水处理第三次课-环境化工技术

化学、化工技术在水处理中的应用韩卫清章节要点沉降分离过滤分离微滤、纳滤和反渗透★蒸馏★萃取吸附第一章：非均相分离技术及其应用液固分离技术是化工生产常用的传统技术主要包括沉降、过滤等分离技术1.1沉降分离的基本原理表1-1沉降种类沉降现象的种类说明应用实例单颗粒沉降低浓度悬浊液中颗粒的沉降。每个颗粒独立沉降，完全不受相邻颗粒的影响废水中的泥沙的去除，工厂废水的澄清凝聚性沉降比较低浓度悬浊液中多个颗子形成凝聚体而沉降。凝聚体质量高，因此沉降速度大，清液层界面不清楚一次沉淀处理水中部分悬浊固体的去除，二次沉淀池上方的沉淀，化学凝聚体的去除干扰沉降或团聚沉降★中等浓度悬浊液中颗粒间的互相作用阻碍颗粒的沉降。颗粒间不改变相互位置成一团沉降，清液层界面清楚。生物处理装置中二次沉淀池凝固沉降粒子或凝聚体紧密结合，上方堆积的粒子群使下方的浆体密实二沉池底部沉降或污泥浓缩池1.2颗粒在流体中的运动1.2.1重力沉降18)(2pbtgdu（1）层流区（2）过渡区（3）湍流区428.0286.0143.1715.0)(78.0pbtdupbtgdu)(74.11.2.2离心沉降1.2.3静电沉降)(3)(42RvCdutDbpcρπ28pDdCqE1.1.2絮凝剂概念拓展常规絮凝剂概念：絮凝剂是指能将小颗粒凝聚成大颗粒进行沉降分离的药剂，常用的絮凝剂有铝盐、铁盐和高分子絮凝剂等钙盐、镁盐和水解硅酸(1)离子效应，(2)温度效应，(3)酸碱度效应1.3沉降分离过程计算1.3.1理想的平推流型重力沉降装置（理想沉淀池）理想的平推流型重力沉降装置参数计算cuHuLHWQucWuQL(1)(2)(3)1.3.2连续沉降设施和设备（1）平流式沉淀池（2）竖流式沉淀池（3）辐流式沉淀池1.4过滤的基本原理过滤：液体中的悬浮颗粒物用过滤材料（天然纤维或合成纤维织成的布、网或多孔物质）分离的单元操作过滤介质的要求：（1）多孔性，（2）物理化学性质稳定，（3）足够的机械强度，使用寿命长（4）价格便宜。1.4.1过滤理论在颗粒层内流动的流体的流速u与颗粒层的压差ΔP成正比，与颗粒层厚度L反比。LPKAQu高级过滤设备及技术微滤：孔径范围为0.1～1μm，截留水中粒径在0.02~10m之间的颗粒物的膜分离技术纳滤：孔径范围为10～100nm，用表面孔径为纳米级的半透膜脱二价离子为主除以的盐类和相对分子质量300以上的大多数有机物的过程。反渗透：表面微孔的直径一般在0.5～10nm之间，只能透过水分子而不能透过盐分子。1.4.2简单过滤设备和设施（1）砂滤池（砂滤器）（2）板框压滤机（污泥）（3）带式压滤机（污泥）第二章：精馏技术及其在废水处理中的应用蒸馏是通过加入热量或取出热量，使混合物形成气液两相系统，并令其相互作用，易挥发组分在气相中浓集，难挥发组分在液相中浓集，从而实现混合物的分离。(a)常规蒸馏(b)多进料蒸馏(c)间歇蒸馏2.1简单蒸馏简单蒸馏也称微分蒸馏，将易挥发组分组成为x0的料液放入蒸馏釜中，加热至料液的泡点，溶液气化，气化得到的气体组成为y0，将它引入冷凝器，冷凝成馏出液，放入容器。蒸出液中易挥发组分的组成高于料液。与此同时蒸馏釜中的液体（称为釜液）继续受热气化。因为前面蒸出的气体易挥发组分的含量高，所以随着釜液不断气化，其中易挥发组分的含量不断降低。2.2三效蒸发流程☆板式精馏塔工艺流程图第三章萃取技术在水处理中的应用萃取过程在环境工程中主要是用于从废水、废渣、污泥及烟尘浸出液中提取，回收各种有用组分或去除有害组分，以达到消除污染，并综合利用资源的目的．在多数情况下，被提取组分在废渣和废水中是低浓，微量的，这使液液萃取技术的优越性更显突出。单级萃取单级萃取是液液萃取中最简单的，也是最基本的操作方式。原料液与溶剂同时加入混合器中，充分搅拌使两相混合，溶质从原料液中进入萃取剂。经过一定时间将混合液进入澄清器，两相澄清分离。多级萃取多级错流萃取:单级萃取所得到的萃余相中往往含有较多的溶质，要萃取出更多的溶质，需要较大量的溶剂。为了用较少的溶剂取出较多溶质，可用多级错流萃取，原料从第一级加入，每一级加入新鲜的萃取剂，在第一级原料液与萃取剂，传质，最后达到两相平衡。分相后所得萃余相到第二级作原料液，在第二级中用新鲜萃取剂再次进行萃取，如此萃余相多次被萃取，一直到ｎ级排出最终的萃余相，各级所得的萃取相排出后回收溶剂。S1S1S3S4E3S1E1E2xR3R3原料液F1xF1萃取剂萃取相原料液RnxRn多级逆流萃取逆流萃取中，原料液从第一级进入，萃取剂从最后一级进入，多级逆流萃取流程如下：123nE1F1SR图２-1填料萃取流程示意图1—压缩机；2—稳压罐；3—脉冲频率调节仪；4—电磁阀；5—π型管；6—玻璃萃取塔；7—填料；8—进水分布器；9—脉冲气体分布器；10—煤油分布器；11—煤油流量调节阀；12—煤油流量计；13—煤油泵旁路阀；14—煤油储槽；15—煤油泵；16—水流量调节阀；17—水流量计；18—水泵旁路调节阀；19—水储槽；20—水泵；21—出口煤油储槽萃取设备的分类产生逆流的方式相分散的方法逐级接触设备连续接触设备重力重力筛板柱喷淋柱、填料柱、档板柱机械搅拌多级混合澄清槽、立式混合澄清槽、偏心转盘柱（ARDC）转盘柱（RDC）、带搅拌的填料萃取柱（Scheibel萃取柱）、带搅拌的档板萃取柱（Oldshue-Rushton萃取柱）、带搅拌的多孔板萃取柱（Kuhni萃取柱）、淋雨桶式萃取器机械振动振动筛板柱（Karr萃取柱）、带溢流口的振动筛板柱、反向振动筛板柱脉冲空气脉冲混合澄清槽脉冲填料柱、脉冲筛板柱、控制循环脉冲筛板柱其他静态混合器、超声波萃取器、管道萃取器、参数泵萃取器离心力离心力圆桶式单级离心萃取器、LX-168N型多级离心萃取器波式离心萃取器几类萃取设备的优缺点和应用领域设备分类优点缺点应用领域混合澄清槽两相接触好，级效率高；处理能力大，操作弹性好；在很宽的流比范围内均可稳定操作；扩大设计方法比较可靠滞留量大，需要的厂房面积大；投资较大；级间可能需要用泵输送流体核化工、湿法冶金、化肥工业无机械搅拌的萃取柱结构最简单，设备费用低；操作和维修费用低；容易处理腐蚀性物料传质效率低，需要高的厂房；对密度小的体系处理能力低；不能处理流比很高的情况石油化工、化学工业机械搅拌萃取柱脉冲筛板柱HETS低，处理能力大，柱内无运动部件，工作可靠对密度差小的体系处理能力较低；不能处理流化比很高的情况，处理易乳化的体系有困难，扩大设计方法比较复杂核化工、湿法冶金、石油化工转盘柱处理量较大，效率较高，结构较简单，操作和维修费用较低石油化工、湿法冶金、制药工业振动筛板柱HETS低，处理能力大，结构简单，操作弹性好制药工业、石油化工、湿法冶金、化学工业离心萃取器能处理两相密度差小的体系；设备体积小，接触时间短，传质效率高；滞留量小，溶剂积压量小设备费用大，操作费用高，维修费用大制药工业、核化工、石油化工第四章吸附技术在水处理中的应用吸附：用多孔（内表面积大）的固体分离气体或液体混合物应用领域吸附操作的目的吸附剂备注合成纤维工业溶剂的回收与去除活性炭胶卷制造工业甲苯、酮、醇、碳氢化合物、混合溶剂、有机氯化物Hicilica沸石塑料工业合成橡胶工业涂料制造业炼油、石油化学烃的分离、脱水、脱硫活性炭、沸石天然气工业汽油馏分的回收硅胶、氧化铝、沸石PSA其他一般化学工业空气分离、氧和氮的浓缩、氢的精制、中间气体的脱湿、脱硫沸石、分子筛PSA食品工业蔗糖、调料、酒的脱色活性炭冷饮厂精制、水精制医药业抗生素、维生素等的精制活性炭、树脂吸附过程的应用实例吸附过程的应用实例（续）应用领域吸附操作的目的吸附剂备注装饰业溶剂回收与去除活性炭印刷业甲苯、酮、醇、碳氢化合物等的去除电子、精密工业空调、有机氯化合物的去除活性炭、Hisilica沸石空调脱湿、精制活性炭、Hisilica沸石净水厂溶解有机物的去除活性炭工业废水处理车间水处理、废气脱臭活性炭美术馆、博物馆空气净化活性炭、硅胶大型建筑沸石食品储存脱湿、脱氧活性炭、硅胶冷库的脱臭三甲胺的去除沸石香烟过滤嘴尼古丁的去除粒状活性炭可用吸附法去除的污染物吸附剂可去除的污染物活性炭苯、甲苯、二甲苯、丙酮、乙醇、乙醚、甲醛、煤油、汽油、光气、醋酸乙酯、苯乙烯、氯乙烯、恶臭物质、H2S、Cl2、CO、SO2、NOX、CS2、CCl4、CHCl3、CH2Cl2浸渍活性炭烯烃、胺、酸雾、碱雾、硫醇、SO2、CL2、H2S、HF、HCl、NH3、Hg、HCHO、CO活性氧化铝H2S、SO2、CNHM、HF浸渍活性氧化铝HCHO、Hg、HCl、酸雾硅胶NOX、SO2、C2H2分子筛NOX、SO2、CO、CS2、H2S、NH3、CNHM泥煤、褐煤、风化煤恶臭物质、NH3浸渍泥煤、褐煤、风化煤NOX、SO2、SO3、NH3焦碳粉粒沥青烟白云石粉沥青烟蚯蚓粪恶臭物质吸附平衡吸附平衡：物理吸附主要依靠范德华力，吸附速度快，吸附量不受表面化学性质的影响，而是随着吸附表面积的增加而增加．吸附也有多分子层吸附，吸附时释放的热量与气体的冷凝热接近。温度上升时，吸附量下降。当化学势相等时，溶质在流体中的浓度与固体表面的浓度达到吸附平衡。吸附设备简介固定床吸附器流化床吸附器模拟移动床再生（1）加热再生（２）减压再生（３）吸附剂再生（４）惰性气体吹脱第五章、氧化还原预处理技术化工废水预处理技术包括化学法(中和法、混凝沉淀法、化学氧化法)，物化法(吸附、浮选、电渗析、反渗透)，这里着重介绍应用微电解法和电化学氧化法。5.1微电解法基础理论5.1.1原电池作用和电场作用铸铁是铁和碳的合金，即由纯铁和Fe3C及一些杂质组成。铸铁中的矿化铁为极小的颗粒，分散在铁内。矿化铁比铁的腐蚀趋势低，因此，当铸铁浸入水中时就构成了成千上万个细小的微电池，纯铁成为阳极，矿化铁及杂质则成为阴极，发生电极反应，这便是微观电池。当体系中有活性炭等宏观阴极材料存在时，又可以组成宏观电池，其基本电极反应如下：阳极(Fe)：Fe—2e－→Fe2＋E0(Fe2+/Fe)=－0.44V阴极(C)：在酸性条件下：2H＋＋2e－→H2E0(H+/H2)=0.00V在碱性条件下：O2＋2H2O＋4e－→4OH－E0(O2/OH－)=+0.4V5.1.2还原作用当然，阴极过程也可以是有机物的还原，电极反应生成的产物具有较高的化学活性，在中性或偏酸性的环境中，铸铁电极本身及其所产生的[H]、Fe2+等均能与废水中许多组分发生氧化还原反应，破坏有机污染物的结构，使之成为低分子物质，降低有机污染物的毒性，从而大幅度提高可生化性。5.1.3凝胶作用同时在反应器里产生微电场，废水中分散的胶体颗粒，极性分子，细小污染物都受微电场的作用后形成电泳，向相反电荷的电极方向移动，聚集在电极上，形成大颗粒沉淀，从而使CODcr降低。5.1.3铁盐的混凝作用在酸性条件下，用铁屑处理废水时，会产生Fe2+和Fe3+。Fe2+和Fe3+是很好的絮凝剂，把溶液pH调至碱性且有O2存在时，会形成Fe(OH)2和Fe(OH)3絮凝沉淀。反应式如下：Fe2++2OH－→Fe(OH)2↓4Fe2++8OH－+O2+2H2O→4Fe(OH)3↓新生态的Fe(OH)2和Fe(OH)3是胶体絮凝剂，具有良好的吸附凝聚能力。这样，废水中原有的悬浮物，以及通过微电池反应产生的不溶物均可被其吸附凝聚。3.铁离子的沉淀作用在电池反应的产物中，Fe2+和Fe3+同时也和一些无机物发生反应生成沉淀物而去除这些无机物，以减少其对后续生化工段的毒害性。如S2-、CN－等将生成FeS、Fe3[Fe(CN)6]2、Fe4[Fe(CN)6]3等沉淀而被去除。5.2氧化技术概述湿式催化氧化法沈荣明等用湿式催化氧化法处理高浓度含酚废水，采用Mn(Ⅱ)作为催化剂，在室温t=25℃下，O3=0.6L·min-1加入作氧化剂，反应时间45min时,苯酚