環(huán)境工程原理課件圖文解析

第八章其他傳質分離方法

學習目標了解離子交換分離、氣浮分離及電解分離等環(huán)境工程中常見的傳質分離方法的基本概念，在環(huán)境工程中的應用。

掌握離子交換分離、氣浮分離及電解分離的基本原理，各種常用設備選用。第一節(jié)離子交換分離

離子交換分離是利用固相離子交換劑功能基團所帶的可交換離子，與接觸交換劑的溶液中相同電性的離子進行交換反應，以達到粒子的置換、分離、去除、濃縮等目的。一、離子交換的基本原理

⑴離子交換劑

離子交換劑：離子交換樹脂無機離子交換劑（如天然與合成沸石）天然有機交換劑（如磺化煤等）離子交換樹脂的固體骨架多為苯乙烯和二乙烯苯的共聚物，它具有三維交聯(lián)結構?？捎没瘜W反應的方法，將某些離子功能基團加到聚合物骨架上，將其轉變成具有離子交換性能的水溶脹性的凝膠。a-苯乙烯與二乙烯共聚物；b-丙烯酸與二乙烯共聚物a-磺化；b-陽離子交換樹脂中的固定離子與遷移離子示意；c-氯甲基化和氨基化⑵離子交換平衡離子交換平衡規(guī)律的理論依據為質量作用定律。

離子交換反應為：交換反應的平衡關系：K＝

K---離子交換平衡選擇系數(shù)。K值越大，吸著量越大，即溶液中的Bn+離子的去除率越高。根據K值的大小，可以判斷交換樹脂選擇性的強弱。

強酸性陽離子交換樹脂的選擇系數(shù)離子種類二乙烯苯含量離子種類二乙烯苯含量4％8％16％4％8％16％Li+H+Na+NH4+K+Rb+Cs+Ag+Tl+UO22+1.001.321.581.902.272.462.674.736.712.361.001.271.982.552.903.163.258.5112.42.451.001.472.373.344.504.624.6622.928.53.34Mg2+Zn2+Co2+Cu2+Cd2+Ni2+Ca2+Sr2+Pb2+Ba2+2.953.133.233.293.373.454.154.706.567.473.293.473.743.853.883.935.166.519.9111.53.513.783.814.464.954.067.2710.118.020.8⑶傳質速率在離子交換過程中，同樣存在著兩個主要的傳質阻力：①離子交換劑粒子附近的邊界層中產生的外部傳質阻力。②是在粒子內部的擴散傳質阻力。

一般來說，溶液中交換離子的濃度很低時，外部傳質是控制步驟，在分離因數(shù)或選擇性系數(shù)很高時，傾向于外部擴散控制。二、離子交換設備

最常用的離子交換設備：1.固定床---床層固定不變，水流由上而下流動。2.移動床---交換設備主要由交換柱和再生柱兩部分組成。

3.流動床---交換樹脂在連續(xù)移動中實現(xiàn)交換和再生。三、離子交換技術的應用⑴含汞污水的處理：

用巰基樹脂交換柱進行處理。⑵含鎘污水的處理：用D370大孔叔胺型弱堿性陰離子交換樹脂來處理。⑶除磷脫氮：用離子交換法對城市污水進行深度處理。第二節(jié)氣浮分離

氣浮分離---在污水中利用大量的微小氣泡作為載體去粘附疏水性懸浮固體和乳化油，使其隨氣泡浮升到水面，形成泡沫層，然后用機械方法撇除。一、氣浮分離原理

空氣、污水、污水中細小顆粒物質組成三相系統(tǒng)，由于細小顆粒粘附到氣泡上時，使氣泡界面發(fā)生變化，引起界面能的變化。ΔE＞0，界面能減少，顆粒粘附在氣泡上；

ΔE＜0，則顆粒不能粘附于氣泡上，ΔE＝б（1－cosθ）不同懸浮顆粒與水的潤濕情況二、氣浮分離設備—氣浮池氣浮池結構平流式氣浮池的設計⑴接觸室面積AcAc＝⑵分離室表面積AsAs＝

⑶核算

⑷氣浮池總高H（m）

＝t≥20min

H=h1+h2+h3

三、氣浮分離在環(huán)保工業(yè)中的應用①分離地面水中的細小懸浮物、藻類以及微絮體；②回收工業(yè)污水中的有用物質，如造紙廠污水中的紙漿纖維及填料等；③代替二次沉淀池，分離和濃縮剩余活性污泥，特別適用于那些易于產生污泥膨脹的生化處理工藝中；④分離回收油污水中的懸浮油和乳化油；⑤分離回收以分子或離子狀態(tài)存在的目的物，如表面活性劑和金屬離子等。第三節(jié)電解分離技術

一、電解分離原理

接通直流電源后，電解槽的陰極和陽極之間發(fā)生了電位差，驅使正離子移向陰極，在陰極取得電子，進行還原反應；負離子移向陽極，在陽極放出電子，進行氧化反應。從而使得污水中的污染物在陽極被氧化，在陰極被還原，或者與電極反應產物作用，轉化為無害成分被分離除去。二、電解設備—電解槽電解槽的結構形式電解槽極板電路結構形式三、電解分離在環(huán)保工業(yè)中的應用電解凝聚法對各類污水處理的工藝參數(shù)污水來源PH電量消耗/(A.h/L)電流密度/(A.min/dm2)電能消耗/(kW.h/m3)電解電壓(單極式)/V電極金屬消耗/(g/m3)電極材料極距/mm污水電解時間/min制革廠8-100.3-0.80.5-1.01.5-3.03-5250-700鋼板2020-25毛皮廠8-100.1-0.31-20.6-1.53-5150-200鋼板2020肉類加工廠8-90.08-0.121.5-2.01.0-0.158-1270-110鋼板2040電鍍廠9-10.50.3-0.150.3-0.50.4-2.59-1245-150鋼板1020-30第四節(jié)生物處理技術

一、好氧生物處理1.活性污泥法⑴活性污泥法的基本原理①生物吸附階段②生物氧化階段③絮凝體形成與凝聚沉淀階段⑵活性污泥法的基本流程活性污泥法基本流程圖⑶曝氣三池裝三置①鼓風三曝氣三式曝三氣池②機械三曝氣三式曝三氣池機械三曝氣三法裝三置簡三圖2.生物三膜法依靠三固著三于固三體介三質表三面的三微生三物來三凈化三有機三物。⑴基本三原理生物三膜對三污水三的凈三化作三用⑵生物三膜法三設備①生物三濾池a.普通三生物三濾池普通三生物三濾池三構造三圖b.高負三荷生三物濾三池高負三荷生三物濾三池剖三面圖c.塔式三生物三濾池塔式三生物三濾池②生物三轉盤生物三轉盤三工作三情況三示意三圖二、厭氧三生物三處理厭氧三生物三處理三是在三無氧三的條三件下三，利三用兼三性菌三和厭三氧菌分解三有機三物的三一種三生物三處理三法。1.厭氧三生物三處理三的基三本原三理第一三階段--三-酸性三發(fā)酵三階段三。第二三階段--三-堿性三發(fā)酵三階段三，又三稱作三甲烷三發(fā)酵三階段三。厭氧三處理三的生三化過三程2.常用三的厭三氧處三理設三備⑴厭氧三消化三池固定三蓋式三消化三池的三構造三圖