污水深度處理工藝運行與管理-物化法運行管理

物化法運行與管理主要內(nèi)容廢水物理化學(xué)處理法是廢水處理方法之一種。系運用物理和化學(xué)的綜合作用使廢水得到凈化的方法。它是由物理方法和化學(xué)方法組成的廢水處理系統(tǒng)。本知識點主要掌握浮選、吹脫、吸附、萃取、電滲析、離子交換、反滲透等方法。（一）吸附原理及類型吸附法就是利用多孔性的固體物質(zhì)，使水中一種或多種物質(zhì)被吸附在固體表面而去除的方法。吸附物理吸附化學(xué)吸附吸附劑與吸附物質(zhì)之間是通過分子間引力(即范徳華力)而產(chǎn)生的吸附吸附劑與被吸附物質(zhì)之間產(chǎn)生化學(xué)作用，生成化學(xué)鍵引起吸附交換吸附吸附劑與被吸附物質(zhì)之間發(fā)生離子交換一、吸附法（二）吸附平衡與吸附等溫線

當(dāng)吸附速度和解吸速度相等時，吸附質(zhì)在溶液中和吸附劑表面上的濃度都不再改變而達到平衡，即達到動態(tài)的吸附平衡。此時吸附質(zhì)在溶液中的濃度稱為平衡濃度。吸附解吸平衡

吸附容量q是指單位重量的吸附劑(g)所吸附的吸附質(zhì)的重量(g)。吸附量可用下式計算：式中：V—廢水容積；W—活性炭投量（g）

C0—廢水吸附質(zhì)濃度（g/L）

C—吸附平衡時水中剩余的吸附質(zhì)濃度(g/L)

—平衡濃度（二）吸附平衡與吸附等溫線衡量指標吸附能力吸附速度固體吸附劑用吸附量衡量單位質(zhì)量吸附劑在單位時間內(nèi)所吸附的物質(zhì)量吸附階段顆粒外部擴散階段顆粒內(nèi)部擴散階段吸附反應(yīng)階段吸附質(zhì)從溶液中擴散到吸附劑表面吸附質(zhì)在吸附劑孔隙中繼續(xù)向吸附點擴散吸附質(zhì)被吸附在吸附劑孔隙內(nèi)的吸附點表面吸附速度主要取決于外部擴散速度和內(nèi)部擴散速度。（二）吸附平衡與吸附等溫線

1．吸附劑的性質(zhì)

2．吸附質(zhì)的性質(zhì)溶解度、表面自由能、極性、吸附質(zhì)分子大小和不飽和度、吸附質(zhì)的濃度

3．吸附過程的操作條件（1）溫度（2）pH值（3）共存物質(zhì)（4）接觸時間（三）吸附過程的影響因素（四）吸附劑及其再生

1．吸附劑的表面特性（1）比表面積（2）表面能（3）表面化學(xué)性質(zhì)

2．吸附劑的選擇要求及吸附劑的種類選擇要求：吸附選擇性好；吸附容量大；吸附平衡濃度低；機械強度高；化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；容易再生和再利用；制作原料來源廣泛，價格低廉。主要有活性炭、磺化煤、沸石、硅藻土、焦炭、木炭等。在水處理中較多采用顆粒活性炭。

2．吸附劑的選擇要求及吸附劑的種類粉狀活性炭粒狀活性炭（四）吸附劑及其再生

3．吸附劑的再生（四）吸附劑及其再生加熱再生法脫水、干燥、炭化，活化、冷卻化學(xué)再生法無機酸或NaOH，有機溶劑（苯、丙酮等）再生方法氧化再生法空氣、電解、臭氧和生物氧化操作方式動態(tài)吸附靜態(tài)吸附將廢水和吸附劑放在吸附池內(nèi)進行攪拌30min左右，然后靜置沉淀，排除澄清液固定床移動床流化床吸附劑固定填放在吸附柱(或塔)中在操作過程中定期地將接近飽和的一部分吸附劑從吸附柱中排出，并同時將等量的新鮮吸附劑加入柱中吸附劑在吸附柱內(nèi)處于膨脹狀態(tài)，懸浮于由下而上的水流中（五）吸附操作的方式二、離子交換法

實質(zhì)：離子交換劑上的可交換離子與溶液中的其他同性離子的交換反應(yīng)，是一種特殊的吸附過程，通常是可逆化學(xué)吸附。樹脂顆粒水膜BB(3)(1)(2)(A)(4)(5)A外擴散內(nèi)擴散離子交換過程模型（一）離子交換過程的影響因素

1、離子交換劑的性質(zhì)2、水中污染物的性質(zhì)1）懸浮物和油脂

廢水中的懸浮物會堵塞樹脂孔隙，油脂會包住樹脂顆粒，都會使交換能力下降。因此當(dāng)這些物質(zhì)含量較多時，應(yīng)進行預(yù)處理。預(yù)處理的方法有過濾、吸附等。2）有機物廢水中某些高分子有機物與樹脂活性基團的固定離子結(jié)合力很大，一旦結(jié)合就很難進行再生，結(jié)果是降低樹脂的再生率和交換能力。3）高價金屬離子廢水中Fe3＋、A13＋、Cr3＋等高價金屬離子能引起樹脂中毒，當(dāng)樹脂受鐵中毒時，會使樹脂顏色變深。從陽離子樹脂的選擇性可看出，高價金屬離子易為樹脂吸附，再生時難于把它洗脫下來，結(jié)果會降低樹脂的交換能力。為了恢復(fù)樹脂的交換能力可用高濃度酸，長時間浸泡。

4）pH值

但弱酸性樹脂在pH值低時不電離或部分電離，因此，在堿性條件下，才能得到較高的交換能力。而弱堿性樹脂在酸性溶液中才能得到較大的交換能力。螯合樹脂對金屬的結(jié)合與pH值有很大關(guān)系，每種金屬都有適宜的pH值5）水溫水溫高雖可加速離子交換的擴散，但各種離子交換樹脂都有一定的允許使用溫度范圍。

6）氧化劑廢水中如果含有氧化劑（如Cl2、O2、H2Cr2O7等）時，會使樹脂氧化分解。強堿性陰樹脂容易被氧化劑氧化，使交換基團變成非堿性物質(zhì)，可能完全喪失交換能力。氧化作用也會影響交換樹脂的本體，使樹脂加速老化，結(jié)果使交換能力下降。（二）離子交換劑

凡具有離子交換能力的物質(zhì)稱為離子交換劑，是一種帶有可交換離子的不溶性固體物質(zhì)，帶有陽離子的稱陽離子交換劑，帶有陰離子稱陰離子交換劑。無機質(zhì)：陽離子交換（硅質(zhì)，天然或合成沸石）離子交換劑碳質(zhì)：磺化煤（陽離子交換劑）有機質(zhì)合成樹脂：將離子交換樹脂做成薄膜形式，即稱為離子交換膜，用于海水淡化、物質(zhì)提純和污水處理等各方面。

固體球形顆粒，多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；不溶于水；具有離子交換特性的有機高分子聚電解質(zhì)。1、離子交換樹脂

(1)組成

離子交換樹脂母體-骨架活性基團固定離子可交換離子苯乙烯(單體)+二乙烯苯(交聯(lián)劑)母體共聚H2SO4功能基反應(yīng)R

—SO3

H固定離子可交換離子母體離子交換樹脂結(jié)構(gòu)骨架：接有功能基團，本身是惰性功能基團：連接在骨架上，可與相反離子結(jié)合待交換離子：在吸附階段可與活性離子交換，與骨架上的功能基團結(jié)合可交換離子：與功能基團所帶電荷相反的可移動的離子樹脂的網(wǎng)絡(luò)骨架

(2)分類按結(jié)構(gòu)離子交換樹脂凝膠型等孔型

孔大、均勻，抗有機污染能力強?？状螅苊浂刃?，交換速度高。

孔隙小，溶脹度較大，水溶脹后呈凝膠狀。大孔型離子交換樹脂陽離子交換樹脂陰離子交換樹脂弱堿性陰離子交換樹脂R—NH3OH強堿性陰離子交換樹脂R—

NOH弱酸性陽離子交換樹脂R—COOH強酸性陽離子交換樹脂R—SO3H按選擇性苯乙烯系強酸性離子交換樹脂

用于：硬水軟化、脫鹽水、純水制備、稀有元素分離、分離和提取氨基酸制糖、制藥可作為催化劑和脫水劑D201大孔強堿性陰離子

主要用于純水及高純水制備、糖液脫色、生化制品，放射性元素的提煉。大孔弱堿性丙烯酸系陰離子

主要用于藥物提取，苦咸水凈化處理，糖液除酸脫色,金屬提取等2、廢水中有幾種離子如用RH處理含Ca、Mg、Na離子的天然原水按照選擇順序Ca2+>Mg2+>Na+

，樹脂依次交換Ca2+，Mg2+，Na+

；隨著進水量增加，穿透離子的順序依次為Na+，Mg2+，Ca2+。運行至a點時，Na+首先穿透，且迅速增加，同時酸度降低；穩(wěn)定運行至b點之后，硬度離子開始穿透，出水Na+含量開始下降；最后出水硬度接近進水硬度，出水Na+接近進水Na+，樹脂層全部飽和。

3.離子交換設(shè)備結(jié)構(gòu)

工業(yè)離于交換設(shè)備主要有固定床、移動床和流動床，目前使用最廣泛的是固定床。固定床離于交換器包括筒體、進水裝置、排水裝置，再生液分布裝置及體外有關(guān)管道和閥門。

1.筒體：支撐作用

2.進水裝置：分配進水和收集反洗用水

3.底部排水裝置：收集出水和分配反洗水

(一)處理廢水注意的問題：

預(yù)處理懸浮物或油類濃度大于5~10mg/L時，采用過濾或吸附法。有機污染和重金屬污染采用大孔樹脂；再生時適當(dāng)加入氧化劑；選用高濃度再生劑。

pH值不同性質(zhì)樹脂的使用；廢水中污染物的存在狀態(tài)。水溫提高離子內(nèi)擴散和薄膜擴散速度；過高可引起樹脂降解。

二、處理工業(yè)廢水

(二)離子交換處理電鍍含鉻廢水

1、廢水的來源及水質(zhì)特征廢電鍍液：產(chǎn)生量少，濃度高。

含鉻廢水：產(chǎn)生量多，濃度低，水質(zhì)情況為：Cr6+濃度為20~150mg/L，存在形式Cr2O72-和CrO42-；金屬離子Cr3+、Fe3+等；陰離子有SO42-

、Cl-等；pH4~6。

2、工藝流程及原理

廢水過濾排放陽柱陰柱去除懸浮物、油類①改善水質(zhì);②調(diào)節(jié)廢水pH，使Cr6+以Cr2O72-形式存在。nROH＋(Cr2O72-、CrO42-、SO42-

、Cl-··)=Rn

(Cr2O7、CrO4、SO4

、Cl···)＋nOH-

3、再生

陽柱

Rn(Cr、Fe)＋nH+=nRH＋(Cr3+、Fe3+)

陰柱

Rn(Cr2O7、CrO4、SO4

、Cl)＋nOH-

=nROH＋(Cr2O72-、CrO42-、SO42-

、Cl-)

4、鉻回收：設(shè)一陽離子交換柱：

2RH+Na2CrO4=H2CrO4+2RNa飽和后陰柱再生液為Na2CrO4電鍍的工藝過程廢水池過濾器除去懸浮物陽離子交換柱，除去Cr3+、Fe3+、Cu2+、離子，同時降低廢水pH值陰離子交換柱，除去Cr2O72-和CrO42-離子再生液，含Na2Cr2O7和Na2CrO4

陽離子交換柱，生成H2Cr2O7和H2CrO4

蒸發(fā)器，使鉻酸濃縮，達到要求的濃度后回用

利用膜將水中的物質(zhì)(微?；蚍肿踊螂x子)分離出去的方法統(tǒng)稱為水的膜分離技術(shù)。在膜分離技術(shù)中，以水中的物質(zhì)透過膜來達到處理目的時稱為滲析，以水透過膜來達到處理目的時稱為滲透。

膜分離的特點：可在一般溫度下操作，沒有相變；濃縮分離同時進行；不需投加其他物質(zhì)，不改變分離物質(zhì)的性質(zhì)；適應(yīng)性強，運行穩(wěn)定。三、膜分離法

（一）電滲析技術(shù)1．離子交換膜材料離子交換膜是一種膜狀的離子交換樹脂，與離子交換樹脂的化學(xué)組成和化學(xué)結(jié)構(gòu)一致，其區(qū)別在于離子交換膜外形薄膜片狀，其作用機理選擇透過性，因此又稱選擇透過性膜。離子交換膜按其選擇透過性能，主要分為陽膜與陰膜，按其膜體結(jié)構(gòu)，可區(qū)分為異相膜、均相膜、半均相膜3種。異相膜的優(yōu)點是機械強度好、價格低．缺點足膜電阻大、耐熱差、透水件大。均相膜則相反。

2.電滲析原理電滲析是在外加直流電場作用下，利用離子交換膜的選擇透過性(即陽膜只允許陽離子透過，陰膜只允許陰離子透過)，使水中陰、陽離子作定向遷移，從而達到離子從水中分離的一種物理化學(xué)過程。在陰極與陽極之間，放置著若干交替排列的陽膜與陰膜，讓水通過兩膜及網(wǎng)膜與兩極之間所形成的隔室，在兩端電極接通直流電源后，水中陰、陽離子分別向陽極、陰極方向遷移，由于陽膜、陰膜的選擇透過性，就形成了交替排列的離子濃度減少的淡室和離子濃度增加的濃室。

2.電滲析原理

3.電滲析器組裝一對電極之間的膜堆稱為—級，具有同向水流的并聯(lián)膜堆稱為一段。電滲析器的組裝方式有一級一段、多級一段、一級多段和多級多段等。a：一級一段

b：二級一段并聯(lián)

3.電滲析器組裝c：一級二段串聯(lián)

d：二級二段串聯(lián)

1.反滲透原理當(dāng)滲透達到動平衡狀態(tài)時，在咸水一側(cè)施加的壓力大于該溶液的滲透壓，可迫使?jié)B透反向，即水分子從咸水一側(cè)反向地通過膜透過到純水一側(cè)，實現(xiàn)反滲透過程。（二）反滲透

2.反滲透膜目前用于水處理的反滲透膜主要有醋酸纖維素(CA)膜和芳香族聚酰胺膜兩大類。

3.反滲透裝置目前反滲透裝置有板框式、管式、卷式和中空纖維式4種類型。板框式反滲透裝置

3.反滲透裝置管式反滲透裝置

3.反滲透裝置巻式反透裝置

3.反滲透裝置真空纖維式反滲透裝置

超濾又稱超過濾，用于截留水中膠體大小的顆粒，而水和低分子量溶質(zhì)則允許透過膜。其機理是篩孔分離，因此可根據(jù)去除對象選擇超濾膜的孔徑。超濾與反滲透的工作方式相同，裝置相似。由于超濾孔徑較大，無脫鹽性能，僅操作壓力低，設(shè)備簡單，故在純水處理中用于部分去除水中的細菌、病毒、膠體、大分子等微粒相，尤其是對產(chǎn)生濁度物質(zhì)的去除非常有效，其出水濁度甚至可達0.1NTU以下。工業(yè)廢水處理中用于去除或回收高分子物質(zhì)和膠體大小的微粒。在中水處理中亦可部分去除細菌、病毒、有機物和懸浮物等。（三）超濾

微孔過濾是將全部進水?dāng)D壓濾過，小于膜孔的粒子通過膜，大于膜孔的粒子被截流在膜表面，其作用相當(dāng)于“過濾”，因此又稱膜過濾或精密過濾。微孔過濾與前面介紹的膜處理法不同。前一部分所述膜處理法均是水在膜的兩側(cè)流動中得到凈化，一側(cè)是濃水，一側(cè)是處理水。而微孔過濾在水處理中可用于去除水中細小懸浮物、微生物、微粒、細菌、膠體等雜質(zhì)。其設(shè)備簡單、操作方使、效率高、工作壓力低。由于截留雜質(zhì)不能及時被沖走，因而膜孔容易堵塞，需及時更換。（四）微孔過濾四、浮選法

對于浮選的粒度，必須不超過最大浮游粒度上限。中等粒度較容易浮選。粒度過粗或過細（如大于100μm或小于5μm）難以浮選，只有中等粒度的顆粒具有最好的可浮性，所以在浮選生產(chǎn)中，常將5～10μm以下的礦粒稱為礦泥。

1、粗粒浮選粗粒浮選指標不好的原因：（1）有用礦物與脈石礦物尚未充分單體分離；（2）在浮選機中不易懸浮，與氣泡的碰撞幾率減少；（3）粗粒在礦漿中運動，遇到湍流振蕩，使其從氣泡上脫落。措施：在較粗粒度下即可單體解離的礦物，往往采用重選法處理。2、微細顆粒浮選

粒度小于5～10μm的微細顆粒，其可浮性明顯下降。

浮選過程中的微細顆粒來自兩個方面:（1）在礦床內(nèi)部由地質(zhì)作用產(chǎn)生的微細顆粒，主要是礦床中的各種泥質(zhì)礦物，如高嶺土、絹云母、綠泥石等，稱為“原生礦泥”；（2）在破碎、磨礦、攪拌、運輸?shù)冗^程中形成的微細顆粒，稱為“次生礦泥”。

浮選流程：浮選時礦