工业废水处理4物理化学处理ppt课件 80页

工业废水的物理化学处理（二）第三节吸附n吸附现象A冰箱除异味B变色硅胶n一、吸附概述n1吸附法功能与特点功能去除水中溶解态微量污染物。有机物胶体粒子重金属离子放射性元素其他（微生物、余氯、臭味、色度）一、吸附概述n1吸附法功能与特点特点深度处理可回收有用物料进水预处理要求高运转费用贵一、吸附概述n一、吸附概述吸附物理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n2.1吸附机理及分类物理吸附分子间力(范德华力)引起没有选择性放热较小，约42kJ／mol或更少多分子层吸附吸附剂的比表面积和细孔分布影响大一、吸附概述n2.1吸附机理及分类化学吸附化学反应，形成牢固的化学键放热量较大，约84—420kJ／mol有选择性单分子层吸附表面化学性质和化学性质影响大一、吸附概述n二、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。n平衡吸附量计算公式：式中：V－溶液体积，L；c0、ce－分别为溶质的初始和平衡浓度，mg/L；x－吸附剂吸附的溶质总量，mgm－投加吸附剂总量，g。n二、吸附平衡与吸附等温式n一般认为，1/n值介于0.1～0.5，则易于吸附，1/n>2时难以吸附。利用K和1/n两个常数，可以比较不同吸附剂的特性。适用于中等浓度的溶液二、吸附平衡与吸附等温式n2.2吸附平衡与吸附等温式2、Langmuir吸附等温式理论假设：吸附剂表面均一吸附是单分子层的二、吸附平衡与吸附等温式n2.Langmuir吸附等温式：其中：Ce－被吸附物质的平衡浓度，mg/L;qe－单位吸附剂所吸附的物质的量，即平衡吸附量，mg/g;Q0－吸附剂的最大吸附量,mg/g;b－Langmuir常数,L/mg。二、吸附平衡与吸附等温式n2.2吸附平衡与吸附等温式3.B.E.T吸附等温式假定发生多分子层吸附。在原先被吸附的分子上面仍可吸附另外的分子，而且不一定等第一层吸满后再吸附第二层。第一层吸附是靠吸附剂与吸附质间的分子引力，而第二层以后是靠吸附质分子间的引力。总吸附量等于各层吸附量之和。n2.2吸附平衡与吸附等温式3.B.E.T吸附等温式式中a，B——常数；Cs——吸附质饱和浓度，mg/LCe——平衡浓度，mg/L。n三、影响吸附的因素衡量指标吸附能力吸附速度固体吸附剂用吸附量衡量单位质量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量吸附阶段颗粒外部扩散阶段孔隙扩散阶段吸附反应阶段吸附质从溶液中扩散到吸附剂表面吸附质在吸附剂孔隙中继续向吸附点扩散吸附质被吸附在吸附剂孔隙内的吸附点表面n吸附速度主要取决于外部扩散速度和孔隙扩散速度。外部扩散速度与溶液浓度成正比与吸附剂的比表面积的大小成正比吸附剂颗粒直径越小，速度越快增加溶液与颗粒间的相对运动速度，可提高速度孔隙扩散速度吸附剂颗粒越小，速度越快三、影响吸附的因素n吸附剂的物理化学性质和吸附质的物理化学性质对吸附有很大影响。极性分子(或离子)型的吸附剂容易吸附极性分子(或离子)型的吸附质。非极性分子型的吸附剂容易吸附非极性的吸附质。三、影响吸附的因素n四、吸附剂吸附剂是决定高效能的吸附处理过程的关键因素，广义而言，一切固体都具有吸附能力，但是只有多孔物质或磨得极细的物质，由于其具有很大的表面积，才能作为吸剂。n1.工业吸附剂必须满足的要求(1)吸附能力强；(2)吸附选择性好；(3)吸附平衡浓度低；(4)容易再生和再利用；(5)机械强度好；(6)化学性质稳定；(7)来源广；(8)价廉。四、吸附剂n四、吸附剂n1.活性炭活性炭的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。n再生方法加热再生法在高温条件下，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n活性炭再生方法比较用加热再生法处理活性炭时，炭的损失率高，而且再生成本也较高，而药剂再生法处理成本高并易造成二次污染，因此化学再生法(如臭氧再生法)、生物再生法和湿式氧化再生法是今后活性炭再生方法的发展方向。n四、吸附剂n四、吸附剂n四、吸附剂n四、吸附剂n五、吸附工艺和设备操作方式连续式间歇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，排除澄清液固定床移动床流化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n吸附的应用降流式固定吸附塔构造示意图n(a)(b)(c)固定床吸附操作示意图单床式多床串联式多床并联式n活性炭吸附工艺和设备n六、吸附法在污水处理中的应用1.吸附法除汞活性炭有吸附汞和汞化合物的性能，但因其吸附能力有限，只适宜于处理含汞量低的废水。吸附法除汞流程n第二节离子交换法n概述一、离子交换法离子交换剂上的离子和水中的离子进行交换的一种特殊吸附现象。与其它吸附过程相比：主要吸附水中离子态物质；交换剂上的离子和水中离子进行“等当量”的交换。n概述二、发展1805年英国科学家发现了土壤中Ca2+和NH4+的交换现象；1876年Lemberg揭示了离子交换的可逆性和化学计量关系；1935年人工合成了离子交换树脂；1940年应用于工业生产；1951年我国开始合成树脂。n概述(一)给水处理硬水软化、脱盐。纯水、高纯水的制备。(二)废水处理废水中金属离子：Zn2+、Cu2+、Cr6+、Cr3+(三)工业生产产品的提纯三、应用n概述1去除率高，净化效果好；2可做到污染物的回收利用；3对废水的预处理要求较高；4树脂再生液需要进一步处置。四、特点n离子交换树脂固体球形颗粒，多孔网状结构；不溶于水；具有离子交换特性的有机高分子聚电解质。(一)组成离子交换树脂母体(骨架)活性基团固定离子可交换离子苯乙烯(单体)+二乙烯苯(交联剂)母体共聚H2SO4功能基反应R—SO3H固定离子可交换离子母体n离子交换树脂(二)树脂分类按选择性按活动离子离子交换树脂H型OH型Na型离子交换树脂阳离子交换树脂阴离子交换树脂弱碱性阴离子交换树脂R—NH3OH强碱性阴离子交换树脂RNOH弱酸性阳离子交换树脂R—COOH强酸性阳离子交换树脂R—SO3HCl型n离子交换树脂(二)树脂分类按结构离子交换树脂凝胶型等孔型孔大、均匀，抗有机污染能力强。孔大，溶胀度小，交换速度高，抗污染能力强。孔隙小、少，溶胀度较大，水溶胀后呈凝胶状。大孔型n离子交换树脂(二)树脂分类按交联度离子交换树脂低交联度高交联度12%-20%7%-8%2%-4%一般交联度交联度越高，孔隙度越低，密度越大，对半径较大的离子和水合离子扩散速度越低，交换量越小。在水中浸泡，形变小，较稳定。n树脂的特性离子交换树脂(一)外观形状：透明或半透明的球状珠体。颜色：白、浅黄、赤褐色。(二)含水率树脂孔隙内所含的水分，一般在40%～69%。与树脂的胶联度有关，交联度低，空隙率高，含水率高。n(三)溶胀性吸水后体积增大的现象。溶胀程度用溶胀率表示：溶胀的原因水扩散到树脂交联网孔发生溶胀；活性基团离解形成水合离子。影响因素树脂交联度：交联度越大，溶胀率越低。活性基团：离解程度越大，溶胀率越大；可交换离子：水合半径越大，溶胀率越高。离子交换树脂n离子交换树脂(四)交换容量单位体积湿树脂(容量表示法)或单位重量干树脂(重量表示法)可发生交换的活性基团数量。容量表示法EV：mmol/ml、mol/l。重量表示法EW：mmol/g、mol/kg。EV=EW×[湿比重×(1-含水率)]全交换容量：单位体积或重量树脂中含可交换基团的总数。平衡交换容量：在一定的外界溶液条件下，交换反应达到平衡状态时，交换树脂所能交换的离子数量。工作交换容量：在动态工作条件下，当出水水质达到交换终点时，树脂层达到的平均交换容量。n实质：不溶性离子化合物(离子交换剂)上的可交换离子与溶液中的其他同性离子的交换反应，是一种特殊的吸附过程，通常是可逆化学吸附。离子交换是可逆反应，其反应式可表达为：交换树脂交换离子饱和树脂在平衡状态下，树脂中及溶液中的反应物浓度符合下列关系式：K值的大小能定量地反映离子交换剂对某两个固定离子交换选择性的大小。离子交换原理n树脂的网络骨架n离子交换的过程：R-SO3H+Na+→R-SO3Na+H+R-N(CH3)3Cl+OH-→R-N(CH3)3OH+Cl-n影响离子交换的选择性离子在离子交换树脂上的交换能力与离子的水合离子半径、电荷及离子的极化程度有关。水合离子半径↓，电荷↑，离子的极化程度↑，亲和力↑。1在常温、稀溶液中离子价数越高，与固定离子的静电引力越大，越优先交换。Cr3+＞Ca2+＞Na+PO43+＞SO42-＞Cl-同价离子原子序数越大，与固定离子的静电引力越大（Ca,Mg）；稀土元素相反。离子交换原理n影响离子交换的选择性2在高浓度的溶液中由于离子的水化作用不充分，水合离子的半径接近离子半径，原子序数越大，离子半径增大，离子表面电荷密度相对减小，与固定离子的静电引力越小。离子交换原理n阳离子交换树脂1）强酸性阳离子交换树脂：Li+＜H+＜Na+＜NH4+＜K+＜Rb+＜Cs+＜Ag+＜＜Mg2+＜Ca2+＜Zn2+＜Co2+＜Cu2+＜Cd2+＜Ni2+＜Sr2+＜Pb2+＜Ba2+＜Al3+＜Fe3+2）弱酸性阳离子交换树脂，H＋的亲合力大于阳离子，阳离子亲合力与强酸性阳离子交换树脂类似。离子交换原理n阴离子交换树脂1）强碱型阴离子交换树脂F-