第9章分离设备

1、第第9章章 分离设备分离设备u分离设备的用途及分类分离设备的用途及分类用途用途通过一定的技术方法和手段（分离设备）将水中杂通过一定的技术方法和手段（分离设备）将水中杂质与水分离开来。质与水分离开来。分类分类物理法分离设备物理法分离设备物理化学法分离设备物理化学法分离设备常用分离设备常用分离设备气浮分离设备气浮分离设备筛滤设备（格栅、滤网）筛滤设备（格栅、滤网）砂滤设备砂滤设备膜分离设备膜分离设备9.1 气浮分离设备u工作原理工作原理气浮分离设备是向水中加入压缩空气，空气在水中形气浮分离设备是向水中加入压缩空气，空气在水中形成高度分散的微小气泡，微小气泡作为载体与固体颗成高度分散的微小气泡，微小

2、气泡作为载体与固体颗粒粘附，将水中的悬浮颗粒浮于水面形成浮渣，从而粒粘附，将水中的悬浮颗粒浮于水面形成浮渣，从而实现固液分离。实现固液分离。u适用条件适用条件水中靠自然沉降或上浮难以去除的乳化油或相对密度水中靠自然沉降或上浮难以去除的乳化油或相对密度近于近于1 的微小悬浮颗粒。的微小悬浮颗粒。u分类分类微孔布气气浮设备微孔布气气浮设备压力溶气气浮设备（应用最广泛）压力溶气气浮设备（应用最广泛）电解气浮设备电解气浮设备9.1.1 微孔布气气浮设备u工作原理：工作原理：利用机械剪切力，将混合水中的空气粉碎成微利用机械剪切力，将混合水中的空气粉碎成微细气泡，从而进行气浮。细气泡，从而进行气浮。u按气

3、泡粉碎方法可分为：按气泡粉碎方法可分为：水泵吸水管吸气气浮设备；水泵吸水管吸气气浮设备；射流气浮设备；射流气浮设备；叶轮气浮设备；叶轮气浮设备；扩散气浮设备。扩散气浮设备。9.1.1 微孔布气气浮设备u水泵吸水管吸气气浮设备水泵吸水管吸气气浮设备原理：在水泵吸水管上开一孔，接一根吸气管，在吸原理：在水泵吸水管上开一孔，接一根吸气管，在吸气管上安装进气量调解阀和计量仪表。当水泵运行时气管上安装进气量调解阀和计量仪表。当水泵运行时，吸水管为负压，将空气吸入水泵吸水管，在水泵叶，吸水管为负压，将空气吸入水泵吸水管，在水泵叶轮的高速搅拌和剪切作用下形成气水混合体，进入气轮的高速搅拌和剪切作用下形成气水

4、混合体，进入气浮池后，气泡与水中固体颗粒粘附，载着水中固体颗浮池后，气泡与水中固体颗粒粘附，载着水中固体颗粒上浮，实现固液分离。粒上浮，实现固液分离。优点：结构简单。优点：结构简单。缺点：缺点： 水泵吸气量限制，对泵有影响；水泵吸气量限制，对泵有影响； 气泡在水泵内破碎得不够完全，黏度大，处理效果不够理想。气泡在水泵内破碎得不够完全，黏度大，处理效果不够理想。应用：一般主要用于去除石油废水。应用：一般主要用于去除石油废水。9.1.1 微孔布气气浮设备u射流气浮设备射流气浮设备 射流气浮设备主要包括射流器和气浮池（或气浮罐）射流气浮设备主要包括射流器和气浮池（或气浮罐）（简单）（简单）u扩散气浮

5、设备扩散气浮设备扩散气浮设备主要由气浮池（罐）、空气压缩机、扩扩散气浮设备主要由气浮池（罐）、空气压缩机、扩散板或微孔板组成。散板或微孔板组成。9.1.1 微孔布气气浮设备u叶轮气浮设备原理结构 叶轮气浮设备主要由气浮池（罐）、叶轮、盖板、进气管、进水槽和出水槽构成。7进水槽；8出水槽；9泡沫槽；10刮沫板；11整流板1叶轮；2固定盖板；3转轴；4轴套；5轴承：6进气管图8.2 叶轮气浮示意图7112368109泡沫出水进水351114进水2空气6 出水9.1.2 加压溶气气浮设备u工作原理工作原理在一定压力（在一定压力（300400kPa）下，将空气溶于欲处理水）下，将空气溶于欲处理水中并达

6、到饱和，然后将饱和溶液突然降至常压，溶解中并达到饱和，然后将饱和溶液突然降至常压，溶解在水中的空气即以微小气泡（气泡直径约为在水中的空气即以微小气泡（气泡直径约为20100m）释放出来，数量众多的微小气泡与水中呈悬浮状态）释放出来，数量众多的微小气泡与水中呈悬浮状态的颗粒相互粘附，形成密度比水小的带气颗粒，产生的颗粒相互粘附，形成密度比水小的带气颗粒，产生上浮作用。上浮作用。u组成组成主要由加压溶气装置、溶气释放装置和固主要由加压溶气装置、溶气释放装置和固液或液液或液液分离装置液分离装置。9.1.2 加压溶气气浮设备加压溶气气浮设备工艺图溶气罐 溶气罐溶气罐是一个耐压密是一个耐压密封钢罐，空气

7、与水在罐封钢罐，空气与水在罐内混合、溶解。内混合、溶解。 为了提高溶气量和速为了提高溶气量和速度，增大容积利用系率，度，增大容积利用系率，罐内罐内常设若干隔板或填常设若干隔板或填料料。 影响溶气罐效率影响溶气罐效率的的主主要因素要因素是：填料特性、是：填料特性、填料层高度、罐内液位填料层高度、罐内液位高度、布水方式和温度高度、布水方式和温度等。等。溶气释放器外型9.1.2 加压溶气气浮设备平流气浮池平流气浮池竖流气浮池竖流气浮池9.1.2 加压溶气气浮设备u加压溶气气浮设备的特点加压溶气气浮设备的特点空气气泡数量多、气泡微细、颗粒均匀、密集空气气泡数量多、气泡微细、颗粒均匀、密集度大、上浮稳定

8、、对液体扰动微小、气浮效果度大、上浮稳定、对液体扰动微小、气浮效果好、设备比较简单、便于维护管理。好、设备比较简单、便于维护管理。u加压溶气气浮设备的应用加压溶气气浮设备的应用对疏松絮凝体、细小颗粒的固液分离效果显著对疏松絮凝体、细小颗粒的固液分离效果显著，是目前应用较为广泛的气浮设备，适用于给，是目前应用较为广泛的气浮设备，适用于给水处理、废水处理和污泥浓缩处理，特别是含水处理、废水处理和污泥浓缩处理，特别是含油废水处理。油废水处理。9.1.4 电解气浮设备u电解气浮设备：是用不溶性电极直接电解液体，靠电解产生的微小气泡将已絮凝的悬浮颗粒载浮至水面，达到分离目的。图8.10 电解气浮装置1出

9、水排泥进水23947610851水位调节器；2出水管；3分离室；4集水孔；5入流室6整流栅；7电极组；8出流孔；9排泥管；10刮渣机9.2 筛滤设备u筛滤设备：是采用有孔眼的材料截留液体中悬浮物的设备。筛滤设备：是采用有孔眼的材料截留液体中悬浮物的设备。u一种简单的拦污装置，保持后续处理设施正常运行，减少后一种简单的拦污装置，保持后续处理设施正常运行，减少后续处理设施的处理负荷，并起到保护水泵、管道和仪表等作续处理设施的处理负荷，并起到保护水泵、管道和仪表等作用。用。u分类：格栅和滤网。分类：格栅和滤网。u格栅：去除大的漂浮物和悬浮物，格栅：去除大的漂浮物和悬浮物， 人工清理格栅人工清理格栅

10、机械格栅机械格栅u滤网：去除小的滤网去除并回收废水中的纤维、纸浆等滤网：去除小的滤网去除并回收废水中的纤维、纸浆等细小细小的悬浮物的悬浮物。 固定平面式固定平面式 旋转式旋转式，水处理工艺中比较常用。，水处理工艺中比较常用。u实际使用中，选用旋转滤网时，应在滤网前设置粗格栅或格实际使用中，选用旋转滤网时，应在滤网前设置粗格栅或格栅除污机，即格栅和滤网通常联合使用。栅除污机，即格栅和滤网通常联合使用。9.2.1 格栅1、人工清理格栅4560平 面剖 面图 8.11 人 工 清 理 格 栅格 栅操 作 平 台滤 水 板栅 条2、机械格栅 机械格栅一般由拦截污染物的格栅、清除格栅所拦截污染物的齿耙、

11、带动齿耙运动的牵引部件及传动装置等组成。 形式和分类9.2.1 格栅分类 传动方式 牵引部件工况 格栅形状 格栅安装形式 代表性格栅 液压 旋臂式 液压传动伸缩臂式弧形格栅 摆臂式 摆臂式弧形格栅 回转臂式 弧形 固定式 旋臂式弧形格栅 臂式 伸缩臂 移动式伸缩臂格栅 台车式 钢丝绳牵引移动式格栅 移 动 式 悬挂式 葫芦抓斗式格栅 三索式 三索式格栅 钢丝绳 二索式 滑块式格栅 高链式格栅 干式 爬式格栅 前清式 （前置式） 回转式多耙格栅 后清式 （后置式） 背耙式格栅 链式 平面格栅 回转式固液分离机 自清式（栅片移动式） 曲柄式 湿式 阶梯形 固定式 阶梯式格栅 （1）链条回转式格栅特

12、点：设备结构简单，制造方便，传动部件均在水面以上，维护方便，占地面积小，传动链条和链轮均设计在液面以上，可防止水中垃圾的侵入和卡阻，该机型适用于深池。由驱动机构、主传动链轮轴、从动链轮轴、牵引链、齿耙、由驱动机构、主传动链轮轴、从动链轮轴、牵引链、齿耙、过力矩保护装置和机架等组成。过力矩保护装置和机架等组成。6435121 驱 动 机 构 ； 2 主 传 动 链 轮 轴 ； 3 从 动 链 轮 轴 ； 4 齿 粑 ； 5 机 架 ； 6 卸 料 溜 板图 8.12 链 条 回 转 式 机 械 格 栅（1）链条回转式格栅（2）自清式格栅图8.13 自清式格栅运行示意图1飘浮物；2犁形粑齿； 3栅

13、渣；4压力喷淋管；5链轮；6橡胶刷；7污物盛器1753246传动装置：悬挂式涡轮减速机。耙齿：采用工程塑料（ABS、尼龙）或不锈钢。动力装置、机架、犁形耙齿、清洗机构及电控箱等组成。XG型旋转式格栅除污机（3）旋臂式弧形格栅旋臂绕固定的传动轴旋转，带动耙齿作圆周运动，旋臂每旋转一周耙污2次。图8.14 旋臂式格栅结构示意图6轴承座；7除污器；8弧形格栅条1带电机减速机；2联轴器； 3传动轴；4旋臂；5粑齿12345678（4）摆臂式弧形格栅摆臂式：通过四连杆机构，使摆臂下端的齿耙运行呈曲线轨迹，齿耙上行除污，当齿耙到达弧栅顶部时，带缓冲装置的刮渣板把污物推卸至盛污器内，与此同时摆臂将耙齿退出栅

14、片，随即下行复位。211弧形格栅条；2刮渣板架； 3曲柄；4双出轴减速箱；5摇杆 摆臂式格栅结构示意图6435786摇臂及齿粑；7带电机的减速机；8齿粑缓冲器水流方向（5）伸缩耙式弧形格栅u耙臂在重力作用下沿旋转轴下降，通过电动液压驱动机耙臂在重力作用下沿旋转轴下降，通过电动液压驱动机构将齿耙插入栅片自下而上耙污。构将齿耙插入栅片自下而上耙污。1电动液压驱动机构；2粑臂；3除污器；4齿粑；5格栅架；6齿粑移动路径 液压传动伸缩粑式弧形格栅1263459.2.2 滤网u转鼓式旋转滤网转鼓式旋转滤网构造构造：转鼓池转鼓池、转鼓滤网转鼓滤网、传动装置传动装置、挤压装置挤压装置和和除渣装置除渣装置。

15、工作过程： 需处理水进入转鼓池后，转鼓绕水平轴旋转，水由转鼓外进入，水中细小的杂物被截留在鼓外，并随转鼓转出，经滤渣挤压轮挤压脱水，最后用刮刀刮下。9.5 膜分离设备概述膜分离设备分类常用膜分离设备分离原理膜分类几种常用膜介绍膜分离装置9.5.1 概 述1、膜的概念 膜是一种物料薄层，具有半透性（对透过的物质有选择性，或膜对不同物质具有不同的透过速率）。 区别于生物膜，生物膜或称固定膜（fixed film)；这里说的膜（membrane)。2、膜分离设备 膜分离设备是利用膜的选择透过性进行分离以及浓缩水中离子或分子的设备；通过膜分离设备可实现混合物的组分分离。 条件：膜；组分存在差别。29

16、膜分离过程原理：膜分离过程原理：以选择性透膜为分离介质，通过在膜以选择性透膜为分离介质，通过在膜两边施加一个两边施加一个推动力（如浓度差、压力差或电位差等）推动力（如浓度差、压力差或电位差等）时，时，使原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离提纯的目的。通使原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离提纯的目的。通常膜原料侧称为常膜原料侧称为膜上游膜上游，透过侧称为，透过侧称为膜下游。膜下游。膜上游膜上游 透膜透膜 膜下游膜下游选择性透膜选择性透膜膜分离过程膜分离过程9.5.1 概 述9.5.2 膜分离设备分类水工艺常用分离设备主要是：电渗析设备、反渗析设备和超滤设备。)Membrane Liquid)i

17、onPervaporat()Permeation Gas()ationMicrofiltr()ationUltrafiltr()tionNanofiltra()Osmosis Reverse()lysisElectrodia()Dialysis液膜分离设备（液膜分离设备（渗透汽化设备渗透汽化设备气体分离设备气体分离设备微滤设备微滤设备超滤设备超滤设备纳滤设备纳滤设备反渗透设备反渗透设备电渗析设备电渗析设备渗析设备（渗析设备（膜分离设备膜分离设备DDNFUFMFEDRO9.5.3 常用膜分离设备分离原理1、电渗析设备原理 利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子的选择性，在直流电场的作用下，使溶液

18、中的阴、阳离子在隔室内发生离子迁移，分别通过阴、阳离子交换膜从而达到除盐或浓缩的目的。电渗析基本排布方式原理图电渗析（ED）9.5.3 常用膜分离设备分离原理2、反渗透设备原理 任何溶液都具有相应的渗透压，但要有半透膜才能表现出来。渗透压与溶液的性质、浓度和温度有关，而与膜无关。反渗透不是自发进行的，只有当外部压力大于溶液的渗透压时，反渗透才能进行。渗透渗透平衡反渗透反渗透分离原理9.5.3 常用膜分离设备分离原理3、超滤、微滤和纳滤设备 主要利用膜孔对溶液中悬浮微粒的筛分作用，在压力作用下，小于孔径的小分子溶质随溶液一起透过膜上的微孔，大于孔径的大分子溶质则被截留。压力推动膜工艺的分类比较图

19、8.31 压力推动的膜设备特性0.00010.0010.010.11101000.010.11.010.00.01 反渗透 纳滤超滤微滤过滤20.0压差压差/Mpa微粒或分子的大小微粒或分子的大小/m 2.8，0.0062.0左右，左右，0.00090.0090.31.0，0.0070.20.10.3，0.09200.1，151009.5.4 膜分类1、根据膜的材质从相态上可分：固膜、液膜和气膜2、固膜按形态可分：平面膜、管状膜和中空纤维膜。3、固膜按结构可分：对称膜：致密膜或多孔膜，膜截面方向结构是均匀。非对称膜：结构非均匀，表面极薄、起分离作用的致密表面皮，表面皮下是多孔的支撑层。4、从来

20、源膜可分为：天然膜、合成膜：无机材料（金属、玻璃）膜、有机高分子膜。6、根据膜的功能可分：离子交换膜、反渗透膜、超滤膜、微滤膜、纳滤膜。固膜形态结构平面膜管状膜中空纤维膜对称膜非对称膜(致密表皮层)(细孔表皮层)(多孔支撑层)均质膜9.5.5 几种常用膜介绍1、离子交换膜离子交换膜：用于电渗析，带电荷的膜，不同电荷的离子在膜内的迁移速度有很大的差别，这就是离子交换膜对离子透过的选择性。离子交换膜构成：由聚电解质制成的，离子交换膜的基体是空间的网状结构。离子交换膜的基本性能：l交换容量：指每克干膜所含交换基团的毫克当量数。交换容量不随外界条件而改变。l含水率：指在工作状态下每克干膜的含水克数。膜

21、的含水率随外液浓度的提高而下降。9.5.5 几种常用膜介绍2、反渗透膜 反渗透膜的透过机理：选择性吸附与毛细管流，即界面现象和在压力下流体通过毛细管的综合结果。 反渗透膜构成：一种多孔性膜，具有良好的化学性质。 反渗透膜为一种半透膜，只能通过溶液中某种组分，不具有离子交换性质，属中性膜。 反渗透膜可按形状分为平面膜和中空纤维膜；前者透过的通量比后者高，后者的过滤面积比前者大。半透膜的结构水工艺中的半透膜要求只能通过水分子，但不排斥少量其他离子或小分子也能透过；厚度数m到0.1mm。半透膜的结构图过渡层表皮层多孔层厚度(%)991孔径(nm)图8.20 半透膜的结构9.5.5 几种常用膜介绍3、

22、纳滤膜纳滤膜与反渗透膜结构相类似，绝大多数是多层结构。它具有离子选择性。离子选择性是由于膜上或膜中有负的带电基团，它们通过静电相互作用，阻碍多价阴离子的渗透。4、超滤膜和微滤膜超滤和微滤过程使用的膜都是微孔膜。微粒是否被截留，除了与操作条件有关外，主要还取决于微粒的大小和结构以及膜微孔的大小和结构。（结构、材质、工作环境如温度、pH）几种常用膜的简单对照9.5.6 膜分离装置u膜分离装置由膜组件、泵、过滤器、阀、仪表、管路等组成。u膜组件组件：是由专业制造厂提供几种规格化的部件或小型的单元设备板式膜组件板式膜组件管式膜组件管式膜组件螺卷式膜组件螺卷式膜组件中空纤维式膜组件中空纤维式膜组件毛细管

23、式膜组件毛细管式膜组件板框式膜分离装置u板框式膜分离装置的构造与板框式压滤机相类似，由若干板式膜组件重叠起来组成。板框式膜组件组成：板框式膜组件组成：由由板体（支撑盘）板体（支撑盘）、多孔薄多孔薄板（间隔盘）板（间隔盘）和和平板膜平板膜三部分组成。三部分组成。板框式膜分离装置透过水透过水1原水浓缩水透过水2341双头螺栓；2橡胶密封圈；3膜；4多孔性板板框式膜装置u特点特点 组装比较简单，可以简单地增加膜的层数以提组装比较简单，可以简单地增加膜的层数以提高处理量；高处理量； 操作比较方便。操作比较方便。 板框式膜组件组装零件太多；装填密度低；膜板框式膜组件组装零件太多；装填密度低；膜的机械强度

24、要求较高。的机械强度要求较高。u应用应用 超滤（超滤（UF）、微滤（）、微滤（MF）、反渗透（）、反渗透（RO）、电渗析（、电渗析（ED） 板框式膜分离装置进水进水透过水透过水浓缩水浓缩水耐压容器耐压容器透水板透水板半透膜半透膜工作过程工作过程板板式式超超滤滤膜膜装装置置管式膜分离装置管式膜分离装置与多管式热交换器相类似。它是将若干根直径为1020mm，长13m的反渗透管状膜组件装入多孔高压管中构成。管式膜分离装置特点：特点：结构简单，制造容易，安装、维修方便；且水力条结构简单，制造容易，安装、维修方便；且水力条件好，不容易堵塞，清洗方便；能耐高压，可以处理高黏度件好，不容易堵塞，清洗方便；能

25、耐高压，可以处理高黏度的原液。但管式膜分离装置体积大，单位体积内膜的表面积的原液。但管式膜分离装置体积大，单位体积内膜的表面积最小，而且两头需要较多的连接部件，现在使用并不广泛。最小，而且两头需要较多的连接部件，现在使用并不广泛。原 水1浓 缩 水2345671 高 压 水 泵 ； 2 缓 冲 器 ； 3 管 式 组 件 ； 4 压 力 表 ； 5 阀 门 ； 6 玻 璃 钢 管 ； 7 膜图 8.23 管 式 膜 装 置管式膜分离装置陶瓷管式膜组件PE微孔管式膜是以超高分子量聚乙烯为材料，经特定的工艺制成的一种管式微滤膜；具有机械强度高，化学稳定性强，耐酸碱，耐细菌腐蚀等优点。螺卷式膜分离装

26、置螺卷式膜分离装置主要由耐压套管、膜组件、穿孔管组成。膜组件由平膜、导水垫层、格网组成。两层膜三边封口，构两层膜三边封口，构成信封状膜袋，膜袋内填充多孔支撑层，一层膜袋衬一层隔成信封状膜袋，膜袋内填充多孔支撑层，一层膜袋衬一层隔网，从膜袋开口端开始绕多孔中心管卷绕而形成螺旋卷式膜网，从膜袋开口端开始绕多孔中心管卷绕而形成螺旋卷式膜组件。组件。 螺卷式膜分离装置的特点：优点是结构紧凑，单位体积的膜表面积大，操作方便。缺点是容易堵塞，不能拆洗，浓水难于循环，压力损失大。1234769108111251 膜；2 格 网 ；3淡水 垫层 ；4 中 心集 水管 ；5 透过 水 出 口 ； 6 原水 入 口7 盖帽 ；8 密封圈 ；9 耐压 套 管 ； 10 接头 ； 11 膜 组 件 ； 12 浓缩 液出 口螺 卷 式 膜 装 置螺卷式膜分离装置螺卷式膜分离装置螺卷式膜组件密封密封密封密封密封密封螺