水处理原理与工艺课件-物理化学处理法3-萃取、膜分离

40
电渗析的应用 （1）电渗析法最先用于海水淡化制取饮用水和工业 用水，海水浓缩制取食盐，以及其他单元组合制取 高纯水，目前已经成为一种新的分离单元操作广泛 应用于冶金、化工、纺织、造纸、电镀等行业； （2）废水处理中，主要用于从废水中分离污染物离 子，或者从废水中提取酸和碱。
41
废水处理中的应用
9
单级萃取过程
萃取剂与废水经一次充分混合接触，达 到平衡后即进行分相。 单级萃取流程的操作是间歇的，在一个 设备装置中即可完成，主要用于实验室和 生产规模不大的萃取过程。
10
萃取剂S 原料液A+B 萃取相E
回收溶剂S
溶 剂 回 收 塔
混合器
萃取液E′
回收溶剂S 澄清器 萃余相Ｒ
溶 剂 回 收 塔
0.4 0.44 0.64
98
98 >92 >90
52
53
反渗透装置
把渗透膜贴在多孔透水板单侧或两侧，再紧贴 在不锈钢或环氧玻璃钢承压板的两侧，构成一 个渗透元件
板框式
装 置
管式
把渗透膜装在耐压微孔承压管的内侧或外侧， 制成管状膜的元件
在两层反渗透膜中间夹一层多孔的柔性格网， 再在下面铺一层供废水通过的多孔透水格网， 然后将它们的一端粘贴在多孔集水管上，绕管 卷成螺旋卷筒，并将另一端密封，就成为一个 反渗透元件 在两层反渗透膜的原料空心纺丝而成中空纤维 管 54
步骤
把萃取剂和废水分离开了，废水就得到了 处理
把萃取物从萃取剂中分离出来，使有害物 成为有用的副产品，而萃取剂则可用于萃 取过程才算在技术上已经成立；其次，就 是经济上的考虑
6
萃取法的关键是选择适宜的萃取剂和萃取设备。 1、萃取剂 在萃取操作过程中，选择合适的萃取剂，对萃 取效率和经济效果均有较大影响，选取萃取剂时， 可以从以下几个方面考虑： （1）萃取能力大：即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。 分配系数表征萃取剂的溶解性能：
离心萃取机结构 紧凑，处理能力大， 能有效地强化萃取 过程，特别使用于 其他萃取设备难以 处理的物系。能处 理两相密度差小的 体系，缺点是结构 复杂，造价高，能 耗大，使其应用受 到限制。
25
4、萃取法的应用 萃取法处理废水的一般流程
26
1）萃取法处理含酚废水
27
2）萃取法处理含重金属废水 某铜矿矿石场废水中含铜0.3~1.5g/L，含铁 4.5~5.4g/L，含砷10~300mg/L，pH＝0.1~3。该废水 用N-510作复合萃取剂，用萃取器进行六级逆流萃 取，含铜的萃取剂用H2SO4进行反萃取，再生后重 复使用。
螺旋 卷式
中空 纤维式
55
反渗透的应用
主要应用领域有：海水淡化、苦咸水净化、工业 废水处理与有用物质的回收等。
反渗透技术所分离的物质的分子量一般小于500， 操作压力为 2～100MPa。
用于实施反渗透操作的膜为反渗透膜。反渗透膜大 部分为不对称膜，孔径小于0.5nm，可截留溶质分子。
8
2、萃取工艺
混合：把萃取剂与废水进行充分接触，使溶质
从废水中转移到萃取剂中去； 分离：使萃取相与萃余相分层分离；； 回收：从两相中回收萃取剂和溶质。 根据萃取剂与废水接触方式不同，萃取作 业可以分为间歇式和连续式两种； 根据二者接触次数的不同，萃取流程可分 为单级萃取、多级错流萃取、多级逆流萃取。
水处理原理与工艺
1
• 第一章 水处理方法概论 • 第二章 物理处理法工艺原理
• 第三章 化学处理法工艺原理
• 第四章 物理化学处理法工艺原理
• 第五章 生物处理法工艺原理
• 第六章 污水的深度处理技术 • 第七章 工业循环冷却水的水质处理与控制
2
第四章 物理化学处理法工艺原理
3
1、混凝
2、离子交换 3、吸附 4、萃取 5、膜分离
13
14
多级错流萃取过程
由单级萃取设备所得的萃余相中通常含 有较多的欲分离的溶质，为进一步萃取溶 质，可将多个单级萃取设备串联起来，并 在各级中均加入新鲜溶剂，组成多级错流 萃取流程。 在多级错流萃取流程中，由于在各级均 加入新溶剂，萃取的传递推动力大，因而 萃取效果较好，但是溶剂耗用量大，混合 萃取液中含有大量溶剂，溶质浓度低，溶 剂回收费用高。 15
16
E’
I
E1
E2 R2
EN II RN S
F
1
R1
2
3
S
S
S
R'
图 11－ 9 多 级 错 流 萃 取 流 程 （ I,II－ 溶 剂 回 收 设 备 ）
料液在第一级进行萃取后得萃余相R1继续在第二级用新鲜溶 剂萃取，一直到第N级得萃余相RN的浓度符合要求为止。
17
3、萃取设备
罐式(萃取器) 分类 塔式(萃取塔)
离心机式(离心萃取机)
18
1） 筛板萃取塔
19
20
2）脉动筛板萃取塔
21
22
3）转盘萃取塔
对于两液相界面张 力较大的物系，为 改善塔内的传质状 况，需要从外界输 入机械能来增大传 质面积和传热系数。
23
4）填料萃取塔
常用的填料由拉西环和弧鞍等，材料 由陶瓷、塑料和金属等。
24
离心式萃取设备
c Kf c
* c * s
7
（2）分离性能好：萃取过程中不乳化、不随水流 失，容易同废水分离，要求萃取剂粘度小，与废水 的密度差大，表面张力适中。 （3）化学稳定性好：难燃爆、毒性小、腐蚀性低、 闪点高、凝固点低、蒸汽压小，便于室温下贮存和 使用。 （4）来源广，价格便宜 （5）容易再生和回收溶质：将萃取相分离，可同 时回收溶剂和溶质，具有重大的经济意义。萃取剂 的再生方法有两种：物理蒸馏和化学药剂法。
49
因此，进行RO有两个必要条件：一是膜对透过组分 具有高选择性吸附、溶解能力和高透过能力；二是料液侧压 力必须足够高，以能克服膜两侧的渗透压差和透过膜的阻力。
反渗透是利用反渗透膜选 择性的只能透过溶剂（通常是 水）而截留离子物质的性质， 以膜两侧静压差为推动力，克 服溶液的渗透压，使溶剂通过 反渗透膜而实现对液体混合物 进行分离的膜过程。
50
任何溶液都具有相应的渗透压，其数值取决于 溶液中溶质的分子数，而与溶质的性质无关，其数 学表达式为： iRTc 式中，R为理想气体常数，c为溶质的浓度，T 为绝对温度，i为范特霍夫系数，表示溶质的离解状 态，当完全解离时，i等于阴、阳离子的总数；对非 电解质，则i＝1。
51
反渗透膜 反渗透膜的种类很多，通常以制取膜材料和膜的形 式来命名，目前研究和应用较多的是醋酸纤维素膜 (CA膜)和芳香族聚酰胺膜。
37
38
电渗析的原理
电渗析是在渗析法的基础上发展起来的，是在直流 电场的作用下，利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、 阳离子的选择透过性，而使溶液中的溶质与水分离的 一种物理化学过程。
39
（1）离解：废水中的电解质在电场作用下离解； （2）离子的迁移：产生的阴、阳离子分别向电场的正 负极移动，由于离子交换膜的选择透过性，使得一些小 室离子浓度降低成为淡室，相邻的成为浓室； （3）电极反应：电极与膜之间的极室中的离子与电极 反应，阳极发生氧化反应、阴极发生还原反应。
萃余液Ｒ′
11
萃取过程
振荡萃取
静置分层 12
多级逆流萃取过程
将多次萃取操作串联起来，实现废水与萃取 剂的逆流操作。 在萃取过程中废水和萃取剂分别由第一级和 最后一级加入，萃取相和萃余相逆向流动，逐级 接触传质，最终萃取相由进水端排出，萃余相从 萃取剂加入端排出。 这一过程可在混合沉降器中进行，也可在各 种塔式设备中进行。该流程体现了逆流萃取传质 推动力大、分离程度高、萃取剂用量少的特点。 “多级多效萃取”
28
5、膜分离
膜分离法是利用薄膜以分离水溶液中某些物质 的方法总称。以具有选择透过功能的薄膜为分离介 质，通过在膜两侧施加一种或多种推动力，使原料 中的某组分选择性地优先透过膜，从而达到混合物 分离和产物提取、浓缩、纯化的目的。
（1）给水处理领域中，膜分离方法大规模应用于海水淡化、苦 咸水淡化、纯水生产，在城市生活饮用水净化方面也有应用。 （2）废水处理领域中，在城市污水处理与利用以及各种工业废 水处理与回收利用方面正逐步得到推广和应用。
水处理中，萃取法目前仅适用于为数不多的几种有机废水 和个别重金属废水的处理，如含酚废水、含铜废水等。但萃取 在医药、化工等行业作为一种传质分离手段应用广泛，利用溶 质在两种不互溶的液相间分配性质的差异实现液体混合物分离。
5
萃取法的步骤： 把萃取剂加入废水，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
2H SO 2 4 H2SO 4
2OH O2 2H 2e
阴极反应式：
Fe2 2e Fe
2H 2e H2

43
44
电渗析设备
45
5.3 反渗透
反渗透法(RO)是以压力为驱动力的膜法分离技术。
渗透和反渗透
46
反渗透的原理
如果用一张只能透过水而不能透过溶质的半透膜将 两种不同浓度的水溶液隔开，水会自然地透过半透 膜渗透从低浓度水溶液向高浓度水溶液一侧迁移， 这一现象称渗透（图a）。这一过程的推动力是低浓 度溶液中水的化学位与高浓度溶液中水的化学位之 差，表现为水的渗透压。
物化处理法应用的场合很多，多用 在废水的深度处理中，在自来水的 常规处理工艺以及工业给水的处理 工艺中，也常见到物化的处理技术。
4
4、萃取
向水中加入不溶于水的溶剂（萃取剂），与水 充分接触，使水中的溶质转溶于萃取剂中，直到溶 质在两个液相中达到平衡，然后静置，靠重力差把 萃取剂与水分离，萃取剂再生后重复使用，废水得 到净化并回收了有用物质。