水中溶解物质的去除和处理方法

1、水中溶解物质的去除和处理方法水的软化和除盐离子交换法吸附法膜分离技术一、水的软化和除盐（一）软化的基本方法加热软化：不能去除非碳酸盐硬度，很少使用药剂软化：加入石灰，纯碱，石膏等药剂，使Ca2+，Mg2+等离子沉淀。但是会有少量不能沉淀，有残余硬度。离子交换：用离子交换剂，将Ca2+，Mg2+等离子交换出来，比较彻底。（二）除盐的基本方法 有蒸馏法，离子交换法，电渗析等。二、离子交换法概念：利用离子交换树脂作为吸附剂，将溶液中的待分离组分，依据其电荷差异，依靠库仑力与树脂可交换离子进行置换；然后利用合适的洗脱剂将吸附质从树脂上洗脱下来，达到分离的目的。 实质：不溶性离子化合物(离子交换剂)上的

2、可交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。 离子交换是可逆反应，其反应式可表达为：交换树脂交换离子饱和树脂 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： K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选择性的大小。离子交换过程的特点在于:它主要吸附水中以离子态存在的物质，并进行等当量的离子交换。在废水处理中，离子交换主要用于回收和去除废水中金、银、铜、镉、铬、锌等金属离子，对于净化放射性废水及有机废水也有应用。离子交换剂的分类及组成离子交换剂分为无机和有机两大类。无机的离子交换剂有天然沸石和人工合成沸石。沸石既可作阳离子交换剂，也能

3、用作吸附剂。有机的离子交换剂有磺化煤和各种离子交换树脂。离子交换树脂是一类具有离子交换特性的有机高分子聚合电解质，离子交换树脂的合成一般是先制备母体，然后通过化学反应引入相应的离子交换基团。生成离子交换剂的树脂母体最常用苯乙烯聚合物离子交换树脂的结构带有活性基团的网状高分子聚合物母体活性基团酚醛树脂聚乙烯树脂交联剂酸性基团碱性基团SO3HCOOHN+R3NR2特殊基团离子交换树脂的结构离子交换的运行操作步骤交换：利用离子交换树脂的交换能力，从废水中分离脱除需要去除的离子的操作过程反洗：反冲洗的目的有二：一是松动树脂层，使再生液能均匀渗入层中，与交换剂颗粒充分接触；二是把过滤过程中产生的破碎粒子

4、和截留的污物冲走。为了达到这两个目的，树脂层在反冲洗时要膨胀30%-40%。冲洗水可用自来水或废再生液。再生：即交换反应的逆过程。使具有较高浓度的再生液流过树脂，将先前吸附的离子置换出来，从而使树脂的交换能力得到恢复。再生液的浓度对树脂的再生程度有较大影响。清洗：洗涤残留的再生液和再生时可能出现的反应产物 。三、 吸附法1、吸附的基本理论吸附是指利用多孔性固体物质吸附废水中某种或几种污染物，以回收或去除某些污染物，使废水得到净化的方法。具有吸附能力的多孔性固体物质称为吸附剂。而废水中被吸附的物质称为吸附质。吸附是一种界面现象，发生在两个相的界面上。根据吸附剂与吸附质之间作用力不同，可分为物理吸

5、附、化学吸附和离子交换吸附三种类型。1）物理吸附的特点吸附剂和吸附质之间通过分子间力作用所发生的吸附为物理吸附，没有选择性。物理吸附主要发生在低温状态下，放热较小。可以是单分子层或多分子层吸附。解吸容易。影响物理吸附的主要因素是吸附剂表面积和细孔分布。2）化学吸附的特点吸附剂和吸附质之间发生由化学键力引起的吸附称为化学吸附。有选择性，即一种吸附剂只对某种或特定几种物质有吸附作用。吸附时放热量较大；通常需要一定的活化能。在低温时，吸附速度较小。吸附牢固，解吸困难。3）离子交换吸附的特点指吸附质的离子由于静电引力作用聚集在吸附剂表面的带电点上，并置换出原先固定在这些带电点上的其他离子。吸附力为静电

6、引力有一定的选择性吸附热与物理吸附相近2、影响吸附的因素（1）吸附剂性质的影响 1）比表面积单位重量吸附剂的表面积称为比表面积。吸附剂的粒径越小，或是微孔越发达，其比表面积越大。吸附剂的比表面积越大，则吸附能力越强。 2）孔结构吸附剂内孔的大小和分布对吸附性能影响很大。孔径太大，比表面积小，吸附能力差。孔径太小，则不利于吸附质扩散，并对直径较大的分子起屏蔽作用。（2）吸附质的性质不饱和较饱和物质更容易被吸附对长链有机物的吸附优于对短链有机物的吸附对溶解度低的物质的吸附优于对溶解度高的物质的吸附。对非极性分子的吸附优于对极性分子的吸附如活性炭对有机酸的吸附量按甲酸乙酸丙酸丁酸的次序而增加。（3）

7、操作条件温度：吸附是放热过程，低温有利于吸附，升温有利于脱附。pH:溶液的pH值影响到溶质的存在状态(分子、离子、络合物)，也影响到吸附剂表面的电荷特性和化学特性，进而影响到吸附效果接触时间：应保证吸附剂与吸附质有足够的接触时间。吸附剂的脱附再生，溶液的组成和浓度及其它因素也影响吸附效果。3、吸附剂工业吸附剂必须满足下列要求:（a）吸附能力强；（b）吸附选择性好；（c）吸附平衡浓度低；（d）容易再生和再利用；（e）机械强度好；（f）化学性质稳定；（g）来源广；（h）价格低。 一般工业吸附剂难于同时满足这八个方面的要求，应根据不同的场合选用.（1）活性炭活性炭是一种非极性吸附剂。是由含炭为主的物

8、质为原料，经高温炭化和活化制得的疏水性吸附剂。外观为暗黑色，有粒状和粉状两种，目前工业上大量采用的是粒状活性炭。活性炭主要成分除碳外，还含有少量的氧、氢、硫等元素，以及水分、灰分。活性炭的吸附中心点具有良好的吸附性能和稳定化学性质，可以耐强酸、强碱，能经受水浸、高温、高压作用，不易破碎。（2）树脂吸附剂树脂吸附剂也叫做吸附树脂，是一种新型有机吸附剂。吸附树脂的制备方法与大孔离子交换树脂的母体相似。 具有立体网状结构，呈多孔海绵状，加热不熔化，可在150下使用，不溶于一般溶剂及酸、碱，比表面积可达800m2/g。按照基本结构分类，吸附树脂大体可分为非极性、中性、极性和强极性四种类型。4、吸附剂的

9、解吸再生解吸再生就是在保持吸附剂结构不发生或者稍微发生变化的情况下将吸附质由吸附剂的表面去除，以恢复其吸附性能的过程。所以解吸再生是吸附的逆过程。吸附剂的解吸再生方法有：加热再生法、化学氧化再生法、药剂再生法、生物再生法等。5、吸附法在处理废水的应用应用范围：脱色，除臭味，脱除重金属、各种溶解性有机物和放射性元素等。作为离子交换、膜分离等方法的预处理，以去除有机物、胶体物及余氯等，作为二级处理后的深度处理手段，保证回用水的质量。四、膜分离技术主要内容：膜分离法的分类和应用范围电渗析(electrodialysis)反渗透（ reverse osmosis)超过滤(ultrafiltration

10、)1)概述膜分离法是利用特殊的薄膜对液体中的某些成分进行选择性透过的方法的统称。溶剂透过膜的过程称为渗透。溶质透过膜的过程称为渗析。几种主要膜分离法的特点：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非对称膜纳滤压力差0.4-1.0MPa筛滤及表面作用水、部分盐高价离子、有机物、SS非对称膜超过滤压力差0.1-0.4MPa筛滤及表面作用水、盐及部分有机物胶体大分子、蛋白质非对称膜微滤压力差小于0.1MPa筛滤及表面作用水、盐及有机物SS、细菌等非对称膜膜分离技术有以下共同的

11、特点：（a）膜分离过程不发生相变，因此能量转化的效率高。（b）膜分离过程在常温下进行，因而特别适于对热敏性物料，如果汁、酶、药物等的分离、分级和浓缩；（c）装置简单，操作简单，控制、维修容易，且分离效率高。与其它水处理方法相比，具有占地面积小、适用范围广、处理效率高等特点；（d）目前膜的成本较高，所以膜分离法投资较高，有些膜对酸或碱的耐受能力较差。所以目前膜分离法在水处理中一般用于回收废水中的有用成分或水的回用处理。2)电渗析(a)原理和工作过程用特制的半透膜 将浓度不同的溶液隔开，溶质即从浓度高的一侧透过膜而扩散到浓度低的一侧，这种现象称为渗析作用，也称扩散渗析、浓差渗析。电渗析的原理是在直

12、流电场的作用下，依靠对水中离子有选择透过性的离子交换膜，使离子从一种溶液透过离子交换膜进入另一种溶液，以达到分离、提纯、浓缩、回收的目的。电渗析过程示意图 浓水阳膜,只允许阳离子通过阴膜,只允许阴离子通过电极淡水出水时阳离子阴离子进水时进水浓水室淡水室(b)离子交换膜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

13、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。电渗析器的级与段一级一段一级两段两级一段两级两段一对正、负电极之间的膜堆称为一级具有同一水流方向的并联膜堆称为一段处理碱法造纸废液，从浓液中回收碱，从淡液中回收木质素；从含金属离子的废水中分离和浓缩重金属离子，然后对浓缩液进一步处理或回收利用；从放射性废水中分离放射性元素；从芒硝废液中制取硫酸和氢氧化纳；处理电镀废水和废液等，含Cu2+、Zn2+、Cr6+、Ni2+等金属离子的废水都适宜用电渗析法处理（C）电渗析法在废水处理实践中应用 3)反渗透开始时两边液

14、面相同由于浓度差存在，半透膜又不允许溶质通过，所以水透过膜，使浓水一边液面升高，产生渗透压在浓水边加压，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。半透膜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。醋酸纤维素膜的结构及性能膜的结构醋酸纤维素是没有强烈氢键的无定形链状高分子化合物。外观为乳白色、半透明，有一定的韧性，膜厚l00250m。这种膜有不对称结构，表面结构致

15、密，孔隙很小，通称为表皮层或致密层、活化层；下层结构较疏松，孔隙较大，通称为多孔层或支撑层。醋酸纤维素膜的结构示意图99表皮层，孔径（810）1010m过渡层，孔径2001010m多孔层，孔径（10004000）1010m1%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。反渗透膜组件有板框式、管式、螺旋卷式和中空纤维式等四种。（a）板框式反渗透膜组件装配图进水透过水浓缩水耐压容器透水板半透膜板框式膜组件工作过程示意图特点：结构简单，体积比管式的小。（b）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

16、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。淡水淡水膜表皮层玻璃纤维管进水（c）螺旋卷式反渗透膜组件螺旋卷式反渗透膜组件的组装示意图进水口耐压容器连接器膜组件密封圈端盖透过液浓缩液（d）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。4)超过滤