工业废水的物理化学处理市公开课一等奖百校联赛特等奖课件

Chapter13工业废水物理化学处理10/10/1水质工程学II第1页主要内容：

混凝

Coagulation气浮AirFlotation吸附

Adsorption离子交换Ion-exchange电渗析Electrodialysis扩散渗析、反渗透、超滤Diffusion

Dialysis,

ReverseOsmosis,Ultrafiltration10/10/2水质工程学II第2页13.1混凝1.原理：向污水中投入电解质，压缩杂质双电层，降低或消除ζ电位，杂质相互聚结沉淀。(1)双电层机理－利用电解质压缩双电层，降低ζ电位，消除静电排斥能峰，使胶体脱稳聚和。(2)吸附架桥机理－利用高分子吸附架桥能力，将杂质吸附，形成大絮体下沉。2.材料：石灰、碳酸铝、硫酸亚铁、三氯化铁、聚合铝10/10/3水质工程学II第3页13.1混凝3.混凝种类化学混凝－利用正电荷电解质，压缩污水中负电粒子双电层，当大量正电荷进入胶粒双电层内，使双电层变薄，电位减小，胶粒不带电，能够相互聚和下沉。生物混凝利用微生物吸附絮凝作用，吸附胶体颗粒一同下沉，活性污泥回流污泥到达吸附絮凝作用。回流污泥目标：a.接种，使生物种类多样b.预絮凝和生物混凝作用10/10/4水质工程学II第4页13.1混凝(3)物理混凝－混凝经水解形成高聚物，大颗粒高聚物对杂质胶体有强烈吸附能力，可吸附一定距离内胶体共同下沉。本身混凝：高聚物大颗粒可在其作用空间内吸附胶体一同下沉。有效作用空间：

a.R≠r;b.r<R;c.A=r+R时吸附最正确。

增浓聚沉：向污水中投入一些大颗粒杂质，使浓度增大，可沉淀大颗粒吸附小颗粒快速下沉。应用：竖流式沉淀池增加污泥层浓度到达增浓聚沉。水力澄清池加入细泥沙增加泥沙浓度到达增浓聚沉。10/10/5水质工程学II第5页13.1混凝经过混凝可去除污水浊度、色度、各种高分子化合物，重金属离子等，常与其它方法一同使用。混凝法只能去除胶体和悬浮物，不能去除溶解性物质，影响混凝原因很多，混凝剂种类，浓度等需要用试验确定。混凝应用：1预处理(SS可从2万降至5000)2深度处理(已推广，由张杰院士提出，COD去除率为50~60%)10/10/6水质工程学II第6页13.1混凝10/10/7水质工程学II第7页13.1混凝10/10/8水质工程学II第8页13.2气浮1.气浮处理理论基础将空气通入水中，并以微小气泡析出，使水中固体杂质粘附气泡一同上浮至水面分离。(1)气浮流程气＋污水→气粒吸附→泡沫→分解含油污水中油可经过1隔油池2粗粒化3气浮来去除10/10/9水质工程学II第9页13.2气浮2、气浮条件

去除比重近于1，直径≤60μm悬浮物(大于60μm可下沉)①气粒吸附－属物理吸附。吸附放热，低温吸附效果很好极性相同，吸附效果很好(气泡是疏水性物质，即非极性)物理性质相同，吸附效果很好。②吸附对象－吸附疏水性物质疏水性物质－难为水润湿物质，能够直接吸附。亲水性物质－轻易被水润湿物质，需要转为疏水性物质。10/10/10水质工程学II第10页13.2气浮③表面活性剂—能够实现疏水－亲水相互转移表面活性剂由极性－非极性分子组成，分子一端呈亲水性，另一端呈疏水性，也叫二亲分子。a.表面活性剂对于亲水性物质有利，亲水性物质转为疏水性。b.表面活性剂对于疏水性物质不利，疏水性物质转为亲水性。10/10/11水质工程学II第11页13.2气浮水中气、粒粘附着力计算

在液、气、粒三相表面上，产生表面力不一样，其粘附着力也不一样。1．表面能液体表面分子与内部分子受到分子引力不一样，表面分子所受到力不平衡，该力把表面分子拉向液体内部，力图缩小表面积，降低表面能。

2．表面能物理现象表面能力图使自由表面积最小，从而表面能最小。液体内部分子引力使液体呈球状，降低表面积，防止展开。10/10/12水质工程学II第12页13.2气浮表面能大小计算设液、气、固三相分别为1、2、3，σ表示表面能则液－固，液－气，气－固分别用σ13、σ12、σ23表示依据热力学已知：界面能＝表面能×界面面积s－界面面积(cm2)，取单位面积为1进行计算颗粒和气泡粘附前其表面能之和(N/m)颗粒和气泡粘附后其表面能(N/m)吸附前后界面能降低值为

10/10/13水质工程学II第13页13.2气浮依据图解，代入上式：θ—接触角

分析：1)△W越大，吸附越轻易进行。2)当接触角θ→0时，cosθ→1，(1－cosθ)→0，气固不易吸附。3)当接触角θ→180°时，cosθ→－1，(1－cosθ)→2，气固易吸附。4)接触角可判断物质被水润湿性质，θ＜90°为亲水性物质，不轻易吸附，θ＞90°为疏水性物质，轻易吸附。10/10/14水质工程学II第14页13.2气浮气泡稳定性1)加入表面活性剂使气泡壁变厚，预防破碎。(外包一层水摸)2)加入表面活性剂使液体表面蒸发量降低，浮渣稳定。(吸附水膜变厚，降低蒸发量)3)依据气泡与内压关系式：r－气泡半径、σ12－水气表面张力、P－气泡内压力。当气泡内压一定时，水表面张力越大，气泡直径越大；当气量一定时，气泡直径↑，表面积↓，不易吸附。气泡大小应一致，不然小气泡内压大，大气泡内压小，小气泡易进入大气泡合并。4)气泡越小越密集，效果越好。10/10/15水质工程学II第15页13.2气浮混凝剂与表面活性剂关系1)混凝剂－Al2(SO4)3，FeCl3，Fe2(SO4)3，可吸附水中固体使其凝聚，压缩双电层，ξ↓，相互聚合，生成一些大絮凝体。2)表面活性剂－两亲分子，①对亲水性物质有利，对疏水性物质不利。②投量↑，气液界面张力σ12↓，泡沫稳定。③投量↑，ζ↑，疏水杂质严重乳化，影响吸附。④投量↓，σ12↑，使气固吸附牢靠。10/10/16水质工程学II第16页13.2气浮气浮方法、系统与计算将产生气泡方法分为布气气浮，溶气气浮，电气浮。1．布气气浮:利用机械剪切力，将混于水中空气粉碎成细小气泡。(第一代气浮)1)水泵吸水管吸入气浮设备简单，但会破坏水泵工作特征。吸入空气不能过多，不大于吸水量10％。2)射流气浮(需水泵扬程大，耗电量高，已淘汰)采取吸水带气射流器，向污水中吸入空气进行气浮。3)扩散板气浮(停顿曝气时易堵，主要应用于给水，污水中已淘汰)压缩空气经过含有微细孔隙扩散板，使空气以细小气泡形式逸出，进行气浮。4)叶轮气浮电动机带动叶轮高速旋转，空气进入水中被叶轮打坏成为细小气泡。10/10/17水质工程学II第17页13.2气浮气浮方法、系统与计算溶气气浮(第二代气浮)空气在一定压力下，溶解于水中，并到达过饱和状态，然后突然减压，溶解于水中空气以微小形状从水中折出，进行气浮。1)加压溶气气体①工作特征污水由水泵加压3－4压力，在压力管上进入压缩空气，水气混合体在溶气罐内停留一定时间进行溶气，然后经减压阀进入气浮池气浮。②工艺流程惯用加压溶气有：全加压溶气，部分加压溶气和部分回流加压溶气。2)溶气真空气浮气浮池在负压下工作，空气在常压下和加压下溶于水中，溶于水中空气在负压下过饱和，大量空气会折出形成气泡上浮。(但浮渣不能出来，出水必须靠水泵抽，且不易检修)10/10/18水质工程学II第18页10/10/19水质工程学II第19页13.2气浮电解气浮

将含有电解质污水作为电解介质通入直流电进行电解，可同时发生三种效应，电解氧化(IEO)，电解混凝(电絮凝)和电解气浮，当选取不溶性电极可充分发挥电解气浮效应。10/10/20水质工程学II第20页

10/10/21水质工程学II第21页13.3吸附在相界面上，物质浓度自动发生累积或浓集现象称为吸附。吸附就是利用多孔性固体物质，使废水中一个或各种物质被吸附在固体表面而去除方法。10/10/22水质工程学II第22页10/10/23水质工程学II第23页13.3吸附产生吸附原因

1．物理吸附

吸附剂和吸附质之间经过分子间力产生吸附称为物理吸附。物理吸附可形成单分子吸附层或多分子吸附层。被吸附分子因为热运动还会离开吸附剂表面，这种现象称为解吸，它是吸附逆过程。(可逆，是一个动态平衡)

2．化学吸附(成本高，基本不用)化学吸附是吸附剂和吸附质之间因为化学键力引发化学作用，一个吸附剂只能对某几个吸附质发生化学吸附，所以化学吸附含有选择性，不可逆性。3．离子吸附(使用也不多)相互交换离子吸附，依靠静电引力牢靠吸附。10/10/24水质工程学II第24页13.3吸附吸附等温线1．吸附平衡吸附过程是可逆，当吸附速度和解吸速度相等时，则吸附质在溶液中浓度和吸附剂表面上浓度都不改变而到达平衡，此时吸附质在溶液中浓度称为平衡浓度。吸附剂吸附能力大小以吸附量q表示，指单位重量吸附剂所吸附吸附质重量。

q=V(C0—C)/W式中V—废水容积；W—吸附剂投量；C0—原水吸附质浓度；C—吸附平衡时水中剩下吸附质浓度。10/10/25水质工程学II第25页13.3吸附吸附等温式(1)朗谬尔公式朗谬尔公式是从动力学观点出发，经过一些假设条件而推导出来单分子吸附公式。

式中q——吸附量C——吸附质平衡浓度a、b——吸附常数。将上式改为倒数式，即：10/10/26水质工程学II第26页13.3吸附吸附等温式(2)费兰德利希公式q=KC1/n

式中q——吸附量；C——吸附质平衡浓度；K、1/n——常数。将上式改写为对数式：10/10/27水质工程学II第27页13.3吸附吸附速度吸附速度是指单位重量吸附剂在单位时间内所吸附物质量。吸附过程可分为3个阶段。第一阶段为外部扩散阶段。在吸附剂周围存在着一层固定水膜吸附质首先经过这个水膜才能抵达吸附剂表面，所以吸附速度与液膜扩散速度相关。第二阶段称为颗粒内部扩散阶段。经水膜扩散到吸附剂表面吸附质向细孔深处扩散。第三阶段称为吸附反应阶段。吸附质被吸在细孔内表面上。10/10/28水质工程学II第28页13.3吸附吸附影响原因1．吸附剂性质普通是极性分子吸附剂易吸附极性分子吸附质，非极性分子吸附剂易于吸附非极性吸附质。(处理污水是惯用非极性吸附剂-活性炭)2．吸附质性质吸附质溶解度，表面自由能，极性，吸附质分子大小，吸附质浓度相关3．废水pH废水pH影响吸附剂及吸附质性质。4．共存物质物理吸附时吸附剂可吸附各种吸附质。普通共存各种吸附质时，吸附剂对某种吸附质吸附能力比只含该种吸附质时吸附能力差。5．温度

因为物理吸附过程是放热过程，温度升高吸附量降低，反之吸附量增加。6．接触时间

在进行吸附时，应确保吸附质与吸附剂有一定接触时间，使吸附靠近平衡，充分利用吸附能力。10/10/29水质工程学II第2