第9章分离设备

第9章分离设备第一页，共72页。9.1气浮分离设备工作原理气浮分离设备是向水中加入压缩空气，空气在水中形成高度分散的微小气泡，微小气泡作为载体与固体颗粒粘附，将水中的悬浮颗粒浮于水面形成浮渣，从而实现固液分离。适用条件水中靠自然沉降或上浮难以去除的乳化油或相对密度近于1的微小悬浮颗粒。分类微孔布气气浮设备压力溶气气浮设备（应用最广泛）电解气浮设备第二页，共72页。9.1.1微孔布气气浮设备工作原理：利用机械剪切力，将混合水中的空气粉碎成微细气泡，从而进行气浮。按气泡粉碎方法可分为：水泵吸水管吸气气浮设备；射流气浮设备；叶轮气浮设备；扩散气浮设备。第三页，共72页。9.1.1微孔布气气浮设备水泵吸水管吸气气浮设备原理：在水泵吸水管上开一孔，接一根吸气管，在吸气管上安装进气量调解阀和计量仪表。当水泵运行时，吸水管为负压，将空气吸入水泵吸水管，在水泵叶轮的高速搅拌和剪切作用下形成气水混合体，进入气浮池后，气泡与水中固体颗粒粘附，载着水中固体颗粒上浮，实现固液分离。优点：结构简单。缺点：水泵吸气量限制，对泵有影响；气泡在水泵内破碎得不够完全，黏度大，处理效果不够理想。应用：一般主要用于去除石油废水。第四页，共72页。9.1.1微孔布气气浮设备射流气浮设备射流气浮设备主要包括射流器和气浮池（或气浮罐）（简单）扩散气浮设备扩散气浮设备主要由气浮池（罐）、空气压缩机、扩散板或微孔板组成。第五页，共72页。9.1.1微孔布气气浮设备叶轮气浮设备原理结构叶轮气浮设备主要由气浮池（罐）、叶轮、盖板、进气管、进水槽和出水槽构成。第六页，共72页。9.1.2加压溶气气浮设备工作原理在一定压力（300~400kPa）下，将空气溶于欲处理水中并达到饱和，然后将饱和溶液突然降至常压，溶解在水中的空气即以微小气泡（气泡直径约为20~100μm）释放出来，数量众多的微小气泡与水中呈悬浮状态的颗粒相互粘附，形成密度比水小的带气颗粒，产生上浮作用。组成主要由加压溶气装置、溶气释放装置和固—液或液—液分离装置。第七页，共72页。9.1.2加压溶气气浮设备加压溶气气浮设备工艺图第八页，共72页。溶气罐

溶气罐是一个耐压密封钢罐，空气与水在罐内混合、溶解。为了提高溶气量和速度，增大容积利用系率，罐内常设若干隔板或填料。

影响溶气罐效率的主要因素是：填料特性、填料层高度、罐内液位高度、布水方式和温度等。第九页，共72页。溶气释放器外型第十页，共72页。9.1.2加压溶气气浮设备平流气浮池竖流气浮池第十一页，共72页。9.1.2加压溶气气浮设备加压溶气气浮设备的特点空气气泡数量多、气泡微细、颗粒均匀、密集度大、上浮稳定、对液体扰动微小、气浮效果好、设备比较简单、便于维护管理。加压溶气气浮设备的应用对疏松絮凝体、细小颗粒的固液分离效果显著，是目前应用较为广泛的气浮设备，适用于给水处理、废水处理和污泥浓缩处理，特别是含油废水处理。第十二页，共72页。9.1.4电解气浮设备电解气浮设备：是用不溶性电极直接电解液体，靠电解产生的微小气泡将已絮凝的悬浮颗粒载浮至水面，达到分离目的。第十三页，共72页。9.2筛滤设备筛滤设备：是采用有孔眼的材料截留液体中悬浮物的设备。一种简单的拦污装置，保持后续处理设施正常运行，减少后续处理设施的处理负荷，并起到保护水泵、管道和仪表等作用。分类：格栅和滤网。格栅：去除大的漂浮物和悬浮物，人工清理格栅机械格栅滤网：去除小的滤网去除并回收废水中的纤维、纸浆等细小的悬浮物。固定平面式旋转式，水处理工艺中比较常用。实际使用中，选用旋转滤网时，应在滤网前设置粗格栅或格栅除污机，即格栅和滤网通常联合使用。第十四页，共72页。9.2.1格栅1、人工清理格栅第十五页，共72页。2、机械格栅机械格栅一般由拦截污染物的格栅、清除格栅所拦截污染物的齿耙、带动齿耙运动的牵引部件及传动装置等组成。形式和分类9.2.1格栅第十六页，共72页。（1）链条回转式格栅特点：设备结构简单，制造方便，传动部件均在水面以上，维护方便，占地面积小，传动链条和链轮均设计在液面以上，可防止水中垃圾的侵入和卡阻，该机型适用于深池。由驱动机构、主传动链轮轴、从动链轮轴、牵引链、齿耙、过力矩保护装置和机架等组成。第十七页，共72页。（1）链条回转式格栅第十八页，共72页。第十九页，共72页。（2）自清式格栅传动装置：悬挂式涡轮减速机。耙齿：采用工程塑料（ABS、尼龙）或不锈钢。动力装置、机架、犁形耙齿、清洗机构及电控箱等组成。第二十页，共72页。XG型旋转式格栅除污机第二十一页，共72页。（3）旋臂式弧形格栅旋臂绕固定的传动轴旋转，带动耙齿作圆周运动，旋臂每旋转一周耙污2次。第二十二页，共72页。（4）摆臂式弧形格栅摆臂式：通过四连杆机构，使摆臂下端的齿耙运行呈曲线轨迹，齿耙上行除污，当齿耙到达弧栅顶部时，带缓冲装置的刮渣板把污物推卸至盛污器内，与此同时摆臂将耙齿退出栅片，随即下行复位。第二十三页，共72页。（5）伸缩耙式弧形格栅耙臂在重力作用下沿旋转轴下降，通过电动液压驱动机构将齿耙插入栅片自下而上耙污。第二十四页，共72页。9.2.2滤网转鼓式旋转滤网构造：转鼓池、转鼓滤网、传动装置、挤压装置和除渣装置。第二十五页，共72页。工作过程：需处理水进入转鼓池后，转鼓绕水平轴旋转，水由转鼓外进入，水中细小的杂物被截留在鼓外，并随转鼓转出，经滤渣挤压轮挤压脱水，最后用刮刀刮下。第二十六页，共72页。9.5膜分离设备概述膜分离设备分类常用膜分离设备分离原理膜分类几种常用膜介绍膜分离装置第二十七页，共72页。9.5.1概述1、膜的概念膜是一种物料薄层，具有半透性（对透过的物质有选择性，或膜对不同物质具有不同的透过速率）。区别于生物膜，生物膜或称固定膜（fixedfilm)；这里说的膜（membrane)。2、膜分离设备

膜分离设备是利用膜的选择透过性进行分离以及浓缩水中离子或分子的设备；通过膜分离设备可实现混合物的组分分离。条件：膜；组分存在差别。第二十八页，共72页。29

膜分离过程原理：以选择性透膜为分离介质，通过在膜两边施加一个推动力（如浓度差、压力差或电位差等）时，使原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离提纯的目的。通常膜原料侧称为膜上游，透过侧称为膜下游。膜上游透膜膜下游选择性透膜膜分离过程9.5.1概述第二十九页，共72页。第三十页，共72页。9.5.2膜分离设备分类水工艺常用分离设备主要是：电渗析设备、反渗析设备和超滤设备。DDNFUFMFEDRO第三十一页，共72页。9.5.3常用膜分离设备分离原理1、电渗析设备原理利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子的选择性，在直流电场的作用下，使溶液中的阴、阳离子在隔室内发生离子迁移，分别通过阴、阳离子交换膜从而达到除盐或浓缩的目的。电渗析基本排布方式原理图第三十二页，共72页。电渗析（ED）第三十三页，共72页。9.5.3常用膜分离设备分离原理2、反渗透设备原理任何溶液都具有相应的渗透压，但要有半透膜才能表现出来。渗透压与溶液的性质、浓度和温度有关，而与膜无关。反渗透不是自发进行的，只有当外部压力大于溶液的渗透压时，反渗透才能进行。渗透渗透平衡反渗透反渗透分离原理第三十四页，共72页。第三十五页，共72页。9.5.3常用膜分离设备分离原理3、超滤、微滤和纳滤设备主要利用膜孔对溶液中悬浮微粒的筛分作用，在压力作用下，小于孔径的小分子溶质随溶液一起透过膜上的微孔，大于孔径的大分子溶质则被截留。第三十六页，共72页。压力推动膜工艺的分类比较压差/Mpa微粒或分子的大小/μm

>2.8，<0.0062.0左右，0.0009~0.0090.3~1.0，0.007~0.20.1~0.3，0.09~20<0.1，15~100第三十七页，共72页。9.5.4膜分类1、根据膜的材质从相态上可分：固膜、液膜和气膜2、固膜按形态可分：平面膜、管状膜和中空纤维膜。3、固膜按结构可分：对称膜：致密膜或多孔膜，膜截面方向结构是均匀。非对称膜：结构非均匀，表面极薄、起分离作用的致密表面皮，表面皮下是多孔的支撑层。4、从来源膜可分为：天然膜、合成膜：无机材料（金属、玻璃）膜、有机高分子膜。6、根据膜的功能可分：离子交换膜、反渗透膜、超滤膜、微滤膜、纳滤膜。第三十八页，共72页。固膜形态结构平面膜管状膜中空纤维膜第三十九页，共72页。对称膜非对称膜(致密表皮层)(细孔表皮层)(多孔支撑层)均质膜第四十页，共72页。9.5.5几种常用膜介绍1、离子交换膜离子交换膜：用于电渗析，带电荷的膜，不同电荷的离子在膜内的迁移速度有很大的差别，这就是离子交换膜对离子透过的选择性。离子交换膜构成：由聚电解质制成的，离子交换膜的基体是空间的网状结构。离子交换膜的基本性能：交换容量：指每克干膜所含交换基团的毫克当量数。交换容量不随外界条件而改变。含水率：指在工作状态下每克干膜的含水克数。膜的含水率随外液浓度的提高而下降。第四十一页，共72页。9.5.5几种常用膜介绍2、反渗透膜反渗透膜的透过机理：选择性吸附与毛细管流，即界面现象和在压力下流体通过毛细管的综合结果。反渗透膜构成：一种多孔性膜，具有良好的化学性质。反渗透膜为一种半透膜，只能通过溶液中某种组分，不具有离子交换性质，属中性膜。反渗透膜可按形状分为平面膜和中空纤维膜；前者透过的通量比后者高，后者的过滤面积比前者大。第四十二页，共72页。半透膜的结构水工艺中的半透膜要求只能通过水分子，但不排斥少量其他离子或小分子也能透过；厚度数μm到0.1mm。半透膜的结构图第四十三页，共72页。9.5.5几种常用膜介绍3、纳滤膜纳滤膜与反渗透膜结构相类似，绝大多数是多层结构。它具有离子选择性。离子选择性是由于膜上或膜中有负的带电基团，它们通过静电相互作用，阻碍多价阴离子的渗透。4、超滤膜和微滤膜超滤和微滤过程使用的膜都是微孔膜。微粒是否被截留，除了与操作条件有关外，主要还取决于微粒的大小和结构以及膜微孔的大小和结构。（结构、材质、工作环境如温度、pH）第四十四页，共72页。几种常用膜的简单对照膜类型结构常用材质荷电性应用离子交换膜空间网状聚电解质（如离子交换树脂）带电荷渗析、电渗析反渗透膜多孔结构醋酸纤维素、芳香聚酰胺等中性膜反渗透纳滤膜多孔多层醋酸纤维素、聚砜等带电荷纳滤超滤膜微孔膜醋酸纤维素、聚砜、聚酰胺等中性膜超滤微滤膜微孔膜聚丙烯、聚砜、聚酰胺等中性膜微滤第四十五页，共72页。9.5.6膜分离装置膜分离装置由膜组件、泵、过滤器、阀、仪表、管路等组成。膜组件组件：是由专业制造厂提供几种规格化的部件或小型的单元设备板式膜组件管式膜组件螺卷式膜组件中空纤维式膜组件毛细管式膜组件第四十六页，共72页。板框式膜分离装置板框式膜分离装置的构造与板框式压滤机相类似，由若干板式膜组件重叠起来组成。板框式膜组件组成：由板体（支撑盘）、多孔薄板（间隔盘）和平板膜三部分组成。第四十七页，共72页。板框式膜分离装置第四十八页，共72页。特点①组装比较简单，可以简单地增加膜的层数以提高处理量；②操作比较方便。③板框式膜组件组装零件太多；装填密度低；膜的机械强度要求较高。应用超滤（UF）、微滤（MF）、反渗透（RO）、电渗析（ED）板框式膜分离装置第四十九页，共72页。进水透过水浓缩水耐压容器透水板半透膜工作过程第五十页，共72页。板式超滤膜装置第五十一页，共72页。管式膜分离装置管式膜分离装置与多管式热交换器相类似。它是将若干根直径为10～20mm，长1～3m的反渗透管状膜组件装入多孔高压管中构成。第五十二页，共72页。管式膜分离装置第五十三页，共72页。特点：结构简单，制造容易，安装、维修方便；且水力条件好，不容易堵塞，清洗方便；能耐高压，可以处理高黏度的原液。但管式膜分离装置体积大，单位体积内膜的表面积最小，而且两头需要较多的连接部件，现在使用并不广泛。管式膜分离装置第五十四页，共72页。陶瓷管式膜组件PE微孔管式膜是以超高分子量聚乙烯为材料，经特定的工艺制成的一种管式微滤膜；具有机械强度高，化学稳定性强，耐酸碱，耐细菌腐蚀等优点。第五十五页，共72页。螺卷式膜分离装置螺卷式膜分离装置主要由耐压套管、膜组件、穿孔管组成。膜组件由平膜、导水垫层、格网组成。两层膜三边封口，构成信封状膜袋，膜袋内填充多孔支撑层，一层膜袋衬一层隔网，从膜袋开口端开始绕多孔中心管卷绕而形成螺旋卷式膜组件。螺卷式膜分离装置的特点：优点是结构紧凑，单位体积的膜表面积大，操作方便。缺点是容易堵塞，不能拆洗，浓水难于循环，压力损失大。第五十六页，共72页。螺卷式膜分离装置第五十七页，共72页。螺卷式膜分离装置螺卷式膜组件第五十八页，共72页。密封密封密封螺旋卷式膜组件一个膜叶结构示意图多孔透水材料膜，上下两层第五十九页，共7