第4章++污水的物理化学处理

1、第第 一一 节节 吸吸 附附 法法第第 二二 节节 离子交换法离子交换法第第 三三 节节 膜膜 析析 法法第第 四四 节节 其他分离方法其他分离方法 污水的物理化学处理第 一 节 吸 附 法 吸附法利用固体吸附剂的物理吸附和化学吸附性能，去除吸附法利用固体吸附剂的物理吸附和化学吸附性能，去除水中多种污染物的过程。水中多种污染物的过程。 吸附内容吸附内容 1、吸附原理、吸附原理 2、影响因素、影响因素 3、吸附剂、吸附剂 4、吸附工艺与设备、吸附工艺与设备 一、 吸附原理 吸附剂：固体表面有吸附水中溶解及胶体物质或吸附吸附剂：固体表面有吸附水中溶解及胶体物质或吸附气体中某些物质的能力气体中某些物

2、质的能力,比表面积较大的固体物质。比表面积较大的固体物质。吸吸附附物理吸附物理吸附离子交换吸附离子交换吸附吸附剂与吸附物质之间是通过分子间引吸附剂与吸附物质之间是通过分子间引力力(即范徳华力即范徳华力)而产生的吸附而产生的吸附无选择性无选择性吸附剂与被吸附物质之间产生化学作用，吸附剂与被吸附物质之间产生化学作用，生成生成化学键化学键引起吸附引起吸附有选择性有选择性化学吸附化学吸附吸附质由于静电引力被吸附在吸附剂表面的带吸附质由于静电引力被吸附在吸附剂表面的带电点上，此吸附为离子交换吸附电点上，此吸附为离子交换吸附 表明被吸附物的量与浓度之间的关系式称为表明被吸附物的量与浓度之间的关系式称为吸附

3、等温式。吸附等温式。1. Freundlich等温式等温式对上式取对数，可得：对上式取对数，可得：qe=KfCe1/nlgqe=lgKf+ lgCen12. Langmuir等温式等温式 该公式是在被吸附物质仅为单分子层的假定下该公式是在被吸附物质仅为单分子层的假定下导出的，形式为：导出的，形式为： 将上式变换成以下形式，使用时较方便：将上式变换成以下形式，使用时较方便： qe=eeCaC0eq 0ee0eeq1C1qaq1 0ee0eeq1C1qaq1 0ee0eeq1C1qaq1二、影响吸附的因素二、影响吸附的因素衡量衡量指标指标吸附能力吸附能力吸附速度吸附速度固体吸附剂用吸附量衡量固体吸

4、附剂用吸附量衡量单位质量吸附剂在单位单位质量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量时间内所吸附的物质量吸附吸附阶段阶段颗粒外部颗粒外部扩散阶段扩散阶段孔隙扩散孔隙扩散阶段阶段吸附反应吸附反应阶段阶段吸附质从溶液中扩散到吸附吸附质从溶液中扩散到吸附剂表面剂表面吸附质在吸附剂孔隙中继续吸附质在吸附剂孔隙中继续向吸附点扩散向吸附点扩散吸附质被吸附在吸附剂孔隙吸附质被吸附在吸附剂孔隙内的吸附点表面内的吸附点表面吸附速度主要取决于外部扩散速度和孔隙扩散速度。吸附速度主要取决于外部扩散速度和孔隙扩散速度。外部扩外部扩散速度散速度与溶液浓度成正比与溶液浓度成正比与吸附剂的比表面积的大小成正与吸附剂的比表面积的大小

5、成正比比吸附剂颗粒直径越小，速度越快吸附剂颗粒直径越小，速度越快增加溶液与颗粒间的相对运动速度，增加溶液与颗粒间的相对运动速度，可提高速度可提高速度孔隙扩孔隙扩散速度散速度吸附剂颗粒越小，速度越快吸附剂颗粒越小，速度越快 吸附剂的物理化学性质和吸附质的物理化学性吸附剂的物理化学性质和吸附质的物理化学性质对吸附有很大影响。质对吸附有很大影响。 极性分子极性分子(或离子或离子)型的吸附剂容易吸附极性分子型的吸附剂容易吸附极性分子(或离子或离子)型的吸附质。型的吸附质。 非极性分子型的吸附剂容易吸附非极性的吸附质。非极性分子型的吸附剂容易吸附非极性的吸附质。三、吸附剂三、吸附剂1. 活性炭活性炭 在

6、水处理中较多采用颗粒活性炭。在水处理中较多采用颗粒活性炭。 再生是在吸附剂本身的结构基本不发生变化的情再生是在吸附剂本身的结构基本不发生变化的情况下，用某种方法将吸附质从吸附剂微孔中除去况下，用某种方法将吸附质从吸附剂微孔中除去,恢复恢复它的吸附能力。它的吸附能力。吸附剂孔结构吸附剂孔结构再再生生方方法法加热再生法加热再生法在高温条件下，提高了吸附质分在高温条件下，提高了吸附质分子的能量，使其易于从活性炭的子的能量，使其易于从活性炭的活性点脱离；而吸附的有机物则活性点脱离；而吸附的有机物则在高温下氧化和分解，成为气态在高温下氧化和分解，成为气态逸出或断裂成低分子逸出或断裂成低分子化学再生法化学

7、再生法通过化学反应，使吸附质转化为通过化学反应，使吸附质转化为易溶于水的物质而解吸下来易溶于水的物质而解吸下来2. 腐殖酸类吸附剂腐殖酸类吸附剂 种类：天然的富含腐殖酸的风化煤、泥煤、褐煤等，种类：天然的富含腐殖酸的风化煤、泥煤、褐煤等，它们可以直接使用或经简单处理后使用；将富含腐殖酸它们可以直接使用或经简单处理后使用；将富含腐殖酸的物质用适当的黏合剂制备成的腐殖酸系树脂。的物质用适当的黏合剂制备成的腐殖酸系树脂。 腐殖酸是一组芳香结构的，性质与酸性物质相似的复腐殖酸是一组芳香结构的，性质与酸性物质相似的复杂混合物。杂混合物。 腐殖酸类物质能吸附工业废水中的许多金属离子，如腐殖酸类物质能吸附工

8、业废水中的许多金属离子，如汞、铬、锌、镉、铅、铜等。汞、铬、锌、镉、铅、铜等。 腐殖酸对阳离子的吸附作用，包括离子交换、螯合、腐殖酸对阳离子的吸附作用，包括离子交换、螯合、表面吸附、凝聚等作用。表面吸附、凝聚等作用。 腐殖酸类物质在吸附重金属离子后腐殖酸类物质在吸附重金属离子后,可以用可以用H2SO4、HCl、NaCl等进行解吸。等进行解吸。活性碳离子吸附树脂吸附剂的种类吸附剂的种类 在工业废水中用到的吸附剂有活性炭、磺化煤、木炭、焦炭、硅藻土、炉渣、木屑以及粘土等。一般吸附剂均呈松散多孔性结构，具有巨大的比表面积。不同的吸附剂对处理吸附质会有不同的效果，使用时应注意选择。吸附剂与废吸附剂与废

9、水接触吸附水接触吸附吸附剂与吸附剂与废水分离废水分离吸附剂的再吸附剂的再生或更新生或更新一般可分为间歇与连续两种。四、 吸附工艺和设备操操作作方方式式连续式连续式间歇式间歇式将废水和吸附剂放在吸附池内进行搅拌将废水和吸附剂放在吸附池内进行搅拌30min30min左右，左右，然后静置沉淀，排除澄清液然后静置沉淀，排除澄清液固定床固定床移动床移动床流化床流化床吸附剂固定填放在吸附柱吸附剂固定填放在吸附柱( (或塔或塔) )中中在操作过程中定期地将接近饱和的在操作过程中定期地将接近饱和的一部分吸附剂从吸附柱中排出，并一部分吸附剂从吸附柱中排出，并同时将等量的新鲜吸附剂加入柱中同时将等量的新鲜吸附剂加

10、入柱中吸附剂在吸附柱内处于膨胀状态，悬吸附剂在吸附柱内处于膨胀状态，悬浮于由下而上的水流中浮于由下而上的水流中五、吸附法在污水处理中的应用五、吸附法在污水处理中的应用1. 吸附法除汞吸附法除汞 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，只适宜于处理含汞量低的废水。能力有限，只适宜于处理含汞量低的废水。吸附法除汞流程吸附法除汞流程2. 炼油厂、印染厂废水的深度处理炼油厂、印染厂废水的深度处理 某炼油厂含油废水，经隔油，气浮和生物处理某炼油厂含油废水，经隔油，气浮和生物处理后，再经砂滤和活性炭过滤深度处理。后，再经砂滤和活性炭过滤深度处理。 废水

11、的含酚量从废水的含酚量从0.1mg/L(生物处理后生物处理后)降至降至0.005mg/L，氰从，氰从0.19mg/L降至降至0.048mg/L，COD从从85mg/L降至降至18mg/L。第二节第二节 离子交换法离子交换法 实质：不溶性离子化合物实质：不溶性离子化合物(离子交换剂离子交换剂)上的可交上的可交换离子与溶液中的其他同性离子的交换反应，是一种换离子与溶液中的其他同性离子的交换反应，是一种特殊的吸附过程，通常是可逆化学吸附。特殊的吸附过程，通常是可逆化学吸附。 离子交换是可逆反应，其反应式可表达为：离子交换是可逆反应，其反应式可表达为：HRMMRH交换交换树脂树脂交换交换离子离子饱和饱

12、和树脂树脂 在平衡状态下，树脂中及溶液中的反应物浓度符合下列关系式：在平衡状态下，树脂中及溶液中的反应物浓度符合下列关系式：KRHMRMH K值的大小能定量地反映离值的大小能定量地反映离子交换剂对某两个固定离子交换子交换剂对某两个固定离子交换选择性的大小。选择性的大小。一、离子交换剂一、离子交换剂 离子交换树脂是人工合成的高分子聚合物，由树脂本体离子交换树脂是人工合成的高分子聚合物，由树脂本体(又称又称母体或骨架母体或骨架)和活性基团两个部分组成。和活性基团两个部分组成。种类种类凝胶型树脂凝胶型树脂大孔型树脂大孔型树脂多孔凝胶型树脂多孔凝胶型树脂巨孔型树脂巨孔型树脂高巨孔型树脂高巨孔型树脂按活

13、性基团按活性基团可分为可分为含有酸性基团的阴离子交换树脂含有酸性基团的阴离子交换树脂含有碱性基团的阳离子交换树脂含有碱性基团的阳离子交换树脂含有胺羧基团等的螯合树脂含有胺羧基团等的螯合树脂含有氧化还原基团的氧化还原树脂含有氧化还原基团的氧化还原树脂两性树脂两性树脂种类和种类和孔结构孔结构二、离子交换树脂的选用二、离子交换树脂的选用1. 离子交换树脂的有效离子交换树脂的有效pH范围范围树脂类型强酸性离子交换树脂弱酸性离子交换树脂强碱性离子交换树脂弱碱性离子交换树脂有效pH范围114514112072. 交换容量交换容量 定量表示树脂交换能力的大小，单位为定量表示树脂交换能力的大小，单位为mol/

14、kg(干树干树脂脂)或或mol/L(湿树脂湿树脂)交交换换容容量量全交换全交换容量容量工作交工作交换容量换容量一定量的树脂所具有的活性一定量的树脂所具有的活性基团或可交换离子的总数量基团或可交换离子的总数量树脂在给定工作条件下实际树脂在给定工作条件下实际的交换能力的交换能力3. 交联度交联度 交联度较高的树脂，孔隙较低，密度较大，离子扩散速度较低，交联度较高的树脂，孔隙较低，密度较大，离子扩散速度较低，对半径较大的离子和水合离子的交换量较小，浸泡在水中时，水化对半径较大的离子和水合离子的交换量较小，浸泡在水中时，水化度较低，形变较小，也就比较稳定，不易破碎。度较低，形变较小，也就比较稳定，不易

15、破碎。4. 交换势交换势 交换势大，交换离子越容易取代树脂上的可交换离子，也就表交换势大，交换离子越容易取代树脂上的可交换离子，也就表明交换离子与树脂之间的亲和力越大。明交换离子与树脂之间的亲和力越大。规规 律律 （1）离子的交换的交换势）离子的交换的交换势, 除同它本身和离子交换树除同它本身和离子交换树脂的化学性质有关外脂的化学性质有关外, 温度和浓度的影响都很大。温度和浓度的影响都很大。 （2）在常温和低浓度水溶液中，阳离子的价态越高，）在常温和低浓度水溶液中，阳离子的价态越高，它的交换势越大。它的交换势越大。 （3）在常温和低浓度水溶液中，同价阳离子的交换势）在常温和低浓度水溶液中，同价

16、阳离子的交换势大致上是：原子序数越高，交换势越大。大致上是：原子序数越高，交换势越大。 （4）氢离子和氢氧根离子交换势取决于它们与固定离）氢离子和氢氧根离子交换势取决于它们与固定离子形成的酸或碱的强度，强度越大，交换势越小。子形成的酸或碱的强度，强度越大，交换势越小。 （5）金属在溶液中呈络阴离子存在时，一般来说交换）金属在溶液中呈络阴离子存在时，一般来说交换势降低。势降低。1. 过虑（交换）过虑（交换） +从废水中分离需要除去的离子的过程。从废水中分离需要除去的离子的过程。离子交换工艺过程：过虑（交换）、反洗、再生、清洗离子交换工艺过程：过虑（交换）、反洗、再生、清洗 +交换柱分为：饱和层、

17、工作层、新料层交换柱分为：饱和层、工作层、新料层 +工作过程中，工作层不断下移，达到底部，出水中工作过程中，工作层不断下移，达到底部，出水中出现需去除的离子，穿透点出现。出现需去除的离子，穿透点出现。 +继续通入废水，出水与进水中需除去的离子浓度相继续通入废水，出水与进水中需除去的离子浓度相等，交换柱能力耗尽，达到饱和。等，交换柱能力耗尽，达到饱和。 +实际操作中，达到穿透点，停止工作，要进行树实际操作中，达到穿透点，停止工作，要进行树脂再生。脂再生。2. 反洗反洗 目的：一是松动树脂层，使再生液能均匀渗入；二是清除积存目的：一是松动树脂层，使再生液能均匀渗入；二是清除积存在树脂层内的杂质、碎

18、粒等。在树脂层内的杂质、碎粒等。 反冲洗水：自来水或废的再生液反冲洗水：自来水或废的再生液3. 再生再生 再生动力：反应系统离子浓度差再生动力：反应系统离子浓度差 再生方式（固定床）：顺流再生和逆流再生再生方式（固定床）：顺流再生和逆流再生 再生方法：一次再生强酸强碱再生方法：一次再生强酸强碱 二次再生弱酸弱碱（洗脱再生二次再生弱酸弱碱（洗脱再生+转型再生）转型再生）4. 清洗清洗 目的：洗涤残留的再生液和再生时可能出现的反应物。目的：洗涤残留的再生液和再生时可能出现的反应物。 一般清洗时水流方向与过虑一致一般清洗时水流方向与过虑一致离子交换装置离子交换装置固定床固定床单层床单层床双层床双层床

19、混合床混合床连续床连续床移动床移动床流动床流动床三、离子交换的工艺和设备三、离子交换的工艺和设备离子交换操作方法离子交换操作方法离子交换操作方式离子交换操作方式第第 三三 节节 膜膜 析析 法法 膜析法是利用具有选择透过性薄膜以分离水溶膜析法是利用具有选择透过性薄膜以分离水溶液中某些物质的方法总称。液中某些物质的方法总称。1、半透膜作用、半透膜作用半透膜的渗半透膜的渗析作用析作用依靠薄膜中依靠薄膜中“孔道孔道”的大小分离不同的大小分离不同的分子或离子的分子或离子依靠薄膜的离子结构分离性质不同依靠薄膜的离子结构分离性质不同的离子的离子2、膜析法分类、膜析法分类动力动力分子扩散作用分子扩散作用电力

20、电力压力压力渗析法渗析法电渗析法电渗析法反渗法和超过滤法反渗法和超过滤法2.1、扩散渗析法、扩散渗析法2.2、电渗析法、电渗析法海水淡化电渗析法示意图海水淡化电渗析法示意图阳极反应式：阳极反应式：2OH2HO2H24224SOHSO2H2e2HO2OH2阴极反应式：阴极反应式：Fe2eFe22H2e2H 反渗透法是以压力为驱动力的膜法分离技术。反渗透法是以压力为驱动力的膜法分离技术。渗透和反渗透2.3、反渗透法、反渗透法一、膜的定义和分类二、膜分离概述三、扩散渗析（diffusion dialysis）四、电渗析(electrodialysis )五、反渗透（ reverse osmosis)

21、六、超过滤(ultrafiltration)第三节 膜析法一、膜的定义和分类1、膜（分离膜）的定义分离膜可看作是分离两相和作为选择性传递物质的屏障。它可以是固态、液态或气态的，目前使用的分离膜绝大多数是固膜。膜可以存在于两流体之间或附着于支撑体或载体的微孔隙上，膜厚度要远小于其比表面积。2、膜的分类按膜结构分：有对称膜和不对称膜按膜材料分：有机膜：纤维素膜、聚酰胺膜、聚砜膜、聚乙烯膜等；无机膜：玻璃膜、陶瓷膜、氧化铝膜等按分离机理分：多孔膜、无孔膜和载体膜按几何形状分：平板式、管式、毛细管式和中空纤维式膜二、膜分离概述1膜分离的概念2、膜分离技术的特点3膜分离法的分类4膜分离法的应用1膜分离的

22、概念用一张特殊制造的、具有选择透过性能的薄膜（分离膜），在外力推动下对双组分或多组分溶质和溶剂进行分离、提纯、浓缩的方法，统称为膜分离法。膜分离可用于液相和气相，对液相分离，可以用于水溶液体系、非水溶液体系、水溶胶体系以及含有其他微粒的水溶液体系等。推 动 力膜 过 程压力差电位差电渗析浓度差扩散渗析、控制释放浓度差（分压差）渗透气化浓度差加化学反应液膜，膜传感器膜分离过程的推动力有两类：借助外界能量，物质发生由低位向高位的流动；以化学位差为推动力，物质发生由高位向低位的流动。一些主要的膜分离过程的推动力2膜分离法的分类膜分离法的种类很多，现已应用的膜过程有反渗透、纳滤、超滤、微滤、扩散渗析、

23、电渗析、气体分离、渗透蒸发、控制释放、液膜、膜蒸馏等。目前，在废水处理中常用的有微滤、电渗析、反渗透、超滤等四种膜分离技术。膜过程 推动力传质机理透过物及其尺寸截留物膜类型电渗析 电位差离子选择性透过溶解性无机物 非电解质大分子离子交换膜反渗透 压力差2-10MPa溶剂的扩散 水或溶剂溶质、盐、SS非对称膜超过滤 压力差0.07-0.7MPa筛滤及表面作用水、盐及低分子有机物胶体大分子、不容有机物非对称膜渗析浓度差溶质的扩散 低分子物质、离子溶剂非对称膜水处理中几种常用膜分离法的特点如下表所示：3、膜分离的应用领域（1）化学/染料工业活性染料的脱盐、纯化、浓缩与回收食品染料的脱盐、纯化、浓缩与

24、回收催化剂与贵金属的回收利用脱氧、氧化、酯化、皂化、磺化、硝化、脱氢反应中液体的分离、纯化甘油/己内酰胺/苯/染料活性剂等有机化工原料的回收汽车/仪表及其它工业涂漆的浓缩回收（2）食品/饮料工业啤酒/果酒/黄酒/葡萄酒的澄清除菌过滤苹果、梨、草莓、橙、芒果、桃、梅、李、柠檬等果汁的澄清除菌过滤苹果、梨、凤梨、草莓、橙、芒果、桃、梅、李、柠檬等果汁的脱水浓缩葡萄酒/果酒/茶/咖啡芬香气味的浓缩保留豆蛋白/乳清蛋白/白蛋白/单糖/多糖溶液的澄清与浓缩乳清、奶酶及其他乳品的澄清、脱盐与浓缩蔬菜抽提汁/西红柿汁的脱水浓缩（3）制药/生物工程抗生素、维生素、有机酸、氨基酸、酶等发酵液的澄清除菌过滤抗生素

25、、维生素、有机酸、氨基酸等发酵液的蛋白剔除酶、蛋白质、多糖制备过程中细胞碎片的剔除抗生素、氨基酸、维生素、有机酸、酶、多糖、蛋白质的纯化与浓缩6-APA、7-ACA、7-ADCA及其他半合成抗生素的脱盐浓缩中成药、保健品口服液的澄清除菌过滤动物血浆、血清的浓缩精制其他相关的脱盐浓缩、澄清除菌、蛋白剔除、细胞收集等分离过程（4）空气过滤喷雾干燥过程中染料、抗生素、奶粉等的回收电池厂金属镉、氧化铅粉尘的收集粉碎过程中磷酸盐、氧化镁、二氧化钛、碳粉、水泥、碳酸钙的回收包装过程中砂糖、染料、奶粉、味精等的回收干燥过程中PVC、二氧化硅、活性碳、肥料等的回收合成氨尾气中氢气的回收利用其他一切有关的粉尘收

26、集及空气除尘过程（5）水处理饮用纯水的制备医药工业中注射用水/洗瓶水及其他无菌水的制备电子工业中超纯水的制备火力发电厂锅炉补给水的制备饮料与化妆品工业中产品配方用水的制备制造业中终端洗涤水的制备饮用水纯化/苦碱水脱盐/海水淡化废水循环与再生利用（零排放）BOD、COD的最小化垃圾填埋场渗出水的浓缩处理染料、颜料、油漆、含油废水的处理纸浆与造纸废水的处理及木素磺酸盐的回收金属、食品、皮革、农药和除草剂废水的处理纺织印染废水的处理及丝光废水的回收利用三、扩散渗析（diffusion dialysis）1、渗析：把溶液中溶质透过半透膜而溶剂被截留的现象称为渗析。半透膜：起渗析作用的薄膜，对溶质具有选

27、择性。半透膜的发展：动物的膀胱膜、肠膜、羊皮纸；离子交换膜：阳离子交换膜、阴离子交换膜2、扩散渗析的原理利用离子交换膜的选择透过性，以浓度差为推动力来实现酸与盐或者碱与酸的分离。SO42-扩散渗析回收酸原理示意图(1) 原液室；(2) 回收液室；A 阴离子交换膜残液 / 渗析液H2O回收液 / 扩散液废酸液AH+H+H+H+SO42-（2）Fe2+SO42-（1）扩散渗析法回收酸的原理为原液室，为回收室，向室自下而上引入料液(H2SO4和FeSO4的混合液)，另向室自上而下引入水流。由于室中的酸及盐的浓度较大，其中的Fe2、H、SO42-均有向室扩散的趋势，因阴离子交换膜对离子具有选择透过性，

28、只允许阴离子SO42-通过而不让阳离子透过，所以Fe2受到阴膜的阻挡而不能进入室，而H则因性质特殊，其水合离子半径小，迁移速度快，也能跟随SO42-一起进入室，以保持溶液的电中性。这样，室中的H2SO4就不断扩散进入(2)室，而FeSO4被阻挡在室中，从而实现了酸与盐的分离。3、优缺点：优点：能耗小，设备结构简单，操作方便，不需要对膜进行酸碱再生，分离过程中不需要加入其它化学药剂。缺点渗析速度慢，分离效率低。4、应用：在生物医学上的应用最为广泛，主要的用途是血液渗析法（又称为人工肾），此外还有人工肺。在工业方面的应用从钢铁工业酸洗废液中回收硫酸及在其它废酸液中回收硝酸等；从化工厂人造丝浆压液中

29、回收NaOH四、电渗析（electrodialysis，简称ED ）1电渗析的基本原理电渗析是在直流电场的作用下，以电位差为推动力，利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子的选择透过性(即阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过），而使溶液中的溶质与水分离的一种物理化学过程。从而实现溶液的浓缩、淡化、精制和提纯的一种膜过程。阳极阴极+ Cl-+ Na+阳膜阳极室NaCl-Cl-NaCl-Cl-NaNaCl-Cl-NaNa浓缩室淡化室浓缩室阴极室阴膜阳膜阴膜电渗析过程原理图阳极反应式：阳极反应式：2OH2HO2H24224SOHSO2H2e2HO2OH2阴极反应式：阴极反应式：Fe2eFe22H

30、2e2H2离子交换膜离子交换膜具有与离子交换树脂相同的组成，含有活性基团和能使离子透过的细孔。常用的离子交换膜按其选择透过性可分为阳膜、阴膜、复合膜等数种。阳膜(cation exchange membrane)含有阳离子交换基团，在水中交换基团发生离解，使膜上带有负电，能排斥水中的阴离子，吸引水中的阳离子并使其通过。阴膜(anion exchange membrane)含有阴离子交换基团，在水中离解出阴离子，使膜上带正电，吸引阴离子并使其通过。复合膜复合膜由一面阳膜和一面阴膜其间夹一层极薄的网布做成，具有方向性的电阻。当阳膜面朝向阴极，阴膜面朝向阳极时，正、负离子都不能透过膜，显示出很高的电

31、阻。当膜的朝向与上述相反时，膜电阻降低，膜两侧相应的离子进入膜中。离子交换膜功能示意图注意：离子交换膜的作用并不是起离子交换的作用，而是起离子选择透过性作用。3、电渗析器 电渗析器由膜堆、极区和夹紧装置三部分组成。 膜堆位于电渗析器的中部，由阳膜、浓（或淡）水室隔板、阴膜、淡（浓）水室隔板交替排列成浓水室和淡水室。 极区位于膜堆两侧，包括电极、极水框和保护室； 压紧装置由盖板和螺杆组成。实际应用的电渗析器4、电渗析在废水处理中的应用目前，电渗析在废水处理实践中应用最普遍的有： 造纸工业废水处理，利用电渗析法处理造纸工业的亚硫酸纸浆废液和洗浆废水及碱法造纸黑液，从中回收化学药品，已得到工业应用。

32、 从芒硝废液中制取硫酸和氢氧化钠。 从酸洗废液中制取硫酸和沉淀重金属离子。 电镀废水和废液处理，含Cd2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+、Cr6+等重金属离子和氰化物的电镀废水都适宜用电渗析法处理，其中应用最成熟的是含镍废水处理。 从放射性废水中分离放射性元素，然后将其浓缩液掩埋。五、反渗透（RO）Reverse Osmosis1、概述2、反渗透基本原理3、反渗透膜4、反渗透装置5、反渗透工艺流程1、概述反渗透膜孔径很小，大都1010 10（10A），它能去除滤液中的离子范围和分子量很小的有机物，如细菌、病毒、热源等。它已广泛用于海水或苦咸水淡化、电子、医药用纯水、饮用蒸馏水、超纯水生产，还应

33、用于生物、医学工程。特点常温条件下，可以对溶质和水进行分离或浓缩，因而能耗低；杂质去除范围广，可去除无机盐和各类有机物杂质；较高的水回用率；分离装置简单，容易操作和维修。应用范围纯净水、蒸馏水等制备；酒类制造及降度用水；医药、电子等行业用水的前期制备；化工工艺的浓缩、分离、提纯及配水制备；锅炉补给水除盐软水；海水、苦咸水淡化；造纸、电镀、印染等行业用水及废水处理。2、反渗透的原理在浓水边加压，当压力超过渗透压时，则水透过半透膜，即反渗透，实现净化过程。 面升高，产生渗透压开始时两边液面相同半透膜渗透和反渗透原理示意图3反渗透膜（1）对反渗透膜的性能要求选择性好，单位膜面积上透水量大，脱盐率高；

34、机械强度好，能抗压、抗拉、耐磨；热和化学的稳定性好，能耐酸、碱腐蚀和微生物侵蚀，耐水解、辐射和氧化；结构均匀一致，尽可能地薄，寿命长，成本低。（2）反渗透膜的分类按成膜材料可分为有机膜和无机高聚物膜；按膜的形状可分为平板状、管状、中空纤维状膜；按膜结构可分为多孔性和致密性膜，或对称牲(均匀性)和不对称性(各向异性)结构膜；按应用对象可分为海水淡化用的海水膜、咸水淡化用的咸水膜及用于废水处理、分离提纯等的膜。4反渗透装置工业生产中使用的膜分离设备是由多个构造相同的单个装置组合而成的，一般把构成设备的相同的装置称为膜组件（membrane module）。反渗透膜组件有板框式（plate andf

35、rame)、管式(tubular modules)、螺旋卷式(spirals wound)和中空纤维式(hollow fiber)等四种。（1）板框式反渗透膜组件装配图（2）管式反渗透膜组件管式膜组件又分为内压式和外压式内压式管式膜组件的内部结构示意图特点:水力条件好，安装、清洗、维修比较方便。能耐高压，可以处理高粘度的原水。缺点是膜的有效面积小，装置体积大，而且两端要较多的联结装置。玻璃纤维管淡水膜表皮层 进水淡水（3）螺旋卷式反渗透膜组件工业应用的反渗透装置工业应用的反渗透装置的膜组件之间的连接螺旋卷式反溶透装置的特点：结构紧凑，单位容积的膜面积大。处理能力高，占地面积小，操作方便。缺点是

36、不能处理含有悬浮物的液体，原水流程短，压力损失大，浓水难于循环以及密封长度大，清洗、维修不方便，易堵塞。（4）中空纤维式反渗透膜组件中空纤维膜组件是由中空纤维膜制成的。中空纤维外径50200m，内径2542m。将数万至数十万根中空纤维制成膜束，膜束外侧覆以保护性格网，内部中间放置供分配原水用的多孔管，膜束两端用环氧树脂加固。将其一端切断，使纤维膜呈开口状，并在这一侧放置多孔支撑板。将整个膜束装在耐压筒内。中空纤维反渗透组件简图多孔进水管密封浓水中空纤维膜外径50200内径2542密封进水浓水出口耐压容器透过水淡水出口中空纤维式膜组件的特点：单位体积膜表面积大。制造和安装简单，不需要支撑物。缺点

37、是不能用于处理含有悬浮物的废水，预处理必须经过滤处理。难以发现损坏的膜。5反渗透工艺流程反渗透工艺一般包括预处理和膜分离两部分。预处理可以用物理化学法，也可以用化学法。所采取的预处理方法与原水的物理、化学性质及生物学特性有关，还与膜装置的结构有关。六、超过滤（Ultrafiltration)1、超过滤与反渗透的异同2、超过滤的原理3、超滤膜及膜组件4、 超滤的基本工艺流程5、 超滤的特点及应用领域1、超过滤与反渗透的异同超过滤简称超滤，它同反渗透一样，都是利用膜来分离废水中溶解的物质。两种方法的共同点在于：两种过程的动力同是溶液的压力，在溶液的压力下，溶剂的分子通过薄膜，而溶解的物质被阻滞在膜

38、表面上。两者区别在于：（1）膜不同：超过滤所用的膜(超滤膜)较疏松，透水量大，除盐率低，一般用超过滤分离高分子和低分子有机物以及无机离子等，能够分离的溶质分子至少要比溶剂的分子大10倍，在这种系统中渗透压已经不起作用了。反渗透所用的膜 (反渗透膜)致密，透水量低，除盐率高，具有选择透过能力，用以分离分子大小大致相同的溶剂和溶质（2）机理不同：超过滤的去除机理主要是筛滤作用。在反渗透膜上分离过程伴随有半透膜、溶解物质和溶剂之间复杂的物理化学作用。（3）工作压力不同：超过滤的工作压力低(0.070.7MPa)。反渗透所需的工作压力高(大于2.8MPa)。超滤装置与反渗透装置类似，目前我国试验研究及生产中普遍用管式装置。超滤又称为超过滤，通过膜表面的微孔结构对物质进行选择性分离。当液体混合物在一定压力下流经膜表面时，小分子溶质透过膜（称为超滤液），而大分子物质则被截留，使原液中大分子浓度逐渐提高（称为浓缩液），从而实现大、小分