水处理I第四章:水的物化处理总结课件.ppt
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- 水处理 第四 物化 处理 总结 课件
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1、 4.1 4.1 热过程法热过程法 4.2 4.2 吹脱和汽提吹脱和汽提 4.3 4.3 吸附法吸附法 4.4 4.4 膜分离法膜分离法 4.5 4.5 离子交换法离子交换法 4.6 4.6 萃取法萃取法4.1 4.1 热过程法热过程法 (1)定义:依热量转移来实现处理目的的方法)定义:依热量转移来实现处理目的的方法;(2)分类:蒸发、冷冻、及结晶)分类:蒸发、冷冻、及结晶;A、蒸发:、蒸发:加热废水,使水分子汽化逸出,从而达到加热废水,使水分子汽化逸出,从而达到 制取纯水和浓缩废水中的溶质的目的。制取纯水和浓缩废水中的溶质的目的。B、冷冻:将水温降到冰点以下,使水分子结成冰晶,、冷冻:将水温
2、降到冰点以下,使水分子结成冰晶,然后分离冰晶与浓缩液;然后分离冰晶与浓缩液;C、结晶:通过蒸发浓缩或者降温,使废水中具有、结晶:通过蒸发浓缩或者降温,使废水中具有结结 晶性能晶性能的溶质达到的溶质达到过饱和状态过饱和状态;从而将;从而将 多余的溶质结晶出来。多余的溶质结晶出来。;4.1.1 4.1.1 蒸发法蒸发法一、基本原理一、基本原理(1)汽化:水分子逸入大气,变成蒸气的过程)汽化:水分子逸入大气,变成蒸气的过程;蒸发汽化:沸点以下进行的蒸发汽化:沸点以下进行的表面汽化表面汽化;沸腾汽化:沸点时发生的沸腾汽化:沸点时发生的内部汽化过程内部汽化过程;(2)蒸发过程的物料衡算:)蒸发过程的物料
3、衡算:A、一次蒸气:用于加热废水,使之沸腾蒸发的蒸气;、一次蒸气:用于加热废水,使之沸腾蒸发的蒸气;B、二次蒸气:废水在蒸发器内沸腾蒸发,逸出蒸气;、二次蒸气:废水在蒸发器内沸腾蒸发,逸出蒸气;C、蒸发前后溶质量不变;、蒸发前后溶质量不变;G1B1=G2B2+G3B3=G2B2+(G1-G2)B3 浓缩后的溶质浓度:浓缩后的溶质浓度:B3=(G1B1-G2B2)/G3;蒸发浓缩倍数:蒸发浓缩倍数:31211GGGGG 去除效率:去除效率:(%)100121BBBG-水量;水量;B-溶质的浓度;溶质的浓度;二、蒸发工艺二、蒸发工艺(1)单效蒸发工艺系统)单效蒸发工艺系统 定义:二次蒸气冷凝后排出
4、,不再利用定义:二次蒸气冷凝后排出,不再利用(2)多效蒸发工艺系统)多效蒸发工艺系统 A、定义:多次利用二次蒸气进行蒸发的工艺、定义:多次利用二次蒸气进行蒸发的工艺;B、条件:前一级产生的、条件:前一级产生的二次蒸气的温度必须高于后二次蒸气的温度必须高于后 一级的废水沸腾温度一级的废水沸腾温度;C、类型:并联式、顺流串联式、逆流串联式;、类型:并联式、顺流串联式、逆流串联式;三、蒸发法处理废水的应用三、蒸发法处理废水的应用 (1)浓缩放射性废水:)浓缩放射性废水:蒸发浓缩后,浓缩液密闭固封,让其自然衰变;蒸发浓缩后,浓缩液密闭固封,让其自然衰变;(2)浓缩高浓度有机废水;)浓缩高浓度有机废水;
5、蒸发浓缩后,综合利用或焚烧处理;蒸发浓缩后,综合利用或焚烧处理;(3)浓缩和回收废酸、废碱液;)浓缩和回收废酸、废碱液;4.1.2 4.1.2 结晶法结晶法 (1)定义:)定义:通过通过,使溶液达到,使溶液达到,让多余的溶质结晶析出,加以回收利用让多余的溶质结晶析出,加以回收利用;(2)结晶条件:)结晶条件:过饱和状态过饱和状态 改变温度改变温度、移去部分溶剂移去部分溶剂(3)物质的溶解度及溶解曲线;)物质的溶解度及溶解曲线;物质的溶解度随温度升高而物质的溶解度随温度升高而 增大;增大;KNO3、NaNO3 物质的溶解度曲线有折点物质的溶解度曲线有折点 ;Na2SO410H2O 物质的溶解度受
6、温度影响很小;物质的溶解度受温度影响很小;NaCl(4)晶体过程的控制)晶体过程的控制 晶核的形成;晶核的形成;晶核的长大;晶核的长大;晶核的形成速率晶核的形成速率 晶体的成长速率,晶粒小而多;晶体的成长速率,晶粒小而多;晶核的形成速率晶核的形成速率 晶体的成长速率,晶粒大而少;晶体的成长速率,晶粒大而少;4.1.3 4.1.3 冷冻法冷冻法 (1 1)目的)目的 浓缩高浓度有机或无机废液;浓缩高浓度有机或无机废液;从废水中制取脱盐的高品质用水;从废水中制取脱盐的高品质用水;(2)工艺过程)工艺过程 冻结;冻结;固液分离;固液分离;洗涤与融化;洗涤与融化;(3)流程及方法)流程及方法 流程:流
7、程:浓缩液高品质水融化室纯净的冰冰桨净水淋洗固液分离结晶固体降温分离室冷冻室热交换器废水4.2 4.2 吹脱和汽提吹脱和汽提4.2.1 4.2.1 概述概述 (1)分离实质:气)分离实质:气液相转移分离;液相转移分离;(2)分离过程:)分离过程:气体(载气)气体(载气)废水废水 溶解气体溶解气体 或易挥发溶质或易挥发溶质 气液界面气液界面气相气相实现污染物的去除实现污染物的去除(3)载气类型)载气类型 A、吹脱:空气(伴随充氧和化学氧化作用)、吹脱:空气(伴随充氧和化学氧化作用)B、汽提:水蒸汽、汽提:水蒸汽4.2.2 4.2.2 吹脱法(吹脱法()(1)气液相平衡理论)气液相平衡理论 亨利定
8、律:亨利定律:P*=E Xi(平衡状态平衡状态);(2)传质速度)传质速度 当当P P*由气相向液相传质;由气相向液相传质;提高传质速度的方法:提高传质速度的方法:提高水温;提高水温;使用新鲜空气或负压操作;使用新鲜空气或负压操作;增大气液接触面积;增大气液接触面积;增大接触时间;增大接触时间;(3)吹脱设备)吹脱设备 A、吹脱池(曝气池)、吹脱池(曝气池)自然吹脱池:自然吹脱池:强化吹脱:强化吹脱:吹脱效果:吹脱效果:吹脱时间吹脱时间 水层高度水层高度 接触面积接触面积 适用条件:适用条件:溶解气体极易挥发;溶解气体极易挥发;水温较高;水温较高;风速较大;风速较大;有开阔地段,不产生二次污染
9、的场合;有开阔地段,不产生二次污染的场合;B、吹脱塔、吹脱塔 功能:功能:提高吹脱效率,回收有用气体提高吹脱效率,回收有用气体;防止二次污染;防止二次污染;类型:类型:填料塔、板式塔填料塔、板式塔;板式塔的主要特征:板式塔的主要特征:(4)吹脱气体量:)吹脱气体量:Q废水流量,废水流量,m3h;c0 0原水中的气体浓度,原水中的气体浓度,mgL;c出水中的气体浓度,出水中的气体浓度,mgL;hkgccQG/,10)(30 (5)吹脱影响因素:)吹脱影响因素:温度:升温对吹脱有利温度:升温对吹脱有利 气水比:工程上常采用气水比:工程上常采用80作为设计气水比作为设计气水比 pH值:值:游离游离H
10、2S和和HCN与与pH的关系的关系4.2.3 4.2.3 汽提法汽提法(1)去除对象:)去除对象:脱除挥发性溶解物质:脱除挥发性溶解物质:(2)分离过程:)分离过程:废水与废水与水蒸气水蒸气直接接触;直接接触;水中挥发性物质扩散到气相中;水中挥发性物质扩散到气相中;实现废水中污染物的分离;实现废水中污染物的分离;(3)含酚废水的处理)含酚废水的处理 上段:汽提段上段:汽提段 A、汽提塔、汽提塔 下段:再生段下段:再生段 B、流程、流程 汽提段:汽提段:脱除废水中酚脱除废水中酚 再生段:再生段:用碱液从蒸汽中吸收酚用碱液从蒸汽中吸收酚(4)含硫废水的处理)含硫废水的处理4.3 4.3 吸附法吸附
11、法(Absorption)(Absorption)4.3.1 4.3.1 概述概述 (1 1)定义:利用)定义:利用多孔性多孔性的的固体物质固体物质,水废水中的一种或,水废水中的一种或 多种物质被吸附在固体表面而去除的方法:多种物质被吸附在固体表面而去除的方法:(2)吸附对象:)吸附对象:溶解性有机质溶解性有机质 微生物微生物 痕量重金属痕量重金属(3)吸附类型:物理吸附和化学吸附)吸附类型:物理吸附和化学吸附吸吸 附附 特特 征征 对对 比比 表表(4)吸附剂)吸附剂 A、要求、要求 表面积大;表面积大;吸附容量大;吸附容量大;机械强度大;机械强度大;化学稳定性强;化学稳定性强;价格低廉;价
12、格低廉;来源广泛;来源广泛;B、类型、类型 活性炭活性炭 硅藻土硅藻土 磺化煤磺化煤 活化煤活化煤 腐殖质酸腐殖质酸 焦炭焦炭 活性白土活性白土 C、吸附机理、吸附机理 细孔构造(小、中、大孔);细孔构造(小、中、大孔);化学不饱和性(石墨型晶体);化学不饱和性(石墨型晶体);4.3.2 4.3.2 吸附平衡与吸附速度吸附平衡与吸附速度(1)吸附平衡)吸附平衡 吸附过程:吸附质被吸附剂吸附;吸附过程:吸附质被吸附剂吸附;解吸过程:吸附质脱离吸附剂表面回到液相中;解吸过程:吸附质脱离吸附剂表面回到液相中;吸附平衡:吸附速度解吸速度;吸附平衡:吸附速度解吸速度;平衡浓度:吸附平衡时吸附质在溶液中残
13、余浓度;平衡浓度:吸附平衡时吸附质在溶液中残余浓度;吸附量:单位重量吸附剂所吸附的吸附质的量;吸附量:单位重量吸附剂所吸附的吸附质的量;mxmCCVq)(0式中:式中:q单位重量吸附剂所吸附物质量,单位重量吸附剂所吸附物质量,g/g;V废水体积,废水体积,L;x被吸附量,被吸附量,g;m投加吸附剂投加吸附剂(活性炭活性炭)量,量,g;C0吸附前污水中吸附质质浓度,吸附前污水中吸附质质浓度,g/L;C吸附平衡时水中剩余的吸附质浓度,吸附平衡时水中剩余的吸附质浓度,g/L;【例题分析例题分析】例例4-1用活性炭吸附水中色素试验方程式为:用活性炭吸附水中色素试验方程式为:q=3.9Cq=3.9C0.
14、50.5,今有今有100L100L溶液,色素浓度为溶液,色素浓度为0.05g/L0.05g/L,欲将色素除去,欲将色素除去90%90%,需加多少活性炭?需加多少活性炭?解:平衡时的解:平衡时的C=0.05C=0.05(1-90%)=0.005(g/L)(1-90%)=0.005(g/L)故故 q=3.9q=3.90.0050.0050.50.5=0.276(g/g)=0.276(g/g)由由 得:得:mCCVq)(0gqCCVm3.16276.0)005.005.0(100)(0(2)吸附等温线()吸附等温线(吸附量与平衡浓度关系曲线吸附量与平衡浓度关系曲线)A、Freurldlich型型;,
15、;/;)(1常数吸附质平衡浓度吸附量经验式nKLgCqKCqnCnKqlg1lglg1/n=0.1-0.5 易吸附易吸附1/n2 难吸附难吸附qC吸附等温线吸附等温线bCabCq1 B、Langmuir型:型:适用条件:单分子层吸附适用条件:单分子层吸附aCabq1111式中:式中:q吸附量;吸附量;C吸附质平衡浓度;吸附质平衡浓度;a、b分别为与吸附量,吸附能量有关的常数;分别为与吸附量,吸附能量有关的常数;吸附等温线吸附等温线qCa C、BET型(型(Brunauer-Emmett-Teller)适用条件:多分子层吸附;适用条件:多分子层吸附;)/)(1(1)(0sSCCBCCBCqq 式
16、中:式中:Cs吸附质的饱和浓度;吸附质的饱和浓度;C吸附质的平衡浓度;吸附质的平衡浓度;q0分别表示单分子层吸附时的最大吸附量;分别表示单分子层吸附时的最大吸附量;B 与吸附能量有关的常数;与吸附能量有关的常数;sSCCBqBBqqCCC0011)(qCC CS S吸附等温线吸附等温线(3)吸附速度)吸附速度 吸附速度吸附速度 接触时间接触时间 吸附设备容积吸附设备容积 吸附速度取决于吸附剂对吸附质的吸附速度取决于吸附剂对吸附质的吸附过程吸附过程:吸附过程吸附过程:颗粒的外部扩散阶段(慢);颗粒的外部扩散阶段(慢);颗粒的内部扩散阶段(慢);颗粒的内部扩散阶段(慢);吸附反应阶段吸附反应阶段(
17、快快);(细孔内表面细孔内表面)(4)影响吸附的因素)影响吸附的因素 吸附剂的性质吸附剂的性质 吸附剂的比表面积;吸附剂的比表面积;吸附剂的种类;吸附剂的种类;吸附剂的颗粒大小、细孔构造和分布、表面化学性质;吸附剂的颗粒大小、细孔构造和分布、表面化学性质;吸附质的性质吸附质的性质 溶解度(低有利于吸附)溶解度(低有利于吸附)表面自由能表面自由能 极性极性 吸附质分子的大小和不饱和度;吸附质分子的大小和不饱和度;吸附质的浓度;吸附质的浓度;废水的废水的pHpH值值 共存物质共存物质 温度:升高温度,吸附量减少;温度:升高温度,吸附量减少;接触时间接触时间(5)活性炭柱吸附操作)活性炭柱吸附操作
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