T环境工程原理课件图文解析9

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）不同悬悬浮颗颗粒与与水的的润湿湿情况况二、气气浮分分离设设备——气浮浮池气浮池池结构构平流式式气浮浮池的的设计计⑴接触室室面积积AcAc＝⑵分离室室表面面积AsAs＝⑶核算⑷气浮池池总高高H（m）＝t≥20minH=h1+h2+h3三、气浮分分离在在环保保工业业中的的应用用①分离离地面面水中中的细细小悬悬浮物物、藻藻类以以及微微絮体体；②回收收工业业污水水中的的有用用物质质，如如造纸纸厂污污水中中的纸纸浆纤维及及填料料等；；③代替替二次次沉淀淀池，，分离离和浓浓缩剩剩余活活性污污泥，，特别别适用于那那些易易于产产生污污泥膨膨胀的的生化化处理理工艺艺中；；④分离离回收收油污污水中中的悬悬浮油油和乳乳化油油；⑤分离离回收收以分分子或或离子子状态态存在在的目目的物物，如如表面面活性剂剂和和金金属属离离子子等等。。第三三节节电电解解分分离离技技术术一、、电电解解分分离离原原理理接通通直直流流电电源源后后，，电电解解槽槽的的阴阴极极和和阳阳极极之之间间发发生生了了电电位位差，，驱驱使使正正离离子子移移向向阴阴极极，，在在阴阴极极取取得得电电子子，，进进行行还还原原反反应应；；负离离子子移移向向阳阳极极，，在在阳阳极极放放出出电电子子，，进进行行氧氧化化反反应应。。从从而而使使得污污水水中中的的污污染染物物在在阳阳极极被被氧氧化化，，在在阴阴极极被被还还原原，，或或者者与与电电极反反应应产产物物作作用用，，转转化化为为无无害害成成分分被被分分离离除除去去。。二、、电电解解设设备备——电电解解槽槽电解解槽槽的的结结构构形形式式电解解槽槽极极板板电电路路结结构构形形式式三、、电电解解分分离离在在环环保保工工业业中中的的应应用用电解解凝凝聚聚法法对对各各类类污污水水处处理理的的工工艺艺参参数数污水来源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第四四节节生物物处处理理技技术术一、好氧氧生生物物处处理理1.活性性污污泥泥法法⑴活性性污污泥泥法法的的基基本本原原理理①生物物吸吸附附阶阶段段②生物物氧氧化化阶阶段段③絮凝凝体体形形成成与与凝凝聚聚沉沉淀淀阶阶段段⑵活性性污污泥泥法法的的基基本本流流程程活性性污污泥泥法法基基本本流流程程图图⑶曝气气池池装装置置①鼓风风曝曝气气式式曝曝气气池池②机械械曝曝气气式式曝曝气气池池机械械曝曝气气法法装装置置简简图图2.生物物膜膜法法依靠靠固固着着于于固固体体介介质质表表面面的的微微生生物物来来净净化化有有机机物物。⑴基本本原原理理生物物膜膜对对污污水水的的净净化化作作用用⑵生物物膜膜法法设设备备①生物物滤滤池池a.普通通生生物物滤滤池池普通通生生物物滤滤池池构构造造图图b.高负负荷荷生生物物滤滤池池高负负荷荷生生物物滤滤池池剖剖面面图图c.塔式式生生物物滤滤池池塔式式生生物物滤滤池池②生物物转转盘盘生物物转转盘盘工工作作情情况况示示意意图图二、厌氧氧生生物物处处理理厌氧氧生生物物处处理理是是在在无无氧氧的的条条件件下下，，利利用用兼兼性性菌菌和和厌厌氧氧菌菌分解解有有机机物物的的一一种种生生物物处处理理法法。。1.厌氧氧生生物物处处理理的的基基本本原原理理第一一阶阶段段---酸性性发发酵酵阶阶段段。。第二二阶阶段段---碱性性发发酵酵阶阶段段，，又又