第9章分离设备

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,西安建筑科技大学环境与市政工程学院,第9章 分离设备,分离设备的用途及分类,用途,通过一定的技术方法和手段（分离设备）将水中杂质与水分离开来。,分类,物理法分离设备,物理化学法分离设备,常用分离设备,气浮分离设备,筛滤设备（格栅、滤网）,砂滤设备,膜分离设备,9.1 气浮分离设备,工作原理,气浮分离设备是向水中加入压缩空气，空气在水中形成高度分散的微小气泡，微小气泡作为载体与固体颗粒粘附，将水中的悬浮颗粒浮于水面形成浮渣，从而实现固液分离。,适用条件,水中靠自然沉降或上浮难以去除的乳化油或相对密度近于,1,的微小悬浮颗粒。,分类,微孔布气气浮设备,压力溶气气浮设备（应用最广泛）,电解气浮设备,9.1.1 微孔布气气浮设备,工作原理：,利用机械剪切力，将混合水中的空气粉碎成微细气泡，从而进行气浮。,按气泡粉碎方法可分为：,水泵吸水管吸气气浮设备；,射流气浮设备；,叶轮气浮设备；,扩散气浮设备。,9.1.1 微孔布气气浮设备,水泵吸水管吸气气浮设备,原理：在水泵吸水管上开一孔，接一根吸气管，在吸气管上安装进气量调解阀和计量仪表。当水泵运行时，吸水管为负压，将空气吸入水泵吸水管，在水泵叶轮的高速搅拌和剪切作用下形成气水混合体，进入气浮池后，气泡与水中固体颗粒粘附，载着水中固体颗粒上浮，实现固液分离。,优点：结构简单。,缺点：,水泵吸气量限制，对泵有影响；,气泡在水泵内破碎得不够完全，黏度大，处理效果不够理想。,应用：一般主要用于去除石油废水。,9.1.1 微孔布气气浮设备,射流气浮设备,射流气浮设备主要包括射流器和气浮池（或气浮罐）（简单）,扩散气浮设备,扩散气浮设备主要由气浮池（罐）、空气压缩机、扩散板或微孔板组成。,9.1.1 微孔布气气浮设备,叶轮气浮设备,原理,结构,叶轮气浮设备主要由气浮池（罐）、叶轮、盖板、进气管、进水槽和出水槽构成。,9.1.2 加压溶气气浮设备,工作原理,在一定压力（,300400kPa）下，将空气溶于欲处理水中并达到饱和，然后将饱和溶液突然降至常压，溶解在水中的空气即以微小气泡（气泡直径约为20100m,）释放出来，数量众多的微小气泡与水中呈悬浮状态的颗粒相互粘附，形成密度比水小的带气颗粒，产生上浮作用。,组成,主要由加压溶气装置、溶气释放装置和固,液或液液分离装置,。,9.1.2 加压溶气气浮设备,加压溶气气浮设备工艺图,溶气罐,溶气罐,是一个耐压密封钢罐，空气与水在罐内混合、溶解。,为了提高溶气量和速度，增大容积利用系率，罐内,常设若干隔板或填料,。,影响溶气罐效率,的,主要因素,是：填料特性、填料层高度、罐内液位高度、布水方式和温度等。,溶气释放器外型,9.1.2 加压溶气气浮设备,平流气浮池,竖流气浮池,9.1.2 加压溶气气浮设备,加压溶气气浮设备的特点,空气气泡数量多、气泡微细、颗粒均匀、密集度大、上浮稳定、对液体扰动微小、气浮效果好、设备比较简单、便于维护管理。,加压溶气气浮设备的应用,对疏松絮凝体、细小颗粒的固液分离效果显著，是目前应用较为广泛的气浮设备，适用于给水处理、废水处理和污泥浓缩处理，特别是含油废水处理。,9.1.4 电解气浮设备,电解气浮设备：,是用不溶性电极直接电解液体，靠电解产生的微小气泡将已絮凝的悬浮颗粒载浮至水面，达到分离目的。,9.2 筛滤设备,筛滤设备：是采用有孔眼的材料截留液体中悬浮物的设备。,一种简单的拦污装置，保持后续处理设施正常运行，减少后续处理设施的处理负荷，并起到保护水泵、管道和仪表等作用。,分类：格栅和滤网。,格栅：去除大的漂浮物和悬浮物，,人工清理格栅,机械格栅,滤网：去除小的滤网去除并回收废水中的纤维、纸浆等,细小的悬浮物,。,固定平面式,旋转式,，水处理工艺中比较常用。,实际使用中，选用旋转滤网时，应在滤网前设置粗格栅或格栅除污机，即格栅和滤网通常联合使用。,9.2.1,格栅,1,、人工清理格栅,2、机械格栅,机械格栅,一般由拦截污染物的,格栅,、清除格栅所拦截污染物的,齿耙,、带动齿耙运动的,牵引部件及传动装置,等组成。,形式和分类,9.2.1 格栅,（1）链条回转式格栅,特点,：设备结构简单，制造方便，,传动部件均在水面以上，维护方便,，占地面积小，传动链条和链轮均设计在液面以上，可防止水中垃圾的侵入和卡阻，,该机型适用于深池。,由驱动机构、主传动链轮轴、从动链轮轴、牵引链、齿耙、过力矩保护装置和机架等组成。,（1）链条回转式格栅,（2）自清式格栅,传动装置：,悬挂式涡轮减速机。,耙齿：,采用工程塑料（,ABS,、尼龙）或不锈钢。,动力装置、机架、犁形耙齿、清洗机构及电控箱等组成,。,XG,型旋转式格栅除污机,（,3,）旋臂式弧形格栅,旋臂绕固定的传动轴旋转，带动耙齿作圆周运动，旋臂每旋转一周耙污,2,次,。,（,4,）摆臂式弧形格栅,摆臂式：,通过四连杆机构，使摆臂下端的齿耙运行呈曲线轨迹，齿耙上行除污，当齿耙到达弧栅顶部时，带缓冲装置的刮渣板把污物推卸至盛污器内，与此同时摆臂将耙齿退出栅片，随即下行复位。,（5）,伸缩耙式弧形格栅,耙臂在重力作用下沿旋转轴下降，通过电动液压驱动机构将齿耙插入栅片自下而上耙污。,9.2.2 滤网,转鼓式旋转滤网,构造,：,转鼓池,、,转鼓滤网,、,传动装置,、,挤压装置,和,除渣装置,。,工作过程：,需处理水进入转鼓池后，转鼓绕水平轴旋转，水由转鼓外进入，水中细小的杂物被截留在鼓外，并随转鼓转出，经滤渣挤压轮挤压脱水，最后用刮刀刮下,。,9.5 膜分离设备,概述,膜分离设备分类,常用膜分离设备分离原理,膜分类,几种常用膜介绍,膜分离装置,9.5.1 概 述,1、膜的概念,膜是一种,物料薄层,，具有,半透性,（对透过的物质有选择性，或膜对不同物质具有不同的透过速率）。,区别于,生物膜,，生物膜或称固定膜（fixed film)；这里说的膜（membrane)。,2、膜分离设备,膜分离设备是利用,膜的选择透过性,进行分离以及浓缩水中离子或分子的设备；通过膜分离设备可实现,混合物的组分分离,。,条件,：,膜,；,组分存在差别,。,29,膜分离过程原理：,以选择性透膜为分离介质，通过在膜两边施加一个,推动力（如浓度差、压力差或电位差等）,时，使原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离提纯的目的。通常膜原料侧称为,膜上游,，透过侧称为,膜下游。,膜上游 透膜 膜下游,选择性透膜,膜分离过程,9.5.1,概 述,9.5.2 膜分离设备分类,水工艺常用分离设备主要是：,电渗析设备,、,反渗析设备,和,超滤设备,。,DD,NF,UF,MF,ED,RO,9.5.3 常用膜分离设备分离原理,1、电渗析设备原理,利用,阴、阳离子交换膜,对溶液中阴、阳离子的,选择性,，在,直流电场,的作用下，使溶液中的阴、阳离子在隔室内发生,离子迁移,，分别通过阴、阳离子交换膜从而达到除盐或浓缩的目的。,电渗析基本排布方式原理图,电渗析（,ED,）,9.5.3 常用膜分离设备分离原理,2、反渗透设备原理,任何溶液都具有相应的,渗透压,，但要有,半透膜,才能表现出来。渗透压与溶液的性质、浓度和温度有关，而与膜无关。反渗透不是自发进行的，只有当,外部压力大于溶液的渗透压,时，反渗透才能进行。,渗透,渗透平衡,反渗透,反渗透分离原理,9.5.3 常用膜分离设备分离原理,3、超滤、微滤和纳滤设备,主要利用,膜孔,对溶液中悬浮微粒的,筛分作用,，,在压力作用下,，小于孔径的小分子溶质随溶液一起透过膜上的微孔，大于孔径的大分子溶质则被截留。,压力推动膜工艺的分类比较,压差,/Mpa,微粒或分子的大小,/m,2.8,，,0.006,2.0,左右，,0.00090.009,0.31.0,，,0.0070.2,0.10.3,，,0.0920,0.1,，,15100,9.5.4 膜分类,1、根据膜的材质从相态上可分：,固膜,、液膜和气膜,2、固膜按形态可分：,平面膜,、,管状膜,和,中空纤维膜,。,3,、固膜按结构可分：,对称膜,：致密膜或多孔膜，膜截面方向结构是均匀。,非对称膜,：结构非均匀，表面极薄、起分离作用的致密表面皮，表面皮下是多孔的支撑层。,4、从来源膜可分为：,天然膜、合成膜：无机材料（金属、玻璃）膜、有机高分子膜。,6、根据膜的功能可分：,离子交换膜,、,反渗透膜,、,超滤膜,、,微滤膜,、,纳滤膜,。,固膜形态结构,平面膜,管状膜,中空纤维膜,对称膜,非对称膜,(,致密表皮层,),(,细孔表皮层,),(,多孔支撑层,),均质膜,9.5.5 几种常用膜介绍,1、离子交换膜,离子交换膜：,用于电渗析，,带电荷的膜,，不同电荷的离子在膜内的迁移速度有很大的差别，这就是离子交换膜,对离子透过的选择性,。,离子交换膜构成,：由,聚电解质制成的,，离子交换膜的基体是,空间的网状结构,。,离子交换膜的基本性能：,交换容量,：指每克干膜所含交换基团的毫克当量数。交换容量不随外界条件而改变。,含水率,：指在工作状态下每克干膜的含水克数。膜的含水率随外液浓度的提高而下降。,9.5.5 几种常用膜介绍,2、反渗透膜,反渗透膜的透过机理,：,选择性吸附与毛细管流，即界面现象和在压力下流体通过毛细管的综合结果。,反渗透膜构成,：,一种,多孔性膜,，具有良好的化学性质。,反渗透膜为一种,半透膜,，只能通过溶液中某种组分，不具有离子交换性质，属,中性膜,。,反渗透膜可按形状分为,平面膜,和,中空纤维膜；,前者透过的通量比后者高，后者的过滤面积比前者大。,半透膜的结构,水工艺中的半透膜要求,只能通过水分子,，但不排斥少量其他离子或小分子也能透过；厚度数,m,到,0.1mm,。,半透膜的结构图,9.5.5 几种常用膜介绍,3、纳滤膜,纳滤膜与反渗透膜结构相类似，绝大多数是多层结构。它,具有离子选择性,。,离子选择性是由于膜上或膜中有负的带电基团，它们通过,静电相互作用,，阻碍多价阴离子的渗透。,4、超滤膜和微滤膜,超滤和微滤过程使用的膜都是,微孔膜,。微粒是否被截留，除了与操作条件有关外，主要还取决于微粒的大小和结构以及膜微孔的大小和结构。（,结构、材质、工作环境,如温度、pH）,几种常用膜的简单对照,9.5.6 膜分离装置,膜分离装置由膜组件、泵、过滤器、阀、仪表、管路等,组成。,膜组件组件,：是由专业制造厂提供几种,规格化的部件或小型的单元设备,板式膜组件,管式膜组件,螺卷式膜组件,中空纤维式膜组件,毛细管式膜组件,板框式膜分离装置,板框式膜分离装置的构造,与板框式压滤机相类似，由若干板式膜组件重叠起来组成。,板框式膜组件组成：,由,板体（支撑盘）,、,多孔薄板（间隔盘）,和,平板膜,三部分组成。,板框式膜分离装置,特点, 组装比较简单，可以简单地增加膜的层数以提高处理量；, 操作比较方便。, 板框式膜组件组装零件太多；装填密度低；膜的机械强度要求较高。,应用,超滤（,UF）、微滤（MF）、反渗透（RO）、电渗析（ED）,板框式膜分离装置,进水,透过水,浓缩水,耐压容器,透水板,半透膜,工作过程,板式超滤膜装置,管式膜分离装置,管式膜分离装置与多管式热交换器相类似,。它是将若干根直径为1020mm，长13m的,反渗透管状膜组件,装入多孔高压管中构成。,管式膜分离装置,特点：,结构简单，制造容易，安装、维修方便；且水力条件好，不容易堵塞，清洗方便；能耐高压，可以处理高黏度的原液。但管式膜分离装置体积大，单位体积内膜的表面积最小，而且两头需要较多的连接部件，现在使用并不广泛。,管式膜分离装置,陶瓷管式膜组件,PE,微孔管式膜,是以超高分子量聚乙烯为材料，经特定的工艺制成的一种管式微滤膜；,具有机械强度高，化学稳定性强，耐酸碱，耐细菌腐蚀等优点。,螺卷式膜分离装置,螺卷式膜分离装置,主要由,耐压套管,、,膜组件,、,穿孔管,组成。,膜组件由,平膜,、,导水垫层,、,格网组成,。,两层膜三边封口，构成信封状膜袋，膜袋内填充多孔支撑层，一层膜袋衬一层隔网，从膜袋开口端开始绕多孔中心管卷绕而形成螺旋卷式膜组件。,螺卷式膜分离装置的特点：,优点是结构紧凑，单位体积的膜表面积大，操作方便。缺点是容易堵塞，不能拆洗，浓水难于循环，压力损失大。,螺卷式膜分离装置,螺卷式膜分离装置,螺卷式膜组件,密封,密封,密封,螺旋卷式膜组件一个膜叶结构示意图,多孔透水材料,膜，上下两层,中空纤维式膜分离装置,中空纤维膜分离装置类似于单管程管壳式换热器的结构。,膜组件用细径的,中空纤维膜,组装而成。,优点：,结构简单、单位体积膜的表面积最大，液流流程短，分布均匀。,缺点：,不能用于处理含有悬浮物的废水，必须预先经过过滤处理，另外难以发现损坏的膜，维护管理不便。,中空纤维式膜分离装置,工作过程,（1）内压式,料液从空心纤维管内流过，透过液经纤维管膜流出管外，这是常用的操作方式。,（,2,）外压式,料液从一端经分布管在纤维管外流动，透过液则从纤维膜管内流出。,中空纤维膜组件,中空纤维式膜分离装置,中空纤维式膜分离装置,9.6 砂滤设备,应用比较广泛主要,压力过滤器,。,压力过滤器设备分类：,双层滤料,单层滤料,压力过滤器特点：,承受压力，可利用过滤后的余压将出水送到用水地点或远距离输送,过滤能力强、容积小、设备定型、使用机动性大,单个过滤器的过滤面积较小，一半用于小型废水处理站,9.6,砂滤设备,9.7 砂水分离器,砂水分离器用于将沉砂池排出的砂水混合物进行彻底的砂水分离。,由无轴螺旋体、水箱、U形槽和传动装置等组成,9.8 滗水器,滗水器又称滗析器、移动式出水堰。,主要有机械式、自力（浮力）式、虹吸式三种。,典型滗水器,