工業(yè)廢水的物理化學(xué)處理市公開課一等獎(jiǎng)百校聯(lián)賽特等獎(jiǎng)?wù)n件

Chapter13工業(yè)廢水物理化學(xué)處理10/10/1水質(zhì)工程學(xué)II第1頁(yè)主要內(nèi)容：

混凝

Coagulation氣浮AirFlotation吸附

Adsorption離子交換Ion-exchange電滲析Electrodialysis擴(kuò)散滲析、反滲透、超濾Diffusion

Dialysis,

ReverseOsmosis,Ultrafiltration10/10/2水質(zhì)工程學(xué)II第2頁(yè)13.1混凝1.原理：向污水中投入電解質(zhì)，壓縮雜質(zhì)雙電層，降低或消除ζ電位，雜質(zhì)相互聚結(jié)沉淀。(1)雙電層機(jī)理－利用電解質(zhì)壓縮雙電層，降低ζ電位，消除靜電排斥能峰，使膠體脫穩(wěn)聚和。(2)吸附架橋機(jī)理－利用高分子吸附架橋能力，將雜質(zhì)吸附，形成大絮體下沉。2.材料：石灰、碳酸鋁、硫酸亞鐵、三氯化鐵、聚合鋁10/10/3水質(zhì)工程學(xué)II第3頁(yè)13.1混凝3.混凝種類化學(xué)混凝－利用正電荷電解質(zhì)，壓縮污水中負(fù)電粒子雙電層，當(dāng)大量正電荷進(jìn)入膠粒雙電層內(nèi)，使雙電層變薄，電位減小，膠粒不帶電，能夠相互聚和下沉。生物混凝利用微生物吸附絮凝作用，吸附膠體顆粒一同下沉，活性污泥回流污泥到達(dá)吸附絮凝作用。回流污泥目標(biāo)：a.接種，使生物種類多樣b.預(yù)絮凝和生物混凝作用10/10/4水質(zhì)工程學(xué)II第4頁(yè)13.1混凝(3)物理混凝－混凝經(jīng)水解形成高聚物，大顆粒高聚物對(duì)雜質(zhì)膠體有強(qiáng)烈吸附能力，可吸附一定距離內(nèi)膠體共同下沉。本身混凝：高聚物大顆?？稍谄渥饔每臻g內(nèi)吸附膠體一同下沉。有效作用空間：

a.R≠r;b.r<R;c.A=r+R時(shí)吸附最正確。

增濃聚沉：向污水中投入一些大顆粒雜質(zhì)，使?jié)舛仍龃?，可沉淀大顆粒吸附小顆粒快速下沉。應(yīng)用：豎流式沉淀池增加污泥層濃度到達(dá)增濃聚沉。水力澄清池加入細(xì)泥沙增加泥沙濃度到達(dá)增濃聚沉。10/10/5水質(zhì)工程學(xué)II第5頁(yè)13.1混凝經(jīng)過(guò)混凝可去除污水濁度、色度、各種高分子化合物，重金屬離子等，常與其它方法一同使用?；炷ㄖ荒苋コz體和懸浮物，不能去除溶解性物質(zhì)，影響混凝原因很多，混凝劑種類，濃度等需要用試驗(yàn)確定?；炷龖?yīng)用：1預(yù)處理(SS可從2萬(wàn)降至5000)2深度處理(已推廣，由張杰院士提出，COD去除率為50~60%)10/10/6水質(zhì)工程學(xué)II第6頁(yè)13.1混凝10/10/7水質(zhì)工程學(xué)II第7頁(yè)13.1混凝10/10/8水質(zhì)工程學(xué)II第8頁(yè)13.2氣浮1.氣浮處理理論基礎(chǔ)將空氣通入水中，并以微小氣泡析出，使水中固體雜質(zhì)粘附氣泡一同上浮至水面分離。(1)氣浮流程氣＋污水→氣粒吸附→泡沫→分解含油污水中油可經(jīng)過(guò)1隔油池2粗?；?氣浮來(lái)去除10/10/9水質(zhì)工程學(xué)II第9頁(yè)13.2氣浮2、氣浮條件

去除比重近于1，直徑≤60μm懸浮物(大于60μm可下沉)①氣粒吸附－屬物理吸附。吸附放熱，低溫吸附效果很好極性相同，吸附效果很好(氣泡是疏水性物質(zhì)，即非極性)物理性質(zhì)相同，吸附效果很好。②吸附對(duì)象－吸附疏水性物質(zhì)疏水性物質(zhì)－難為水潤(rùn)濕物質(zhì)，能夠直接吸附。親水性物質(zhì)－輕易被水潤(rùn)濕物質(zhì)，需要轉(zhuǎn)為疏水性物質(zhì)。10/10/10水質(zhì)工程學(xué)II第10頁(yè)13.2氣?、郾砻婊钚詣軌?qū)崿F(xiàn)疏水－親水相互轉(zhuǎn)移表面活性劑由極性－非極性分子組成，分子一端呈親水性，另一端呈疏水性，也叫二親分子。a.表面活性劑對(duì)于親水性物質(zhì)有利，親水性物質(zhì)轉(zhuǎn)為疏水性。b.表面活性劑對(duì)于疏水性物質(zhì)不利，疏水性物質(zhì)轉(zhuǎn)為親水性。10/10/11水質(zhì)工程學(xué)II第11頁(yè)13.2氣浮水中氣、粒粘附著力計(jì)算

在液、氣、粒三相表面上，產(chǎn)生表面力不一樣，其粘附著力也不一樣。1．表面能液體表面分子與內(nèi)部分子受到分子引力不一樣，表面分子所受到力不平衡，該力把表面分子拉向液體內(nèi)部，力圖縮小表面積，降低表面能。

2．表面能物理現(xiàn)象表面能力圖使自由表面積最小，從而表面能最小。液體內(nèi)部分子引力使液體呈球狀，降低表面積，防止展開。10/10/12水質(zhì)工程學(xué)II第12頁(yè)13.2氣浮表面能大小計(jì)算設(shè)液、氣、固三相分別為1、2、3，σ表示表面能則液－固，液－氣，氣－固分別用σ13、σ12、σ23表示依據(jù)熱力學(xué)已知：界面能＝表面能×界面面積s－界面面積(cm2)，取單位面積為1進(jìn)行計(jì)算顆粒和氣泡粘附前其表面能之和(N/m)顆粒和氣泡粘附后其表面能(N/m)吸附前后界面能降低值為

10/10/13水質(zhì)工程學(xué)II第13頁(yè)13.2氣浮依據(jù)圖解，代入上式：θ—接觸角

分析：1)△W越大，吸附越輕易進(jìn)行。2)當(dāng)接觸角θ→0時(shí)，cosθ→1，(1－cosθ)→0，氣固不易吸附。3)當(dāng)接觸角θ→180°時(shí)，cosθ→－1，(1－cosθ)→2，氣固易吸附。4)接觸角可判斷物質(zhì)被水潤(rùn)濕性質(zhì)，θ＜90°為親水性物質(zhì)，不輕易吸附，θ＞90°為疏水性物質(zhì)，輕易吸附。10/10/14水質(zhì)工程學(xué)II第14頁(yè)13.2氣浮氣泡穩(wěn)定性1)加入表面活性劑使氣泡壁變厚，預(yù)防破碎。(外包一層水摸)2)加入表面活性劑使液體表面蒸發(fā)量降低，浮渣穩(wěn)定。(吸附水膜變厚，降低蒸發(fā)量)3)依據(jù)氣泡與內(nèi)壓關(guān)系式：r－氣泡半徑、σ12－水氣表面張力、P－氣泡內(nèi)壓力。當(dāng)氣泡內(nèi)壓一定時(shí)，水表面張力越大，氣泡直徑越大；當(dāng)氣量一定時(shí)，氣泡直徑↑，表面積↓，不易吸附。氣泡大小應(yīng)一致，不然小氣泡內(nèi)壓大，大氣泡內(nèi)壓小，小氣泡易進(jìn)入大氣泡合并。4)氣泡越小越密集，效果越好。10/10/15水質(zhì)工程學(xué)II第15頁(yè)13.2氣浮混凝劑與表面活性劑關(guān)系1)混凝劑－Al2(SO4)3，F(xiàn)eCl3，F(xiàn)e2(SO4)3，可吸附水中固體使其凝聚，壓縮雙電層，ξ↓，相互聚合，生成一些大絮凝體。2)表面活性劑－兩親分子，①對(duì)親水性物質(zhì)有利，對(duì)疏水性物質(zhì)不利。②投量↑，氣液界面張力σ12↓，泡沫穩(wěn)定。③投量↑，ζ↑，疏水雜質(zhì)嚴(yán)重乳化，影響吸附。④投量↓，σ12↑，使氣固吸附牢靠。10/10/16水質(zhì)工程學(xué)II第16頁(yè)13.2氣浮氣浮方法、系統(tǒng)與計(jì)算將產(chǎn)生氣泡方法分為布?xì)鈿飧。軞鈿飧?，電氣浮?．布?xì)鈿飧?利用機(jī)械剪切力，將混于水中空氣粉碎成細(xì)小氣泡。(第一代氣浮)1)水泵吸水管吸入氣浮設(shè)備簡(jiǎn)單，但會(huì)破壞水泵工作特征。吸入空氣不能過(guò)多，不大于吸水量10％。2)射流氣浮(需水泵揚(yáng)程大，耗電量高，已淘汰)采取吸水帶氣射流器，向污水中吸入空氣進(jìn)行氣浮。3)擴(kuò)散板氣浮(停頓曝氣時(shí)易堵，主要應(yīng)用于給水，污水中已淘汰)壓縮空氣經(jīng)過(guò)含有微細(xì)孔隙擴(kuò)散板，使空氣以細(xì)小氣泡形式逸出，進(jìn)行氣浮。4)葉輪氣浮電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，空氣進(jìn)入水中被葉輪打壞成為細(xì)小氣泡。10/10/17水質(zhì)工程學(xué)II第17頁(yè)13.2氣浮氣浮方法、系統(tǒng)與計(jì)算溶氣氣浮(第二代氣浮)空氣在一定壓力下，溶解于水中，并到達(dá)過(guò)飽和狀態(tài)，然后突然減壓，溶解于水中空氣以微小形狀從水中折出，進(jìn)行氣浮。1)加壓溶氣氣體①工作特征污水由水泵加壓3－4壓力，在壓力管上進(jìn)入壓縮空氣，水氣混合體在溶氣罐內(nèi)停留一定時(shí)間進(jìn)行溶氣，然后經(jīng)減壓閥進(jìn)入氣浮池氣浮。②工藝流程慣用加壓溶氣有：全加壓溶氣，部分加壓溶氣和部分回流加壓溶氣。2)溶氣真空氣浮氣浮池在負(fù)壓下工作，空氣在常壓下和加壓下溶于水中，溶于水中空氣在負(fù)壓下過(guò)飽和，大量空氣會(huì)折出形成氣泡上浮。(但浮渣不能出來(lái)，出水必須靠水泵抽，且不易檢修)10/10/18水質(zhì)工程學(xué)II第18頁(yè)10/10/19水質(zhì)工程學(xué)II第19頁(yè)13.2氣浮電解氣浮

將含有電解質(zhì)污水作為電解介質(zhì)通入直流電進(jìn)行電解，可同時(shí)發(fā)生三種效應(yīng)，電解氧化(IEO)，電解混凝(電絮凝)和電解氣浮，當(dāng)選取不溶性電極可充分發(fā)揮電解氣浮效應(yīng)。10/10/20水質(zhì)工程學(xué)II第20頁(yè)

10/10/21水質(zhì)工程學(xué)II第21頁(yè)13.3吸附在相界面上，物質(zhì)濃度自動(dòng)發(fā)生累積或濃集現(xiàn)象稱為吸附。吸附就是利用多孔性固體物質(zhì)，使廢水中一個(gè)或各種物質(zhì)被吸附在固體表面而去除方法。10/10/22水質(zhì)工程學(xué)II第22頁(yè)10/10/23水質(zhì)工程學(xué)II第23頁(yè)13.3吸附產(chǎn)生吸附原因

1．物理吸附

吸附劑和吸附質(zhì)之間經(jīng)過(guò)分子間力產(chǎn)生吸附稱為物理吸附。物理吸附可形成單分子吸附層或多分子吸附層。被吸附分子因?yàn)闊徇\(yùn)動(dòng)還會(huì)離開吸附劑表面，這種現(xiàn)象稱為解吸，它是吸附逆過(guò)程。(可逆，是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡)

2．化學(xué)吸附(成本高，基本不用)化學(xué)吸附是吸附劑和吸附質(zhì)之間因?yàn)榛瘜W(xué)鍵力引發(fā)化學(xué)作用，一個(gè)吸附劑只能對(duì)某幾個(gè)吸附質(zhì)發(fā)生化學(xué)吸附，所以化學(xué)吸附含有選擇性，不可逆性。3．離子吸附(使用也不多)相互交換離子吸附，依靠靜電引力牢靠吸附。10/10/24水質(zhì)工程學(xué)II第24頁(yè)13.3吸附吸附等溫線1．吸附平衡吸附過(guò)程是可逆，當(dāng)吸附速度和解吸速度相等時(shí)，則吸附質(zhì)在溶液中濃度和吸附劑表面上濃度都不改變而到達(dá)平衡，此時(shí)吸附質(zhì)在溶液中濃度稱為平衡濃度。吸附劑吸附能力大小以吸附量q表示，指單位重量吸附劑所吸附吸附質(zhì)重量。

q=V(C0—C)/W式中V—廢水容積；W—吸附劑投量；C0—原水吸附質(zhì)濃度；C—吸附平衡時(shí)水中剩下吸附質(zhì)濃度。10/10/25水質(zhì)工程學(xué)II第25頁(yè)13.3吸附吸附等溫式(1)朗謬爾公式朗謬爾公式是從動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，經(jīng)過(guò)一些假設(shè)條件而推導(dǎo)出來(lái)單分子吸附公式。

式中q——吸附量C——吸附質(zhì)平衡濃度a、b——吸附常數(shù)。將上式改為倒數(shù)式，即：10/10/26水質(zhì)工程學(xué)II第26頁(yè)13.3吸附吸附等溫式(2)費(fèi)蘭德利希公式q=KC1/n

式中q——吸附量；C——吸附質(zhì)平衡濃度；K、1/n——常數(shù)。將上式改寫為對(duì)數(shù)式：10/10/27水質(zhì)工程學(xué)II第27頁(yè)13.3吸附吸附速度吸附速度是指單位重量吸附劑在單位時(shí)間內(nèi)所吸附物質(zhì)量。吸附過(guò)程可分為3個(gè)階段。第一階段為外部擴(kuò)散階段。在吸附劑周圍存在著一層固定水膜吸附質(zhì)首先經(jīng)過(guò)這個(gè)水膜才能抵達(dá)吸附劑表面，所以吸附速度與液膜擴(kuò)散速度相關(guān)。第二階段稱為顆粒內(nèi)部擴(kuò)散階段。經(jīng)水膜擴(kuò)散到吸附劑表面吸附質(zhì)向細(xì)孔深處擴(kuò)散。第三階段稱為吸附反應(yīng)階段。吸附質(zhì)被吸在細(xì)孔內(nèi)表面上。10/10/28水質(zhì)工程學(xué)II第28頁(yè)13.3吸附吸附影響原因1．吸附劑性質(zhì)普通是極性分子吸附劑易吸附極性分子吸附質(zhì)，非極性分子吸附劑易于吸附非極性吸附質(zhì)。(處理污水是慣用非極性吸附劑-活性炭)2．吸附質(zhì)性質(zhì)吸附質(zhì)溶解度，表面自由能，極性，吸附質(zhì)分子大小，吸附質(zhì)濃度相關(guān)3．廢水pH廢水pH影響吸附劑及吸附質(zhì)性質(zhì)。4．共存物質(zhì)物理吸附時(shí)吸附劑可吸附各種吸附質(zhì)。普通共存各種吸附質(zhì)時(shí)，吸附劑對(duì)某種吸附質(zhì)吸附能力比只含該種吸附質(zhì)時(shí)吸附能力差。5．溫度

因?yàn)槲锢砦竭^(guò)程是放熱過(guò)程，溫度升高吸附量降低，反之吸附量增加。6．接觸時(shí)間

在進(jìn)行吸附時(shí)，應(yīng)確保吸附質(zhì)與吸附劑有一定接觸時(shí)間，使吸附靠近平衡，充分利用吸附能力。10/10/29水質(zhì)工程學(xué)II第2