其他传质分离方法

其他传质分离方法第一页，共四十五页，2022年，8月28日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）第二页，共四十五页，2022年，8月28日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第三页，共四十五页，2022年，8月28日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-氯甲基化和氨基化第四页，共四十五页，2022年，8月28日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。

第五页，共四十五页，2022年，8月28日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+2.953.133.233.293.373.454.154.706.567.473.293.473.743.853.883.935.166.519.9111.53.513.783.814.464.954.067.2710.118.020.8第六页，共四十五页，2022年，8月28日⑶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。第七页，共四十五页，2022年，8月28日二、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。第八页，共四十五页，2022年，8月28日三、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。第九页，共四十五页，2022年，8月28日第二节气浮分离

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）第十页，共四十五页，2022年，8月28日不同悬浮颗粒与水的润湿情况第十一页，共四十五页，2022年，8月28日二、气浮分离设备—气浮池气浮池结构第十二页，共四十五页，2022年，8月28日平流式气浮池的设计⑴接触室面积AcAc＝⑵分离室表面积AsAs＝

⑶核算

⑷气浮池总高H（m）

＝t≥20min

H=h1+h2+h3

第十三页，共四十五页，2022年，8月28日三、气浮分离在环保工业中的应用①分离地面水中的细小悬浮物、藻类以及微絮体；②回收工业污水中的有用物质，如造纸厂污水中的纸浆纤维及填料等；③代替二次沉淀池，分离和浓缩剩余活性污泥，特别适用于那些易于产生污泥膨胀的生化处理工艺中；④分离回收油污水中的悬浮油和乳化油；⑤分离回收以分子或离子状态存在的目的物，如表面活性剂和金属离子等。第十四页，共四十五页，2022年，8月28日第三节电解分离技术

一、电解分离原理

接通直流电源后，电解槽的阴极和阳极之间发生了电位差，驱使正离子移向阴极，在阴极取得电子，进行还原反应；负离子移向阳极，在阳极放出电子，进行氧化反应。从而使得污水中的污染物在阳极被氧化，在阴极被还原，或者与电极反应产物作用，转化为无害成分被分离除去。第十五页，共四十五页，2022年，8月28日二、电解设备—电解槽电解槽的结构形式第十六页，共四十五页，2022年，8月28日电解槽极板电路结构形式第十七页，共四十五页，2022年，8月28日三、电解分离在环保工业中的应用电解凝聚法对各类污水处理的工艺参数污水来源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第十八页，共四十五页，2022年，8月28日第四节生物处理技术

一、好氧生物处理1.活性污泥法⑴活性污泥法的基本原理①生物吸附阶段②生物氧化阶段③絮凝体形成与凝聚沉淀阶段第十九页，共四十五页，2022年，8月28日⑵活性污泥法的基本流程活性污泥法基本流程图第二十页，共四十五页，2022年，8月28日⑶曝气池装置①鼓风曝气式曝气池②机械曝气式曝气池机械曝气法装置简图第二十一页，共四十五页，2022年，8月28日2.生物膜法

依靠固着于固体介质表面的微生物来净化有机物。

⑴基本原理生物膜对污水的净化作用第二十二页，共四十五页，2022年，8月28日⑵生物膜法设备①生物滤池a.普通生物滤池普通生物滤池构造图第二十三页，共四十五页，2022年，8月28日b.高负荷生物滤池高负荷生物滤池剖面图第二十四页，共四十五页，2022年，8月28日c.塔式生物滤池塔式生物滤池第二十五页，共四十五页，2022年，8月28日②生物转盘生物转盘工作情况示意图第二十六页，共四十五页，2022年，8月28日二、厌氧生物处理厌氧生物处理是在无氧的条件下，利用兼性菌和厌氧菌分解有机物的一种生物处理法。1.厌氧生物处理的基本原理第一阶段---酸性发酵阶段。第二阶段---碱性发酵阶段，又称作甲烷发酵阶段。第二十七页，共四十五页，2022年，8月28日厌氧处理的生化过程第二十八页，共四十五页，2022年，8月28日2.常用的厌氧处理设备

⑴厌氧消化池固定盖式消化池的构造图第二十九页，共四十五页，2022年，8月28日⑵上流式厌氧污泥床反应器上流式厌氧污泥床反应器第三十页，共四十五页，2022年，8月28日三、生物处理技术在环保中的应用⑴生物法除磷生物法除磷的基本类型:①A/O法（厌氧－好氧法）②Phostrip除磷工艺流程⑵生物法脱氮第三十一页，共四十五页，2022年，8月28日第五节其他新型分离技术一、新型萃取技术超临界萃取

（supercriticalfluidextraction）

以超临界流体为萃取剂，利用其对脂肪酸、植物碱、醚类、酮、甘油脂等物质具有溶解作用，从固态或液态混合物中将这些物质提取出来的技术。双水相萃取

（aqueoustwo-phaseextraction）

某些亲水性高分子聚合物的水溶性超过一定浓度后可形成两相，利用待分离组分在两水相中的分配系数差异来分离的萃取技术。第三十二页，共四十五页，2022年，8月28日第五节其他新型分离技术凝胶萃取

（gelextraction）

利用凝胶在溶剂中的溶胀与收缩特性、以及凝胶网络对大分子、微粒等的排斥作用来实现溶液中特定组分分离与浓缩的技术。

膜基萃取

（membranebasedextraction）

利用微孔膜的亲水或疏水性，使萃取剂与萃取液的两相传质界面固定在膜的一侧表面上，来实现萃取的一种新技术支撑液膜萃取

（supportliquidmembraneextraction）

支撑液膜孔内充满膜溶剂，将料液相与反萃相分隔，实现渗透溶质的选择性萃取回收或去除的分离技术。第三十三页，共四十五页，2022年，8月28日反相胶团萃取二-（3-乙基己基）琥珀酸酯磺酸钠（AOT）第三十四页，共四十五页，2022年，8月28日二、基于场效应的分离技术重力场、压力场、离心力场分离

利用外加力场的作用，使混合物中各组分本身特征带来其在场内运动的特性差异，由此来达到分离的技术。磁场分离利用不同物质在磁场中具有不同磁性的特点来分离混合物的技术。第三十五页，共四十五页，2022年，8月28日力场中速度差分离原理与改进重力场的能源成本为零第三十六页，共四十五页，2022年，8月28日静电除尘

荷电粒子置于电场时会向着与其电荷相反方向移动，利用荷电粒子的移动速度及方向差异来进行分离的技术。电泳

利用分子大小、荷电性与荷电量、以及溶液的酸碱度（pH）等的差异。双极膜水解离

利用阴、阳离子膜复合而成的双极膜，在直流电场的作用下，使双极膜间的水解离并使OH－和H＋分别透过阴、阳膜来实现酸或碱回收、食盐的电解等。第三十七页，共四十五页，2022年，8月28日三、电泳分离技术指带电粒子在电场中朝与自身带相反电荷的电极移动的现象CATHODEANODE+--+第三十八页，共四十五页，2022年，8月28