污水的吸附法、離子交換法、萃取法和膜析法www

第十六章污水的吸附法、離子交換法、萃取法、膜析法第一節(jié)吸附法第二節(jié)離子交換法

第三節(jié)萃取法

第四節(jié)膜析法

利用物理化學(xué)的原理和化工單元操作可以去除污水中雜質(zhì)，它的處理對(duì)象主要是污水中無(wú)機(jī)的或有機(jī)的（難于生物降解的）溶解物質(zhì)或膠體物質(zhì)，尤其適用于處理雜質(zhì)濃度很高的污水（用作加收利用的方法）或是很低的廢水（用作污水的深度處理）。前言第一節(jié)吸附法

一、吸附原理固體表面有吸附水中溶解及膠體物質(zhì)的能力，比表面積很大的活性炭等具有很高的吸附能力，可用作吸附劑。吸附可分為物理吸附和化學(xué)吸附。如果吸附劑與被吸附物質(zhì)之間是通過分子間引力（即范德華力）而產(chǎn)生吸附，稱為物理吸附；如果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，稱為化學(xué)吸附。離子交換實(shí)際上也是一種吸附，將在第二節(jié)中討論。一定的吸附劑所吸附物質(zhì)的數(shù)量與此物質(zhì)的性制裁及其濃度和溫度有關(guān)。表明衩吸附物的量與濃度之間的關(guān)系式稱為吸附等溫式。目前常用的公式的：弗勞德利希（Freundlich）吸附等溫式，朗格繆爾(Langmuir)吸附等溫式。

1、弗勞德利希等溫式

y/m=kρ1/n

式中：y——吸附劑吸附的物質(zhì)總量，mg;m——投加的吸附劑量，mg;ρ——到達(dá)平衡時(shí)溶液中被吸附物的濃度，mg/L;K，n——經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。n值在正常條件下大于1。2、朗格繆爾等溫式

y/m=kρ/（1+K1ρ）式中：y——吸附劑吸附的物質(zhì)總量，mg;m——投加的吸附劑量，mg;ρ——到達(dá)平衡時(shí)溶液中被吸附物的濃度，mg/L;K，K——經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。

吸附能力和吸附速度是衡量吸附過程的主要指標(biāo)。固體吸附劑吸附能力的大小可用吸附量來(lái)衡量。吸附速度是指單位重量吸附劑在單位時(shí)間內(nèi)所吸附的物質(zhì)量。在水處理中，吸附速度決定了污水需要與吸附劑接觸的時(shí)間。吸附速度快，則所需的接觸時(shí)間就短，吸附設(shè)備的容積就小。多孔性吸附劑的吸附過程基本上可分為三個(gè)階段：顆粒外部擴(kuò)散階段，即吸附質(zhì)從溶液中擴(kuò)散到吸附劑表面；孔隙擴(kuò)散階段，即吸附質(zhì)在吸附劑孔隙中繼續(xù)向吸附點(diǎn)擴(kuò)散；吸附反應(yīng)階段，吸附質(zhì)被吸附在吸附劑孔隙內(nèi)的吸附點(diǎn)表面。一般，吸附速度主要取決于外部擴(kuò)散速度和孔隙擴(kuò)散速度。二、影響吸附的因素

顆粒外部擴(kuò)散速度與溶液濃度成正比，也與吸附劑的比表面積的大小成正比。因此吸附劑顆粒直徑越小，外部擴(kuò)散速度越快。吸附劑的物理化學(xué)性質(zhì)和吸附質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)吸附有很大影響。一般，極性分子（或離子）型的吸附劑容易吸附性分子（或離子）型的吸附質(zhì)；非極性分子型的吸附劑容易吸附非極性的吸附質(zhì)。同時(shí)，吸附質(zhì)的溶解度越低，越容易被吸附。吸附質(zhì)的濃度增加，吸附量也隨之增加。污水的pH值對(duì)吸附也有影響，活性炭一般在酸性條件下比在堿性條件下有較高的吸附量。吸附反應(yīng)通常是放熱反應(yīng)，因此溫度低對(duì)吸附反應(yīng)有利。

吸附劑的種類很多。常用是活性炭和腐植酸類吸附劑。

1.活性炭在生產(chǎn)中應(yīng)用的活性炭的種類很多。一般，都制成粉末狀或顆粒狀。粉末狀的活性炭吸附能力強(qiáng)，制備容易，價(jià)格較低，但再生困難，一般不能重復(fù)使用。顆粒狀的活性炭?jī)r(jià)格較貴，但可再生后重復(fù)使用，并且使用時(shí)的勞動(dòng)條件較好，操作管理方便。因此在水處理中較多采用顆粒狀活性炭?；钚蕴康谋缺砻娣e可達(dá)800-2000m/g，有很高的吸附能力。顆粒狀活性炭在使用一段時(shí)間后，吸附了大量吸附質(zhì)，逐步趨向飽和并喪失工作能力，此時(shí)應(yīng)進(jìn)行更換或再生。再生是在吸附劑本身的結(jié)構(gòu)基本不發(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)它的吸附能力。三、吸附劑

活性炭的再生方法主要有：a.加熱再生法;b.化學(xué)再生法: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)而解吸下來(lái)。例如，吸附了苯酚的活性炭，可用氫氧化鈉溶液浸泡，使形成酚鈉鹽而解吸。濕式氧化法也是化不再生法，主要用于再生粉末狀活性炭。

2.腐植酸類吸附劑用作吸附劑的腐植酸類物質(zhì)主要有：天然的富含腐植酸的風(fēng)化煤、泥煤、褐煤等，它們可以直接使用或經(jīng)簡(jiǎn)單處理后使用；將富含腐植酸的物質(zhì)用適當(dāng)?shù)恼澈蟿┲苽涑傻母菜嵯禈渲Ｋ?、吸附工藝和設(shè)備

吸附的操作方式分為間歇式和連續(xù)式。間歇式是將廢水和吸附劑放在吸附池內(nèi)進(jìn)行攪拌30min左右，然后靜置沉淀，排除澄清液。間歇式吸附主要用于小量廢水的處理和實(shí)驗(yàn)研究，在生產(chǎn)上一般要用兩個(gè)吸附池、交換工作。連續(xù)吸附可以采用固定床、移動(dòng)床和流化床。固定床連續(xù)吸附方式是廢水處理中最常用的。吸附劑固定填放在吸附柱（或塔）中，所以叫固定床。移動(dòng)床連續(xù)吸附是指在操作過程成中定期地將接近飽和的一部分吸附劑從吸附柱排出，并同時(shí)將等量的新鮮吸附劑加入柱中。所謂流化床是指吸附劑在吸附柱內(nèi)處于膨脹狀態(tài)，懸浮于由下而上的水流中。由于移動(dòng)床和流化床的操作較復(fù)雜，在廢水處理中較少使用。

在實(shí)際操作中，吸附柱達(dá)到完全飽和及出水濃度與進(jìn)水濃度相等是不可能的，也是不允許的。通常是根據(jù)對(duì)出水水質(zhì)的要求，規(guī)定一個(gè)出水含污染物質(zhì)的允許濃度值。當(dāng)運(yùn)行中出水達(dá)到這一規(guī)定值時(shí)，即認(rèn)為吸附層已達(dá)到“穿透”，這一吸附柱便停止工作，進(jìn)行吸附劑的更換。下面兩圖給我們一些直觀的結(jié)構(gòu)感。

移動(dòng)床吸附塔的構(gòu)造

沉降式固定層吸附塔的構(gòu)造

1.

吸附法除汞活性炭有吸附汞和汞化合物的性能，但因其吸附能力有限，只適宜于處理含汞量低的廢水。

2.煉油廠、印染廠廢水的深度處理某煉油廠含油廢水，經(jīng)隔油，氣浮和生物處理后，再經(jīng)砂濾和活性炭過濾深度處理

五、吸附法在污水處理中的應(yīng)用第二節(jié)離子交換法

離子交換法是水處理中軟化和除鹽的主要方法之一。在廢水處理中主要用于去除廢水中的金屬離子。離子交換的實(shí)質(zhì)是不溶液中的其它同性離子的交換反應(yīng)，是一種特殊的吸附過程成，通常是可逆性化學(xué)吸附。

一.

離子交換劑水處理中用的離子交換劑有磺化媒和離子交換樹脂?；腔嚼锰烊幻綖樵?，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。離子交換樹脂按樹脂的類型和孔結(jié)構(gòu)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）樹脂等。離子交換樹脂按活性基團(tuán)的不同可分為：含有酸性基團(tuán)的陰離子交換樹脂含有堿性基團(tuán)的陽(yáng)離子交換樹脂，含有胺羧基團(tuán)等的合樹脂，含有氧化還原基團(tuán)的氧化還原樹脂及兩性樹脂等。

1.離子交換樹脂的有效pH值范圍

2.交換容量交換容量是離子交換樹脂最重要的性能，它定量地表示樹脂交換能力的大小。交換容量的單位是mol/kg（干樹脂）或mol/L（濕樹脂）。交換容量又可區(qū)分為全交換容量與工作交換容量。前者指一定量的樹脂所具有的活性基團(tuán)或可交換離子的總數(shù)量，后者指樹脂在給定工作條件下實(shí)際的交換能力。

3.交聯(lián)度

4.交換勢(shì)二、離了交換樹脂的選用

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：三、離子交換的工藝和設(shè)備離子交換裝置固定床連續(xù)床移動(dòng)床流動(dòng)床單層床雙層床混合床

離子交換的運(yùn)行操作包括四個(gè)步驟：交換、反洗、再生、清洗。

1.

電鍍含鉻廢水的處理生產(chǎn)實(shí)踐表明，在電鍍車間鉻鍍槽的洗耳恭聽滌水閉路循環(huán)系統(tǒng)中用離子交換法分離、回收鉻酸是有效的。采用的陽(yáng)離子交換劑是732強(qiáng)酸性樹脂，陰離子交換劑是710大孔型弱堿性樹脂。

2.離子交換法處理含汞廢水

日本和瑞士的氯堿廠采用陰離子交換樹脂和鰲合樹脂處理含汞（氯化汞絡(luò)合離子）廢水。進(jìn)水的pH值先調(diào)整到6-8之間，并用化學(xué)品破壞水中氧化物（即調(diào)整氧化還原勢(shì)），然后用活性炭濾池澄清，活性炭濾池同時(shí)有去除一部分汞和進(jìn)一步破壞氧化物的效用。四、離子交換法在廢水處理中的應(yīng)用

第三節(jié)萃取法

在化工上，用適當(dāng)?shù)娜軇┓蛛x混合物的過程叫萃取。當(dāng)混合物為溶液時(shí)叫液—液萃取，當(dāng)混合物為固體時(shí)叫固—液萃??；使用的溶劑叫萃取劑，提出的物質(zhì)叫萃取物，在廢水處理上，利用廢水中的雜質(zhì)在水中和有機(jī)萃取劑中溶解度的不同，可以采用萃取的方法，將雜質(zhì)提取出來(lái)。用萃取法處理廢水時(shí)，有三個(gè)步驟：（1）把萃取加入廢水，并使它們充分接觸，有害物質(zhì)作為萃取物從廢水中轉(zhuǎn)移到萃取劑中；（2）把萃取劑和廢水分離開來(lái)，廢水就得到了處理。也可以再進(jìn)一步接受其他的處理；（3）把萃取物從萃取劑中分離出來(lái)，使有害物制裁成為有用的副產(chǎn)品，而萃取劑則可回用于萃取過程才逄在技術(shù)上已經(jīng)成立；其次，就是經(jīng)濟(jì)上的考慮。技術(shù)上可靠，經(jīng)濟(jì)上合理，生產(chǎn)才能采用。

萃取劑的選擇一般應(yīng)考慮下列各點(diǎn)：（1）萃取劑對(duì)被萃取物的溶解度要高，對(duì)水中其他物質(zhì)的溶解度要低，而萃取劑本身在水中的溶解度要低。（2）萃取劑在廢水中不會(huì)乳化，容易同廢水分離。（3）萃取劑要易于再生。（4）萃取劑價(jià)格要低廉，供應(yīng)要充沛。

二、萃取過程

萃取過程可以一次完成，也可以分多次完成；在多次完成時(shí)，可以每次都用新的萃取劑，也可以后次使用前次用過的萃取劑，只有第一次使用新的萃取劑。料液被萃取的次數(shù)叫級(jí)數(shù)，萃取劑使用的次數(shù)叫效數(shù)。這三種不同的方法，分別叫做單級(jí)或單效萃取、多級(jí)單效萃取和多級(jí)多效萃?。ɑ蚍Q連續(xù)萃?。?，由于多效總是多級(jí)的，而且級(jí)數(shù)等于效數(shù)，因此多級(jí)多效萃取常簡(jiǎn)稱多效萃取。

一、萃取劑三、萃取設(shè)備萃取設(shè)備的型式很多，可以分三大類：罐式（萃取器）、塔式（萃取塔）和離心機(jī)式（離心萃取機(jī)），其中塔式設(shè)備是最常用的。常用的萃取塔有篩板萃取塔、脈動(dòng)篩板萃取塔、轉(zhuǎn)盤萃取塔、填料萃取塔。

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?gòu)U水第四節(jié)膜析法

膜析法是利用薄膜以分離水溶液中某此物質(zhì)的方法的統(tǒng)稱。目前有擴(kuò)散滲析法（滲析法）、電滲析法、反滲透法和超過濾法等。一、滲析法依靠分子自然擴(kuò)散的是擴(kuò)散滲析法，簡(jiǎn)稱滲析法。起滲析作用的薄膜，因?qū)θ苜|(zhì)的滲透性能有選擇作用，故叫半透膜。在膜析法中，物質(zhì)透過薄膜需要?jiǎng)恿Γ壳袄玫挠腥N動(dòng)力：（1）分子擴(kuò)散作用；（2）電力；（3）壓力。反滲透法和超過濾法都要把水加壓。用電力的是電滲析法。依靠分子自然擴(kuò)散的是擴(kuò)散滲析法，簡(jiǎn)滲析法

二、電滲析法

反滲透法是一種借助壓力促使水分子反向滲透，以濃縮溶液或廢水的方法。如果將純水和鹽水用半透膜隔開，此半透膜只有水分子能夠透過而其他溶質(zhì)不能透過半透膜進(jìn)入溶液（鹽水），溶液逐漸從濃變稀，液面則不斷上升，直到某一定值為此。這個(gè)現(xiàn)象叫滲透，高出于水面的水柱高度（決定于鹽水的濃度）是由于溶液的滲透壓所致?？梢岳斫?，如果我們向溶液的一側(cè)施加壓力，并且超過它的滲透壓，則溶液中的水就會(huì)透過半透膜，流向純水一側(cè)，而溶質(zhì)被截留在溶液一側(cè)，這種方法就是反滲透法。反滲透膜的種類多，目前研究得比較多和應(yīng)用較廣的是醋酸纖維素膜和芳香族聚酰胺膜，其他類型的膜材料也正在不斷研究開發(fā)中。反滲透的裝置主要有板框式、管式、螺旋卷式和中空纖維式。反滲透法所需的壓力較高，工作壓力要比滲透壓力大幾十倍。即使是改進(jìn)的復(fù)合膜，正常工作壓力也需1。5Mpa左右。同時(shí)，為了保證反