第四章水污染

第四章水污染第一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)吸附法1、弗勞德利希等溫式lg(y/m)與lgρ成線性關(guān)系。斜率1/n，截距l(xiāng)gK。低濃度時(shí)適用。第二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)吸附法2、朗格繆爾等溫式K：與最大吸附量及吸附能有關(guān)常數(shù)K1：與吸附能有關(guān)的常數(shù)二、影響吸附的因素：1、衡量吸附過程的指標(biāo)：吸附能力→吸附劑的吸附量大小。吸附速度→單位重量、單位時(shí)間所吸附的物質(zhì)的量。決定接觸時(shí)間。第三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)吸附法二、影響吸附的因素：2、多孔吸附劑吸附過程：A、顆粒外部擴(kuò)散階段→吸附質(zhì)擴(kuò)散到吸附劑表面。B、孔隙擴(kuò)散階段→吸附質(zhì)在吸附劑孔隙中向吸附點(diǎn)擴(kuò)散。C、吸附反應(yīng)階段→吸附質(zhì)被吸附在吸附劑孔隙內(nèi)吸附點(diǎn)表面。吸附速度：外部擴(kuò)散速度：溶液濃度、吸附劑比表面積有關(guān)孔隙擴(kuò)散速度：吸附劑孔隙、吸附質(zhì)顆粒大小，結(jié)構(gòu)決定。3、物理化學(xué)性質(zhì)：（極性分子型）吸附劑吸附（極性分子型）的吸附質(zhì)（非極性分子型）吸附劑吸附（非極性分子型）的吸附質(zhì)

離子型：異性相吸1、吸附質(zhì)溶解度越低，越容易被吸附。2、吸附質(zhì)濃度升高而吸附量有限度地增加。第四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)吸附法二、影響吸附的因素：4、pH值：活性炭在酸性條件下比堿性條件下的吸附量高。5、吸附反應(yīng)常為放熱，低溫有利。對(duì)氣相明顯，液相不明顯三、吸附劑1、活性炭：粉末狀——吸附能力強(qiáng)、價(jià)格低、再生困難、勞動(dòng)條件差。顆粒狀——吸附能力強(qiáng)、價(jià)格貴、能再生，勞動(dòng)條件好，常用。再生——吸附劑本身結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化的情況下，用某種方法將吸附質(zhì)從吸附劑微孔中除去，恢復(fù)它吸附能力。第五頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)吸附法三、吸附劑1、活性炭：活性炭再生方法：①加熱再生：高溫→吸附質(zhì)從活性炭脫離有機(jī)物→氧化、分解成氣態(tài)②化學(xué)再生：通過化學(xué)反應(yīng)，使吸附質(zhì)轉(zhuǎn)化為易溶于水的物質(zhì)而解吸。(吸附苯酚的活性炭，用NaOH浸泡，形成酚鈉鹽。粉末活性炭在高溫、高壓下，氧化分解反應(yīng)得到再生。)2、腐植酸類吸附劑：天然含有腐植酸的風(fēng)化煤、泥煤、褐煤

富含腐植酸物質(zhì)+粘合劑=腐植酸系樹脂（1）腐植酸性質(zhì)與酸性物質(zhì)相似，所含活性基因吸附陽離子。吸附作用包括離子交換、螯合、表面吸附、凝聚等。（2）吸附的陽離子包括：Hg、Cr、Zn、Pb、Cu等重金屬。（3）吸附飽和后，可用硫酸、鹽酸、NaCl進(jìn)行解吸。（4）存在問題：吸附容量不高，適用pH值范圍小，機(jī)械強(qiáng)度低。第六頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)吸附法四、吸附工藝和設(shè)備操作方式間歇式連續(xù)式混合→攪拌（30min）→靜沉→澄清排除固定床移動(dòng)床流化床——定期更換部分吸附劑——吸附劑在吸附塔中呈膨脹狀態(tài)——吸附塔中固定第七頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)吸附法五、吸附法在污中處理中應(yīng)用1、活性炭對(duì)有機(jī)物的吸附活性炭對(duì)絕大部分有機(jī)物有很強(qiáng)的吸附能力。尤其有些有機(jī)物不能用生物處理或其他氧化法處理時(shí)。常用于深度處理優(yōu)點(diǎn)：①處理程度高。②應(yīng)用范圍廣，對(duì)廢水中絕大部分有機(jī)物都有效。③對(duì)水量和有機(jī)負(fù)荷變動(dòng)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性能。④可重復(fù)再生，再生過程使吸附的有機(jī)物被燒掉產(chǎn)生污泥。⑤可回收物質(zhì)，處理含酚廢水，堿再生時(shí)，可回收酚鈉鹽。2、活性炭對(duì)無機(jī)物的吸附應(yīng)用不是很廣，但對(duì)某些金屬及其化合物有很強(qiáng)的吸附能力。第八頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五第二節(jié)離子交換法實(shí)質(zhì)——離子交換劑（不溶）可交換離子與溶液中的其它同性離子的交換反應(yīng)（可逆反應(yīng)）平衡狀態(tài)下有：應(yīng)用——水的軟化、水的除鹽。廢水處理——金屬離子的去除。K>1時(shí)，反應(yīng)才能順利向右進(jìn)行。K越大，越有利交換反應(yīng)。K值大小——定量反映在離子交換劑對(duì)某兩個(gè)固定離子交換選擇性的大小。第九頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五第二節(jié)離子交換法一、離子交換劑1、無機(jī)：合成沸石、天然沸石2、有機(jī)：A.磺化煤——濃硫酸對(duì)天然煤進(jìn)行磺化處理后得,容量低、強(qiáng)度差、穩(wěn)定性差B.離子交換樹脂——人工合成的高分子聚合物，由樹脂本體和活性基因兩部分組成。母體——（最常見）苯烯聚合物（線性離分子有機(jī)物）加入交換劑（二烯苯）形成相互交聯(lián)，構(gòu)成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。母體定外形——球狀顆粒大顆?！?.6∽0.12mm中顆?！?.3∽0.6mm小顆粒——0.02∽0.1mm活性基團(tuán)：A、固定離子——固定在樹脂的網(wǎng)狀骨架上B、活動(dòng)離子——真正發(fā)生交換的離子常見分類：凝膠型樹脂、大孔型樹脂、多孔凝膠型樹脂、巨孔型樹脂、高巨孔型樹脂活性基團(tuán)分：1.陰離子交換樹脂：強(qiáng)堿性pH（1∽12）弱堿性pH（0∽7）2.陽離子交換樹脂：強(qiáng)酸性（1∽14）弱酸性（5∽14）3.螯合樹脂4.氧化還原樹脂5.兩性樹脂第十頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五第二節(jié)離子交換法二、離子交換樹脂的選用：1、有效pH值范圍：強(qiáng)酸、強(qiáng)堿性，基本不受pH值影響；弱酸性在堿液中交換能力強(qiáng)，弱堿性在酸液中交換能力強(qiáng)。2、交換容量【mol/kg（干樹脂）mol/l（濕樹脂）】全交換容量——一定量樹脂所具有的活性基團(tuán)或可交換離子的總數(shù)量。工作交換容量——樹脂在給定條件下實(shí)際的交換能力。全交換容量確定：①滴定法②計(jì)算法例：強(qiáng)酸性陽離子為例苯乙烯型離子交換樹脂每克樹脂具有可交換離子H＋為1/184.6=0.00542mol/g或5.42mol/kg（干樹脂）假設(shè)交聯(lián)劑所占份量為8%則全交換容量=5.42×92%=4.98mol/kg(干樹脂)第十一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五第二節(jié)離子交換法二、離子交換樹脂的選用：3、交聯(lián)度：交聯(lián)劑用量影響交聯(lián)度，交聯(lián)度對(duì)樹脂的許多性能有決定性影響。交聯(lián)度高：1.孔隙度低、密度較大，離子擴(kuò)散速度較低。2.對(duì)半徑大的離子和水合離子交換量較小。3.浸泡水中，水化度低，形變小，比較穩(wěn)定，不易碎裂。常用交聯(lián)度7%∽10%4、交換勢(shì)：交換勢(shì)——反映交換離子取代樹脂上可交換離子的難易程度。離子交換的選擇性——交換勢(shì)大的離子先交換。同一交換樹脂——平衡常數(shù)K隨交換離子M＋不同而不同，K值越大，交換勢(shì)越大。第十二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五4、交換勢(shì)：離子交換勢(shì)規(guī)律：⑴離子交換樹脂本身，化學(xué)性質(zhì)，外界溫度，離子濃度。⑵常溫、低濃度時(shí)，陽離子價(jià)位越高，交換勢(shì)越大。強(qiáng)酸性陽離子型交換樹脂:Fe3＋＞Cr3＋＞Al3＋＞Ca2＋＞Mg2＋＞K＋＞Na＋

⑶常溫、低濃度時(shí)，同價(jià)陽離子，原子序數(shù)愈高，交換式越大。稀土元素相反。⑷H＋對(duì)陽離子交換樹脂的交換勢(shì)：1.強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂Na＋＞H＋＞Li＋2.弱酸性陽離子交換樹脂H＋最大⑸常溫、低濃度時(shí)，弱堿性陰離子交換樹脂酸根離子交換勢(shì)：硫酸根＞CrO42-＞檸檬酸根3-＞酒石酸根2-＞NO3-＞AsO43-＞PO43-

⑹強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂，無規(guī)律⑺離子量高的有機(jī)離子和金屬絡(luò)合離子的交換勢(shì)特別大。二、離子交換樹脂的選用：⑻大孔型樹脂具有很強(qiáng)的吸附性能。可吸附非離子型雜質(zhì)。第十三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五1、分類：固定床：單層床、雙層床、混合床三、離子交換的工藝和設(shè)備：連續(xù)床：移動(dòng)床、流動(dòng)床2、離子交換系統(tǒng)組成：⑴預(yù)處理設(shè)備⑵離子交換器⑶再生附屬設(shè)備3、離子交換操作步驟：⑴交換：影響因素：樹脂層高度、水流速度、原水濃度、樹脂性能和再生程度。⑵反洗：目的：①松動(dòng)樹脂層，便于再生操作時(shí)，再生液分布均勻。②及時(shí)清除積存在樹脂層內(nèi)的雜質(zhì)、碎粒、氣泡。③反洗用原水，膨脹40∽60%，歷時(shí)15min。⑶再生：通過較高濃度的再生液將樹脂層內(nèi)被吸附的離子置換出來，恢復(fù)交換能力第十四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五三、離子交換的工藝和設(shè)備：3、離子交換操作步驟：⑷清洗：用水——交換處理后的凈水。用水量一般為樹脂體積的4∽13倍。目的——清洗掉樹脂層內(nèi)殘留的再生廢液。4、離子交換樹脂分類、命名、型號(hào)：凝膠型離子交換樹脂分類代號(hào)骨架代號(hào)順序號(hào)×膠聯(lián)度數(shù)值例：732強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂001×7第十五頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五第三節(jié)萃取法一、概述：萃取——用適當(dāng)?shù)娜軇┓蛛x混合物的過程。液—液萃取固—液萃取

1.原理——2.萃取選取方法：萃取劑（連續(xù)相）萃取物（分散相）廢水中雜質(zhì)在水中和有機(jī)萃取劑中溶解度不同。①技術(shù)上：②經(jīng)濟(jì)上：二、萃取劑的選用：⑴萃取劑自身在水中溶解度低，對(duì)萃取物的溶解度高，對(duì)水中其他物質(zhì)溶解度低。表征萃取劑的溶解性能：分配系數(shù)隨溫度、濃度變化而變化。⑵萃取劑在廢水中不會(huì)乳化，容易同廢水分離。第十六頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五第三節(jié)萃取法二、萃取劑的選用：⑶萃取劑易于再生物理法：（蒸餾/蒸發(fā)）化學(xué)法：（反萃取）⑷價(jià)格低、萃取容易三、萃取過程：1、概念：級(jí)數(shù)——料液被萃取的次數(shù)。效數(shù)——萃取劑使用的次數(shù)。分類：單級(jí)萃?。ɑ騿涡л腿。┒嗉?jí)單效萃取多級(jí)多效萃取第十七頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五第三節(jié)萃取法三、萃取過程：2、萃取劑用量計(jì)算第十八頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五第三節(jié)萃取法三、萃取過程：3、萃取推動(dòng)力推動(dòng)力大小=實(shí)際濃度—-平衡濃度差值大，傳質(zhì)速率越快傳質(zhì)過程中，物質(zhì)傳遞量公式：

G=KAA△CA=KBA△CB第十九頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五第三節(jié)萃取法四、萃取設(shè)備1、分類：罐式（萃取器）、塔式（萃取塔）、離心機(jī)式（離心萃取機(jī)）2、萃取器：用途——常用固-液萃取分單級(jí)萃取、多級(jí)萃取3、萃取塔：⑴篩板萃取塔⑵脈動(dòng)篩板萃取塔⑶轉(zhuǎn)盤萃取塔⑷填料萃取塔第二十頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五第四節(jié)膜析法一、概述：利用薄膜使溶劑與溶質(zhì)或微粒分離的方法。用隔膜分離溶液時(shí)，使溶質(zhì)通過膜的方法稱滲析①以電動(dòng)勢(shì)推動(dòng)力：電滲析、電滲透用隔膜分離溶液時(shí)，使溶劑通過膜的方法稱滲透根據(jù)溶質(zhì)或溶劑透過膜的推動(dòng)力不同：②以濃度差為推動(dòng)力：擴(kuò)散滲析、自然滲透③以壓力差為推動(dòng)力：壓滲析、超濾；反滲透、微孔過濾一、概述：第二十一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五第四節(jié)膜析法1、原理使高濃度溶液中的溶質(zhì)透過薄膜向低濃度溶液中遷移過程。半透膜（對(duì)溶質(zhì)的滲透性有選擇作用）推動(dòng)力——膜兩側(cè)溶液濃度差。2、薄膜二、滲析法（擴(kuò)散滲析法）分三類：①依靠薄膜中“孔道”大小分離大小不同的分子或粒子。②依靠薄膜的離子結(jié)構(gòu)分離性質(zhì)不同的離子。③依靠薄膜的有選擇的溶解性分離某些物質(zhì)3、應(yīng)用第二十二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五第四節(jié)膜析法三、電滲析法1、應(yīng)用海水淡化綜合利用2、交換膜要求：①離子交換膜能耐酸、耐堿、防氧化等特性。（回收酸、堿）②充分利用膜的組合：A、陰膜+復(fù)合膜（一面陰、一面陽）=回收酸B、陽膜+中性膜=解決陰膜有機(jī)污染③選擇合理的膜，提高滲析效率。第二十三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五第四節(jié)膜析法四、反滲透法1、概念滲透——純水、鹽水半透膜隔開，水分子透過半透膜進(jìn)入鹽水區(qū)，使透區(qū)上升，到某值為止。兩液面的差值即為滲透壓，2、滲透壓：反滲透—