T环境工程原理课件图文解析

第八章其他传质分离方法

学习目标了解离子交换分离、气浮分离及电解分离等环境工程中常见的传质分离方法的基本概念，在环境工程中的应用。

掌握离子交换分离、气浮分离及电解分离的基本原理，各种常用设备选用。第一节离子交换分离

离子交换分离是利用固相离子交换剂功能基团所带的可交换离子，与接触交换剂的溶液中相同电性的离子进行交换反应，以达到粒子的置换、分离、去除、浓缩等目的。一、离子交换的基本原理

⑴离子交换剂

离子交换剂：离子交换树脂无机离子交换剂（如天然与合成沸石）天然有机交换剂（如磺化煤等）离子交换树脂的固体骨架多为苯乙烯和二乙烯苯的共聚物，它具有三维交联结构。可用化学反应的方法，将某些离子功能基团加到聚合物骨架上，将其转变成具有离子交换性能的水溶胀性的凝胶。a-苯乙烯与二乙烯共聚物；b-丙烯酸与二乙烯共聚物a-磺化；b-阳离子交换树脂中的固定离子与迁移离子示意；c-氯甲基化和氨基化⑵离子交换平衡离子交换平衡规律的理论依据为质量作用定律。

离子交换反应为：交换反应的平衡关系：K＝

K---离子交换平衡选择系数。K值越大，吸着量越大，即溶液中的Bn+离子的去除率越高。根据K值的大小，可以判断交换树脂选择性的强弱。

强酸性阳离子交换树脂的选择系数离子种类二乙烯苯含量离子种类二乙烯苯含量4％8％16％4％8％16％Li+H+Na+NH4+K+Rb+Cs+Ag+Tl+UO22+1.001.321.581.902.272.462.674.736.712.361.001.271.982.552.903.163.258.5112.42.451.001.472.373.344.504.624.6622.928.53.34Mg2+Zn2+Co2+Cu2+Cd2+Ni2+Ca2+Sr2+Pb2+Ba2+2.953.133.233.293.373.454.154.706.567.473.293.473.743.853.883.935.166.519.9111.53.513.783.814.464.954.067.2710.118.020.8⑶传质速率在离子交换过程中，同样存在着两个主要的传质阻力：①离子交换剂粒子附近的边界层中产生的外部传质阻力。②是在粒子内部的扩散传质阻力。

一般来说，溶液中交换离子的浓度很低时，外部传质是控制步骤，在分离因数或选择性系数很高时，倾向于外部扩散控制。二、离子交换设备

最常用的离子交换设备：1.固定床---床层固定不变，水流由上而下流动。2.移动床---交换设备主要由交换柱和再生柱两部分组成。

3.流动床---交换树脂在连续移动中实现交换和再生。三、离子交换技术的应用⑴含汞污水的处理：

用巯基树脂交换柱进行处理。⑵含镉污水的处理：用D370大孔叔胺型弱碱性阴离子交换树脂来处理。⑶除磷脱氮：用离子交换法对城市污水进行深度处理。第二节气浮分离

气浮分离---在污水中利用大量的微小气泡作为载体去粘附疏水性悬浮固体和乳化油，使其随气泡浮升到水面，形成泡沫层，然后用机械方法撇除。一、气浮分离原理

空气、污水、污水中细小颗粒物质组成三相系统，由于细小颗粒粘附到气泡上时，使气泡界面发生变化，引起界面能的变化。ΔE＞0，界面能减少，颗粒粘附在气泡上；

ΔE＜0，则颗粒不能粘附于气泡上，ΔE＝б（1－cosθ）不同悬浮颗粒粒与水的润湿湿情况二、气浮分离离设备—气浮浮池气浮池结构平流式气浮池池的设计⑴接触室面积AcAc＝⑵分离室表面积积AsAs＝⑶核算⑷气浮池总高H（m）＝t≥20minH=h1+h2+h3三、气浮分离在环环保工业中的的应用①分离地面水水中的细小悬悬浮物、藻类类以及微絮体体；②回收工业污污水中的有用用物质，如造造纸厂污水中中的纸浆纤维及填料等等；③代替二次沉沉淀池，分离离和浓缩剩余余活性污泥，，特别适用于那些易于于产生污泥膨膨胀的生化处处理工艺中；；④分离回收油油污水中的悬悬浮油和乳化化油；⑤分离回收以以分子或离子子状态存在的的目的物，如如表面活性剂和金属离离子等。第三节电解解分离技术一、电解分离离原理接通直流电源源后，电解槽槽的阴极和阳阳极之间发生生了电位差，驱使正离离子移向阴极极，在阴极取取得电子，进进行还原反应应；负离子移向阳阳极，在阳极极放出电子，，进行氧化反反应。从而使使得污水中的污污染物在阳极极被氧化，在在阴极被还原原，或者与电电极反应产物作作用，转化为为无害成分被被分离除去。。二、电解设备备—电解槽电解槽的结构构形式电解槽极板电电路结构形式式三、电解分离离在环保工业业中的应用电解凝凝聚法法对各各类污污水处处理的的工艺艺参数数污水来源PH电量消耗/(A.h/L)电流密度/(A.min/dm2)电能消耗/(kW.h/m3)电解电压(单极式)/V电极金属消耗/(g/m3)电极材料极距/mm污水电解时间/min制革厂8-100.3-0.80.5-1.01.5-3.03-5250-700钢板2020-25毛皮厂8-100.1-0.31-20.6-1.53-5150-200钢板2020肉类加工厂8-90.08-0.121.5-2.01.0-0.158-1270-110钢板2040电镀厂9-10.50.3-0.150.3-0.50.4-2.59-1245-150钢板1020-30第四节节生物处处理技技术一、好氧生生物处处理1.活性污污泥法法⑴活性污污泥法法的基基本原原理①生物吸吸附阶阶段②生物氧氧化阶阶段③絮凝体体形成成与凝凝聚沉沉淀阶阶段⑵活性污污泥法法的基基本流流程活性污污泥法法基本本流程程图⑶曝气池池装置置①鼓风曝曝气式式曝气气池②机械曝曝气式式曝气气池机械曝曝气法法装置置简图图2.生物膜膜法依靠固固着于于固体体介质质表面面的微微生物物来净净化有有机物物。⑴基本原原理生物膜膜对污污水的的净化化作用用⑵生物膜膜法设设备①生物滤滤池a.普通生生物滤滤池普通生生物滤滤池构构造图图b.高负荷荷生物物滤池池高负荷荷生物物滤池池剖面面图c.塔式生生物滤滤池塔式生生物滤滤池②生物转转盘生物转转盘工工作情情况示示意图图二、厌氧生生物处处理厌氧生生物处处理是是在无无氧的的条件件下，，利用用兼性性菌和和厌氧氧菌分解有有机物物的一一种生生物处处理法法。1.厌氧生生物处处理的的基本本原理理第一阶阶段---酸性发发酵阶阶段。。第二阶阶段---碱性发发酵阶阶段，，又称称作甲甲烷发发酵阶阶段。。厌氧处处理的的生化化过程程2.常用的的厌氧氧处理理设备备⑴厌氧消消化池池固定盖盖式消消