其他传质分离方法(I)

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1、第八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。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。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）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

2、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。a-苯乙烯与二乙烯共聚物；b-丙烯酸与二乙烯共聚物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-氯甲基化和氨基化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：交换反应的平衡关系：K＝K---离子交换平衡选择系数。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。强酸性阳离子交换树脂的选择系数离子种类二乙烯苯含量离子种类二乙烯苯含量4％8％16％4％8％16％Li+H+Na+NH4+K+

3、Rb+Cs+Ag+Tl+UO22+1.001.321.581.902.272.462.674.736.712.361.001.271.982.552.903.163.258.5112.42.451.001.472.373.344.504.624.6622.928.53.34Mg2+Zn2+Co2+Cu2+Cd2+Ni2+Ca2+Sr2+Pb2+Ba2+2.953.133.233.293.373.454.154.706.567.473.293.473.743.853.883.935.166.519.9111.53.513.783.814.464.954.067.

4、2710.118.020.8⑶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。二、离子交换设备最常用的离子交换设备：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。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

5、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。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。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）不同悬浮颗粒与水的润湿情况二、气浮分离设备—气浮池气浮池结构平流式气浮池的设计⑴接触室面积AcAc＝⑵分离室表面积

6、AsAs＝⑶核算⑷气浮池总高H（m）＝t≥20minH=h1+h2+h3三、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。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

7、，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。二、电解设备—电解槽电解槽的结构形式电解槽极板电路结构形式三、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/(A.h/L)电流密度/(A.min/dm2)电能消耗/(kW.h/m3)电解电压(单极式)/V电极金属消耗/(g/m3)电极材料极距/mm污水电解时间/min制革厂8-100.3-0.80.5-1.01.5-3.03-5250-700钢板2020-25毛皮厂8-100.1-0.31-20.6-1.53-

8、5150-200钢板2020肉类加工厂