污水的吸附法、离子交换法、萃取法和膜析法www

第十六章污水的吸附法、离子交换法、萃取法、膜析法第一节吸附法第二节离子交换法

第三节萃取法

第四节膜析法

利用物理化学的原理和化工单元操作可以去除污水中杂质，它的处理对象主要是污水中无机的或有机的（难于生物降解的）溶解物质或胶体物质，尤其适用于处理杂质浓度很高的污水（用作加收利用的方法）或是很低的废水（用作污水的深度处理）。前言第一节吸附法

一、吸附原理固体表面有吸附水中溶解及胶体物质的能力，比表面积很大的活性炭等具有很高的吸附能力，可用作吸附剂。吸附可分为物理吸附和化学吸附。如果吸附剂与被吸附物质之间是通过分子间引力（即范德华力）而产生吸附，称为物理吸附；如果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，称为化学吸附。离子交换实际上也是一种吸附，将在第二节中讨论。一定的吸附剂所吸附物质的数量与此物质的性制裁及其浓度和温度有关。表明衩吸附物的量与浓度之间的关系式称为吸附等温式。目前常用的公式的：弗劳德利希（Freundlich）吸附等温式，朗格缪尔(Langmuir)吸附等温式。

1、弗劳德利希等温式

y/m=kρ1/n

式中：y——吸附剂吸附的物质总量，mg;m——投加的吸附剂量，mg;ρ——到达平衡时溶液中被吸附物的浓度，mg/L;K，n——经验常数。n值在正常条件下大于1。2、朗格缪尔等温式

y/m=kρ/（1+K1ρ）式中：y——吸附剂吸附的物质总量，mg;m——投加的吸附剂量，mg;ρ——到达平衡时溶液中被吸附物的浓度，mg/L;K，K——经验常数。

吸附能力和吸附速度是衡量吸附过程的主要指标。固体吸附剂吸附能力的大小可用吸附量来衡量。吸附速度是指单位重量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量。在水处理中，吸附速度决定了污水需要与吸附剂接触的时间。吸附速度快，则所需的接触时间就短，吸附设备的容积就小。多孔性吸附剂的吸附过程基本上可分为三个阶段：颗粒外部扩散阶段，即吸附质从溶液中扩散到吸附剂表面；孔隙扩散阶段，即吸附质在吸附剂孔隙中继续向吸附点扩散；吸附反应阶段，吸附质被吸附在吸附剂孔隙内的吸附点表面。一般，吸附速度主要取决于外部扩散速度和孔隙扩散速度。二、影响吸附的因素

颗粒外部扩散速度与溶液浓度成正比，也与吸附剂的比表面积的大小成正比。因此吸附剂颗粒直径越小，外部扩散速度越快。吸附剂的物理化学性质和吸附质的物理化学性质对吸附有很大影响。一般，极性分子（或离子）型的吸附剂容易吸附性分子（或离子）型的吸附质；非极性分子型的吸附剂容易吸附非极性的吸附质。同时，吸附质的溶解度越低，越容易被吸附。吸附质的浓度增加，吸附量也随之增加。污水的pH值对吸附也有影响，活性炭一般在酸性条件下比在碱性条件下有较高的吸附量。吸附反应通常是放热反应，因此温度低对吸附反应有利。

吸附剂的种类很多。常用是活性炭和腐植酸类吸附剂。

1.活性炭在生产中应用的活性炭的种类很多。一般，都制成粉末状或颗粒状。粉末状的活性炭吸附能力强，制备容易，价格较低，但再生困难，一般不能重复使用。颗粒状的活性炭价格较贵，但可再生后重复使用，并且使用时的劳动条件较好，操作管理方便。因此在水处理中较多采用颗粒状活性炭。活性炭的比表面积可达800-2000m/g，有很高的吸附能力。颗粒状活性炭在使用一段时间后，吸附了大量吸附质，逐步趋向饱和并丧失工作能力，此时应进行更换或再生。再生是在吸附剂本身的结构基本不发生变化的情况下，用某种方法将吸附质从吸附剂微孔中除去，恢复它的吸附能力。三、吸附剂

活性炭的再生方法主要有：a.加热再生法;b.化学再生法:通过化学反应，使吸附质转化为易溶于水的物质而解吸下来。例如，吸附了苯酚的活性炭，可用氢氧化钠溶液浸泡，使形成酚钠盐而解吸。湿式氧化法也是化不再生法，主要用于再生粉末状活性炭。

2.腐植酸类吸附剂用作吸附剂的腐植酸类物质主要有：天然的富含腐植酸的风化煤、泥煤、褐煤等，它们可以直接使用或经简单处理后使用；将富含腐植酸的物质用适当的粘合剂制备成的腐植酸系树脂。四、吸附工艺和设备

吸附的操作方式分为间歇式和连续式。间歇式是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。间歇式吸附主要用于小量废水的处理和实验研究，在生产上一般要用两个吸附池、交换工作。连续吸附可以采用固定床、移动床和流化床。固定床连续吸附方式是废水处理中最常用的。吸附剂固定填放在吸附柱（或塔）中，所以叫固定床。移动床连续吸附是指在操作过程成中定期地将接近饱和的一部分吸附剂从吸附柱排出，并同时将等量的新鲜吸附剂加入柱中。所谓流化床是指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。由于移动床和流化床的操作较复杂，在废水处理中较少使用。

在实际操作中，吸附柱达到完全饱和及出水浓度与进水浓度相等是不可能的，也是不允许的。通常是根据对出水水质的要求，规定一个出水含污染物质的允许浓度值。当运行中出水达到这一规定值时，即认为吸附层已达到“穿透”，这一吸附柱便停止工作，进行吸附剂的更换。下面两图给我们一些直观的结构感。

移动床吸附塔的构造

沉降式固定层吸附塔的构造

1.

吸附法除汞活性炭有吸附汞和汞化合物的性能，但因其吸附能力有限，只适宜于处理含汞量低的废水。

2.炼油厂、印染厂废水的深度处理某炼油厂含油废水，经隔油，气浮和生物处理后，再经砂滤和活性炭过滤深度处理

五、吸附法在污水处理中的应用第二节离子交换法

离子交换法是水处理中软化和除盐的主要方法之一。在废水处理中主要用于去除废水中的金属离子。离子交换的实质是不溶液中的其它同性离子的交换反应，是一种特殊的吸附过程成，通常是可逆性化学吸附。

一.

离子交换剂水处理中用的离子交换剂有磺化媒和离子交换树脂。磺化媒利用天然媒为原粒，经浓硫酸磺化处理后制成，但交换容量低，机械强度差，化学稳定性较差已逐渐为离子交换树脂所取代。离子交换树脂按树脂的类型和孔结构的不同可分为：凝胶型树脂、大孔型树脂、多孔凝胶型树脂、巨孔型（MR型）树脂和高巨孔型（超MR型）树脂等。离子交换树脂按活性基团的不同可分为：含有酸性基团的阴离子交换树脂含有碱性基团的阳离子交换树脂，含有胺羧基团等的合树脂，含有氧化还原基团的氧化还原树脂及两性树脂等。

1.离子交换树脂的有效pH值范围

2.交换容量交换容量是离子交换树脂最重要的性能，它定量地表示树脂交换能力的大小。交换容量的单位是mol/kg（干树脂）或mol/L（湿树脂）。交换容量又可区分为全交换容量与工作交换容量。前者指一定量的树脂所具有的活性基团或可交换离子的总数量，后者指树脂在给定工作条件下实际的交换能力。

3.交联度

4.交换势二、离了交换树脂的选用

离子交换装置，按照进行方式的不同，可分为固定床和连续床两大类：三、离子交换的工艺和设备离子交换装置固定床连续床移动床流动床单层床双层床混合床

离子交换的运行操作包括四个步骤：交换、反洗、再生、清洗。

1.

电镀含铬废水的处理生产实践表明，在电镀车间铬镀槽的洗耳恭听涤水闭路循环系统中用离子交换法分离、回收铬酸是有效的。采用的阳离子交换剂是732强酸性树脂，阴离子交换剂是710大孔型弱碱性树脂。

2.离子交换法处理含汞废水

日本和瑞士的氯碱厂采用阴离子交换树脂和鳌合树脂处理含汞（氯化汞络合离子）废水。进水的pH值先调整到6-8之间，并用化学品破坏水中氧化物（即调整氧化还原势），然后用活性炭滤池澄清，活性炭滤池同时有去除一部分汞和进一步破坏氧化物的效用。四、离子交换法在废水处理中的应用

第三节萃取法

在化工上，用适当的溶剂分离混合物的过程叫萃取。当混合物为溶液时叫液—液萃取，当混合物为固体时叫固—液萃取；使用的溶剂叫萃取剂，提出的物质叫萃取物，在废水处理上，利用废水中的杂质在水中和有机萃取剂中溶解度的不同，可以采用萃取的方法，将杂质提取出来。用萃取法处理废水时，有三个步骤：（1）把萃取加入废水，并使它们充分接触，有害物质作为萃取物从废水中转移到萃取剂中；（2）把萃取剂和废水分离开来，废水就得到了处理。也可以再进一步接受其他的处理；（3）把萃取物从萃取剂中分离出来，使有害物制裁成为有用的副产品，而萃取剂则可回用于萃取过程才逄在技术上已经成立；其次，就是经济上的考虑。技术上可靠，经济上合理，生产才能采用。

萃取剂的选择一般应考虑下列各点：（1）萃取剂对被萃取物的溶解度要高，对水中其他物质的溶解度要低，而萃取剂本身在水中的溶解度要低。（2）萃取剂在废水中不会乳化，容易同废水分离。（3）萃取剂要易于再生。（4）萃取剂价格要低廉，供应要充沛。

二、萃取过程

萃取过程可以一次完成，也可以分多次完成；在多次完成时，可以每次都用新的萃取剂，也可以后次使用前次用过的萃取剂，只有第一次使用新的萃取剂。料液被萃取的次数叫级数，萃取剂使用的次数叫效数。这三种不同的方法，分别叫做单级或单效萃取、多级单效萃取和多级多效萃取（或称连续萃取），由于多效总是多级的，而且级数等于效数，因此多级多效萃取常简称多效萃取。

一、萃取剂三、萃取设备萃取设备的型式很多，可以分三大类：罐式（萃取器）、塔式（萃取塔）和离心机式（离心萃取机），其中塔式设备是最常用的。常用的萃取塔有筛板萃取塔、脉动筛板萃取塔、转盘萃取塔、填料萃取塔。

四、萃取法在废水处理中的应用

1.萃取法处理含酚废水

2.萃取法处理含重金属废水第四节膜析法

膜析法是利用薄膜以分离水溶液中某此物质的方法的统称。目前有扩散渗析法（渗析法）、电渗析法、反渗透法和超过滤法等。一、渗析法依靠分子自然扩散的是扩散渗析法，简称渗析法。起渗析作用的薄膜，因对溶质的渗透性能有选择作用，故叫半透膜。在膜析法中，物质透过薄膜需要动力，目前利用的有三种动力：（1）分子扩散作用；（2）电力；（3）压力。反渗透法和超过滤法都要把水加压。用电力的是电渗析法。依靠分子自然扩散的是扩散渗析法，简渗析法

二、电渗析法

反渗透法是一种借助压力促使水分子反向渗透，以浓缩溶液或废水的方法。如果将纯水和盐水用半透膜隔开，此半透膜只有水分子能够透过而其他溶质不能透过半透膜进入溶液（盐水），溶液逐渐从浓变稀，液面则不断上升，直到某一定值为此。这个现象叫渗透，高出于水面的水柱高度（决定于盐水的浓度）是由于溶液的渗透压所致。可以理解，如果我们向溶液的一侧施加压力，并且超过它的渗透压，则溶液中的水就会透过半透膜，流向纯水一侧，而溶质被截留在溶液一侧，这种方法就是反渗透法。反渗透膜的种类多，目前研究得比较多和应用较广的是醋酸纤维素膜和芳香族聚酰胺膜，其他类型的膜材料也正在不断研究开发中。反渗透的装置主要有板框式、管式、螺旋卷式和中空纤维式。反渗透法所需的压力较高，工作压力要比渗透压力大几十倍。即使是改进的复合膜，正常工作压力也需1。5Mpa左右。同时，为了保证反