陕西科技大学807环境工程学考点精讲 23Word格式文档下载.docx

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可以通过搅拌或脉冲装置来达到

适当分散的目的。

2）增大传质系数。

在萃取设备中，通过分散相的液滴反复地破碎

和聚集，或强化液相的湍动程度，使传质系数增大。

但是应预先

除去表面活性物质和某些固体杂质。

3）增大传质推动力。

采用逆流操作，整个萃取系统可维持较大的

推动力，既能提高萃取相中溶质浓度，又可降低萃余相中的溶质

浓度。

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。

二、萃取剂

萃取的效果和所需的费用主要取决于所用的萃取剂。

选择萃取剂时主要考虑以下几点：

①萃取能力大，即分配系数要大。

②分离性能好，萃取过程中不乳化、不随水流失，要求粘度小，与废水比重差大，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来源较广，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。

萃取剂再生的方法：

①物理法（蒸馏或蒸发）当萃取相中各组分沸点相差较大时，最宜采用蒸馏法分离。

根据分离目的，可采用简单蒸馏或精馏，设备以浮阀塔效果较好。

②化学法投加某种化学药剂使其与溶质形成不溶于溶剂的盐类。

例如，碱液反萃取萃取相中的酚，形成酚钠盐结晶析出，从而达到二者分离的目的。

化学再生法使用的设备有离心萃取机和板式塔。

三、萃取工艺设备

萃取工艺包括混合、分离和回收三个主要工序。

连续逆流萃取设备常用的有填料塔、筛板塔、脉冲塔、转盘塔和离心萃取机。

四、萃取法应用举例

1．萃取法处理合酚废水

焦化厂、煤气厂、石油化工厂排出的废水中常含有较高浓度的酸

（1000-3000mg/L）。

为了回收酚，常用萃取法处理这类废水。

某焦化厂废水萃取脱酚流程如图所示。

废水先经除油、澄清和降温预处理后进入脉冲筛板塔，由塔底供入二甲苯（萃取剂）。

萃取相送入三段串联逆流碱洗塔再生。

碱洗塔采用筛板塔。

再生后萃取相循环使用。

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。

考点二、膜析法及相关内容（★★）

一、膜的定义和分类

1、膜（分离膜）的定义

分离膜可看作是分离两相和作为选择性传递物质的屏障。

它可以是固态、液态或气态的，目前使用的分离膜绝大多数是固膜。

膜可以存在于两流体之间或附着于支撑体或载体的微孔隙上，膜厚度要远小于其比表面积。

2、膜的分类

按膜结构分：

有对称膜和不对称膜

按膜材料分：

有机膜：

纤维素膜、聚酰胺膜、聚砜膜、聚乙烯膜等；

无机膜：

玻璃膜、陶瓷膜、氧化铝膜等

按分离机理分：

多孔膜、无孔膜和载体膜

按几何形状分：

平板式、管式、毛细管式和中空纤维式膜

二、膜分离概述

1．膜分离的概念

用一张特殊制造的、具有选择透过性能的薄膜（分离膜），在外力推动下对双组分或多组分溶质和溶剂进行分离、提纯、浓缩的方法，统称为膜分离法。

膜分离可用于液相和气相，对液相分离，可以用于水溶液体系、非水溶液体系、水溶胶体系以及含有其他微粒的水溶液体系等。

膜分离过程的推动力有两类：

①借助外界能量，物质发生由低位向高位的流动；

②以化学位差为推动力，物质发生由高位向低位的流动。

一些主要的膜分离过程的推动力

2．膜分离法的分类

膜分离法的种类很多，现已应用的膜过程有反渗透、纳滤、超滤、微滤、扩散渗析、电渗析、气体分离、渗透蒸发、控制释放、液膜、膜蒸馏等。

目前，在废水处理中常用的有微滤、电渗析、反渗透、超滤等四种膜分离技术。

水处理中几种常用膜分离法的特点如下表所示：

3、膜分离的应用领域

（1）化学/染料工业

活性染料的脱盐、纯化、浓缩与回收

食品染料的脱盐、纯化、浓缩与回收

催化剂与贵金属的回收利用

脱氧、氧化、酯化、皂化、磺化、硝化、脱氢反应中液体的分离、纯化

甘油/己内酰胺/苯/染料活性剂等有机化工原料的回收

汽车/仪表及其它工业涂漆的浓缩回收

（2）食品/饮料工业

啤酒/果酒/黄酒/葡萄酒的澄清除菌过滤

苹果、梨、草莓、橙、芒果、桃、梅、李、柠檬等果汁的澄清除菌过滤

苹果、梨、凤梨、草莓、橙、芒果、桃、梅、李、柠檬等果汁的脱水浓缩

葡萄酒/果酒/茶/咖啡芬香气味的浓缩保留

豆蛋白/乳清蛋白/白蛋白/单糖/多糖溶液的澄清与浓缩

乳清、奶酶及其他乳品的澄清、脱盐与浓缩

蔬菜抽提汁/西红柿汁的脱水浓缩

（3）制药/生物工程

抗生素、维生素、有机酸、氨基酸、酶等发酵液的澄清除菌过滤

抗生素、维生素、有机酸、氨基酸等发酵液的蛋白剔除

酶、蛋白质、多糖制备过程中细胞碎片的剔除

抗生素、氨基酸、维生素、有机酸、酶、多糖、蛋白质的纯化与浓缩

6-APA、7-ACA、7-ADCA及其他半合成抗生素的脱盐浓缩

中成药、保健品口服液的澄清除菌过滤

动物血浆、血清的浓缩精制

其他相关的脱盐浓缩、澄清除菌、蛋白剔除、细胞收集等分离过程

（4）空气过滤

喷雾干燥过程中染料、抗生素、奶粉等的回收

电池厂金属镉、氧化铅粉尘的收集

粉碎过程中磷酸盐、氧化镁、二氧化钛、碳粉、水泥、碳酸钙的回收

包装过程中砂糖、染料、奶粉、味精等的回收

干燥过程中PVC、二氧化硅、活性碳、肥料等的回收

合成氨尾气中氢气的回收利用

其他一切有关的粉尘收集及空气除尘过程

（5）水处理

饮用纯水的制备

医药工业中注射用水/洗瓶水及其他无菌水的制备

电子工业中超纯水的制备

火力发电厂锅炉补给水的制备

饮料与化妆品工业中产品配方用水的制备

制造业中终端洗涤水的制备

饮用水纯化/苦碱水脱盐/海水淡化

废水循环与再生利用（零排放）

BOD、COD的最小化

垃圾填埋场渗出水的浓缩处理

染料、颜料、油漆、含油废水的处理

纸浆与造纸废水的处理及木素磺酸盐的回收

金属、食品、皮革、农药和除草剂废水的处理

纺织印染废水的处理及丝光废水的回收利用

三、扩散渗析（diffusiondialysis）

1、渗析：

把溶液中溶质透过半透膜而溶剂被截留的现象称为渗析。

半透膜：

起渗析作用的薄膜，对溶质具有选择性。

半透膜的发展：

动物的膀胱膜、肠膜、羊皮纸；

离子交换膜：

阳离子交换膜、阴离子交换膜

2、扩散渗析的原理

利用离子交换膜的选择透过性，以浓度差为推动力来实现酸与盐或者碱与酸的分离。

3、优缺点：

优点：

能耗小，设备结构简单，操作方便，不需要对膜进行酸碱再生，分离过程中不需要加入其它化学药剂。

缺点:

渗析速度慢，分离效率低。

4、应用：

在生物医学上的应用最为广泛，主要的用途是血液渗析法（又称为人工肾），此外还有人工肺。

在工业方面的应用

从钢铁工业酸洗废液中回收硫酸及在其它废酸液中回收硝酸等；

从化工厂人造丝浆压液中回收NaOH

四、电渗析（electrodialysis，简称ED）

1．电渗析的基本原理

电渗析是在直流电场的作用下，以电位差为推动力，利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子的选择透过性（即阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过），而使溶液中的溶质与水分离的一种物理化学过程。

从而实现溶液的浓缩、淡化、精制和提纯的一种膜过程。

2．离子交换膜

离子交换膜具有与离子交换树脂相同的组成，含有活性基团和能使离子透过的细孔。

常用的离子交换膜按其选择透过性可分为阳膜、阴膜、复合膜等数种。

阳膜（cationexchangemembrane）含有阳离子交换基团，在水中交换基团发生离解，使膜上带有负电，能排斥水中的阴离子，吸引水中的阳离子并使其通过。

阴膜（anionexchangemembrane）含有阴离子交换基团，在水中离解出阴离子，使膜上带正电，吸引阴离子并使其通过。

复合膜复合膜由一面阳膜和一面阴膜其间夹一层极薄的网布做成，具有方向性的电阻。

当阳膜面朝向阴极，阴膜面朝向阳极时，正、

负离子都不能透过膜，显示出很高的电阻。

当膜的朝向与上述相反时，膜电阻降低，膜两侧相应的离子进入膜中。

3、电渗析器

电渗析器由膜堆、极区和夹

紧

装置三部分组成。

膜堆位于电渗析

器的中部，由阳膜、浓（或淡）水

室隔板、阴膜、淡（浓）水室隔板

交替排列成浓水室和淡水室。

极区

位于膜堆两侧，包括电极、极水框

和保护室，其作用是供给电渗析器

直流电，将原水导入膜堆的配水孔，

将淡水和浓水排出电渗析器，并通

入和排出极水。

压紧装置由盖板和

螺杆组成，其作用是将极区和膜堆

组成不漏水的电渗析器整体，可采

用压板和螺栓拉紧，也可采用液压压紧。

4、电渗析在废水处理中的应用

目前，电渗析在废水处理实践中应用最普遍的有：

⑴造纸工业废水处理，利用电渗析法处理造纸工业的亚硫酸纸浆废液和洗浆废水及碱法造纸黑液，从中回收化学药品，已得到工业应用。

⑵从芒硝废液中制取硫酸和氢氧化钠。

⑶从酸洗废液中制取硫酸和沉淀重金属离子。

⑷电镀废水和废液处理，含Cd2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+、Cr6+等重金属离子和氰化物的电镀废水都适宜用电渗析法处理，其中应用最成熟的是含镍废水处理。

⑸从放射性废水中分离放射性元素，然后将其浓缩液掩

埋。

五、反渗透（RO）ReverseOsmosis

1、概述

反渗透膜孔径很小，大都≤10×

10–10（10A），它能去除滤液中的离子范围和分子量很小的有机物，如细菌、病毒、热源等。

它已广泛用于海水或苦咸水淡化、电子、医药用纯水、饮用蒸馏水、超纯水生产，还应用于生物、医学工程。

特点

常温条件下，可以对溶质和水进行分离或浓缩，因而能耗低；

杂质去除范围广，可去除无机盐和各类有机物杂质；

较高的水回用率；

分离装置简单，容易操作和维修。

应用范围

纯净水、蒸馏水等制备；

酒类制造及降度用水；

医药、电子等行业用水的前期制备；

化工工艺的浓缩、分离、提纯及配水制备；

锅炉补给水除盐软水；

海水、苦咸水淡化；

造纸、电镀、印染等行业用水及废水处理。

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）分别置于此膜的两侧时，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。

此H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。

凡基于此原理所进行的浓缩或纯化溶液的分离方法，一般称之为反渗透工艺。

反渗透是渗透的一种反向迁移运动，它主要是在压力推动下，借助半透膜的截留作用，迫使溶液中的济剂与溶质分开。

3．反渗透膜

（1）对反渗透膜的性能要求

选择性好，单位膜面积上透水量大，脱盐率高；

机械强度好，能抗压、抗拉、耐磨；

热和化学的稳定性好，能耐酸、碱腐蚀和微生物侵蚀，耐水解、辐射和氧化；

结构均匀一致，尽可能地薄，寿命长，成本低。

（2）反渗透膜的分类

按成膜材料可分为有机膜和无机高聚物膜；

按膜的形状可分为平板状、管状、中空纤维状膜；

按膜结构可分为多孔性和致密性膜，或对称牲（均匀性）和不对称性（各向异性）结构膜；

按应用对象可分为海水淡化用的海水膜、咸水淡化用的咸水膜及用于废水处理、分离提纯等的膜。

4.超过滤与反渗透的异同

超过滤简称超滤，它同反渗透一样，都是利用膜来分离废水中溶解的物质。

两种方法的共同点在于：

两种过程的动力同是溶液的压力，在溶液的压力下，溶剂的分子通过薄膜，而溶解的物质被阻滞在膜表面上。

区别在于：

（1）膜不同：

超过滤所用的膜（超滤膜）较疏松，透水量大，除盐率低，一般用超过滤分离高分子和低分子有机物以及无机离子等，能够分离的溶质分子至少要比溶剂的分子大10倍，在这种系统中渗透压已经不起作用了。

反渗透所用的膜（反渗透膜）致密，透水量低，除盐率高，具有选择透过能力，用以分离分子大小大致相同的溶剂和溶质

（2）机理不同：

超过滤的去除机理主要是筛滤作用。

在反渗透膜上分离过程伴随有半透膜、溶解物质和溶剂之间复杂的物理化学作用。

（3）工作压力不同：

超过滤的工作压力低（0.07－0.7MPa）。

反渗透所需的工作压力高（大于2.8MPa）。

超滤装置与反渗透装置类似，目前我国试验研究及生产中普遍用管式装置。

5.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）。

超滤截留大分子物质的机理是：

膜表面的孔径机械筛分作用；

膜孔阻塞、阻滞作用；

膜表面及膜孔对杂质的吸附作用。

【思考题】

9．电镀车间的含铬废水，可以用氧化还原法．化学沉淀法和离子交换法等加以处理。

那么，在什么条件下，用离子交换法进行处理是比较合宜的?

10从水中去除某些离子（例如汞盐），可用离子交换法和膜分离法。

您认为，当含盐浓度较高时，应该用离子交换法还是膜分离法，为什么？

11有机酚的去除可以用萃取法。

那么，废水中的无机物的去除是否可以用萃取法，为什么？

本课时需要掌握的知识点共2个重要考点。