《其他传质分离方法》PPT课件

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三、电泳分离技术
指带电粒子在电场中朝与自身带相反电 荷的电极移动的现象
ANODE
+
-
+
- CATHODE
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电泳形式分类
用支持体的电泳技术
1. 滤纸电泳
2.醋酸纤维薄膜电泳 3.薄层电泳
4.非凝胶性支持体区带电泳 （ 淀粉，纤维素粉，玻璃粉，硅胶等 ）
5.凝胶支持体区带电泳 （ 聚丙烯酰胺凝胶，琼脂糖凝胶 ）
1.固定床 --- 床层固定不变，水流由上而下流动。 2.移动床 --- 交换设备主要由交换柱和再生柱两部分组成。 3.流动床 --- 交换树脂在连续移动中实现交换和再生。
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三、离子交换技术的应用 ⑴含汞污水的处理： 用巯基树脂交换柱进行处理。 ⑵含镉污水的处理： 用D370大孔叔胺型弱碱性阴离子交换树脂来处理。 ⑶除磷脱氮： 用离子交换法对城市污水进行深度处理。
集成过程的最大特点：为实现物料与能量消耗的最小 化、工艺过程效率的最大化，或为达到清洁生产的目 的，或为实现混合物的最优分离和获得最佳的产物浓 度。
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耦合与集成技术
1. 传统单元操作间的集成 2. 反应－分离的耦合与集成
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a-苯乙烯与二乙烯共聚物；
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b-丙烯酸与二乙烯共聚物
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a-磺化；b-阳离子交换树脂中的固定离子与
迁移离子示意；c-精氯选甲PPT基化和氨基化
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⑵离子交换平衡 离子交换平衡规律的理论依据为质量作用定律。 离子交换反应为：
交换反应的n 平衡 R A 关 系 ：B nR n B nn A
K＝
[A ]n[RnBn ]
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b.高负荷生物滤池
高负荷生物滤池剖面图
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c.塔式生物滤池
塔式生物滤池
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②生物转盘
生物转盘工作情况示意图
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二、厌氧生物处理 厌氧生物处理是在无氧的条件下，利用兼性菌和厌氧菌 分解有机物的一种生物处理法。 1.厌氧生物处理的基本原理 第一阶段 --- 酸性发酵阶段。 第二阶段 --- 碱性发酵阶段，又称作甲烷发酵阶段。
膜基萃取 （membrane based extraction）
利用微孔膜的亲水或疏水性，使萃取剂与萃取液的两相传质界面固定 在膜的一侧表面上，来实现萃取的一种新技术
支撑液膜萃取 （support liquid membrane extraction）
支撑液膜孔内充满膜溶剂，将料液相与反萃相分隔，实现渗透溶质的选 择性萃取回收或去除的分离技术。
ΔE＞0，界面能减少，颗粒粘附在气泡上； ΔE＜0，则颗粒不能粘附于气泡上，
ΔE＝б（1－cosθ）
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不同悬浮颗粒与水的润湿情况
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二、气浮分离设备—气浮池
气浮池结构
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平流式气浮池的设计 ⑴接触室面积Ac
Ac＝ ⑵分离室表面积As
As＝ ⑶核算
Q Qr vc
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反相胶团萃取
二-（3-乙基己基）琥珀酸酯磺酸钠（AOT）
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二、基于场效应的分离技术
重力场、压力场、离心力场分离
利用外加力场的作用，使混合物中各组分本身特征带 来其在场内运动的特性差异，由此来达到分离的技术。
磁场分离
利用不同物质在磁场中具有不同磁性的特点来分离 混合物的技术。
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第五节 其他新型分离技术
一、新型萃取技术 超临界萃取 （supercritical fluid extraction）
以超临界流体为萃取剂，利用其对脂肪酸、植物 碱、醚类、酮、甘油脂等物质具有溶解作用，从固 态或液态混合物中将这些物质提取出来的技术。
双水相萃取 （aqueous two-phase extraction）
活性污泥法基本流程图
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⑶曝气池装置 ①鼓风曝气式曝气池 ②机械曝气式曝气池
机械曝气法装置简图
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2.生物膜法 依靠固着于固体介质表面的微生物来净化有机物。 ⑴基本原理
生物膜对污水的净化作用
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⑵生物膜法设备 ①生物滤池 a.普通生物滤池
普通生物滤池构造图
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某些亲水性高分子聚合物的水溶性超过一定浓度后 可形成两相，利用待分离组分在两水相中的分配系 数差异来分离的萃取技术。
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第五节 其他新型分离技术
凝胶萃取 （gel extraction）
利用凝胶在溶剂中的溶胀与收缩特性、以及凝胶网络对大分子、微粒 等的排斥作用来实现溶液中特定组分分离与浓缩的技术。
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第二节 气浮分离
气浮分离 --- 在污水中利用大量的微小气泡作为载体去 粘附疏水性悬浮固体和乳化油，使其随气泡浮升到水面，形 成泡沫层，然后用机械方法撇除。
一、气浮分离原理 空气、污水、污水中细小颗粒物质组成三相系统，由于 细小颗粒粘附到气泡上时，使气泡界面发生变化，引起界面 能的变化。
Q Qr vs
⑷气浮池总高H（m）
V Q Qr
＝t≥20min
H=h1+h2+h3
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三、气浮分离在环保工业中的应用 ①分离地面水中的细小悬浮物、藻类以及微絮体； ②回收工业污水中的有用物质，如造纸厂污水中的纸浆 纤维及填料等； ③代替二次沉淀池，分离和浓缩剩余活性污泥，特别适 用于那些易于产生污泥膨胀的生化处理工艺中； ④分离回收油污水中的悬浮油和乳化油； ⑤分离回收以分子或离子状态存在的目的物，如表面活 性剂和金属离子等。
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⑶传质速率 在离子交换过程中，同样存在着两个主要的传质阻力： ①离子交换剂粒子附近的边界层中产生的外部传质阻力。 ②是在粒子内部的扩散传质阻力。
一般来说，溶液中交换离子的浓度很低时，外部传质是 控制步骤，在分离因数或选择性系数很高时，倾向于外部扩 散控制。
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二、离子交换设备 最常用的离子交换设备：
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第三节 电解分离技术
一、电解分离原理 接通直流电源后，电解槽的阴极和阳极之间发生了电位 差，驱使正离子移向阴极，在阴极取得电子，进行还原反应； 负离子移向阳极，在阳极放出电子，进行氧化反应。从而使 得污水中的污染物在阳极被氧化，在阴极被还原，或者与电 极反应产物作用，转化为无害成分被分离除去。
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厌氧处理的生化过程
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2.常用的厌氧处理设备 ⑴厌氧消化池
固定盖式消化池的构造图
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⑵上流式厌氧污泥床反应器
上流式厌氧污泥床反应器
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三、生物处理技术在环保中的应用
⑴生物法除磷 生物法除磷的基本类型:
① A/O法（厌氧－好氧法） ② Phostrip除磷工艺流程 ⑵生物法脱氮
不用支持体的电泳技术
Tiselius或微量电泳
操作形式：
1. 区带电泳
2.等速电泳
3.等电点电泳
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四、平板型电场除尘技术
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双极膜结构示意图
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双极膜电渗析过程示意图
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五、光催化反应净化空气
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六、耦合与集成分离技术
将反应与分离、或分离与分离两种或两种以上的单元 操作耦合或结合在一起，并用于工业分离的过程称为 集成过程（integrated process），或杂化过程 （Hybrid process）。
一、离子交换的基本原理 ⑴离子交换剂 离子交换剂：离子交换树脂
无机离子交换剂（如天然与合成沸石） 天然有机交换剂（如磺化煤等）
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离子交换树脂的固体骨架多为苯乙烯和二乙烯苯的共聚 物，它具有三维交联结构。
可用化学反应的方法，将某些离子功能基团加到聚合物骨架上， 将其转变成具有离子交换性能的水溶胀性的凝胶。
4％
8％
1.00
1.00
1.32
1.27
1.581.981 Nhomakorabea902.55
2.27
2.90
2.46
3.16
2.67
3.25
4.73
8.51
6.71
12.4
2.36
2.45
16％
1.00 1.47 2.37 3.34 4.50 4.62 4.66 22.9 28.5 3.34
离子种类
Mg2+ Zn2+ Co2+ Cu2+ Cd2+ Ni2+ Ca2+ Sr2+ Pb2+ Ba2+
K --- 离子交换平[B衡n选][择R系A数 ]n。
K 值越大，吸着量越大，即溶液中的 Bn+ 离子的去除
率越高。根据K值的大小，可以判断交换树脂选择性的强弱。
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强酸性阳离子交换树脂的选择系数
离子种类
Li+ H+ Na+ NH4+ K+ Rb+ Cs+ Ag+ Tl+ UO22+
二乙烯苯含量
二乙烯苯含量
4％ 8％ 16％
2.95 3.29 3.51 3.13 3.47 3.78 3.23 3.74 3.81 3.29 3.85 4.46 3.37 3.88 4.95 3.45 3.93 4.06 4.15 5.16 7.27 4.70 6.51 10.1 6.56 9.91 18.0 7.47 11.5 20.8
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力场中速度差分离原理与改进
重力场的能源成本为零
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静电除尘
荷电粒子置于电场时会向着与其电荷相反方向移动，利用荷电粒子 的移动速度及方向差异来进行分离的技术。
电泳
利用分子大小、荷电性与荷电量、以及溶液的酸碱度（pH）等的差 异。
双极膜水解离
利用阴、阳离子膜复合而成的双极膜，在直流电场的作用下，使双 极膜间的水解离并使OH－ 和H＋分别透过阴、阳膜来实现酸或碱回 收、食盐的电解等。
第六章 其他传质分离方法
学习目标 了解离子交换分离、气浮分离及电解分离等环境工程 中常见的传质分离方法的基本概念，在环境工程中的应用。
掌握离子交换分离、气浮分离及电解分离的基本原理， 各种常用设备选用。
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第一节 离子交换分离
离子交换分离是利用固相离子交换剂功能基团所带的可 交换离子，与接触交换剂的溶液中相同电性的离子进行交换 反应，以达到粒子的置换、分离、去除、浓缩等目的。
料 /mm 时间/min
制革厂 8-10 毛皮厂 8-10
肉类加工 厂
8-9
0.3-0.8 0.1-0.3
0.08-0.12
0.5-1.0 1-2
1.5-2.0
1.5-3.0
3-5
0.6-1.5
3-5
1.0-0.15
8-12
250-700 钢板 20 150-200 钢板 20
70-110
钢板 20
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二、电解设备—电解槽
电解槽的结构形式
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电解槽极板电路结构形式
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三、电解分离在环保工业中的应用
电解凝聚法对各类污水处理的工艺参数
污水来源 PH
电量消耗 电流密度 电能消耗 电解电压 电极金属消 电极材 极距 污水电解
/(A.h/L) /(A.min/dm2) /(kW.h/m3) (单极式)/V 耗/(g/m3)
20-25 20
40
电镀厂 9-10.5 0.3-0.15
0.3-0.5
0.4-2.5
9-12
45-150
钢板 10
20-30
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第四节 生物处理技术
一、好氧生物处理 1.活性污泥法 ⑴活性污泥法的基本原理 ①生物吸附阶段 ②生物氧化阶段 ③絮凝体形成与凝聚沉淀阶段
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⑵活性污泥法的基本流程