膜分離微濾超濾實驗裝置

A. 城鎮供水廠當前用於水的深度處理的方法有哪些應用較為成熟的方法有哪些質量控制應符合哪些規定

摘要 1、活性炭吸附與離子交換

B. 納濾膜的水滲透系數和溶質滲透系數是多少

本文利用孔模型，對8種膜的性能參數和結構參數進行了測定。實驗表明，由溶質的Stokes半徑基於孔模型得到的膜孔半徑rp與從溶劑水的透過速率得到的膜孔半徑rω並不一致，但存在線性關系。對於CA膜，在NaCl水溶液體系中，它們的關系是: rω＝10.50(rp-1.739)。相關關系是0.9986，對於rp的標准偏差是0.14。這也表明當rp小到1.74×10-10m時，膜的純水透過速率為零。
對其它材料製成的膜的rp與rω之間關系有待進一步實驗。

C. 氣體氫氧化法海水淡化

在世紀之交，世界化學和化工學科的發展方向發生了重大的革命性的變革，其標志就是「綠色化學」概念的提出。作為大量使用化學品、化學技術的水處理行業，其發展戰略與綠色化學密切相關。綠色化學概念的提出隨著工業的高度發展，全球性的環境污染和生態破壞日益嚴重，保護人類生存環境已刻不容緩。
1992年6月，在巴西里約熱內盧召開了聯合國環境與發展大會，通過了「21世紀議程」，要求各國制定和組織實施可持續發展戰略、計劃和政策，迎接人類社會面臨的共同挑戰。隨之，社會的可持續發展及其所涉及的生態、環境、資源、經濟等方面的問題越來越成為國際社會關注的焦點，被提高到發展戰略的高度，更為嚴厲的保護環境的法規不斷出台，促使人們尤其是化工界把注意力集中到從本源上杜絕或減少廢棄物的產品，即原始污染的預防而並非污染後的治理。
1995年3月16日，美國宣布「總統綠色化學挑戰計劃」，提出了「綠色化學」的概念。環境友好化學、潔凈化學、原子經濟性、綠色技術等一系列新的名詞也相繼出現。根據P。T。Anastas等的定義，綠色化學就是用化學的技術和方法，從根本上減少或消滅那些對人類健康或環境有害的原料、產物、副產物、溶劑和試劑等的產生和應用。原子經濟性概念首先由美國著名有機化學習B。M。Trost提出，即高效的化學合成應最大限度地利用原料分子的每一個原子，使之結合到目標分子中（如完全的加成反應：A+B→C），達到零排放。 在人類面臨全球性水資源枯竭和水環境污染的今天，如何解決水處理工業與社會經濟之間持續、健康、和諧的發展關系是未來水處理工業可持續發展的關鍵，一場以綠色化學為基礎的綠色水處理技術革命已成為21世紀水處理科學的學科前沿和水處理工業的重點發展方向。
所謂綠色技術是指在綠色化學基礎上發展起來的技術，綠色技術又稱環境無害技術、環境友好技術或清潔技術等。滿足技術經濟指標先進、無毒和不污染環境3項基本要求的技術。目前主要的綠色水處理技術主要有以下幾種方法：
1、高級氧化技術(AOPs)
AOPs主要包括O3/UV(紫外線)法、UV/固相催化劑法、H2O2/UV法、H2O2/Fe2+法、O3/H2O2法等。其原理是反應中產生氧化能力極強的-OH，-OH能夠無選擇性地氧化水中的有機污染物，使之完全礦化為CO2和H2O。AOPs技術經濟指標先進、無毒、無污染，是典型的綠色水處理技術，其中由於光催化氧化法最為經濟而成為研究的熱點。
由於光催化劑的固定問題仍未能很好解決，懸浮相催化劑有易失活、易凝聚和難回收等缺點，適於工業應用的光催化反應器急待開發。
2、電催化氧化法
電催化氧化法利用電解時特種電極材料的催化作用產生-OH，使有機污染物完全氧化為CO2和H2O。該法處理效果好且速度快、佔地面積小、實施過程無污染、後處理簡單、不產生二次污染、是一種綠色水處理技術。
在實際應用方面，需要解決有效抑制析氫析氧等副反應，提高電流效率，改進填料、電源方式等問題。
3、超臨界水氧化法(SCWO)
SCWO的原理是以超臨界水為反應介質，在氧化劑(如氧氣、過氧化氫等)存在下，經過高溫高壓下的自由基反應，將有機物氧化分解為CO等。
在超臨界狀態，水的密度接近於液體，黏度接近於氣體，具有類似於氣體的較強穿透能力和類似於液體的較大密度和溶解度，可與非極性物質(如烴類)、有機物和氣體(如空氣、氧氣)等完全互溶，避免了相際傳質阻力，使污染物的降解速率提高。
與焚燒法、濕式空氣氧化法相比，SCWO具有無需催化劑、停留時間短、去除效率高、清潔、廣譜等優點，可用於化工、醫葯、食品、軍事工業和核工業廢水以及城市污水的處理。
SCWO在技術上還有許多難點，如研究開發廣譜性催化劑，有效控制高溫高壓，解決固體顆粒對設備的堵塞問題和抑制結垢，以最大效率回收熱能等。對其熱力學和動力學亦缺乏深入研究，使得工程設計和過程開發難以進行。
4、超聲波降解技術
超聲波降解有機污染物的原理是，當聲能足夠強時，在疏鬆的半周期內，液相分子間的吸引力被打破，形成空化核，空化核的壽命為0。1μs，它在爆炸時的瞬間可產生約4 000 K和100 MPa的局部高溫和高壓環境，並產生速度約為110 m/s的具有強烈沖擊力的射流。該條件足以使所有的有機物在空化氣泡內發生化學鍵斷裂、高溫分解或自由基反應而使廢水中的有機污染物降解。
目前對超聲波降解技術的研究尚處於探索階段，許多問題尚需解決，如有機物降解的強化途徑、降解機理、反應器的合理設計、高頻超聲波發生器研製、反應過程的定量化描述、空化泡界面特性研究、連續化處理工藝開發、多相體系中污染物降解特性和避免有毒中間體產生等。
5、膜處理技術
膜分離過程大多無相變，可在常溫下操作，具有能耗低、效率高、工藝簡單、投資小和污染輕等優點，在水處理應用中發展相當迅速。它包含微濾(MF)、超濾 (UF)、滲析(D)、電滲析(ED)、納濾(NF)和反滲透(RO)、滲透蒸發(PV)、液膜(LM)等。其中，RO、NF技術尤為引人注目。
RO技術的大規模應用主要是苦鹹水和海水淡化以及難以用其他方法處理的混合物。為進一步提高膜的可靠性，尚需要研究膜的吸附機理、更好的膜材料和膜表面結構的優化，以改進膜的水通量、選擇性、耐高溫性和抗氧化能力。
新的世紀里，隨著科技的不斷進步，隨著我國環境政策的不斷加強，政府及公眾對生活環境的不斷重視，綠色技術的研究和推廣速度到了前所未有的程度，一些新型綠色水處理技術將逐步走出實驗室，應用到實際工程中來，成為水處理領域新的焦點。

D. 海水真的可以取代淡水嗎

從海水中取得淡水的過程謂海水淡化。 現在所用的海水淡化方法有海水凍結法、電滲析法、蒸餾法、反滲透法，目前應用反滲透膜的反滲透法以其設備簡單、易於維護和設備模塊化的優點迅速佔領市場，逐步取代蒸餾法成為應用最廣泛的方法。
海水淡化即利用海水脫鹽生產淡水。是實現水資源利用的開源增量技術，可以增加淡水總量，且不受時空和氣候影響，可以保障沿海居民飲用水和工業鍋爐補水等穩定供水。
全球海水淡化技術超過20 余種，包括反滲透法、低多效、多級閃蒸、電滲析法、壓汽蒸餾、露點蒸發法、水電聯產、熱膜聯產以及利用核能、太陽能、風能、潮汐能海水淡化技術等等，以及微濾、超濾、納濾等多項預處理和後處理工藝。
從大的分類來看，主要分為蒸餾法(熱法)和膜法兩大類，其中低多效蒸餾法、多級閃蒸法和反滲透膜法是全球主流技術。一般而言，低多效具有節能、海水預處理要求低、淡化水品質高等優點;反滲透膜法具有投資低、能耗低等優點，但海水預處理要求高;多級閃蒸法具有技術成熟、運行可靠、裝置產量大等優點，但能耗偏高。一般認為，低多效蒸餾法和反滲透膜法是未來方向。預計「十二五」期間，我國海水淡化將達到150萬-200萬噸/日，是現有產能的三、四倍，投資規模將達到200億元左右。
冷凍海水淡化法原理：海水三相點是使海水汽、液、固三相共存並達到平衡的一個特殊點。若壓力或溫度偏離該三相點，平衡被破壞，三相會自動趨於一相或兩相。真空冷凍法海水淡化正是利用海水的三相點原理，以水自身為製冷劑，使海水同時蒸發與結冰，冰晶再經分離、洗滌而得到淡化水的一種低成本的淡化方法。與蒸餾法、膜海水淡化法相比，冷凍海水淡化法能耗低，腐蝕、結垢輕，預處理簡單，設備投資小，並可處理高含鹽量的海水，是一種較理想的海水淡化法。

冷凍法
冷凍法，即冷凍海水使之結冰，在液態海水變成固態冰的同時鹽被分離出去。冷凍法與蒸餾法都有難以克服的弊端，其中蒸餾法會消耗大量的能源並在儀器里產生大量的鍋垢，而所得到的淡水卻並不多；而冷凍法同樣要消耗許多能源，但得到的淡水味道卻不佳，難以使用。
冷凍海水淡化法工藝之預冷 海水脫氣後可與蒸發結晶器內排出的濃鹽水和淡化水產生熱交換，預冷至海水的冰點附近。冷凍海水淡化法工藝之脫氣 由於海水中溶有的不凝性氣體在低壓條件下將幾乎全部釋放,且又不會在冷凝器內冷凝。這將升高系統的壓力，使蒸發結晶器內壓力高於二相點壓力，破壞操作的進行。顯然減壓脫氣法適合本系統。

蒸餾法
淡化法是影響海水蒸發與結冰速率的主要因素。
海水淡化法工藝之冰—鹽水是一固液系統 普通的分離方法均可使冰—鹽水得到分離，但分離方法不同，得到的冰晶含鹽量也不同。實驗結果表明減壓過濾方法得到的冰晶含鹽量比常壓過濾方法得到的冰晶含鹽量低得多。
海水淡化法工藝之蒸汽冷凝 在蒸發結晶器內，除海水析出冰晶以外，還將產生大量的蒸汽，這些蒸汽必須及時移走，才能使海水不斷蒸發與結冰。

反滲透法
通常又稱超過濾法，是1953年才開始採用的一種膜分離淡化法。該法是利用只允許溶劑透過、不允許溶質透過的半透膜，將海水與淡水分隔開的。在通常情況下，淡水通過半透膜擴散到海水一側，從而使海水一側的液面逐漸升高，直至一定的高度才停止，這個過程為滲透。此時，海水一側高出的水柱靜壓稱為滲透壓。如果對海水一側施加一大於海水滲透壓的外壓，那麼海水中的純水將反滲透到淡水中。反滲透法的最大優點是節能。它的能耗僅為電滲析法的1/2，蒸餾法的1/40。因此，從1974年起，美日等發達國家先後把發展重心轉向反滲透法。
反滲透海水淡化技術發展很快，工程造價和運行成本持續降低，主要發展趨勢為降低反滲透膜的操作壓力，提高反滲透系統回收率，廉價高效預處理技術，增強系統抗污染能力等。

太陽能法
人類早期利用太陽能進行海水淡化，主要是利用太陽能進行

蒸餾，所以早期的太陽能海水淡化裝置一般都稱為太陽能蒸餾器。蒸餾系統被動式太陽能蒸餾系統的例子就是盤式太陽能蒸餾器，人們對它的應用有了近150年的歷史。由於它結構簡單、取材方便，至今仍被廣泛採用。對盤式太陽能蒸餾器的研究主要集中於材料的選取、各種熱性能的改善以及將它與各類太陽能集熱器配合使用上。與傳統動力源和熱源相比，太陽能具有安全、環保等優點，將太陽能採集與脫鹽工藝兩個系統結合是一種可持續發展的海水淡化技術。太陽能海水淡化技術由於不消耗常規能源、無污染、所得淡水純度高等優點而逐漸受到人們重視。太陽能蒸餾法就是採用簡單的太陽能蒸餾器。該蒸餾器由一個水槽組成，水槽內有一個黑色多孔的氈心浮洞，槽頂上蓋有一塊透明、邊緣封閉的玻璃覆蓋層。太陽光穿過透明的覆蓋層投射到黑色絕熱的槽底，轉換為熱能。因此，塑料芯中的水面溫度總是高於透明覆蓋層底的溫度，水從氈芯蒸發，蒸汽擴散到覆蓋層上冷卻為液體，排入不透明的蒸餾槽中.

低溫蒸餾
低溫多效蒸餾淡化技術
低溫多效海水淡化技術是指鹽水的最高蒸發溫度低於70℃的蒸餾淡化技術，其特徵是將一系列的水平管噴淋降膜蒸發器串聯起來，用一定量的蒸汽輸入首效，後面一效的蒸發溫度均低於前面一效，然後通過多次的蒸發和冷凝，從而得到多倍於蒸汽量的蒸餾水的淡化過程。
多效蒸發是讓加熱後的海水在多個串聯的蒸發器中蒸發，前一個蒸發器蒸發出來的蒸汽作為下一蒸發器的熱源，並冷凝成為淡水。其中低溫多效蒸餾是蒸餾法中最節能的方法之一。低溫多效蒸餾技術由於節能的因素，發展迅速，裝置的規模日益擴大，成本日益降低，主要發展趨勢為提高首效溫度，提高裝置單機造水能力；採用廉價材料降低工程造價，提高操作溫度，提高傳熱效率等。一種低溫多效蒸餾法海水淡化設備，包括供汽系統、布水系統、蒸發器、淡水箱及濃水箱，供汽系統的生蒸汽入口置於中間效蒸發器上。工作方法為：（1）布水系統對海水進行噴淋；（2）輸入生蒸汽到中間效蒸發器的蒸發管內部；（3）蒸汽在蒸發管內冷凝傳出熱量，蒸發管外吸收熱量產生蒸發；（4）新蒸汽輸送至其兩側的蒸發管內.管外吸收熱量、產生蒸發；（6）各效蒸發器重復蒸發和冷凝過程；（7）蒸餾水進入淡水箱；（8）濃鹽水進入濃水箱。

多級閃蒸
所謂閃蒸，是指一定溫度的海水在壓力突然降低的條件下，部分海水急驟蒸發的現象。多級閃蒸海水淡化是將經過加熱的海水，依次在多個壓力逐漸降低的閃蒸室中進行蒸發，將蒸汽冷凝而得到淡水。目前全球海水淡化裝置仍以多級閃蒸方法產量最大，技術最成熟，運行安全性高彈性大，主要與火電站聯合建設，適合於大型和超大型淡化裝置，主要在海灣國家採用。多級閃蒸技術成熟、運行可靠，主要發展趨勢為提高裝置單機造水能力，降低單位電力消耗，提高傳熱效率等。

電滲析法
該法的技術關鍵是新型離子交換膜的研製。離子交換膜是0.5-1.0mm厚度的功能性膜片，按其選擇透過性區分為正離子交換膜（陽膜）與負離子交換膜（陰膜）。電滲析法是將具有選擇透過性的陽膜與陰膜交替排列，組成多個相互獨立的隔室海水被淡化，而相鄰隔室海水濃縮，淡水與濃縮水得以分離。電滲析法不僅可以淡化海水，也可以作為水質處理的手段，為污水再利用作出貢獻。此外，這種方法也越來越多地應用於化工、醫葯、食品等行業的濃縮、分離與提純。

壓汽蒸餾
蒸餾法是通過加熱海水使之沸騰汽化，再把蒸汽冷凝成淡水的方法。蒸餾法海水淡化技術是最早投人工業化應用的淡化技術，特點是即使在污染嚴重、高生物活性的海水環境中也適用，產水純度高。與膜法海水淡化技術相比，蒸餾法具有可利用電廠和其他工廠的低品位熱、對原料海水水質要求低、裝置的生產能力大，是當前海水淡化的主流技術之一。

露點蒸發
露點蒸發淡化技術是一種新的苦鹹水和海水淡化方法。它基於載氣增濕和去濕的原理，同時回收冷凝去濕的熱量，傳熱效率受混合氣側的傳熱控制。露點蒸發淡化技術是以空氣為載體,通過用海水或苦鹹水對其增濕和去濕來製得淡水,並通過熱傳遞將去濕過程與增濕過程耦合,使冷凝潛熱直接傳遞到蒸發室,為蒸發鹽水提供汽化潛熱,以提高過程的熱效率。建立了有效傳熱面積分別為9.6 m~2和2.75 m~2的兩台增濕/去濕耦合的露點蒸發淡化設備。建立了相應的實驗裝置和計算機數據採集系統。分別成功地完成了露點蒸發淡化基本流程與參數相關性實驗以及強化傳熱/傳質淡化實驗。

真空冷凍
真空冷凍海水淡化法工藝包括脫氣、預冷、蒸發結晶、冰晶洗滌、蒸汽冷凝等步驟，海水淡化水產品可達到國家飲用水標准，是一種較理想的海水淡化法。
冷凍海水淡化法工藝
冷凍海水淡化法工藝之脫
冷凍海水淡化法工藝之預冷
冷凍海水淡化法工藝之溫度和壓力
它們是影響海水蒸發與結冰速率的主要因素。
冷凍海水淡化法工藝之冰—鹽水是一固液系統
冷凍海水淡化法工藝之蒸汽冷凝

新吸附法
非加壓滲透吸附
非加壓吸附滲透海水淡化法，或稱為「正向滲透法」，讓水通過多孔膜進入一種超強吸水的吸附劑的鹽濃度甚至超過海水的溶液或固態物，但溶液里的特殊鹽分很容易蒸發。分固態鹽、液態鹽方向。固態鹽解吸附耗能更小。
另外兩種方法都在薄膜結構上有了創新和改進
碳納米管薄膜，是一種用碳納米管來做薄膜的小孔，另一種滲透用的薄膜。

E. 生物分離工程的圖書目錄

前言
第一章 緒論
第一節 生物分離工程的性質、內容與分類
一、生物分離工程的性質
二、生物分離工程的研究內容
三、生物分離過程的分類
第二節 生物分離工程的一般流程
一、發酵液的預處理
二、產物的提取
三、產物的精製
四、成品的加工處理
五、生物分離純化工藝過程的選擇依據
第三節 生物分離過程的特點
一、生物分離過程的體系特殊
二、生物分離過程的工藝流程特殊
三、生物分離過程的成本特殊
第四節 生物分離工程的發展趨勢
一、生物分離工程的發展趨勢
二、生物分離工程研究應注意的問題
思考題
第二章 發酵液的預處理
第一節 發酵液預處理的方法
一、發酵液的一般特徵
二、發酵液預處理的目的和要求
三、發酵液預處理的方法
第二節 發酵液的過濾，
一、發酵液過濾的目的
二、影響發酵液過濾的因素
三、發酵液過濾的方法
四、提高過濾性能的方法
五、過濾介質的選擇
六、過濾操作條件優化
七、過濾設備
思考題
第三章 細胞分離技術
第一節 細胞分離
一、過濾
二、離心沉降
第二節 細胞破碎
一、細胞壁的結構
二、細胞破碎動力學
三、細胞破碎的方法
第三節 胞內產物的溶解及復性
一、包含體及其形成
二、包含體的分離和溶解
三、蛋白質復性
思考題
第四章 沉澱技術
第一節 概述
第二節 蛋白質表面性質
一、蛋白質表面的親水性和疏水性
二、蛋白質表面的電荷
三、蛋白質膠體的穩定性
第三節 蛋白質沉澱方法
一、鹽析法
二、有機溶劑沉澱法
三、等電點沉澱法
四、非離子多聚物沉澱法
五、變性沉澱
六、生成鹽類復合物的沉澱
七、親和沉澱
八、SIS聚合物與親和沉澱
第四節 沉澱技術應用
一、蛋白質
二、多糖
三、茶皂甙純化工藝研究
四、杜仲水提液中氯原酸的提取
思考題
第五章 萃取技術
第一節 基本概念
一、萃取的概念、特點及分類
二、分配定律
三、分配系數、相比、分離系數
第二節 液液萃取的基本理論與過程
一、液液萃取的基本原理
二、液液萃取類型及工藝計算
第三節 有機溶劑萃取
一、有機溶劑萃取分配平衡
二、影響有機溶劑萃取的因素
三、有機溶劑萃取的設備及工藝過程
第四節 雙水相萃取
一、雙水相體系的形成
二、相圖
三、雙水相中的分配平衡
四、影響雙水相分配系數的主要因素
五、雙水相萃取的設備及工藝過程
第五節 液膜萃取
一、液膜及其分類
二、液膜萃取機理
三、液膜分離操作
四、乳化液膜分離技術的工藝流程
五、液膜分離過程潛在問題
六、液膜分離技術的應用
第六節 反膠團萃取
一、膠團與反膠團
二、反膠團萃取
三、反膠團制備
四、反膠團萃取的應用
第七節 液固萃取
一、液固萃取過程
二、液固萃取類型
三、浸取的影響因素
四、浸取的其他問題
五、浸取的工業應用
第八節 超臨界流體萃取
一、超臨界流體
二、超臨界流體萃取
三、超臨界萃取的實驗裝置與萃取方式
四、超臨界流體萃取條件的選擇
五、超臨界流體萃取的基本過程
六、超臨界流體萃取的應用實例
第九節 萃取技術應用及研究進展
一、雙水相萃取技術應用及研究進展
二、液膜萃取技術應用及研究進展
三、反膠團萃取技術應用及研究進展
四、超臨界流體萃取技術應用及研究進展
思考題
第六章 膜分離過程
第一節 概述
一、膜分離過程的概念和特徵
二、膜過程分類
三、分離膜
第二節 壓力驅動膜過程
一、反滲透和納濾
二、超濾和微濾
第三節 電推動膜過程——電滲析
一、電滲析的基本原理
二、電滲析傳遞過程及影響因素
三、電滲析膜
四、應用
第四節 膜接觸器——膜萃取
一、膜萃取的基本原理
二、膜萃取的傳質過程
三、膜萃取過程影響因素
四、應用
第五節 其他膜分離過程
一、濃差推動膜過程——滲透蒸發
二、溫差推動膜過程——膜蒸餾
第六節 膜分離過程裝置
一、濾筒式膜組件
二、板框式膜組件
三、螺旋卷式膜組件
四、管式膜組件
五、毛細管式膜組件
六、中空纖維式膜組件
思考題
第七章 吸附與離子交換
第一節 概述
一、吸附過程
二、吸附與離子交換的特點
第二節 吸附分離介質
一、吸附劑
二、離子交換劑
第三節 吸附與離子交換的基本理論
一、吸附平衡理論
二、影響吸附的主要因素
三、離子交換平衡理論
第四節 基本設備與操作
一、固定床吸附操作
二、移動床吸附器
三、膨脹床吸附操作
四、流化床吸附操作
五、吸附器凈化效率的計算與選擇
思考題
第八章 色譜分離技術
第一節 色譜分離技術概述
一、色譜技術的基本概念
二、色譜法的分類
三、色譜系統的操作方法
第二節 吸附色譜法
一、吸附色譜基本原理
二、吸附薄層色譜法
三、吸附柱色譜法
第三節 分配色譜法
一、基本原理
二、分配色譜條件
三、分配色譜基本操作
四、分配色譜法的應用
第四節 離子交換色譜法
一、離子交換色譜技術的基本原理
二、離子交換劑的類型與結構
三、離子交換劑的理化性能
四、離子交換色譜基本操作
五、離子交換色譜的應用
第五節 親和色譜
一、親和色譜概述
二、親和色譜原理
三、親和色譜介質
四、親和色譜介質的制備
五、親和色譜的操作過程
六、影響親和色譜的因素
第六節 色譜分離技術的應用
一、親和色譜的應用
二、離子交換色譜的應用
三、吸附色譜的應用
四、分配色譜的應用
五、多種色譜技術的組合應用
思考題
第九章 離心技術
第一節 離心分離原理
一、離心沉降原理
二、離心過濾原理
第二節 離心分離設備
一、離心分離設備概述
二、離心沉降設備
三、離心過濾設備
四、離心分離設備的放大
第三節 超離心技術
一、超速離心技術原理
二、超速離心技術分類
三、超速離心設備
第四節 離心技術在生物分離中的應用
一、離心技術在生物分離應用中的注意事項
二、離心分離的優缺點
三、離心機的選擇
四、離心在生物分離中的應用
思考題
第十章 濃縮、結晶與乾燥
第一節 蒸發濃縮工藝原理與設備
一、蒸發濃縮工藝
二、蒸發濃縮設備
第二節 結晶工藝原理和設備
一、結晶操作工藝原理
二、結晶設備
第三節 乾燥工藝原理與設備
一、乾燥工藝原理
二、乾燥設備
思考題
主要參考文獻

F. 聚乙烯醇膠棉的生產廢液會對水源造成什麼危害，他的化學成分能否通過凈水器過濾

含聚乙烯醇廢水處理技術
乙烯醇(Polyvinyl alcohol，簡稱PVA)，是目前發現的高聚物中唯一具有水活性的有機高分子化合物。因其具有強力的黏結性，氣體阻隔性，耐磨性等良好的化學、物理性能，被作為紡織行業的上漿劑，建築行業的塗料、黏結劑，化工行業的乳化劑、分散劑，醫葯行業的潤滑劑，造紙行業的粘合劑及土壤的改良劑而廣泛應用[1-2]。但含有PVA 的工業廢水，具有COD 值高，可生化性差等特點，倘若排入水體，因其具有較大的表面活性使得接納的水體產生大量泡沫，不利於水體復氧，而且還會促進水體沉積物中重金屬的遷移釋放，破壞水體環境。
國內外學者對含PVA 工業廢水的處理，做了大量的研究，並取得了一批重要的科研成果。在這些研究中，對PVA 廢水的處理方法大致可劃分為三類，即物理法，化學法和生物法。其物理法主要有鹽析凝膠法、吸附法、萃取法、膜分離法和泡沫分離法等；化學法主要有高級濕式氧化法、光催化氧化法、Fenton 氧化法、過硫酸鹽氧化法、微波輻射法和電化學法；生物法主要通過活性污泥利用微生物的新陳代謝作用來降解PVA。
1 物理法
1.1 鹽析凝膠法
在對PVA 廢水的處理過程，可採用鹽析凝膠法進行。即根據PVA 特性，向廢水中投加鹽析劑硫酸鈉和膠凝劑硼砂，使得硼砂與PVA 分子發生反應，形成PVA-硼砂雙二醇型結構，在Na+和SO42-的極性作用下，通過其強大的水和能力將大量的水吸附到周圍，使得PVA 脫水從廢水中析出。
郭麗[4]採用鹽析法退漿廢水中的聚乙烯醇進行回收試驗，結果表明，當廢水中PVA 濃度為12 g/L 時，硫酸鈉和硼砂用量分別為14 g/L 和1.4 g/L，控制反應時間20 min，反應溫度50 ℃，溶液初始pH 為8.5～9.5，PVA 回收率大於90 %。
徐竟成等[5]採用化學凝結法對紡織印染退漿廢水中的聚乙烯醇進行處理回收，成功地進行了生產性規模回收廢水中的PVA，PVA 回收率和COD 去除率均達80%左右。
閻德順等人[6]採用凝結法對退漿廢水中的PVA 進行回收研究。結果表明，PVA 間歇反應回收率可達90 %，在此基礎上，實現了PVA 連續化回收工藝，回收率達80 %。
1.2 吸附法
吸附法作為一種低能耗的固體萃取技術，在溶解性有機物的處理中有著不可比擬的優勢。吸附法依靠吸附劑上密集的孔道、巨大的比表面積或通過表面各種功能基團與被吸附物質分子之間的多重作用力，達到有選擇性地富集有機物的目的。吸附法的優勢在於對難降解的有機物有較好地去除效果[7]。
Shishir Kumar Behera 等人[8]採用活性碳對PVA 吸附去除進行動力學研究。結果表明，當PVA 初始濃度為50 mg/L 時，投加活性碳濃度5 g/L，溫度為20 ℃，pH 為6.5，攪拌轉速150 r/min，反應時間30 min，PVA 去除率可達到92 %。
1.3 萃取法
萃取法作為一種高效的富集分離技術，其根據不同物質，在不同的溶劑中分配系數的大小不等的原理，利用與水不相溶的有機溶劑與試液一起振盪，使得目標物質在有機相中得以富集，具有選擇性好、回收率高、設備簡單、操作簡便、快速，以及易於現自動控制等特點，廣泛用於分析化學、無機化學、放射化學、濕法冶金以及化工制備等領域。
聚乙烯醇可用水不溶性的烴類(按100 %~120 %聚乙烯醇的質量)進行萃取而去除。含聚乙烯醇0.3 g/L 的廢水，在室溫下用35 %(質量)的己烷，以1000 r/min 攪拌10 min，靜置1 h 後分層，水相中COD 值為86.5 mg/L，COD 去除率為59.8 %，如重復萃取3 次，則COD 降低為41.6 mg/L 相當於80.65 %的去除率[9]。
1.4 泡沫分離法
泡沫分離法是利用泡沫與水界面的物理吸附作用以表聚物形式去污凈水的方法。其通過向溶液中鼓泡並形成泡沫層，使得泡沫層與液相主體分離，從而達到濃縮表面活性物質或凈化液相體的目的[10]。泡沫分離技術具有設備簡單、能耗低、投資少等特點，在化工、醫葯、污水處理等領域應用廣泛。
含聚乙烯醇的廢水可通入空氣，使其氣泡溢出而去除PVA。1 m3的聚乙烯醇廢水中含有COD 843 mg/L，以1.8 L/min 的速度通入空氣，去除產生的泡沫，78 min 後，廢水的體積減少到原來的70 %，而COD 值降低到193 mg/L[9]。
1.5 膜分離法
膜分離技術是通過膜對混合物中各組分的選擇滲透作用的差異，以外界能量或化學位差為推動力，對物質進行分離、富集、提純的有效液體分離技術[11]，具有低能耗，易操作且可實現廢水的循環利用和回收有用物質等優點。其在污水處理領域應用廣泛，並形成了微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)、反滲透(RO)等新的污水處理方法。
王靜榮等[12]採用美國Abcor 公司的卷式膜超濾裝置可以從聚乙烯醇退漿廢水中回收PVA 試驗。結果表明，該方法是可行的。控制料液溫度在60~80 ℃，操作壓力為0.4~0.6 MPa 條件下，可使濃度0.5 %~1.0 %的聚乙烯醇廢水濃縮至10.0 %，聚乙烯醇的去除率在95 %以上，回收的聚乙烯醇漿料經調配後，可回用於生產，滿足生產工藝上的要求。鄭輝東等[13]針對紡織印染廠排放的含PVA 退漿皮水，利用中空纖維超濾膜實驗裝置對其進行處理試驗。結果表明，處理後的廢水達到中水標准，可以循環使用。
馬星驊等[14]以陶瓷膜作為載體，高嶺土作為塗膜材料制備了動態膜並研究了動態陶瓷膜對PVA 退漿廢水的處理效果。結果表明，在高嶺土塗膜質量濃度0.6 g/L，跨膜壓差0.3 MPa，錯流速度3 m/s，溫度50 ℃的條件對廢水進行過濾，PVA 及COD 的去除率分別可達56 %和71 %。
2 化學氧化法
2.1 高級濕式氧化法
濕式氧化法是處理高濃度難生化有機廢水的高級氧化技術，由日本煤氣大阪公司開發成功[15]。它是指在高溫(125~320 ℃)，高壓(0.5~20 MPa)條件下，以氧氣或空氣為氧化劑，將有機污染物氧化為有機小分子物質或將其礦化為二氧化碳和水等無機物的化學過程。它經歷了傳統濕式空氣氧化法、催化濕式氧化法、濕式過氧化物氧化法、超臨界水氧化法及催化超臨界水氧化法的歷程[16]。該方法具有氧化速度快，無二次污染，處理效率高等特點[17]。
採用濕式氧化法對含聚乙烯醇的廢水進行處理，控制反應溫度220 ℃，反應壓力10.0 MPa，在該反應條件下，以300 r/min的速率進行攪拌1 h，可使得廢水中的COD 由11800 mg/L 降低到2150 mg/L[9]。
Yan Bo 等人[18]採用催化超臨界水氧化法對PVA 溶液進行了氧化實驗研究。當廢水中PVA濃度為2000 mg/L，投加催化劑KOH600 mg/L，反應壓力25 MPa，反應溫度873 K，停留時間60 s，PVA 廢水被完全轉化為H2，CO，CH4 和CO2，TOC 去除率、碳氣化率、氫氣化率分別為96.00 %，95.92 %，126.40 %。
2.2 光催化氧化法
光催化氧化是在有催化劑的條件下的光學降解，可分為均相和非均相兩種類型。均相光催化氧化降解是以Fe2+或Fe3+及H2O2為介質，通過光助Fenton 產生羥基自由基得到降解。非均相催化降解是污染體系中投入一定量的光敏半導體材料，同時結合光輻射，使光敏半導體在光的照射下激發產生電子空穴對，吸附在半導體上的溶解氧、水分子等與電子空穴作用，產生OH·等氧化能力極強的自由基[16]。
吳纓等人[19]採用納米TiO2 做為光催化劑，對聚乙烯醇(PVA)水溶液進行了超聲光催化降解研究。結果表明，在超聲波頻率40kHz、廢水初始pH 為5.5，催化劑TiO2 用量110 g/L、反應溫度30 ℃、PVA 初始濃度90 mg/L 的條件下，控制反應80 min，PVA水溶液降解率可達100 %。
Yingxu Chen 等人[20]在紫外燈照射下，採用非均相的TiO2 作為催化劑對PVA 進行降解實驗研究。結果表明，當PVA 初始濃度為30 mg/L，TiO2 投加量2 mg/L，H2O2 投加量為5 mmol/L，反應時間60 min，PVA 去除率可達70 %。
2.3 Fenton 氧化法
Fenton 試劑具有極強的氧化能力，由Fe2+和雙氧水構成，在酸性條件下H2O2 被Fe2+離子催化分解並產生氧化能力很強的OH·自由基，具有較高的氧化能力，可以無選擇的氧化廢水大多數的有機物。其對廢水處理主要通過有機物的氧化和混凝沉澱作用進行，與常規氧化劑處理有機廢水相比較，具有反應迅速、溫度和壓力等反應條件溫等優點[21-22]。在普通Fenton 試劑氧化法的基礎上，又發展了光-Fenton、電-Fenton 等氧化方法。
曹揚[23]採用Fenton 氧化法對PVA 模擬廢水進行處理研究，結果表明當溶液的初始pH=5，H2O2/COD=1.3，H2O2/Fe2+=10∶1，反應溫度為40 ℃的條件下，控制反應時間30 min，COD 去除率可達到80 %，BOD/COD 值也由0.082 上升到0.60。
雷樂成[24]在0.75 L環流式光化學氧化反應器中進行了光助Fenton 高級氧化技術處理紡織印染中PVA 退漿廢水的試驗。研究結果表明，在低濃度亞鐵離子、理論雙氧水加入量、中壓紫外和可見光汞燈的輻射條件下，反應0.5 h，溶解性有機碳去除率高達90 %。
2.4 臭氧氧化法
臭氧是一種氧化性很強且反應產生的物質對環境污染很小的強氧化劑[25]，其氧化過程主要通過直接氧化和間接氧化來進行。直接氧化通過與污染物發生環加成、親電反應以及親核反應來實現，其對污染物的氧化具有選擇性；間接氧化是臭氧在水溶液中容易受到誘導發生自分解，通過鏈反應生成強氧化劑—羥基自由基，再由羥基自由基氧化污染物[26]。
在臭氧氧化法的基礎上，加入其他氧化劑或引入紫外光照或超聲波，形成了O3/H2O2，O3/UV 和O3/US 等其他高級氧化技術。荊國華等人[27]進行了臭氧氧化聚乙烯醇廢水的試驗研究，並採用O3/UV 和O3/US 方法與單獨臭氧氧化處理效果進行了對照。試驗結果表明，經12 min 處理，O3/UV 和O3/US 協同作用下對PVA 降解率較單獨臭氧氧化的63.2 %有顯著提高，表現出了良好的協同效應。
2.5 過硫酸鹽氧化法
過硫酸鹽因其具有較強的氧化性、無選擇性反應及室溫下性質穩定等優點，成為污染物氧化反應中常規氧化劑的替代品。加之，過硫酸根離子在加熱、金屬離子及紫外光照射等作用的條件下，其可以形成氧化能力更強的硫酸根自由基SO4-·，並且可以形成羥基自由基OH·，在廢水體系中，兩種自由基可以共同參與污染物的氧化反應[28]。
S2O82-+heat/UV→2SO42-
S2O82-+Men+→SO42-+Me(n+1)++SO42-
SO42-+H2O←→OH+H++SO42-
SO42-+OH-→SO42-+OH
Seok-Young Oh 等人[28]採用過硫酸鉀氧化劑在加熱並投加Fe2+或Fe(0)的條件下對PVA 溶液進行氧化實驗。結果表明，在PVA 初始濃度為46.5～51.9 mg/L 時，控制溫度200 C，投加K2S2O8250 mg/L，並按照S2O82-與Fe2+或Fe(0)的摩爾比為1∶1 投加Fe2+或Fe(0)，反應2 h 後，PVA 完全被氧化。用GC-MS 檢測並證明PVA 被轉化為C4H6O2。
利用硫酸銨鹽或鈉鹽,將聚乙烯醇氧化成水不溶性的樹脂加以去除。當COD 為800 mg/L 的含聚乙烯醇廢水，與2000 mg/L的過硫酸銨在80～100 ℃下加熱1 h 後，除去海綿狀棕色樹脂，COD 去除率>99 %[9]。
2.6 微波輻射法
自可以工業化生產並使用的微波源出現以後，微波能在工業生產中的應用技術得到廣泛的研究，微波化學污水處理技術便應運而生。該技術是一項具有突破性、創新性、廣譜性的水處理技術，就是利用微波對化學反應的誘導催化作用，通過物理及化學作用對水中的污染物進行降解、轉化，從而實現污水凈化的目的[29]。
夏立新等人[30]採用微波輻射技術對PVA 降解反應進行了實驗研究。在試驗中考察了微波功率、pH、H2O2 用量和反應時間對聚乙烯醇降解反應的影響。結果表明，在微波輻射條件下，廢水初始pH 為3，微波功率為800 W，輻射時間為l min，H2O2 用量為22 g H2O2/100 g PVA 時，5 mL 聚乙烯醇(7 %)的平均聚合度能夠在1 min 內由1750±50 降至67。與常規油浴加熱相比，反應速度提高10～20 倍。
Shu-Juan Zhang 等人[31]採用γ射線對PVA 廢水進行輻射降解實驗。實驗結果表明，PVA 的降解率受PVA 初始濃度、輻射劑量、pH、H2O2 投加量的影響。當PVA 初始濃度為200 mg/L，輻射劑量12.1 Gy/min，輻射時間90 min，廢水pH 介於1～5 或在10～12 范圍內變化時，PVA 降解率均在85 %以上，甚至有時可以達到完全礦化。
2.7 電化學法
電化學水處理技術是高級氧化技術的一種，通過外加電場作用，使廢水中的污染物在特定的電化學反應器內發生電化學反應或物理反應，使廢水中的污染物得到有效去除或回收，該反應過程主要包括電沉積、電吸附、電凝聚、電化學還原和電化學氧化等。其具有適應性廣、操作簡便、無需添加氧化還原劑、對環境友好等優點[32]。
根據污染物氧化還原產物，可將電化學水處理技術分為電化學燃燒和電化學轉換兩類。電化學燃燒即直接將有機物深度氧化為CO2 和H2O 等；電化學轉換即把有毒物質轉變為無毒物質，或把大分子有機物轉化為小分子有機物。根據有機物氧化還原過程中電子轉移方式不同，電化學水處理技術又可以分為直接電解和間接電解。直接電解是指污染物在電極上發生直接的電子轉移過程而被氧化(陽極過程)或被還原(陰極過程)而從廢水中去除。間接電解是指利用電化學產生的氧化還原物質作為反應劑或催化劑，使污染物轉化成毒性更小的物質。
Wei-Lung Chou 等人[33]採用鐵電凝法對PVA 溶液進行氧化處理實驗。結果表明，Fe/Al 電極組和比Fe/Fe、Al/Fe、Al/Al 電極組和處理效果好。當溶液pH 為6.5，PVA 初始濃度為100 mg/L，槽電壓為10 V，板間距離為2 cm，反應溫度20 ℃，攪拌轉速300r/min，控制反應120 min，PVA 去除率可以達到77.1 %。
徐金蘭等人[34]以含PVA 的印染廢水為處理對象，採用管式電凝聚器對其先進行預處理。試驗結果表明，管式電凝聚器在pH=5，I=0.748 A/dm2，t=5 min。的操作條件下，COD 的去除率大約為50 %左右，電解後出水可生化性明顯改善；並將電解出水經生物曝氣、生物接觸氧化處理，結果最終出水COD 達到100 mg/L 左右。
Sang yong Kim 等人[35]採用RuO2/Ti 作為陽極對PVA 溶液進行電化學氧化實驗研究。結果表明，初始PVA 濃度為410 mg/L，板間距離為20 mm，電流密度為1.34 mA/cm2，Cl-濃度為17.1 mM，控制反應時間300 min，PVA 及COD 去除率分別為70.18 %，27.47%。
3 生化法
生化法是利用微生物的新陳代謝作用，使廢水中呈溶解、膠體狀態的有機污染物轉化為穩定地無害物質，其分為好氧法和厭氧法。由於PVA 構成的有機污染物濃度高且難被生物降解，在採用生化法之前，對廢水進行預處理，以提高廢水的可生化性。
福建紡織化纖集團有限公司[36]在對PVA 廢水的處理時，採用了採用水解酸化+活性污泥法+接觸氧化法工藝進行處理，可以將廢水中的COD 值由500~600 mg/L 降到20~60 mg/L，COD、BOD的去除率在85 %以上，出水優於《污水綜合排放標准》中的其他排污單位一級標准。
裴義山等採用一體式好氧膜生物反應器(MBR)對難降解聚乙烯醇有機廢水進行實驗研究。結果表明，當進水COD為100~600mg/L 時，控制pH 為7~8，溫度為15~29 ℃，HRT 為10~20 h，SRT 為100 d，可使系統出水COD 在40 mg/L 以下，平均為15.5mg/L，COD 的平均去除率為90.7 %。

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G. 生物分離工程可分為幾大部分，分別包括哪些單元操作

全書共十章，包括發酵液的預處理、細胞的分離、沉澱、萃取、膜技術、吸附與離子交換、色譜技術、離心、生物產品的濃縮結晶與乾燥等生物產品分離純化過程所涉及的全部技術內容。本書通俗易懂、深入淺出，可讀性較強。

本書可作為高等院校相關專業本科生的教材，也可供從事生物分離工程工作及研究的有關人員參考。

前言

第一章 緒論

第一節 生物分離工程的性質、內容與分類

一、生物分離工程的性質

二、生物分離工程的研究內容

三、生物分離過程的分類

第二節 生物分離工程的一般流程

一、發酵液的預處理

二、產物的提取

三、產物的精製

四、成品的加工處理

五、生物分離純化工藝過程的選擇依據

第三節 生物分離過程的特點

一、生物分離過程的體系特殊

二、生物分離過程的工藝流程特殊

三、生物分離過程的成本特殊

第四節 生物分離工程的發展趨勢

一、生物分離工程的發展趨勢

二、生物分離工程研究應注意的問題

思考題

第二章 發酵液的預處理

第一節 發酵液預處理的方法

一、發酵液的一般特徵

二、發酵液預處理的目的和要求

三、發酵液預處理的方法

第二節 發酵液的過濾，

一、發酵液過濾的目的

二、影響發酵液過濾的因素

三、發酵液過濾的方法

四、提高過濾性能的方法

五、過濾介質的選擇

六、過濾操作條件優化

七、過濾設備

思考題

第三章 細胞分離技術

第一節 細胞分離

一、過濾

二、離心沉降

第二節 細胞破碎

一、細胞壁的結構

二、細胞破碎動力學

三、細胞破碎的方法

第三節 胞內產物的溶解及復性

一、包含體及其形成

二、包含體的分離和溶解

三、蛋白質復性

思考題

第四章 沉澱技術

第一節 概述

第二節 蛋白質表面性質

一、蛋白質表面的親水性和疏水性

二、蛋白質表面的電荷

三、蛋白質膠體的穩定性

第三節 蛋白質沉澱方法

一、鹽析法

二、有機溶劑沉澱法

三、等電點沉澱法

四、非離子多聚物沉澱法

五、變性沉澱

六、生成鹽類復合物的沉澱

七、親和沉澱

八、SIS聚合物與親和沉澱

第四節 沉澱技術應用

一、蛋白質

二、多糖

三、茶皂甙純化工藝研究

四、杜仲水提液中氯原酸的提取

思考題

第五章 萃取技術

第一節 基本概念

一、萃取的概念、特點及分類

二、分配定律

三、分配系數、相比、分離系數

第二節 液液萃取的基本理論與過程

一、液液萃取的基本原理

二、液液萃取類型及工藝計算

第三節 有機溶劑萃取

一、有機溶劑萃取分配平衡

二、影響有機溶劑萃取的因素

三、有機溶劑萃取的設備及工藝過程

第四節 雙水相萃取

一、雙水相體系的形成

二、相圖

三、雙水相中的分配平衡

四、影響雙水相分配系數的主要因素

五、雙水相萃取的設備及工藝過程

第五節 液膜萃取

一、液膜及其分類

二、液膜萃取機理

三、液膜分離操作

四、乳化液膜分離技術的工藝流程

五、液膜分離過程潛在問題

六、液膜分離技術的應用

第六節 反膠團萃取

一、膠團與反膠團

二、反膠團萃取

三、反膠團制備

四、反膠團萃取的應用

第七節 液固萃取

一、液固萃取過程

二、液固萃取類型

三、浸取的影響因素

四、浸取的其他問題

五、浸取的工業應用

第八節 超臨界流體萃取

一、超臨界流體

二、超臨界流體萃取

三、超臨界萃取的實驗裝置與萃取方式

四、超臨界流體萃取條件的選擇

五、超臨界流體萃取的基本過程

六、超臨界流體萃取的應用實例

第九節 萃取技術應用及研究進展

一、雙水相萃取技術應用及研究進展

二、液膜萃取技術應用及研究進展

三、反膠團萃取技術應用及研究進展

四、超臨界流體萃取技術應用及研究進展

思考題

第六章 膜分離過程

第一節 概述

一、膜分離過程的概念和特徵

二、膜過程分類

三、分離膜

第二節 壓力驅動膜過程

一、反滲透和納濾

二、超濾和微濾

第三節 電推動膜過程——電滲析

一、電滲析的基本原理

二、電滲析傳遞過程及影響因素

三、電滲析膜

四、應用

第四節 膜接觸器——膜萃取

一、膜萃取的基本原理

二、膜萃取的傳質過程

三、膜萃取過程影響因素

四、應用

第五節 其他膜分離過程

一、濃差推動膜過程——滲透蒸發

二、溫差推動膜過程——膜蒸餾

第六節 膜分離過程裝置

一、濾筒式膜組件

二、板框式膜組件

三、螺旋卷式膜組件

四、管式膜組件

五、毛細管式膜組件

六、中空纖維式膜組件

思考題

第七章 吸附與離子交換

第一節 概述

一、吸附過程

二、吸附與離子交換的特點

第二節 吸附分離介質

一、吸附劑

二、離子交換劑

第三節 吸附與離子交換的基本理論

一、吸附平衡理論

二、影響吸附的主要因素

三、離子交換平衡理論

第四節 基本設備與操作

一、固定床吸附操作

二、移動床吸附器

三、膨脹床吸附操作

四、流化床吸附操作

五、吸附器凈化效率的計算與選擇

思考題

第八章 色譜分離技術

第一節 色譜分離技術概述

一、色譜技術的基本概念

二、色譜法的分類

三、色譜系統的操作方法

第二節 吸附色譜法

一、吸附色譜基本原理

二、吸附薄層色譜法

三、吸附柱色譜法

第三節 分配色譜法

一、基本原理

二、分配色譜條件

三、分配色譜基本操作

四、分配色譜法的應用

第四節 離子交換色譜法

一、離子交換色譜技術的基本原理

二、離子交換劑的類型與結構

三、離子交換劑的理化性能

四、離子交換色譜基本操作

五、離子交換色譜的應用

第五節 親和色譜

一、親和色譜概述

二、親和色譜原理

三、親和色譜介質

四、親和色譜介質的制備

五、親和色譜的操作過程

六、影響親和色譜的因素

第六節 色譜分離技術的應用

一、親和色譜的應用

二、離子交換色譜的應用

三、吸附色譜的應用

四、分配色譜的應用

五、多種色譜技術的組合應用

思考題

第九章 離心技術

第一節 離心分離原理

一、離心沉降原理

二、離心過濾原理

第二節 離心分離設備

一、離心分離設備概述

二、離心沉降設備

三、離心過濾設備

四、離心分離設備的放大

第三節 超離心技術

一、超速離心技術原理

二、超速離心技術分類

三、超速離心設備

第四節 離心技術在生物分離中的應用

一、離心技術在生物分離應用中的注意事項

二、離心分離的優缺點

三、離心機的選擇

四、離心在生物分離中的應用

思考題

第十章 濃縮、結晶與乾燥

第一節 蒸發濃縮工藝原理與設備

一、蒸發濃縮工藝

二、蒸發濃縮設備

第二節 結晶工藝原理和設備

一、結晶操作工藝原理

二、結晶設備

第三節 乾燥工藝原理與設備

一、乾燥工藝原理

二、乾燥設備

思考題

H. 污水處理的深度處理工藝有哪些

污水深度處理

是指城市污水或工業廢水經一級、二級處理後，為了達到一定的回用水標准使污水作為水資源回用於生產或生活的進一步水處理過程。

針對污水（廢水）的原水水質和處理後的水質要求可進一步採用三級處理或多級處理工藝。常用於去除水中的微量COD和BOD有機污染物質，SS及氮、磷高濃度營養物質及鹽類。

處理方法
深度處理的方法有：
絮凝沉澱法、砂濾法、活性炭法、臭氧氧化法、膜分離法、離子交換法、電解處理、濕式氧化法、蒸發濃縮法等物理化學方法與生物脫氮、脫磷法等。深度處理方法費用昂貴，管理較復雜，除了每噸水的費用約為一級處理費用的4-5倍以上。

方法簡介
1、活性炭吸附法活性炭是一種多孔性物質，而且易於自動控制，對水量、水質、水溫變化適應性強，因此活性炭吸附法是一種具有廣闊應用前景的污水深度處理技術。活性炭對分子量在500～3 000的有機物有十分明顯的去除效果，去除率一般為70%～86.7%，可經濟有效地去除嗅、色度、重金屬、消毒副產物、氯化有機物、農葯、放射性有機物等。常用的活性炭主要有粉末活性炭（PAC）、顆粒活性炭（GAC）和生物活性碳（BAC）三大類。近年來，國外對PAC的研究較多，已經深入到對各種具體污染物的吸附能力的研究。亞太水處理（天長）有限公司根據水污染的程度，在水處理系統中，投加粉末活性炭去除水中的COD，過濾後水的色度能降底1～2度；臭味降低到0度。GAC在國外水處理中應用較多，處理效果也較穩定，美國環保署（USEPA）飲用水標準的64項有機物指標中，有51項將GAC列為最有效技術。GAC處理工藝的缺點是基建和運行費用較高，且容易產生亞硝酸鹽等致癌物，突發性污染適應性差。如何進一步降低基建投資和運行費用，降低活性炭再生成本將成為今後的研究重點。BAC可以發揮生化和物化處理的協同作用，從而延長活性炭的工作周期，大大提高處理效率，改善出水水質。不足之處在於活性炭微孔極易被阻塞、進水水質的pH 適用范圍窄、抗沖擊負荷差等。目前，歐洲應用BAC技術的水廠已發展到70個以上，應用最廣泛的是對水進行深度處理。撫順石化分公司石油三廠採用BAC技術，既節省了新鮮水的補充量，減少污水排放量，減輕水體污染，降低生產成本，還體現了經濟效益和社會效益的統一。今後的研究重點是降低投資成本和增加各種預處理措施與BAC聯用，提高處理效果。

2、膜分離法膜分離技術是以高分子分離膜為代表的一種新型的流體分離單元操作技術。它的最大特點是分離過程中不伴隨有相的變化，僅靠一定的壓力作為驅動力就能獲得很高的分離效果，是一種非常節省能源的分離技術。微濾可以除去細菌、病毒和寄生生物等，還可以降低水中的磷酸鹽含量。天津開發區污水處理廠採用微濾膜對SBR二級出水進行深度處理, 滿足了景觀、沖洗路面和沖廁等市政雜用和生活雜用的需求。超濾用於去除大分子，對二級出水的COD和BOD去除率大於50%。北京市高碑店污水處理廠採用超濾法對二級出水進行深度處理，產水水質達到生活雜用水標准，回用污水用於洗車，每年可節約用水4700 m3。反滲透用於降低礦化度和去除總溶解固體，對二級出水的脫鹽率達到90%以上，COD和BOD的去除率在85%左右，細菌去除率90%以上。緬甸某電廠採用反滲透膜和電除鹽聯用技術，用於鍋爐補給水。經反滲透處理的水，能去除絕大部分的無機鹽、有機物和微生物。納濾介於反滲透和超濾之間，其操作壓力通常為0.5～1.0 MPa，納濾膜的一個顯著特點是具有離子選擇性，它對二價離子的去除率高達95%以上，一價離子的去除率較低，為40%～80%。採用膜生物反應器－納濾膜集成技術處理糖蜜制酒精廢水取得了較好結果，出水COD小於100 mg/L，廢水回用率大於80%。我國的膜技術在深度處理領域的應用與世界先進水平尚有較大差距。今後的研究重點是開發、製造高強度、長壽命、抗污染、高通量的膜材料，著重解決膜污染、濃差極化及清洗等關鍵問題。

3、高級氧化法工業生產中排放的高濃度有機污染物和有毒有害污染物，種類多、危害大，有些污染物難以生物降解且對生化反應有抑制和毒害作用。而高級氧化法在反應中產生活性極強的自由基（如•OH等），使難降解有機污染物轉變成易降解小分子物質，甚至直接生成CO2和H2O，達到無害化目的。
3.1
濕式氧化法濕式氧化法（WAO）是在高溫（150～350 ℃）、高壓（0.5～20 MPa）下利用O2或空氣作為氧化劑，氧化水中的有機物或無機物，達到去除污染物的目的，其最終產物是CO2和H2O。2002年引進了WAO
工藝，徹底解決了渣的後續治理和惡臭污染問題，而且運行成本低，氧化效率高。

3.2 濕式催化氧化法濕式催化氧化法（CWAO）是在傳統的濕式氧化處理工藝中加入適宜的催化劑使氧化反應能在更溫和的條件下和更短的時間內完成，也因此可減輕設備腐蝕、降低運行費用。目前，建於昆明市的一套連續流動型CWAO工業實驗裝置，已經體現出了較好的經濟性。濕式催化氧化法的催化劑一般分為金屬鹽、氧化物和復合氧化物3類。目前，考慮經濟性，應用最多的催化劑是過渡金屬氧化物如Cu、Fe、Ni、Co、Mn等及其鹽類。採用固體催化劑還可避免催化劑的流失、二次污染的產生及資金的浪費。

I. 海水淡化系統高壓泵反復啟動關閉會引起ro膜中心管斷裂嗎

全球海水淡化技術超過20餘種，包括反滲透法、低多效、多級閃蒸、電滲析法、壓汽蒸餾、露點蒸發法、水電聯產、熱膜聯產以及利用核能、太陽能、風能、潮汐能海水淡化技術等等，以及微濾、超濾、納濾等多項預處理和後處理工藝。從大的分類來看，主要分為蒸餾法(熱法)和膜法兩大類，其中低多效蒸餾法、多級閃蒸法和反滲透膜法是全球主流技術。一般而言，低多效具有節能、海水預處理要求低、淡化水品質高等優點;反滲透膜法具有投資低、能耗低等優點，但海水預處理要求高;多級閃蒸法具有技術成熟、運行可靠、裝置產量大等優點，但能耗偏高。一般認為，低多效蒸餾法和反滲透膜法是未來方向。預計「十二五」期間，我國海水淡化將達到150萬-200萬噸/日，是現有產能的三、四倍，投資規模將達到200億元左右。冷凍海水淡化法原理：海水三相點是使海水汽、液、固三相共存並達到平衡的一個特殊點。若壓力或溫度偏離該三相點，平衡被破壞，三相會自動趨於一相或兩相。真空冷凍法海水淡化正是利用海水的三相點原理，以水自身為製冷劑，使海水同時蒸發與結冰，冰晶再經分離、洗滌而得到淡化水的一種低成本的淡化方法。與蒸餾法、膜海水淡化法相比，冷凍海水淡化法能耗低，腐蝕、結垢輕，預處理簡單，設備投資小，並可處理高含鹽量的海水，是一種較理想的海水淡化法。冷凍法冷凍法，即冷凍海水使之結冰，在液態海水變成固態冰的同時鹽被分離出去。冷凍法與蒸餾法都有難以克服的弊端，其中蒸餾法會消耗大量的能源並在儀器里產生大量的鍋垢，而所得到的淡水卻並不多；而冷凍法同樣要消耗許多能源，但得到的淡水味道卻不佳，難以使用。冷凍海水淡化法工藝之預冷海水脫氣後可與蒸發結晶器內排出的濃鹽水和淡化水產生熱交換，預冷至海水的冰點附近。冷凍海水淡化法工藝之脫氣由於海水中溶有的不凝性氣體在低壓條件下將幾乎全部釋放,且又不會在冷凝器內冷凝。這將升高系統的壓力，使蒸發結晶器內壓力高於二相點壓力，破壞操作的進行。顯然減壓脫氣法適合本系統。蒸餾法淡化法是影響海水蒸發與結冰速率的主要因素。海水淡化法工藝之冰—鹽水是一固液系統普通的分離方法均可使冰—鹽水得到分離，但分離方法不同，得到的冰晶含鹽量也不同。實驗結果表明減壓過濾方法得到的冰晶含鹽量比常壓過濾方法得到的冰晶含鹽量低得多。海水淡化法工藝之蒸汽冷凝在蒸發結晶器內，除海水析出冰晶以外，還將產生大量的蒸汽，這些蒸汽必須及時移走，才能使海水不斷蒸發與結冰。反滲透法通常又稱超過濾法，是1953年才開始採用的一種膜分離淡化法。該法是利用只允許溶劑透過、不允許溶質透過的半透膜，將海水與淡水分隔開的。在通常情況下，淡水通過半透膜擴散到海水一側，從而使海水一側的液面逐漸升高，直至一定的高度才停止，這個過程為滲透。此時，海水一側高出的水柱靜壓稱為滲透壓。如果對海水一側施加一大於海水滲透壓的外壓，那麼海水中的純水將反滲透到淡水中。反滲透法的最大優點是節能。它的能耗僅為電滲析法的1/2，蒸餾法的1/40。因此，從1974年起，美日等發達國家先後把發展重心轉向反滲透法。反滲透海水淡化技術發展很快，工程造價和運行成本持續降低，主要發展趨勢為降低反滲透膜的操作壓力，提高反滲透系統回收率，廉價高效預處理技術，增強系統抗污染能力等。太陽能法人類早期利用太陽能進行海水淡化，主要是利用太陽能進行蒸餾，所以早期的太陽能海水淡化裝置一般都稱為太陽能蒸餾器。蒸餾系統被動式太陽能蒸餾系統的例子就是盤式太陽能蒸餾器，人們對它的應用有了近150年的歷史。由於它結構簡單、取材方便，至今仍被廣泛採用。對盤式太陽能蒸餾器的研究主要集中於材料的選取、各種熱性能的改善以及將它與各類太陽能集熱器配合使用上。與傳統動力源和熱源相比，太陽能具有安全、環保等優點，將太陽能採集與脫鹽工藝兩個系統結合是一種可持續發展的海水淡化技術。太陽能海水淡化技術由於不消耗常規能源、無污染、所得淡水純度高等優點而逐漸受到人們重視。太陽能蒸餾法就是採用簡單的太陽能蒸餾器。該蒸餾器由一個水槽組成，水槽內有一個黑色多孔的氈心浮洞，槽頂上蓋有一塊透明、邊緣封閉的玻璃覆蓋層。太陽光穿過透明的覆蓋層投射到黑色絕熱的槽底，轉換為熱能。因此，塑料芯中的水面溫度總是高於透明覆蓋層底的溫度，水從氈芯蒸發，蒸汽擴散到覆蓋層上冷卻為液體，排入不透明的蒸餾槽中.低溫蒸餾低溫多效蒸餾淡化技術低溫多效海水淡化技術是指鹽水的最高蒸發溫度低於70℃的蒸餾淡化技術，其特徵是將一系列的水平管噴淋降膜蒸發器串聯起來，用一定量的蒸汽輸入首效，後面一效的蒸發溫度均低於前面一效，然後通過多次的蒸發和冷凝，從而得到多倍於蒸汽量的蒸餾水的淡化過程。多效蒸發是讓加熱後的海水在多個串聯的蒸發器中蒸發，前一個蒸發器蒸發出來的蒸汽作為下一蒸發器的熱源，並冷凝成為淡水。其中低溫多效蒸餾是蒸餾法中最節能的方法之一。低溫多效蒸餾技術由於節能的因素，發展迅速，裝置的規模日益擴大，成本日益降低，主要發展趨勢為提高首效溫度，提高裝置單機造水能力；採用廉價材料降低工程造價，提高操作溫度，提高傳熱效率等。一種低溫多效蒸餾法海水淡化設備，包括供汽系統、布水系統、蒸發器、淡水箱及濃水箱，供汽系統的生蒸汽入口置於中間效蒸發器上。工作方法為：（1）布水系統對海水進行噴淋；（2）輸入生蒸汽到中間效蒸發器的蒸發管內部；（3）蒸汽在蒸發管內冷凝傳出熱量，蒸發管外吸收熱量產生蒸發；（4）新蒸汽輸送至其兩側的蒸發管內.管外吸收熱量、產生蒸發；（6）各效蒸發器重復蒸發和冷凝過程；（7）蒸餾水進入淡水箱；（8）濃鹽水進入濃水箱。多級閃蒸所謂閃蒸，是指一定溫度的海水在壓力突然降低的條件下，部分海水急驟蒸發的現象。多級閃蒸海水淡化是將經過加熱的海水，依次在多個壓力逐漸降低的閃蒸室中進行蒸發，將蒸汽冷凝而得到淡水。目前全球海水淡化裝置仍以多級閃蒸方法產量最大，技術最成熟，運行安全性高彈性大，主要與火電站聯合建設，適合於大型和超大型淡化裝置，主要在海灣國家採用。多級閃蒸技術成熟、運行可靠，主要發展趨勢為提高裝置單機造水能力，降低單位電力消耗，提高傳熱效率等。電滲析法該法的技術關鍵是新型離子交換膜的研製。離子交換膜是0.5-1.0mm厚度的功能性膜片，按其選擇透過性區分為正離子交換膜（陽膜）與負離子交換膜（陰膜）。電滲析法是將具有選擇透過性的陽膜與陰膜交替排列，組成多個相互獨立的隔室海水被淡化，而相鄰隔室海水濃縮，淡水與濃縮水得以分離。電滲析法不僅可以淡化海水，也可以作為水質處理的手段，為污水再利用作出貢獻。此外，這種方法也越來越多地應用於化工、醫葯、食品等行業的濃縮、分離與提純。壓汽蒸餾蒸餾法是通過加熱海水使之沸騰汽化，再把蒸汽冷凝成淡水的方法。蒸餾法海水淡化技術是最早投人工業化應用的淡化技術，特點是即使在污染嚴重、高生物活性的海水環境中也適用，產水純度高。與膜法海水淡化技術相比，蒸餾法具有可利用電廠和其他工廠的低品位熱、對原料海水水質要求低、裝置的生產能力大，是當前海水淡化的主流技術之一。露點蒸發露點蒸發淡化技術是一種新的苦鹹水和海水淡化方法。它基於載氣增濕和去濕的原理，同時回收冷凝去濕的熱量，傳熱效率受混合氣側的傳熱控制。露點蒸發淡化技術是以空氣為載體,通過用海水或苦鹹水對其增濕和去濕來製得淡水,並通過熱傳遞將去濕過程與增濕過程耦合,使冷凝潛熱直接傳遞到蒸發室,為蒸發鹽水提供汽化潛熱,以提高過程的熱效率。建立了有效傳熱面積分別為9.6m~2和2.75m~2的兩台增濕/去濕耦合的露點蒸發淡化設備。建立了相應的實驗裝置和計算機數據採集系統。分別成功地完成了露點蒸發淡化基本流程與參數相關性實驗以及強化傳熱/傳質淡化實驗。真空冷凍真空冷凍海水淡化法工藝包括脫氣、預冷、蒸發結晶、冰晶洗滌、蒸汽冷凝等步驟，海水淡化水產品可達到國家飲用水標准，是一種較理想的海水淡化法。冷凍海水淡化法工藝冷凍海水淡化法工藝之脫冷凍海水淡化法工藝之預冷冷凍海水淡化法工藝之溫度和壓力它們是影響海水蒸發與結冰速率的主要因素。冷凍海水淡化法工藝之冰—鹽水是一固液系統冷凍海水淡化法工藝之蒸汽冷凝新吸附法非加壓滲透吸附非加壓吸附滲透海水淡化法，或稱為「正向滲透法」，讓水通過多孔膜進入一種超強吸水的吸附劑的鹽濃度甚至超過海水的溶液或固態物，但溶液里的特殊鹽分很容易蒸發。分固態鹽、液態鹽方向。固態鹽解吸附耗能更小。另外兩種方法都在薄膜結構上有了創新和改進碳納米管薄膜，是一種用碳納米管來做薄膜的小孔，另一種滲透用的薄膜。蛋白質膜，是薄膜的孔用引導水分子通過活細胞的細胞膜的蛋白質來構成。