污水的物理化学处理学习教案.pptx

会计学1污水的物理化学污水的物理化学(wlhuxu)处理处理第一页，共141页。水和废水的浮上法处理是将空气以微小气泡形式(xngsh)通入水中，使微小气泡与在水中悬浮的颗粒粘附，形成水-气-颗粒三相混合体系，颗粒粘附上气泡后，密度小于水即上浮水面，从水中分离，形成浮渣层。污水处理技术中，气浮法固-液或液-液分离技术应用的几方面：石油、化工及机械制造业中的含油污水的油水分离;工业废水处理;污水中有用物质的回收;取代二次沉淀池，特别是用于易产生(chnshng)活性污泥膨胀的情况;剩余活性污泥的浓缩。第1页/共141页第二页，共141页。气浮法处理工艺必须满足下述基本条件：必须向水中提供足够数量的微小气泡；必须使分离的悬浮物粘附于气泡而上浮(shn f)达到分离。气浮原理气浮原理气浮原理气浮原理(yunl(yunl)第2页/共141页第三页，共141页。悬浮悬浮(xunf)颗粒与气颗粒与气泡的黏附性泡的黏附性悬浮颗粒与气泡悬浮颗粒与气泡的黏附性取决于的黏附性取决于水对该种物质的水对该种物质的润湿性。润湿性。水对各种物质润水对各种物质润湿性的大小可用湿性的大小可用它们它们(tmen)与与水的接触角来衡水的接触角来衡量。量。第3页/共141页第四页，共141页。lsgANM s-l s-g l-g润湿润湿(rnsh)亲水性物质亲水性物质lsgANM s-l s-g l-g不润湿不润湿(rnsh)疏水性物质疏水性物质第4页/共141页第五页，共141页。水对颗粒水对颗粒水对颗粒水对颗粒(kl)(kl)物质的润湿性物质的润湿性物质的润湿性物质的润湿性当当0时，这时，这种物质不能气浮；种物质不能气浮；90，这种物，这种物质附着不牢，易质附着不牢，易于于(yy)分离；分离；当当180时，时，这种物质易被气这种物质易被气浮。浮。第5页/共141页第六页，共141页。上式表明，并不是水中所有的污染物质都能与气泡粘附(zhn f)，是否能粘附(zhn f)，与该类物质的接触角有关。当0时，cos1，E0，这类物质亲水性强（称亲水性物质），无力排开水膜，不易与气泡粘附(zhn f)，不能用气浮法去除。当180时，cos-1，E2水-气，这类物质疏水性强（称疏水性物质），易与气泡粘附(zhn f)，宜用气浮法去除。第6页/共141页第七页，共141页。化学药剂的投加对气浮效果(xiogu)的影响 一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质(xngzh)，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：混凝剂浮选剂助凝剂抑制剂调节剂 各种无机或有机高分子混凝剂，它们不仅可以改变污水中的悬浮颗粒的亲水性能，而且还能使污水中的细小颗粒絮凝成较大的絮状体以吸附、截留气泡，加速颗粒上浮。第7页/共141页第八页，共141页。浮选剂大多数由极性-非极性分子组成。当浮选剂的极性基被吸附在亲水性悬浮颗粒的表面后，非极性基则朝向水中，这样就可以使亲水性物质转化为疏水性物质，从而能使其与微细气泡相粘附。浮选剂的种类有松香油、石油、表面活性剂、硬脂酸盐等。化学(huxu)药剂的投加对气浮效果的影响 一般的疏水性或亲水性的物质(wzh)，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：混凝剂浮选剂助凝剂抑制剂调节剂第8页/共141页第九页，共141页。化学(huxu)药剂的投加对气浮效果的影响 一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加(zngji)气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：混凝剂浮选剂助凝剂抑制剂调节剂 作用是提高悬浮颗粒表面的水密性，以提高颗粒的可浮性，如聚丙烯酰胺。第9页/共141页第十页，共141页。化学药剂的投加对气浮效果(xiogu)的影响 一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学(huxu)药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学(huxu)药剂分为下述几类：混凝剂浮选剂助凝剂抑制剂调节剂 作用是暂时或永久性地抑制某些物质的浮上性能，而又不妨碍需要去除的悬浮颗粒的上浮，如石灰、硫化钠等。第10页/共141页第十一页，共141页。化学药剂(yoj)的投加对气浮效果的影响 一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡(qpo)与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：混凝剂浮选剂助凝剂抑制剂调节剂 主要是调节污水的pH，改进和提高气泡在水中的分散度以及提高悬浮颗粒与气泡的粘附能力，如各种酸、碱等。第11页/共141页第十二页，共141页。界面界面界面界面(jimin)(jimin)电现象及混凝电现象及混凝电现象及混凝电现象及混凝剂脱稳剂脱稳剂脱稳剂脱稳n n1 1）微气泡数量及分散度）微气泡数量及分散度n n气泡量越多，分散度越高，则气泡与悬浮颗粒接触、气泡量越多，分散度越高，则气泡与悬浮颗粒接触、絮凝的机会越多，气浮效果就越好。絮凝的机会越多，气浮效果就越好。n n2 2）泡沫）泡沫(pom)(pom)稳定性稳定性 保持一定程度的稳定性，过于保持一定程度的稳定性，过于稳定的泡沫稳定的泡沫(pom)(pom)难于运送和脱水。泡沫难于运送和脱水。泡沫(pom)(pom)最最适宜的稳定时间是数分钟。适宜的稳定时间是数分钟。气泡气泡(qpo)(qpo)分散度和泡沫稳分散度和泡沫稳定性定性第12页/共141页第十三页，共141页。按产生细微气泡的方法分加压溶气气浮溶气真空气浮电解气浮充气气浮 溶气气浮 气浮法的类型(lixng)微气泡曝气浮上法 射流气浮 叶轮气浮 第13页/共141页第十四页，共141页。微气泡曝气浮上法叶轮气浮压缩空气引入到靠近池底处的微孔板，并被微孔板的微孔分散成细小气泡将空气引入到一个高速旋转混合器或叶轮机的附近，通过高速旋转混合器的高速剪切，将引入的空气切割成细小气泡充气气浮用于矿物浮选，也用于含油脂、羊毛等污水的初级处理及含有大量表面活性剂的污水处理充气(chn q)气浮 第14页/共141页第十五页，共141页。微气泡曝气浮上法叶轮气浮第15页/共141页第十六页，共141页。电解气浮是将正负极相间的多组电极浸泡在废水中，当通以直流电时，废水电解，正负两级间产生的氢和氧的细小气泡粘附于悬浮物上，将其带至水面而达到分离的目的。电解气浮产生的气泡小于其他方法产生的气泡，故特别适用于脆弱絮状悬浮物。电解浮上法的表面负荷通常低于4m3/(m2h)。电解气浮主要用于工业废水处理方面，处理水量约在1020m3/h。由于电耗高、操作运行管理复杂及电极结垢等问题(wnt)，较难适用于大型生产。电 解 气 浮 电解氧化(ynghu)还原;电解混凝;电解气浮第16页/共141页第十七页，共141页。电 解 气浮 第17页/共141页第十八页，共141页。从溶解空气和析出(xch)条件来看加压溶气气浮：空气在加压条件下溶解(rngji)，常压下使过饱和空气以微小气泡形式释放出来需要溶气罐、空压机或射流器、水泵等设备溶气真空气(kngq)浮：空气(kngq)在常压下溶解，真空条件下释放优点：无压力设备缺点：溶解度低，气泡释放有限，需要密闭设备维持真空，运行维护困难溶气气浮第18页/共141页第十九页，共141页。溶气真空(zhnkng)气浮第19页/共141页第二十页，共141页。加压溶气气浮的基本原理空气在水中的溶解度与压力(yl)的关系空气(kngq)在水中的溶解度的表示单位体积水溶液中溶入的空气质量:g(气)/m3(水)单位体积水溶液中溶入的空气体积:mL(气)/L(水)加压溶气气浮第20页/共141页第二十一页，共141页。空气(kngq)在纯水中的饱和溶解度第21页/共141页第二十二页，共141页。空气在水中的溶解度与温度、压力有关。在一定(ydng)范围内，温度越低、压力越大，其溶解度越大。一定(ydng)温度下，溶解度与压力成正比。空气从水中析出的过程分两个步骤，即气泡的形成过程与气泡的增长过程。气泡核的形成过程起决定性作用(zuyng)，有了相当数量的气泡核，就可以控制气泡数量的多少与气泡直径的大小。溶气气浮法要求在这个过程中形成数目众多的气泡核，溶解同样空气，如形成的气泡核的数量越多，则形成的气泡的直径也就越小，越有利于满足浮上工艺的要求。第22页/共141页第二十三页，共141页。加压溶气的两种方式(fngsh)存在问题：填料长膜；压缩气含油；调节不便(bbin)；时而需放气。存在问题(wnt)：设备较复杂；造价偏高。第23页/共141页第二十四页，共141页。全流程溶气气浮工艺全流程溶气气浮工艺1加压泵；加压泵；2减压阀；减压阀；3压力溶气罐（含填料层）；压力溶气罐（含填料层）；4放气阀；放气阀；5刮渣机；刮渣机；6浮渣；浮渣；7浮上分离浮上分离(fnl)池；池；8集水系统集水系统第24页/共141页第二十五页，共141页。部分(b fen)溶气气浮法部分(b fen)回流溶气气浮法第25页/共141页第二十六页，共141页。加压溶气气浮系统(xtng)的组成加压溶气系统气 浮 池 空气释放系统溶气罐溶气释放装置加压水泵附属设备溶气水管路空气供给设备第26页/共141页第二十七页，共141页。加压溶气系统(xtng)溶气罐附属设备加压水泵空气供给设备 加压水泵的作用是提升污水，将水、气以一定压力送至压力溶气罐，其压力的选择应考虑溶气罐压力和管路系统的水力损失两部分。第27页/共141页第二十八页，共141页。加压溶气系统(xtng)溶气罐附属设备加压水泵空气供给设备压力溶气罐的作用是使水与空气充分接触，促进空气的溶解。溶气罐的形式有多种，如下图所示，其中以罐内填充填料的溶气罐效率最高。第28页/共141页第二十九页，共141页。加压溶气系统(xtng)加压水泵(shubng)溶气罐空气供给(gngj)设备附属设备水泵压水管装射流器挟气式溶气方式有三种水泵吸气式在经济和安全方面都不理想，已很少使用空压机供气是较早使用的一种供气方式，使用较广泛，其优点是能耗相对较低压力管装射流器进行溶气的优点是不需另设空压机，没有空压机带来的油污染和噪声水 泵 吸 气 式空压机供气式第29页/共141页第三十页，共141页。空气释放系统是由溶气释放装置(zhungzh)和溶气水管路组成。溶气释放装置(zhungzh)的功能是将压力容器水减压，使溶气水中的气体以微气泡的形式释放出来，并能迅速、均匀地与水中的颗粒物质粘附。常用的溶气释放装置(zhungzh)有减压阀、溶气释放喷嘴、释放器等。空气释放(shfng)系统第30页/共141页第三十一页，共141页。气浮池的功能是提供一定的容积和池表面积，使微气泡与水中悬浮颗粒充分混合、接触、粘附(zhn f)，并使带气颗粒与水分离。目前最常用，其反应池与气浮池合建。废水进入反应池完全混合后，经挡板底部进入气浮接触室以延长絮体与气泡的接触时间，然后由接触室上部进入分离室进行固液分离。池面浮渣由刮渣机刮入集渣槽，清水由底部集水槽排出。平流式气浮池的优点是池深浅、造价低、构造简单、运行方便。缺点(qudin)是分离部分的容积利用率不高等。气浮池的有效水深通常为2.02.5m，一般以单格宽度不超过10m、长度不超过15m为宜。废水在反应池中的停留时间与混凝剂种类(zhngli)、投加量、反应形式等因素有关，一般为515min。为避免打碎絮体，废水经挡板底部进入气浮接触室时的流速应小于0.1m/s。废水在接触室中的上升流速一般为1020mm/s，停留时间应大于60s。竖流式气浮池的基本工艺参数与平流式气浮池相同。其优点是接触室在池中央，水流向四周扩散，水力条件较好。缺点是与反应池较难衔接，容积利用率较低。有经验表明，当处理水量大于150 200m3/h、废水中的可沉物质较多时，宜采用竖流式气浮池。气 浮 池 竖流式气浮池平流式气浮池第31页/共141页第三十二页，共141页。加压加压 溶溶 气气 浮浮 法法 的的 设设 计计 计计 算算1.空气在水中的溶解量式中：V空气在水中的溶解度，L/m3 水；KT溶解常数，L/（m3.kPa)；p溶解空气的绝对压力，kPa。2.2.气固比（气固比（G/SG/S）3.3.所需要所需要(xyo)(xyo)的空气量的空气量VaVa第32页/共141页第三十三页，共141页。气浮池的优缺点气浮池的优缺点优点：气浮池表面负荷高，水力停留时间短，池深浅，体积小；气浮过程中增加了水中的溶解氧，浮渣含氧，不易腐化，有利于后续处理(chl)；浮渣含水率低，排渣方便；投加絮凝剂处理(chl)废水时，所需的药量较少。缺点：耗电多，比每立方米废水比沉淀法多耗电0.020.04KWh，运营费用偏高；废水悬浮物浓度(nngd)高时，减压释放器容易堵塞，管理复杂；浮渣怕较大的风雨袭击。第33页/共141页第三十四页，共141页。教学目的教学目的教学目的教学目的(md)(md)、要求、要求、要求、要求:uu掌握吸附的基本原理及分掌握吸附的基本原理及分类类(fn li)、吸附平衡与、吸附平衡与吸附等温线吸附等温线uu熟悉吸附的影响因素，吸熟悉吸附的影响因素，吸附剂及其再生附剂及其再生uu了解应用实例了解应用实例 4.2 吸 附第34页/共141页第三十五页，共141页。在相界面上，物质的浓度自动发生累积或浓集的现象称为在相界面上，物质的浓度自动发生累积或浓集的现象称为吸附。吸附。吸附就是利用多孔性的固体物质，使废水吸附就是利用多孔性的固体物质，使废水(fishu)中的一种或多种物质被吸附在固体表面而去除的中的一种或多种物质被吸附在固体表面而去除的方法。方法。吸附吸附(xf)法的处理对象：法的处理对象：在废水处理中，吸附在废水处理中，吸附(xf)法处理的主要对象是废水中法处理的主要对象是废水中用生化法难于降解的有机物或用用生化法难于降解的有机物或用般氧化法难于氧化的溶解般氧化法难于氧化的溶解性有机物，包括木质素、氯或硝基取代的芳烃化合物、杂环性有机物，包括木质素、氯或硝基取代的芳烃化合物、杂环化合物、洗涤剂、合成染料、除莠剂、化合物、洗涤剂、合成染料、除莠剂、DDT等。等。当用活性炭等对这类废水进行处理时，它不但能够吸附当用活性炭等对这类废水进行处理时，它不但能够吸附(xf)这些难于分解的有机物，降低这些难于分解的有机物，降低COD，还能使废水脱色、，还能使废水脱色、脱臭，把废水处理到可重复利用的程度。脱臭，把废水处理到可重复利用的程度。吸附吸附(xf)法在废水的深度处理中得到了广泛的应用。法在废水的深度处理中得到了广泛的应用。第35页/共141页第三十六页，共141页。吸附剂：固体表面有吸附水中溶解及胶体物质的吸附剂：固体表面有吸附水中溶解及胶体物质的能力能力(nngl),比表面积很大的活性炭等具有很高的吸比表面积很大的活性炭等具有很高的吸附能力附能力(nngl)。吸附质吸附质:被吸附物质。被吸附物质。一、一、吸附吸附(xf)的基本原理的基本原理及分类及分类主要主要(zhyo)原因：在于溶质对水的疏水特性和原因：在于溶质对水的疏水特性和溶质对固体颗粒的高度亲和力。溶质对固体颗粒的高度亲和力。第二种原因第二种原因:由溶质与吸附剂之间的静电引力、由溶质与吸附剂之间的静电引力、范德华引力或化学键力所引起。范德华引力或化学键力所引起。第36页/共141页第三十七页，共141页。吸吸附附(xf)物理物理(wl)吸吸附附化学化学(huxu)吸附吸附吸附剂与吸附物质之间是通过分吸附剂与吸附物质之间是通过分子间引力子间引力(即范徳华力即范徳华力)而产生的而产生的吸附。吸附。吸附剂与被吸附物质之间产生吸附剂与被吸附物质之间产生化学作用，生成化学键引起吸化学作用，生成化学键引起吸附。附。交换吸附交换吸附互相交换离子的吸附，依靠静互相交换离子的吸附，依靠静电引力牢固吸附。电引力牢固吸附。第37页/共141页第三十八页，共141页。1 1吸附平衡吸附平衡吸附平衡吸附平衡 吸附过程是可逆的，当吸附速度和解吸速度相等吸附过程是可逆的，当吸附速度和解吸速度相等吸附过程是可逆的，当吸附速度和解吸速度相等吸附过程是可逆的，当吸附速度和解吸速度相等(xingdng)(xingdng)时，时，时，时，则吸附质在溶液中的浓度和吸附剂表面上的浓度都不改变而达则吸附质在溶液中的浓度和吸附剂表面上的浓度都不改变而达则吸附质在溶液中的浓度和吸附剂表面上的浓度都不改变而达则吸附质在溶液中的浓度和吸附剂表面上的浓度都不改变而达到平衡，此时吸附质在溶液中的浓度称为平衡浓度。到平衡，此时吸附质在溶液中的浓度称为平衡浓度。到平衡，此时吸附质在溶液中的浓度称为平衡浓度。到平衡，此时吸附质在溶液中的浓度称为平衡浓度。吸附剂吸附能力的大小以吸附容量吸附剂吸附能力的大小以吸附容量吸附剂吸附能力的大小以吸附容量吸附剂吸附能力的大小以吸附容量q q表示，指在一定温度和压力表示，指在一定温度和压力表示，指在一定温度和压力表示，指在一定温度和压力下达到吸附平衡时，单位质量的吸附剂所吸附的吸附质的质量。下达到吸附平衡时，单位质量的吸附剂所吸附的吸附质的质量。下达到吸附平衡时，单位质量的吸附剂所吸附的吸附质的质量。下达到吸附平衡时，单位质量的吸附剂所吸附的吸附质的质量。q=V(CoC)/W q=V(CoC)/W式中式中式中式中 V V废水容积，废水容积，废水容积，废水容积，L L；W W吸附剂投量，吸附剂投量，吸附剂投量，吸附剂投量，g g；Co Co原水吸附质浓度，原水吸附质浓度，原水吸附质浓度，原水吸附质浓度，g/L g/L；C C吸附平衡时水中剩余的吸附质浓度，吸附平衡时水中剩余的吸附质浓度，吸附平衡时水中剩余的吸附质浓度，吸附平衡时水中剩余的吸附质浓度，g/Lg/L。二、吸附二、吸附(xf)平衡与吸附平衡与吸附(xf)等温线等温线第38页/共141页第三十九页，共141页。1)1)费兰德利希公式费兰德利希公式 q=K C1/n q=K C1/n 式中式中qq吸附量；吸附量；C C吸附质平衡吸附质平衡(pnghng)(pnghng)浓度；浓度；K K、1/n1/n常数。常数。将上式改写为对数式：将上式改写为对数式：2吸附吸附(xf)等等温线温线表明被吸附物的量与浓度表明被吸附物的量与浓度(nngd)之间的关系之间的关系式称为吸附等温式。式称为吸附等温式。第39页/共141页第四十页，共141页。2）.朗谬尔（朗谬尔（Langmuir）等温式）等温式该公式是在被吸附物质仅为单分子层的假定下该公式是在被吸附物质仅为单分子层的假定下导出的，形式为：导出的，形式为：将上式变换成以下形式，使用时较方便：将上式变换成以下形式，使用时较方便：第40页/共141页第四十一页，共141页。3 3、吸附、吸附、吸附、吸附(xf)(xf)速度速度速度速度 吸附吸附吸附吸附(xf)(xf)速度是指单位质量的吸附速度是指单位质量的吸附速度是指单位质量的吸附速度是指单位质量的吸附(xf)(xf)剂在单位剂在单位剂在单位剂在单位时间内所吸附时间内所吸附时间内所吸附时间内所吸附(xf)(xf)的物质的量。吸附的物质的量。吸附的物质的量。吸附的物质的量。吸附(xf)(xf)过程可过程可过程可过程可分为分为分为分为3 3个阶段。个阶段。个阶段。个阶段。吸吸附附阶阶段段颗粒外颗粒外部扩散部扩散阶段阶段孔隙扩散孔隙扩散阶段阶段吸附反吸附反应阶段应阶段吸附质从溶液中扩散到吸吸附质从溶液中扩散到吸附剂表面附剂表面吸附质在吸附剂孔隙中继吸附质在吸附剂孔隙中继续向吸附点扩散续向吸附点扩散吸附质被吸附在吸附剂孔吸附质被吸附在吸附剂孔隙内的吸附点表面隙内的吸附点表面第41页/共141页第四十二页，共141页。吸附速度主要取决于外部扩散吸附速度主要取决于外部扩散(kusn)速度和孔隙扩散速度和孔隙扩散(kusn)速度。速度。外部扩外部扩散速度散速度与溶液浓度成正比与溶液浓度成正比与吸附剂的比表面积的大小成正与吸附剂的比表面积的大小成正比比吸附剂颗粒直径越小，速度越快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，增加溶液与颗粒间的相对运动速度，可提高速度可提高速度孔隙扩孔隙扩散速度散速度吸附剂颗粒越小，速度越快吸附剂颗粒越小，速度越快第42页/共141页第四十三页，共141页。1 1吸附剂的性质吸附剂的性质 一般是极性分子吸附剂易吸附极性分子吸附质，非极性分子吸一般是极性分子吸附剂易吸附极性分子吸附质，非极性分子吸附剂易于吸附非极性吸附质。（处理污水是常用非极性吸附剂附剂易于吸附非极性吸附质。（处理污水是常用非极性吸附剂-活性炭）活性炭）包括种类包括种类(zh(zh ngli)ngli)、比表面积、孔结构、比表面积、孔结构 2 2吸附质的性质吸附质的性质 吸附质的溶解度，表面自由能，极性，吸附质分子的大小，吸吸附质的溶解度，表面自由能，极性，吸附质分子的大小，吸附质的浓度有关。附质的浓度有关。3 3废水的废水的pHpH值值 废水的废水的pHpH值影响吸附剂及吸附质的性质。值影响吸附剂及吸附质的性质。三三 、吸附的影响、吸附的影响(yngxing)(yngxing)因素因素第43页/共141页第四十四页，共141页。4 4共存物质共存物质 物理吸附时吸附剂可吸附多种吸附质。一般共存多种吸附质时，物理吸附时吸附剂可吸附多种吸附质。一般共存多种吸附质时，吸附剂对某种吸附质的吸附能力比只含该种吸附质时的吸附能吸附剂对某种吸附质的吸附能力比只含该种吸附质时的吸附能力差。力差。5 5温度温度 因为物理吸附过程是放热过程，温度升高吸附量减少，反之吸因为物理吸附过程是放热过程，温度升高吸附量减少，反之吸附量增加。附量增加。6 6接触时间接触时间 在进行吸附时，应保证吸附质与吸附剂有一定在进行吸附时，应保证吸附质与吸附剂有一定(ydng)(ydng)的接触时的接触时间，使吸附接近平衡，充分利用吸附能力。间，使吸附接近平衡，充分利用吸附能力。7 7、生物协同作用、生物协同作用第44页/共141页第四十五页，共141页。1 1、吸附剂的选择、吸附剂的选择、吸附剂的选择、吸附剂的选择一切固体物质都有吸附能力，但是只有多孔性物质或磨得极细的物一切固体物质都有吸附能力，但是只有多孔性物质或磨得极细的物一切固体物质都有吸附能力，但是只有多孔性物质或磨得极细的物一切固体物质都有吸附能力，但是只有多孔性物质或磨得极细的物质由于具有很大的表面积，才能作为吸附剂，吸附剂的选样还质由于具有很大的表面积，才能作为吸附剂，吸附剂的选样还质由于具有很大的表面积，才能作为吸附剂，吸附剂的选样还质由于具有很大的表面积，才能作为吸附剂，吸附剂的选样还必须满足以下要求必须满足以下要求必须满足以下要求必须满足以下要求(yoqi)(yoqi)：吸附能力强；吸附能力强；吸附能力强；吸附能力强；吸附选择性好；吸附选择性好；吸附选择性好；吸附选择性好；吸附平衡浓度低；吸附平衡浓度低；吸附平衡浓度低；吸附平衡浓度低；容易再生和再利用；容易再生和再利用；容易再生和再利用；容易再生和再利用；机械强度好；机械强度好；机械强度好；机械强度好；化学性质稳定；化学性质稳定；化学性质稳定；化学性质稳定；来源容易；来源容易；来源容易；来源容易；价格便宜。价格便宜。价格便宜。价格便宜。一般工业吸附剂难于同时满足这八个方面的要求一般工业吸附剂难于同时满足这八个方面的要求一般工业吸附剂难于同时满足这八个方面的要求一般工业吸附剂难于同时满足这八个方面的要求(yoqi)(yoqi)，因此，因此，因此，因此，应根据不同的场合选用。应根据不同的场合选用。应根据不同的场合选用。应根据不同的场合选用。四、吸附剂及其再生(zishng)第45页/共141页第四十六页，共141页。2 2、常用、常用(chn(chn yn)yn)吸附剂吸附剂活性炭、磺化煤、沸石、焦炭等活性炭、磺化煤、沸石、焦炭等在水处理中较多采用在水处理中较多采用(ciyng)颗粒活性炭。颗粒活性炭。3、吸附剂的再生、吸附剂的再生(zishng)再生是在吸附剂本身的结构基本不发生变化的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。恢复它的吸附能力。第46页/共141页第四十七页，共141页。再再生生(zishng)方方法法加热再生法加热再生法在高温条件下，提高了吸附质分在高温条件下，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，成为气态在高温下氧化和分解，成为气态逸出或断裂成低分子逸出或断裂成低分子化学氧化法化学氧化法通过化学反应，使吸附质转化为通过化学反应，使吸附质转化为易溶于水的物质而解吸下来。易溶于水的物质而解吸下来。湿式氧化法湿式氧化法、电解、电解氧化法氧化法、臭氧、臭氧氧化法氧化法溶剂再生法、生物法溶剂再生法、生物法第47页/共141页第四十八页，共141页。第48页/共141页第四十九页，共141页。五、五、吸附操作方式吸附操作方式(fngsh)和设计和设计操操作作(cozu)方方式式连续式连续式间歇式间歇式将废水和吸附剂放在吸附池内进行搅拌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，排除澄清液左右，然后静置沉淀，排除澄清液固定床固定床移动床移动床流化床流化床吸附剂固定填放在吸附柱吸附剂固定填放在吸附柱(或或塔塔)中中在操作过程中定期地将接近饱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排出，并同时将等量的新鲜吸附剂加入柱中附剂加入柱中吸附剂在吸附柱内处于膨胀状态，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悬浮于由下而上的水流中第49页/共141页第五十页，共141页。第50页/共141页第五十一页，共141页。固定床吸附塔的构造示意图固定床吸附塔的构造示意图1滤布层；滤布层；2再生液进口；再生液进口；3放气管；放气管；4、10挡水板；挡水板；5人孔盖；人孔盖；6进水；进水；7窥孔；窥孔；8吸附剂层；吸附剂层；9多孔板；多孔板；11出水口出水口第51页/共141页第五十二页，共141页。吸附吸附(xf)操作工艺流程操作工艺流程1进水；进水；2出水；出水；3吸附吸附(xf)剂剂第52页/共141页第五十三页，共141页。移动床吸附塔构造移动床吸附塔构造(guzo)示意图示意图1通气阀；通气阀；2进料斗；进料斗；3溢流管；溢流管；4、5直流式衬胶阀；直流式衬胶阀；6水射器；水射器；7截止阀截止阀第53页/共141页第五十四页，共141页。粉状炭流化床及再生粉状炭流化床及再生(zishng)系统系统1吸附塔；吸附塔；2溢流管；溢流管；3穿孔板；穿孔板；4处理水槽；处理水槽；5脱水机；脱水机；6饱和炭贮槽；饱和炭贮槽；7饱和炭供给槽；饱和炭供给槽；8烟囱；烟囱；9排水泵；排水泵；10废水槽；废水槽；11气体冷却器；气体冷却器；12脱臭炉；脱臭炉；13再生再生(zishng)炉；炉；14再生再生(zishng)炭冷却槽；炭冷却槽；15，16水射器；水射器；17原水泵；原水泵；18原水槽原水槽第54页/共141页第五十五页，共141页。六、吸附六、吸附(xf)法在污水处理中法在污水处理中的应用的应用1.吸附吸附(xf)法除汞法除汞活性炭有吸附汞和汞化合物的性能，但因其吸附能活性炭有吸附汞和汞化合物的性能，但因其吸附能力力(nngl)有限，只适宜于处理含汞量低的废水。有限，只适宜于处理含汞量低的废水。吸附法除汞流程吸附法除汞流程第55页/共141页第五十六页，共141页。2.炼油厂、印染厂废水炼油厂、印染厂废水(fishu)的的深度处理深度处理某炼油厂含油废水，经隔油，气浮和生物处理某炼油厂含油废水，经隔油，气浮和生物处理(chl)后，再经砂滤和活性炭过滤深度处理后，再经砂滤和活性炭过滤深度处理(chl)。废水废水(fishu)的含酚量从的含酚量从0.1mg/L(生物处理生物处理后后)降至降至0.005mg/L，氰从，氰从0.19mg/L降至降至0.048mg/L，COD从从85mg/L降至降至18mg/L。第56页/共141页第五十七页，共141页。教学教学教学教学(jio xu)(jio xu)目的、要求目的、要求目的、要求目的、要求:掌握离子交换法的基本原掌握离子交换法的基本原理、离子交换过程与再生理、离子交换过程与再生过程过程熟悉离子交换剂、设备、熟悉离子交换剂、设备、设计计算设计计算了解了解(lioji)其应用其应用 4.3 离子交换(l z jio hun)第57页/共141页第五十八页，共141页。uu应用应用应用应用:能有效去除废水中重金属离子和磷酸、硝酸、能有效去除废水中重金属离子和磷酸、硝酸、能有效去除废水中重金属离子和磷酸、硝酸、能有效去除废水中重金属离子和磷酸、硝酸、uu 有机物和放射性物质等。有机物和放射性物质等。有机物和放射性物质等。有机物和放射性物质等。uu离子交换分离法特点：离子交换分离法特点：离子交换分离法特点：离子交换分离法特点：uu（1 1）分离效率高）分离效率高）分离效率高）分离效率高uu（2 2）适用于带相反电荷的离子之间的分离，还可用于带）适用于带相反电荷的离子之间的分离，还可用于带）适用于带相反电荷的离子之间的分离，还可用于带）适用于带相反电荷的离子之间的分离，还可用于带相同电荷或性质相近的离子之间的分离相同电荷或性质相近的离子之间的分离相同电荷或性质相近的离子之间的分离相同电荷或性质相近的离子之间的分离uu（3 3）适用于微量组分）适用于微量组分）适用于微量组分）适用于微量组分(z(z fn)fn)的富集和高纯物质的制备的富集和高纯物质的制备的富集和高纯物质的制备的富集和高纯物质的制备uu（4 4）方法的缺点是操作较麻烦，周期长。一般只用它解）方法的缺点是操作较麻烦，周期长。一般只用它解）方法的缺点是操作较麻烦，周期长。一般只用它解）方法的缺点是操作较麻烦，周期长。一般只用它解决某些比较复杂的分离问题。决某些比较复杂的分离问题。决某些比较复杂的分离问题。决某些比较复杂的分离问题。实质：不溶性离子化合物实质：不溶性离子化合物(离子交换离子交换(lzjiohun)剂剂)上的可交换离子与溶液中的其他同性离子的交换反应，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。是一种特殊的吸附过程，通常是可逆化学吸附。第58页/共141页第五十九页，共141页。离子交换是可逆反应离子交换是可逆反应(kn-fnyng)，其反应式可，其反应式可表达为：表达为：交换交换树脂树脂交换交换离子离子饱和饱和树脂树脂在平衡状态下，树脂在平衡状态下，树脂(shzh)中及溶液中的反应中及溶液中的反应物浓度符合下列关系式：物浓度符合下列关系式：K值的大小值的大小(dxio)能定量能定量地反映离子交换剂对某两个固定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选择性的大小(dxio)。第59页/共141页第六十页，共141页。无机离子交换剂：无机离子交换剂：（1）天然沸石：交换容量）天然沸石：交换容量(rngling)小，使用小，使用pH值范围值范围窄窄（2）高价金属磷酸盐、高价金属水合氧化物）高价金属磷酸盐、高价金属水合氧化物有机离子交换剂有机离子交换剂即离子交换树脂即离子交换树脂一、离子交换一、离子交换(lzjiohun)剂剂1、离子交换剂的结构、组成及分类、离子交换剂的结构、组成及分类(fnli)离子交换剂是一种带有可交换离子（阳离子或阴离子）离子交换剂是一种带有可交换离子（阳离子或阴离子）的不溶性固体物。的不溶性固体物。离子交换树脂：是具有网状结构的复杂的有机高分离子交换树脂：是具有网状结构的复杂的有机高分子聚合电解质，网状结构的骨架部分一般很稳定，子聚合电解质，网状结构的骨架部分一般很稳定，不溶于酸、碱和一般溶剂。在网的各处都有许多可不溶于酸、碱和一般溶剂。在网的各处都有许多可被交换的活性基团。被交换的活性基团。第60页/共141页第六十一页，共141页。结构 磺化煤：兼有强酸性和弱酸性两种活性基团(j tun)的阳离子交换剂。命名 第61页/共141页第六十二页，共141页。n n 分类分类(fn li)(fn li)第62页/共141页第六十三页，共141页。2 2、离子交换、离子交换、离子交换、离子交换(l z(l z jio hun)jio hun)树脂的基本性能树脂的基本性能树脂的基本性能树脂的基本性能 物理性能物理性能物理性能物理性能 1 1）.外观外观外观外观 大孔树脂：乳白，其他有淡黄、棕褐色等颜色；大孔树脂：乳白，其他有淡黄、棕褐色等颜色；大孔树脂：乳白，其他有淡黄、棕褐色等颜色；大孔树脂：乳白，其他有淡黄、棕褐色等颜色；凝胶型：透明或半透明球状颗粒。凝胶型：透明或半透明球状颗粒。凝胶型：透明或半透明球状颗粒。凝胶型：透明或半透明球状颗粒。2 2）.粒度粒度粒度粒度 粒径粒径粒径粒径0.30.31.2mm 1.2mm 3 3）.含水率含水率含水率含水率 树脂的含水率以每克树脂（在水中充分膨胀）所含水树脂的含水率以每克树脂（在水中充分膨胀）所含水树脂的含水率以每克树脂（在水中充分膨胀）所含水树脂的含水率以每克树脂（在水中充分膨胀）所含水 分的百分比（约分的百分比（约分的百分比（约分的百分比（约50%50%）树脂的含水率相应地反映了树脂网架中的孔隙率树脂的含水率相应地反映了树脂网架中的孔隙率树脂的含水率相应地反映了树脂网架中的孔隙率树脂的含水率相应地反映了树脂网架中的孔隙率 4 4）溶胀性）溶胀性）溶胀性）溶胀性 干树脂干树脂干树脂干树脂+水水水水湿树脂湿树脂湿树脂湿树脂 体积胀大体积胀大体积胀大体积胀大 绝对溶胀绝对溶胀绝对溶胀绝对溶胀 第63页/共141页第六十四页，共141页。5 5）密度）密度）密度）密度(md)(md)（干真密度（干真密度（干真密度（干真密度(md)(md)、湿真密度、湿真密度、湿真密度、湿真密度(md)(md)、湿视密度湿视密度湿视密度湿视密度(md)(md)）第64页/共141页第六十五页，共141页。6 6）机械强度）机械强度 主要主要(zhyo)(zhyo)取决于交联度和溶胀率。交联度越大，取决于交联度和溶胀率。交联度越大，溶胀率越小，则机械强度越高。溶胀率越小，则机械强度越高。7 7）.耐热性耐热性 一定的工作温度范围，若操作温度过高，就会发生一定的工作温度范围，若操作温度过高，就会发生比较严重的热分解现象。比较严重的热分解现象。化学性能化学性能1)、离子交换、离子交换(lzjiohun)容量容量：定量表示树脂交换能力的大小，单位为定量表示树脂交换能力的大小，单位为mol/kg(干树脂干树脂重量法重量法)或或mol/L(湿树脂湿树脂容积法容积法)它决定于树脂网状结构内所含活性基团的数目。它决定于树脂网状结构内所含活性基团的数目。交换容量可以用实验的方法测得。交换容量可以用实验的方法测得。弱酸性或弱碱性交换树脂的交换容量与弱酸性或弱碱性交换树脂的交换容量与pH值有关值有关第65页/共141页第六十六页，共141页。2 2）、酸碱性）、酸碱性 由于树脂活性基团分为强酸、强碱、弱酸、弱碱性，水由于树脂活性基团分为强酸、强碱、弱酸、弱碱性，水的的pHpH值势必对其交换容量产生影响值势必对其交换容量产生影响(y(y ngxingxi ng)ng)。表表4-4 4-4 各种类型树脂有效各种类型树脂有效pHpH值范围值范围全交换容量：单位数量的离子交换树脂中能够起交换作用的活性基团或可交换离子的总数量；工作(gngzu)交换容量：树脂在动态工作(gngzu)条件下实际的交换容量；有效交换容量：工作(gngzu)交换容量因正、反洗损失的交换容量。树脂类型强酸性离子交换树脂弱酸性离子交换树脂强碱性离子交换树脂弱碱性离子交换树脂有效pH范围11451411207第66页/共141页第六十七页，共141页。3）、）、交联度交