第16章+2 离子交换法、萃取法和膜析法处理
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吸附法、离子交换法、膜析法
按合成树脂母体
苯乙烯系类 丙烯酸系类
c0
cx
tbcb
txt
池漏曲线
0 饱和度% 100
树
A
B 脂A
B
原
C
D 高C
D
度
R2Ca100% RNa100%
交换带:树脂床的厚度恰好足够使容积△V的水流过 时完成去除，其中全部钙离子的任务，这个厚度的 树脂称为交换带。
水中的Ca2+和Mg2+构成水的硬度
着在树脂颗粒上。 4、清洗 清洗是将树脂层内残留的再生废液清洗掉，清洗水 量一般为树脂体积的4～13倍。
1、转换离子组成，回收贵金属离子，或汇集有毒害 的离子。
2、浓缩离子的浓度 将废液中低浓度微量物质进行富集浓缩。
3、废水脱盐和酸、碱废水处理
4、提纯分离 溶液中同时会有Cr2O72- 、SO42-、NO3-、Cl-通过阴
1、交换 交换过程主要与树脂层高度、水流速度、原水浓 度、树脂性能以及再生程度等因素有关。 2、反洗 反洗的目的在于松动树脂层，使注入的再生液能分布 均匀，同时及时清除积存在树脂层内的杂质、碎粒和 气泡。反洗使树脂层膨胀40～60%，反冲流速约 15m/h，历时约15min。
3、再生 再生液浓度对树脂再生程度有较大影响。 食盐再生液浓度： 5～10% 盐酸再生液浓度： 4～6% 硫酸再生液浓度：＜2%，以免再生时生成CaSO4粘
高出于水面的水柱高度是由于溶液的渗透压所致。 如果我们向溶液的一侧施加压力，并且超过它的渗 透压，则溶液中的水就会透过半透膜，流向纯水一 侧，而溶质被截留在溶液一侧，这种方法就是反渗 透法。
任何溶液都具有相应的渗透压，其数值决定 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：
废水的物理化学处理-3离子交换、膜分离、萃取
3. 反渗透膜的清洗 最简单的办法是用低压高速水冲洗膜面，也用 空气与水混合的高速气-液流喷射清洗。
当膜面污垢较密实而且厚度较大时，可采用化
学法清洗。主要是加入化学清洗剂清洗。
（五）反渗透技术在废水处理中的应用
1. 电镀废水
该流程具有以下优点。 1) 可实现电镀废水按电镀槽液成分进行原样浓缩, 浓缩的电镀废水可以重新返回镀槽使用。而透过 液可重新被用作清洗水。
（2）反渗透法不添加任何化学物质，因此不产生 污泥和残渣，也不产生二次污染。
注意点
（1）膜对电镀废水中各个成分的分离率不完全相 同。因此浓缩液返回镀槽前，需要对各组分的配 比按镀液各组分的配比进行适当调整。 (2) 电镀废水的性质有很大差异。因此正确选择 和使用膜材料，合理地确定相应的工艺参数。
SO3H
骨架又称为惰性母体R-，不参加交换过程。
活性基团连接在骨架上，活性基团由固定离子
和可交换离子组成。可交换离子与溶液中同性离
子进行交换反应。
（二）离子交换树脂的性质
离子交换树脂是人工合成的高分子聚合物，常 见的单体是苯乙烯系、酚醛系或丙烯酸系。 1.物理性能 （1）外观：外观呈透明或半透明球形。 （2）含水率：每克湿树脂所含水分的百分比(50%) （3）溶胀性：离子交换器的设计和使用过程中， 应注意树脂的溶胀和收缩性能。 （4）湿视密度：指树脂在水中溶解后的质量与堆 积体积之比，一般为0.60～0.85g/mL。 （5）耐热性: 树脂的贮藏和使用温度5～40℃。
3．螺旋卷式反渗透装置
优点：单位体积内膜的 装载面积大、结构紧凑、 占地面积小。 缺点：容易堵塞、清洗 困难，因此对原液的预 处理要求严格。
4．中空纤维式反渗透装置
优点：单位体积的膜表面积大， 装备紧凑。 缺点：原液预处理要求严格，难 以发现损坏膜。
污水的吸附法、离子交换法、萃取法和膜析法处理
二、吸附机理及分类
• 吸附剂与吸附质之间的作用力除了 分子之间的引力(范德华力)以外还有 化学键力和静电引力。根据固体表 面吸附力的不同，吸附可分为物理 吸附、化学吸附和离子交换吸附三 种类型。
1、 吸附原理
物理吸附 吸 附 化学吸附
吸附剂与吸附物质之间是通过 分子间引力(即范徳华力)而产 生的吸附
1. 活性炭 在水处理中较多采用颗粒活性炭。
再生是在吸附剂本身的结构基本不发生变化的情 况下，用某种方法将吸附质从吸附剂微孔中除去,恢复 它的吸附能力。
加热再生法 再 生 方 法
在高温条件下，提高了吸附质分 子的能量，使其易于从活性炭的 活性点脱离；而吸附的有机物则 在高温下氧化和分解，成为气态 逸出或断裂成低分子
吸附剂与被吸附物质之间产 生化学作用，生成化学键引 起吸附
2、吸附平衡与吸附等温式
• 吸附过程中，固、液两相经过成分接 触后，最后将达到吸附与脱附的动态 平衡。达到平衡时，单位吸附剂所吸 附的物质的数量称为平衡吸附量，常 用qe(mg/g)表示。
平衡吸附量计算公式：
V (c0 ce ) qe W
五、 吸附工艺和设备
间歇式
操 作 方 式
将废水和吸附剂放在吸附池内进行搅拌 30min左右，然后静置沉淀，排除澄清液
固定床
吸附剂固定填放在吸附柱(或 塔 )中 在操作过程中定期地将接近饱 和的一部分吸附剂从吸附柱中 排出，并同时将等量的新鲜吸 附剂加入柱中
连续式
移动床
流化床
吸附剂在吸附柱内处于膨胀状态， 悬浮于由下而上的水流中
3.特殊活性基团的离子交换树脂 • 氧化还原树脂，含硫基、氢醌基； • 两性树脂，同时含羧酸基和叔胺基； • 鳌合树脂，含胺羧基等。
第十六章 污水的吸附法、 离子交换法、萃取法、膜析法
第三节 萃取法
在化工上，用适当的溶剂分离混合物的过程叫萃取。当混合物为溶液时 叫液—液萃取，当混合物为固体时叫固 —液萃取；使用的溶剂叫萃取剂， 提出的物质叫萃取物，在废水处理上，利用废水中的杂质在水中和有机萃 取剂中溶解度的不同，可以采用萃取的方法，将杂质提取出来。 用萃取法处理废水时，有三个步骤：（1）把萃取加入废水，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；（2）把萃取剂 和废水分离开来，废水就得到了处理。也可以再进一步接受其他的处理； （3）把萃取物从萃取剂中分离出来，使有害物制裁成为有用的副产品，而 萃取剂则可回用于萃取过程才逄在技术上已经成立；其次，就是经济上的 考虑。技术上可靠，经济上合理，生产才能采用。
活性炭的比表面积可达800-2000m/g，有很高的吸附能力。
颗粒状活性炭在使用一段时间后，吸附了大量吸附质，逐步趋向饱和并 丧失工作能力，此时应进行更换或再生。再生是在吸附剂本身的结构基本 不发生变化的情况下，用某种方法将吸附质从吸附剂微孔中除去，恢复它 的吸附能力。
活性炭的再生方法主要有：a.加热再生法;b.化学再生法 : 通过化学反应， 使吸附质转化为易溶于水的物质而解吸下来。例如，吸附了苯酚的活性炭，可 用氢氧化钠溶液浸泡，使形成酚钠盐而解吸。湿式氧化法也是化不再生法，主 要用于再生粉末状活性炭。 2.腐植酸类吸附剂 用作吸附剂的腐植酸类物质主要有：天然的富含腐植酸的风化煤、泥煤、褐 煤等，它们可以直接使用或经简单处理后使用；将富含腐植酸的物质用适当的 粘合剂制备成的腐植酸系树脂。
一、萃取剂
萃取剂的选择一般应考虑下列各点： （1）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。 （2）萃取剂在废水中不会乳化，容易同废水分离。 （3）萃取剂要易于再生。 （4）萃取剂价格要低廉，供应要充沛。 二、萃取过程 萃取过程可以一次完成，也可以分多次完成；在多次完成时，可以每次都用 新的萃取剂，也可以后次使用前次用过的萃取剂，只有第一次使用新的萃取剂。 料液被萃取的次数叫级数，萃取剂使用的次数叫效数。这三种不同的方法，分别 叫做单级或单效萃取、多级单效萃取和多级多效萃取（或称连续萃取），由于多 效总是多级的，而且级数等于效数，因此多级多效萃取常简称多效萃取。
(精选)污水的吸附法、离子交换法、萃取法和膜析法处理
就必须停止进水，进行吸附剂再生。
12
13
14
(2)移动床吸附 废水从吸附柱底部进入，处理后的水由柱顶排 出。在操作过程中，定期将一部分接近饱和的吸附剂从柱底排出， 送到再生柱进行再生。与此同时，将等量的新鲜吸附剂由柱顶加 入，因而这种吸附床称之为移动床。这种运行方式较固定床吸附 能更充分地利用吸附剂的吸附能力，水头损失小，但柱内上下层 吸附剂不能相混，所以对操作管理要求较为严格。
废水在流动条件下进行的操作，叫做动态连续吸附，或简称 为动态吸附。
(1)固定床动态吸附 这是废水处理工艺中最常用的一种方式。
由于吸附剂固定填充在吸附柱(或塔)中，所以叫固定床。当废水
连续流过吸附剂层时，吸附质便不断被吸附。若吸附剂数量足够，
出水中吸附质的浓度即可降低至接近于零。但随着运行时间的延
长，出水中吸附质的浓度会逐渐增加。当达到某一规定的数值时，
5
6
比表面积
影
吸附剂的结构
孔结构
响
表面化学性质
吸
附
吸附质的性质
的
温度
因
素
操作条件
孔结构
接触时间
7
吸附剂
活性炭
活性炭的比表面达800～2000m2/g，具有很高的吸附能 力。活性炭的吸附能力与孔隙的构造和分布情况有关。它的 孔 隙 分 为 三 类 ： 小 孔 孔 径 在 20Å 以 下 ； 过 渡 孔 孔 径 为 20 ～ 1000Å；大孔孔径为l000Å以上。活性炭的小孔比表面积占 总比表面积的95％以上，对吸附量影响最大；过渡孔不仅为 吸附质提供扩散通道，而且当吸附质的分子直径较大时(如有 机物质)，主要靠它们来完成吸附；大孔的比表面积所占比例 很小，主要为吸附质扩散提供通道。
萃取与离子交换设备PPT课件
管
式
离
心
机
示
意
图
重力分离器的示意图
-
38
设离心机的角速度为ω，质量为dm的液 体在半径 r处所受到的离心力为：
dF=ω2·r·dm
且 dm=2πr·h·ρ·dr
此处h为离心机转筒高度。
于是
dF=2πρhω2r2dr
在r处回转面上所受压强为：
dp2dFrh2••rdr
-
39
则对轻液相，上式积分为：
②产物提取。
③产物精制。
④成品加工。
产物的提取和精制过程通常采用萃取、离子 交换、吸附、色谱分离方法等。
-
2
第一节 萃取分离设备
-
3
萃取分离的特点
1. 比化学沉淀法分离程度高；
2. 比离子交换法选择性好、传质快；
3. 比蒸馏法能耗低，生产能力大，周 期短，连续操作，可以自动化控制；
4. 和其他新型分离技术相结合，产生 了一系列新型分离技术。
• 萃取操作的实质是利用欲分离组分在溶剂 中与原料液中溶解度的差异来实现的。
• 溶剂萃取是以分配定律为基础的。
-
6
• 溶剂萃取按其操作方式可分为单级萃 取和多级萃取，后者又可分为错流萃 取和逆流萃取，还可将错流和逆流结 合起来操作。
-
7
1．单级萃取
F 料液 S 溶剂 L 萃取液 R 萃余液
-
8
2. 多级错流萃取
暂存罐超临界流体萃取是利用超临界流体在超过气液共存状态时的性质来溶解某种固体液体或它们其中的某些组分并且利用这种能力从固体或液体中萃取分离高沸点或热敏性成分或去除有害成分从而达到分离提纯的目的
第三章
萃取与离子 交换设备
水污染控制工程：第十六章2 污水的吸附法、离子交换法、萃取法和膜析法处理
两大类：
用于废水处理的离子交换系统一般包括：预处理设备(一般采用 砂滤器，用以去除悬浮物，防止离子交换树脂受污染和交换床堵 塞)、离子交换器和再生附属设备(再生液配制设备)。
常用的固定床离子交换器见图17—4所示。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
离子交换的运行操作包括四个步骤：交换、反洗、再生、清洗。
AhE qV (c0 c)T
二、影响吸附的因素
吸附能力和吸附速度是衡量吸附过程的主要指标。固体吸附剂吸 附能力的大小可用吸附量来衡量。吸附速度是指单位重量吸附剂在 单位时间内所吸附的物质量。在水处理中，吸附速度决定了污水需 要与吸附剂接触的时间。
三、吸附剂
吸附剂的种类很多。常用是活性炭和腐植酸类吸附剂。
1. 活性炭
在生产中应用的活性炭的种类很多。一般都制成粉末状或颗粒状。 粉末状的活性炭吸附能力强，制备容易，价格较低，但再生困难， 一般不能重复使用。颗粒状的活性炭价格较贵，但可再生后重复使 用，并且使用时的劳动条件较好，操作管理方便。因此在水处理中 较多采用颗粒状活性炭。
连续吸附可以采用固定床、移动床和流化床。固定床连续吸附 方式是废水处理中最常用的。吸附剂固定填放在吸附柱(或塔)中， 所以叫固定床。移动床连续吸附是指在操作过程中定期地将接近饱 和的一部分吸附剂从吸附柱排出，并同时将等量的新鲜吸附剂加入 柱中。所谓流化床是指吸附剂在吸附柱内处于膨胀状态，悬浮于由 下而上的水流中。由于移动床和流化床的操作较复杂，在废水处理 中较少使用。
一、离子交换剂
离子交换树脂是人工合成的高分子聚合物，由树脂本体(又称母 体或骨架)和活性基团两个部分组成。
二、离子交换树脂的选用 1．离子交换树脂的有效pH值范围
2．交换容量 交换容量是离子交换树脂最重要的性能，它定量地表示树脂交
用于废水处理的离子交换系统一般包括：预处理设备(一般采用 砂滤器，用以去除悬浮物，防止离子交换树脂受污染和交换床堵 塞)、离子交换器和再生附属设备(再生液配制设备)。
常用的固定床离子交换器见图17—4所示。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
离子交换的运行操作包括四个步骤：交换、反洗、再生、清洗。
AhE qV (c0 c)T
二、影响吸附的因素
吸附能力和吸附速度是衡量吸附过程的主要指标。固体吸附剂吸 附能力的大小可用吸附量来衡量。吸附速度是指单位重量吸附剂在 单位时间内所吸附的物质量。在水处理中，吸附速度决定了污水需 要与吸附剂接触的时间。
三、吸附剂
吸附剂的种类很多。常用是活性炭和腐植酸类吸附剂。
1. 活性炭
在生产中应用的活性炭的种类很多。一般都制成粉末状或颗粒状。 粉末状的活性炭吸附能力强，制备容易，价格较低，但再生困难， 一般不能重复使用。颗粒状的活性炭价格较贵，但可再生后重复使 用，并且使用时的劳动条件较好，操作管理方便。因此在水处理中 较多采用颗粒状活性炭。
连续吸附可以采用固定床、移动床和流化床。固定床连续吸附 方式是废水处理中最常用的。吸附剂固定填放在吸附柱(或塔)中， 所以叫固定床。移动床连续吸附是指在操作过程中定期地将接近饱 和的一部分吸附剂从吸附柱排出，并同时将等量的新鲜吸附剂加入 柱中。所谓流化床是指吸附剂在吸附柱内处于膨胀状态，悬浮于由 下而上的水流中。由于移动床和流化床的操作较复杂，在废水处理 中较少使用。
一、离子交换剂
离子交换树脂是人工合成的高分子聚合物，由树脂本体(又称母 体或骨架)和活性基团两个部分组成。
二、离子交换树脂的选用 1．离子交换树脂的有效pH值范围
2．交换容量 交换容量是离子交换树脂最重要的性能，它定量地表示树脂交
萃取与离子交换
离子交换技术的定义
离子交换技术是一种利用离子交换剂 与溶液中的离子进行可逆交换反应， 实现离子分离和富集的方法。
离子交换剂是一种具有特定结构的物 质，能够通过静电引力吸附溶液中的 离子，并在一定条件下实现离子的释 放。
离子交换技术的原理
离子交换反应是可逆的，当离子交换剂与溶液中的离子接触 时，离子交换剂表面的活性基团与溶液中的离子发生静电引 力作用，形成离子键合。
在一定条件下，这些离子键合可以解离，从而实现离子的分 离和富集。
离子交换技术的应用领域
离子交换技术在化学、生物、环境、能 源等领域有着广泛的应用。
在能源领域，离子交换技术可用于核废 水的处理和放射性元素的分离等。
在环境科学领域，离子交换技术可用于 处理各种废水、废气和土壤等，去除其 中的有害物质。
重金属等。
食品工业
萃取技术在食品工业中用于提 取植物油、咖啡因、茶多酚等 ，以及分离和纯化食品添加剂 。
环境工程
萃取技术可用于处理环境污染 问题，如重金属离子、有机污 染物的分离和去除。
生物工程
萃取技术在生物工程中用于分 离和纯化生物活性物质，如蛋
白质、酶、细胞等。
02
CATALOGUE
离子交换技术简介
感谢观看
04
CATALOGUE
萃取与离子交换的未来发展
技术发展趋势
高效能设备
随着技术的进步，萃取和离子交 换设备将更加高效，能够实现更 快速、更精确的分离和纯化过程
。
智能化控制
通过引入人工智能和大数据技术， 实现对萃取和离子交换过程的智能 控制，提高生产效率和产品质量。
绿色环保
随着环保意识的提高，未来的萃取 和离子交换技术将更加注重环保， 减少对环境的负面影响。
湿法冶金-离子交换法详解
4 离子交换法4.1概述离子交换法是基于固体离子交换剂在与电解质水溶液接触时，溶液中的某种离子与交换剂中的同性电荷离子发生离子交换作用，结果溶液中的离子进入交换剂，而交换剂中的离子转入溶液中的一种方法。
离子交换法是目前最重要和应用最广泛的化学分离方法之一，该法就其适用的分离对象而言，几乎可以用来分离所有的无机离子，同时也能用于许多结构复杂、性质相似的有机化合物的分离。
该法就其可适用的分离规模而言，它不仅能适应工业生产中大规模分离的要求，而且也可以用于实验室微量物质的分离和分析。
例如：其中，表示H+型阳离子交换剂，表示Cl-型阴离子交换剂。
离子交换是自然界中广泛存在的现象，人类在长时期中都在自觉不自觉中应用着这一过程，但真正确认离子交换现象的，通常都认为是两位英国农业科学家Tompson和Way。
1850年他们报道，用硫酸铵或碳酸铵处理土壤时，铵离子被吸收而析出钙，土壤即为有显著离子交换效应的离子交换剂。
其他无机离子交换剂如硅酸盐等到上一世纪初已经在水的软化、糖的净化等许多方面有了工业规模的应用。
但无机离子交换剂往往不能在酸性条件下使用。
1935年Adams和Holmes研究合成了具有离子交换功能的高分子材料聚酚醛系强酸性阳离子交换树脂和聚苯胺醛系弱碱性阴离子交换树脂，为人类获得性质优良的离子交换剂开辟了新的途径，这一成就被认为是离子交换发展进程中最重要的事件。
1945年美国人Alelio成功地合成了聚苯乙烯系阳离子交换树脂，此后又合成了其他性能良好的聚苯乙烯系、聚苯烯酸系树脂，使离子交换成为在许多方面表现出优势的低能耗、高效率的分离技术。
后来离子交换树脂的发展取得重要突破，Kunin等人合成了一种兼具离子交换和吸附两种功能的大孔离子交换树脂。
离子交换树脂的合成和它的应用技术互相推动，迅速发展，在化工、冶金、环保、生物、医药、食品等许多领域取得了巨大成就和效益。
离子交换过程能得以如此广泛的应用，主要是由于离子交换法具有以下优点：（1）吸附的选择性高。
《离子交换分离法》课件
将含有所需离子的化合物溶解在溶 剂中，再加入凝胶剂形成溶胶，经 过老化、凝胶化、干燥等步骤制备 成离子交换剂。
化学键合法
将具有特定功能的有机物通过化学 键合作用固定在载体上，制备成具 有特定功能的离子交换剂。
离子交换剂的性能指标
交换容量
指单位质量的离子交换剂所 能交换离子的量，是衡量离 子交换剂性能的重要指标之 一。
在食品工业中的应用
食品添加剂生产
离子交换分离法可用于生 产食品添加剂，如柠檬酸 、苹果酸等，提高产品质 量和纯度。
果汁和乳制品加工
在果汁和乳制品加工过程 中，离子交换分离法可用 于去除杂质离子，提高产 品的口感和品质。
食品包装材料处理
离子交换分离法可用于食 品包装材料的处理，去除 其中的有害物质，提高食 品安全。
《离子交换分离法 》ppt课件
目 录
• 离子交换分离法简介 • 离子交换剂 • 离子交换分离法的基本操作 • 离子交换分离法的应用实例 • 离子交换分离法的优缺点及发展前景
01
CATALOGUE
离子交换分离法简介
离子交换分离法的定义
离子交换分离法是一种利用离子交换 剂与溶液中的离子进行可逆交换，从 而实现离子或离子的混合物分离的方 法。
选择性
指离子交换剂对不同离子的 选择性差异，通常用某一离 子的交换容量与另一离子的 交换容量的比值来表示。
平衡速度
指离子交换剂与溶液中的离 子达到平衡状态所需的时间 ，是衡量离子交换剂性能的 重要指标之一。
再生性能
指离子交换剂在使用过程中 经过多次再生后性能的保持 能力，是衡量离子交换剂性 能的重要指标之一。
05
CATALOGUE
离子交换分离法的优缺点及发展前景
化学键合法
将具有特定功能的有机物通过化学 键合作用固定在载体上，制备成具 有特定功能的离子交换剂。
离子交换剂的性能指标
交换容量
指单位质量的离子交换剂所 能交换离子的量，是衡量离 子交换剂性能的重要指标之 一。
在食品工业中的应用
食品添加剂生产
离子交换分离法可用于生 产食品添加剂，如柠檬酸 、苹果酸等，提高产品质 量和纯度。
果汁和乳制品加工
在果汁和乳制品加工过程 中，离子交换分离法可用 于去除杂质离子，提高产 品的口感和品质。
食品包装材料处理
离子交换分离法可用于食 品包装材料的处理，去除 其中的有害物质，提高食 品安全。
《离子交换分离法 》ppt课件
目 录
• 离子交换分离法简介 • 离子交换剂 • 离子交换分离法的基本操作 • 离子交换分离法的应用实例 • 离子交换分离法的优缺点及发展前景
01
CATALOGUE
离子交换分离法简介
离子交换分离法的定义
离子交换分离法是一种利用离子交换 剂与溶液中的离子进行可逆交换，从 而实现离子或离子的混合物分离的方 法。
选择性
指离子交换剂对不同离子的 选择性差异，通常用某一离 子的交换容量与另一离子的 交换容量的比值来表示。
平衡速度
指离子交换剂与溶液中的离 子达到平衡状态所需的时间 ，是衡量离子交换剂性能的 重要指标之一。
再生性能
指离子交换剂在使用过程中 经过多次再生后性能的保持 能力，是衡量离子交换剂性 能的重要指标之一。
05
CATALOGUE
离子交换分离法的优缺点及发展前景
离子交换法
碱性(带正电).强碱性和弱碱性阴离子交换剂.弱碱
性阴离子交换剂在中性和酸性pH范围使用。
二. 离子交换树脂的分类
2 阴离子交换树脂
交换前
交换达到平衡后
离子交换平衡
• 离子交换与一般多相化学反应不同，当发生交换反应时， 树脂体积常发生改变，引起溶剂分子(通常为水)的转移。从而引 起自由能或化学位的改变。 • 假定交换反应时，树脂体积收缩，于是就有水分子从树脂相 转入液相中，因此离子交换方程式可写成如下形式：
离子交换法概述
离子交换树脂的结构-网络骨架
苯乙烯系、丙烯酸系、酚醛系、环氧系
离子交换法概述
离子交换树脂结构
骨架：接有功能基团，本身是惰性
功能基团：连接在骨架 上，可与 相反离子结合 活性离子：与功能基团所带电荷相 反的可移动的离子 待交换分子：在吸附阶段可与活 性离子交换，与骨架上的功能基 团结合
离子交换操作方法 • 树脂选择
• 树脂预处理 • 离子交换吸附
• 洗脱
离子交换树脂的选择
必须考虑被分离物质带何种电荷及其电性强弱、
分子的大小与数量，同时还要考虑环境中存在哪些其
它离子和它们的性质。
a、树脂型号的选择 （1）某种阳离子与共存阴离子的分离：选择强碱性阴离子交换树脂；
（2）某种阳离子与共存阳离子的分离：可选用强酸性阳离子交换树脂.
树脂预处理
• 研磨、过筛使 粒度符合要求
• 浸泡是其充分 溶胀 • 净化减少杂质
离子交换装置
1、静态交换法： 工业上（间歇式工艺） ：交换罐。 实验室中： 烧杯。
2、动态交换法： 工业上（连续交换工艺、柱交换工艺） ：离子交换器 将树脂装入柱状交换器中，使待交换溶液流过交换柱 。即完成交换分离过程。然后在同一柱中进行洗脱再生和 洗涤，又重新开始交换。
性阴离子交换剂在中性和酸性pH范围使用。
二. 离子交换树脂的分类
2 阴离子交换树脂
交换前
交换达到平衡后
离子交换平衡
• 离子交换与一般多相化学反应不同，当发生交换反应时， 树脂体积常发生改变，引起溶剂分子(通常为水)的转移。从而引 起自由能或化学位的改变。 • 假定交换反应时，树脂体积收缩，于是就有水分子从树脂相 转入液相中，因此离子交换方程式可写成如下形式：
离子交换法概述
离子交换树脂的结构-网络骨架
苯乙烯系、丙烯酸系、酚醛系、环氧系
离子交换法概述
离子交换树脂结构
骨架：接有功能基团，本身是惰性
功能基团：连接在骨架 上，可与 相反离子结合 活性离子：与功能基团所带电荷相 反的可移动的离子 待交换分子：在吸附阶段可与活 性离子交换，与骨架上的功能基 团结合
离子交换操作方法 • 树脂选择
• 树脂预处理 • 离子交换吸附
• 洗脱
离子交换树脂的选择
必须考虑被分离物质带何种电荷及其电性强弱、
分子的大小与数量，同时还要考虑环境中存在哪些其
它离子和它们的性质。
a、树脂型号的选择 （1）某种阳离子与共存阴离子的分离：选择强碱性阴离子交换树脂；
（2）某种阳离子与共存阳离子的分离：可选用强酸性阳离子交换树脂.
树脂预处理
• 研磨、过筛使 粒度符合要求
• 浸泡是其充分 溶胀 • 净化减少杂质
离子交换装置
1、静态交换法： 工业上（间歇式工艺） ：交换罐。 实验室中： 烧杯。
2、动态交换法： 工业上（连续交换工艺、柱交换工艺） ：离子交换器 将树脂装入柱状交换器中，使待交换溶液流过交换柱 。即完成交换分离过程。然后在同一柱中进行洗脱再生和 洗涤，又重新开始交换。
第16章 色谱分析法概论(共82张PPT)
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色谱别离的前提
——组分在两相间分配系数 K 不同或分配
第三节 色谱别离机制
一、吸附色谱法 二、分配色谱法
三、 离子交换色谱法 四、空间排阻色谱法
一、吸附色谱法
✓ 别离机制： ✓ 利用吸附剂对不同组分吸附能力差异实现别离
诺贝尔化学奖： 1948年，瑞典Tiselins，电泳和吸附分析 1952年，英国Martin和Synge，分配色谱。
展望：
新型固定相和检测器 联用仪器：GC-MS，HPLC-MS 智能化开展
第一节 概 述
一、定义
色谱法(chromatography)： 对于液相色谱，因Dm 较小，B 项可勿略。
三、色谱法的特点
✓ 缺点：
对未知物分析的定性专属性差
需要与其他分析方法联用(GC-MS,LC-MS)
第二节 色谱法的根本原理
实现色谱分析的根本条件
相对运动的两相——流动相、固定相
各组分与固定相的作用存在差异
一、色谱过程
色谱过程是物质分子在相对运动的两相分配 “平衡〞的过程。
两个组分被流动相携带移动的速度不同
物质对别离的两种情况
C
C
t
t
提高别离度R
增加tR
பைடு நூலகம்
减小w
第四节 色谱理论根底
组分保存时间：色谱过程的热力学因素控制； 〔组分和固定液的结构和性质〕
色谱峰变宽：色谱过程的动力学因素控制；
〔两相中的运动阻力，扩散〕
离子交换法、萃取法和膜析法处理共51页文档
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
离子交换法、萃取法和膜析法处理
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
16.1 中和法
常用的物理化学处理方法有吸附、离子交换、萃 取、膜析法及超临界处理技术。
第一节 中 和 法
1.1 概述 1.2 湿投加法 1.3 过滤法 1.4 其它中和方法
1.1 概述
中和的基本原理：用化学法使废水的pH值达到7左右 的过程。
对于高浓度（大于3%）的酸、碱废水的处理，应首 先考虑回收其中的酸或碱以及综合利用；
《水污染控制工程》
第十六章 污水的化学与物理化 学处理
主讲教师：
化学法：利用化学反应作用去除水中杂质。处 理对象：无机的或有机的(难于生物降解的)溶解 物质或胶体物质。
常用的化学处理方法有中和法、混凝法、沉淀法 和氧化还原法。
物理化学法：利用物理化学原理和化工单元操作 去除水中杂质。处理对象：高浓度杂质废水的物 质回收利用或低浓度杂质废水的深度处理。
电石渣 白云石
1.2 湿投加法—投加量
中和药剂的投加量，可按化学反应式进行估算。
G （K / P )(Qc1a1 Qc2a2）
式中：
Q ——废水流量(m3/h) C ——废水中酸（碱）浓度(kg/m3) ——换算（比重1） a ——药剂单位理论耗量(kg/kg) P——药剂纯度或浓度(0.6-0.98) K ——考虑部分药剂不能完全参加反应的加大系数
➢ 中和处理硝酸、盐酸时，滤料选用石灰石、大理石或白云 石都行；
➢ 中和处理碳酸时，不宜采用过滤中和法；
➢ 中和处理硫酸时，最好选用含镁的中和滤料(白云石)。
4、常用设备 滚筒式中和滤池
1.3 其它中和方法
1. 利用碱性废水和废酸的中和法
2. 利用天然碱度的中和法
在同时存在酸性 废水和碱性废水 的情况下，可以 以废治废，互： 石灰石或白云石作中和剂时常呈粗粒 状，可作滤料，故用过滤法。
第一节 中 和 法
1.1 概述 1.2 湿投加法 1.3 过滤法 1.4 其它中和方法
1.1 概述
中和的基本原理：用化学法使废水的pH值达到7左右 的过程。
对于高浓度（大于3%）的酸、碱废水的处理，应首 先考虑回收其中的酸或碱以及综合利用；
《水污染控制工程》
第十六章 污水的化学与物理化 学处理
主讲教师：
化学法：利用化学反应作用去除水中杂质。处 理对象：无机的或有机的(难于生物降解的)溶解 物质或胶体物质。
常用的化学处理方法有中和法、混凝法、沉淀法 和氧化还原法。
物理化学法：利用物理化学原理和化工单元操作 去除水中杂质。处理对象：高浓度杂质废水的物 质回收利用或低浓度杂质废水的深度处理。
电石渣 白云石
1.2 湿投加法—投加量
中和药剂的投加量，可按化学反应式进行估算。
G （K / P )(Qc1a1 Qc2a2）
式中：
Q ——废水流量(m3/h) C ——废水中酸（碱）浓度(kg/m3) ——换算（比重1） a ——药剂单位理论耗量(kg/kg) P——药剂纯度或浓度(0.6-0.98) K ——考虑部分药剂不能完全参加反应的加大系数
➢ 中和处理硝酸、盐酸时，滤料选用石灰石、大理石或白云 石都行；
➢ 中和处理碳酸时，不宜采用过滤中和法；
➢ 中和处理硫酸时，最好选用含镁的中和滤料(白云石)。
4、常用设备 滚筒式中和滤池
1.3 其它中和方法
1. 利用碱性废水和废酸的中和法
2. 利用天然碱度的中和法
在同时存在酸性 废水和碱性废水 的情况下，可以 以废治废，互： 石灰石或白云石作中和剂时常呈粗粒 状，可作滤料，故用过滤法。
电镀废水的几种处理方法
电镀废水的几种处理方法电镀废水电镀废水处理方法可以归纳为：物理方法、化学方法、物理化学方法和生物处理方法。
1物理方法物理方法是废水中呈悬浮状态的污染物质利用自身的物理沉降作用被分离去除的方式，在整个处理过程中物质的物化性质不改变，主要包括蒸发浓缩法、晶析法。
蒸发浓缩法，就是通过蒸发手段将镀液中的水分减少，从而达到浓缩镀液并加以回收和利用的处理方法。
一般用于处理含铬、铜及镍离子废水。
晶析法是利用固液分离原理，将金属盐以晶体的形式在盐类物质过饱和溶液中析出，以达到去除或回收利用有价值物质的目的。
2化学方法化学方法就是向废水中投加化学药剂，破除污染物毒性，改变其物化性质，使目标污染物转化或转变成易于与水分离的无毒无害的物质，以达到去除污染物的目的。
常用的化学法包括氧化处理法、还原处理法、中和处理法、絮凝沉淀法等，以及几种方法组合在一起的组合法。
(1)还原法还原法主要是针对电镀废水中的含铬废水，铬在废水中主要存在Cr6+及Cr3+两种形态，在酸性条件下，Cr6+先通过还原剂的还原作用还原成Cr3+，之后在碱性条件下，用中和沉淀法生成氢氧化铬沉淀去除，通常采用硫酸亚铁、偏亚硫酸氢钠、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠等还原剂。
此法的主要优点是设备简单，易于操作管理，污泥沉渣量少且易于回收，因而被广泛应用，缺点是有可能引起二次污染。
(2)氧化法氧化法主要是用来处理含氰废水，主要有碱性氯化法、电解氧化法、过氧化氢氧化法、臭氧氧化法。
a.碱性氯化法碱性氯化法，其原理是采用氯气或液氯、漂白粉将废水中的氰化物氧化成C02和N2等无毒物质[16]。
碱性氯化法破氰分为两个阶段：第一阶段是在pH>10的强碱性环境下，将氰化物氧化后氰酸盐，叫做不完全氧化;第二阶段是在pH>8.5的弱碱性环境下，进一步将氰酸盐氧化分解为二氧化碳和氮气，叫做完全氧化。
缺点是液氯储存困难，容易泄漏，引起中毒，有效氯含量较低，污泥量大，水泵容易堵塞，处理后出水余氯含量高，对操作工人危害较大，药剂耗量大，容易腐蚀设备。
离子交换分离法
弱碱型
—N+H3 OH—N+H2R OH-
pH < 4
—N+HR2 OH-
含有特殊螯合基团的树脂
两性交换树脂 电子交换树脂，含有氧化复原功能基团
强碱型阴离子树脂
弱酸型阳离子树脂
弱碱型阴离子树脂
交联度与交换容量
〔1〕交联度
树脂在合成中分子间相互连成网状构造称之“交联〞
交联度=交联剂用量/反响物总量×100%
定义：每克干树脂能交换的物质的量〔mmol/g〕
①全交换容量：理论值，为特征常数，不随条件变化； ②有效〔工作〕交换容量：实测值，与实验条件有关。
离子交换别离的理论
唐南理论
交换平衡
B A R A B R
树脂 弹性凝胶
电解质溶液 半透膜
吸水 溶胀
A+R-
C- 唐南排斥
A+
C-
唐南理论 溶液中B+
除去水中：Ca 2+，Mg 2+，K +，Na + 及少量Fe 3+；Cl – CO3 2-及少量S 2－
去离子水
混合柱 RN(CH3)3OH柱
矿石中痕量铂、钯的测定：
〔1〕矿石溶解 〔2〕参加较浓的HCl，Pt(IV)，Pd(II)转化为
PtCl62或PdCl42-阴离子
〔3〕试液通过装有Cl-强碱性阴离子交换树脂微型 交换
特点：
〔1〕别离效率高 能用于带相反电荷离子别离，又能用于带一样 电荷及性质相近离子的别离
〔2〕应用广 既可用于别离，又可用于富集，还可用高纯物 制备及蛋白质、核酸、酶等生物活性物的纯化
〔3〕别离过程周期长、耗时多 所以仅用于解决分析中较困难的别离问题
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第16章+2 污水的化 学与物理化学处理
水污染控制工程(下)
§16-5 吸附法
一、吸附原理与类型
二、吸附平衡和吸附容量 三、影响吸附的因素 四、吸附剂 五、吸附剂的再生
六、吸附操作方式与设计
七、吸附在污水处理中的应用
水污染控制工程(下)
一、吸附原理与类型
1、概念
吸附是一种物质附着在另一种物质 表面上的过程，它可以发生在气 - 液、 气-固、液-固两相之间。
多层流化床吸附塔构造示
§16-6 离子交换
水污染控制工程(下)
离子交换法是一种借助于离子交 换剂上的离子和废水中的离子进行 交换反应而除去废水中有害离子的 方法。
水污染控制工程(下)
实质：不溶性的离子化合物（离子交换
剂）上的可交换离子与溶液中的其它 同性离子的交换反应，是一种特殊的 吸附过程，通常是可逆的化学吸附。
水污染控制工程(下)
四、吸附剂
工业上应用的吸附剂必须满足下列要求： (1) 吸附能力强； (2) 吸附选择性好； 一般工业吸附剂很难 同时满足以上要求，应 根据不同场合选用合适 的吸附剂。 污水处理中常见的吸 附剂有活性炭、磺化煤、 活化煤、沸石、硅藻土、 焦炭、木炭、活性白土、 腐殖酸及大孔径吸附树 脂等。
按照树脂类型和孔结构分为: 凝胶型树脂；大孔型树脂；多孔型树脂；巨孔型 树脂（MR）；高巨孔型树脂（超MR型）等。 按活性基团分：阴离子交换树脂（含酸性基团）； 阳离子交换树脂（含碱性基团）；螯合树脂（含胺 羧基团）；氧化还原树脂（氧化还原基团）。
水污染控制工程(下)
§16-8 膜析法
水污染控制工程(下)
3、吸附速度
指单位质量的吸附剂在单位时间内所 吸附的物质的量。
吸附速度决定了污水和吸附剂的接触 时间，取决于吸附剂对吸附质的吸附过 程，通常由试验确定。
水污染控制工程(下)
4、吸附等温线
是表征吸附容量与相应的平衡浓 度之间的关系曲线。
120 100
mg. g-1
80 60 40 20 0
水污染控制工程(下)
固定床根据水流方向又分为升流式和降流式 两种形式。
图17-5 固定床
水污染控制工程(下)
固定床根据处理水量、原水的水质和处理要求可分 为单床式、多床串连式和多床并联式3种。
图17-6 固定床吸附操作示意图 (a)单床式；(b)多床串联式；(c)多床并联式
水污染控制工程(下)
② 移动床 原水从吸附塔底部流入和吸附 剂进行逆流接触，处理后的水从塔 顶流出，再生后的吸附剂从塔顶加 入，接近吸附饱和的吸附剂从塔底 间歇排出。 ( 吸附剂由上而下间歇 或连续移动) 优点：占地面积小，连接管路少， 基本上不需要反冲洗。 缺点：难于均匀地排出炭层；操 作要求严格，不能使塔内吸附剂上 下层互混；不利于生物协同作用。 水污染控制工程(下)
水污染控制工程(下)
在污水处理中，吸附则是利用多孔性固体吸附 剂的表面吸附污水中一种或多种污染物，达到污 水净化的过程。具有吸附能力的多孔性固相物质 称为吸附剂，而污水中被吸附的物质称为吸附质。
这种方法主要用于低浓度工业废水的处理。
水污染控制工程(下)
2、吸附原理
吸附的主要原因在于溶质对水的疏水 特性或者在于溶质对固体颗粒的高度亲合 力；吸附作用的第二种原因主要是由溶质 与吸附剂之间的静电引力、范德华引力或 化学键力所引起。 与此相对应，可把吸附分为3种基本类型。
水污染控制工程(下)
3、吸附类型
(1) 物理吸附
(2) 化学吸附
(3) 离子交换吸附
水污染控制工程(下)
(1) 物理吸附
物理吸附是吸附质与吸附剂之间的分 子引力(范德华力)所产生的吸附。这是最 常见的一种吸附现象。
水污染控制工程(下)
特征：
① 被吸附物分子稍能在界面上作自由移动；
② 吸附时表面能降低，所以是放热反应；
水污染控制工程(下)
六、吸附操作方式与设计
1、吸附操作
(1) 静态吸附(即间歇式)
(2) 动态吸附(即连续式)
水污染控制工程(下)
(1) 静态吸附(即间歇式)
静态吸附指污水在不流动的条件下进行的吸附操作。
静态吸附操作的工艺过程是把一定量吸附剂投入 欲处理的污水中，不断地进行搅拌，达到吸附平衡 后，再用沉淀或过滤的方法使污水与吸附剂分开。 如经一次吸附后，出水的水质达不到要求时，往往 采取多次静态吸附操作。 由于多次吸附操作是一个非连续的间歇操作过程， 处理大批污水时较为烦杂，故间歇式操作主要用于少 量废水的处理及实验研究，在实际生产中采用较少。
(3) 吸附平衡浓度低；
(4) 容易再生与再利用； (5) 化学稳定性好； (6) 机械强度好； (7) 来源广、价格低廉。
水污染控制工程(下)
五、吸附剂的再生
所谓再生，就是在吸附剂本身结构不发 生或很少发生变化的情况下，用某种方法把 吸附质从吸附剂孔隙中除去，恢复它的吸附 能力，以达到重复使用的目的。 活性炭的再生方法主要有：加热再生法、 药剂再生法、化学氧化法和生物法。
反渗透膜组件有板框式（plate and frame）、 管式(tubular modules)、螺旋卷式(spirals wound)和中空纤维式(hollow fiber)等四种。
水污染控制工程(下)
工 业 应 用 的 反 渗 透 装 置
水污染控制工程(下)
三、超滤
1、超滤的原理
超滤又称为超过滤，通过膜表面的微孔结构 对物质进行选择性分离。当液体混合物在一定压 力下流经膜表面时，小分子溶质透过膜（称为超 滤液），而大分子物质则被截留，使原液中大分 子浓度逐渐提高（称为浓缩液），从而实现大、 小分子的分离、浓缩、净化的目的。 用于去除废水中大分子物质和微粒（分子量 >500）。
电渗析过程原理图
阳极室
浓缩室
淡化室
浓缩室
阴极室 － －
+
+ ClNa＋ Na＋
ClNa＋
Cl+ Cl+ Na＋ +
ClNa＋
－ －
Cl 阴极
+
阳极 阳膜 阴膜 阳膜 阴膜
二、反渗透 1、原理 一种只能透过溶剂而不能透过溶质的膜称为半透 膜。当把溶剂和溶液(或把两种不同浓度的溶液)分 别臵于此膜的两侧时，纯溶剂将自然穿过半透膜而 自发地向溶液(或从低浓度溶液向高浓度溶液)一侧 流动，这种现象叫做渗透。两液面间的高度差称为 该溶液的渗透压Π 。 若在溶液的液面上再施加一个大于Π的压力P 时，溶剂将与原来的渗透方向相反，开始从溶 液向溶剂一侧流动，这就是所谓的反渗透。
膜分离是利用特殊的薄膜对液体 中某些成分进行选择性透过的统称。 溶剂透过膜的过程称为渗透;
溶质透过膜的过程称为渗析。
水污染控制工程(下)
表17-3 膜分离法
方 法 渗 析 电 渗 析 反 渗 透 超 滤 液 膜 推 动 力 浓 度 差 电 位 差 压 力 差 压 力 差 反 应 促 进 和 浓 度 差 用 途 分 离 低 分 子 物 质 、 离 子 (0 .0 0 0 4 ~ 0 .1 5 μm )， 截 留 非 对 称 膜 物 分 子 量 > 1 0 0 0 (溶 剂 ) 离 子 交 换 膜 分 离 离 子 ， 用 于 回 收 酸 、 碱 ， 苦 咸 水 淡 化 分 离 小 分 子 溶 质 ， 用 于 海 水 淡 化 ， 去 除 无 机 离 子 反 渗 透 膜 或 有 机 物 用 于 分 离 相 对 分 子 质 量 大 于 5 0 0 的 大 分 子 ， 去 除 超 过 滤 膜 细 菌 、 蛋 白 质 等 液 膜 应 用 于 医 药 、 化 工 、 生 物 、 环 境 保 护 等 方 面 膜 的 类 型
当达到动态平衡时，吸附速度与脱附速度相 等，吸附质在吸附剂及溶液中的浓度都将不再改 变。此时，吸附质在液相中的浓度称为平衡浓度。
水污染控制工程(下)
吸附剂对吸附质的吸收效果，一般用 吸附容量和吸附速度来衡量。
2、吸附容量
指单位质量吸附剂所吸附的吸附质的质量。
V (c 0 c ) q W
水污染控制工程(下)
共同优点是：操作可在常温下进行；不发生相变； 装臵简单，操作容易，易控制，易维修，分离效率高。 缺点：处理能力较小；除扩散渗析外，需消耗相当 的能量。 水污染控制工程(下)
一、电渗析 1、原理 电渗析是在直流电场的作用下，利用阴、阳离子交换 膜对溶液中阴、阳离子的选择性透过性 (即阳膜只允许阳 离子通过、阴膜只运行阴离子通过 )，而使溶液中的溶质 与水分离的一种物理化学过程。 离子减少的隔室为淡水室，相应的出水为淡水；离子 增多的隔室为浓水室，相应的出水为浓水；与电极板接触 的隔室为极室，其出水为极水。 对于一般的给水处理，得到的为淡水，浓水排走；对于 工业废水处理，淡水可无害化排放或重复利用；浓水则可 回收有用物质。 水污染控制工程(下)
③ 流动床(流化床) 吸附剂在塔中处于流化状态，并 由上向下移动，原水由底部升流式通 过床层。因此，吸附剂与水的接触面 积增大。 流动床是一种较为先进的床型。 与固定床相比，可使用小颗粒的吸附 剂，吸附剂一次投量较少，不需反洗， 设备小，生产能力大，预处理要求低。 但运转中操作要求高，不易控制，同 17-9 时对吸附剂的机械强度要求高。目前 图 意 应用较少。 水污染控制工程(下)
水污染控制工程(下)
开始时两边液 面相同
在浓水边加压，当压 力超过渗透压时，则 由于浓度差存在，半透膜 水透过半透膜，即反 又不允许溶质通过，所以 渗透，实现净化过程。 水透过膜，使浓水一边液 面升高，产生渗透压
半透膜
渗透和反渗透原理示意图
水污染控制工程(下)
2、反渗透装臵
工业生产中使用的膜分离设备是由多个构造相 同的单个装臵组合而成的，一般把构成设备的相同 的装臵称为膜组件（membrane module）。
水污染控制工程(下)
§16-5 吸附法
一、吸附原理与类型
二、吸附平衡和吸附容量 三、影响吸附的因素 四、吸附剂 五、吸附剂的再生
六、吸附操作方式与设计
七、吸附在污水处理中的应用
水污染控制工程(下)
一、吸附原理与类型
1、概念
吸附是一种物质附着在另一种物质 表面上的过程，它可以发生在气 - 液、 气-固、液-固两相之间。
多层流化床吸附塔构造示
§16-6 离子交换
水污染控制工程(下)
离子交换法是一种借助于离子交 换剂上的离子和废水中的离子进行 交换反应而除去废水中有害离子的 方法。
水污染控制工程(下)
实质：不溶性的离子化合物（离子交换
剂）上的可交换离子与溶液中的其它 同性离子的交换反应，是一种特殊的 吸附过程，通常是可逆的化学吸附。
水污染控制工程(下)
四、吸附剂
工业上应用的吸附剂必须满足下列要求： (1) 吸附能力强； (2) 吸附选择性好； 一般工业吸附剂很难 同时满足以上要求，应 根据不同场合选用合适 的吸附剂。 污水处理中常见的吸 附剂有活性炭、磺化煤、 活化煤、沸石、硅藻土、 焦炭、木炭、活性白土、 腐殖酸及大孔径吸附树 脂等。
按照树脂类型和孔结构分为: 凝胶型树脂；大孔型树脂；多孔型树脂；巨孔型 树脂（MR）；高巨孔型树脂（超MR型）等。 按活性基团分：阴离子交换树脂（含酸性基团）； 阳离子交换树脂（含碱性基团）；螯合树脂（含胺 羧基团）；氧化还原树脂（氧化还原基团）。
水污染控制工程(下)
§16-8 膜析法
水污染控制工程(下)
3、吸附速度
指单位质量的吸附剂在单位时间内所 吸附的物质的量。
吸附速度决定了污水和吸附剂的接触 时间，取决于吸附剂对吸附质的吸附过 程，通常由试验确定。
水污染控制工程(下)
4、吸附等温线
是表征吸附容量与相应的平衡浓 度之间的关系曲线。
120 100
mg. g-1
80 60 40 20 0
水污染控制工程(下)
固定床根据水流方向又分为升流式和降流式 两种形式。
图17-5 固定床
水污染控制工程(下)
固定床根据处理水量、原水的水质和处理要求可分 为单床式、多床串连式和多床并联式3种。
图17-6 固定床吸附操作示意图 (a)单床式；(b)多床串联式；(c)多床并联式
水污染控制工程(下)
② 移动床 原水从吸附塔底部流入和吸附 剂进行逆流接触，处理后的水从塔 顶流出，再生后的吸附剂从塔顶加 入，接近吸附饱和的吸附剂从塔底 间歇排出。 ( 吸附剂由上而下间歇 或连续移动) 优点：占地面积小，连接管路少， 基本上不需要反冲洗。 缺点：难于均匀地排出炭层；操 作要求严格，不能使塔内吸附剂上 下层互混；不利于生物协同作用。 水污染控制工程(下)
水污染控制工程(下)
在污水处理中，吸附则是利用多孔性固体吸附 剂的表面吸附污水中一种或多种污染物，达到污 水净化的过程。具有吸附能力的多孔性固相物质 称为吸附剂，而污水中被吸附的物质称为吸附质。
这种方法主要用于低浓度工业废水的处理。
水污染控制工程(下)
2、吸附原理
吸附的主要原因在于溶质对水的疏水 特性或者在于溶质对固体颗粒的高度亲合 力；吸附作用的第二种原因主要是由溶质 与吸附剂之间的静电引力、范德华引力或 化学键力所引起。 与此相对应，可把吸附分为3种基本类型。
水污染控制工程(下)
3、吸附类型
(1) 物理吸附
(2) 化学吸附
(3) 离子交换吸附
水污染控制工程(下)
(1) 物理吸附
物理吸附是吸附质与吸附剂之间的分 子引力(范德华力)所产生的吸附。这是最 常见的一种吸附现象。
水污染控制工程(下)
特征：
① 被吸附物分子稍能在界面上作自由移动；
② 吸附时表面能降低，所以是放热反应；
水污染控制工程(下)
六、吸附操作方式与设计
1、吸附操作
(1) 静态吸附(即间歇式)
(2) 动态吸附(即连续式)
水污染控制工程(下)
(1) 静态吸附(即间歇式)
静态吸附指污水在不流动的条件下进行的吸附操作。
静态吸附操作的工艺过程是把一定量吸附剂投入 欲处理的污水中，不断地进行搅拌，达到吸附平衡 后，再用沉淀或过滤的方法使污水与吸附剂分开。 如经一次吸附后，出水的水质达不到要求时，往往 采取多次静态吸附操作。 由于多次吸附操作是一个非连续的间歇操作过程， 处理大批污水时较为烦杂，故间歇式操作主要用于少 量废水的处理及实验研究，在实际生产中采用较少。
(3) 吸附平衡浓度低；
(4) 容易再生与再利用； (5) 化学稳定性好； (6) 机械强度好； (7) 来源广、价格低廉。
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五、吸附剂的再生
所谓再生，就是在吸附剂本身结构不发 生或很少发生变化的情况下，用某种方法把 吸附质从吸附剂孔隙中除去，恢复它的吸附 能力，以达到重复使用的目的。 活性炭的再生方法主要有：加热再生法、 药剂再生法、化学氧化法和生物法。
反渗透膜组件有板框式（plate and frame）、 管式(tubular modules)、螺旋卷式(spirals wound)和中空纤维式(hollow fiber)等四种。
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工 业 应 用 的 反 渗 透 装 置
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三、超滤
1、超滤的原理
超滤又称为超过滤，通过膜表面的微孔结构 对物质进行选择性分离。当液体混合物在一定压 力下流经膜表面时，小分子溶质透过膜（称为超 滤液），而大分子物质则被截留，使原液中大分 子浓度逐渐提高（称为浓缩液），从而实现大、 小分子的分离、浓缩、净化的目的。 用于去除废水中大分子物质和微粒（分子量 >500）。
电渗析过程原理图
阳极室
浓缩室
淡化室
浓缩室
阴极室 － －
+
+ ClNa＋ Na＋
ClNa＋
Cl+ Cl+ Na＋ +
ClNa＋
－ －
Cl 阴极
+
阳极 阳膜 阴膜 阳膜 阴膜
二、反渗透 1、原理 一种只能透过溶剂而不能透过溶质的膜称为半透 膜。当把溶剂和溶液(或把两种不同浓度的溶液)分 别臵于此膜的两侧时，纯溶剂将自然穿过半透膜而 自发地向溶液(或从低浓度溶液向高浓度溶液)一侧 流动，这种现象叫做渗透。两液面间的高度差称为 该溶液的渗透压Π 。 若在溶液的液面上再施加一个大于Π的压力P 时，溶剂将与原来的渗透方向相反，开始从溶 液向溶剂一侧流动，这就是所谓的反渗透。
膜分离是利用特殊的薄膜对液体 中某些成分进行选择性透过的统称。 溶剂透过膜的过程称为渗透;
溶质透过膜的过程称为渗析。
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表17-3 膜分离法
方 法 渗 析 电 渗 析 反 渗 透 超 滤 液 膜 推 动 力 浓 度 差 电 位 差 压 力 差 压 力 差 反 应 促 进 和 浓 度 差 用 途 分 离 低 分 子 物 质 、 离 子 (0 .0 0 0 4 ~ 0 .1 5 μm )， 截 留 非 对 称 膜 物 分 子 量 > 1 0 0 0 (溶 剂 ) 离 子 交 换 膜 分 离 离 子 ， 用 于 回 收 酸 、 碱 ， 苦 咸 水 淡 化 分 离 小 分 子 溶 质 ， 用 于 海 水 淡 化 ， 去 除 无 机 离 子 反 渗 透 膜 或 有 机 物 用 于 分 离 相 对 分 子 质 量 大 于 5 0 0 的 大 分 子 ， 去 除 超 过 滤 膜 细 菌 、 蛋 白 质 等 液 膜 应 用 于 医 药 、 化 工 、 生 物 、 环 境 保 护 等 方 面 膜 的 类 型
当达到动态平衡时，吸附速度与脱附速度相 等，吸附质在吸附剂及溶液中的浓度都将不再改 变。此时，吸附质在液相中的浓度称为平衡浓度。
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吸附剂对吸附质的吸收效果，一般用 吸附容量和吸附速度来衡量。
2、吸附容量
指单位质量吸附剂所吸附的吸附质的质量。
V (c 0 c ) q W
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共同优点是：操作可在常温下进行；不发生相变； 装臵简单，操作容易，易控制，易维修，分离效率高。 缺点：处理能力较小；除扩散渗析外，需消耗相当 的能量。 水污染控制工程(下)
一、电渗析 1、原理 电渗析是在直流电场的作用下，利用阴、阳离子交换 膜对溶液中阴、阳离子的选择性透过性 (即阳膜只允许阳 离子通过、阴膜只运行阴离子通过 )，而使溶液中的溶质 与水分离的一种物理化学过程。 离子减少的隔室为淡水室，相应的出水为淡水；离子 增多的隔室为浓水室，相应的出水为浓水；与电极板接触 的隔室为极室，其出水为极水。 对于一般的给水处理，得到的为淡水，浓水排走；对于 工业废水处理，淡水可无害化排放或重复利用；浓水则可 回收有用物质。 水污染控制工程(下)
③ 流动床(流化床) 吸附剂在塔中处于流化状态，并 由上向下移动，原水由底部升流式通 过床层。因此，吸附剂与水的接触面 积增大。 流动床是一种较为先进的床型。 与固定床相比，可使用小颗粒的吸附 剂，吸附剂一次投量较少，不需反洗， 设备小，生产能力大，预处理要求低。 但运转中操作要求高，不易控制，同 17-9 时对吸附剂的机械强度要求高。目前 图 意 应用较少。 水污染控制工程(下)
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开始时两边液 面相同
在浓水边加压，当压 力超过渗透压时，则 由于浓度差存在，半透膜 水透过半透膜，即反 又不允许溶质通过，所以 渗透，实现净化过程。 水透过膜，使浓水一边液 面升高，产生渗透压
半透膜
渗透和反渗透原理示意图
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2、反渗透装臵
工业生产中使用的膜分离设备是由多个构造相 同的单个装臵组合而成的，一般把构成设备的相同 的装臵称为膜组件（membrane module）。