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1、第十三章第十三章 工业废水的物理化学处理工业废水的物理化学处理l混凝法混凝法l气浮法气浮法l吸附法吸附法l离子交换法离子交换法l膜分离法（膜析法）膜分离法（膜析法）第一节第一节 混凝法混凝法处理对象：水中微小悬浮物和胶体物质处理对象：水中微小悬浮物和胶体物质(1nm100m)混凝：水中胶体离子以及微小悬浮物的聚集过程，混凝：水中胶体离子以及微小悬浮物的聚集过程，是凝聚和絮凝的总称。是凝聚和絮凝的总称。混凝的作用：降低废水浊度、色度；除磷；混凝的作用：降低废水浊度、色度；除磷；改善污泥的脱水性能；改善污泥的脱水性能；污泥气浮浓缩污泥气浮浓缩一、混凝原理一、混凝原理1.胶体的稳定性胶体的稳定性 指
2、胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。水化作用水化作用 动力学稳定性动力学稳定性聚集稳定性聚集稳定性“双电层双电层”结构形成结构形成电位电位颗粒布朗运动对抗重力影响的能力颗粒布朗运动对抗重力影响的能力胶体粒子之间因表面同性电荷相斥或水胶体粒子之间因表面同性电荷相斥或水化膜的阻碍作用而不能相互聚集的特性化膜的阻碍作用而不能相互聚集的特性胶体双电层结构示意图胶体双电层结构示意图2.混凝原理混凝原理(1)压缩双电层作用压缩双电层作用(2)吸附吸附电性中和作用电性中和作用 降低或消除胶粒的降低或消除胶粒的电位。在水中加入电解质可达此电位。在水中加入电解质
3、可达此目的，其作用是压缩胶体双电层目的，其作用是压缩胶体双电层-为保持胶体电性为保持胶体电性中和所要求的扩散层厚度，从而使胶体滑动面上的中和所要求的扩散层厚度，从而使胶体滑动面上的电位降低。电位降低。港湾处泥砂沉积现象港湾处泥砂沉积现象 在水处理中，压缩双电层作用不能解释混凝剂投量过在水处理中，压缩双电层作用不能解释混凝剂投量过多时胶体重新稳定的现象。实际上，当水中铝盐投量过多多时胶体重新稳定的现象。实际上，当水中铝盐投量过多时，水中原来负电荷胶体可变成带正荷的胶体。根据近代时，水中原来负电荷胶体可变成带正荷的胶体。根据近代理论，这是由于带负电荷胶核直接吸附了过多的正电荷聚理论，这是由于带负电
4、荷胶核直接吸附了过多的正电荷聚合离子的结果。这种吸附力，绝非单纯静电力，一般认为合离子的结果。这种吸附力，绝非单纯静电力，一般认为还存在范德华力、氢键及共价键等。还存在范德华力、氢键及共价键等。从图从图(2)和图和图(3)的区别可看出两种作用机理的区别。在水处理，一的区别可看出两种作用机理的区别。在水处理，一般均投加高价电解质般均投加高价电解质(如三价铝或铁盐如三价铝或铁盐)或聚合离子。以铝盐为例，或聚合离子。以铝盐为例，只有当水的只有当水的PH3时，时，A1(H2O6)3+才起压缩扩散双电层作用。当才起压缩扩散双电层作用。当PH3时，水中便出现聚合离子及多核经基配合物。这些物质往往会时，水中
5、便出现聚合离子及多核经基配合物。这些物质往往会吸附在胶核表面，分子量愈大，吸附作用愈强。吸附在胶核表面，分子量愈大，吸附作用愈强。(3)吸附架桥作用机理吸附架桥作用机理 吸附架桥：吸附架桥：高分子链的一端吸附某一胶粒后，另高分子链的一端吸附某一胶粒后，另 一端伸一端伸入水中又吸附另一胶粒，微粒通过高分子吸附架桥颗粒逐渐入水中又吸附另一胶粒，微粒通过高分子吸附架桥颗粒逐渐变大，最终形成肉眼可见的粗大絮凝体（矾花）。由高分子变大，最终形成肉眼可见的粗大絮凝体（矾花）。由高分子物质吸附架桥而使胶粒相互黏结的过程，通常称为絮凝。物质吸附架桥而使胶粒相互黏结的过程，通常称为絮凝。胶体保护：当全部胶粒的吸
6、附面均被高分子覆盖以后，两胶体保护：当全部胶粒的吸附面均被高分子覆盖以后，两 胶粒接近时，就受到高分子的阻碍而不能聚集。这种阻碍来胶粒接近时，就受到高分子的阻碍而不能聚集。这种阻碍来源于高分子之间的相互排斥。源于高分子之间的相互排斥。因此，高分子物质投量过少不足以将胶粒架桥联接起来，因此，高分子物质投量过少不足以将胶粒架桥联接起来，投量过多又会产生胶体保护作用。故高分子混凝剂投量通常投量过多又会产生胶体保护作用。故高分子混凝剂投量通常由试验决定。由试验决定。l 凝聚和絮凝总称为混凝，双电层作用和吸附架桥作用，凝聚和絮凝总称为混凝，双电层作用和吸附架桥作用，对于不同类型的混凝剂，表现出的作用程度
7、并不相同。对于不同类型的混凝剂，表现出的作用程度并不相同。l 对于高分子混凝剂特别是有机高分子混凝剂来说，对于高分子混凝剂特别是有机高分子混凝剂来说，吸附吸附架桥架桥起决定作用；起决定作用；l 对对 AL2(SO4)3 等无机盐混凝剂来说，等无机盐混凝剂来说，吸附架桥吸附架桥作用和作用和双双电层电层作用均具有重要作用。作用均具有重要作用。(4)沉淀物的网捕卷扫作用沉淀物的网捕卷扫作用l 当铝盐或铁盐混凝剂投量很大而形成大量氢氧化物沉淀时当铝盐或铁盐混凝剂投量很大而形成大量氢氧化物沉淀时可以网捕、卷扫水中胶粒以致产生沉淀分离，称卷扫或网可以网捕、卷扫水中胶粒以致产生沉淀分离，称卷扫或网捕作用。捕
8、作用。l 这种作用，基本上是一种机械作用，所需混凝剂量与原这种作用，基本上是一种机械作用，所需混凝剂量与原水杂质含量成反比，即原水胶体杂质含量少时，所需混凝剂水杂质含量成反比，即原水胶体杂质含量少时，所需混凝剂多，反之亦然。多，反之亦然。二、混凝剂和助凝剂二、混凝剂和助凝剂名称化学式硫酸铝Al2(SO4)318H2O明矾KAl(SO4)212H2ONH4Al(SO4)212H2O聚合氯化铝(PAC)Al2(OH)nCl6-nm聚合硫酸铝(PAS)Al2(OH)n(SO4)3-n/2m三氯化铁FeCl36H2O硫酸亚铁FeSO47H2O聚合硫酸铁(PFS)Fe2(OH)nCl6-nm1.无机混凝
9、剂无机混凝剂2.有机高分子混凝剂有机高分子混凝剂合成的有机高分子混凝剂 天然改性有机高分子混凝剂 兼具絮凝作用的植物胶改性多功能水处理剂 如聚丙稀酰胺如聚丙稀酰胺(PAM)兼具絮凝、缓蚀、阻垢、杀菌等多种功能的合兼具絮凝、缓蚀、阻垢、杀菌等多种功能的合成有机高分子水处理剂，如聚吡啶和聚喹啉的成有机高分子水处理剂，如聚吡啶和聚喹啉的季胺衍生物季胺衍生物，聚表卤代醇噻嗪季胺盐等聚表卤代醇噻嗪季胺盐等 3.微生物絮凝剂微生物絮凝剂 微生物絮凝剂是一类由微生物产生的代谢产物，主微生物絮凝剂是一类由微生物产生的代谢产物，主要成分有糖蛋白、多糖、蛋白质、纤维素和要成分有糖蛋白、多糖、蛋白质、纤维素和DNA
10、等。等。它是利用微生物技术，通过细菌、真菌等微生物发酵、它是利用微生物技术，通过细菌、真菌等微生物发酵、提取、精制而得到的，是具有生物分解性和安全性的新提取、精制而得到的，是具有生物分解性和安全性的新型、高效、无毒、无二次污染的水处理剂。型、高效、无毒、无二次污染的水处理剂。直接利用微生物细胞的絮凝剂 利用微生物细胞提取物的絮凝剂 利用微生物细胞代谢产物的絮凝剂 4.助凝剂助凝剂 当单独使用混凝剂不能取得预期效果时，需投加某当单独使用混凝剂不能取得预期效果时，需投加某种辅助药剂以提高混凝效果，这种药剂称为助凝剂。种辅助药剂以提高混凝效果，这种药剂称为助凝剂。作用：作用：1)改善絮凝体结构，促使
11、细小而松散的絮粒变得改善絮凝体结构，促使细小而松散的絮粒变得 粗大而密实；粗大而密实；2)调节或改善絮凝条件。调节或改善絮凝条件。常用助凝剂：骨胶、聚丙稀酰胺、活化硅酸、海藻酸钠常用助凝剂：骨胶、聚丙稀酰胺、活化硅酸、海藻酸钠三、影响混凝效果的主要因素三、影响混凝效果的主要因素1.水温水温低温水处理困难的原因：低温水处理困难的原因：1)混凝剂水解困难；混凝剂水解困难；2)低温水粘度大，布朗运动强度减弱，碰撞机会减少；低温水粘度大，布朗运动强度减弱，碰撞机会减少；3)颗粒水化作用增强，妨碍胶体凝聚颗粒水化作用增强，妨碍胶体凝聚 克服水温低、效果差的措施：克服水温低、效果差的措施：1)增加混凝剂的
12、投量，以改善颗粒之间的碰撞条件。增加混凝剂的投量，以改善颗粒之间的碰撞条件。2)投加助凝剂（如活化硅酸）或粘土以增加绒体重量和强投加助凝剂（如活化硅酸）或粘土以增加绒体重量和强度，提高沉速。度，提高沉速。2.pH值和碱度值和碱度 水的水的pH对混凝效果影响很大，对一般的浑浊水，投硫酸对混凝效果影响很大，对一般的浑浊水，投硫酸铝的最佳铝的最佳pH范围为范围为6.5 7.5。我们知道，我们知道，AL2(SO4)3在水解过程中要产生在水解过程中要产生H+，它与水中它与水中HCO3-(碱度碱度)作用生成作用生成CO2。H+HCO3-=CO2+H2O 这使这使水中碳酸平衡发生变化，水中碳酸平衡发生变化，
13、pH相应地降低相应地降低.l当投药量较少，原水的碱度又较大时，由于水中的碳酸化合物的当投药量较少，原水的碱度又较大时，由于水中的碳酸化合物的缓冲作用，水的缓冲作用，水的 PH 值略有降低，对混凝效果不会有大的影响。值略有降低，对混凝效果不会有大的影响。l 当投药量较大，原水的碱度小时，水中的碱度以不足以中和水当投药量较大，原水的碱度小时，水中的碱度以不足以中和水解产生的酸时，水的解产生的酸时，水的PH将大幅度下降，以至降至最优混凝条件以将大幅度下降，以至降至最优混凝条件以下。这时便不能获得良好的混凝效果，为了保持水的下。这时便不能获得良好的混凝效果，为了保持水的 pH 值在混值在混凝过程中始终
14、处于最优范围内需向水中投加碱剂，既对水进行碱凝过程中始终处于最优范围内需向水中投加碱剂，既对水进行碱化。一般投加化。一般投加 CaO.3.水中杂质的成分、性质和浓度水中杂质的成分、性质和浓度5.水力条件水力条件提高低浊原水混凝效果，采用措施：提高低浊原水混凝效果，采用措施：1)投加助凝剂；投加助凝剂；2)投加矿物颗粒以增加混凝剂水解产物的凝结中心投加矿物颗粒以增加混凝剂水解产物的凝结中心,提高提高颗粒碰撞速率并增加絮凝体密度；颗粒碰撞速率并增加絮凝体密度；3)直接过滤法；直接过滤法；混合阶段混合阶段反应阶段反应阶段4.混凝剂的影响混凝剂的影响混凝剂的种类、投加量、投加顺序混凝剂的种类、投加量、
15、投加顺序G=7001000s-1G=2070s-1；GT11041105四、化学混凝设备四、化学混凝设备1.混凝剂的配制和投加设备混凝剂的配制和投加设备(1)混凝剂的溶解和配制混凝剂的溶解和配制溶液池容积计算溶液池容积计算溶解池容积计算溶解池容积计算W1(0.20.3)W2 qv处理的水量（处理的水量（m3/h)；A混凝剂的最大投量（混凝剂的最大投量（mg/l)；c溶液浓度，一般取（溶液浓度，一般取（c=10 20）n每日调制次数每日调制次数 2 6次次(2)混凝剂溶液的投加混凝剂溶液的投加水射器投加、泵前投加水射器投加、泵前投加2.混合设备混合设备水泵混合水泵混合隔板混合隔板混合机械混合机械
16、混合对混合设备的要求：对混合设备的要求：1)药剂与水混合均匀，快速剧烈；药剂与水混合均匀，快速剧烈；2)混合时间不易超过混合时间不易超过2分钟，分钟，混合时间一般为混合时间一般为1030s，时间时间长生成的绒粒被打碎；长生成的绒粒被打碎；3)在保证充分混合的条件下，水头损失不要太大；在保证充分混合的条件下，水头损失不要太大；4)在保证充分混合的条件下，设备要简单经济。在保证充分混合的条件下，设备要简单经济。流过孔道时的流速不应小于流过孔道时的流速不应小于1m/s，池内平池内平均流速不小于均流速不小于0.6m/s桨板的外缘线速度一般用桨板的外缘线速度一般用2m/s管式混合管式混合2.静态混合器静
17、态混合器3.反应设备反应设备水力搅拌水力搅拌机械搅拌机械搅拌4.澄清池澄清池 能够同时实现混凝剂与原水的混合、反应和絮体沉降能够同时实现混凝剂与原水的混合、反应和絮体沉降三种功能的设备三种功能的设备机械加速澄清池机械加速澄清池 由于混凝剂混凝浑水后新生成的泥渣尚有大量的未饱由于混凝剂混凝浑水后新生成的泥渣尚有大量的未饱和的活性集团，和的活性集团，能继续吸附和粘附水中的悬浊物质能继续吸附和粘附水中的悬浊物质，所以，所以有净水作用。有净水作用。泥渣具有疏松的结构和很大的表面积，浑水的混凝过泥渣具有疏松的结构和很大的表面积，浑水的混凝过程在泥渣的团体表面上进行（程在泥渣的团体表面上进行（接触凝聚接触
18、凝聚）要比在水中进行）要比在水中进行（自由凝聚）强的多，所以也提高了混凝效果。（自由凝聚）强的多，所以也提高了混凝效果。悬浮泥渣层具有很高的浓度（从数百到数千悬浮泥渣层具有很高的浓度（从数百到数千mg/l）,能能大大地大大地增加泥渣之间的碰撞机会，促进絮凝颗粒的增大增加泥渣之间的碰撞机会，促进絮凝颗粒的增大，这样就提高了絮凝体的沉淀速度，试验表明，当上升这样就提高了絮凝体的沉淀速度，试验表明，当上升 提高提高1mm/s左右时，仍能获得良好的出水水质。这个流速值较左右时，仍能获得良好的出水水质。这个流速值较沉淀池提高了约沉淀池提高了约1倍。倍。泥渣净水的作用泥渣净水的作用第二节第二节 气浮法气浮
19、法气浮法：利用高度分散的微小气泡作为载体去粘附气浮法：利用高度分散的微小气泡作为载体去粘附废水中的污染物，使其密度小于水而上浮到水面实现废水中的污染物，使其密度小于水而上浮到水面实现固液或液液分离的过程。固液或液液分离的过程。气浮法应用：气浮法应用：分离地面水中的细小悬浮物、藻类及微絮体；分离地面水中的细小悬浮物、藻类及微絮体；回收工业废水中的有用物质，如回收纸浆纤维等回收工业废水中的有用物质，如回收纸浆纤维等 代替二沉池分离和浓缩剩余污泥；代替二沉池分离和浓缩剩余污泥；分离回收含油废水中的悬浮油和乳化油；分离回收含油废水中的悬浮油和乳化油；分离回收以分子或离子状态存在的目的物，如表分离回收以
20、分子或离子状态存在的目的物，如表面活性剂和金属离子。面活性剂和金属离子。与沉淀法相比，气浮法特点：与沉淀法相比，气浮法特点：负荷高，停留时间短，占地少；负荷高，停留时间短，占地少；气浮池具有预曝气的作用；气浮池具有预曝气的作用；可处理很难用沉淀法去除的低浊含藻水；可处理很难用沉淀法去除的低浊含藻水；浮渣含水率低；浮渣含水率低；可回收有用物质；可回收有用物质；所需药剂节省；所需药剂节省；电耗大、减压释放器易堵、浮渣怕较大风雨袭击。电耗大、减压释放器易堵、浮渣怕较大风雨袭击。实现气浮的必要条件：实现气浮的必要条件：必须提供足够的微小气泡必须提供足够的微小气泡必须使气泡与污染物粘附必须使气泡与污染物
21、粘附必须使污水中的污染物质呈悬浮状态必须使污水中的污染物质呈悬浮状态一、气浮的理论基础一、气浮的理论基础 1.颗粒与气泡粘附条件；颗粒与气泡粘附条件；界面能的减少值界面能的减少值W：接触角接触角90,疏水表疏水表面，易于面，易于为气泡粘附；气泡粘附；接触角接触角90,亲水表水表面，不易面，不易为气泡粘附。气泡粘附。W，推，推动力越大，易于气浮力越大，易于气浮2.泡沫的稳定性；泡沫的稳定性；3.界面电现象及混凝剂脱稳：界面电现象及混凝剂脱稳：气泡合并作用气泡合并作用；投加起泡剂，即表面活性剂，使气泡稳定投加起泡剂，即表面活性剂，使气泡稳定。活性活性剂投加量是气浮池投加量是气浮池设计的关的关键。疏
22、水性离子，在活性剂疏水性离子，在活性剂多时，产生双电层现象，多时，产生双电层现象，发生乳化，需投加混凝发生乳化，需投加混凝剂破乳；剂破乳；对于细小的亲水性颗粒，对于细小的亲水性颗粒，还可投加浮选剂。还可投加浮选剂。二、气浮方法分类二、气浮方法分类电解气浮法电解气浮法散气气浮法散气气浮法溶气气浮法溶气气浮法扩散板曝气气浮法扩散板曝气气浮法叶轮气浮法叶轮气浮法第三节第三节 吸附法吸附法吸附法：利用多孔性固体物质，使废水中的一种或多吸附法：利用多孔性固体物质，使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。种物质被吸附在固体表面而去除的方法。吸附：在相界面上，物质的浓度自动发生累积或浓吸附：在
23、相界面上，物质的浓度自动发生累积或浓集的现象称为吸附。集的现象称为吸附。处理对象：难降解的有机物处理对象：难降解的有机物吸附类型吸附类型物理吸附：物理吸附：化学吸附化学吸附:分子间力；吸附热小；可逆性；无分子间力；吸附热小；可逆性；无选择性；单层或多层吸附选择性；单层或多层吸附化学键力；吸附热较大；不可逆性；化学键力；吸附热较大；不可逆性；选择性；单层吸附选择性；单层吸附一、吸附及吸附类型一、吸附及吸附类型二、吸附剂二、吸附剂1.活性炭活性炭比表面积大，吸附能力强比表面积大，吸附能力强废水处理中常用吸附剂：活性炭、磺化煤、活化煤、废水处理中常用吸附剂：活性炭、磺化煤、活化煤、沸石，活性白土、硅
24、藻土、腐殖质酸、焦炭、木炭、沸石，活性白土、硅藻土、腐殖质酸、焦炭、木炭、木屑等木屑等小孔小孔(半径半径2时，时，难吸附难吸附表示吸附等温线的方程式表示吸附等温线的方程式1/n较大时，最好用连续式操作较大时，最好用连续式操作1/n较小时，最好用间歇式操作较小时，最好用间歇式操作2)朗格缪尔等温式朗格缪尔等温式假设为单分子层吸附假设为单分子层吸附取倒数取倒数1/q与与1/C成直线关系，计算成直线关系，计算a，b值值四、吸附速度四、吸附速度1.定义：单位重量的吸附剂在单位时间内所吸附定义：单位重量的吸附剂在单位时间内所吸附的物质量。的物质量。决定了废水和吸附剂的接触时间，决定了废水和吸附剂的接触时
25、间，v，t，所，所需吸附需吸附设备设备容容积积就越小。就越小。2.吸附过程三阶段吸附过程三阶段吸附过程吸附过程外部扩散阶段外部扩散阶段孔隙扩散阶段孔隙扩散阶段吸附反应阶段吸附反应阶段吸附质吸附质液膜液膜吸附剂外表面吸附剂外表面吸附剂外表面吸附剂外表面细孔深处细孔深处(吸附点吸附点)吸附质被吸附在细孔内表面上吸附质被吸附在细孔内表面上外部扩散速度外部扩散速度与与C0成正比成正比与膜表面积成正比与膜表面积成正比 dvv与搅动程度有关与搅动程度有关内部扩散速度：与吸附剂细孔大小、结构，吸附质颗粒内部扩散速度：与吸附剂细孔大小、结构，吸附质颗粒的大小、结构等因素有关的大小、结构等因素有关五、影响吸附的
26、因素五、影响吸附的因素1.吸附剂的性质吸附剂的性质2.吸附质的性质吸附质的性质比表面积比表面积，吸附能力，吸附能力吸附剂颗粒大小、细孔构造与分布及表面化学性质吸附剂颗粒大小、细孔构造与分布及表面化学性质相似相溶原理相似相溶原理溶解度越低，越易吸附溶解度越低，越易吸附使液体表面自由能降低越多，越易吸附使液体表面自由能降低越多，越易吸附极性极性分子大小和不饱和程度分子大小和不饱和程度浓度越大，越易吸附浓度越大，越易吸附3.污水的污水的pH值值4.共存物质共存物质5.温度温度活性炭一般在酸性溶液中比在碱性溶液中有较高的吸附率活性炭一般在酸性溶液中比在碱性溶液中有较高的吸附率多种吸附质时，吸附剂对某种
27、吸附质的吸附能力差多种吸附质时，吸附剂对某种吸附质的吸附能力差6.接触时间接触时间六、吸附工艺和设备六、吸附工艺和设备1.静态吸附静态吸附在废水不流动的情况下，进行的操作在废水不流动的情况下，进行的操作2.动态吸附动态吸附把一定量的吸附剂投加与欲处理的废水中，不断进行把一定量的吸附剂投加与欲处理的废水中，不断进行搅拌，达到吸附平衡后，再用沉淀或过滤的方法使废搅拌，达到吸附平衡后，再用沉淀或过滤的方法使废水和吸附剂分开。水和吸附剂分开。固定床固定床移动床移动床流化床流化床吸吸附附设设备备升流式升流式降流式降流式吸附剂在塔内处于流化状态吸附剂在塔内处于流化状态第四节第四节 离子交换法离子交换法应用
28、：去除水中金属离子应用：去除水中金属离子离子交换法：不溶性的离子化合物上的可交换离子离子交换法：不溶性的离子化合物上的可交换离子与溶液中的其它同性离子的交换反应。与溶液中的其它同性离子的交换反应。K：离子交换选择系数；其值越大，越利于交换反应离子交换选择系数；其值越大，越利于交换反应一、常用交换剂一、常用交换剂一、常用交换剂一、常用交换剂磺化煤和离子交换树脂磺化煤和离子交换树脂1.树脂的构造（树脂的构造（R-SO3-H+）惰性骨架惰性骨架 活性基团活性基团 固定部分固定部分 可解离部分可解离部分H（R表示树脂母体，及表示树脂母体，及牢固结合在其上面的固定离子）牢固结合在其上面的固定离子）1）按
29、电性分）按电性分 阳离子交换树脂；阳离子交换树脂；阴离子交换树脂阴离子交换树脂 2）按活性基团的解离常数大小）按活性基团的解离常数大小:强酸性阳离子交换树脂强酸性阳离子交换树脂K 弱酸性阳离子交换树脂弱酸性阳离子交换树脂K 强碱性阴离子交换树脂强碱性阴离子交换树脂K 弱碱性阴离子交换树脂弱碱性阴离子交换树脂K 3）凝胶型、大孔型与等孔型凝胶型、大孔型与等孔型2.树脂分类树脂分类磺化煤价格较便宜，但交换容磺化煤价格较便宜，但交换容量低，机械强度差。性能随着量低，机械强度差。性能随着煤质不同而变化，现已逐渐由煤质不同而变化，现已逐渐由树脂所替代树脂所替代1）外观：外观：外外观观是是透透明明半半透透
30、明明。颜颜色色有有黄黄、白白、褐褐色色。主主要要取取决决于于原原料料种种类类和和数数量量。形形状状：球球形形优优点点：产产品品效效率率高高，表表面面积积大大，水水力力条条件件好，损失小，耐磨。好，损失小，耐磨。2）粒径：选择粒径粒径：选择粒径d主要对生产工艺有影响。主要对生产工艺有影响。D小小，当当然然表表面面大大，交交换换速速度度快快，交交换换容容易易利利用用较较充充分分，但但阻阻力力小，浪费水头，易流失。小，浪费水头，易流失。工程上选工程上选d0.2mm 国产的一般都在国产的一般都在0.31.2mm。3）溶胀性：膨胀体积占全体积的百分率；分两个方面。）溶胀性：膨胀体积占全体积的百分率；分两
31、个方面。A 惰性骨架内的活性基团亲水，使水涌入骨架内。惰性骨架内的活性基团亲水，使水涌入骨架内。所所以以：实实际际中中总总是是先先将将树树脂脂溶溶胀胀，然然后后再再装装。一一般般来来说说，高高强强度度的，强性树脂。水合离子半径大的溶胀率大。的，强性树脂。水合离子半径大的溶胀率大。B 转型时，树脂体积发生变化。转型时，树脂体积发生变化。RHRNa（为了运输方便）为了运输方便）一般，强性树脂转型变化不大，弱性树脂转型变化较大。一般，强性树脂转型变化不大，弱性树脂转型变化较大。3.3.交换树脂的性能交换树脂的性能交换树脂的性能交换树脂的性能4）交联度交联度 工业上常用的凝胶型树脂含有工业上常用的凝胶
32、型树脂含有212%的二乙烯苯作为苯乙烯的二乙烯苯作为苯乙烯的交联剂。交联度指二乙烯苯的重量占二乙烯苯和苯乙烯总重的交联剂。交联度指二乙烯苯的重量占二乙烯苯和苯乙烯总重量的百分率。交联度以量的百分率。交联度以710为宜。为宜。5)密度密度 分为湿真密度和湿视密度分为湿真密度和湿视密度 湿湿真真密密度度：指指树树脂脂在在水水中中充充分分溶溶胀胀后后，其其重重量量与与真真实实体体积积（不包括树脂间的孔隙）之比。（不包括树脂间的孔隙）之比。（g/ml）(1.041.30)湿真密度（湿真密度（g/ml）苯乙烯型强酸树脂湿真密度约苯乙烯型强酸树脂湿真密度约1.3g/ml，强碱树脂为强碱树脂为1.1 g/m
33、l。意义：意义：1）决定反洗强度）决定反洗强度 2）混合床水力分级）混合床水力分级 湿视密度：树脂充分溶胀后，其重量与堆积体积之比。（湿视密度：树脂充分溶胀后，其重量与堆积体积之比。（g/ml）一般一般0.60.85g/ml。湿视密度湿视密度6)总交换容量：总交换容量：交交换换容容量量是是树树脂脂最最重重要要的的性性能能，它它定定量量地地表表示示树树脂脂交交换换能能力力地地大大小小。交交换换容容量量的的单单位位mg当当量量/g(干干树树脂脂)或或meq/L(湿湿树树脂脂)。交换容量分为两部分，即。交换容量分为两部分，即总交换容量与工作交换容量总交换容量与工作交换容量。总总交交换换容容量量是是指
34、指单单位位重重量量或或体体积积树树脂脂内内的的交交换换基基团团总总量量或或可可交换离子的总数量。交换离子的总数量。实实质质上上，从从构构造造上上看看，单单位位重重量量或或体体积积的的空空间间网网状状结结构构因因各各苯环末端所苯环末端所“具有具有”的活性基团总数。的活性基团总数。总交换容量是表示单位树脂所能吸附去除离子的最大量。总交换容量是表示单位树脂所能吸附去除离子的最大量。7)工作交换容量：指在给定的条件下树脂实际交换容量工作交换容量：指在给定的条件下树脂实际交换容量。8)含水率：树脂中含水的百分比（含水率：树脂中含水的百分比（4060%）9)有效工作有效工作pH范围范围此范围与树脂内活性基
35、团的解离常数有关。此范围与树脂内活性基团的解离常数有关。由由于于树树脂脂活活性性基基团团分分为为强强酸酸、弱弱酸酸、强强碱碱和和弱弱碱碱，水水的的pH值值势势必必对对它它们们的的交交换换容容量量产产生生影影响响。强强酸酸、强强碱碱树树脂脂的的活活性性基团电离能力强，其交换容量基本与基团电离能力强，其交换容量基本与pH值无关值无关。弱弱酸酸树树脂脂在在水水pH值值低低时时不不电电离离或或只只部部分分电电离离，因因而而只只能能在在碱碱性性溶溶液液中中，才才含含有有较较高高的的交交换换能能力力。弱弱碱碱性性树树脂脂相相反反，在在pH值值高高时时不不电电离离或或只只部部分分电电离离。只只是是在在酸酸性
36、性溶溶液液中中才才含含有有较较高高的的交交换换能能力力。因因此此我我们们得得出出各各种种类类型型树树脂脂的的使使用用有有效效PH值值范围。范围。树脂类树脂类型型强酸性阳离子强酸性阳离子树脂树脂弱酸性阳离子弱酸性阳离子树脂树脂强碱性阳离子树强碱性阳离子树脂脂弱碱性阳离子树弱碱性阳离子树脂脂有效有效PH值范围值范围1-145-141-126-7此外，树脂还应只有一定的耐磨性，耐热性及抗氧化能力。此外，树脂还应只有一定的耐磨性，耐热性及抗氧化能力。4.交换势交换势二、离子交换装置二、离子交换装置二、离子交换装置二、离子交换装置固定床固定床单层床单层床双层床双层床混合床混合床连续床连续床移动床移动床流
37、动床流动床 同一种树脂对不同离子交换反应的平衡选择系数不同。同一种树脂对不同离子交换反应的平衡选择系数不同。K值反映了树脂对该离子亲和力的大小。值反映了树脂对该离子亲和力的大小。第五节第五节 膜析法膜析法膜分离法：在某种推动力作用下，利用隔膜使溶剂同溶膜分离法：在某种推动力作用下，利用隔膜使溶剂同溶质或微粒分离的方法。质或微粒分离的方法。膜析法分类：膜析法分类：渗析：用隔膜分离溶液时，使渗析：用隔膜分离溶液时，使溶质溶质通过膜的方法为渗析通过膜的方法为渗析渗透：用隔膜分离溶液时，使渗透：用隔膜分离溶液时，使溶剂溶剂通过膜的方法为渗透通过膜的方法为渗透以电动势为推动力：以电动势为推动力：电渗析，
38、电渗透电渗析，电渗透以浓度差为推动力：以浓度差为推动力：扩散渗析，自然渗析扩散渗析，自然渗析以压力差为推动力：以压力差为推动力：压渗析、反渗透、超滤、压渗析、反渗透、超滤、微孔过滤微孔过滤膜析法特点：膜析法特点：1)不发生相变化，能量转化率高不发生相变化，能量转化率高2)不需要投加其它物质不需要投加其它物质3)分离和浓缩同时进行，可回收有用物质分离和浓缩同时进行，可回收有用物质4)根据膜孔径大小分离不同粒径物质根据膜孔径大小分离不同粒径物质5)在常温下进行在常温下进行6)适应性强，操作维护方便，易于实现自动化适应性强，操作维护方便，易于实现自动化1.电渗析电渗析 外加直流电场作用下，利用离子交
39、换膜的选择透外加直流电场作用下，利用离子交换膜的选择透过性，使水中阴阳离子做定向迁移，从而达到离子过性，使水中阴阳离子做定向迁移，从而达到离子从水中分离的一种物理化学过程。从水中分离的一种物理化学过程。主要用于除盐或者物质回收主要用于除盐或者物质回收极限电流密度：极限电流密度：l电流密度电流密度i：电渗析器运行时，电渗析器运行时，单位面积的膜通过的电流称单位面积的膜通过的电流称电流密度。电流密度。l极限电流密度极限电流密度iLim：膜表面发膜表面发生浓差极化现象时的电流密生浓差极化现象时的电流密度称极限电流密度。度称极限电流密度。l浓差极化：电渗析器在运转浓差极化：电渗析器在运转中，膜两边出现
40、浓度差的膜中，膜两边出现浓度差的膜界面现象称浓差极化。界面现象称浓差极化。极化与沉淀：极化的危害极化的危害极化是电渗析器运行中常见问题，其危害如下。极化是电渗析器运行中常见问题，其危害如下。(1)降低电流放率降低电流放率 由于极化时、导致水分子大量解离，在电由于极化时、导致水分子大量解离，在电场作用下，水的解离造成场作用下，水的解离造成H和和OH离子的迁移，可见其部分离子的迁移，可见其部分电能消耗在水的解离和与脱盐无关的电能消耗在水的解离和与脱盐无关的H和和OH离子迁移上，离子迁移上，使电流放率下降。使电流放率下降。(2)降低除盐率和产率降低除盐率和产率 极化会在浓水室阴膜表面上产生沉淀，极化
41、会在浓水室阴膜表面上产生沉淀，形成水垢，对运行带来不良的影响形成水垢，对运行带来不良的影响。(3)淡水淡水pH值下降。值下降。防止和消除结垢的主要措施：防止和消除结垢的主要措施：2.扩散渗析（渗析法）扩散渗析（渗析法）溶质透过薄膜从高浓度溶液向低浓度溶液迁移溶质透过薄膜从高浓度溶液向低浓度溶液迁移 主要用于酸碱的回收主要用于酸碱的回收3.反渗透法反渗透法半透膜：只能通过水分子，但不能通过溶质分子的膜半透膜：只能通过水分子，但不能通过溶质分子的膜 渗透压：渗透平衡时，两边液面高度形成的压力差称渗透压，渗透压：渗透平衡时，两边液面高度形成的压力差称渗透压，。渗透压由溶质种类和浓度大小而定，还与温度
42、有关。渗透压由溶质种类和浓度大小而定，还与温度有关。反渗透：向咸水一侧施压反渗透：向咸水一侧施压P则可阻止渗透的进行，如果则可阻止渗透的进行，如果P,则则咸水溶液中的水分子向纯水一边迁移咸水溶液中的水分子向纯水一边迁移,此过程称反渗透此过程称反渗透.4.超过滤法超过滤法 用于截留水中胶体大小的颗粒，水和低分子量的溶用于截留水中胶体大小的颗粒，水和低分子量的溶质则允许透过膜。质则允许透过膜。对比：反渗透、超滤、微孔过滤均以压力差为对比：反渗透、超滤、微孔过滤均以压力差为推动力，电渗析以电压为推动力，渗析以浓度推动力，电渗析以电压为推动力，渗析以浓度差为推动力。差为推动力。l操作方式：与反渗透工作
43、方式相同，水在膜表面操作方式：与反渗透工作方式相同，水在膜表面流动，部分水透过膜，大部分水流走的同时将膜流动，部分水透过膜，大部分水流走的同时将膜表面的截留物质带走。（微孔过滤是将全部进水表面的截留物质带走。（微孔过滤是将全部进水挤压滤过，因而膜微孔易堵塞）挤压滤过，因而膜微孔易堵塞）l性能：性能：超滤虽无脱盐性能，但对于去除水中的细菌、超滤虽无脱盐性能，但对于去除水中的细菌、病毒、胶体，大分子等微粒相当有效，而且与反病毒、胶体，大分子等微粒相当有效，而且与反渗透相比，操作压力低，设备简单，因此超滤技渗透相比，操作压力低，设备简单，因此超滤技术用于纯水终端处理是较为理想的处理方法。术用于纯水终
44、端处理是较为理想的处理方法。此外，超滤亦广泛应用于医药工业、食品工此外，超滤亦广泛应用于医药工业、食品工业以及工业废水处理等各个领域。业以及工业废水处理等各个领域。l超滤过程中的浓差极化：在膜分离过程中，水连同小分超滤过程中的浓差极化：在膜分离过程中，水连同小分子透过膜，而大分子溶质则被膜所阻拦并不断积累在膜子透过膜，而大分子溶质则被膜所阻拦并不断积累在膜表面上，使溶质在膜面处的浓度表面上，使溶质在膜面处的浓度Cm高于溶质在主体溶高于溶质在主体溶液中的浓度液中的浓度Cb，从而在膜附近边界层内形成浓度差从而在膜附近边界层内形成浓度差Cm-Cb，并促使溶质从膜表面向着主体溶液进行反向扩散，并促使溶
45、质从膜表面向着主体溶液进行反向扩散，这种现象称为浓差极化。这种现象称为浓差极化。l由于进行超滤的溶液主要含有大分子，其在水中的扩散由于进行超滤的溶液主要含有大分子，其在水中的扩散系数极小，导致超滤的浓差极化现象尤为严重。系数极小，导致超滤的浓差极化现象尤为严重。5.纳滤：纳滤：纳滤（纳滤（NF）是介于反渗透和超滤之间的一种压力驱动是介于反渗透和超滤之间的一种压力驱动膜过程适于分离分子量在膜过程适于分离分子量在200g/mol以上，分子尺寸在以上，分子尺寸在12纳米左右物质。纳米左右物质。基于纳滤膜的特点和性能，纳滤是截留小分子有机物基于纳滤膜的特点和性能，纳滤是截留小分子有机物而使盐透过，即集分离浓缩与透析于一体；同时由于而使盐透过，即集分离浓缩与透析于一体；同时由于可透过膜，渗透压低，则操作压力比反渗透要低得多。可透过膜，渗透压低，则操作压力比反渗透要低得多。往复式隔板反应池往复式隔板反应池回转式隔板反应池回转式隔板反应池