污水深度处理工艺运行与管理-物化法运行管理

物化法运行与管理主要内容废水物理化学处理法是废水处理方法之一种。系运用物理和化学的综合作用使废水得到净化的方法。它是由物理方法和化学方法组成的废水处理系统。本知识点主要掌握浮选、吹脱、吸附、萃取、电渗析、离子交换、反渗透等方法。（一）吸附原理及类型吸附法就是利用多孔性的固体物质，使水中一种或多种物质被吸附在固体表面而去除的方法。吸附物理吸附化学吸附吸附剂与吸附物质之间是通过分子间引力(即范徳华力)而产生的吸附吸附剂与被吸附物质之间产生化学作用，生成化学键引起吸附交换吸附吸附剂与被吸附物质之间发生离子交换一、吸附法（二）吸附平衡与吸附等温线

当吸附速度和解吸速度相等时，吸附质在溶液中和吸附剂表面上的浓度都不再改变而达到平衡，即达到动态的吸附平衡。此时吸附质在溶液中的浓度称为平衡浓度。吸附解吸平衡

吸附容量q是指单位重量的吸附剂(g)所吸附的吸附质的重量(g)。吸附量可用下式计算：式中：V—废水容积；W—活性炭投量（g）

C0—废水吸附质浓度（g/L）

C—吸附平衡时水中剩余的吸附质浓度(g/L)

—平衡浓度（二）吸附平衡与吸附等温线衡量指标吸附能力吸附速度固体吸附剂用吸附量衡量单位质量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量吸附阶段颗粒外部扩散阶段颗粒内部扩散阶段吸附反应阶段吸附质从溶液中扩散到吸附剂表面吸附质在吸附剂孔隙中继续向吸附点扩散吸附质被吸附在吸附剂孔隙内的吸附点表面吸附速度主要取决于外部扩散速度和内部扩散速度。（二）吸附平衡与吸附等温线

1．吸附剂的性质

2．吸附质的性质溶解度、表面自由能、极性、吸附质分子大小和不饱和度、吸附质的浓度

3．吸附过程的操作条件（1）温度（2）pH值（3）共存物质（4）接触时间（三）吸附过程的影响因素（四）吸附剂及其再生

1．吸附剂的表面特性（1）比表面积（2）表面能（3）表面化学性质

2．吸附剂的选择要求及吸附剂的种类选择要求：吸附选择性好；吸附容量大；吸附平衡浓度低；机械强度高；化学性质稳定；容易再生和再利用；制作原料来源广泛，价格低廉。主要有活性炭、磺化煤、沸石、硅藻土、焦炭、木炭等。在水处理中较多采用颗粒活性炭。

2．吸附剂的选择要求及吸附剂的种类粉状活性炭粒状活性炭（四）吸附剂及其再生

3．吸附剂的再生（四）吸附剂及其再生加热再生法脱水、干燥、炭化，活化、冷却化学再生法无机酸或NaOH，有机溶剂（苯、丙酮等）再生方法氧化再生法空气、电解、臭氧和生物氧化操作方式动态吸附静态吸附将废水和吸附剂放在吸附池内进行搅拌30min左右，然后静置沉淀，排除澄清液固定床移动床流化床吸附剂固定填放在吸附柱(或塔)中在操作过程中定期地将接近饱和的一部分吸附剂从吸附柱中排出，并同时将等量的新鲜吸附剂加入柱中吸附剂在吸附柱内处于膨胀状态，悬浮于由下而上的水流中（五）吸附操作的方式二、离子交换法

实质：离子交换剂上的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。树脂颗粒水膜BB(3)(1)(2)(A)(4)(5)A外扩散内扩散离子交换过程模型（一）离子交换过程的影响因素

1、离子交换剂的性质2、水中污染物的性质1）悬浮物和油脂

废水中的悬浮物会堵塞树脂孔隙，油脂会包住树脂颗粒，都会使交换能力下降。因此当这些物质含量较多时，应进行预处理。预处理的方法有过滤、吸附等。2）有机物废水中某些高分子有机物与树脂活性基团的固定离子结合力很大，一旦结合就很难进行再生，结果是降低树脂的再生率和交换能力。3）高价金属离子废水中Fe3＋、A13＋、Cr3＋等高价金属离子能引起树脂中毒，当树脂受铁中毒时，会使树脂颜色变深。从阳离子树脂的选择性可看出，高价金属离子易为树脂吸附，再生时难于把它洗脱下来，结果会降低树脂的交换能力。为了恢复树脂的交换能力可用高浓度酸，长时间浸泡。

4）pH值

但弱酸性树脂在pH值低时不电离或部分电离，因此，在碱性条件下，才能得到较高的交换能力。而弱碱性树脂在酸性溶液中才能得到较大的交换能力。螯合树脂对金属的结合与pH值有很大关系，每种金属都有适宜的pH值5）水温水温高虽可加速离子交换的扩散，但各种离子交换树脂都有一定的允许使用温度范围。

6）氧化剂废水中如果含有氧化剂（如Cl2、O2、H2Cr2O7等）时，会使树脂氧化分解。强碱性阴树脂容易被氧化剂氧化，使交换基团变成非碱性物质，可能完全丧失交换能力。氧化作用也会影响交换树脂的本体，使树脂加速老化，结果使交换能力下降。（二）离子交换剂

凡具有离子交换能力的物质称为离子交换剂，是一种带有可交换离子的不溶性固体物质，带有阳离子的称阳离子交换剂，带有阴离子称阴离子交换剂。无机质：阳离子交换（硅质，天然或合成沸石）离子交换剂碳质：磺化煤（阳离子交换剂）有机质合成树脂：将离子交换树脂做成薄膜形式，即称为离子交换膜，用于海水淡化、物质提纯和污水处理等各方面。

固体球形颗粒，多孔网状结构；不溶于水；具有离子交换特性的有机高分子聚电解质。1、离子交换树脂

(1)组成

离子交换树脂母体-骨架活性基团固定离子可交换离子苯乙烯(单体)+二乙烯苯(交联剂)母体共聚H2SO4功能基反应R

—SO3

H固定离子可交换离子母体离子交换树脂结构骨架：接有功能基团，本身是惰性功能基团：连接在骨架上，可与相反离子结合待交换离子：在吸附阶段可与活性离子交换，与骨架上的功能基团结合可交换离子：与功能基团所带电荷相反的可移动的离子树脂的网络骨架

(2)分类按结构离子交换树脂凝胶型等孔型

孔大、均匀，抗有机污染能力强。孔大，溶胀度小，交换速度高。

孔隙小，溶胀度较大，水溶胀后呈凝胶状。大孔型离子交换树脂阳离子交换树脂阴离子交换树脂弱碱性阴离子交换树脂R—NH3OH强碱性阴离子交换树脂R—

NOH弱酸性阳离子交换树脂R—COOH强酸性阳离子交换树脂R—SO3H按选择性苯乙烯系强酸性离子交换树脂

用于：硬水软化、脱盐水、纯水制备、稀有元素分离、分离和提取氨基酸制糖、制药可作为催化剂和脱水剂D201大孔强碱性阴离子

主要用于纯水及高纯水制备、糖液脱色、生化制品，放射性元素的提炼。大孔弱碱性丙烯酸系阴离子

主要用于药物提取，苦咸水净化处理，糖液除酸脱色,金属提取等2、废水中有几种离子如用RH处理含Ca、Mg、Na离子的天然原水按照选择顺序Ca2+>Mg2+>Na+

，树脂依次交换Ca2+，Mg2+，Na+

；随着进水量增加，穿透离子的顺序依次为Na+，Mg2+，Ca2+。运行至a点时，Na+首先穿透，且迅速增加，同时酸度降低；稳定运行至b点之后，硬度离子开始穿透，出水Na+含量开始下降；最后出水硬度接近进水硬度，出水Na+接近进水Na+，树脂层全部饱和。

3.离子交换设备结构

工业离于交换设备主要有固定床、移动床和流动床，目前使用最广泛的是固定床。固定床离于交换器包括筒体、进水装置、排水装置，再生液分布装置及体外有关管道和阀门。

1.筒体：支撑作用

2.进水装置：分配进水和收集反洗用水

3.底部排水装置：收集出水和分配反洗水

(一)处理废水注意的问题：

预处理悬浮物或油类浓度大于5~10mg/L时，采用过滤或吸附法。有机污染和重金属污染采用大孔树脂；再生时适当加入氧化剂；选用高浓度再生剂。

pH值不同性质树脂的使用；废水中污染物的存在状态。水温提高离子内扩散和薄膜扩散速度；过高可引起树脂降解。

二、处理工业废水

(二)离子交换处理电镀含铬废水

1、废水的来源及水质特征废电镀液：产生量少，浓度高。

含铬废水：产生量多，浓度低，水质情况为：Cr6+浓度为20~150mg/L，存在形式Cr2O72-和CrO42-；金属离子Cr3+、Fe3+等；阴离子有SO42-

、Cl-等；pH4~6。

2、工艺流程及原理

废水过滤排放阳柱阴柱去除悬浮物、油类①改善水质;②调节废水pH，使Cr6+以Cr2O72-形式存在。nROH＋(Cr2O72-、CrO42-、SO42-

、Cl-··)=Rn

(Cr2O7、CrO4、SO4

、Cl···)＋nOH-

3、再生

阳柱

Rn(Cr、Fe)＋nH+=nRH＋(Cr3+、Fe3+)

阴柱

Rn(Cr2O7、CrO4、SO4

、Cl)＋nOH-

=nROH＋(Cr2O72-、CrO42-、SO42-

、Cl-)

4、铬回收：设一阳离子交换柱：

2RH+Na2CrO4=H2CrO4+2RNa饱和后阴柱再生液为Na2CrO4电镀的工艺过程废水池过滤器除去悬浮物阳离子交换柱，除去Cr3+、Fe3+、Cu2+、离子，同时降低废水pH值阴离子交换柱，除去Cr2O72-和CrO42-离子再生液，含Na2Cr2O7和Na2CrO4

阳离子交换柱，生成H2Cr2O7和H2CrO4

蒸发器，使铬酸浓缩，达到要求的浓度后回用

利用膜将水中的物质(微粒或分子或离子)分离出去的方法统称为水的膜分离技术。在膜分离技术中，以水中的物质透过膜来达到处理目的时称为渗析，以水透过膜来达到处理目的时称为渗透。

膜分离的特点：可在一般温度下操作，没有相变；浓缩分离同时进行；不需投加其他物质，不改变分离物质的性质；适应性强，运行稳定。三、膜分离法

（一）电渗析技术1．离子交换膜材料离子交换膜是一种膜状的离子交换树脂，与离子交换树脂的化学组成和化学结构一致，其区别在于离子交换膜外形薄膜片状，其作用机理选择透过性，因此又称选择透过性膜。离子交换膜按其选择透过性能，主要分为阳膜与阴膜，按其膜体结构，可区分为异相膜、均相膜、半均相膜3种。异相膜的优点是机械强度好、价格低．缺点足膜电阻大、耐热差、透水件大。均相膜则相反。

2.电渗析原理电渗析是在外加直流电场作用下，利用离子交换膜的选择透过性(即阳膜只允许阳离子透过，阴膜只允许阴离子透过)，使水中阴、阳离子作定向迁移，从而达到离子从水中分离的一种物理化学过程。在阴极与阳极之间，放置着若干交替排列的阳膜与阴膜，让水通过两膜及网膜与两极之间所形成的隔室，在两端电极接通直流电源后，水中阴、阳离子分别向阳极、阴极方向迁移，由于阳膜、阴膜的选择透过性，就形成了交替排列的离子浓度减少的淡室和离子浓度增加的浓室。

2.电渗析原理

3.电渗析器组装一对电极之间的膜堆称为—级，具有同向水流的并联膜堆称为一段。电渗析器的组装方式有一级一段、多级一段、一级多段和多级多段等。a：一级一段

b：二级一段并联

3.电渗析器组装c：一级二段串联

d：二级二段串联

1.反渗透原理当渗透达到动平衡状态时，在咸水一侧施加的压力大于该溶液的渗透压，可迫使渗透反向，即水分子从咸水一侧反向地通过膜透过到纯水一侧，实现反渗透过程。（二）反渗透

2.反渗透膜目前用于水处理的反渗透膜主要有醋酸纤维素(CA)膜和芳香族聚酰胺膜两大类。

3.反渗透装置目前反渗透装置有板框式、管式、卷式和中空纤维式4种类型。板框式反渗透装置

3.反渗透装置管式反渗透装置

3.反渗透装置巻式反透装置

3.反渗透装置真空纤维式反渗透装置

超滤又称超过滤，用于截留水中胶体大小的颗粒，而水和低分子量溶质则允许透过膜。其机理是筛孔分离，因此可根据去除对象选择超滤膜的孔径。超滤与反渗透的工作方式相同，装置相似。由于超滤孔径较大，无脱盐性能，仅操作压力低，设备简单，故在纯水处理中用于部分去除水中的细菌、病毒、胶体、大分子等微粒相，尤其是对产生浊度物质的去除非常有效，其出水浊度甚至可达0.1NTU以下。工业废水处理中用于去除或回收高分子物质和胶体大小的微粒。在中水处理中亦可部分去除细菌、病毒、有机物和悬浮物等。（三）超滤

微孔过滤是将全部进水挤压滤过，小于膜孔的粒子通过膜，大于膜孔的粒子被截流在膜表面，其作用相当于“过滤”，因此又称膜过滤或精密过滤。微孔过滤与前面介绍的膜处理法不同。前一部分所述膜处理法均是水在膜的两侧流动中得到净化，一侧是浓水，一侧是处理水。而微孔过滤在水处理中可用于去除水中细小悬浮物、微生物、微粒、细菌、胶体等杂质。其设备简单、操作方使、效率高、工作压力低。由于截留杂质不能及时被冲走，因而膜孔容易堵塞，需及时更换。（四）微孔过滤四、浮选法

对于浮选的粒度，必须不超过最大浮游粒度上限。中等粒度较容易浮选。粒度过粗或过细（如大于100μm或小于5μm）难以浮选，只有中等粒度的颗粒具有最好的可浮性，所以在浮选生产中，常将5～10μm以下的矿粒称为矿泥。

1、粗粒浮选粗粒浮选指标不好的原因：（1）有用矿物与脉石矿物尚未充分单体分离；（2）在浮选机中不易悬浮，与气泡的碰撞几率减少；（3）粗粒在矿浆中运动，遇到湍流振荡，使其从气泡上脱落。措施：在较粗粒度下即可单体解离的矿物，往往采用重选法处理。2、微细颗粒浮选

粒度小于5～10μm的微细颗粒，其可浮性明显下降。

浮选过程中的微细颗粒来自两个方面:（1）在矿床内部由地质作用产生的微细颗粒，主要是矿床中的各种泥质矿物，如高岭土、绢云母、绿泥石等，称为“原生矿泥”；（2）在破碎、磨矿、搅拌、运输等过程中形成的微细颗粒，称为“次生矿泥”。

浮选流程：浮选时矿