水污染控制工程溶解态污染物的物理化学处理法.pptx

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1、一、吸附原理吸附剂：固体表面有吸附水中溶解及胶体物质或吸附气体吸附剂：固体表面有吸附水中溶解及胶体物质或吸附气体中某些物质的能力中某些物质的能力,比表面积较大的固体物质。比表面积较大的固体物质。吸吸附附物理吸附物理吸附离子交换吸附离子交换吸附吸附剂与吸附物质之间是通过分子间引吸附剂与吸附物质之间是通过分子间引力力(即范徳华力即范徳华力)而产生的吸附而产生的吸附无选择无选择性性吸附剂与被吸附物质之间产生化学作用，吸附剂与被吸附物质之间产生化学作用，生成生成化学键化学键引起吸附引起吸附有选择性有选择性化学吸附化学吸附吸附质由于静电引力被吸附在吸附剂表面的带吸附质由于静电引力被吸附在吸附剂表面的带电

2、点上，此吸附为离子交换吸附电点上，此吸附为离子交换吸附第1页/共29页 表明被吸附物的量与浓度之间的关系式称为表明被吸附物的量与浓度之间的关系式称为吸附等温式。吸附等温式。1.Freundlich等温式等温式对上式取对数，可得：对上式取对数，可得：qe=KfCe1/nlgqe=lgKf+lgCe第2页/共29页2.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：qe=第3页/共29页二、影响吸附的因素衡量衡量指标指标吸附能力吸附能

3、力吸附速度吸附速度固体吸附剂用吸附量衡量固体吸附剂用吸附量衡量单位质量吸附剂在单位单位质量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量时间内所吸附的物质量吸附吸附阶段阶段颗粒外部颗粒外部扩散阶段扩散阶段孔隙扩散孔隙扩散阶段阶段吸附反应吸附反应阶段阶段吸附质从溶液中扩散到吸附吸附质从溶液中扩散到吸附剂表面剂表面吸附质在吸附剂孔隙中继续吸附质在吸附剂孔隙中继续向吸附点扩散向吸附点扩散吸附质被吸附在吸附剂孔隙吸附质被吸附在吸附剂孔隙内的吸附点表面内的吸附点表面第4页/共29页吸附速度主要取决于外部扩散速度和孔隙扩散速度。吸附速度主要取决于外部扩散速度和孔隙扩散速度。外部扩外部扩散速度散速度与溶液浓度成正比与溶液

4、浓度成正比与吸附剂的比表面积的大小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5页/共29页 吸附剂的物理化学性质和吸附质的物理化学性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。质对吸附有很大影响。极性分子极性分子(或离子或离子)型的吸附剂容易吸附极性分子型的吸附剂容易吸附极性分子(或离子或离子)型的吸附质。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。非极性分子型

5、的吸附剂容易吸附非极性的吸附质。三、吸附剂三、吸附剂1.活性炭活性炭 在水处理中较多采用颗粒活性炭。在水处理中较多采用颗粒活性炭。再生是在吸附剂本身的结构基本不发生变化的情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况下，用某种方法将吸附质从吸附剂微孔中除去,恢恢复它的吸附能力。复它的吸附能力。第6页/共29页再再生生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

6、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再生法化学再生法通过化学反应，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第7页/共29页2.腐殖酸类吸附剂腐殖酸类吸附剂 种类：天然的富含腐殖酸的风化煤、泥煤、褐煤等，种类：天然的富含腐殖酸的风化煤、泥煤、褐煤等，它们可以直接使用或经简单处理后使用；将富含腐殖酸的它们可以直接使用或经简单处理后使用；将富含腐殖酸的物质用适当的黏合剂制备成的腐殖酸系树脂。物质用适当的黏合剂制备成的腐殖酸系树脂。腐殖酸是一组芳香结构的，性质与酸性物质相似的复腐殖酸是一组芳香结构的，性质与酸性物质相似的复杂混合物。杂混

7、合物。腐殖酸类物质能吸附工业废水中的许多金属离子，如腐殖酸类物质能吸附工业废水中的许多金属离子，如汞、铬、锌、镉、铅、铜等。汞、铬、锌、镉、铅、铜等。腐殖酸对阳离子的吸附作用，包括离子交换、螯合、腐殖酸对阳离子的吸附作用，包括离子交换、螯合、表面吸附、凝聚等作用。表面吸附、凝聚等作用。腐殖酸类物质在吸附重金属离子后腐殖酸类物质在吸附重金属离子后,可以用可以用H2SO4、HCl、NaCl等进行解吸。等进行解吸。第8页/共29页四、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30min30min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

8、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p240穿透曲线第9页/共29页第二节 离子交换法第10页/共29页 实质：不溶性离子化合物实质：不溶性离子化合物(离子交换剂离子交换剂)上的可交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。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：离子交换是可逆反应，其反应式可表达为：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，

9、树脂中及溶液中的反应物浓度符合下列关系式：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子交换剂对某两个固定离子交换选择性的大小。选择性的大小。第11页/共29页一、离子交换剂一、离子交换剂 离子交换树脂是人工合成的高分子聚合物，由树脂本体离子交换树脂是人工合成的高分子聚合物，由树脂本体(又称又称母体或骨架母体或骨架)和活性基团两个部分组成。和活性基团两个部分组成。种类种类凝胶型树脂凝胶型树脂大孔型树脂大孔型树脂多孔凝胶型树脂多孔凝胶型树脂巨孔型树脂巨孔型树脂高巨孔型树脂高巨孔型树脂按活性基团按活性基团可分为可

10、分为含有酸性基团的阴离子交换树脂含有酸性基团的阴离子交换树脂含有碱性基团的阳离子交换树脂含有碱性基团的阳离子交换树脂含有胺羧基团等的螯合树脂含有胺羧基团等的螯合树脂含有氧化还原基团的氧化还原树脂含有氧化还原基团的氧化还原树脂两性树脂两性树脂种类和孔结构第12页/共29页二、离子交换树脂的选用二、离子交换树脂的选用1.离子交换树脂的有效离子交换树脂的有效pH范围范围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114514112072.交换容量交换容量 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(干树干树脂脂)或

11、或mol/L(湿树脂湿树脂)第13页/共29页交交换换容容量量全交换全交换容量容量工作交工作交换容量换容量一定量的树脂所具有的活性一定量的树脂所具有的活性基团或可交换离子的总数量基团或可交换离子的总数量树脂在给定工作条件下实际树脂在给定工作条件下实际的交换能力的交换能力3.交联度交联度 交联度较高的树脂，孔隙较低，密度较大，离子扩散速度较低，交联度较高的树脂，孔隙较低，密度较大，离子扩散速度较低，对半径较大的离子和水合离子的交换量较小，浸泡在水中时，水化对半径较大的离子和水合离子的交换量较小，浸泡在水中时，水化度较低，形变较小，也就比较稳定，不易破碎。度较低，形变较小，也就比较稳定，不易破碎。

12、4.交换势交换势 交换势大，交换离子越容易取代树脂上的可交换离子，也就表交换势大，交换离子越容易取代树脂上的可交换离子，也就表明交换离子与树脂之间的亲和力越大。明交换离子与树脂之间的亲和力越大。第14页/共29页规规 律律 （1）离子的交换的交换势）离子的交换的交换势,除同它本身和离子交换树除同它本身和离子交换树脂的化学性质有关外脂的化学性质有关外,温度和浓度的影响都很大。温度和浓度的影响都很大。（2）在常温和低浓度水溶液中，阳离子的价态越高，在常温和低浓度水溶液中，阳离子的价态越高，它的交换势越大。它的交换势越大。（3）在常温和低浓度水溶液中，同价阳离子的交换势在常温和低浓度水溶液中，同价阳

13、离子的交换势大致上是：原子序数越高，交换势越大。大致上是：原子序数越高，交换势越大。（4）氢离子和氢氧根离子交换势取决于它们与固定离氢离子和氢氧根离子交换势取决于它们与固定离子形成的酸或碱的强度，强度越大，交换势越小。子形成的酸或碱的强度，强度越大，交换势越小。（5）金属在溶液中呈络阴离子存在时，一般来说交换）金属在溶液中呈络阴离子存在时，一般来说交换势降低。势降低。第15页/共29页1.过虑（交换）过虑（交换）+从废水中分离需要除去的离子的过程。从废水中分离需要除去的离子的过程。离子交换工艺过程：过虑（交换）、反洗、再生、清洗 +交换柱分为：饱和层、工作层、新料层交换柱分为：饱和层、工作层、

14、新料层 +工作过程中，工作层不断下移，达到底部，出水中工作过程中，工作层不断下移，达到底部，出水中出现需去除的离子，穿透点出现。出现需去除的离子，穿透点出现。+继续通入废水，出水与进水中需除去的离子浓度相继续通入废水，出水与进水中需除去的离子浓度相等，交换柱能力耗尽，达到饱和。等，交换柱能力耗尽，达到饱和。+实际操作中，达到穿透点，停止工作，要进行树实际操作中，达到穿透点，停止工作，要进行树脂再生。脂再生。第16页/共29页2.反洗反洗 目的：一是松动树脂层，使再生液能均匀渗入；二是清除积存目的：一是松动树脂层，使再生液能均匀渗入；二是清除积存在树脂层内的杂质、碎粒等。在树脂层内的杂质、碎粒等

15、。反冲洗水：自来水或废的再生液反冲洗水：自来水或废的再生液3.再生再生 再生动力：反应系统离子浓度差再生动力：反应系统离子浓度差 再生方式（固定床）：顺流再生和逆流再生再生方式（固定床）：顺流再生和逆流再生 再生方法：一次再生强酸强碱再生方法：一次再生强酸强碱 二次再生弱酸弱碱（洗脱再生二次再生弱酸弱碱（洗脱再生+转型再生）转型再生）4.清洗清洗 目的：洗涤残留的再生液和再生时可能出现的反应物。目的：洗涤残留的再生液和再生时可能出现的反应物。一般清洗时水流方向与过虑一致一般清洗时水流方向与过虑一致第17页/共29页离子交换装置离子交换装置固定床固定床单层床单层床双层床双层床混合床混合床连续床连

16、续床移动床移动床流动床流动床三三、离子交换的工艺和设备离子交换的工艺和设备第18页/共29页第 三 节 膜 析 法 膜析法是利用具有选择透过性薄膜以分离水溶液中膜析法是利用具有选择透过性薄膜以分离水溶液中某些物质的方法总称。某些物质的方法总称。第19页/共29页1、半透膜作用、半透膜作用半透膜的渗半透膜的渗析作用析作用依靠薄膜中依靠薄膜中“孔道孔道”的大小分离不同的大小分离不同的分子或离子的分子或离子依靠薄膜的离子结构分离性质不同的依靠薄膜的离子结构分离性质不同的离子离子2、膜析法分类、膜析法分类动力动力分子扩散作用分子扩散作用电力电力压力压力渗析法渗析法电渗析法电渗析法反渗法和超过滤法反渗法

17、和超过滤法第20页/共29页2.1、扩散渗析法、扩散渗析法第21页/共29页2.2、电渗析法、电渗析法海水淡化电渗析法示意图海水淡化电渗析法示意图第22页/共29页阳极反应式：阳极反应式：阴极反应式：阴极反应式：第23页/共29页 反渗透法是以压力为驱动力的膜法分离技术。反渗透法是以压力为驱动力的膜法分离技术。渗透和反渗透2.3、反渗透法、反渗透法第24页/共29页第 四 节 溶解态污染物其他分离方法1、萃取法2、吹脱法3、汽提法4、结晶法第25页/共29页 萃取：用适当的溶剂分离混合物的过程。萃取：用适当的溶剂分离混合物的过程。步骤把萃取剂加入废水，并使它们充分接触，有害物质作为萃取物从废水

18、中转移到萃取剂中把萃取剂和废水分离开了，废水就得到了处理把萃取物从萃取剂中分离出来，使有害物成为有用的副产品。1、萃取法第26页/共29页萃取剂再生萃取剂再生（1）物理再生：利用沸点差分离（2）化学再生：化学药剂与萃取物形成不溶物分离）化学再生：化学药剂与萃取物形成不溶物分离2、吹脱法原理：气液相平衡传质速度理论，将废水中的挥发物质由液相变为气相。吹脱过程为传质过程。介质为空气。处理对象：CO2、H2S等溶解性有毒有害气体。后续处理：符合标准的排放；中等浓度的燃烧；高浓度的回收。第27页/共29页3、汽提法原理：同吹脱法。介质为水蒸气。4、结晶法原理：通过蒸发浓缩或者降温，使溶质达到过饱和状态而结晶出来。处理对象：分离回收有用溶质。E第28页/共29页感谢您的观看！第29页/共29页