北京科技环境工程课件.ppt
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1、本章要解决的问题本章要解决的问题:吸附过程的本质是什么吗吸附过程的本质是什么吗?吸附在水处理中的作用是什么吸附在水处理中的作用是什么?吸附过程在工业上是如何实现的吸附过程在工业上是如何实现的?常用的吸附剂有哪些常用的吸附剂有哪些?如何评价其优劣如何评价其优劣?离子交换与吸附的联系与区别是什么离子交换与吸附的联系与区别是什么?离子交换柱是什么样子的离子交换柱是什么样子的?离子交换在水处理中的作用是什么离子交换在水处理中的作用是什么?1第第8 8章章 主要内容主要内容:81 吸附的基本理论811吸附过程及分类L 812吸附平衡与吸附容量 L82 吸附的操作及设备8 82 21 1吸附操作分类吸附操
2、作分类 L L8 82 22 2吸附操作设备吸附操作设备 L L83 影响吸附的因素 L L84 吸附剂 L85 吸附剂的解吸再生 L86 吸附法处理的特点及应用 L87 离子交换87.1 离子交换的工艺过程 L872离子交换剂的分类及组成 L873离子交换树脂的性能指标 L874离子交换基本理论 L875离子交换树脂的再生 L281吸附的基本理论811吸附过程及分类吸附吸附是指利用是指利用多孔性固体物质多孔性固体物质吸附废吸附废水中某种或几种污染物,以回收或除水中某种或几种污染物,以回收或除去污染物,从而使废水得到净化的方去污染物,从而使废水得到净化的方法。法。具有吸附能力的多孔性固体物质称
3、为具有吸附能力的多孔性固体物质称为吸附剂吸附剂(adsorbent)。而废水中被吸附。而废水中被吸附的物质称为的物质称为吸附质吸附质(adsorbate)。3吸附是一种界面现象,其作用发生在两个相的吸附是一种界面现象,其作用发生在两个相的界面界面上。上。原因是原因是固体表面的分子或原子因受力不均衡而固体表面的分子或原子因受力不均衡而具有剩余的表面能具有剩余的表面能。当某些物质碰撞固体表面。当某些物质碰撞固体表面时,受到这些不平衡力的吸引而停留在固体表时,受到这些不平衡力的吸引而停留在固体表面上,这就是面上,这就是吸附吸附。根据吸附剂与吸附质之间作用力的不同,吸附根据吸附剂与吸附质之间作用力的不
4、同,吸附可分为三种类型:可分为三种类型:物理吸附物理吸附(physical adsorption)化学吸附化学吸附(chemical adsorption)离子交换吸附离子交换吸附(ion exchange adsorption)4(1)物理吸附的特点)物理吸附的特点吸吸附附剂剂和和吸吸附附质质之之间间通通过过分分子子间间力力作作用用所所发发生生的吸附为的吸附为物理吸附物理吸附。物理吸附的特点:物理吸附的特点:没有选择性。没有选择性。吸吸附附质质并并不不固固定定在在吸吸附附剂剂表表面面的的特特定定位位置置上上,而而是是多多少能在界面范围内自由移动。少能在界面范围内自由移动。物理吸附主要发生在低
5、温状态下,放热较小。物理吸附主要发生在低温状态下,放热较小。可以是单分子层或多分子层吸附。可以是单分子层或多分子层吸附。解吸容易。解吸容易。影响物理吸附的主要因素是影响物理吸附的主要因素是吸附剂的表面积和细孔分布吸附剂的表面积和细孔分布吸附剂的表面积和细孔分布吸附剂的表面积和细孔分布。5(2)化学吸附的特点)化学吸附的特点吸吸附附剂剂和和吸吸附附质质之之间间发发生生由由化化学学键键力力引引起的吸附称为起的吸附称为化学吸附化学吸附。化学吸附的特点:化学吸附的特点:有有选选择择性性,即即一一种种吸吸附附剂剂只只对对某某种种或或特特定定几几种种物质有吸附作用。物质有吸附作用。一一般般为为单单分分子子
6、层层吸吸附附,分分子子不不能能在在表表面面自自由由移移动。动。吸附时放热量较大;通常需要一定的活化能。吸附时放热量较大;通常需要一定的活化能。在低温时,吸附速度较小。在低温时,吸附速度较小。吸附牢固,解吸困难吸附牢固,解吸困难。6(3)离子交换吸附的特点)离子交换吸附的特点指吸附质的离子由于静电引力作用聚集在指吸附质的离子由于静电引力作用聚集在吸附剂表面的带电点上,并吸附剂表面的带电点上,并置换置换出原先固出原先固定在这些带电点上的其他离子。定在这些带电点上的其他离子。离子交换吸附的特点:离子交换吸附的特点:吸附力为静电引力吸附力为静电引力有一定的选择性有一定的选择性吸附热与物理吸附相近吸附热
7、与物理吸附相近返回目录7812吸附平衡与吸附容量当当废废水水和和吸吸附附剂剂充充分分接接触触后后,一一方方面面吸吸附附质质被被吸吸附附剂剂吸吸附附,另另一一方方面面一一部部分分巳巳被被吸吸附附的的吸吸附附质质由由于于热热运运动动的的结结果果,能能够够脱脱离离吸吸附附剂剂的的表表面面,又又回回到到液液相相中中去去。前前者者称称为为吸吸附附过过程程,后者称为,后者称为解吸过程解吸过程(desorption)。当当吸吸附附速速度度和和解解吸吸速速度度相相等等时时,即即单单位位时时间间内内吸吸附附的的数数量量等等于于解解吸吸数数量量时时,则则吸吸附附质质在在液液相相中中和和吸吸附附剂剂表表面面上上的的
8、浓浓度度都都不不再再改改变变,此此 时时 称称 为为 达达 到到 吸吸 附附 平平 衡衡(adsorption equilibrium)。8812吸附平衡与吸附容量达到吸附平衡时达到吸附平衡时吸附质吸附质在在液相中的浓度液相中的浓度液相中的浓度液相中的浓度称为称为平衡平衡浓度浓度(equilibrium concentration)。平衡吸附量平衡吸附量(adsorptive capacity)是指达到吸附平是指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,衡时单位质量的吸附剂所吸附的吸附质的质量,一般用一般用q表示,单位表示,单位mg/g 或或g/g。如果用如果用V表示废水体积;表示废
9、水体积;C0和和C分别表示吸附前后分别表示吸附前后液相中吸附质的浓度;液相中吸附质的浓度;W表示吸附剂的表示吸附剂的质量质量,则,则平衡吸附量为平衡吸附量为:9吸附速度吸附速度(adsorption rate):吸附速度吸附速度(adsorption rate)是指单位是指单位质量的吸附剂在单位时间内所吸附的吸质量的吸附剂在单位时间内所吸附的吸附质的数量。附质的数量。吸附速度取决于吸附剂和吸附质的性质,吸附速度取决于吸附剂和吸附质的性质,实际废水处理中,由于废水中的成分复实际废水处理中,由于废水中的成分复杂,吸附速度由试验来确定。杂,吸附速度由试验来确定。吸附速度决定了废水和吸附剂的吸附速度决
10、定了废水和吸附剂的接触时接触时间间(contact time)。吸附速度越快,接触吸附速度越快,接触时间越短,所需的吸附设备的容积也就时间越短,所需的吸附设备的容积也就越小。越小。返回目录1082吸附的操作及设备8 82 21 1吸附操作的分类吸附操作的分类从不同的角度有不同的分类方法从不同的角度有不同的分类方法:按吸附操作过程中按吸附操作过程中废水的流动状态废水的流动状态,可把吸附操作分为可把吸附操作分为静态吸附静态吸附和和动态吸动态吸附。附。静态吸附操作是静态吸附操作是间歇式操作间歇式操作。有时需。有时需要进行多次。动态吸附是要进行多次。动态吸附是连续的过程连续的过程。11静态吸附操作静态
11、吸附操作废水在不流动的条件下废水在不流动的条件下进行的吸附操作为进行的吸附操作为静态静态吸附操作吸附操作静态吸附操作工艺过程静态吸附操作工艺过程是把一定量的吸附剂投是把一定量的吸附剂投入欲处理的废水中,不入欲处理的废水中,不断地进行搅拌。达到吸断地进行搅拌。达到吸附平衡后,再用沉降或附平衡后,再用沉降或过滤的方法使废水与吸过滤的方法使废水与吸附剂分开。附剂分开。搅拌搅拌吸附剂与水混合液一次吸附后出水水质达不到要求时,一次吸附后出水水质达不到要求时,往往采用多次静态吸附操作。往往采用多次静态吸附操作。由于多次吸附操作麻烦,在废水处由于多次吸附操作麻烦,在废水处理中应用较少。理中应用较少。12动态
12、吸附操作动态吸附操作动动态态吸吸附附操操作作是是废废水水在在流流动动条条件件下下进进行行的的吸吸附附操作。操作。动动态态吸吸附附操操作作是是连连续续的的过过程程。一一般般是是废废水水连连续续通通过过一一定定厚厚度度的的吸吸附附剂剂床床层层,使使废废水水中中的的污污染染物物吸附在吸附剂中。吸附在吸附剂中。吸附剂床层进水进水出水出水从从处处理理设设备备的的类类型型上上分分,又又可可以以分分成成固固定定床床(fixed fixed bed)bed)方方式式、移移动动床床方方 式式(moving moving bed)bed)和和 流流 化化 床床(expanded bed)expanded bed)
13、方式方式。目录13822吸附操作的设备(1 1)固定床:)固定床:固定床是废水处理中常用的吸附装置。让废水连续地固定床是废水处理中常用的吸附装置。让废水连续地通过填充吸附剂的设备。这种动态吸附设备中,吸附通过填充吸附剂的设备。这种动态吸附设备中,吸附剂在操作过程中是固定的,所以叫剂在操作过程中是固定的,所以叫固定床固定床。固定床根据水流方向又分为固定床根据水流方向又分为升流式升流式(up-flow)和和降降流式流式(down-flow)两种。两种。降流式出水水质较好,但水头损失较大,易堵塞。降流式出水水质较好,但水头损失较大,易堵塞。升流式水头损失小,运行时间较长。不易堵塞,但吸升流式水头损失
14、小,运行时间较长。不易堵塞,但吸附剂易流失。附剂易流失。14固固定定床床吸吸附附塔塔示示意意图图粒状活性炭粒状活性炭吸附床层吸附床层表洗水进口饱和碳出口反洗水出口原水进口反洗水进口处理水出口整流板检查孔石英砂15活活性性炭炭吸吸附附柱柱16(2 2)移动床:)移动床:移动床移动床的运行操作方式是原水从吸附塔的运行操作方式是原水从吸附塔底部流入和底部流入和吸附剂吸附剂进行进行逆流接触逆流接触,处理,处理后的水从塔顶流出,再生后的吸附剂从后的水从塔顶流出,再生后的吸附剂从塔顶加入,接近吸咐饱和的吸附剂从塔塔顶加入,接近吸咐饱和的吸附剂从塔底排出,即底排出,即吸附剂由上而下移动吸附剂由上而下移动,所
15、以,所以称为移动床。称为移动床。按吸附剂排出的方式又分为按吸附剂排出的方式又分为间歇移动床间歇移动床和和连续移动床连续移动床。移动床充分利用吸附剂的吸附容量,水移动床充分利用吸附剂的吸附容量,水头损失小。头损失小。17移移动动床床吸吸附附塔塔构构造造示示意意图图粒状活性炭粒状活性炭吸附层吸附层去去再再生系生系统统新的或再生后的新的或再生后的活性炭活性炭水射器压力水冲洗水进水滤头,作用是防止活性炭流失阀门活性炭层进料斗出水溢流水滤头间歇移动床操作时活性炭的排出是间断的,而连续移动床是连续排出的。18(3 3)流动床:)流动床:流动床也叫做流动床也叫做流化床流化床。吸附剂在塔中。吸附剂在塔中处于膨
16、胀状态,塔中吸附剂与废水逆处于膨胀状态,塔中吸附剂与废水逆向连续流动。向连续流动。可使用小颗粒的吸附剂,吸附剂一次可使用小颗粒的吸附剂,吸附剂一次投量较少,不需反洗,设备小,生产投量较少,不需反洗,设备小,生产能力大,预处理要求低。能力大,预处理要求低。运转中操作要求高,不易控制,同时运转中操作要求高,不易控制,同时吸附剂的机械强度要求高。吸附剂的机械强度要求高。19流流动动床吸床吸附塔附塔构造构造示意示意图图压力水水射器再生后的活性炭处理后的排水下降管排出炭送往再生炉下降管多孔板,孔径小于活性炭的颗粒颗粒状活性炭出水溢流槽20返回目录218 83 3 影响吸附的因素影响吸附的因素 吸附剂的性
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