漿板長度不大于葉輪直徑的75%，寬度為19-30cm；②葉輪半徑中心點的旋轉(zhuǎn)線速度，第一格用0.5-0.6m/s，以后逐漸減少，最后一格采用0.1-0.2m/s，不得大于0.3m/s；③反應(yīng)時間為15-20min。

機(jī)械攪拌反應(yīng)池第24頁/共124頁折板絮凝池網(wǎng)格絮凝池第25頁/共124頁第二節(jié)中和法一.概念

1.中和法利用堿性藥劑或酸性藥劑將廢水從酸性或堿性調(diào)整到中性附近的一類處理方法。

2.處理對象：廢酸液和廢堿液廢酸液：酸含量大于5-10%的高濃度含酸廢水；廢堿液:堿含量大于3-5%的高濃度含堿廢水。

第26頁/共124頁

1.投藥中和法（濕投加）

2.過濾中和法

（采用中和劑為濾料）

1）普通中和濾池2）升流式膨脹床濾池（圖16-3）3）噴淋塔（圖16-4）

3.以廢治廢

酸性廢水與堿性廢水相互中和

，節(jié)約中和劑中和法分類P288第27頁/共124頁第三節(jié)化學(xué)沉淀處理一.概念

1.化學(xué)沉淀法

向水中投加某種化學(xué)藥劑，使其與水中的溶解物質(zhì)反應(yīng)生成難溶物沉淀下來的方法。

2.分級沉淀

當(dāng)溶液中有數(shù)種離子都能與同一種離子生成沉淀時，它們生成沉淀的順序。第28頁/共124頁二、處理對象廢水中的重金屬離子、貴金屬和放射性元素等，如：Hg、Cr、Cd、Pb、Cu、Ag、Zn、Ni、Fe。。。給水處理中去除Ca、Mg硬度大量陰離子的去除，如S2-、SO42-、PO43-、F-。。。第29頁/共124頁

1.氫氧化物沉淀法

2.硫化物沉淀法

3.碳酸鹽沉淀法4.鐵氧體法

P302

表16-1三、沉淀類型第30頁/共124頁

鐵氧體法

第31頁/共124頁四、沉淀原理和影響因素第32頁/共124頁第33頁/共124頁五、操作注意事項第34頁/共124頁六、化學(xué)沉淀法的優(yōu)缺點技術(shù)方法成熟、操作簡單可選擇性回收金屬，產(chǎn)生一定收益處理后可能存在大量二次污染。第35頁/共124頁沉淀劑用量的計算P303第36頁/共124頁

第四節(jié)氧化和還原法目錄1直接氧化法2高級氧化技術(shù)3還原法第37頁/共124頁概述利用氧化劑或還原劑，改變水中某些有毒有害化合物中的元素的化合價以及改變化合物的分子結(jié)構(gòu)，使得毒性高的化合物轉(zhuǎn)變?yōu)闊o毒或微毒的化合物，使得難于生物降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為可以生物降解的有機(jī)物。類型氧化法：向污水中投加氧化劑的方法。還原法：向污水中投加氧化劑的方法。引言第38頁/共124頁1直接氧化法氧化劑空氣、氯、臭氧等處理對象工業(yè)廢水，地下水，深度處理第39頁/共124頁（1）空氣氧化把空氣鼓入污(廢)水中，利用空氣中氧氣氧化廢水中的污染物特點：電對O2/O2-的半反應(yīng)式中有H+或OH-離子參加，因而氧化還原電位與pH有關(guān)，低pH時，氧化還原電位更高。在常溫常壓下和中性pH條件，分子氧為弱氧化劑，用來處理易氧化物質(zhì)。提高溫度和氧分壓，可以增大電極電位；添加催化劑，可以降低反應(yīng)活化能第40頁/共124頁例1：地下水除鐵、錳

在缺氧的地下水中常出現(xiàn)二價鐵和錳。通過曝氣，可以將它們分別氧化為Fe(OH)3和MnO2沉淀物。除鐵氧化速度與氫氧根濃度平方成正比。在pH≤6.5條件下，氧化速度相當(dāng)緩慢。反應(yīng)動力學(xué)方程：考慮堿度影響第41頁/共124頁除錳比除鐵難，相似條件下，反應(yīng)時間漫長，需要尋找更強(qiáng)的催化劑或更強(qiáng)的氧化劑。MnO2對Mn2+的氧化具有催化作用。曝氣過濾除錳需要強(qiáng)烈曝氣，盡量散去CO2，提高pH，再流入天然錳砂或石英砂過濾器。MnO2對Fe2＋也具有催化作用，使其氧化速度加快鐵細(xì)菌以水中CO2為碳源，無機(jī)氮為氮源，氧化Fe2＋為Fe3＋獲得能量；對錳的氧化起生物催化作用。氧化吸附氧化第42頁/共124頁除鐵、除錳工藝流程圖第43頁/共124頁例2：工業(yè)廢水脫硫存在形式：Na2S,NaHS,(NH4)2S,NH4HS在堿性溶液中，各電對具有較強(qiáng)的還原能力，可以利用分子氧氧化硫化物方法：向廢水中注入空氣和蒸汽，硫化物發(fā)生如下反應(yīng)：裝置：空氣氧化脫硫塔試驗表明：操作溫度90℃，廢水含硫2900mg/L，脫硫效率達(dá)到98.3%,費用0.9元/m3；操作溫度64℃，其它條件同，脫硫效率達(dá)到94.3%,費用0.6元/m3；酸性溶液堿性溶液第44頁/共124頁含硫廢水123456出水壓縮空氣蒸汽廢氣1-隔油池，2-泵，3-換熱器，4-射流器，5-空氣氧化塔，6-分離器空氣氧化法處理含硫廢水流程第45頁/共124頁（2）氯氧化氯的存在形式液氯、氯胺、漂白粉、次氯酸鈉、二氧化氯有效氯（表征各藥劑的氧化能力）化合價大于-1的那部分氯具有氧化能力，稱為有效氯。例3：氯消毒第46頁/共124頁456789101110090807060504030201000102030405060708090100pHNHCl2,HOCl(%)NH2Cl,OCl-(%)HOCl0℃HOCl20℃氯胺25℃HOCl、OCl-所占的百分?jǐn)?shù)與pH值和水溫的關(guān)系氯氣與水發(fā)生歧化反應(yīng)，次氯酸在水中離解：電離常數(shù)K=[H+][OCl-]/[HOCl]HOCl與OCl-在溶液中的比例隨pH值變化，關(guān)系如右圖在酸性溶液中：HOCl＋H++2eCl-+H2OE0=1.49v在堿性溶液中：OCl-

＋H2O+2eCl-+2OH-E0=0.9v在中性溶液中：E0=1.2vHOCl比OCl-的氧化能力強(qiáng)得多，OCl-帶電，影響接觸，氯氧化法在酸性溶液中較為有利氯氧化（消毒）原理第47頁/共124頁NH2Cl與NHCl2的分布由如下平衡決定：NHCl2的殺菌能力比NH2Cl強(qiáng)，氯胺消毒還是依靠HOCl，當(dāng)水中HOCl消耗后，上式反應(yīng)向左進(jìn)行，釋放出HOCl，因而氯胺消毒比HOCl慢氯胺也是常用的消毒劑，主要包括一氯胺、二氯胺和三氯胺（NH2Cl，NHCl2和NCl3）第48頁/共124頁加氯量mg/L余氯量mg/L游離性余氯化合性余氯BA0Ha1a2a3a4b1b2b3b41區(qū)2區(qū)3區(qū)4區(qū)需氯量試驗結(jié)果圖中虛線（該線，與坐標(biāo)軸成45°角）表示水中無雜質(zhì)時加氯量與余氯量的關(guān)系。實線表示氯與雜質(zhì)化合后的情況，b值即需氯量—被氯氧化的雜質(zhì)，a代表余氯量，a加b即加氯量。1區(qū)：氧化還原性物質(zhì)，余氯為零；2區(qū)：氯與氨化合，產(chǎn)生氯胺，有余氯，是化合氯；3區(qū)：加氯量增加，氯胺被氧化成不起消毒作用的氯，余氯減少，到折點B；4區(qū)：完全是游離性余氯?！埸c加氯第49頁/共124頁加氯設(shè)備采用加氯機(jī)：注意安全，防止腐蝕氯氧化系統(tǒng)第50頁/共124頁例4：電鍍廢水脫CN-第一階段：要求pH值10～11，需要5分鐘，控制10-15分鐘第二階段：要求pH值8～8.5，需要1小時理論值：CN-:Cl2:NaOH=1:6.8:6.2實際控制投加CN-:Cl2=1:8P304第51頁/共124頁（3）臭氧氧化臭氧是氧的同素異構(gòu)體，常溫常壓下是一種具有魚腥味的淡藍(lán)色氣體。性質(zhì)不穩(wěn)定性—在常溫下自行分解為氧氣放熱溫度越高，分解越快；濃度越高，分解越快；在水溶液中分解比氣相中快；pH高分解快。溶解性在水中溶解度比純氧高10倍，比空氣高25倍毒性衛(wèi)生部規(guī)定其最高濃度為0.3mg/m3氧化性強(qiáng)氧化劑：E0=2.07V,氧化能力僅次于氟在水處理中的應(yīng)用消毒；污染水源水的凈化；工業(yè)廢水的臭氧凈化降低COD、殺菌、增加溶解氧、脫色除臭、降低濁度第52頁/共124頁53臭氧與有機(jī)物反應(yīng)：1.直接反應(yīng)（1）偶極加成（2）親電取代2.間接反應(yīng)·OH臭氧氧化有機(jī)物原理第53頁/共124頁例5：無機(jī)物的去除將鐵錳氧化為高價化合物：氧化硫化物、氰化物：氰化物在酸性條件下水中的實際反應(yīng)過程可用下列反應(yīng)式表示：總反應(yīng)式為：第54頁/共124頁烯烴類雙鍵化合物芳香族化合物有機(jī)胺臭氧可氧化硫氰化物離子和復(fù)雜的氰化物：例6：有機(jī)物的去除第55頁/共124頁P304例7：工業(yè)廢水的深度處理例8：臭氧消毒第56頁/共124頁臭氧處理閉路系統(tǒng)臭氧發(fā)生系統(tǒng)及接觸反應(yīng)器臭氧不穩(wěn)定，現(xiàn)場隨制隨用；發(fā)生器：板式和管式兩種接觸反應(yīng)器：鼓泡塔、螺旋混合器、渦輪注入器、射流器第57頁/共124頁第58頁/共124頁COD去除率：85.6%;丙烯腈：99.9%;SCN-100%第59頁/共124頁（4）其他氧化劑氧化高錳酸鹽氧化能與水中Fe2+、Mn2+、S2-、CN-、酚及其它至臭味有機(jī)物很好地反應(yīng)，能殺死很多藻類和微生物，與臭氧處理一樣，出水無異味。過氧化氫氧化第60頁/共124頁2高級氧化技術(shù)定義（1987年Glaze提出）任何以產(chǎn)生羥基自由基（OH）

為目的的過程均是高級氧化工藝特點反應(yīng)速率快：由于羥基自由基具有極強(qiáng)的氧化性，這使得它可以與絕大多數(shù)有機(jī)物和無機(jī)物在水中迅速反應(yīng)。

氧化效率高：絕大多數(shù)有機(jī)物可以被徹底氧化。第61頁/共124頁常見的高級氧化過程：62Fenton反應(yīng)H2O2/UV過程濕式氧化（WO）和催化濕式氧化（CWO）UV/TiO2催化氧化臭氧高級氧化過程超聲波高級氧化電化學(xué)氧化高能電子輻射過硫酸鹽氧化WetOxidationCatalyticWetOxidation第62頁/共124頁Fenton試劑氧化有機(jī)物反應(yīng)歷程Fenton試劑亞鐵鹽（Fe2+）和過氧化氫（H2O2）一般控制pH為3例1：處理垃圾滲濾液P306第63頁/共124頁H2O2/UV過程比單獨H2O2效果好不會造成二次污染例2：去除氯代酚類化合物P306第64頁/共124頁濕式氧化（WO）和催化濕式氧化（CWO）在較高的溫度和壓力下，用空氣中的氧來氧化廢水中溶解和懸浮的有機(jī)物和還原性無機(jī)物的方法—在液相中進(jìn)行發(fā)展方向開發(fā)高效催化劑，使反應(yīng)能在較溫和的條件下，在更短的時間內(nèi)完成；進(jìn)行超臨界濕式氧化；回收系統(tǒng)的能量和物料。影響處理效果的因素：廢水性質(zhì)操作條件（溫度、氧分壓、時間、催化劑等）溫度越高，時間越長，去除率越高，不低于180℃達(dá)到相同的去除率，溫度越高，時間越短，對應(yīng)反應(yīng)器容積越小用作高濃度、難生降工業(yè)廢水和污泥處理兩個速度段，前段快，考慮作為生物氧化預(yù)處理手段第65頁/共124頁濕式氧化法基本流程第66頁/共124頁濕式氧化處理濃廢液流程第67頁/共124頁68臭氧與有機(jī)物反應(yīng)：1.直接反應(yīng)（1）偶極加成（2）親電取代2.間接反應(yīng)·OH臭氧（催化）高級氧化第68頁/共124頁69O3與OH氧化難降解有機(jī)污染物的對比右表中的有機(jī)物（國標(biāo)限制的）

與O3的反應(yīng)速率:

<103M-1·s-1

與·OH的反應(yīng)速率:

>107M-1·s-1

對右表中的每一種有機(jī)物而言，其與·OH的反應(yīng)速率與O3的反應(yīng)速率之比:

>105

倍

第69頁/共124頁其他高級氧化技術(shù)電化學(xué)氧化超聲波高級氧化高能電子輻射過硫酸鹽氧化高級氧化技術(shù)對污水中難生降物質(zhì)及不能生降的有毒有害物質(zhì)具有顯著的功效，成為近年來的研究熱點，由于成本的限制，目前只能用于特種廢水的處理或作為生物處理的預(yù)處理第70頁/共124頁3還原法常用的還原劑①某些電極電位較低的金屬，鐵屑、鋅粉②帶負(fù)電的離子，例如：SO32-→SO42-③帶正電的離子，例如：Fe2+→Fe3+第71頁/共124頁例1：還原除鉻——把Cr6+還原成毒性較低的Cr3+亞硫酸—石灰法除鉻二步：廢水中的Cr2O72-在酸性條件下（pH<4）與還原劑反應(yīng)生成Cr2(SO4)3，再加石灰生成Cr(OH)3沉淀。在pH=3-4時，反應(yīng)進(jìn)行完全，藥劑用量省，Cr6+:S=1:1.3-1.5;在pH=6時，反應(yīng)進(jìn)行不完全，藥劑較貴，Cr6+:S=1:2-3;當(dāng)pH>7時，反應(yīng)不能進(jìn)行。第72頁/共124頁例1：還原除鉻——把Cr6+還原成毒性較低的Cr3+鐵屑過濾除鉻酸性條件下Fe→Fe2+，Cr6+→Cr3+，反應(yīng)進(jìn)行中消耗氫離子使得pH升高，Cr(OH)3，F(xiàn)e(OH)3同時去除犧牲陽極（鐵）除鉻亞硫酸鐵—石灰法除鉻P307第73頁/共124頁例2：還原法除汞氯堿、炸藥、制藥、儀表工業(yè)廢水中含有劇毒的Hg+，處理方法是將其還原為Hg，加以回收。采用比汞活潑的金屬（鐵屑、鋅粉、鋁粉、鋼屑等），獲得金屬汞回收利用采用鐵屑過濾時：pH值＝6～9較好，耗鐵量最??；采用鋅粉時：pH值＝9～11較好；采用銅屑時：pH值＝1～10均可，一般用于廢水含酸濃度較大的場合。第74頁/共124頁例3：金屬鐵還原處理硝基苯類廢水例4：Cu/Fe催化還原處理難生降工業(yè)廢水P307-308第75頁/共124頁

第五節(jié)吸附法目錄1基本概念2吸附劑3吸附工藝與設(shè)備4吸附法在水處理中的應(yīng)用第76頁/共124頁硅膠第77頁/共124頁一.概念

1.吸附法

利用多孔性固體物質(zhì)具有選擇性吸附廢水（廢氣）中的一種或多種有害組分的特點，把廢水（廢氣）中某一組分或某些組分吸留在固體表面上，實現(xiàn)凈化廢水（廢氣）的一種方法。

2.吸附類型物理吸附：吸附劑與吸附質(zhì)間由范德華力引起的；化學(xué)吸附：吸附劑與吸附質(zhì)間由化學(xué)鍵力導(dǎo)致的。

第78頁/共124頁①吸附質(zhì)與吸附劑間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；②吸附過程極快，參與吸附的各相間常常瞬間即達(dá)平衡；③放出的“吸附熱”少；④吸附劑與吸附質(zhì)間的吸附力不強(qiáng)。

a.物理吸附的特征：①吸附有很強(qiáng)的選擇性； ②吸附速率較漫，達(dá)到吸附平衡需要的時間長；③升高溫度可以提高吸附速率； ④放出的“吸附熱”多。b.化學(xué)吸附的特征：吸附過程第79頁/共124頁3.吸附等溫線吸附等溫線有多種類型，

常見的兩種類型如下圖所示。Ⅰ型的吸附等溫線可用Langmuir公式處理;Ⅱ型等溫線可用Branauer、

Emmett及Teller（簡稱BET）公式處理。單位吸附劑的吸附量吸附質(zhì)在液體中的濃度第80頁/共124頁

最常用的吸附等溫式是Freundlich經(jīng)驗公式，該表達(dá)式為：

式中Kf和n為常數(shù)。求吸附公式中的常數(shù)時，可將上式變?yōu)椋?/p>

在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上根據(jù)試驗數(shù)據(jù)繪圖，見下圖，在圖中就可求出常數(shù)Kf和n。求Freundlich公式的常數(shù)

第81頁/共124頁4.吸附速率

吸附速率決定與吸附劑對吸附質(zhì)的吸附過程，即外擴(kuò)散（膜擴(kuò)散）、孔隙擴(kuò)散和吸附反應(yīng)；通常吸附反應(yīng)速率非常快，因而吸附速率主要由外擴(kuò)散和孔隙擴(kuò)散速率控制。

①與界膜厚度成反比；②與單位體積床層中吸附劑顆粒的外表面積a成正比；③與流體主體中吸附質(zhì)的濃度c成正比；④與吸附劑顆粒外表面上流體中吸附質(zhì)濃度ci成正比。a.界膜內(nèi)吸附質(zhì)擴(kuò)散速率N：即：b.孔隙擴(kuò)散速率N：

與吸附劑外表面的吸附量qi和顆粒的平均吸附量q的差成正比，即：式中：Ks——吸附劑外表面至內(nèi)表面的傳質(zhì)系數(shù)。第82頁/共124頁5.影響吸附的因素

1．溶質(zhì)（吸附質(zhì)）的性質(zhì)

(1)溶質(zhì)與溶劑之間的作用力；

(2)溶質(zhì)分子的大??；

(3)電離和極性；

2．吸附劑的性質(zhì)

表面積、種類，制造方法等；

3．溶液的性質(zhì)

(1)pH；

(2)溫度；

(3)共存物質(zhì)；P313~314第83頁/共124頁二.吸附劑

1．吸附劑的選擇

①具有大的比表面積；②具有良好的選擇性吸附作用；③吸附容量大；④具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和均勻的顆粒尺寸⑤有足夠的熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性⑥有良好的再生性能

⑦吸附劑的來源廣泛、價格低廉

第84頁/共124頁2．常用的工業(yè)吸附劑：

①活性白土、漂白土、硅藻土等天然礦物質(zhì)； ②活性炭； ③硅膠； ④活性氧化鋁； ⑤沸石分子篩； ⑥吸附樹脂； ⑦腐殖酸類吸附劑。

P314第85頁/共124頁活性炭塊狀球狀柱狀第86頁/共124頁活性炭的微晶片結(jié)構(gòu)示意

第87頁/共124頁硅藻土沸石分子篩腐殖酸類吸附劑吸附樹脂第88頁/共124頁三.吸附工藝與設(shè)備1.吸附操作的三個步驟：（1）流體與固體吸附劑進(jìn)行充分接觸，使流體中的吸附質(zhì)被吸附在吸附劑上；（2）將已吸附吸附質(zhì)的吸附劑與流體分離；（3）進(jìn)行吸附劑的再生或更換新的吸附劑。第89頁/共124頁

2.吸附裝置的主要結(jié)構(gòu)形式：（1）混合接觸式吸附裝置

a.并流多級吸附；

b.逆流多級吸附；（2）固定床吸附裝置

（固定吸附劑）

a.立式；

b.環(huán)式；

c.臥式。

P316P316固定床吸附操作示意圖a.單床式；b.多床串聯(lián)式；c.多床并聯(lián)式第90頁/共124頁降流式固定床型吸附塔第91頁/共124頁（3）移動床吸附裝置（移動吸附劑）在移動床內(nèi)被處理流體由塔下部進(jìn)入，和吸附劑呈逆流接觸，再從塔的上部排出。飽和的吸附劑從塔的下部取出進(jìn)行再生，新鮮的吸附劑從塔上部放入。（4）流化床吸附裝置流化床是吸附劑處于流化狀態(tài)操作的吸附裝置。移動床吸附操作裝置圖再生劑第92頁/共124頁四.吸附法在水處理中的應(yīng)用圖16-8吸附法除汞流程示意圖Ca(OH)2.Na2S.FeSO4壓縮空氣含汞廢水反應(yīng)池沉淀池吸附池1吸附池2排放HgSHgO壓縮空氣1.含汞廢水的處理

2.煉油廠、印染廠廢水的深度處理3.芳香磺酸類有機(jī)廢水的治理和資源回收

4.芳香胺類有機(jī)廢水的治理和資源回收

P318第93頁/共124頁

第六節(jié)離子交換法目錄1離子交換劑2離子交換樹脂的選用3離子交換的工藝和設(shè)備4離子交換法在水處理中的應(yīng)用第94頁/共124頁

廢水與離子交換劑接觸時，離子態(tài)污染物與交換劑上同號離子相互交換，使廢水中有害離子被分離的方法。一．離子交換劑：水處理中用的離子交換劑主要有磺化煤和離子交換樹脂。

1.磺化煤磺化煤利用天然煤經(jīng)濃硫酸磺化處理后制成，但交換容量低，機(jī)械強(qiáng)度差，化學(xué)穩(wěn)定性較差，已逐漸為離子交換樹脂所取代。

2.離子交換樹脂離子交換樹脂是人工合成的高分子聚合物，由樹脂本體（骨架）和活性基團(tuán)（包括固定離子和活動離子）兩部分組成。第95頁/共124頁離子交換樹脂第96頁/共124頁離子交換樹脂a.按樹脂的類型和孔結(jié)構(gòu)的不同可分為：b.按樹脂活性基團(tuán)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）樹脂和高巨孔型（超MR型）樹脂。

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)等的螯合樹脂、含有氧化還原基團(tuán)的氧化還原樹脂及兩性樹脂等。其中，陰、陽離子交換樹脂按活性基團(tuán)電離的強(qiáng)弱程度，又分為強(qiáng)酸性、弱酸性、強(qiáng)堿性和弱堿性。陽離子交換樹脂：強(qiáng)酸性和弱酸性；

陰離子交換樹脂：強(qiáng)堿性和弱堿性；

第97頁/共124頁第98頁/共124頁二．離子交換樹脂的選用：

1.離子交換樹脂的有效pH值范圍表16-4各類型交換樹脂的有效pH范圍樹脂類型有效pH值范圍強(qiáng)酸性離子交換樹脂1~145~141~121~7弱酸性離子交換樹脂強(qiáng)堿性離子交換樹脂弱堿性離子交換樹脂第99頁/共124頁

2.交換容量指樹脂交換能力的大小，即可交換的離子數(shù)量。干樹脂的交換容量的單位為mol/g，濕樹脂的交換容量的單位為mol/mL。Eop＝（60～80）％Et。全交換容量Et：

指單位質(zhì)量樹脂所具有可交換離子的總數(shù)量。工作交換容量Eop：

指在給定條件下，單位質(zhì)量樹脂實際可利用的可交換離子的數(shù)量。第100頁/共124頁3.交聯(lián)度工業(yè)上常用的凝膠型樹脂含有2％～12％的二乙烯苯作為苯乙烯的交聯(lián)劑。

交聯(lián)度越大，樹脂的孔隙率越小，密度越大，交換能力越小。水處理中用的離子交換樹脂的交聯(lián)度一般為7％～10％。第101頁/共124頁4.交換勢

對同一種交換樹脂RH講，平衡選擇系數(shù)K愈大，通常說這種離子的交換勢很大；反之亦然。

1）強(qiáng)酸性陽樹脂的選擇性順序：

2）弱酸性陽樹脂的選擇性順序：

3）強(qiáng)堿性陰樹指的選擇性順序：

第102頁/共124頁4）弱堿性陰樹脂的選擇性順序：

5）螯合樹脂的選擇性順序與樹脂種類有關(guān)亞氨基醋酸型螯合樹脂的選擇性順序：

第103頁/共124頁三．離子交換的工藝和設(shè)備：

離子交換裝置按照進(jìn)行方式的不同，可分為固定床和連續(xù)床兩大類：離子交換裝置連續(xù)床固定床混合床雙層床單層床移動床流動床

離子交換的運行操作包括四個步驟：交換、反洗、再生、清洗。P323-325P324第104頁/共124頁四．離子交換法在水處理中的應(yīng)用：

1.電鍍含鉻廢水的處理

a.一般流程(圖)b.樹脂的選擇

c.原水的預(yù)處理與設(shè)備材料

2.離子交換法處理含汞廢水圖16-9含鉻廢水離子交換處理流程P326-327第105頁/共124頁3.水的軟化、DI水的制備第106頁/共124頁

第七節(jié)萃取法目錄1萃取劑的選擇2萃取工藝過程3萃取設(shè)備4萃取法在水處理中的應(yīng)用第107頁/共124頁

用一種與水不互溶，而對廢水中某種污染物溶解度大的有機(jī)溶劑，從廢水中分離去除該污染物的方法。

萃取過程是一個傳質(zhì)過程，包括：

1）原料液和溶劑進(jìn)行接觸；

2）使萃取相和萃余相分層；

3）進(jìn)行溶劑回收等步驟。原理：分配定律P327第108頁/共124頁

a.萃取劑應(yīng)有良好的選擇性

b.萃取劑與原料液有大的密度差

c.萃取劑要有較大的表面張力，減少乳化現(xiàn)象

d.萃取過程的能耗低

e.無毒、不易燃易爆、穩(wěn)定性要好f.價格低廉、來源要廣、一.苯取劑的選擇第109頁/共124頁二.萃取工藝過程萃取工序：混合—分離—回收

萃取流程：單級萃取多級萃取

P331第110頁/共124頁三.萃取設(shè)備圖轉(zhuǎn)盤塔圖脈沖篩板塔P334填料萃取塔第111頁/共124頁四.萃取法在廢水處理中的應(yīng)用1.萃取法處理含酚廢水

2.萃取法處理含重金屬廢水圖萃取塔脫酚工藝流程P335第112頁/共124頁

第八節(jié)膜析法目錄1類型及特征2（擴(kuò)散）滲析法3電滲析法4反滲透法5超濾法第113頁/共124頁一.類型及特征

(擴(kuò)散)滲析、電滲析、超濾、反滲透是通過一種特殊的半透膜分離水中離子和分子的技術(shù)第114頁/共124頁二．?dāng)U散滲析法

1.基本原理：

選擇性地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